CN201330216Y

CN201330216Y - 生物脱氮工艺中实现污泥微膨胀节能方法的装置

Info

Publication number: CN201330216Y
Application number: CNU2009203002319U
Authority: CN
Inventors: 彭永臻; 郭建华; 郑雅楠; 刘洋; 马宁平; 孙治荣; 王淑莹
Original assignee: 彭永臻
Priority date: 2009-01-15
Filing date: 2009-01-15
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2019-01-15

Abstract

一种生物脱氮工艺中实现污泥微膨胀节能方法的装置，进水水箱连通反应器，反应器上面的出水堰连通二沉池，反应器的中部经回流硝化液管道和阀门连通缺氧格室，二沉池内设置分离器，二沉池的底部污泥管一个分支经污泥回流管和阀门连通缺氧格室，另一分支连接剩余污泥管和阀门，反应器内设有至少三道隔板，相邻隔板交错开有流水连通孔，反应器的进水端第一格室设置缺氧格室，缺氧格室内设有搅拌器，缺氧格室之后设置至少两个好氧格室，且每个好氧格室均设置能精确控制DO浓度的溶解氧探头和曝气头，各曝气头经空气流量计连接空气压缩机。用于优化缺氧/好氧生物脱氮污水处理系统的运行效果，保证污染物去除率达标，同时出水悬浮物浓度大大降低。

Description

生物脱氮工艺中实现污泥微膨胀节能方法的装置

技术领域

本实用新型涉及一种污水生物处理装置，尤其是利用丝状菌的特性实现污水处理的装置。

背景技术

缺氧/好氧生物脱氮工艺，简称A/O(Anoxic/Oxic)生物脱氮工艺，又称前置反硝化生物脱氮工艺，是一种公知的污水处理工艺，与传统的多级生物脱氮工艺相比具有很多优点，它是现有我国城市污水厂应用最广泛的脱氮工艺。其特点是前置反硝化在缺氧(Anoxic)条件下运行，含碳有机物的去除和氨氮的硝化在好氧(Oxic)条件下运行。然而，随着我国经济的飞速发展，该污水处理工艺的节能降耗问题成为当前急需解决的问题，如何利用较少的曝气能耗实现污水的高效处理变得尤为重要。

(三)实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种生物脱氮工艺中实现污泥微膨胀节能方法的装置，解决在污水处理过程中如何启动微膨胀、节能降耗的技术难题，并解决利用较少的曝气能耗、实现污水高效处理的问题。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种生物脱氮工艺中实现污泥微膨胀节能方法的装置，按照从原水进水端至清水出水端的顺序，依次设置进水水箱、反应器和二沉池，其特征在于：所述进水水箱经蠕动泵、进水管和阀门连通反应器，反应器上面的出水堰经清水管道和阀门连通二沉池，反应器的中部经回流硝化液管道和阀门连通缺氧格室，二沉池内设置分离器，二沉池的底部污泥管一个分支经污泥回流管和阀门连通缺氧格室，另一分支连接剩余污泥管和阀门，反应器内设有至少三道隔板，相邻隔板交错开有流水连通孔，反应器的进水端第一格室设置缺氧格室，缺氧格室内设有搅拌器，缺氧格室之后设置至少两个好氧格室，且每个好氧格室均设置能精确控制DO浓度的溶解氧探头和曝气头，各曝气头经空气流量计连接空气压缩机。

所述反应器内的隔板是固定隔板或可拆卸的活动隔板。

所述反应器的内部设有调节温度的加热器或加热棒。

所述二沉池的进水管在中心，出水堰在周边溢流出水。

所述溶解氧探头的信号线与PID控制系统输入端连接，由PID控制系统控制空气压缩机的开度，通过在线监测反应器格室中DO浓度来实时调节曝气量，以便维持所需的DO浓度。

所述进水管的进水流量、回流硝化液管道的硝化液回流量和污泥回流管的回流污泥流量通过改变蠕动泵的转速、改变阀门开度或改变泵管管径调节。

启动缺氧好氧生物脱氮方法中污泥微膨胀的方案主要包括两种方法：

(1)、单纯通过低溶解氧引发污泥微膨胀，包括突然大幅降低溶解氧浓度和逐步降低溶解氧浓度两个启动方式：

第一个启动方式中逐步降低溶解氧浓度的操作方式的具体内容是：在缺氧好氧生物脱氮系统中，在正常污泥负荷(COD-污泥负荷介于0.20～0.35COD/kgMLSSd)下，将溶解氧浓度控制在2.0～2.5mg/L，待运行稳定后，通过降低曝气量，逐步降低溶解氧浓度为1.0-1.1mg/L、0.5-0.6mg/L、0.3-0.4mg/L。

