CN214880538U

CN214880538U - 一种快速培养好氧颗粒污泥及处理低碳比城市污水的装置

Info

Publication number: CN214880538U
Application number: CN202120865511.5U
Authority: CN
Inventors: 李军; 李东岳; 梁东博; 吴耀东; 丁凡; 李培麟; 边雪莹; 孙梦侠
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2021-04-25
Filing date: 2021-04-25
Publication date: 2021-11-26
Anticipated expiration: 2031-04-25

Abstract

一种快速培养好氧颗粒污泥及处理低碳比城市污水的装置，属于污水生物处理领域。装置包括：生活污水进水水桶、进水蠕动泵、同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器、在线自动控制系统、出水水桶；高C/N污水启动基于代谢与水力选择压联合较高水力剪切力下的好氧颗粒污泥；同步硝化内源反硝化工艺处理低C/N污水的稳定运行。通过协调主要功能菌(PAOs、GAOs、DNPAOs、DNGAOs、AOB、NOB、OHOs)在厌氧、好氧、缺氧阶段的运行来实现在无需外加碳源情况下污水的同步脱氮除磷。可以缩短颗粒污泥的启动期，培养出来的颗粒污泥粒径较小更加稳定，不易膨胀解体。

Description

一种快速培养好氧颗粒污泥及处理低碳比城市污水的装置

技术领域

本实用新型涉及一种快速培养好氧颗粒污泥及处理低碳氮比城市污水的装置及方法，属于污水生物处理领域。

背景技术

好氧颗粒污泥作为一种极具应用潜力的新型污水生物处理技术，相比于传统活性污泥法具有物理结构致密、沉降性能优异、生物持留量大、功能菌群耦合等优点，在改善泥水分离、强化去污性能、降低工程投资等方面具有明显技术优势，有望解决现有污水生物处理工艺面临的出水水质不稳定、运行能耗偏高、占地面积较大等问题，为城镇污水处理厂的提标改造提供了新的方式。然而，对于我国低C/N 的水质特点，好氧颗粒污泥颗粒化时间慢、结构易失稳、运行受限制是仍是目前该技术工程化应用面临的主要瓶颈。

很多研究人员利用高C/N培养出来的颗粒污泥颗粒化时间快，但是颗粒较松散，易膨胀解体，不能长时间稳定运行。同时要想经济、高效的实现低C/N比城市污水的脱氮除磷，更有许多难点：出水水质进一步的提高、原水碳源是否充分利用、各种功能菌在泥龄的矛盾以及其对溶解氧的竞争等等。

因此，急需研发适用于低C/N比城市污水高效节能同步脱氮除磷工艺。本实用新型通过厌氧/好氧/缺氧的运行方式，筛选了生长缓慢的聚糖菌、聚磷菌、氨氧化细菌，亚硝酸盐氧化菌、反硝化聚磷菌、反硝化聚糖菌，并通过在厌氧和缺氧段进行中速搅拌，好氧段高的曝气速率所产生的较高的水利剪切力下，最后在不断缩短沉淀时间增大水力选择压的情况下，快速的形成了稳定的好氧颗粒污泥，由于AGS 提供的微环境，实现了几种菌的协同作用。厌氧段：PAOs和GAOs 将水中易于微生物利用的挥发性脂肪酸转化为细胞内储存的内碳源物质，PAOs并伴随着释磷的现象；好氧段：由于AGS的微生态环境， AOB、NOB、PAOs、DNPAOs、DNGAOs协同进行同步硝化硝化和过量吸磷；缺氧段：DNPAOs和DNGAOs利用好氧段剩余的亚氮和硝氮作为电子受体进行反硝化除磷和内源反硝化，最终达到污水中的深度脱氮除磷。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种快速培养好氧颗粒污泥及处理低碳比城市污水的装置及方法，基于选择生长缓慢的微生物和水力选择压联合调控下培养出的好氧颗粒污泥，实现低碳氮比城市污水高效节能同步脱氮除磷，解决传统脱氮除磷工艺中存在碳源不足、除磷效果较差、脱氮和除磷无法同时在同一条件下达到最佳效果等问题，工艺流程简单，节省了曝气量，并降低了运行费用。可有效的维持系统运行的稳定性。

本实用新型的目的是基于以下技术方案来解决的：

一种快速培养好氧颗粒污泥及处理低碳比城市污水的装置，其特征在于，包括：生活污水进水水桶(1)、进水蠕动泵(2)、同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)、在线自动控制系统(4)、出水水桶(5)；

