CN114249427B - 一种高浓度活性污泥维持装置及方法 - Google Patents

一种高浓度活性污泥维持装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高浓度活性污泥维持装置及方法，属于废水处理领域。装置包括：接种活性污泥的袋体；用于悬挂袋体的悬挂架；用于固定悬挂架的横杆；所述横杆设置于曝气池上方，使装有活性污泥的袋体没入曝气池混合液。应用时，将活性污泥接种至袋体内，实现活性污泥的固定，之后将多个袋体通过悬挂架相连制成一组处理单元，多组单元可水平或竖直交错固定置于曝气池中，用于处理污水。本发明提出的装置及方法可以有效减少活性污泥流失，提高曝气池中的污泥浓度与容积负荷，实现反应器快速启动，同时有利于在袋体中形成缺氧区，提高污泥的反硝化效率，从而实现有机物和总氮的高效去除。

Description

一种高浓度活性污泥维持装置及方法
技术领域
本发明属于污水处理及环境工程技术领域，具体涉及一种用在曝气池中保持高浓度活性污泥的装置及方法。
背景技术
活性污泥法是应用最广的污水处理技术之一，但是在活性污泥法的实际应用中，常因污泥沉降性能差、污泥龄较长等因素，导致曝气池中活性污泥流失，污泥浓度与容积负荷难以维持在较高水平，制约了污水处理效率的提升。
对活性污泥进行固定可以解决污泥流失的问题。污泥的固定化一般是通过物理或化学方法将污泥限定于特定的空间区域内，常见的方式有包埋法、交联法和吸附法等。这类固定化方法既可维持反应器内生物量的浓度和活性，使微生物浓度得到极大的提高，并使处理负荷相应提高；且污泥产量低，后续处理的负担较轻，同时处理工艺简单易行，便于维护和运行，投资及运行费用低。基于上述原因，污泥固定化技术逐渐受到人们关注。
目前已有一些污泥固定化的方法和专利，如中国专利文献公开号为CN110697907A的现有技术公开了一种固定化复合菌群材料及其制备方法，利用聚乙烯醇和海藻酸钠对污泥进行包埋，并在外层添加玉米秸秆作为碳源，使厌氧氨氧化菌、反硝化细菌和好氧硝化细菌在系统内维持较高的细菌浓度和生物活性；中国专利文献公开号为CN111747541A的现有技术公开的一种通过胶囊结构对水处理微生物菌剂进行固定的技术方案，通过氯化钙和硼酸混合溶液对污泥进行交联，得了到双层微胶囊结构的微生物菌剂；中国专利文献公开号为CN103805590A的现有技术公开了一种固定化硝化菌及其在处理低温氨氮废水中的应用，以驯化好的低温硝化菌株作为菌剂，以聚胺脂泡沫为生物载体、海藻酸钠为包埋剂、氯化钙为交联剂制作固定化载体，制得固定化低温硝化菌；中国专利文献公开号为CN102181421A的现有技术公开了一种利用聚乙烯醇-海藻酸钠-活性炭包埋强化厌氧氨氧化微生物活性的方法，将聚乙烯醇、海藻酸钠和活性炭按照比例配制成包埋剂；将经处理的厌氧氨氧化污泥与包埋剂按体积比均匀混合，制得固定化小球，再经过培养获得在稳定耦合于活性炭上的厌氧氨氧化微生物。这些专利与方法将活性污泥固定在粒状载体中，一定程度上可以避免污泥流失以及产生污泥膨胀的问题，但固定化载体制作步骤较为繁琐，制备得到的载体机械强度无法长期满足工程应用上的要求，且制备反应条件苛刻，影响到污泥细胞活性，导致污水生物处理系统启动时间长，处理效率低。中国专利文献公开号为CN109748395A的现有技术公开了一种高COD、高氨氮污水生物反应器，反应器中的可移动流化脱氮层内设置有若干个填料袋并填充适合生物脱氮菌生长的载体。该现有技术利用填料袋将载体限制在某一区域，一定程度上避免了常规的污泥固定方法带来的弊端。但是，该系统需要在载体上进行挂膜，启动时间长；填料的存在还会占据袋体中的大量空间，导致系统生物量较少，影响系统运行效率；此外，填料受到袋体的限制无法形成流化状态，严重影响传质效果。综上所述，开发出一种应用方便、条件温和、机械强度足够的高浓度活性污泥固定和维持方法具有重要的意义。
发明内容
1.要解决的问题