第二个启动方式中突然降低溶解氧浓度的操作方式具体指：在缺氧好氧生物脱氮系统中，在正常污泥负荷(COD-污泥负荷介于0.20～0.35COD/kgMLSSd)下，将溶解氧浓度控制在2.0～2.5mg/L，待运行稳定后突然降低到0.5-0.6mg/L。

(2)通过低溶解氧协同低负荷的方式启动污泥微膨胀

该方案中通过低溶解氧协同低负荷的方式启动污泥微膨胀的具体内容是：在缺氧好氧生物脱氮系统中，在正常负荷(COD-污泥负荷介于0.20～0.35COD/kgMLSSd)和正常溶解氧(2.0～2.5mg/L)条件下运行稳定后，通过减少进水量将COD-污泥负荷降低到0.20kgCOD/kgMLSSd以下，同时将溶解氧浓度降低至0.5-0.6mg/L。

污泥微膨胀概念由本案实用新型人首次提出，有如下特点：①、膨胀程度属轻微膨胀；②、污泥容积指数(SVI)介于150～250mL/g之间；③、不会引起污泥流失；④、主要由低溶解氧(DO)引起；⑤、相对于污泥沉降性能良好的污泥，出水化学需氧量(COD)和悬浮固体(SS)去除率提高，其余指标去除率保持不变；⑥、节约曝气能耗。

低溶解氧以及低负荷容易引发污泥丝状菌性膨胀的原因：动力学选择理论认为，由于不同种群的微生物具有不同的生长动力学参数，所以不同的微生物在不同的底物浓度下，具有不同的生长速率。在高基质或高溶解氧浓度条件下，具有较高K_S和μ_max值的菌胶团细菌比丝状菌具有更快的生长速率，丝状菌生长受到抑制，菌胶团细菌生长占优势。在低基质或者低溶解氧浓度条件下，具有较低的饱和常数K_S和最大比生长速率μ_max值的丝状菌比菌胶团菌具有更快的比生长速率，因此更容易竞争到底物或者溶解氧，占有生长优势。因此，在低溶解氧以及低负荷条件下，丝状菌更容易竞争到基质和溶解氧，从而引发丝状菌污泥膨胀。

低溶解氧节能的理论解释：根据双膜理论可知，在气膜中存在氧的分压浓度，在液膜中存在氧的浓度梯度，它们是氧转移的推动力。而氧难溶于水，因此氧转移决定性的阻力又集中在液膜上，氧分子通过液膜是氧转移过程的控制步骤，通过液膜的转移速度是氧转移过程的控制速度。当混合液中氧的浓度为零时，由于具有最大的推动力，因此氧的转移速率最大。当混合液中氧的浓度维持在较低的水平时，相对于高溶解氧比，由于具有较大的推动力，氧的转移速率也比高溶解氧时高。因此，如果采用低溶解氧污泥微膨胀方法处理污水，将会提高氧转移速率，从而达到节能的效果。

鉴于A/O工艺在我国生活污水处理中的普遍应用，缺氧好氧生物脱氮方法中污泥微膨胀的启动装置选定为A/O工艺装置，除去传统的A/O工艺装置特性，其特点是：设置了多个好氧格室，且每个好氧段均设置了空气流量计和溶解氧(DO)探头以精确控制曝气量和DO浓度。

与现有技术相比本实用新型具有以下特点和有益效果：

启动污泥微膨胀的主要方法为降低系统中溶解氧浓度。当混合液中氧的浓度维持在较低的水平时，氧的转移速率比高溶解氧时高，也即在同等曝气量下，低氧曝气的有效充氧量高，氧化同等量的污染物，低氧曝气比高氧曝气对曝气量的需求量低，节约了曝气能耗。

污泥微膨胀状态下，在大部分污染物去除指标保持不变的前提下，由于丝状菌具有较大的比表面积及网捕作用，可去除细小的悬浮物，从而降低了出水中有机颗粒化学需氧量(COD)和悬浮颗粒物(SS)的浓度。

