CN113371822A - 一种基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器及处理污水方法 - Google Patents

一种基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器及处理污水方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器及处理污水方法；所述反应器，包括：进水系统、排水系统、中排系统、排泥系统、供气系统及智能化控制系统；本发明还涉及前述反应器处理污水的方法；本发明提供了一种基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器，相比其他村镇污水处理工艺，具有更高效的生物脱氮除磷的能力，工艺结构简单，不需要二沉池，占地面积小，污泥沉降性好，泥水分离容易，机械设备少，抗冲击负荷能力强，自动化及智能化程度高，操作管理简单，运行能耗低等优点。

Description

一种基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器及处理污水 方法
技术领域
本发明属于污水处理领域；尤其涉及一种基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器及处理污水方法。
背景技术
目前，我国常用的村镇污水处理分为生物处理技术、生态处理技术、组合处理工艺。生物处理工艺有活性污泥法、生物接触氧化、MBR以及其组合工艺等，其中活性污泥法常见的有AO、AAO、SBR以及其改进工艺等。生态处理技术是利用土壤、植物、微生物复合作用，通过过滤、吸收和分解作用净化污水，其常用方法有人工湿地、土壤渗滤净化系统和氧化塘等。
SBR是一种间歇活性污泥法，在同一反应池中按时间顺序，按照进水、反应、沉淀、排水和闲置的步骤操作循环。厌氧和好氧阶段交替进行，有利于去除有机物。以SBR工艺为主要工艺的一体化村镇污水处理设备具有工艺流程简单、结构少的特点，比较适用于村镇污水。
MBR工艺是一种由膜生物处理单元和膜分离单元组成的工艺。MBR工艺将膜组件内置在生物反应器内，进水进入膜生物反应器，其中大部分污染物被混合物中的活性污泥去除，然后处理干净的水在外部压力作用下由膜过滤出来。MBR工艺的污泥龄长，水中的微生物浓度可以保持很高的水平，氨氮去除率较高，占地面积小。
好氧颗粒污泥(AGS)是一种在好氧环境条件下，通过微生物自凝聚作用形成的颗粒状活性污泥。与普通活性污泥相比，它具有相对密度大、沉降速度快、不易发生污泥膨胀、抗冲击能力强、能承受高有机负荷、易于进行泥水分离、集不同性质的微生物(好氧、兼氧和厌氧微生物)于一体等特点。AGS的研究及提出始于1991年，后续AGS的研究呈上升趋势，关于AGS的形成机理、影响因素、快速培养、特性研究、储存、去除有机物效果等方面都进行了大量的试验和研究。
好氧颗粒污泥的形成机理还没有明确的定论，各研究者从不同角度提出了好氧颗粒污泥形成假说，包括晶核假说、丝状菌假说、微生物自凝聚假说、选择压假说、胞外多聚物假说等。目前被认可度比较高的形成机理为“四步形成机制”，其四个步骤依次为：(1)原始细胞互相碰撞接触、凝聚；(2)自凝聚微生物由于受到物理、化学作用及细胞表面疏水性的影响，联结形成了微生物团聚体；(3)微生物聚集体被其分泌的胞外多聚物包裹，胞外多聚物(EPS)是由于微生物的代谢而产生的一类粘性物质，其中，蛋白质是EPS的主要成分；(4)在外部选择压、水力剪切力、反应器构型和操作条件等影响下，微生物聚集体团聚形成好氧颗粒污泥。
现有的村镇污水一体化污水处理设施的最大缺点就是脱氮除磷的效率不够高，同时，部分采用智能化污水处理设备的村镇虽然在一定程度上解决了分散式治理带来的一些问题，但是仍存在着部分污水处理设施的设计运行能力远大于实际接收污水量规模，利用率低的问题。并且监测设备智能化程度低，仅能判断设施运行情况，无法判断较复杂情况以及出水水质情况，仍需人工定期巡检及取样。
发明内容
