申请日2009.01.15
公开(公告)日2009.06.17
IPC分类号C02F3/30
摘要
一种缺氧/好氧生物脱氮工艺中污泥微膨胀的启动装置和方法，属于污水处理技术领域。其特点是在缺氧/好氧生物脱氮系统中启动污泥轻微膨胀，将污泥膨胀控制在一定限度内，优化处理效果，节约能耗。启动缺氧/好氧生物脱氮系统中污泥微膨胀的方案是：(1)单纯通过低溶解氧引发污泥微膨胀，包括逐步降低溶解氧浓度和突然降低溶解氧浓度两种启动方式;(2)通过低溶解氧协同低负荷的方式启动污泥微膨胀。该装置和方法主要用于优化缺氧/好氧生物脱氮污水处理系统的运行效果，即在降低溶解氧浓度节约曝气量节能的同时，保证污染物去除率达标，同时出水悬浮物浓度大大降低。
权利要求书
【权利要求1】一种缺氧/好氧生物脱氮工艺中污泥微膨胀的启动装置，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)。
【权利要求2】根据权利要求1所述的缺氧/好氧生物脱氮工艺中污泥微膨胀的启 动装置，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。
【权利要求3】根据权利要求1所述的缺氧/好氧生物脱氮工艺中污泥微膨胀的启 动装置，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。
【权利要求4】根据权利要求1所述的缺氧/好氧生物脱氮工艺中污泥微膨胀的启 动装置，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。
【权利要求5】根据权利要求1所述的缺氧/好氧生物脱氮工艺中污泥微膨胀的启 动装置，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。
【权利要求6】根据权利要求1所述的缺氧/好氧生物脱氮工艺中污泥微膨胀的启 动装置，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。
【权利要求7】一种利用权利要求1—6所述装置的缺氧/好氧生物脱氮工艺中污泥 微膨胀的启动方法，其特征是：通过降低溶解氧浓度引发污泥微膨胀。
【权利要求8】根据权利要求7所述的缺氧/好氧生物脱氮工艺中污泥微膨胀的启 动方法，其特征是：降低溶解氧浓度的方式是突然大幅降低溶解氧浓度的方式，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。
【权利要求9】根据权利要求7所述的缺氧/好氧生物脱氮工艺中污泥微膨胀的启 动方法，其特征是：降低溶解氧浓度的方式是逐步降低溶解氧浓度的方式，待工艺运行稳定 后，通过降低曝气量，逐步降低溶解氧浓度的梯度为1.0-1.1mg/L、0.5-0.6mg/L、 0.3-0.4mg/L。
【权利要求10】根据权利要求7所述的缺氧/好氧生物脱氮工艺中污泥微膨胀的启 动方法，其特征是：通过低溶解氧浓度的同时降低负荷的方式启动污泥微膨胀，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。
说明书
缺氧/好氧生物脱氮工艺中污泥微膨胀的启动装置和方法
技术领域
本发明涉及一种污水生物处理装置和方法，尤其是利用丝状菌的特性实现污水处理的装 置和方法。
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)发明内容
本发明的目的是提供一种缺氧/好氧生物脱氮工艺中污泥微膨胀的启动装置和方法，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，本发明采用如下技术方案：
一种缺氧/好氧生物脱氮工艺中污泥微膨胀的启动装置，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发明人首次提出，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KS和μmax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KS和最大比生长速率μmax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。
与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：
本发明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。
采用本发明的装置和方法，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。本发明通过对 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。