污泥微膨胀状态下，同步硝化反硝化效果将会得到强化，在去除相同的氮时，将会节约有机曝气量和有机碳源，特别适合处理低C/N比的城市污水和一些特殊的工业废水。

采用本实用新型的装置可使污泥发生丝状菌轻微膨胀，污泥容积指数(SVI)控制在150～250mg/L之间。启动污泥微膨胀的方法以低溶解氧(DO≤0.5mg/L)为关键因素，包括突然降低溶解氧和逐步降低溶解氧两种。启动污泥微膨胀还可以采取溶解氧协同低负荷的方法。当启动污泥微膨胀迅速，持续时间过长，导致污泥恶性膨胀时，需及时将污泥负荷调回正常值。由逐步降低溶解氧方法启动污泥微膨胀系统，硝化效果没有明显恶化。出水化学需氧量(COD)和悬浮颗粒物(SS)去除率提高，其余指标去除率均保持不变。本实用新型通过对污泥膨胀的诱因进行分析和研究，并根据最终节约能耗的目的，选取适宜的能够启动微膨胀的重点控制参数，能够在缺氧/好氧生物脱氮系统中启动污泥微膨胀，污泥的膨胀程度不会引发污泥流失，并能将污泥膨胀控制在一定限度内，优化处理效果，同时节约曝气量，节省电耗。

(四)附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步详细的说明。

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是采用突然降低溶解氧的启动方法，污泥沉降性的变化趋势效果图。

图3是采取逐渐降低溶解氧的启动方法，污泥沉降性的变化趋势效果图。

图4是采取低溶解氧协同低负荷的启动方法，污泥沉降性的变化趋势效果图。

附图标记：

(五)具体实施方式

参见图1所示，这种生物脱氮工艺中实现污泥微膨胀节能方法的装置，按照从原水进水端至清水出水端的顺序，依次设置进水水箱1、反应器13和二沉池16，其特征在于：所述进水水箱1经蠕动泵2、进水管20和阀门3连通反应器13，反应器13上面的出水堰18经清水管道19和阀门连通二沉池16，反应器13的中部经回流硝化液管道9和阀门连通缺氧格室14，二沉池16内设置分离器8，二沉池16的底部污泥管一个分支经污泥回流管11和阀门连通缺氧格室14，另一分支连接剩余污泥管12和阀门，反应器13内设有至少三道隔板，相邻隔板交错开有流水连通孔22，反应器13的进水端第一格室设置缺氧格室14，缺氧格室14内设有搅拌器4，缺氧格室之后设置至少两个好氧格室15，且每个好氧格室均设置曝气头5和能精确控制DO浓度的溶解氧探头17，各曝气头5经空气流量计6连接空气压缩机7。

所述溶解氧探头17的信号线与PID控制系统23输入端连接，由PID控制系统控制空气压缩机7的开度和各阀门的开度，通过在线监测反应器格室中DO浓度来实时调节曝气量，以便维持所需的DO浓度。

所述进水管的进水流量、回流硝化液管道9的硝化液回流量和污泥回流管11的回流污泥流量通过改变蠕动泵的转速、改变阀门开度或改变泵管管径调节。

可以根据试验需要，通过调节出水堰位置，调节工作体积。反应器内可设有4-10道活动隔板，可以灵活拆卸，可以根据需要调整每个格室体积大小以及反应器格室数，试验运行中反应器的格室数基本上分为6个或7个。首格室缺氧运行，第2格室可以缺氧运行也可以好氧运行，从第3格室起好氧运行。为了避免返混现象，在隔板上交错开孔，使水流呈现上下流流态。缺氧区通过机械搅拌器的搅拌使反应器内的活性污泥与进水底物、回流污泥和回流硝化液充分混合。好氧区由空气压缩机供气，采用烧结砂头作为微孔曝气，反应器内温度由加热棒进行调节。通过调节蠕动泵的转速或改变泵管管径可以调节进水流量、硝化液回流量和回流污泥流量。二沉池采用中心管进水，周边溢流出水。建立PID控制系统，通过在线监测反应器格室中DO浓度来实时调节曝气量，以便维持所需的DO浓度。

