一种好氧颗粒污泥反应器及污水处理方法与流程

1.本技术一般涉及废水处理技术领域，具体涉及一种好氧颗粒污泥反应器及污水处理方法。


背景技术：

2.好氧颗粒污泥是一种在好氧条件下微生物自发凝聚形成的颗粒状污泥聚集体，具备好氧/缺氧/厌氧的紧实层状空间结构，可同时进行硝化、反硝化和除磷过程，具有污泥沉降迅速、耐冲击负荷强、污染物去除效率高等诸多优点，可便捷地实现同一池体下的碳氮磷同步去除与高效泥水分离，在确保出水达标的前提下可节约传统工艺常见的内外回流与二沉池等投资。
3.由于好氧颗粒污泥的种泥来源有限，现阶段好氧颗粒污泥的形成主要依赖絮状活性污泥进行原位颗粒化培养，培养条件苛刻且需要较长的启动期，极大地限制了其在污水处理中的应用。
4.因此，目前对于好氧颗粒污泥的研究有待进一步加深。


技术实现要素：

5.鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，本技术期望提供一种好氧颗粒污泥反应器及污水处理方法，本技术提供的反应器好氧颗粒污泥形成周期短，污水降解效率高。
6.作为本技术的第一个方面，本技术提供一种好氧颗粒污泥反应器。
7.作为优选，所述好氧颗粒污泥反应器，包括：反应器本体和膜曝气单元；
8.所述膜曝气单元包括设置在所述反应器本体内部的充氧膜丝组件和用于向所述充氧膜丝组件的内部曝气的第一曝气支管，所述充氧膜丝的表面用于附着形成生物膜；
9.所述充氧膜丝组件的底部与反应器本体的底部之间间隔有距离，间隔的距离内安装有第二曝气支管，所述第二曝气支管上设有曝气孔，用于使所述生物膜从所述充氧膜丝的表面脱落。
10.作为优选，所述充氧膜丝组件的数量为多个，多个充氧膜丝组件环绕所述反应器本体的内壁间隔设置在所述内壁上。
11.作为优选，多个充氧膜丝组件沿所述内壁排布为一层或多层。
12.作为优选，所述第二曝气支管环绕所述反应器本体的内壁一周设置，所述曝气孔的数量为多个，各充氧膜丝组件分别与位于其下方的多个曝气孔对应。
13.作为优选，所述充氧膜丝为中空纤维膜丝。
14.作为优选，所述中空纤维膜丝的膜孔径为0.01～0.5μm，孔隙率为30～90％。
15.作为优选，还包括与所述膜曝气单元并联的微孔曝气单元；
16.所述微孔曝气单元包括设置于所述反应器本体的底部与所述第二曝气支管之间的扩散器，所述扩散器表面具有若干曝气微孔。
17.作为优选，还包括鼓风机，所述第一曝气支管、第二曝气支管和扩散器通过独立的
气路阀门和流量计与所述鼓风机相连。
18.作为优选，所述反应器本体内还设有由控制系统控制的溶解氧监测装置，ph监测装置，氨氮监测装置和硝氮监测装置中的至少任一种。
19.作为本技术的第二个方面，本技术提供一种利用如上所述的好氧颗粒污泥反应器进行污水处理的方法。
20.作为优选，所述污水处理的方法包括：
21.向具有污水的反应器本体内接种絮状污泥；
22.向所述充氧膜丝组件内曝气并保持设定供气流量，和/或，通过扩散器向所述反应器本体内曝气；
23.在曝气过程中或曝气结束后周期性地使形成在充氧膜丝表面的生物膜脱落，促使好氧颗粒污泥形成。
24.有益效果：
25.本技术实施例提供的反应器通过采用充氧膜丝组件将曝气与生物膜一体化，加速了好氧颗粒污泥的形成，提高了氧气传递效率；
26.本技术实施例提供的反应器通过设置微孔曝气单元，使得反应器具备双曝气系统，可根据实际情况采用多模式运行。
附图说明
27.通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
28.图1为本技术一种实施例的好氧颗粒污泥反应器的剖面示意图；
29.图2为本技术一种实施例的好氧颗粒污泥的形成示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图和实施例对本技术作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。
32.需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度、“厚度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
33.需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
34.需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也
可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