所述同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)主体的外表面设有水域控温的夹层，水域控温的夹层下部通过恒温水浴出水阀门 (3.6)依次经由恒温水浴蠕动泵(3.7)、低温恒温槽(3.8)余与水域控温的夹层上部的恒温水浴回水阀门(3.9)连接；

所述同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)为圆柱形，高径比为20，如高1.7m，内径为8cm，有效容积为8L。反应器所提供的较高的高径比(H/D＝20)在好氧段结合较高的曝气速率使颗粒污泥在反应器中有一个足够长的水力流态，有利于污泥颗粒化；同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)配有数显恒速搅拌器(3.2)、 pH探头(3.13)、DO探头(3.14)，pH探头(3.13)、DO探头(3.14) 与pH、DO测定仪(3.12)连接；同步硝化内源反硝化除磷AGSBR 反应器(3)主体侧面上下不同的部位设有取样口(3.10)；同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)内底部设有曝气盘(3.3)，曝气泵(3.4)经由气体流量计(3.5)与曝气盘(3.3)连接；

所述在线自动控制系统(4)包括计算机(4.1)和在线自动控制器(4.2)；计算机(4.1)和在线自动控制器(4.2)连接，在线自动控制器(4.2)分别与数显恒速搅拌器(3.2)、pH、DO测定仪(3.12) 连接，同时在线自动控制器(4.2)还与曝气泵(3.4)、进水蠕动泵(2)、电磁阀(3.11)连接；

其中所述的生活污水进水水桶(1)通过进水蠕动泵(2)与同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)下部内置的进水阀(3.1) 相连接，同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)中部的出水口通过电磁阀(3.11)与出水水桶(5)相连接。

进一步，在线自动控制器(4.2)包括曝气泵继电器(4.3)、电磁阀继电器(4.4)、进水蠕动泵继电器(4.5)、搅拌器继电器(4.6)、 pH、DO测定仪数据信号接口(4.7)；曝气泵继电器(4.3)对应与曝气泵(3.4)连接，电磁阀继电器(4.4)对应的与电磁阀(3.11)连接，进水蠕动泵继电器(4.5)对应的与进水蠕动泵(2)连接，搅拌器继电器(4.6)对应的与数显恒速搅拌器(3.2)连接，pH、DO测定仪数据信号接口(4.7)对应的与pH、DO测定仪(3.12)连接。

在线自动控制器(4.2)利用其内置的4G卡与计算机(4.1)通过网络进行数据连接，进而控制其参数设置。

同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)内为污泥颗粒。

污水在此装置中的处理流程为：生活污水进入同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)后，先进行中速的厌氧搅拌，由实验室小试可知较低的搅拌速度(＜50r/min)无法提供足够的水力剪切力使污泥快速颗粒化，也不利于污泥和污水充分的接触，较高的搅拌速度(＞200r/min)则会使污泥持续处于絮体状态无法颗粒化，之后PAOs 进行厌氧释磷，PAOs和GAOs将水中易于微生物利用的挥发性脂肪酸转化为细胞内储存的内碳源物质PHAs，并伴随着糖原的分解，反硝化菌则利用充足的碳源将上周期剩余的亚氮和硝氮反硝化；之后进行好氧状态，置于颗粒外层的PAOs以溶解氧作为电子受体，利用厌氧段储存的内碳源进行过量的好氧吸磷，AOB、NOB完成硝化反应，将氨氮转化为亚氮和硝氮，置于颗粒内层DNPAOs和DNGAOs利用储存在细胞内的碳源进行反硝化除磷和内源反硝化将亚氮和硝氮转化为氮气，好氧段曝气量较大，所提供的水利剪切力也较大，为好氧颗粒污泥的形成提供一个很好的水利条件；缺氧阶段，PAOs消耗反应器内剩余的溶解氧进行吸磷，DNPAOs利用储存在细胞内的碳源以亚氮和硝氮为电子受体将水中的正磷酸盐累积到细胞中，DNGAOs 同样利用储存在细胞内的碳源以亚氮和硝氮为电子受体进行内源反硝化转化为氮气；最后进行沉淀排水。

