一种快速培养好氧颗粒污泥的方法与流程

1.本发明属于污水处理技术领域，涉及一种活性污泥培养技术，具体涉及一种快速培养好氧颗粒污泥的方法。


背景技术：

2.活性污泥法经过100多年的发展目前已成为城镇污水及有机工业废水的主要生物处理技术，但活性污泥法存在占地面积大、曝气能耗高、产生大量剩余污泥等固有缺陷，好氧颗粒污泥技术的出现则为活性污泥处理工艺的研究和发展提供了新的思路和方向。好氧颗粒污泥(ags)是在一定条件下微生物自凝聚形成的具有致密结构的生物聚集体，边缘光滑清晰，结构密实而具有良好的沉降能力及较高的生物量保留能力，对高有机废水以及有毒有害物质具有较强的耐受性。由于序批式间歇反应器(sbr)较高的高径比、较强的水力剪切力以及较小的饱食饥饿比有利于好氧颗粒污泥的形成，目前好氧颗粒污泥的培养主要在sbr中实现，因而要在连续流反应器中培养好氧颗粒污泥，需将上述几种促进污泥颗粒化的内在因素引进连续流反应器中，这就要求我们对反应器的构型及其运行模式进行创新。


技术实现要素：

3.本发明的主要目的在于，希望通过提供一种能有效引入较强的水力剪切力、较小的饱食饥饿比、逐渐增大的沉降选择压，在连续进水和出水的连续流模式下实现好氧颗粒污泥快速培养的连续流生物反应器，以及促进连续流活性污泥颗粒化的方法，来解决连续流工艺在处理低浓度、低碳氮比过程中难以快速形成稳定好氧颗粒污泥的技术难题。
4.本发明是这样实现的：
5.一种快速培养好氧颗粒污泥的方法，采用连续流生物反应器快速培养好氧颗粒污泥，连续流生物反应器包括进水组件、曝气装置、反应器池体和污泥回流系统，所述反应器池体由多个生物反应池和一个污泥选择池组成，多个生物反应池通过过流孔依次连通组成生物反应区；所述进水组件用于往第一个生物反应池内进污水，最后一个生物反应池通过出流口与污泥选择池相连，所述污泥选择池内空间为污泥选择区，污泥选择池内设有挡板将其沿着水流方向分为污泥回流区和污泥排放区，所述污泥回流区底部设有污泥回流口，污泥排放区底部设有带阀门的污泥排放口；污泥排放区的上部侧壁设有排水装置；
6.所述污泥回流系统用于将污泥回流区内沉降的污泥通过污泥回流口回流到第一个生物反应池内；
7.所述挡板包括位于下部的固定挡板和位于上部高度可调的活动挡板，通过调节活动挡板的高度可灵活调整施加的沉降选择压，从而实现对污泥的筛选作用；
8.所述曝气装置用于选择性地往各个生物反应池内通入空气或者氧气进行曝气充氧，以形成厌氧池、好氧池或缺氧池，形成不同的运行模式。
9.其特征在于，包括以下步骤：
10.步骤一，配制进水水源：为模拟低强度、低碳氮比的生活污水水质，进水水源采用
模拟人工废水，根据以下成分配制模拟人工废水：ch3coona 150～300mg/l，nh4cl 30～50mg/l，kh2po4 10～20mg/l，cacl26～15mg/l，mgso4
·
7h2o 6～15mg/l，fecl3 0.5～1.2mg/l，h3bo30.10～0.20mg/l，ki 0.10～0.20mg/l，cuso4
·
5h2o 0.02～0.05mg/l，mncl2
·
4h2o 0.03～0.08mg/l，znso4
·
7h2o 0.09～0.15mg/l，cocl2
·
6h2o 0.10～0.20mg/l，na2mo7o24
·
4h2o 0.04～0.09mg/l，edta 8～12mg/l，ph 7～8；
11.步骤二，接种污泥：将取自污水处理厂好氧池的活性污泥沉降浓缩后加入模拟人工废水闷曝1
‑
2天，取适量闷曝后的污泥分别投加到生物反应区的每个生物反应池中，再加入模拟人工废水至反应器有效工作容积使每个生物反应池污泥浓度为2500