35.根据本技术的第一个方面，请参照图1，示出了本技术一种优选的实施方式的好氧颗粒污泥反应器，包括反应器本体1和膜曝气单元，所述膜曝气单元包括设置在所述反应器内部的充氧膜丝组件20和用于向所述充氧膜丝组件20的内部曝气的第一曝气支管21，所述充氧膜丝的表面用于附着形成生物膜；
36.所述充氧膜丝组件20的底部与反应器本体1的底部之间间隔有距离，间隔的距离内安装有第二曝气支管3，所述第二曝气支管3上设有曝气孔，用于使所述生物膜从所述充氧膜丝的表面脱落。
37.具体地，充氧膜丝组件20一方面用作向反应器本体1内充氧或供氧的介质，能够实现高传质效率供氧，另一方面用作微生物挂膜的载体，能够使得污水中的微生物在充氧膜丝表面挂膜，形成稳定的生物膜，生物膜不仅可以在脱落后作为絮状污泥的凝聚中心或前体，加速好氧颗粒污泥的形成，而且可以对污水中的污染物进行降解，实现对污水的净化；
38.更具体地，氧气或空气通过第一曝气支管21进入充氧膜丝组件20内部，氧气被充氧膜丝表面的微生物利用，能够加快微生物在充氧膜丝表面的繁殖速度，从而利于形成生物膜；
39.在生物膜积累达到一定量后或反应器运行达到一定周期后，氧气或空气通过第二曝气支管3的曝气孔进入反应器本体1内，气流向上运动，对生物膜产生冲击并使得污水在充氧膜丝组件的下方围绕充氧膜丝组件20形成剪切力，在气水的共同作用下，促使生物膜从充氧膜丝表面脱落，如图2所示，脱落的生物膜作为颗粒污泥形成的前体，为絮状污泥提供凝聚中心，促使好氧颗粒污泥快速形成，从而显著缩短颗粒污泥的培养周期；并通过第二曝气支管3周期性的向反应器本体1内曝气，实现生物膜周期性的更新和更替，并在后续连续运行中不间断的提供微生物微粒，使生物膜与好氧颗粒污泥和絮状污泥共存，以使反应器稳定运行；
40.其中，充氧膜丝表面形成及脱落的生物膜相较于絮状污泥更有利于富集氨氧化细菌、亚硝酸氧化细菌、聚磷菌等增殖相对缓慢的细菌，有利于形成结构稳定的好氧颗粒污泥，在加速颗粒化进程的同时，可保证氨氮、总氮、总磷等污染物的去除。
41.本实施方式的反应器一方面可以用作培养好氧颗粒污泥的装置，实现好氧颗粒污泥的快速形成，另一方面可以作为污水处理装置，通过在污水处理进程中形成“生物膜 絮状污泥 好氧颗粒污泥”的多种生物量停留形式，实现污水的高效率稳定净化；具体地，在反应器启动初期，生物膜在充氧膜丝组件20表面不断形成，反应器本体1内以生物膜 絮状污泥为主，并伴随少量好氧颗粒污泥，污染物的去除主要依靠生物膜和絮状污泥；在反应器运行中期，通过生物膜周期性的脱落，逐渐形成生物膜 好氧颗粒污泥 絮状污泥并存的形式；在反应器运行的后期，反应器本体1内以好氧颗粒污泥为主，生物膜为辅，污染物的去除主要依靠好氧颗粒污泥，通过反应器中生物量的有效留存和多种停留形式，保证了调试启动与运行故障期间的出水水质稳定。
42.可以理解的是，也可以在反应器本体1内设置其他的机械结构以促使生物膜从充氧膜丝表面脱落，例如设置搅拌器或震动器，通过搅拌或震动使得污水产生促使生物膜脱
落的剪切力。
43.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，所述曝气孔的开口方向朝向所述充氧膜丝组件20，以更好的促使生物膜脱落。
44.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，所述充氧膜丝组件20的数量为多个，多个充氧膜丝组件20环绕所述反应器本体1的内壁间隔设置在所述内壁上。
45.具体地，所述充氧膜丝组件20包括支架，支架内固设或填充有充氧膜丝，其中，所述支架可通过任何合适的方式连接在反应器本体1的内壁上，诸如通过紧固件、焊接、熔接以及粘合剂等，本技术并不予以限制。所述支架的形状不受限制，可以根据工艺需要加工成矩形、球形或者椭圆形等。
46.通过使充氧膜丝组件20环绕反应器本体1内壁间隔设置，以保证供氧均匀性和好氧颗粒污泥在反应器本体1中的散布均匀性，保证污染物去除效果。
47.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，多个充氧膜丝组件20沿所述内壁排布为一层或多层。
48.具体地，在反应器本体1的径向方向上，多个充氧膜丝组件20排布为一层或多层，例如一层、双层或三层
…
以提高污染物去除效果。
49.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，所述第二曝气支管3环绕所述反应器本体1的内壁一周设置，所述曝气孔的数量为多个，各充氧膜丝组件20分别与位于其下方的多个曝气孔对应。