本实用新型还提供了一种快速培养好氧颗粒污泥及处理低碳比城市污水的方法，包括以下步骤：

1)进水桶进水：

颗粒污泥培养期：在25℃下运行同步硝化内源反硝化除磷 AGSBR反应器(3)，采用高C/N比市政污水，进水COD 459.6～645mg/L，TN浓度为43～79mg/L，TP浓度为4～9mg/L，pH值在6.8～7.4之间；

工艺稳定运行期：在25℃下运行同步硝化内源反硝化除磷 AGSBR反应器(3)，采用低C/N比市政污水，进水COD 165.5～358.1mg/L，TN浓度为50.5～65.05mg/L，TP浓度为4～9mg/L， pH值在6.8～7.4之间；

2)接种污泥：同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)接种污泥来自污水厂二沉池回流污泥；将取回的污泥加入生活污水闷爆 1～2天，取一定量闷爆后的污泥进行接种，接种后同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)中的污泥浓度在3000～3500mg/L，接种污泥的平均粒径为52.78μm；

3)好氧颗粒污泥的培养：同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)每天运行4个周期，每个周期6h；具体为：高C/N污水进水水桶(1)的进水首先通过进水蠕动泵(2)和进水阀(3.1)进入到同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)中，同时开启搅拌器(3.2)进行100-120r/min厌氧搅拌2h，搅拌作用提供了一定的水剪切力有利于污泥颗粒化，也可以使污泥和水中的COD充分接触，强化内碳源储存；接着开启曝气泵(3.4)，进行2h的好氧曝气，通过气体流量计(3.5)将曝气流量控制在3L/min以上，水力剪切力大于1.2cm/s，溶解氧控制在7-9mg/L；之后100-120r/min缺氧搅拌 95～113min；接下来是20～2min的沉淀，通过电磁阀(3.11)排水3min，以及2min闲置，排水比50％；此外，每过6个周期缩短1分钟沉淀时间，直到沉淀时间为2min为止，不断缩短沉淀时间可以形成水力选择压来淘洗沉降性不好的污泥将沉降性好的污泥筛选下来；反应器采用厌氧/好氧/缺氧的运行方式，富集了生长缓慢的功能菌，其有利于颗粒结构致密化，形成的颗粒粒径较小，在比重、沉降性能和细胞疏水性方面表现出相对较高的稳定性。培养期间不做特殊的排泥，同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)内污泥浓度维持在 3000～5000mg/L范围内；

4)同步硝化内源反硝化除磷工艺的稳定运行：此工艺采用厌氧/ 好氧/缺氧的运行方式，目的在于强化同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)中聚磷菌与聚糖菌的内碳源贮存作用；反应器每天运行4个周期，每个周期6个小时；具体为：低C/N污水进水水桶(1)的进水首先通过进水泵(2)和进水阀(3.1)进入到同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)中，同时开启搅拌器(3.2) 进行140-160r/min厌氧搅拌2h，搅拌作用可以使污泥和水中的COD 充分接触，强化内碳源储存；接着开启曝气泵(3.4)，进行2h的好氧曝气，通过气体流量计(3.5)将曝气流量控制在0.8L/min以下，水力剪切力小于0.03cm/s，溶解氧控制在3mg/L以下，较低的溶解氧可以增加好氧段的氮损失提高脱氮效率；之后140-160r/min缺氧搅拌113min，工艺稳定期的搅拌速度高于培养期的搅拌速度，这是由于工艺稳定期曝气量降低，好氧段所产生的水力剪切力较小，厌氧段和缺氧段提高搅拌速度来维持一个较高的水力剪切力有利于好氧颗粒污泥的稳定运行；接下来是2min的沉淀，通过电磁阀(3.11) 排水3min，以及2min闲置，排水比50％；同步硝化内源反硝化除磷 AGSBR反应器(3)内污泥浓度维持在3000～5000mg/L范围内；

系统启动25天后，絮体污泥完全颗粒化，成熟颗粒污泥平均粒径为600-700μm之间。运行全过程中出水达到一级A标准。

本实用新型的一种快速培养好氧颗粒污泥及处理低碳比城市污水的装置及方法，具有以下优点：

1)选择生长缓慢的微生物有利于颗粒结构致密化，形成的颗粒粒径较小，平均粒径为600-700μm之间，在比重、沉降性能和细胞疏水性方面表现出相对较高的稳定性。反应器所提供的较高的高径比 (H/D＝20)在好氧段结合较高的曝气速率使颗粒污泥在反应器中有一个足够长的水力流态，再结合厌氧缺氧段中速搅拌所产生的较高水力剪切力和不断缩短沉淀时间所产生的水力选择压可实现污泥快速颗粒化，富集了主要功能菌群(PAOs、GAOs、DNPAOs、DNGAOs、 AOB、NOB)，除污效果更强，并且产生的污泥量更少，有利于剩余污泥减量化，节约能耗和资源。