针对污水处理曝气池中污泥浓度与容积负荷难以维持在高水平、现有固定化技术反应条件苛刻、污泥启动时间长等问题，本发明提供了一种高浓度活性污泥维持装置及方法，将活性污泥接种至该装置中，实现了污泥的固定，避免因排泥与膨胀造成的污泥流失，可有效提高曝气池中的污泥浓度与容积负荷；同时本装置中污泥由于被固定于袋内，内部可形成缺氧区，为反硝化提供缺氧环境，外部好氧区与内部缺氧区的耦合可以实现硝化与反硝化的同步进行，从而有效提高总氮的去除效率。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种高浓度活性污泥维持装置，包括：
接种活性污泥的袋体；
用于悬挂袋体的悬挂架；
用于固定悬挂架的横杆；
所述横杆设置于曝气池上方，使装有活性污泥的袋体没入曝气池混合液。
优选地，所述袋体由滤网制成，所述滤网目数为200～500，所述袋体长宽比为1.5:1～1:1。袋体可以采用尼龙或涤纶等材质。
优选地，所述横杆上等距离间隔设置凹槽作为所述悬挂架的悬挂点。
优选地，根据曝气池形状，水平分排放置若干个所述横杆。
优选地，相邻所述横杆上的凹槽交错设置。
优选地，每一个所述悬挂点悬挂串接的若干个悬挂架，每个所述悬挂架上悬挂若干个接种活性污泥的袋体。
优选地，所述袋体中活性污泥加入量为袋体体积的1/2～3/4。
优选地，每个所述悬挂架上悬挂5～20个袋体。
本发明还提供一种高浓度活性污泥维持方法，将活性污泥接种于袋体内，所述袋体通过悬挂架固定于横杆上，所述横杆设置于曝气池上方，使装有活性污泥的袋体没入曝气池混合液。其中，横杆优选设置于曝气池壁上方。
优选地，所述活性污泥为市政污水处理厂二沉池剩余污泥，活性污泥浓度为10000～20000mg/L。
3、有益效果：
本发明提供了一种高浓度活性污泥维持装置及方法，具有以下有益效果：
(1)本发明解决了高浓度污泥维持的问题，可有效提高曝气池中的污泥浓度，使曝气池中活性污泥浓度不受水力停留时间与排泥周期的限制，同时当装置内污泥浓度改变时可以通过投放或取出袋体的方式将曝气池中污泥浓度控制在适当的水平；例如普通活性污泥法只能将污泥浓度维持在3000mg/L左右，实施例1中，采用本发明的装置可以将污泥浓度维持在8000mg/L以上；同时，由于装在污泥维持装置中的污泥缺氧和厌氧区较多，更利于反硝化反应的发生，因此总氮去除效果更好。
(2)袋体中所装污泥可以灵活选择，可以装入具有特定功能的污泥，实现反应器的快速启动。
(3)袋体采用滤网制成，可以保证污水与空气顺利进入袋体中，并且进入袋体的空气在网孔的作用下破碎形成微小气泡，从而与污泥和污水进行充分接触，保证了传质效率，而污泥较难透过袋体网孔，因此有效避免了流失现象的发生。
(4)本装置中的污泥聚集于袋体内形成大量缺氧区，为反硝化提供了反应条件与空间，因此，可以实现有机物和总氮的有效去除。
(5)此外，本装置可直接用于对已建成的曝气池进行升级改造，可在不增加占地面积的条件下，提高容积负荷，增大污水处理量。
附图说明
图1为接种活性污泥的袋体的示意图；
图2为用于悬挂袋体的悬挂架的示意图；
图3为一种高浓度活性污泥维持装置的结构示意图及应用示意图；
图中：1、袋体；2、悬挂架；3、横杆；
图4为实施例1中氨氮随处理天数的变化；
图5为实施例1中COD随处理天数的变化；
图6为实施例2中总氮随处理天数的变化；
图7为实施例3中氨氮随处理天数的变化；
图8为实施例3中COD随处理天数的变化。
具体实施方式
需要说明的是，当元件被称为“安装”或“设置”于另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以两元件直接为一体；当一个元件被称为“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能两元件直接为一体。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
如本文所使用，术语“约”用于提供与给定术语、度量或值相关联的灵活性和不精确性。本领域技术人员可以容易地确定具体变量的灵活性程度。