‑
3000mg/l；
12.步骤三，运行及调控：通过进水组件将配制好的模拟废水连续提升至第一生物反应池上部进入反应器，控制进水流量，使水力停留时间达到设定值，进水依次通过各个生物反应池，在厌氧池中进行搅拌，在好氧池和缺氧池中进行曝气和搅拌；
13.步骤四，随后泥水混合液会从最后一个生物反应池下部进入污泥选择区，粒径大沉降性能好的颗粒污泥在挡板作用下沉降在污泥回流区，污泥回流区沉降的污泥通过污泥回流系统回流到第一个生物反应池内；沉降性能差的污泥随着水流越过活动挡板溢流至污泥排放区被排放掉，污泥随着连续不断的进水反复循环地被筛选，直至在各生物反应池内形成沉降性能良好的好氧颗粒污泥。
14.优选的，所述生物反应池有2
‑
10个，多个生物反应池和一个污泥选择池由一个池体通过隔板分隔而成。
15.优选的，通过调整曝气装置的曝气量将生物反应池选择性地设置为厌氧池、好氧池和缺氧池，本发明运行模式有a/o、a/o/a、a/a/o、a/o/a/o，其中a代表厌氧或者缺氧，o代表好氧。
16.优选的，所述污泥回流系统包括回泥管、污泥回流池和抽气泵，所述污泥回流池设置在所述第一生物反应池的正上方，池体上方开有进泥口，所述进泥口通过回泥管与污泥回流区相连，所述污泥回流池底部呈漏斗状，漏斗最下方开有出泥口；所述出泥口处通过出泥管与下方的生物反应区进行连通；所述污泥回流池侧壁上开有出气口，所述出气口通过抽气管与抽气泵相连接，通过所述抽气泵能将污泥回流池中的空气抽出使其内部形成负压，从而使污泥回流区中粒径较大的颗粒污泥在负压抽吸的作用下又重新回流至污泥回流池中，当污泥回流池中污泥累计到一定程度，关闭抽气泵，打开进气阀，使得污泥回流池内恢复大气压，打开出泥球阀，污泥回流池内的污泥在重力作用下流入第一生物反应池中。
17.优选的，所述污泥回流系统还包括有自动控制装置，所述自动控制装置与抽气泵和污泥回流系统中的阀门相连，通过所述自动控制装置能自动调节抽气泵和相应的阀门的开启和关闭的循环周期。
18.优选的，所述进水组件包括进水池、进水管和水泵，所述进水池中装有人工模拟或实际污水，所述进水管的一端浸入在进水池中另一端与第一个生物反应池相连，通过水泵将污水连续提升至生物反应池中。
19.优选的，所述污泥排放区的底部设有集泥斜板，所述污泥排放口处还设有排泥球阀，所述排泥球阀另一端连接有排泥管，所述污泥回流口和污泥排放口均设于集泥斜板的低点处。
20.优选的，所述过流孔在生物反应池之间采用空间对角并且高低交错布置，使得污
水在多个生物反应池依次折行流通。
21.优选的，除了第一个生物反应池以外，每个生物反应池均设有可拆卸的搅拌器。
22.优选的，每个生物反应池外壁的上、中、下部还均设有方便对泥水混合液进行取样分析的取样口；所述反应器池体底部还设有方便对反应器池体进行清理的放空阀。
23.优选的，所述曝气装置安装在每个生物反应池池底部，所述曝气装置包括曝气头、曝气阀门、曝气管以及曝气泵，其中所述曝气头安装生物反应池的内底部，所述曝气阀门安装在生物反应池子外底部，所述曝气阀门一端与池体内曝气头相连，另一端通过曝气管与曝气泵连接。
24.所述生物反应池有7个，7个生物反应池和一个污泥选择池由一个池体通过隔板分隔而成，通过调整曝气装置的曝气量将生物反应池选择性地设置为厌氧池、好氧池和缺氧池。
25.所述排水装置包括设于污泥选择池内污泥排放区上方的溢流堰和设于污泥选择池外壁且与溢流堰相通的出水口。
