CN110117065A - 一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器及使用方法 - Google Patents

一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器及使用方法 Download PDF

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Abstract

一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器及使用方法，反应器包括反应器主体、进水组件、出水组件、曝气组件和时控组件，依次按照进水‑静置‑曝气‑沉淀‑出水五个阶段重复运行，其中进水5分钟、静置60分钟、曝气160‑227分钟、沉淀3‑10分钟、出水5分钟，通过时控组件的PLC控制面板调整各阶段的运行时间，将经过初步驯化的活性污泥接种至反应器内，进水提供适合微生物生长的碳氮磷比例，设置排水比为40‑60％，逐步降低沉降时间，从10分钟逐渐降到3分钟。本发明在该运行工艺下获得的好氧颗粒污泥形成内部厌氧，中间缺氧和外部好氧的微生物菌群结构，功能菌定向富集，污染物去除性能高效稳定，从而达到去除COD，同步脱氮除磷的目的。

Description

一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器及使用方法
技术领域
本发明涉及污水生物处理领域，尤其涉及一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器及使用方法。
背景技术
目前国内污水处理常用的普通活性污泥法，存在出水总氮、总磷超标；占地面积大以及污泥含水率高等缺点，难以适应日愈严格的污水排放标准；好氧颗粒污泥是普通活性污泥在好氧条件下，微生物通过自凝聚作用形成的生物聚合体，具备外部好氧，中部缺氧和内部厌氧的独特三维结构，与传统活性污泥相比，好氧颗粒污泥具有结构紧凑致密，沉降性能好，无需二沉池；能提高反应器内污泥活性、微生物种类和生物量浓度、减少剩余污泥排放量；能在一个反应器实现去除COD，同步脱氮除磷等优点。
尽管好氧颗粒污泥存在诸多优点，但一些不可避免的短板限制了其发展，因此，目前学术研究居多，但实际工程应用很少：
(1)颗粒化时间长:活性污泥颗粒化的过程是在一定的选择性压力下，将沉降性能差的污泥淘汰，留下沉降性能好的，由于增长速度快的絮状污泥被大量淘汰，留在柱内的污泥沉降性能好，但增长速度慢，所以从活性污泥进反应柱，到最后好氧颗粒污泥占主导，至少需要1-3个月的时间；
(2)脱氮的效果差:尽管好氧颗粒污泥具有外层好氧，中层缺氧，内层厌氧，能同时去除有机碳，兼顾脱氮除磷的效果，但其脱氮效果没有特种脱氮菌体明显；
(3)反应器构造特殊:需要一定的高径比。形成好氧颗粒污泥，需要提供一定的剪切力，形成环流。所以要求反应器是圆柱状，或者是塔式结构。
为解决上述问题，本申请中提出一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器及使用方法。
发明内容
(一)发明目的
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明提出一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器及使用方法，本发明设置反应器包括反应器主体、进水组件、出水组件、曝气组件和时控组件，依次按照进水-静置-曝气-沉淀-出水五个阶段重复运行，其中进水5分钟、静置60分钟、曝气160-227分钟、沉淀3-10分钟、出水5分钟，通过时控组件的PLC控制面板调整各阶段的运行时间，将经过初步驯化的活性污泥接种至反应器内，进水提供适合微生物生长的碳氮磷比例，设置排水比为40-60％，逐步降低沉降时间，从10分钟逐渐降到3分钟。本发明在该运行工艺下获得的好氧颗粒污泥形成内部厌氧，中间缺氧和外部好氧的微生物菌群结构，功能菌定向富集，污染物去除性能高效稳定，从而达到去除COD，同步脱氮除磷的目的。
(二)技术方案
