CN113304685A - 设置搅拌桨内构件的连续流好氧颗粒污泥反应装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种设置搅拌桨内构件的连续流好氧颗粒污泥反应装置及方法，属于水污染控制领域。装置包括好氧生物反应器、沉淀反应器和污泥回流管；好氧生物反应器内腔中设有用于充分搅拌泥水混合液的搅拌装置，底部设有用于曝气充氧的曝气装置；经过好氧生物反应器处理后的污水经筛网后进入沉淀反应器；沉淀反应器底部开设有回流口，回流口通过污泥回流管与好氧生物反应器的下部连通，用于将沉淀反应器中的污泥回流至好氧生物反应器中；回流口处设有外接磁力装置的电磁阀。本发明中搅拌装置的存在为好氧生物反应器提供了旋流水流状态，给予污泥颗粒定向水力剪切力，促进好氧污泥颗粒化，缩短系统启动时间。
Description
技术领域
本发明涉及一种设置搅拌桨内构件的连续流好氧颗粒污泥反应装置及方法，属于水污染控制技术领域。
背景技术
在废水生物处理领域，好氧生物处理具有反应速度快、处理能力强、环境污染小，是废水处理工艺中最广泛应用的工艺之一。好氧生物处理分为生物膜法和活性污泥法。其中连续流好氧颗粒的工艺因运维简单、处理效率高、占地面积小等优点，具有很强的市场应用前景。但是在实际应用过程当中，连续流的好氧颗粒污泥易发生污泥膨胀、颗粒结构不稳定的问问题，这一问题也成为了连续流成为主流工艺的推广应用的限制因素之一。
好氧颗粒污泥(AGS)作为一类结构致密、功能菌群分区定殖的微生物聚集体，具有沉降性能优异、代谢途径多样、抗冲击能力强等优势，可有效降低系统占地面积、强化污染物去除、节约运行能耗，在城镇污水与工业废水处理领域极具应用潜力。截至目前，荷兰、南非等地陆续建设了40余座应用好氧颗粒污泥技术的污水处理厂，处理规模在2-10万m3·d-1，取得突出成效。
由于大多数污水处理厂都是在连续流的运行模式下，连续流受到人们越来越多的关注。在SBRs中，基于速度选择压或生物选择压是形成AGS的必要条件，一般可以通过改变曝气强度调控不同的速度选择压或污泥停留时间调控生物选择压。但是曝气提供的水力剪切力是紊乱的，颗粒在反应器中受到的水力冲刷是不可控的。在连续流反应器(CFRs)中，基于搅拌提供一个旋流状态的水力剪切力给予的速度选择压，代替污泥代替SBRs中的速度选择压，加速污泥颗粒化进程。
发明内容
本发明旨在于克服上述技术中存在的不足，并提供一种设置搅拌桨内构件的连续流好氧颗粒污泥反应装置及方法。本发明通过优化反应器构型，增加搅拌装置为内构件构建水流旋流状态，加快好氧颗粒污泥造粒过程。
本发明所采用的具体技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种设置搅拌桨内构件的连续流好氧颗粒污泥反应装置，其包括好氧生物反应器、沉淀反应器和污泥回流管；
所述好氧生物反应器的底部开设进水口，进水口与用于承装有机物废水的储液装置连通；好氧生物反应器内腔中设有能形成旋流水流状态的搅拌装置，底部设有用于曝气充氧的曝气装置；所述搅拌装置包括搅拌轴、搅拌桨和搅拌电机；搅拌轴竖直设置于好氧生物反应器内部，并与位于好氧生物反应器外部的搅拌电机连接；搅拌轴上均布有搅拌桨，用于使好氧生物反应器内的泥水混合物形成旋流水流状态并给予污泥颗粒定向水力剪切力；