26.优选的，所述步骤四中污泥选择区的活动挡板从最高开始，每周调节降低一次的高度，每次调节的高度位置为泥面下方2cm处，逐步施加沉降选择压，直至下调到固定挡板处为最低高度，此时相应的沉降选择压最大。
27.优选的，所述厌氧池、好氧池、缺氧池的溶解氧浓度分别控制为0.15
±
0.05mg/l、4
±
0.05mg/l、0.40
±
0.05mg/l。
28.优选的，好氧池和缺氧池中搅拌的搅拌器的转速为140
‑
200r/min。
29.优选的，污泥回流系统开启周期设置为20～60min，使得污泥回流量为100～300％；每两天手动排放一次污泥选择区筛选出的絮状污泥。
30.本发明有益效果是：
31.本发明提供的这种快速培养好氧颗粒污泥的连续流连续流生物反应器，结构简单，操作便捷，对运行环境要求低，适用于包括低浓度、低碳氮比废水在内的多种水质处理，脱氮除磷效果优异，并且好氧颗粒污泥的生产率高；同时本发明通过采用气压差作为污泥回流的提升动力，并将污泥回流系统主体部分一体化整合到了生物流反应器中，既有效避免了应用叶片式污泥泵或者蠕动泵回流污泥的缺点，还增强系统的整体性，使系统的运行与维护更加简单便捷。
32.本发明采用负压抽吸作为污泥回流系统的基本原理，有效避免了利用机械设备输送污泥过程中将颗粒污泥打碎，对污泥造成的破坏损伤，最大程度的保持了活性污泥的完整性，提高了活性污泥培养效率。
附图说明
33.图1为本发明实施例提供的连续流生物反应器的整体结构示意图；
34.图2为本发明实施例提供的连续流生物反应器的工作原理示意图；
35.图3为本发明实施例提供的连续流生物反应器中各水质指标沿流程的变化曲线。
36.图4为本发明快速培养好氧颗粒污泥流程示意图。
37.图中：1
‑
固定挡板、2
‑
活动挡板、3
‑
污泥回流区、4
‑
污泥回流口、5
‑
污泥回流球阀、6
‑
污泥排放区、7
‑
污泥排放口、8
‑
排泥球阀、9
‑
排泥管、10
‑
集泥斜板、11
‑
第一生物反应池、
12
‑
第二生物反应池、13
‑
第三生物反应池、14
‑
第四生物反应池、15
‑
第五生物反应池、16
‑
第六生物反应池、17
‑
第七生物反应池、18
‑
溢流堰、19
‑
过流孔、20
‑
搅拌器、21
‑
污泥回流池、22
‑
进泥口、23
‑
出泥口、24
‑
出泥球阀、25
‑
出泥管、26
‑
进气口、27
‑
出气口、28
‑
回泥管、29
‑
取样口、30
‑
进水池、31
‑
进水管、32
‑
蠕动泵、33
‑
出水池、34
‑
出水管、35
‑
出水阀门、36
‑
出水口、37
‑
出气阀、38
‑
抽气管、39
‑
抽气泵、40
‑
曝气头、41
‑
曝气阀门、42
‑
气体流量计、43
‑
曝气管、44
‑
曝气泵，45
‑
出流口，46
‑
污泥选择池。
具体实施方式
38.下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
39.本发明提供了一种快速培养好氧颗粒污泥的连续流生物反应器，所述连续流生物反应器包括反应器池体和污泥回流系统。具体的：
40.如图1所示，在本实施例中，所述反应器池体为长方体状，其长宽高之比为4:2:3，池体内部由隔板划分成了生物反应和污泥选择区，其中，所述生物反应区与所述污泥选择区的体积之比为7:1，所述生物反应区包括七个生物反应池，所述的七个生物反应池按水流推进的方向，依次为第一生物反应池11、第二生物反应池12、第三生物反应池13、第四生物反应池14、第五生物反应池15、第六生物反应池16和第七生物反应池17，其中第一生物反应池11至第三生物反应池13为厌氧池，第四生物反应池14和第五生物反应池15为好氧池，第六生物反应池16和第七生物反应池17为缺氧池，单个生物反应池的长宽高之比为1:1:3，通过划分较多的生物反应池，能促进反应器内部沿流程形成由高到低的有机物浓度梯度，饥饿段越长，饱食饥饿比越小，从而更容易的形成颗粒污泥。
