基于粒径分选及污泥循环的好氧颗粒污泥系统装置及方法与流程

1.本发明属于废水生物处理领域，具体涉及一种基于粒径分选及污泥循环的好氧颗粒污泥系统装置及方法。


背景技术：

2.好氧颗粒污泥作为活性污泥法的升级工艺，具有致密的物理结构、优异的沉降性能、功能互营的菌群和高浓度的生物量，在泥水快速分离、同步脱氮除磷、有毒物高效降解、剩余污泥减量等方面具有明显技术优势及良好的应用前景。目前，由于好氧颗粒污泥稳定性较差，影响其在实际工程中的推广应用。


技术实现要素：

3.本发明针对目前好氧颗粒污泥稳定性差易解体，运行工况限制较多等问题，提供一种基于粒径分选及污泥循环的好氧颗粒污泥系统装置及方法。
4.本发明所采用的具体技术方案如下：
5.第一方面，本发明提供了一种基于粒径分选及污泥循环的好氧颗粒污泥系统装置，包括具有中空腔室的反应器主体，腔室中由内到外同轴套设有独立的第一反应区、第二反应区和第三反应区；所述第一反应区下部设有第一曝气装置，底部开设进水口，侧壁开设排水口；所述第二反应区下部设有第二曝气装置，第三反应区下部设有搅拌装置，第二反应区和第三反应区的底部均能通过污泥回流管与第一反应区底部连通；
6.所述第一反应区中由上至下间隔设有第一可调挡板、第二可调挡板、第三可调挡板和第四可调挡板；第一可调挡板、第二可调挡板、第三可调挡板和第四可调挡板的结构相同，均为可单独实现开合的伞状结构；第一可调挡板、第二可调挡板、第三可调挡板和第四可调挡板关闭时，均呈伞面收缩的竖直状态，不会影响污泥颗粒的沉降；第一可调挡板、第二可调挡板、第三可调挡板和第四可调挡板开启时，均呈伞面张开倾斜向下的状态，能将所在第一反应区的横截面完全覆盖；第一反应区中设有能与第二反应区连通的第一通道、能与外部连通的第二通道和能与第三反应区连通的第三通道；第一可调挡板开启时能与第一通道相连通，将从第一反应区中截留的颗粒污泥通过第一通道送入第二反应区中；第二可调挡板和第三可调挡板能分别与第二通道相连通，将第一反应区中截留的颗粒污泥通过第二通道送入位于反应器主体外部的储泥装置中；第四可调挡板开启时能与第三通道相连通，将第一反应区中截留的颗粒污泥通过第三通道送入第三反应区中。
7.作为优选，所述进水口通过设有进水泵的管道与第一储水装置连通。
8.作为优选，所述排水口设于第一反应区有效高度的1/2处，通过设有电磁阀的管路与位于反应器主体外部的第二储水装置连通。
9.作为优选，所述第一可调挡板、第二可调挡板、第三可调挡板和第四可调挡板均与反应器主体顶部的挡板调节控制器相连，挡板调节控制器用于控制各挡板的启闭状态。
10.作为优选，所述第一曝气装置通过管路位于反应器主体外部的空气泵相连。
11.作为优选，所述反应器主体外壁面上还设有用于加热的水浴装置。
12.作为优选，所述第一反应区中设有用于测量颗粒污泥沉降速率的自动在线监测式传感器。
13.作为优选，所述反应器主体中的阀门和动力装置外接时间继电器，以控制装置的运行周期。
14.作为优选，所述第二反应区和第三反应区与污泥回流管的连接处分别设有用于控制该通路开闭的阀门。
15.第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述好氧颗粒污泥系统装置强化好氧颗粒污泥反应的方法，具体如下：
16.将待处理的污染物连同好氧颗粒污泥一同放入第一反应区中，同时，将营养基质通过进水口通入第一反应区，使第一反应区中的好氧颗粒污泥对污染物进行反应处理；根据第一反应区中颗粒污泥的沉降速率，确定第一反应区中颗粒污泥的粒径，并选择性开启第一可调挡板、第二可调挡板、第三可调挡板和第四可调挡板，以分离不同粒径的颗粒污泥，并将其选择性排放收集、引入第二反应区或第三反应区中；
17.第二反应区用于处理粒径小于200μm的絮体颗粒污泥，通过下部的第二曝气装置对第二反应区中的絮体颗粒污泥进一步培养驯化，待颗粒化后，依据反应器主体最佳运行工况及其对污染物去除效率，定期通过底部污泥回流管将粒径大于200μm的颗粒污泥重新添加至第一反应区中；第三反应区用于处理粒径大于2mm的老龄化颗粒污泥，通过下部的搅拌装置对第三反应区中的老龄化颗粒污泥进行打磨破碎，培养后，依据反应器主体最佳运行工况及其对污染物去除效率，定期通过底部污泥回流管将粒径小于2mm的颗粒污泥重新添加至第一反应区中；以实现污泥的循环利用，且保证第一反应区中颗粒污泥对污染物处理长期处于最优状态。