好氧生物反应器的上部通过筛网与沉淀反应器上部的进液口连通，经过好氧生物反应器处理后的有机物废水经筛网拦截成熟的颗粒污泥后进入沉淀反应器；所述沉淀反应器为下部逐渐缩小的结构，与所述进液口处于同一水平面的反应器侧壁开设有用于排出废水的出液口；沉淀反应器底部开设有回流口，回流口通过污泥回流管与好氧生物反应器的下部连通，用于将沉淀反应器中已生长致密的的污泥回流至好氧生物反应器中；所述回流口处设有外接磁力装置的电磁阀。
作为优选，所述储液装置为储液桶，通过端部设有浸没于储液装置液面下方潜水泵的进水管与好氧生物反应器相连。
作为优选，所述好氧生物反应器的高径比为5:1。
作为优选，所述搅拌轴和搅拌桨之间通过螺纹连接。
作为优选，所述搅拌轴为不锈钢金属材质，搅拌桨为石英玻璃材质。
作为优选，所述曝气装置为曝气头。
作为优选，所述好氧生物反应器的侧壁沿竖直方向开设有若干第一取水口，位于出液口下部的沉淀反应器侧壁上开设有第二取水口。
作为优选，所述好氧生物反应器的出水口不低于沉淀反应器的进液口。
作为优选，所述污泥回流管上设有污泥回流阀，进水管上设有进水阀。
第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述连续流好氧颗粒污泥反应装置培养好氧颗粒污泥和有机废水处理的方法，其具体如下：
在好氧生物反应器内部接种待培养的活性污泥，将待处理的有机废水储存于储液装置中，有机废水通过进水口进入好氧生物反应器内部；
运行曝气装置，为好氧生物反应器中的微生物提供充足的溶解氧；运行搅拌装置，好氧生物反应器中的泥水混合物呈旋流流动，使活性污泥和废水之间充分混合接触；同时，搅拌装置还为污泥颗粒化过程提供定向水力剪切力；经好氧生物反应器充分反应后的废水从好氧生物反应器的出水口流出，经筛网拦截成熟的颗粒污泥后进入沉淀反应器；筛网将废水中的部分污泥截留在好氧生物反应器内，维持好氧生物反应器中反应所需的生物量；泥水混合物在沉淀反应器内进行沉降，泥水混合物中携带的污泥在重力作用下沉降至沉淀反应器底部，通过定期开启电磁阀，将已生长致密的污泥通过污泥回流管无损的回流至好氧生物反应器内；沉降后的废水从出液口流出沉淀反应器。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
本发明在好氧生物反应器内设置了一个搅拌装置，为内构件构建水流旋流状态，该好氧生物反应器结构合理，工作性能良好，在旋流状态下推动颗粒污泥的聚集过程，实现反应器的好氧颗粒污泥造粒，并且结构简单、易加工、能耗小、运行稳定。此外，该反应装置在实现好氧颗粒污泥造粒的同时，还能够对有机废水进行有效处理。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为实施例中颗粒粒径增长情况；
图3为实施例中颗粒污泥运行20天的SEM图；
其中：储液装置1、潜水泵2、进水口3、好氧生物反应器4、第一取水口5、搅拌桨6、搅拌轴7、空气泵8、搅拌电机9、磁力装置10、筛网11、沉淀反应器12、出液口13、第二取水口14、电磁阀15、污泥回流管16、污泥回流阀17、基座18、曝气装置19、出水桶20。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1所示，为本发明提供的一种设置搅拌桨内构件的连续流好氧颗粒污泥反应装置，该连续流好氧颗粒污泥反应装置主要包括连续流好氧生物反应器系统、二沉池系统和污泥回流系统三大部分。其中，连续流好氧生物反应器系统主要包括好氧生物反应器4、搅拌装置和曝气装置19，连续流好氧生物反应器系统是用于为微生物提供反应场所；二沉池系统主要包括沉淀反应器12和电磁阀15，主要是为微生物提供沉淀聚集的时间；污泥回流系统主要包括污泥回流管16，主要是将二沉池系统中沉降的污泥回流至连续流好氧生物反应器系统中，为连续流好氧生物反应器系统补充微生物。下面将对各部件的结构和连接方式进行具体说明。