41.如图2所示，所述反应器池体外部设有进水组件，所述进水组件包括进水池30、进水管31和水泵，其中所述进水组件中的水泵采用的是密封性好、抗侵蚀的蠕动泵32，所述蠕动泵32与进水池30相对独立，所述进水池30中装有模拟人工废水，蠕动泵32设置在进水管31上，所述进水管31的一端浸入在进水池30中另一端与第一生物反应池11顶部相连，通过蠕动泵32能将进水池30中的泥水混合液注入到第一生物反应池11中；七个生物反应池中，沿着水流推进的方向，相邻的两个生物反应池之间的隔板上开有过流孔19，七个生物反应池之间通过过流孔19依次相连通，所述过流孔19在生物反应池之间采用空间对角并且高低交错布置，比如，第一生物反应池11和第二生物反应池12之间的过流孔19设置在沿着水流方向的左下角底部，第二生物反应池12和第三生物反应池13之间的过流孔19设置在沿着水流方向的右侧中部，水流方向为横向“u”型，生物反应池的过流孔19尺寸为2cm
×
2cm，能保证泥水混合液在每个池子中充分混合，提高泥水混合液的处理效果。
42.如图2所示，反应器池体底部设有曝气装置，所述曝气配件包括曝气头40、曝气阀门41、曝气管43以及曝气泵44，其中所述曝气头40安装在每个生物反应池的内底部，所述曝气阀门41安装在生物反应池子外底部，所述曝气阀门41一端与池体内曝气头40相连，另一端通过曝气管43与曝气泵44连接，所述曝气管43上还安装有用于检测曝气强度气体流量计42，并且除了第一生物反应池11外，其余的生物反应池中还安装有可拆卸的搅拌器20，通过对厌氧池中的泥水混合液进行搅拌，对好氧池和缺氧池中的泥水混合液进行曝气和搅拌，能使得纵向水流与上升式曝气一起为泥水混合液提供更强更立体的水力剪切力，加强污泥
之间的摩擦碰撞，促进微生物凝聚并分泌胞外聚合物增强表面疏水性，从而进一步促进好氧颗粒污泥的形成。本发明通过所述曝气装置选择性的往各个生物反应池内通入空气或者氧气进行曝气充氧，通过气体流量计42调整曝气强度可在不同的生物反应池内形成好氧、微氧及厌氧的环境条件，以形成厌氧池、好氧池或缺氧池；从而可以灵活调整一体化连续流反应器实现a/o、a/o/a、a/a/o、a/o/a/o等不同的工艺流程。
43.如图1和2所示，所述污泥选择区设置在所述生物反应区后，本实施例中，所述污泥选择区为一个污泥选择池46，所述污泥选择池46内底部设有集泥斜板10，集泥斜板10上方设有固定挡板1，所述固定挡板1将所述污泥选择池46内下部分成沿着水流方向的污泥回流区3和污泥排放区6，所述污泥回流区3与第七生物反应池17之间的隔板下部开有出流口45，在生物反应区中反应后的泥水混合液能通过所述出流口45进入到污泥选择区的污泥回流区3中，泥水混合液从固定挡板1上方翻越流入到污泥排放区6，所述污泥回流区3的集泥斜板10低点出设有污泥回流口4，所述污泥回流口4上装有大口径的污泥回流球阀5并与污泥回流系统相连，当泥水混合液由第七生物反应池17下部进入污泥选择区后，粒径大沉降性能好的颗粒污泥则会沉降在污泥回流区3，然后通过所述污泥回流系统回流至生物反应区中继续进行循环反应；沉降性能差的污泥则会随着水流越过挡板溢流至污泥排放区6，所述污泥排放区6的底部的集泥斜板10低点处设有污泥排放口7，所述污泥排放口7处还设有排泥球阀8，所述排泥球阀8另一端连接有排泥管9，打开排泥球阀8能将筛选掉的絮状污泥从排泥管9中排出；为进一步促进好氧颗粒污泥的形成，所述固定挡板1上方的还通过卡槽活动设置有活动挡板2，所述活动挡板2的位置可上下连续地调节，从而可以改变污泥回流区3与污泥排放区6间挡板的整体高度，通过调节活动挡板2位置可灵活调整施加的沉降选择压，从而实现对污泥的筛选作用，比如需要回流更多的污泥，那么升高活动挡板2的高度，更多的污泥被固定挡板1及高活动挡板2挡住，沉降在污泥回流区3，通过污泥回流系统回流至生物反应区。
