专利名称：生物脱氮工艺稳定维持污泥微膨胀实现节能的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种污水生物脱氮节能处理装置和方法，尤其是前置反硝化生物脱氮
污水处理工艺中稳定维持污泥膨胀来实现污水节能处理的方法。
背景技术：
前置反硝化生物脱氮工艺是目前我国城市污水厂应用最广泛的污水处理工艺之一，该工艺又称A/0 (Anoxic/Oxic)生物脱氮工艺，是一种公知的污水脱氮处理工艺。此工艺由于能利用进水中含碳有机物作为在缺氧(Anoxic)条件下的反硝化碳源，具有工艺流程简单的特点。然而，该污水处理工艺在好氧区通常需要采用较大的曝气量来提高硝化效率和防止污泥膨胀，存在无法防止恶性污泥膨胀的发生，并且曝气运行能耗大等缺点。
发明内容
本发明的目的是提供一种生物脱氮工艺稳定维持污泥微膨胀实现节能的装置和
方法，解决在污水处理过程中如何稳定维持污泥微膨胀而防止严重污泥膨胀的技术难题，
并在保证硝化效果的同时，利用较少的曝气能耗、实现污水高效处理的目的。
为实现上述目的，本发明专利采用如下技术方案一种生物脱氮工艺稳定维持污
泥微膨胀实现节能的装置，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第一蠕动泵、进水管和阀门连通反应器，反应
器)上面的出水孔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、第二蠕
动泵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、第三蠕动泵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
少四道隔板，相邻隔板交错开有流水连通孔，反应器的进水端设置至少一个缺氧格室，缺氧
格室内设有搅拌器，缺氧格室之后设置至少三个好氧格室，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，各溶解氧探头的信号线与PID控制系统的信号输入
端连接，各曝气头经空气流量计连接空气压縮机，空气压縮机和各蠕动泵的控制开关与PID
控制系统的控制信号输出端连接，由PID控制系统控制空气压縮机和各蠕动泵的开闭和开度。 所述反应器的总的格室分为至少5个格室或者多廊道，其中设置至少3个好氧格室，所述二沉池的进水管在中心，出水堰在周边溢流出水经出水管排出系统，二沉池的容积根据水力停留时间为3-5h来设计。
—种生物脱氮工艺稳定维持污泥微膨胀实现节能的方法，其特征是由PID控 制系统控制空气压縮机和各蠕动泵的开闭和各阀门的开度，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，调节反应器好氧区的曝气量，调节好氧区的溶解氧浓度在 0. 5-1. 2mg/L优化值范围内，控制进水负荷，调节二沉池的污泥负荷处于0. 22-0. 35kgC0D/ kgMLSS/d。 所述二沉池的污泥在至少5个污泥龄的SVI值(污泥容积指数)长期控制在 150-250mL/g。 保证工艺在常温下运行，如遇低温环境，适当增大曝气量而维持好氧区较高的DO 浓度，比正常期间的DO高出0. 5mg/L。 在N、 P营养物质缺乏的条件下，在进水中添加相应的调节进水C0D/N/P比例在正
常值(ioo : 5 : l)范围内。 当污泥负荷低于0. 20kgC0D/kgMLSS/d时，通过增大排泥量的方式适当提高污泥 负荷至O. 25kgC0D/kgMLSS/d左右；当污泥负荷高于O. 38kgC0D/kgMLSS/d时，通过减少排泥 量或延长水力停留时间的方式适当降低污泥负荷至0. 25kgC0D/kgMLSS/d左右。
当污泥SVI在3天内连续高于250mL/g并且丝状菌指数超过3时，或二沉池污泥 高度上升至80%最高泥位时，可适当增大曝气量而维持好氧区较高的D0浓度，比正常期间 的DO高出0. 5mg/L，并增大排泥量的方式适当提高污泥负荷。 当污泥SVI在3天内连续高于250mL/g并且丝状菌指数超过3时，或二沉池污泥 高度上升至80%最高泥位时，在不增大缺氧区体积的条件下，可通过增加缺氧格室来强化 缺氧生物选择器的作用，抑制丝状菌的进一步繁殖。 当出水氨氮浓度超过排放指标时，可适当增大曝气量而维持好氧区较高的DO浓 度，比正常期间的DO高出0. 5mg/L。 设置的缺氧格室的容积或水力停留时间足已保证反硝化从好氧格室末端回流 至缺氧格室硝化液中所含有的硝态氮浓度。设置的好氧格室的容积或水力停留时间足已保 证在低DO条件下，出水的氨氮浓度低于排放指标。