好氧生物反应器4为具有竖向中空内腔的结构，高径比可以采用5:1。好氧生物反应器4的底部开设进水口3，进水口3通过进水管与储液装置1连通，储液装置1用于承装能为微生物提供营养物质的有机废水。储液装置1可以采用储液桶，储液桶中浸没设有位于液面下方的潜水泵2，潜水泵2通过进水管与好氧生物反应器4的进水口3相连。潜水泵2用于从储液装置1中抽取有机废水，然后通过进水管输送至好氧生物反应器4中。进水管上可以设置控制开闭的进水阀。
好氧生物反应器4内腔中设有搅拌装置，用于充分搅拌泥水混合液。在实际应用时，搅拌装置可以采用常用的搅拌结构，优选为如下结构：搅拌装置包括搅拌轴7、搅拌桨6和搅拌电机9；搅拌轴7竖直设置于好氧生物反应器4内部，最好与好氧生物反应器4同轴设置，搅拌轴7的一端伸出好氧生物反应器4外部并与搅拌电机9连接；搅拌轴7的外壁上均布有搅拌桨6，用于对好氧生物反应器4内的泥水混合物充分搅拌；搅拌轴7可以采用不锈钢金属材质，搅拌桨6可以采用石英玻璃材质，搅拌轴7和搅拌桨6之间通过螺纹连接。好氧生物反应器4的内底部设有用于曝气充氧的曝气装置19，曝气装置19与位于好氧生物反应器4外部的空气泵8连接，曝气装置19可以采用常用的曝气头。在实际应用时，可以采用三级二叶搅拌桨，以便于对好氧生物反应器4中的泥水混合物进行充分搅拌。
好氧生物反应器4的上部通过筛网11与沉淀反应器12上部的进液口连通，经过好氧生物反应器4处理后的污水经筛网11截留成熟的颗粒污泥后进入沉淀反应器12，筛网11可以采用滤网。同时，为了进一步减少进入沉淀反应器12中的污泥含量，方便被筛网11拦截的污泥回落至好氧生物反应器4，可以将好氧生物反应器4的出水口低于沉淀反应器12的进液口。
沉淀反应器12为下部逐渐缩小的结构，比如可以采用上部圆柱体、下部漏斗状的筒体结构。沉淀反应器12的侧壁开设有用于排出污水的出液口13，出液口13应当处于与进液口同一水平上，以便于充分沉降后的污水排出。在沉淀反应器12底部开设有回流口，回流口通过污泥回流管16与好氧生物反应器4的下部连通，用于将沉淀反应器12中的污泥回流至好氧生物反应器4中。污泥回流管16上可以设置用于实现开闭的污泥回流阀17。回流口处可以设置装有外接磁力装置10的电磁阀15，能够通过感应沉淀污泥量升降调节污泥回流量，使致密的生长较好的污泥回流到好氧生物反应器4内。也就是说，当沉淀反应器12底部的污泥沉淀达到一定体积时，打开电磁阀15，即可将底部的污泥无破碎、无损坏的回流到好氧生物反应器4内。
为了方便观测好氧生物反应器4和沉淀反应器12各个区域的污水处理情况，可以在好氧生物反应器4的侧壁沿竖直方向开设多个第一取水口5，可以在位于出液口13下部的沉淀反应器12侧壁上开设有第二取水口14。比如可以在好氧生物反应器4的下部、中部和上部分别开设第一取水口5，以便于定期取样观测好氧生物反应器4下部、中部和上部区域的污水处理效果。为了保证装置整体的的稳定性，使其处于水平状态，可以在反应器的底部设置一个基座18。
利用上述连续流好氧颗粒污泥反应装置培养好氧颗粒污泥和有机废水处理的方法，具体如下：