本发明的目的是提供了一种基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器及处理污水方法。针对以上缺点，本发明提供了一种基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器，相比其他村镇污水处理工艺，具有更高效的生物脱氮除磷的能力，工艺结构简单，不需要二沉池，占地面积小，污泥沉降性好，泥水分离容易，机械设备少，抗冲击负荷能力强，自动化及智能化程度高，操作管理简单，运行能耗低等优点。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器，包括：进水系统、排水系统、中排系统、排泥系统、曝气系统及智能化控制系统；
所述进水系统，包括：进水管道2、进水自动阀门3、设置在反应器内底部的布水管4；
所述排水系统，包括：设置在反应器内顶部的出水堰5、出水渠6、出水管道7；
所述中排系统，包括：设置在反应器内中部的中排管道8、中排自动阀门9；
所述排泥系统，包括：设置在反应器内中部的排泥管道10及排泥自动阀门11；
所述曝气系统，包括：供气系统12、曝气器14、空气管道13。
本发明还涉及前述的基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器的处理污水方法，
第一种方案：所述方法包括以下步骤：
步骤1，同时进水排水：智能化控制系统控制所述进水系统的进水自动阀门3打开，污水通过反应器1底部的进水口进入反应器，再通过布水器均匀地自下而上移动，反应器内液体的液位随着进水而升高，当液位到达所述排水系统的出水堰5高度时，反应器1开始自流排水，此时进水量与排水量相等，进水停止时排水同时停止，反应器1进入短暂的沉淀状态；
步骤2，中排水：智能化控制系统控制所述中排系统的中排水自动阀门9打开，反应器1内的上层液体通过中排管道8被排出反应器1外，当反应器1内液体的液位降至所述排水系统的出水堰5高度以下一定距离时，所述中排系统的中排自动阀门9关闭，中排水动作停止，反应器1进入短暂的沉淀状态；
步骤3，间歇曝气：智能化控制系统控制供气系统12供气，通过反应器1底部的曝气器14将空气通入反应器1内，反应器1内的污泥被充分混合搅拌扩散至整个反应器内，智能化控制系统根据反应器1内安装的在线水质分析仪表的实时反馈数据来控制供气系统12中供气设备开启的频次及所供风量；
步骤4，沉淀排泥：曝气阶段结束后，反应器1立即进入短暂沉淀状态，随后智能化控制系统控制排泥装置排泥，将污泥床上层沉降性能较差的污泥从反应器1内排出。
本发明还涉及前述的基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器的处理污水方法，
第二种方案：所述方法包括以下步骤：
步骤1，同时进水排水：智能化控制系统控制所述进水系统的进水自动阀门3打开，污水通过反应器1底部的进水口进入反应器1，再通过布水管4均匀地自下而上移动，反应器1内液体的液位随着进水而升高，当液位到达所述排水系统的出水堰6高度时，反应器1开始排水，进水量与排水量相等，进水停止时排水同时停止；
步骤2，排泥：进水阶段结束后，智能化控制系统控制排泥装置排泥，将污泥床上层沉降性能较差的污泥排出反应器1内；
步骤3,间歇曝气：智能化控制系统控制供气系统12供气，通过反应器底部的曝气器14将空气通入反应器1内，反应器1内污泥被充分混合搅拌扩散至整个反应器内，智能化控制系统根据反应器内安装的在线水质分析仪表的实时反馈数据来控制供气系统中供气设备开启的频次及所供风量；
步骤4，沉淀：曝气阶段结束后，反应器即进入沉淀状态。
优选地，所述智能化控制系统的配套设备至少包括在线水质分析仪表以及液位计、流量计。
优选地，所述智能化控制系统，包括：就地控制、触摸屏控制及远程控制。智能化控制系统的配套设备包括在线水质分析仪表以及液位计、流量计等。它具有集成化管理、可视化操作、智能化诊断及控制等功能，并可通过智能化平台展示工艺画面、报表、曲线、报警等。
远程控制实现的功能如下：
①远程控制部分机械设备的启停；
②远程设置阀门的开关状态及开度；
③远程设定部分参数的上限和下限报警值；
④远程控制需被授予操作权限，并进行二次确认；
⑤管理人员还可通过手机APP查看现场关键运行参数，当设备出现问题，软件将自动报警，同时将信息发送至站点负责人手机。