为解决上述问题，本发明提供了一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器，包括反应器主体、进水组件、出水组件、曝气组件和时控组件；反应器主体上设置有多个用于进水、出水、取样和排泥的阀门；进水组件包括进水桶、进水管和第一蠕动泵；进水桶和第一蠕动泵通过进水管与反应器主体进水口上的阀门连接；进水口设置在反应器主体的上方；出水组件包括出水桶、出水管和第二蠕动泵；出水桶和第二蠕动泵通过出水管与反应器主体出水口上的阀门连接；出水口设置在反应器主体的下方；曝气组件包括微孔曝气头、气体泵和气体转子流量计；微孔曝气头设置在反应器主体内底部；气体转子流量计设置在反应器主体外部；微孔曝气头和气体转子流量计通过气体泵连接；时控组件包括可编程的自动化时间控制器；自动化时间控制器分别与进水组件、出水组件、曝气组件通讯连接。通过时间调节，控制SBR反应器的进水、静置、曝气、沉淀和出水整个工艺周期。
优选的，反应器主体为透明PVC制成的圆柱体，高径比>10。
优选的，多个阀门由下到上分别为排泥阀、取样阀、出水阀、进水阀和备用阀。
由上述的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器，提出一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器的使用方法，方法包括如下步骤：
S1、接种传统活性污泥；
取城市污水处理厂的二沉池浓缩污泥，按照污泥体积：营养液体积＝1.5:1-3.5:11混合并曝气以活化污泥，曝气24小时，沉降30分钟，换水，此为1个周期，重复运行3个周期后，将活化好的污泥接种至反应器主体内，依次按照进水-静置-曝气-沉淀-出水的顺序重复进行间歇式培养；
S2、向反应器内泵入人工配制的模拟废水；
以三水合乙酸钠为碳源，氯化铵为氮源，磷酸氢二钾和磷酸二氢钾作为磷源，此外，投加氯化钙、七水合硫酸镁和七水合硫酸亚铁，利用钙离子、镁离子和亚铁离子吸附负电荷离子，有利于微生物核心形成。
S3、调整工艺参数；
通过时控组件的PLC控制面板调整反应器运行参数，运行周期为4-5小时，其中进水时间为5分钟，静置时间为60分钟，曝气时间为160-227分钟，沉淀时间为3-10分钟，出水时间为5分钟，每个周期重复运行，SBR处理来培养好氧颗粒污泥。
优选的，在S1中，接种至反应器主体内的活性污泥的污泥浓度为3-4g/L，SV30<30。
优选的，在S2中，人工模拟配制废水的主要成分为三水合乙酸钠2.55g/L、氯化铵229.3mg/L、磷酸氢二钾44.9mg/L、磷酸二氢钾17.55mg/L、氯化钙20mg/L、七水合硫酸镁25mg/L和七水合硫酸亚铁20mg/L，将上述组分按浓度溶解于自来水中。
优选的，在S1中，曝气量为5L/min。
优选的，在S1中，每次换水体积为反应器主体内泥水总体积的1/2。
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本发明的所述的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器采用序批式反应器工艺，快速培养好氧颗粒污泥，处理模拟城镇污水，反应器包括反应器主体、进水组件、出水组件、曝气组件和时控组件，运行周期为4-5小时，依次按照进水-静置-曝气-沉淀-出水五个阶段重复运行，其中进水5分钟、静置60分钟、曝气160-227分钟、沉淀3-10分钟、出水5分钟，通过时控组件的PLC控制面板调整各阶段的运行时间，将经过初步驯化的活性污泥接种至反应器内，进水提供适合微生物生长的碳氮磷比例，设置排水比为40-60％，逐步降低沉降时间，从10分钟逐渐降到3分钟，该运行工艺下获得的好氧颗粒污泥呈淡黄色球形颗粒，结构紧实，平均粒径较大，粒径分布正态，好氧颗粒污泥形成内部厌氧，中间缺氧和外部好氧的微生物菌群结构，功能菌定向富集，污染物去除性能高效稳定，从而达到去除COD，同步脱氮除磷的目的。
附图说明
图1为本发明提出的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器结构示意图。
图2为本发明提出的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器运行期间COD变化图。
图3为本发明提出的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器运行期间TN变化图。
图4为本发明提出的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器运行期间总磷变化图。
图5为本发明提出的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器运行期间硝态氮变化图。
图6为本发明提出的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器运行期间氨氮变化图。