44.如图1和2所示，所述污泥回流系统包括回泥管28、污泥回流池21和抽气泵39，所述污泥回流池21设置在所述第一生物反应池11的正上方，所述污泥回流池的顶部开有进泥口22，所述进泥口22通过回泥管28与污泥回流区3底部的污泥回流球阀5相连通，所述污泥回流池21底部呈漏斗状，漏斗最下方开有出泥口23；所述出泥口23处安装有出泥球阀24，所述出泥球阀24通过出泥管25与下方的第一生物反应池11内连通；所述污泥回流池21侧壁上开有进气口26和出气口27，所述进气口26安装有进气阀，当所述进气阀打开后能使污泥回流池21与大气相通，所述出气口27均安装有出气阀37，所述出气阀37通过抽气管38与抽气泵39相连接；当出气口27处的出气阀37打开后通过所述抽气泵39能抽出污泥回流池21中的空气使其内部形成负压，从而使污泥回流区3中粒径较大的颗粒污泥在负压抽吸的作用下回流至污泥回流池21中，当污泥回流池21中污泥累计到一定程度，关闭抽气泵39，打开进气阀，使得污泥回流池21内恢复大气压，打开出泥球阀24，污泥回流池21内的污泥在重力作用下流入第一生物反应池11中，通过连续不断的进水反复循环地被筛选，最终能形成沉降性能良好的好氧颗粒污泥，本发明提供的这种污泥回流系统以气压差为提升动力，有效解决了机械式回流方式容易将好氧颗粒污泥打碎的技术问题。
45.作为一种优选实施例，所述污泥回流系统还包括有自动控制装置，所述自动控制装置与抽气泵39和污泥回流系统中的阀门相连，通过所述自动控制装置能自动调节抽气泵
39和相应的阀门的开启和关闭的循环周期，从而能够灵活的设计污泥回流比，同时所述污泥回流池21的体积越大，则可设计的回流比上限越高、可调节的范围越大。
46.污泥回流系统的工作流程如下：
47.首先通过自控装置自动关闭生物反应池的搅拌器20，避免干扰污泥回流效果，然后同时开启污泥回流区3底部的污泥回流球阀5、出气口27处的出气阀37和抽气泵39，抽气泵39会持续将污泥回流池21内的空气抽出，污泥回流池21内部形成负压，利用大气压将污泥回流区3的污泥提升至污泥回流池21内，该阶段进气口26处的进气阀和污泥回流池21出泥口23处的出泥球阀24保持关闭状态；
48.待进泥阶段结束后，污泥回流区3底部的污泥回流球阀5、出气口27处的出气阀37和抽气泵39自动关闭，紧接着同时开启进气口26处的进气阀，使污泥回流池21与大气压保持相通，开启污泥回流池21中的出泥球阀24，使池内污泥通过出泥口23重力回流至第一生物反应池11，然后开启生物反应池中的搅拌器20恢复工作状态。
49.如图1所示，为方便对泥水混合液进行取样分析，每个生物反应池外壁的上、中、下部均还设有取样口29，所述取样口29由阀门控制开关；所述反应器池体底部还设有放空阀，能方便对反应器池体进行清理。
50.如图1和图2所示，为防止反应器池体中的泥水混合液过多而影响好氧颗粒污泥的生产效率，所述连续流生物反应器还包括有排水装置，所述排水装置包括设于所述污泥排放区6一侧的污泥选择池46内壁上端的溢流堰18，所述污泥选择池46外壁上部与溢流堰18对应的位置开有出水口36，所述出水口36处设有出水阀门35，并通过出水管34与出水池33相连，污泥排放区的污泥沉降后上方的清水通过溢流堰18均匀的溢出，并沿着出水管34流入到出水池33中。