图2显示了采用单纯依靠低溶解氧启动污泥微膨胀的方法，采用突然降低溶解氧的启动方式，污泥沉降性的变化趋势。实施例1：DO为2.0mg/L的一周时间内，SVI在160mL/g左右；DO降低到0.5mg/L，7天后SVI从158mL/g上升至223mL/g，之后SVI不再继续升高，基本维持在190mL/g，持续了20天。

采用缺氧好氧生物脱氮系统启动污泥微膨胀，原水为校园生活污水，曝气池内混合液悬浮固体浓(MLSS)维持在2500～3500mg/L之间，反应器平均温度为25℃，内循环比150％，污泥回流比100％。缺氧区和好氧区体积比为1∶5，控制水力停留时间7小时，COD-污泥负荷基本维持在0.25kgCOD/kgMLSSd左右。采用渐减曝气，通过调节好氧区每格室的曝气量来维持每格室中的DO在一定的水平。在上述条件下运行该A/O系统，起初DO为2.0mg/L时，污泥沉降性良好，SVI在160mL/g左右，如附图2所示。该系统在高溶解氧条件下运行一周后，通过减小曝气量，将DO从2.0mg/L以上降低到0.5mg/L，同时维持系统其他运行参数和环境条件不变，7天后SVI从158mL/g上升至223mL/g。继续保持DO在0.5mg/L，其他运行条件不变，SVI不再继续升高，基本维持在190mL/g，持续了20天，达到了一个稳定的丝状菌污泥微膨胀状态，如附图2所示。至此，已成功完成在缺氧好氧生物脱氮系统中污泥微膨胀的启动。

在此期间，保证回流通畅时，二沉池的泥位在出水液位的2/3处，没有污泥流失现象发生，系统运行状况良好，处理效果稳定。以上的试验表明了在A/O系统中突然大幅度降低溶解氧会引发丝状菌污泥微膨胀，维持DO在0.5mg/L，其他运行条件不变，SVI值将会达到稳定。污泥微膨胀状态是稳定且可持续的。

图3表示了采取单纯依靠低溶解氧启动污泥微膨胀枛逐步降低溶解氧浓度的启动方式，污泥沉降性的变化趋势。实施例2：DO从2.0mg/L逐渐降低到1.0、0.5、0.3mg/L。当DO为2.0mg/L和1.0mg/L时，污泥的SVI值处于170mL/g以下；当DO降低为0.5mg/L时，SVI开始逐渐上升，最高达217mL/g，大多维持在190mL/g以下；DO降低至0.3mg/L，SVI值也未大幅的增加。

采用缺氧好氧生物脱氮系统(如附图1所示)启动污泥微膨胀，原水为校园生活污水，曝气池内混合液悬浮固体浓(MLSS)维持在2500～3500mg/L之间，反应器平均温度为25℃，内循环比150％，污泥回流比100％。缺氧区和好氧区体积比为1∶5，试验期间处理水量为225L/d，水力停留时间7小时，COD-污泥负荷基本维持在0.25kgCOD/kgMLSSd左右。采用渐减曝气，通过调节好氧区每格室的曝气量来维持每格室中的DO在一定的水平。将系统平均DO从2.0mg/L逐渐降低到1.0、0.5、0.3mg/L。如附图3所示，当DO为2.0mg/L和1.0mg/L时，系统内污泥的SVI值相对较低，处于170mL/g以下；当DO降低为0.5mg/L时，SVI开始逐渐上升，最高达217mL/g，不过大多维持在190mL/g以下。即使DO降低至0.3mg/L，SVI值也没有大幅的增加，并未引发严重的污泥膨胀，总体上污泥沉降性良好。在缺氧好氧生物脱氮系统系统中成功启动且稳定维持了污泥微膨胀状态。

逐渐降低DO相对于突然降低DO的方式来说，系统的硝化效果没有出现严重恶化。将系统中DO分别采用两种方式降低到0.5mg/L，对比系统的硝化效果发现逐渐降低DO效果更优。这主要是由于在逐渐降低DO的过程中提供了让部分硝化菌适应环境改变的条件。