如本文所使用，“相邻”是指两个结构或元件接近。具体地说，被标识为“相邻”的元件可以邻接或连接。此类元件也可以彼此靠近或接近而不必彼此接触。在一些情况下，接近的精确程度可取决于特定的上下文。
浓度、量和其他数值数据可以在本文中以范围格式呈现。应当理解，这样的范围格式仅是为了方便和简洁而使用，并且应当灵活地解释为不仅包括明确叙述为范围极限的数值，而且还包括涵盖在所述范围内的所有单独的数值或子范围，就如同每个数值和子范围都被明确叙述一样。例如，约1至约4.5的数值范围应当被解释为不仅包括明确叙述的1至约4.5的极限值，而且还包括单独的数字(诸如2、3、4)和子范围(诸如1至3、2至4等)。相同的原理适用于仅叙述一个数值的范围，诸如“小于约4.5”，应当将其解释为包括所有上述的值和范围。此外，无论所描述的范围或特征的广度如何，都应当适用这种解释。
本发明提供一种高浓度活性污泥维持装置，包括：接种活性污泥的袋体1(如图1)，用于悬挂袋体1的悬挂架2(如图2)，以及用于固定悬挂架2的横杆3；横杆3设置于曝气池壁上方，如图3所示，使装有活性污泥的袋体1没入曝气池混合液。袋体1内装有活性污泥，袋体1通过悬线悬挂于悬挂架2，再由悬挂架2悬挂于不锈钢横杆3上的凹槽处，横杆3上等距离间隔设置凹槽作为悬挂架2的悬挂点，每一个悬挂点悬挂串接的若干个悬挂架2，每个悬挂架2上悬挂若干个接种活性污泥的袋体1。横杆3通过抱箍固定于曝气池壁上方，使装有活性污泥的袋体1没入曝气池混合液。相邻横杆3上的凹槽交错设置。袋体1可以由尼龙、涤纶、涤棉纱布或其他材质的滤网材料制成，目数为200～500，袋体1为长宽比为1.5:1～1:1的矩形，例如长为5～10cm，宽为5～8cm。
本发明接种的活性污泥为市政污水处理厂二沉池剩余污泥，活性污泥浓度为10000～20000mg/L，活性污泥加入量为袋体1体积的1/2～3/4。
在横杆3上袋体1悬挂点之间的间距为5～10cm，每个悬挂架2上可悬挂5～20个袋体；为了使不同袋体1与污水充分接触，悬挂横杆3可根据曝气池的形状水平分排放置，间距为20～50cm；串接的悬挂架2使袋体1交错分层放置，间距可以为20～30cm。
下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
实施例1
袋体1材质为500目尼龙滤网，长宽均为8cm。向袋体1内装入硝化污泥至袋体1体积的3/4。该污泥取自于市政污水处理厂二沉池剩余污泥，活性污泥浓度为10000mg/L。曝气池采用连续流模式运行，水力停留时间为15h，进水中含有COD约800mg/L，NH4 +-N 200mg/L，总磷70mg/L，pH值为7.5～7.8，水温为常温(20-25℃)，水中溶解氧控制在4～5mg/L。在曝气池中分排水平设置悬挂横杆3，间距为30cm，每根悬挂横杆3上每隔20cm设置凹槽作为悬挂架2的悬挂点，依次悬挂袋体1，使得曝气池内污泥浓度为大约8000mg/L，并每天检测出水水质。七天后检测袋体1内污泥量，并估算得曝气池中污泥浓度。
进水和出水的氨氮和COD浓度如图4和图5所示：在运行的7天内，曝气池运行稳定，出水水质稳定，氨氮去除率稳步升高，COD去除率也保持在较高的水平(94％～98％)。污泥维持装置结构完整。7天后测定袋体1内污泥量，换算得曝气池污泥浓度约为8400mg/L。众所周知，采用普通活性污泥法的污水处理系统中污泥浓度一般为3000mg/L左右，该装置的应用可以显著提高污泥浓度。
实施例2
设置两个反应器(A和B)处理生活废水，进水COD为约250mg/L,NH4 +-N为约100mg/L，磷元素50mg/L。曝气池设置有曝气装置、pH自动反馈装置与恒温装置，分别将溶解氧、pH与温度分别控制在4～5mg/L、7.5～7.8与18～25℃。其中反应器A采用本发明的装置处理污水，装置的袋体1材质为200目尼龙滤网，长、宽均为8cm，向袋体1内装入硝化污泥至袋体体积的1/2。该污泥取自于市政污水处理厂剩余污泥。在反应器中下位置分排竖直设置悬挂横杆3，间距为30cm，每根悬挂横杆3上每隔40cm依次悬挂一组悬挂有袋体1的悬挂架2，使得曝气池内污泥浓度约为4000mg/L；反应器B直接投加相同量的污泥至曝气池内污泥浓度约为4000mg/L。控制反应器A和B水力停留时间为约12h。每天检测两个反应器进出水的总氮。