本发明的原理是：第一步：进水排水——污水从有一定高径比的反应器的底部均匀地进入反应器，自下而上地穿过好氧颗粒污泥层，将反应器上层已处理过的干净的水置换出反应器；此时反应器内形成厌氧环境，好氧颗粒污泥中的聚磷菌在厌氧的环境下释磷，并完成污水中大部分可生物降解的有机碳的去除；
第二步：间歇曝气——供气系统供气，通过反应器底部的曝气器将空气通入反应器内，使得空气与污泥充分混合搅拌，污水在颗粒污泥内部经过厌氧-好氧切换的循环，使得聚磷菌数量快速增长，通过排放富磷的剩余污泥来实现磷的去除。硝化细菌在好氧环境下将氨氮转化为硝态氮，反硝化细菌在缺氧环境下进行反硝化，由此实现高效脱氮除磷，达到净化污水的目的；
第三步：沉淀排泥——沉降性能好的污泥快速沉降到反应器底部，沉降性能较差的污泥(絮状污泥)悬浮在污泥床的上层，选择合适的排泥时间，在好氧颗粒污泥床膨胀后，将反应器中上部的沉降性能较差的污泥排出反应器。根据外部水力学作用和选择压的影响，好氧颗粒污泥逐渐被筛选留下，絮状污泥被筛选出反应器。如此反复，在反应器内的污泥沉降性逐渐变好，污泥浓度逐渐增加，最终SV5接近SV30。
本发明具有以下优点：
①工艺流程简单，生物反应器通过时间来区分出好氧段、厌氧段和兼氧段，一体化设计，占地面积小；
②好氧颗粒污泥密度大，沉降性好，其沉降速率是普通絮凝污泥的3倍左右，泥水分离容易，无需二沉池，也没有污泥回流；
③污泥浓度高，生物菌种丰富，具有更高效的生物脱氮除磷的能力，针对低碳氮比污水处理效果好；
④抗冲击负荷能力强，水质或者水量的变化对系统影响较小；
⑤剩余污泥量少，减少了二次污染及污泥处理成本。
⑥部分机械设备不是连续运行，而是智能化自动控制，能耗低；
⑦恒定液位的进水和出水，不需要滗水器；
⑧自动化程度高，操作运行管理简单。
⑨智能化程度高，自动监测水质，可集中远程智慧化运维。
附图说明
图1是本发明涉及的用于处理村镇污水的反应器的结构图；
其中，1—反应器，2—进水管道，3—进水自动阀门，4—布水管，5—出水堰，6—出水渠，7—出水管道，8—中排管道，9—中排自动阀门，10—排泥管道，11—排泥自动阀门，12—供气系统，13—空气管道，14—曝气器；
图2是本发明用于处理村镇污水的反应器部件工作原理框架图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。应当指出的是，以下的实施实例只是对本发明的进一步说明，但本发明的保护范围并不限于以下实施例。
实施例1
本实施例涉及一种基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器，见附图1、2所示：
一种用于处理村镇污水的反应器，包括：进水系统、排水系统、中排系统、排泥系统、曝气系统及智能化控制系统；
所述进水系统，包括：进水管道2、进水自动阀门3、设置在反应器内底部的布水管4；
所述排水系统，包括：设置在反应器内顶部的出水堰5、出水渠6、出水管道7；
所述中排系统，包括：设置在反应器内中部的中排管道8、中排自动阀门9；
所述排泥系统，包括：设置在反应器内中部的排泥管道10及排泥自动阀门11；
所述曝气系统，包括：供气系统12、曝气器14、空气管道13。
在实际使用中，可采用单个反应器运行，也可采用2个或多个反应器交叉运行。2个或多个反应器交叉运行时，总体上污水是按顺序依次进入每个反应器，而各反应器相互协调作为一个有机的整体完成污水净化功能，但对每一个反应器则是间歇进水和间歇排水。每个反应器的运行操作分阶段、按时间顺序进行，去除污水中大部分有机物和氨氮，产生的剩余污泥在村镇可以用于卫生填埋或好氧堆肥。
本实施例还涉及前述的基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的装置的处理污水方法，包括以下步骤：
步骤1，同时进水排水：智能化控制系统控制所述进水系统的进水自动阀门3打开，污水通过反应器1底部的进水口进入反应器，再通过布水器均匀地自下而上移动，反应器内液体的液位随着进水而升高，当液位到达所述排水系统的出水堰5高度时，反应器1开始自流排水，此时进水量与排水量相等，进水停止时排水同时停止，反应器1进入短暂的沉淀状态；