与现有技术相比本发明专利具有以下特点和有益效果本发明稳定维持污泥微膨胀实 现节能的主要方法为通过对工艺过程参数DO和进水负荷的调节和控制，造成丝状菌和菌 胶团菌的平衡生长。在稳定维持污泥微膨胀过程中，由于采用了较低的曝气量，从而节约了 曝气能耗。 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)长 期(不低于5个污泥龄)控制在150 250mL/g之间。通过进水负荷调节工艺污泥负荷处于 0. 22-0. 35kgC0D/kdMLSS/d，控制好氧区的曝气量调节溶解氧浓度在对应的优化值范围内 (0. 5-1. 2mg/L)，采用分格或折流的方式维持混合液在缺氧区和好氧区较好的推流方式，防 止并预防低负荷结合低溶解氧等其他能诱发恶性污泥膨胀的条件和因素，实现丝状菌和菌 胶团菌的平衡生长，从而稳定维持污泥微膨胀。
图1是本发明的结构示意图。 图2是本发明在不同负荷下所需优化溶解氧浓度的对应图。 图3是本发明在不同负荷、优化D0下污泥微膨胀维持的效果图。 图4是本发明的污泥微膨胀状态的恢复效果图。 图5是本发明的构造和内部设置对污泥沉降性影响的效果图。 附图标记1-进水水箱、2_第一蠕动泵、3_阀门、4-搅拌器、5_曝气头、6_流量计、
7-空气压縮机、8-分离器、9-回流硝化液管道、10-出水、ll-污泥回流管、12-剩余污泥、
13-反应器、14-缺氧格室、15-好氧格室、16- 二沉池、17-溶解氧探头、18-出水孔、19-清水
管、20-进水管、21-隔板、22-流水连通孔、23-PID控制系统、24_第二蠕动泵、25_第三蠕动
泵、26-出水堰。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
实施例一参见图1所示，一种生物脱氮工艺稳定维持污泥微膨胀实现节能的装 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， 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上面的出水孔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、第二蠕动泵 24和阀门连通缺氧格室14，二沉池16内设置分离器8，所述二沉池的进水管在中心，出水 堰26在周边溢流出水经出水管IO排出系统，二沉池的容积根据水力停留时间为3-5h来设 计。二沉池16的底部污泥管一个分支经污泥回流管11、第三蠕动泵25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的总的格室分为至少五个格室或者 多廊道，内设有至少四道隔板，相邻隔板交错开有流水连通孔22，反应器13的进水端设置 至少一个缺氧格室14，缺氧格室14内设有搅拌器4，缺氧格室之后设置至少三个好氧格室 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，各溶解氧探头 的信号线与PID控制系统23的信号输入端连接，各曝气头5经空气流量计6连接空气压縮 机7，空气压縮机和各蠕动泵的控制开关与PID控制系统23的控制信号输出端连接，由PID 控制系统控制空气压縮机7和各蠕动泵的开闭和各阀门3的开度。 进水管20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3开度或改变泵管管径调节。设置的缺 氧格室14的容积或水力停留时间足已保证反硝化从好氧格室15末端回流至缺氧格室 14硝化液中所含有的硝态氮浓度。设置的好氧格室15的容积或水力停留时间足已保证 在低DO条件下，出水的氨氮浓度低于排放指标。调节反应器13好氧区的曝气量，调节好 氧区的溶解氧浓度在O. 