51.如图4所示，本发明还提供了一种快速培养好氧颗粒污泥的方法，通过低浓度、低碳氮比废水快速培养流好氧颗粒污泥，本方法主要是通过有效引入较强的水力剪切力、较小的饱食饥饿比、逐渐增大的沉降选择压，在连续进水和出水的连续流模式下实现好氧颗粒污泥快速培养，具体包括以下步骤：
52.(1)配制进水水源
53.为模拟低强度、低碳氮比的生活污水水质，进水水源采用的是模拟人工废水，根据以下成分配制泥水混合液：ch3coona 323.75mg/l，nh4cl 76.53mg/l，kh2po
4 14.6mg/l，cacl210mg/l，mgso4·
7h2o 10mg/l，fecl
3 0.9mg/l，h3bo
3 0.15mg/l，ki 0.18mg/l，cuso4·
5h2o 0.03mg/l，mncl2·
4h2o 0.06mg/l，znso4·
7h2o 0.12mg/l，cocl2·
6h2o 0.15mg/l，na2mo7o
24
·
4h2o 0.06mg/l，edta 10mg/l，ph 7～8；
54.(2)接种污泥
55.将取自污水处理厂好氧池的传统活性污泥沉降浓缩后加入配制好的模拟人工废水闷曝1
‑
2天，取适量闷曝后的污泥分别投加到生物反应区的每个池子中，再加入人工模拟废水至反应器有效工作容积使每个生物反应池污泥浓度为2500
‑
3000mg/l；
56.(3)运行及调控
57.采用厌氧/好氧/缺氧(a/o/a)模式运行，通过蠕动泵32将进水池30中的泥水混合液连续提升至第一生物反应池11上部进入反应器，控制进水流量为41.67ml/min，使水力停留时间为12h，进水依次通过第一生物反应池11至第七生物反应池17，在厌氧池中进行搅
拌，在好氧池和缺氧池中进行曝气和搅拌；随后泥水混合液会从第七生物反应池17下部进入污泥选择区，粒径大沉降性能好的颗粒污泥则会在挡板作用下沉降在污泥回流区3，污泥回流区3沉降的污泥通过污泥回流口4和污泥回流系统回流到第一生物反应池11内；沉降性能差的污泥随着水流越过活动挡板2溢流至污泥排放区6，污泥随着连续不断的进水反复循环地被筛选，直至形成沉降性能良好的好氧颗粒污泥。得到的好氧颗粒污泥可以取出用于其他污水处理设备，也可以就地使用作为污水处理的活性污泥。
58.污泥选择区的活动挡板2每周调节一次的高度，每次调节的高度位置为泥面下方2cm处，逐步施加沉降选择压，直至下调到固定挡板1处为最低高度，此时相应的沉降选择压最大。
59.所述的步骤(3)中厌氧池、好氧池、缺氧池的溶解氧浓度分别控制为0.15
±
0.05mg/l、4
±
0.05mg/l、0.40
±
0.05mg/l。
60.所述的步骤(3)中各个生物反应池搅拌的转速为150r/min。
61.所述的步骤(3)中污泥回流系统开启周期设置为40min，使得污泥回流量为200％；每两天手动排放一次污泥选择区筛选出的絮状污泥。
62.反应器按照上述方法运行，各项出水水质指标去除率均在90％以上，其中cod、tp、nh4
‑
n的去除率为99.5％以上，tn去除率为92％以上，并且在第18天形成了好氧颗粒污泥，此案例结果证明本发明在以连续流模式处理低浓度、低碳氮比废水的过程中能够快速高效地形成好氧颗粒污泥，并具有优异的脱氮除磷效果。
63.以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。