两个反应器进水和出水的总氮测定结果如图6所示，在运行的14天内，两个反应器均较为稳定，出水悬浮物较少，反应器中的污泥维持装置结构保持完整。反应器A对总氮的去除效果明显优于反应器B，这主要可能是由于污泥在反应器A内聚集于袋体内形成大量缺氧区，这些缺氧区为反硝化提供了反应条件与空间，因此，反应器A产生了更好的总氮去除效果。
实施例3
用本发明的装置处理某工业废水(COD为约400mg/L,NH4+-N为约100mg/L，磷元素约40mg/L)，设置两组连续流式曝气池，且设置有曝气装置、pH自动反馈装置与恒温装置，分别将溶解氧、pH与温度分别控制在4～5mg/L、7.5～7.8与20～25℃。两组曝气池分别设置两组污泥维持装置。第一组反应器中污泥维持装置由材质为200目尼龙滤网、形状为边长8cm的正方形袋体1构成，第二组反应器中污泥维持装置由材质为400目尼龙滤网、形状为边长8cm的正方形袋体1构成。向两组反应器的袋体1内装入硝化污泥至袋体1体积的1/2，使得曝气池污泥浓度约为4000mg/L。调整曝气池的水力停留时间约为12h。每天检测进出水的氨氮与COD，并在运行七天后检测曝气池污泥浓度。运行结果如图7和图8所示。两组曝气池均能较好去除进水中的COD和氨氮，且处理效率无明显差异。第7天对两组曝气池污泥浓度进行检测，200目污泥维持装置的曝气池中污泥浓度约为4300mg/L，池中有少量悬浮污泥，400目污泥维持装置的曝气池中污泥浓度约为4400mg/L，池中几乎没有悬浮污泥。
以上内容是对本发明及其实施方式进行了示意性的描述，该描述没有限制性，实施例中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的实施方式并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的实施方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高浓度活性污泥维持装置，其特征在于，包括：
接种活性污泥的袋体(1)；
用于悬挂袋体的悬挂架(2)；
用于固定悬挂架的横杆(3)；
所述横杆(3)设置于曝气池上方，使装有活性污泥的袋体(1)没入曝气池混合液；
所述袋体(1)中活性污泥加入量为袋体(1)体积的1/2～3/4；
每个所述悬挂架(2)上悬挂5～20个袋体(1)。
2.根据权利要求1所述的高浓度活性污泥维持装置，其特征在于，所述袋体(1)由滤网制成，所述滤网目数为200～500，所述袋体(1)长宽比为1.5:1～1:1。
3.根据权利要求1所述的高浓度活性污泥维持装置，其特征在于，所述横杆(3)上等距离间隔设置凹槽作为所述悬挂架的悬挂点。
4.根据权利要求3所述的高浓度活性污泥维持装置，其特征在于，根据曝气池形状，水平分排放置若干个所述横杆(3)。
5.根据权利要求4所述的高浓度活性污泥维持装置，其特征在于，相邻所述横杆(3)上的凹槽交错设置。
6.根据权利要求3所述的高浓度活性污泥维持装置，其特征在于，每一个所述悬挂点悬挂串接的若干个悬挂架(2)，每个所述悬挂架(2)上悬挂若干个接种活性污泥的袋体(1)。
7.一种高浓度活性污泥维持方法，其特征在于，采用权利要求1～6中任意一项所述的高浓度活性污泥维持装置，将活性污泥接种于袋体内，所述袋体通过悬挂架固定于横杆上，所述横杆设置于曝气池上方，使装有活性污泥的袋体没入曝气池混合液。
8.根据权利要求7所述的高浓度活性污泥维持方法，其特征在于，所述活性污泥为市政污水处理厂二沉池剩余污泥，活性污泥浓度为10000～20000mg/L。
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