5-1.2mg/L优化值范围内，控制进水负荷，调节工艺污泥负荷处于 0. 22-0. 35kgC0D/kgMLSS/d，控制污泥容积指数长期不低于五个污泥龄，控制在150-250mL/ g之间。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D0浓度。 在低温环境下，适当增大曝气量而维持好氧区较高的DO浓度，比正常期间的DO高出O. 5mg/ L。在N、P营养物质缺乏的条件下，可适当在进水中添加相应的物质调节进水COD/N/P比例 在正常值(IOO : 5 : l)范围内。 可以根据试验需要，通过调节出水孔位置，调节反应器工作体积。反应器内可设有4一 IO道活动隔板，可以灵活拆卸，可以根据需要调整每个格室体积大小以及反应器格室 数，试验运行中反应器的格室数保证多于5个，推荐采用6个或7个。首格室缺氧运行，第 2格室可以缺氧运行也可以好氧运行，从第3格室起好氧运行。为了避免返混现象，在隔板 上交错开孔，使水流呈现上下流流态。缺氧区通过机械搅拌器的搅拌使反应器内的活性污 泥与进水底物、回流污泥和回流硝化液充分混合。好氧区由空气压縮机供气，采用烧结砂头 作为微孔曝气。通过调节蠕动泵的转速或改变泵管管径可以调节进水流量、硝化液回流量 和回流污泥流量。二沉池的进水管在中心，出水堰26在周边溢流出水经出水管10排出系 统，二沉池的容积根据水力停留时间为3-5h来设计。建立PID控制系统，通过在线监测反 应器格室中D0浓度来实时调节曝气量，以便维持所需的DO浓度。 参见图2所示，显示了在不同负荷下保证效果和维持微膨胀时所需优化溶解氧浓 度的对应图，对于A/0工艺，通过改变进水量来改变负荷则意味着水力停留时间发生改变。 在进水氨氮浓度和系统内MLSS基本不变的情况下，水力停留时间的长短对系统的硝化效 果具有明显的影响。当污泥负荷高即水力停留时间短时，要达到相同的硝化效果，则需要较 高的溶解氧浓度来加快硝化反应的进行。反之，当污泥负荷低即水力停留时间长时，要达到 相同的硝化效果，则不需要较高的溶解氧浓度，否则将会造成过量曝气而浪费能源。而且， 不同的污泥负荷对应的氧呼吸速率不同，维持基本相同的SVI值或污泥微膨胀，则需要的 D0值不同。在采用该发明时，首先需获得达到相同的硝化效果并在稳定维持相同污泥微膨 胀的前提下，系统所需要最优溶解氧浓度值。要得出上述条件下COD-污泥负荷与DO的关 系，约束条件有两个(1)氨氮去除率维持在目标值，保证出水水质达标；(2)污泥处于微膨 胀状态。实施例1 :不同负荷下A/0工艺处理生活污水，在保证氦氮去除达到一级B要求， 并维持稳定的污泥微膨胀的前提下，D0浓度的优化研究。 采用A/0工艺处理校园生活污水，曝气池内混合液悬浮固体浓度(MLSS)维持在 2500 3500mg/L之间，反应器平均温度为25°C，内循环比150%，污泥回流100%。缺氧区和 好氧区体积比为l : 5，通过改变进水流量来改变负荷，在每个负荷开始先采用高溶解氧运 行稳定后，再调节好氧区每格室的曝气量来维持反应器内平均DO在不同的水平。总结归 纳试验数据后发现，在不同进水负荷条件下要达到氨氮去除率在70%以上，并维持SVI在 150 250mL/g之间，所需要最优溶解氧与污泥负荷的关系如图附图2所示。高负荷对应的溶 解氧相对于低负荷对应的溶解氧要高。当COD-污泥负荷为0. 40kgC0D/kgMLSS/d时，对应 的最优溶解氧浓度为1. 2mg/L ;而当COD-污泥负荷为0. 30kgC0D/kgMLSS/d时，对应的最优 溶解氧浓度为0. 8mg/L ;当COD-污泥负荷降低至0. 25kgC0D/kgMLSS/d时，对应的最优溶解 氧浓度为0. 6mg/L。 实施例二参见图3所示，显示了在不同负荷、优化D0下污泥微膨胀维持的效果图， 在优化的DO条件下，稳定维持污泥微膨胀状态运行时系统中SVI和丝状菌指数(FI)的变 化曲线。采用污水处理中稳定维持污泥微膨胀实现节能的装置(如图l所示)在优化的DO 浓度下维持污泥微膨胀。原水为校园生活污水，曝气池内混合液悬浮固体浓(MLSS)维持在 2500 3500mg/L之间，反应器平均温度为25°C，内循环比150%，污泥回流比100%。缺氧区和 好氧区体积比为1 : 5，通过改变进水流量来改变负荷，试验期间处理水量为170 320L/d。