18.本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
19.本发明以好氧颗粒污泥技术为核心，利用其生物量大、抗冲击负荷能力强等特性，构造新型基于粒径分选及污泥循环的好氧颗粒污泥系统强化处理装置。通过对粒径的分选和分区驯化，使得装置主反应区长期处于污染物高效稳定去除的状态。实现低能耗、强操作性、稳定性好等优点，同时提升资源能源的利用效率。
附图说明
20.图1为好氧颗粒污泥系统装置的一种结构示意图；
21.图2为反应器主体的俯视图；
22.图中：第一储水装置1，进水泵2，进水口3，空气泵4，第一曝气装置5，第一可调挡板61，第二可调挡板62，第三可调挡板63，第四可调挡板64，储泥装置7，自动在线监测式传感器8，第一反应区9，第二反应区10，第三反应区11，水浴装置12，时间继电器13，挡板调节控制器14，排水口15，电磁阀16，第二储水装置17，污泥回流管18。
具体实施方式
23.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
24.如图1所示，为本发明提供的一种基于粒径分选及污泥循环的好氧颗粒污泥系统装置，该好氧颗粒污泥系统装置主要包括具有中空腔室的反应器主体。反应器主体的中空腔室中分隔呈独立的第一反应区9、第二反应区10和第三反应区11，第一反应区9、第二反应区10和第三反应区11三者之间由内到外同轴套设。在实际使用时，可以将反应器主体、第一反应区9、第二反应区10和第三反应区11均设置为筒状的结构。其中，第一反应区9作为好氧颗粒污泥的主反应区，用于通过好氧颗粒污泥处理污染物；第二反应区10作为絮体反应区，主要用于处理从第一反应区9中分离的粒径小于200μm的好氧颗粒污泥；第三反应区11主要用于处理从第一反应区9中分离的粒径大于2mm的老龄化颗粒污泥。
25.具体的，第一反应区9的下部设有第一曝气装置5，第一曝气装置5用于为第一反应区9中的颗粒污泥进行曝气供氧。第一曝气装置5可以采用曝气盘，并通过管路与位于反应器主体外部的空气泵4相连，在实际使用时，可以通过空气泵4对第一曝气装置5进行供气。第一反应区9的底部开设进水口3，进水口3可以通过设有进水泵2的管道与第一储水装置1连通，在实际使用时，进水泵2可以采用蠕动泵，用于将第一储水装置1中的营养基质送入第一反应区9中。第一反应区9的侧壁开设排水口15，排水口15可以通过设有电磁阀16的管路与位于反应器主体外部的第二储水装置17连通，用于定期将第一反应区9中的污水排出。由于本装置的体积交换比优选为50％，因此，排水口15可以设于第一反应区9有效高度的1/2处，装置高径比可以为10：1。
26.第一反应区9中由上至下间隔设有第一可调挡板61、第二可调挡板62、第三可调挡板63和第四可调挡板64，用于分离筛选不同尺寸的好氧颗粒污泥，并将其选择性排放收集或引入至装置另外两个反应区域中。在实际应用时，第一可调挡板61、第二可调挡板62、第三可调挡板63和第四可调挡板64在第一反应区9中的开设高度以及间距等，需要根据反应器的实际运行状态确定，最好是能使第一可调挡板61可以分离200μm粒径大小的颗粒污泥(即位于第一可调挡板61上部的颗粒污泥粒径小于200μm)、第二可调挡板62可以分离500μm粒径大小的颗粒污泥(即位于第一可调挡板61和第二可调挡板62之间的颗粒污泥粒径在500μm～200μm之间)、第三可调挡板63可以分离1mm粒径大小的颗粒污泥(即位于第二可调挡板62和第三可调挡板63之间的颗粒污泥粒径在500μm～1mm之间)、第四可调挡板64可以分离2mm粒径大小的颗粒污泥(即位于第三可调挡板63和第四可调挡板64之间的颗粒污泥粒径在2mm～1mm之间)。
27.第一可调挡板61、第二可调挡板62、第三可调挡板63和第四可调挡板64的结构相同，均为可单独实现开合的伞状结构。当第一可调挡板61、第二可调挡板62、第三可调挡板63和第四可调挡板64关闭时，均呈伞面收缩的竖直状态，不会影响污泥颗粒的沉降。当第一可调挡板61、第二可调挡板62、第三可调挡板63和第四可调挡板64开启时，均呈伞面张开倾斜向下的状态，能将所在第一反应区9的横截面完全覆盖。第一反应区9中设有能与第二反应区10连通的第一通道、能与外部连通的第二通道和能与第三反应区11连通的第三通道。
