CN113979540A - 一种基于hpb与sbr耦合工艺强化城镇污水处理的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于HPB与SBR耦合工艺强化城镇污水处理的装置及方法，属于污水处理领域。本装置包括进水箱、SBR反应器、沉淀器、生物载体分离回收系统、出水箱以及PLC控制器，其中SBR反应器、沉淀器与生物载体分离回收系统通过三通相连，实现了反应段与沉淀段的分离，PLC控制系统实现了系统的自动化运行。通过向SBR反应器中投加复合粉末载体，并采用生物载体分离回收单元在排泥过程中回收载体及附着微生物进行循环利用形成HPB与SBR耦合工艺，解决了粉末载体在生化系统中易流失的难题，减少了载体的投加量，节约了运行成本；同时，实现了较短的水力停留时间下出水稳定。此外，还可以为同步硝化反硝化创造条件。
Description
本申请要求在2020年11月23日提交中国专利局、申请号202011320090.4、发明名称为“HPB污水处理的中试方法与系统”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。
技术领域
本发明涉及污水处理，具体说是一种基于HPB与SBR耦合工艺强化城镇污水处理的装置及方法。
背景技术
高浓度粉末载体生物流化床技术(简称HPB技术)，通过向生化段投加复合粉末载体以及排泥段设置载体分离回收单元，构建了悬浮生长和附着生长的“双泥”共生的微生物系统，实现了粉末载体的循环利用，污水处理能力大幅提升。目前，HPB技术已成功应用于多个水质净化厂的提标扩容项目，实现了生化池处理水量翻倍，出水水质从国家一级A标准提升至更高标准。
SBR工艺具有流程简单、运行方式灵活、操作方便等优点，在城镇污水处理领域被广泛应用，但仍存在污泥絮体结构松散、沉降速度慢等问题，从而导致处理后出水的氮、磷等指标很难满足愈发严格的污水排放标准。通过向SBR工艺系统中投加粉末载体作为附着型微生物生长的骨架，构建活性污泥与生物膜复合体系，可有效改善絮体结构，提升污泥沉降性能，提高污水处理能力。但投入系统的粉末载体在运行过程中存在回收困难、易流失等难题，导致粉末载体投加量大，运行成本高。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种工作可靠、自动化程度高、集成度高、成本低的一种基于HPB与SBR耦合工艺强化城镇污水处理的装置及方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于HPB与SBR耦合工艺强化城镇污水处理的装置及方法，其特征在于：
所述装置包括进水箱，SBR反应器，沉淀器，进水蠕动泵，电动升降平台，PLC控制器，电动推杆，滗水器，排水蠕动泵，出水箱，曝气头，搅拌装置，曝气风机，三通阀，排泥泵，生物载体分离回收系统，回收液收集池，剩余污泥收集池，加湿器，pH计，DO仪。
作为优选，所述进水箱通过进水蠕动泵与SBR反应器相连，所述沉淀器通过三通与SBR反应器、生物载体分离回收系统相连，所述滗水器通过排水蠕动泵与出水箱相连，所述加湿器与SBR反应器通过管道相连。
作为优选，所述进水蠕动泵、电动升降平台、电动推杆、排水蠕动泵、曝气风机、加湿器、pH计、DO仪与PLC控制器电性相连。
一种基于HPB与SBR耦合工艺强化城镇污水处理的方法，其特征在于：
(1)启动阶段
接种污泥取自城镇污水处理厂好氧池末端，接种污泥浓度控制在2000～4000mg/L，通过一次性投加复合粉末载体形成HPB混合液，将污泥浓度提升至6000-10000mg/L；
(2)运行阶段
阶段I：进水箱中的污水通过进水蠕动泵输入SBR反应器，进水的同时进行搅拌，进水时间为20min，进水结束后，进行好氧曝气，溶解氧DO控制在0.5-1mg/L，好氧曝气时间控制在40min；
阶段II:好氧曝气结束后，PLC控制器调控电动平台降至低位，SBR反应器中的混合液在重力作用下通过管道转移至沉淀器，沉淀时间为20min；
阶段III：沉淀完成后，PLC控制器调控电动推杆下降至沉淀池液面以下，通过滗水器和排水蠕动泵进水排水，排水比控制在0.3；
阶段III：沉淀完成后，PLC控制器调控电动推杆下降至沉淀池液面以下，通过滗水器和排水蠕动泵进水排水，排水比控制在0.3；排水结束后，PLC控制器调控电动推杆和滗水器8恢复至原位；
阶段Ⅵ：排水结束后，可进行排泥操作，具体为：将排水结束后的混合液搅拌均匀，通过排泥泵注入生物载体分离回收系统，其中比重较大的物料在生物载体分离回收系统作用下进入回收液收集池，比重较轻的物质在生物载体分离回收系统作用下进入剩余污泥收集池；将回收液收集池内的混合液返回沉淀池，剩余污泥收集池内的混合液排出系统。每日排泥量根据污泥浓度的增长量确定。