当系统的COD-污泥负荷(Ns)低于0. 20kgC0D/kgMLSS/d时，SVI值超过了 250mL/ g，镜检发现丝状菌数量较多，丝状菌指数(FI)多为3或3以上。当系统的COD-污泥负荷
7(Ns)高于0. 38kgC0D/kgMLSS/d时，SVI值也相对较高，超过了 250mL/g，镜检发现丝状菌数 量较多，FI多为3。而当COD-污泥负荷(Ns)为0. 22 0. 35kgC0D/kgMLSS/d时，A/0工艺中 污泥的SVI值基本能稳定维持在150 250mL/g之间，FI大多为2或2以下。因此，适宜在 A/0工艺中维持微膨胀状态的负荷在0. 22 0. 35kgC0D/kgMLSS/d之间，在这个范围内系统 在优化的DO条件下运行，系统能维持在较好的污泥微膨胀状态。 实施例三参见图4所示，表明了曝气池流态对污泥微膨胀维持的影响和反应器在 不同分格数下污泥沉降性的变化效果图。采用污水处理中稳定维持污泥微膨胀实现节能的 方法(如图1所示)在优化的DO浓度下维持污泥微膨胀，原水为校园生活污水，曝气池内 混合液悬浮固体浓(MLSS)维持在2500 3500mg/L之间，反应器平均温度为25°C，内循环比 150%，污泥回流比100%。缺氧区和好氧区体积比为l : 5。当系统在低溶解氧污泥微膨胀 稳定运行时，卸掉两个插板，将好氧区从5格变为3格，破坏了曝气池中良好的推流流态，同 时加大污泥回流，将回流比调至300%。在DO=0. 5mg/L条件下，SVI值开始上升，6天后发现 了丝状菌的增殖，20天后SVI达到200mL/g，并具有继续上升的趋势，丝状菌繁殖速度较快。 这时插回隔板，恢复回流比至15096，DO调至0. 5mg/L，污泥膨胀立即得到了控制，SVI降低到 150mL/g。 实施例四参见图5所示，进一步表明了反应器构造和内部设置对对污泥沉降性的 影响。采用污水处理中稳定维持污泥微膨胀实现节能的方法(如图l所示)在优化的DO 浓度下维持污泥微膨胀，原水为校园生活污水，曝气池内混合液悬浮固体浓(MLSS)维持在 2500 3500mg/L之间，反应器平均温度为25°C，内循环比150%，污泥回流比100%。反应器内 分为7个格式，前两个格式为缺氧区，后5个格室设置为好氧区，好氧区体积比为2 : 5。当 系统在正常条件下运行稳定后，卸掉插板并撤掉前段的两个缺氧区，将反应器改为两格室 好氧运行，破坏了曝气池中良好的推流流态。在D0=0. 5-0. 8mg/L条件下，SVI值快速开始上 升，30天后SVI达到709mL/g， 二沉池内出现明显的污泥流失。在发生恶性污泥膨胀70天 后，又重新插回隔板，并恢复缺氧区，强化缺氧选择器的作用，维持DO浓度不变，污泥膨胀 立即得到了控制，SVI降低到150-250mL/g之间。
权利要求
一种生物脱氮工艺稳定维持污泥微膨胀实现节能的装置，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)经第一蠕动泵(2)、进水管(20)和阀门(3)连通反应器(13)，反应器(13)上面的出水孔(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)、第二蠕动泵(24)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)、第三蠕动泵(25)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)内设有至少四道隔板，相邻隔板交错开有流水连通孔(22)，反应器(13)的进水端设置至少一个缺氧格室(14)，缺氧格室(14)内设有搅拌器(4)，缺氧格室之后设置至少三个好氧格室(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)，各溶解氧探头的信号线与PID控制系统(23)的信号输入端连接，各曝气头(5)经空气流量计(6)连接空气压缩机(7)，空气压缩机和各蠕动泵的控制开关与PID控制系统(23)的控制信号输出端连接，由PID控制系统控制空气压缩机(7)和各蠕动泵的开闭和开度。