28.如图2所示，第一可调挡板61开启时能与第一通道相连通，将从第一反应区9中截留的颗粒污泥通过第一通道送入第二反应区10中，由于伞面呈倾斜向下的状态，因此可以更好的将截留的颗粒污泥在重力作用下滑落至第二反应区10中。第二反应区10下部设有第二曝气装置，底部开设第二回流口，第二回流口能通过污泥回流管18与第一反应区9底部连通，用于将在第二反应区10内部反应后的颗粒污泥定期回流至第一反应区9中。第二可调挡
板62和第三可调挡板63能分别与第二通道相连通，将第一反应区9中截留的颗粒污泥通过第二通道送入位于反应器主体外部的储泥装置7中。第四可调挡板64开启时能与第三通道相连通，将第一反应区9中截留的颗粒污泥通过第三通道送入第三反应区11中。第三反应区11下部设有搅拌装置，底部开设第一回流口，第一回流口能通过污泥回流管18与第一反应区9底部连通，用于将在第三反应区11内部反应后的颗粒污泥定期回流至第一反应区9中。
29.在实际应用时，为了更好的控制第一可调挡板61、第二可调挡板62、第三可调挡板63和第四可调挡板64的启闭状态，可以将第一可调挡板61、第二可调挡板62、第三可调挡板63和第四可调挡板64均与反应器主体顶部的挡板调节控制器14相连，挡板调节控制器14用于控制各挡板的启闭状态。在反应器主体外壁面上还可以设置用于加热的水浴装置12，水浴装置12可以采用套设于反应器主体外部的水浴套等加热装置。为了更好的检测第一反应区9中污泥颗粒的状态，进而确定开启各挡板及回流等的工艺步骤，可以在第一反应区9中设有用于测量颗粒污泥沉降速率的自动在线监测式传感器8，通过测量得到的颗粒污泥沉降速率，结合斯托克斯公式计算得出所需沉降时间，进而确定好氧颗粒污泥的粒径。反应器主体中的阀门和动力装置外接时间继电器13，以控制装置的运行周期。第二反应区10和第三反应区11与污泥回流管18的连接处分别设有用于控制该通路开闭的阀门。
30.利用上述好氧颗粒污泥系统装置强化好氧颗粒污泥反应的方法，具体如下：
31.将待处理的污染物连同好氧颗粒污泥一同放入第一反应区9中，同时，将营养基质通过进水口3通入第一反应区9，使第一反应区9中的好氧颗粒污泥对污染物进行反应处理。
32.根据第一反应区9中颗粒污泥的沉降速率，结合斯托克斯公式计算得出所需沉降时间，进而确定第一反应区9中颗粒污泥的粒径。由于第一反应区9中的污泥在自然沉降过程中会产生逐渐产生分层，因此，可以根据第一反应区9中颗粒污泥粒径大小的情况，选择各挡板的开启时机以及开启哪个挡板，从而将目标粒径的颗粒污泥从第一反应区9中分离。开启挡板时，可以根据需要开启其中一个挡板或者多个，这一点需要根据装置运行状态确定。分离后的不同粒径的颗粒污泥，可以将其选择性排放收集、引入第二反应区10或第三反应区11中。
33.其中，第二反应区10用于处理粒径小于200μm的絮体颗粒污泥，通过下部的第二曝气装置对第二反应区10中的絮体颗粒污泥进一步培养驯化，待颗粒化后，依据反应器主体最佳运行工况及其对污染物去除效率，定期通过底部污泥回流管18将粒径大于200μm的颗粒污泥重新添加至第一反应区9中。
34.第三反应区11用于处理粒径大于2mm的老龄化颗粒污泥，通过下部的搅拌装置对第三反应区11中的老龄化颗粒污泥进行打磨破碎，持续培养为新的好氧颗粒污泥后，依据反应器主体最佳运行工况及其对污染物去除效率，定期通过底部污泥回流管18将粒径小于2mm的颗粒污泥重新添加至第一反应区9中。以实现污泥的循环利用，且保证第一反应区9中颗粒污泥对污染物处理长期处于最优状态。
35.在实际应用时，为了实现自动化控制，可以将进水泵2、空气泵4、曝气装置5、自动在线监测式传感器8、水浴装置12、挡板调节控制器14、电磁阀16等设备均与时间继电器13相连，由时间继电器控制蠕动泵将其通过进水口注入装置，同时控制空气泵对装置进行曝气和出水由电磁阀进行排水，以到达好氧颗粒污泥的培养驯化。采用时间继电器控制好氧颗粒污泥强化装置以序批式方式周期运行。
36.本发明通过粒径分选和污泥循环实现好氧颗粒污泥系统选择性排泥和长期稳定运行，具有能耗低、可操作性强、稳定性好等优点，在保持长期高效处理污染物的同时，提升装置资源能源的利用效率。
37.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。