阶段Ⅴ：排泥结束后，PLC控制器调控电动升降平台至高位，沉淀池内的混合液转移至SBR反应器中开始新一轮反应。
作为优选，所述阶段III中，SBR反应器中的混合液转移完成后，PLC控制器调控加湿器对SBR反应器进行加湿。
作为优选，所述阶段Ⅵ中比重较大的物质为含复合粉末载体的微生物聚集体、比重较大的菌胶团及微生物挂膜的无机质；所述比重较轻的物质为絮状污泥、载体碎屑。
作为优选，每日排泥结束后，向SBR反应器中补充复合粉末载体，补充量为1～10mg/L。
技术优势：本发明为一种基于HPB与SBR耦合工艺强化城镇污水处理的装置及方法，具有以下优势：
(1)本发明装置结构简单、集成度高、造价低、运行可靠、程序自定义程度高，可实现较高程度的自动化运行；
(2)阶段II中SBR反应器2中混合液转移完成后，启动加湿器可有效保护反应内的在线检测探头；
(3)通过单次投加复合粉末载体调节污泥浓度至6000-10000mg/L，可加速附着型微生物在系统内的富集，提高系统内微生物的丰度；
(4)复合粉末载体的投加，可以改善污泥的沉降性能，提高系统的污水处理效能；同时有助于形成更为紧密的絮体结构，构建兼氧-好氧的微环境，实现同步硝化反硝化，提高系统的脱氮效能；
(5)生物载体分离回收系统可实现复合粉末载体的有效回收，解决了粉末载体在污水处理中易流失的难题，节约了运行成本。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是一种基于HPB与SBR耦合工艺强化城镇污水处理的装置，包括进水箱1，SBR反应器2，沉淀器3，进水蠕动泵4，电动升降平台5，PLC控制器6，电动推杆7，滗水器8，排水蠕动泵9，出水箱10，曝气头11，搅拌装置12，曝气风机13，三通阀14，排泥泵15，生物载体分离回收系统16，回收液收集池17，剩余污泥收集池18，加湿器19，pH计20，DO仪21。
具体实施方式
下面结合附图详细介绍本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
如图1所示，一种基于HPB与SBR耦合工艺强化城镇污水处理的方法，所用装置由包括进水箱1，SBR反应器2，沉淀器3，出水箱10，生物载体分离回收系统16；其特征在于所述进水箱1通过进水蠕动泵4与SBR反应器2相连，所述沉淀器3通过三通与SBR反应器2、生物载体分离回收系统16相连。
实验采用湖南省某水质净化厂细格栅出水作为原水，具体水质如下：COD为102～565mg/L；NH4+-N为13～28mg/L；TN浓度为24～57mg/L；TP为2～9mg/L；pH为6.8～7.5。。实验系统如图1所示，各反应器均采用有机玻璃制成，SBR反应器总体积12L，其中有效体积为8L。
实施例1：具体操作如下：
(1)启动阶段
接种污泥取自城镇污水处理厂好氧池末端，接种污泥浓度为5000mg/L，通过一次性投加复合粉末载体形成HPB混合液，将污泥浓度提升至8000mg/L；
(2)运行阶段
阶段I：进水箱1中的污水通过进水蠕动泵4输入SBR反应器2，进水的同时进行搅拌，进水时间为20min，进水结束后，进行好氧曝气，溶解氧DO控制在2-2.5mg/L，好氧曝气时间控制在40min；
阶段II:好氧曝气结束后，PLC控制器6调控电动平台5降至低位，SBR反应器2中的混合液在重力作用下通过管道转移至沉淀器3，沉淀时间为20min；
阶段III：沉淀完成后，PLC控制器6调控电动推杆7下降至沉淀池3液面以下，通过滗水器8和排水蠕动泵9进行排水，排水比控制在0.3，排水时间为10min；
阶段III：沉淀完成后，PLC控制器6调控电动推杆7下降至沉淀池3液面以下，通过滗水器8和排水蠕动泵9进水排水，排水比控制在0.3；排水结束后，PLC控制器6调控电动推杆7和滗水器8恢复至原位；
阶段Ⅵ：排水结束后，可进行排泥操作，具体为：将排水结束后的混合液搅拌均匀，通过排泥泵15注入生物载体分离回收系统16，其中比重较大的物料在生物载体分离回收系统作用下进入回收液收集池17，比重较轻的物质在生物载体分离回收系统作用下进入剩余污泥收集池18；将回收液收集池17内的混合液返回沉淀池3，剩余污泥收集池18内的混合液排出系统。
阶段Ⅴ：排泥结束后，PLC控制器6调控电动升降平台5至高位，沉淀池3内的混合液转移至SBR反应器2中开始新一轮反应。每天运行16个周期。每日向系统内补充复合粉末载体10mg/L。
对比例1：本对比例采用本发明中图1所述装置运行常规SBR工艺，与实施例1的区别在于未投加复合粉末载体和采用生物分离回收系统，其他运行参数均与实施例1保持一致。