2.根据权利要求1所述的生物脱氮工艺稳定维持污泥微膨胀实现节能的装置，其特征在于所述反应器(13)的总的格室分为至少5个格室或者多廊道，其中设置至少3个好氧格室，所述二沉池的进水管在中心，出水堰(26)在周边溢流出水经出水管(10)排出系统，二沉池的容积根据水力停留时间为3-5h来设计。
3. —种利用权利要求1 一 2所述装置的生物脱氮工艺稳定维持污泥微膨胀实现节能的方法，其特征是由PID控制系统(23)控制空气压縮机(7)和各蠕动泵的开闭和各阀门(3)的开度，所述进水管(20)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(ll)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，调节反应器(13)好氧区的曝气量，调节好氧区的溶解氧浓度在0. 5-1. 2mg/L优化值范围内，控制进水负荷，调节二沉池(16)的污泥负荷处于0. 22-0. 35kgC0D/kgMLSS/d。
4. 根据权利要求3所述的生物脱氮工艺稳定维持污泥微膨胀实现节能的方法，其特征是所述二沉池(16)的污泥在至少5个污泥龄的污泥容积指数长期控制在150-250mL/g。
5. 根据权利要求3所述的生物脱氮工艺稳定维持污泥微膨胀实现节能的方法，其特征是保证工艺在常温下运行，如遇低温环境，适当增大曝气量而维持好氧区较高的D0浓度，比正常期间的D0高出0. 5mg/L。
6. 根据权利要求3所述的生物脱氮工艺稳定维持污泥微膨胀实现节能的方法，其特征是在N、 P营养物质缺乏的条件下，在进水中添加相应的调节进水C0D/N/P比例在正常值ioo : 5 : i范围内。
7. 根据权利要求3所述的生物脱氮工艺稳定维持污泥微膨胀实现节能的方法，其特征是当污泥负荷低于0. 20kgC0D/kgMLSS/d时，通过增大排泥量的方式适当提高污泥负荷至0. 25kgC0D/kgMLSS/d左右；当污泥负荷高于O. 38kgC0D/kgMLSS/d时，通过减少排泥量或延长水力停留时间的方式适当降低污泥负荷至0. 25kgC0D/kgMLSS/d左右。
8. 根据权利要求3所述的生物脱氮工艺稳定维持污泥微膨胀实现节能的方法，其特征是当污泥SVI在3天内连续高于250mL/g并且丝状菌指数超过3时，或二沉池污泥高度上升至80%最高泥位时，可适当增大曝气量而维持好氧区较高的DO浓度，比正常期间的DO高出0. 5mg/L，并增大排泥量的方式适当提高污泥负荷。
9. 根据权利要求3所述的生物脱氮工艺稳定维持污泥微膨胀实现节能的方法，其特征是当污泥SVI在3天内连续高于250mL/g并且丝状菌指数超过3时，或二沉池污泥高度上升至80%最高泥位时，在不增大缺氧区体积的条件下，可通过增加缺氧格室来强化缺氧生物选择器的作用，抑制丝状菌的进一步繁殖。
10. 根据权利要求3所述的生物脱氮工艺稳定维持污泥微膨胀实现节能的方法，其特征是当出水氨氮浓度超过排放指标时，可适当增大曝气量而维持好氧区较高的DO浓度，比正常期间的DO高出0. 5mg/L ;设置的缺氧格室(14)的容积或水力停留时间足已保证反硝化从好氧格室(15)末端回流至缺氧格室(14)硝化液中所含有的硝态氮浓度；设置的好氧格室(15)的容积或水力停留时间足已保证在低DO条件下，出水的氨氮浓度低于排放指标。
全文摘要
一种生物脱氮工艺稳定维持污泥微膨胀实现节能的装置,依次设置进水水箱、反应器和二沉池，所述反应器进水端设置缺氧格室，室内设有搅拌器，缺氧格室之后设置好氧格室或廊道，其内均设置溶解氧探头和曝气头，各溶解氧探头与PID控制系统连接，各曝气头经空气流量计连接空气压缩机，各控制开关与PID控制系统连接。本发明通过合理的调控工艺运行参数，尤其控制工艺在适合的污泥负荷和溶解氧浓度条件下运行，优化丝状菌和菌胶团菌的种间平衡，将污泥膨胀控制在一定限度内，防止恶性污泥膨胀的发生，从而稳定维持污泥微膨胀。解决在污水处理过程中如何稳定维持污泥微膨胀的技术难题，并在保证工艺效果的同时，节约曝气能耗实现污水高效处理的目的。
文档编号C02F3/12GK101759333SQ201010108539
公开日2010年6月30日 申请日期2010年2月10日 优先权日2010年2月10日
发明者刘洋, 彭永臻, 王淑莹, 郭建华, 马宁平, 黄惠珺 申请人:彭永臻