在好氧生物反应器4内部接种一定浓度的待造粒活性污泥，将待处理的有机废水(或者根据活性污泥中微生物的性质，配置能为微生物提供营养物质的有机物溶液)储存于储液装置1中。然后通过潜水泵2连续的将储液装置1中的有机废水通过进水口3进入好氧生物反应器4内部。
运行曝气装置19将氧气输送至好氧生物反应器4中，为微生物消耗有机物提供所需的充足的溶解氧。运行搅拌装置，使好氧生物反应器4中的泥水混合物呈旋流流动，以便于活性污泥和污水之间充分混合接触。同时，搅拌装置还为污泥颗粒化过程提供水力剪切力。也就是说，搅拌装置为好氧生物反应器提供了旋流水流状态，给予污泥颗粒定向水力剪切力，促进好氧污泥颗粒化，缩短系统启动时间。
经好氧生物反应器4充分反应后的污水从好氧生物反应器4的出水口流出，经筛网11截留成熟的颗粒污泥后进入沉淀反应器12。筛网11将污水中的大颗粒污泥截留在好氧生物反应器4内，维持好氧生物反应器4中反应所需的一定生物量。污水在沉淀反应器12内进行沉降，污水中携带的污泥在重力作用下沉降至沉淀反应器12底部，通过定期开启电磁阀15，通过定期开启电磁阀，将已生长致密的污泥通过污泥回流管无损的回流至好氧生物反应器内。沉降后的污水从出液口13流出沉淀反应器12，并通过出液口13流至出水桶20暂存，以便于后续处理。
由于好氧污泥颗粒化过程中存在出水水质不断调整污泥回流体积的需求，本发明的装置可以有效的满足此需求；同时，装置能够连续运行的方式大大提高了污水处理量和可操作性。
实施例
本实施例中，所采用的连续流好氧颗粒污泥反应装置结构如上，在此不再赘述。涉及到的具体参数如下：好氧生物反应器4采用具有圆柱体状的中空有机玻璃筒，有效容积为3L，筒内有效高度50cm，内径10cm，高径比为5:1；沉淀反应器12的有效体积为1L，上部为圆筒状、下部为逐渐缩小的圆锥状，有效高度为20cm，内径10cm，圆锥体高度为5cm。接种污泥取自某生活污水处理厂回流污泥，接种污泥浓度为4000mg/L；有机废水为配置的城镇生活污水。
采用上述连续流好氧颗粒污泥反应装置处理城镇污水并培养好氧颗粒污泥的操作过程如下：反应器采取连续流的运行方式，好氧生物反应区底部的曝气头提供氧气为7mg/L。反应器运行时，接种4000mg/L左右的活性污泥到反应器主体单元。配置的城镇生活污水从进水桶中由潜水泵抽入，运行一段时间后，污泥量有所上升，污染物去除效率稳定。根据图2所示，颗粒粒径200μm颗粒占30％以上颗粒化效果显著。
如图3所示，本实施例中培养的好氧颗粒污泥为平均粒径较大(平均粒径为0.2mm)、形成的颗粒污泥结构致密，表面较为光滑。解决了连续流条件下运行的好氧颗粒污泥反应器启动时间长、运行易失稳的问题，形成的颗粒污泥结构致密，形态为近球形，颗粒化时间缩短10天左右，在污水处理中具有十分重要的现实意义。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种设置搅拌桨内构件的连续流好氧颗粒污泥反应装置，其特征在于，包括好氧生物反应器(4)、沉淀反应器(12)和污泥回流管(16)；
所述好氧生物反应器(4)的底部开设进水口(3)，进水口(3)与用于承装有机物废水的储液装置(1)连通；好氧生物反应器(4)内腔中设有能形成旋流水流状态的搅拌装置，底部设有用于曝气充氧的曝气装置(19)；所述搅拌装置包括搅拌轴(7)、搅拌桨(6)和搅拌电机(9)；搅拌轴(7)竖直设置于好氧生物反应器(4)内部，并与位于好氧生物反应器(4)外部的搅拌电机(9)连接；搅拌轴(7)上均布有搅拌桨(6)，用于使好氧生物反应器(4)内的泥水混合物形成旋流水流状态并给予污泥颗粒定向水力剪切力；