步骤2，中排水：智能化控制系统控制所述中排系统的中排水自动阀门9打开，反应器1内的上层液体通过中排管道8被排出反应器1外，当反应器1内液体的液位降至所述排水系统的出水堰5高度以下一定距离时，所述中排系统的中排自动阀门9关闭，中排水动作停止，反应器1进入短暂的沉淀状态；
步骤3，间歇曝气：智能化控制系统控制供气系统12供气，通过反应器1底部的曝气器14将空气通入反应器1内，反应器1内的污泥被充分混合搅拌扩散至整个反应器内，智能化控制系统根据反应器1内安装的在线水质分析仪表的实时反馈数据来控制供气系统12中供气设备开启的频次及所供风量；
步骤4，沉淀排泥：曝气阶段结束后，反应器1立即进入短暂沉淀状态，随后智能化控制系统控制排泥装置排泥，将污泥床上层沉降性能较差的污泥从反应器1内排出。
实施例2
本实施例涉及一种基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器，见附图1、2所示：
一种基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器，包括：进水系统、排水系统、中排系统、排泥系统、曝气系统及智能化控制系统；
所述进水系统，包括：进水管道2、进水自动阀门3、设置在反应器内底部的布水管4；
所述排水系统，包括：设置在反应器内顶部的出水堰5、出水渠6、出水管道7；
所述中排系统，包括：设置在反应器内中部的中排管道8、中排自动阀门9；
所述排泥系统，包括：设置在反应器内中部的排泥管道10及排泥自动阀门11；
所述曝气系统，包括：供气系统12、曝气器14、空气管道13。
在实际使用中，可采用单个反应器运行，也可采用2个或多个反应器交叉运行。2个或多个反应器交叉运行时，总体上污水是按顺序依次进入每个反应器，而各反应器相互协调作为一个有机的整体完成污水净化功能，但对每一个反应器则是间歇进水和间歇排水。每个反应器的运行操作分阶段、按时间顺序进行，去除污水中大部分有机物和氨氮，产生的剩余污泥在村镇可以用于卫生填埋或好氧堆肥。
本实施例还涉及前述的基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器的处理污水方法，包括以下步骤：
所述方法包括以下步骤：
步骤1，同时进水排水：智能化控制系统控制所述进水系统的进水自动阀门3打开，污水通过反应器1底部的进水口进入反应器1，再通过布水管4均匀地自下而上移动，反应器1内液体的液位随着进水而升高，当液位到达所述排水系统的出水堰6高度时，反应器1开始排水，进水量与排水量相等，进水停止时排水同时停止；
步骤2，排泥：进水阶段结束后，智能化控制系统控制排泥装置排泥，将污泥床上层沉降性能较差的污泥排出反应器1内；
步骤3,间歇曝气：智能化控制系统控制供气系统12供气，通过反应器底部的曝气器14将空气通入反应器1内，反应器1内污泥被充分混合搅拌扩散至整个反应器内，智能化控制系统根据反应器内安装的在线水质分析仪表的实时反馈数据来控制供气系统中供气设备开启的频次及所供风量；
步骤4，沉淀：曝气阶段结束后，反应器即进入沉淀状态。
优选地，所述智能化控制系统，包括：就地控制、触摸屏控制及远程控制。智能化控制系统的配套设备包括在线水质分析仪表以及液位计、流量计等。它具有集成化管理、可视化操作、智能化诊断及控制等功能，并可通过智能化平台展示工艺画面、报表、曲线、报警等。
远程控制实现的功能如下:
①远程控制部分机械设备的启停；
②远程设置阀门的开关状态及开度状态压力的设定；
③远程设定部分参数的上限和下限报警值；
④远程控制需被授予操作权限，并进行二次确认
⑤管理人员还可通过手机APP查看现场关键运行参数，当设备出现问题，软件将自动报警，同时将信息发送至站点负责人手机。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
①工艺流程简单，生物反应器通过时间来区分出好氧段、厌氧段和兼氧段，一体化设计，占地面积小；
②好氧颗粒污泥密度大，沉降性好，其沉降速率是普通絮凝污泥的3倍左右，泥水分离容易，无需二沉池，也没有污泥回流；
③污泥浓度高，生物菌种丰富，具有更高效的生物脱氮除磷的能力，针对低碳氮比污水处理效果好；
④抗冲击负荷能力强，水质或者水量的变化对系统影响较小；