2)同步硝化内源反硝化除磷工艺包含了厌氧段内部储存、厌氧释磷、好氧吸磷、同步硝化内源反硝化，内源反硝化、反硝化除磷等过程。该工艺在充分利用并储存原水有机碳源的基础上，依靠好氧颗粒污泥同步硝化内源反硝化提高了脱氮效率，并通过后置内源反硝化既避免了外碳源的投加又保证了出水水质。因此，该工艺可有效的减少城市污水处理过程中的氧耗和能耗。

附图说明

图1为本实用新型一种快速培养好氧颗粒污泥及处理低碳比城市污水的装置结构示意图。

图中1为生活污水进水水桶，2为进水蠕动泵，3为同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器，4为在线自动控制系统，5为出水水桶； 3.1为进水阀门，3.2为数显恒速搅拌器，3.3为曝气盘，3.4为曝气泵，3.5为气体流量计，3.6为恒温水浴出水阀门，3.7为恒温水浴蠕动泵， 3.8为低温恒温槽，3.9为恒温水浴回水阀门，3.10为取样口，3.11为电磁阀，3.12为pH、DO测定仪，3.13为pH探头，3.14为DO探头； 4.1为计算机，4.2为在线自动控制器，4.3为曝气泵继电器，4.4为电磁阀继电器，4.5为进水蠕动泵继电器，4.6为搅拌器继电器，4.7为pH、DO测定仪数据信号接口。

图2为a-e为分别为好氧颗粒污泥第0、5、29、38、42天对应的形态图，f-k为成熟好氧颗粒污泥扫描电镜图。

图3为反应器运行期间污染物质去除数据图；a(COD)、b (NH₄ ⁺-N)、c(PO₄ ^3--P)、d(TN)。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本实用新型做进一步的说明，但本实用新型并不限于以下实施例。

实施例1

如图1所示，本实用新型一种快速培养好氧颗粒污泥及处理低碳比城市污水的装置及方法，其装置主要包括生活污水进水水桶(1)、进水蠕动泵(2)、同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)、在线自动控制系统(4)、出水水桶(5)；其中所述的生活污水进水水桶(1)通过进水蠕动泵(2)与同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)相连接，出水水桶(5)通过电磁阀(3.11)与同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)相连接；

所述同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)为圆柱形，高1.7m，内径为8cm，高径比为20，有效容积为8L。同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)内置进水阀(3.1)、数显恒速搅拌器 (3.2)、曝气盘(3.3)、曝气泵(3.4)、气体流量计(3.5)、恒温水浴出水阀门(3.6)、恒温水浴蠕动泵(3.7)、低温恒温槽(3.8)、恒温水浴回水阀门(3.9)、取样口(3.10)、电磁阀(3.11)、pH、DO测定仪(3.12)、pH探头(3.13)、DO探头(3.14)；

所述在线自动控制系统(4)包括计算机(4.1)和在线自动控制器(4.2)；在线自动控制器(4.2)包括曝气泵继电器(4.3)、电磁阀继电器(4.4)、进水蠕动泵继电器(4.5)、搅拌器继电器(4.6)、pH、 DO测定仪数据信号接口(4.7)；在线自动控制器(4.2)利用其内置的4G卡与计算机(4.1)通过网络进行数据连接，进而控制其参数设置。

包括以下步骤：

1)进水桶进水：

颗粒污泥培养期：在25℃下运行同步硝化内源反硝化除磷 AGSBR反应器(3)，所述高C/N比市政污水，进水COD 459.6～645mg/L，TN浓度为43～79mg/L，TP浓度为4～9mg/L，pH值在6.8～7.4之间；

工艺稳定运行期：在25℃下运行同步硝化内源反硝化除磷 AGSBR反应器(3)，所述低C/N比市政污水，进水COD 165.5～358.1mg/L，TN浓度为50.5～65.05mg/L，TP浓度为4～9mg/L， pH值在6.8～7.4之间；