50.具体地，第二曝气支管3上具有多个曝气孔，各曝气孔均匀或非均匀地排布，或根据充氧膜丝组件20的位置以预设的规则均匀排布，其中，各充氧膜丝组件20分别与位于其下方的多个曝气孔对应，例如3个、4个、5个或10个等，通过多个曝气孔共同地朝向同一个充氧膜丝组件20曝气，以促使生物膜有效脱落；其中，当多个充氧膜丝组件20排布为多层时，各层充氧膜丝组件20的下方均设置第二曝气支管3，即反应器本体1内设置有多组第二曝气支管3。
51.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，所述充氧膜丝为中空纤维膜丝。
52.中空纤维膜丝孔隙微小，可以向微生物进行无泡供氧，能够大量提高单位水体内的微生物总量和氧利用率，强化水体净化效率，并可通过提高氧利用效率，降低曝气能耗，节约系统总的曝气运行成本。
53.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，所述中空纤维膜丝的膜孔径为0.01～0.5μm，孔隙率为30～90％。
54.膜孔径及孔隙率影响中空纤维膜丝的通量，膜孔径直径越小，产生的气泡直径越小，比表面积越大，且上升速度越慢，在污水中的停留时间越长，能够增加气液传质时间，显示出更高的氧传质效率；其中，膜孔径和孔隙率过小导致膜通量下降，供氧能力下降，影响污染物去除效果；膜孔径过大，大分子物质容易进入微孔内产生阻塞，孔隙率过大，中空纤维膜丝的自支撑作用降低，无法在反应器中稳定存在；其中，优选膜孔径为0.1～0.4μm，更优选为0.2～0.3μm；优选孔隙率为45～80％，更优选为55～70％。
55.其中，充氧膜丝组件20的数量和充氧膜丝的有效面积与待处理污水污染物含量和出水要求相关。
56.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，还包括与所述膜曝气单元并联的微
孔曝气单元；
57.所述微孔曝气单元包括设置于所述反应器本体1的底部与所述第二曝气支管3之间的扩散器40，所述扩散器40上设置若干间隔排列的曝气微孔，其中曝气微孔的数目可以为数十个、数百个或数千个。
58.具体地，本技术的扩散器40是具有直径通常在3mm以下的曝气微孔的微孔扩散器，氧气或空气经由扩散器40形成直径通常在3mm以下的微小气泡；其中，所述膜曝气单元和微孔曝气单元以并联运行的方式被使用，两者可以切换或组合使用，由此使得本技术实施例的反应器具有双曝气单元，一方面，使得两种处理工艺优势互补，为好氧颗粒污泥系统提供更充分的同步硝化反硝化环境，另一方面，可以根据调试与运行需要，在维持污水处理稳定运行的情况下实时选择合适的曝气运行模式，以节省曝气能耗，降低运行成本；所述扩散器40可以为管式、板式或盘式，本技术并不予以限制。
59.其中，所述微孔曝气单元还包括与扩散器40气体连通的第三曝气支管41，若干个扩散器40均匀或非均匀间隔地设置于第三曝气支管41上。
60.进一步地，在本技术的一些优选的实施方式中，第二曝气支管3的曝气孔的孔径大于曝气微孔的孔径，第二曝气支管3的曝气孔用于形成直径相对较大的气泡，例如10mm以上，以保证对微生物膜形成足够强的剪切力，其供氧能力差，曝气微孔用于形成直径通常在3mm以下的微小气泡，其供氧能力相对较强。
61.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，还包括鼓风机，所述第一曝气支管21、第二曝气支管3和扩散器40通过独立的气路阀门6和流量计7与所述鼓风机相连。
62.具体地，鼓风机将压缩空气输入第一曝气支管21、第二曝气支管3和第三曝气支管41，通过各自独立的气路阀门6可根据工艺需要控制相应单元的启停和曝气量，以调节生物膜厚度、优势菌种和溶解氧，通过各自独立的流量计7可对各气路的气流流量进行实时监测。
63.其中，所述鼓风机可以为空气悬浮风机、磁悬浮风机或罗茨风机，其具有流量调节功能，可自动或手动按需调节曝气总流量输出，在工艺曝气反应阶段为污泥混合液提供溶解氧供给与均匀混合环境。
64.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，包括第一鼓风机51和第二鼓风机52，其中，第一鼓风机51可通过曝气总管8与所述第一曝气支管21和第三曝气支管41连接，使第一鼓风机51输出的空气经由曝气总管8进入各单元。第二鼓风机52与第二曝气支管3连接。第二鼓风机52的气体流量大于第一鼓风机51，以形成剪切力强的大气泡促进生物膜脱落。