⑤剩余污泥量少，减少了二次污染及污泥处理成本。
⑥部分机械设备不是连续运行，而是智能化自动控制，能耗低；
⑦恒定液位的进水和出水，不需要滗水器；
⑧自动化程度高，操作运行管理简单。
⑨智能化程度高，自动监测水质，可集中远程智慧化运维。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质。

Claims (4)

1.一种基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器，其特征在于，包括：进水系统、排水系统、中排系统、排泥系统、曝气系统及智能化控制系统；
所述进水系统，包括：进水管道(2)、进水自动阀门(3)、设置在反应器内底部的布水管(4)；
所述排水系统，包括：设置在反应器内顶部的出水堰(5)、出水渠(6)、出水管道(7)；
所述中排系统，包括：设置在反应器内中部的中排管道(8)、中排自动阀门(9)；
所述排泥系统，包括：设置在反应器内中部的排泥管道(10)及排泥自动阀门(11)；
所述曝气系统，包括：供气系统(12)、曝气器(14)、空气管道(13)。
2.一种如权利要求1所述的基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器的处理污水方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，同时进水排水：智能化控制系统控制所述进水系统的进水自动阀门(3)打开，污水通过反应器(1)底部的进水口进入反应器，再通过布水器均匀地自下而上移动，反应器内液体的液位随着进水而升高，当液位到达所述排水系统的出水堰(5)高度时，反应器(1)开始自流排水，此时进水量与排水量相等，进水停止时排水同时停止，反应器(1)进入短暂的沉淀状态；
步骤2，中排水：智能化控制系统控制所述中排系统的中排水自动阀门(9)打开，反应器(1)内的上层液体通过中排管道(8)被排出反应器(1)外，当反应器(1)内液体的液位降至所述排水系统的出水堰(5)高度以下一定距离时，所述中排系统的中排自动阀门(9)关闭，中排水动作停止，反应器(1)进入短暂的沉淀状态；
步骤3，间歇曝气：智能化控制系统控制供气系统(12)供气，通过反应器(1)底部的曝气器(14)将空气通入反应器(1)内，反应器(1)内的污泥被充分混合搅拌扩散至整个反应器内，智能化控制系统根据反应器(1)内安装的在线水质分析仪表的实时反馈数据来控制供气系统(12)中供气设备开启的频次及所供风量；
步骤4，沉淀排泥：曝气阶段结束后，反应器(1)立即进入短暂沉淀状态，随后智能化控制系统控制排泥装置排泥，将污泥床上层沉降性能较差的污泥从反应器(1)内排出。
3.一种如权利要求1所述的基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器的处理污水方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1，同时进水排水：智能化控制系统控制所述进水系统的进水自动阀门(3)打开，污水通过反应器(1)底部的进水口进入反应器(1)，再通过布水管(4)均匀地自下而上移动，反应器(1)内液体的液位随着进水而升高，当液位到达所述排水系统的出水堰(5)高度时，反应器(1)开始排水，进水量与排水量相等，进水停止时排水同时停止；
步骤2，排泥：进水阶段结束后，智能化控制系统控制排泥装置排泥，将污泥床上层沉降性能较差的污泥排出反应器(1)内；
步骤3,间歇曝气：智能化控制系统控制(12)供气，通过反应器底部的曝气器(14)将空气通入反应器(1)内，反应器(1)内污泥被充分混合搅拌扩散至整个反应器内，智能化控制系统根据反应器内安装的在线水质分析仪表的实时反馈数据来控制供气系统中供气设备开启的频次及所供风量；
步骤4，沉淀：曝气阶段结束后，反应器即进入沉淀状态。
4.如权利要求1所述的基于好氧颗粒污泥处理村镇污水的反应器，其特征在于，所述智能化控制系统的配套设备至少包括在线水质分析仪表以及液位计、流量计。
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