4)同步硝化内源反硝化除磷工艺的稳定运行：此工艺采用厌氧/ 好氧/缺氧的运行方式，目的在于强化同步硝化内源反硝化除磷 AGSBR反应器(3)中聚磷菌与聚糖菌的内碳源贮存作用；反应器每天运行4个周期，每个周期6个小时；具体为：低C/N污水进水水桶(1)的进水首先通过进水泵(2)和进水阀(3.1)进入到同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)中，同时开启搅拌器(3.2) 进行140-160r/min厌氧搅拌2h，搅拌作用可以使污泥和水中的COD 充分接触，强化内碳源储存；接着开启曝气泵(3.4)，进行2h的好氧曝气，通过气体流量计(3.5)将曝气流量控制在0.8L/min以下，水力剪切力小于0.03cm/s，溶解氧控制在3mg/L以下，较低的溶解氧可以增加好氧段的氮损失提高脱氮效率；之后140-160r/min缺氧搅拌113min；接下来是2min的沉淀，通过电磁阀(3.11)排水3min，以及2min闲置，排水比50％；同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)内污泥浓度维持在3000～5000mg/L范围内；

系统启动25天后，絮体污泥完全颗粒化，成熟颗粒污泥平均粒径为600-700μm之间。如图2所示为本实用新型好氧颗粒污泥颗粒化阶段形态图及成熟后的电镜图。运行全过程中出水达到一级A标准，如图3所示，为本实用新型整个阶段污染物去除数据图。

Claims

1.一种快速培养好氧颗粒污泥及处理低碳比城市污水的装置，其特征在于，包括：生活污水进水水桶(1)、进水蠕动泵(2)、同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)、在线自动控制系统(4)、出水水桶(5)；

所述同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)主体的外表面设有水域控温的夹层，水域控温的夹层下部通过恒温水浴出水阀门(3.6)依次经由恒温水浴蠕动泵(3.7)、低温恒温槽(3.8)与水域控温的夹层上部的恒温水浴回水阀门(3.9)连接；

所述同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)为空腔圆柱形，有效容积高径比为20，所述同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)配有数显恒速搅拌器(3.2)、pH探头(3.13)、DO探头(3.14)，pH探头(3.13)、DO探头(3.14)与pH、DO测定仪(3.12)连接；同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)主体侧面上下不同的部位设有取样口(3.10)；同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)内底部设有曝气盘(3.3)，曝气泵(3.4)经由气体流量计(3.5)与曝气盘(3.3)连接；

所述在线自动控制系统(4)包括计算机(4.1)和在线自动控制器(4.2)；计算机(4.1)和在线自动控制器(4.2)连接，在线自动控制器(4.2)分别与数显恒速搅拌器(3.2)、pH、DO测定仪(3.12)连接，同时在线自动控制器(4.2)还与曝气泵(3.4)、进水蠕动泵(2)、电磁阀(3.11)连接；

其中所述的生活污水进水水桶(1)通过进水蠕动泵(2)与同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)下部内置的进水阀(3.1)相连接，同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)中部的出水口通过电磁阀(3.11)与出水水桶(5)相连接。

2.按照权利要求1所述的一种快速培养好氧颗粒污泥及处理低碳比城市污水的装置，其特征在于，在线自动控制器(4.2)包括曝气泵继电器(4.3)、电磁阀继电器(4.4)、进水蠕动泵继电器(4.5)、搅拌器继电器(4.6)、pH、DO测定仪数据信号接口(4.7)；曝气泵继电器(4.3)对应与曝气泵(3.4)连接，电磁阀继电器(4.4)对应的与电磁阀(3.11)连接，进水蠕动泵继电器(4.5)对应的与进水蠕动泵(2)连接，搅拌器继电器(4.6)对应的与数显恒速搅拌器(3.2)连接，pH、DO测定仪数据信号接口(4.7)对应的与pH、DO测定仪(3.12)连接。

3.按照权利要求1所述的一种快速培养好氧颗粒污泥及处理低碳比城市污水的装置，其特征在于，在线自动控制器(4.2)利用其内置的4G卡与计算机(4.1)通过网络进行数据连接，进而控制其参数设置。

4.按照权利要求1所述的一种快速培养好氧颗粒污泥及处理低碳比城市污水的装置，其特征在于，同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)高1.7m，内径为8cm，有效容积为8L。

5.按照权利要求1所述的一种快速培养好氧颗粒污泥及处理低碳比城市污水的装置，其特征在于，同步硝化内源反硝化除磷AGSBR反应器(3)内为污泥颗粒。