附图标记：1、反应器主体；2、进水组件；3、出水组件；4、曝气组件；5、时控组件；6、备用阀；7、进水阀；8、取样阀；9、出水阀；10、排泥阀；11、第一蠕动泵；12、进水桶；13、第二蠕动泵；14、出水桶；15、气体转子流量计；16、微孔曝气头。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1为本发明提出的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器结构示意图。
如图1所示，本发明提出的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器，包括反应器主体1、进水组件2、出水组件3、曝气组件4和时控组件5；反应器主体1上设置有多个用于进水、出水、取样和排泥的阀门；进水组件2包括进水桶12、进水管和第一蠕动泵11；进水桶12和第一蠕动泵11通过进水管与反应器主体1进水口上的阀门连接；进水口设置在反应器主体1的上方；出水组件3包括出水桶14、出水管和第二蠕动泵13；出水桶14和第二蠕动泵13通过出水管与反应器主体1出水口上的阀门连接；出水口设置在反应器主体1的下方；曝气组件4包括微孔曝气头16、气体泵和气体转子流量计15；微孔曝气头16设置在反应器主体1内底部；气体转子流量计15设置在反应器主体1外部；微孔曝气头16和气体转子流量计15通过气体泵连接；时控组件5包括可编程的自动化时间控制器；自动化时间控制器分别与进水组件2、出水组件3、曝气组件4通讯连接。通过时间调节，控制SBR反应器的进水、静置、曝气、沉淀和出水整个工艺周期。
在一个可选的实施例中，反应器主体1为透明PVC制成的圆柱体，高径比>10。
在一个可选的实施例中，多个阀门由下到上分别为排泥阀10、出水阀9、取样阀8、进水阀7和备用阀6。
由上述的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器，提出一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器的使用方法，方法包括如下步骤：
S1、接种传统活性污泥；
取城市污水处理厂的二沉池浓缩污泥，按照污泥体积：营养液体积＝1.5:1-3.5:11混合并曝气以活化污泥，曝气24小时，沉降30分钟，换水，此为1个周期，重复运行3个周期后，将活化好的污泥接种至反应器主体1内，依次按照进水-静置-曝气-沉淀-出水的顺序重复进行间歇式培养；
S2、向反应器内泵入人工配制的模拟废水；
以三水合乙酸钠为碳源，氯化铵为氮源，磷酸氢二钾和磷酸二氢钾作为磷源，此外，投加氯化钙、七水合硫酸镁和七水合硫酸亚铁，利用钙离子、镁离子和亚铁离子吸附负电荷离子，有利于微生物核心形成。
S3、调整工艺参数；
通过时控组件5的PLC控制面板调整反应器运行参数，运行周期为4-5小时，其中进水时间为5分钟，静置时间为60分钟，曝气时间为160-227分钟，沉淀时间为3-10分钟，出水时间为5分钟，每个周期重复运行，SBR处理来培养好氧颗粒污泥。
在一个可选的实施例中，在S1中，接种至反应器主体内的活性污泥的污泥浓度为3-4g/L，SV30<30。
在一个可选的实施例中，在S2中，人工模拟配制废水的主要成分为三水合乙酸钠2.55g/L、氯化铵229.3mg/L、磷酸氢二钾44.9mg/L、磷酸二氢钾17.55mg/L、氯化钙20mg/L、七水合硫酸镁25mg/L和七水合硫酸亚铁20mg/L，将上述组分按浓度溶解于自来水中。
在一个可选的实施例中，在S1中，曝气量为5L/min。
在一个可选的实施例中，在S1中，每次换水体积为反应器主体1内泥水总体积的1/2。
对上述的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器运行期间的COD、TN、总磷、硝态氮和氨氮情况进行监测，监测结果如图2-6所示，由图2-6可知，经过30天的培养，依次按照进水-静置-曝气-沉淀-出水五个阶段重复运行，反应器主体1内培养的好氧颗粒污泥的COD、TN、总磷、硝态氮和氨氮明显减小，甚至消除。