65.进一步地，在本技术一些优选的实施方式中，所述反应器本体1内还设有由控制系统控制的溶解氧监测装置，ph监测装置，氨氮监测装置和硝氮监测装置中的至少一种，可实时监控反应器本体中的相关指标的变化情况，并实现自动在线反馈调控；其中，所述控制系统可以为plc控制系统(图中未示出)。
66.进一步地，所述反应器还包括进水单元、排水单元和排泥单元(图中未示出)，待处理的污水经由进水单元进入反应器本体内，净化处理后的污水经由排水单元排出，排泥单元用于排出沉降速度较慢的絮状污泥；
67.其中，所述进水单元包括进水泵和进水管路，与设置于反应器本体1的底部的进水口连接；所述排水单元包括排水泵和排水管路，与设置于反应器本体1中上部的排水口连
接；所述排泥单元包括排泥泵和排泥管路，与设置于反应器本体1中上部的排泥口连接；所述反应器可采用底部进水同步出水模式运行，也可采用底部进水分步出水模式运行，本技术并不予以限制。
68.进一步地，所述反应器本体1内部还设有布水器(图中未示出)，布水器位于进水口上方；其中，所述充氧膜丝组件20底部与布水器和扩散器40的距离至少保持1.5m以上，以避免进水及微孔曝气时影响生物膜的附着。
69.本技术实施例提供的反应器通过采用充氧膜丝组件20将曝气与生物膜一体化，提高了氧气传递效率；
70.通过在充氧膜丝组件的下方设置第二曝气支管3，方便采用气洗手段使生物膜脱落，促进生物膜更新及好氧颗粒污泥形成，在相同水质条件下，本技术的反应器培养颗粒污泥的时间可相较于现有技术的装置或方法缩短10
‑
30％，进而可缩短调试期水质达标时间20％
‑
40％；进一步地，本技术的反应器所形成的好氧颗粒污泥粒径为200
‑
2000μm，浓度可达到5000
‑
8000mg/l，与絮状污泥相比具有粒径大、沉降快的优势，且好氧颗粒污泥容积指数svi低于50ml/g，远低于现有技术的装置或方法所形成的好氧颗粒污泥的容积指数(100
‑
200ml/g)。
71.通过设置微孔曝气单元，使得反应器具备双曝气系统，可根据实际情况采用多模式运行。
72.进一步地，本技术公开了一种利用如上所述的好氧颗粒污泥反应器进行污水处理的方法，包括：
73.向具有污水的反应器本体内接种絮状污泥；
74.向所述充氧膜丝组件内曝气并保持设定供气流量，和/或，通过扩散器向所述反应器本体内曝气；
75.在曝气过程中或曝气结束后周期性地使形成在充氧膜丝表面的生物膜脱落，促使好氧颗粒污泥形成。
76.具体地，污水经由进水单元进入反应器本体1内，在反应器本体1内按照设定比例接种普通絮状污泥后，根据实际情况调控膜曝气单元的第一曝气支管21的气路阀门6开启，通过向充氧膜丝组件20曝气促进微生物附着生长于充氧膜丝组件20的表面，或者控制微孔曝气单元的第三曝气支管41的气路阀门6开启，通孔扩散器40向反应器本体1内曝气，或者同时控制第一曝气支管21的气路阀门6和第三曝气支管41的气路阀门6开启，进行双曝气；
77.当充氧膜丝组件20表面生物膜挂膜情况满足需求，在曝气反应阶段或曝气结束后，周期性地控制第二曝气支管3开启，通过朝向充氧膜丝组件20曝气促进生物膜在脱落进入反应器主体1，生物膜在曝气过程中与絮状污泥、好氧颗粒污泥不断碰撞，由好氧颗粒污泥前体逐渐变为形状均匀、紧实结构的好氧颗粒污泥；并根据反应器运行状况和污水处理状况，实时调整絮状污泥沉降速度的选择压力，将沉降速度低于预设选择压力的絮状污泥经由排泥单元排出；
78.实时监控反应器本体中的相关指标的变化情况，当污水净化达标后，经由排水单元排出。
79.采用上述好氧颗粒污泥反应器处理cod为200
‑
400mg/l的生活污水，其中，污水中氨氮浓度值为30
‑
50mg/l、总氮浓度值为40
‑
60mg/l、总磷浓度值为3
‑
5mg/l，处理结束后，出
水cod为20
‑
40mg/l、氨氮浓度值为0
‑
1mg/l、总氮浓度值为8
‑
13mg/l、总磷浓度值为0
‑
0.4mg/l，处理效果较好，其中，所形成的好氧颗粒污泥粒径为200
‑
2000μm，好氧颗粒污泥容积指数svi低于50ml/g，污泥颗粒污泥浓度约为5000
‑
8000mg/l，水质达标时间相较于现有的污泥反应器缩短20％
‑
40％。
80.以上描述仅为本技术的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本技术中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本技术中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。