图4表明了采取低溶解氧协同低负荷启动污泥微膨胀的方法，实施例3：原水为校园生活污水，曝气池内混合液悬浮固体浓度(MLSS)维持在2500～3500mg/L之间，反应器平均温度为25℃，内循环比为150％，污泥回流比100％，缺氧区与好氧区体积比为1∶5。首先使缺氧好氧生物脱氮系统在0.22kgCOD/kgMLSSd，溶解氧为2.0mg/L的条件下运行稳定，平均SVI基本维持在160mL/g。然后减小进水量，COD-污泥负荷降低为0.18kgCOD/kgMLSSd。同时采用渐减曝气，通过调节好氧区每格室的曝气量来维持反应器内平均DO为0.5mg/L。由附图4，污泥沉降性在低溶解氧协同低负荷的作用发生了改变，SVI由起初的160mL/g在3天内上升至190mL/g，8天后已达到210mL/g，并随时间的推移有继续上升的趋势。污泥微膨胀状态已成功启动，为防止污泥流失，重新调回进水流量使COD-污泥负荷恢复到0.22kgCOD/kgMLSSd，几天后SVI又重新稳定在185mL/g。至此，污泥微膨胀状态成功维持。

低溶解氧协同低负荷启动污泥微膨胀与单纯靠低溶解氧启动污泥微膨胀的过程相比，前者能在较短的时间内改变污泥沉降性，但是如果持续时间过长的话，容易导致恶性污泥膨胀。因此，在采用该方案启动污泥微膨胀时应注意，当成功启动污泥微膨胀后及时将系统的污泥负荷调回正常范围。低溶解氧协同低负荷的启动方式，污泥沉降性的变化趋势。系统在COD-污泥负荷为正常负荷，溶解氧为2.0mg/L的条件下运行稳定后，SVI基本维持在160mL/g；将COD-污泥负荷降低为0.18kgCOD/kgMLSSd，同时降低溶解氧至0.5mg/L，在3天内SVI上升至190mL/g，8天后已达到210mL/g，且有继续上升的趋势；将COD-污泥负荷重新调整为正常负荷，几天后SVI又重新稳定于185mL/g。

Claims

1.一种生物脱氮工艺中实现污泥微膨胀节能方法的装置，按照从原水进水端至清水出水端的顺序，依次设置进水水箱(1)、反应器(13)和二沉池(16)，其特征在于：所述进水水箱(1)经蠕动泵(2)、进水管(20)和阀门(3)连通反应器(13)，反应器(13)上面的出水堰(18)经清水管道(19)和阀门连通二沉池(16)，反应器(13)的中部经回流硝化液管道(9)和阀门连通缺氧格室(14)，二沉池(16)内设置分离器(8)，二沉池(16)的底部污泥管一个分支经污泥回流管(11)和阀门连通缺氧格室(14)，另一分支连接剩余污泥管(12)和阀门，反应器(13)内设有至少三道隔板，相邻隔板交错开有流水连通孔，反应器(13)的进水端第一格室设置缺氧格室(14)，缺氧格室(14)内设有搅拌器(4)，缺氧格室之后设置至少两个好氧格室(15)，且每个好氧格室均设置能精确控制DO浓度的溶解氧探头(17)和曝气头(5)，各曝气头(5)经空气流量计(6)连接空气压缩机(7)。

2.根据权利要求1所述的生物脱氮工艺中实现污泥微膨胀节能方法的装置，其特征在于：所述反应器内的隔板是固定隔板或可拆卸的活动隔板。

3.根据权利要求1所述的生物脱氮工艺中实现污泥微膨胀节能方法的装置，其特征在于：所述反应器的内部设有调节温度的加热器或加热棒。

4.根据权利要求1所述的生物脱氮工艺中实现污泥微膨胀节能方法的装置，其特征在于：所述二沉池的进水管在中心，出水堰在周边溢流出水。

5.根据权利要求1所述的生物脱氮工艺中实现污泥微膨胀节能方法的装置，其特征在于：所述溶解氧探头(17)的信号线与PID控制系统(23)输入端连接，由PID控制系统控制空气压缩机(7)的开度和各阀门的开度，通过在线监测反应器格室中DO浓度来实时调节曝气量，以便维持所需的DO浓度。

6.根据权利要求1所述的生物脱氮工艺中实现污泥微膨胀节能方法的装置，其特征在于：所述进水管的进水流量、回流硝化液管道(9)的硝化液回流量和污泥回流管(11)的回流污泥流量通过改变蠕动泵的转速、改变阀门开度或改变泵管管径调节。