本发明采用序批式反应器工艺，快速培养好氧颗粒污泥，处理模拟城镇污水，反应器包括反应器主体1、进水组件2、出水组件3、曝气组件4和时控组件5，运行周期为4-5小时，依次按照进水-静置-曝气-沉淀-出水五个阶段重复运行，其中进水5分钟、静置60分钟、曝气160-227分钟、沉淀3-10分钟、出水5分钟，通过时控组件5的PLC控制面板调整各阶段的运行时间，将经过初步驯化的活性污泥接种至反应器内，进水提供适合微生物生长的碳氮磷比例，设置排水比为40-60％，逐步降低沉降时间，从10分钟逐渐降到3分钟，该运行工艺下获得的好氧颗粒污泥呈淡黄色球形颗粒，结构紧实，平均粒径较大，粒径分布正态，好氧颗粒污泥形成内部厌氧，中间缺氧和外部好氧的微生物菌群结构，功能菌定向富集，污染物去除性能高效稳定，从而达到去除COD，同步脱氮除磷的目的。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (8)

1.一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器，其特征在于，包括反应器主体(1)、进水组件(2)、出水组件(3)、曝气组件(4)和时控组件(5)；
反应器主体(1)上设置有多个用于进水、出水、取样和排泥的阀门；
进水组件(2)包括进水桶(12)、进水管和第一蠕动泵(11)；进水桶(12)和第一蠕动泵(11)通过进水管与反应器主体(1)进水口上的阀门连接；进水口设置在反应器主体(1)的上方；
出水组件(3)包括出水桶(14)、出水管和第二蠕动泵(13)；出水桶(14)和第二蠕动泵(13)通过出水管与反应器主体(1)出水口上的阀门连接；出水口设置在反应器主体(1)的下方；
曝气组件(4)包括微孔曝气头(16)、气体泵和气体转子流量计(15)；微孔曝气头(16)设置在反应器主体(1)内底部；气体转子流量计(15)设置在反应器主体(1)外部；微孔曝气头(16)和气体转子流量计(15)通过气体泵连接；
时控组件(5)包括可编程的自动化时间控制器；自动化时间控制器分别与进水组件(2)、出水组件(3)、曝气组件(4)通讯连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于培养好氧颗粒污泥的序批式反应器，其特征在于，反应器主体(1)为透明PVC制成的圆柱体，高径比>10。
3.根据权利要求1所述的一种用于培养好氧颗粒污泥的序批式反应器，其特征在于，多个阀门由下到上分别为排泥阀(10)、取样阀(8)、出水阀(9)、进水阀(7)和备用阀(6)。
4.根据权利要求1所述的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器，提出一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器的使用方法，其特征在于，方法包括如下步骤：
S1、接种传统活性污泥；
取城市污水处理厂的二沉池浓缩污泥，按照污泥体积：营养液体积＝1.5:1-3.5:11混合并曝气以活化污泥，曝气24小时，沉降30分钟，换水，此为1个周期，重复运行3个周期后，将活化好的污泥接种至反应器主体(1)内，依次按照进水-静置-曝气-沉淀-出水的顺序重复进行间歇式培养；
S2、向反应器内泵入人工配制的模拟废水；
以三水合乙酸钠为碳源，氯化铵为氮源，磷酸氢二钾和磷酸二氢钾作为磷源，此外，投加氯化钙、七水合硫酸镁和七水合硫酸亚铁。
S3、调整工艺参数；
通过时控组件(5)的PLC控制面板调整反应器运行参数，运行周期为4-5小时，其中进水时间为5分钟，静置时间为60分钟，曝气时间为160-227分钟，沉淀时间为3-10分钟，出水时间为5分钟，每个周期重复运行，SBR处理来培养好氧颗粒污泥。
5.根据权利要求4所述的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器的使用方法，其特征在于，在S1中，接种至反应器主体内的活性污泥的污泥浓度为3-4g/L，SV30<30。
6.根据权利要求4所述的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器的使用方法，其特征在于，在S2中，人工模拟配制废水的主要成分为三水合乙酸钠2.55g/L、氯化铵229.3mg/L、磷酸氢二钾44.9mg/L、磷酸二氢钾17.55mg/L、氯化钙20mg/L、七水合硫酸镁25mg/L和七水合硫酸亚铁20mg/L，将上述组分按浓度溶解于自来水中。
7.根据权利要求4所述的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器的使用方法，其特征在于，在S1中，曝气量为5L/min。
8.根据权利要求4所述的一种快速培养好氧颗粒污泥的序批式反应器的使用方法，其特征在于，在S1中，每次换水体积为反应器主体(1)内泥水总体积的1/2。
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