好氧生物反应器(4)的上部通过筛网与沉淀反应器(12)上部的进液口连通，经过好氧生物反应器(4)处理后的有机物废水经筛网拦截成熟的颗粒污泥后进入沉淀反应器(12)；所述沉淀反应器(12)为下部逐渐缩小的结构，与所述进液口处于同一水平面的反应器侧壁开设有用于排出废水的出液口(13)；沉淀反应器(12)底部开设有回流口，回流口通过污泥回流管(16)与好氧生物反应器(4)的下部连通，用于将沉淀反应器(12)中已生长致密的污泥回流至好氧生物反应器(4)中；所述回流口处设有外接磁力装置(10)的电磁阀(15)。
2.根据权利要求1所述的连续流好氧颗粒污泥反应装置，其特征在于，所述储液装置(1)为储液桶，通过端部设有浸没于储液装置(1)液面下方潜水泵(2)的进水管与好氧生物反应器(4)相连。
3.根据权利要求1所述的连续流好氧颗粒污泥反应装置，其特征在于，所述好氧生物反应器(4)的高径比为5:1。
4.根据权利要求1所述的连续流好氧颗粒污泥反应装置，其特征在于，所述搅拌轴(7)和搅拌桨(6)之间通过螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的连续流好氧颗粒污泥反应装置，其特征在于，所述搅拌轴(7)为不锈钢金属材质，搅拌桨(6)为石英玻璃材质。
6.根据权利要求1所述的连续流好氧颗粒污泥反应装置，其特征在于，所述曝气装置(19)为曝气头。
7.根据权利要求1所述的连续流好氧颗粒污泥反应装置，其特征在于，所述好氧生物反应器(4)的侧壁沿竖直方向开设有若干第一取水口(5)，位于出液口(13)下部的沉淀反应器(12)侧壁上开设有第二取水口(14)。
8.根据权利要求1所述的连续流好氧颗粒污泥反应装置，其特征在于，所述好氧生物反应器(4)的出水口不低于沉淀反应器(12)的进液口。
9.根据权利要求1所述的连续流好氧颗粒污泥反应装置，其特征在于，所述污泥回流管(16)上设有污泥回流阀(17)，进水管上设有进水阀。
10.一种利用权利要求1～9任一所述连续流好氧颗粒污泥反应装置培养好氧颗粒污泥和有机废水处理的方法，其特征在于，具体如下：
在好氧生物反应器(4)内部接种待培养的活性污泥，将待处理的有机废水储存于储液装置(1)中，有机废水通过进水口(3)进入好氧生物反应器(4)内部；
运行曝气装置(19)，为好氧生物反应器(4)中的微生物提供充足的溶解氧；运行搅拌装置，好氧生物反应器(4)中的泥水混合物呈旋流流动，使活性污泥和废水之间充分混合接触；同时，搅拌装置还为污泥颗粒化过程提供定向水力剪切力；经好氧生物反应器(4)充分反应后的废水从好氧生物反应器(4)的出水口流出，经筛网拦截成熟的颗粒污泥后进入沉淀反应器(12)；筛网将废水中的部分污泥截留在好氧生物反应器(4)内，维持好氧生物反应器(4)中反应所需的生物量；泥水混合物在沉淀反应器(12)内进行沉降，泥水混合物中携带的污泥在重力作用下沉降至沉淀反应器(12)底部，通过定期开启电磁阀(15)，将已生长致密的污泥通过污泥回流管(16)无损的回流至好氧生物反应器(4)内；沉降后的废水从出液口(13)流出沉淀反应器(12)。
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