试验结果表明：对比例中未投加复合粉末载体和启动生物载体分离回收系统，污泥沉降性能较差，沉淀时间控制在20min，出现跑泥现象，调整沉淀时间为40min才可满足出水浊度要求。对比例中，出水COD、NH4+-N、TN和TP分别为21.3mg/L、5.3mg/L、16.9mg/L和1.31mg/L。实施例中复合粉末载体投加量为10mg/L，出水COD、NH4+-N、TN和TP的平均质量浓度分别为11.9mg/L、1.15mg/L、11.3mg/L和0.22mg/L，平均去除率分别为94.3％、93.1％、70.1％和94.6％。在生物载体分离回收系统的作用下，MLVSS占比趋于稳定在40％左右，表明复合粉末载体和附着微生物实现了大部分的回收。复合粉末载体具有较大的比表面积，污泥中的微生物在其表面附着生长，形成的絮体污泥更为紧密，有利于构建内部缺氧、外部好氧的微环境，为同步硝化反硝化创造了条件，强化了系统的脱氮效果。
上面结合实施例对本发明作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (7)
1.一种基于HPB与SBR耦合工艺强化城镇污水处理的装置，其特征在于：包括进水箱1，SBR反应器2，沉淀器3，进水蠕动泵4，电动升降平台5，PLC控制器6，电动推杆7，滗水器8，排水蠕动泵9，出水箱10，曝气头11，搅拌装置12，曝气风机13，三通阀14，排泥泵15，生物载体分离回收系统16，回收液收集池17，剩余污泥收集池18，加湿器19，pH计20，DO仪21。
2.根据权利要求1中一种基于HPB与SBR耦合工艺强化城镇污水处理的装置，其特征在于：所述进水箱1通过进水蠕动泵4与SBR反应器2相连，所述沉淀器3通过三通与SBR反应器2、生物载体分离回收系统16相连，所述滗水器8通过排水蠕动泵9与出水箱10相连，所述加湿器19与SBR反应器2通过管道相连。
3.根据权利要求1中一种基于HPB与SBR耦合工艺强化城镇污水处理的装置，其特征在于：所述进水蠕动泵4、电动升降平台5、电动推杆7、排水蠕动泵9、曝气风机13、加湿器19、pH计20、DO仪21与PLC控制器6电性相连。
4.一种基于HPB与SBR耦合工艺强化城镇污水处理的方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)启动阶段
接种污泥取自城镇污水处理厂好氧池末端，接种污泥浓度控制在2000～4000mg/L，通过一次性投加复合粉末载体形成HPB混合液，将污泥浓度提升至6000-10000mg/L；
(2)运行阶段
阶段I：进水箱1中的污水通过进水蠕动泵4输入SBR反应器2，进水的同时进行搅拌，进水时间为20min，进水结束后，进行好氧曝气，溶解氧DO控制在1-2mg/L，好氧曝气时间控制在40min；
阶段II:好氧曝气结束后，PLC控制器6调控电动平台5降至低位，SBR反应器2中的混合液在重力作用下通过管道转移至沉淀器3，沉淀时间为20min；
阶段III：沉淀完成后，PLC控制器6调控电动推杆7下降至沉淀池3液面以下，通过滗水器8和排水蠕动泵9进水排水，排水比控制在0.3；
阶段Ⅵ：排水结束后，可进行排泥操作，具体为：将排水结束后的混合液搅拌均匀，通过排泥泵15注入生物载体分离回收系统16，其中比重较大的物料在生物载体分离回收系统作用下进入回收液收集池17，比重较轻的物质在生物载体分离回收系统作用下进入剩余污泥收集池18；将回收液收集池17内的混合液返回沉淀池3，剩余污泥收集池18内的混合液排出系统，每日排泥量根据污泥浓度的增长量确定；
阶段Ⅴ：排泥结束后，PLC控制器6调控电动升降平台5至高位，沉淀池3内的混合液转移至SBR反应器2中开始新一轮反应。
5.根据权利要求4中一种基于HPB与SBR耦合工艺强化城镇污水处理的方法，其特征在于，具体步骤如下：所述阶段III中，SBR反应器2中的混合液转移完成后，PLC控制器6调控加湿器19对SBR反应器2进行加湿。
6.根据权利要求4中一种基于HPB与SBR耦合工艺强化城镇污水处理的方法，其特征在于，具体步骤如下：所述阶段Ⅵ中比重较大的物质为含复合粉末载体的微生物聚集体、比重较大的菌胶团及微生物挂膜的无机质；所述比重较轻的物质为絮状污泥、载体碎屑。
7.根据权利要求4中一种基于HPB与SBR耦合工艺强化城镇污水处理的方法，其特征在于，具体步骤如下：每日排泥结束后，向SBR反应器2中补充复合粉末载体，补充量为1～10mg/L。
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