一种培养好氧颗粒污泥的推进式反应装置及其培养方法与流程

本发明属于污水好氧生化处理技术领域，具体的讲涉及一种培养好氧颗粒污泥的推进式反应装置及其培养方法。

背景技术：

好氧生化是目前普遍应用的污水生化处理技术，活性污泥是好氧生化的主体。但采用活性污泥法的好氧生化系统存在运行容积负荷低，不能同步脱氮除磷的缺点，而采用生物膜好氧生化系统存在填料周期性的挂膜与脱落，影响系统的平稳运行，需要更换填料和维修曝气系统。

好氧颗粒污泥技术（aerobicgranularsludge，ags）是近几十年来发展起来的一种新型微生物自固定化技术，是在好氧污水处理系统中培养出来的颗粒状微生物自凝聚体。与传统活性污泥相比，好氧颗粒污泥因其结构紧密、沉降性能好、处理负荷高、抗冲击能力强、能够同步脱氮除磷、系统内污泥不容易发生污泥膨胀等优点而具有良好的应用前景，日益成为污水生化处理工艺中的研究热点。

好氧颗粒污泥处理技术的关键在于好氧颗粒污泥的培养，然而，好氧颗粒污泥往往不容易形成，形成后由于运行负荷变化、有毒有害物质的进入系统、曝气强度等因素的变化容易解絮，这就严重限制了该技术在实际中的应用。

现有技术中，cn106927564a公开了一种好氧污泥快速颗粒化的方法，本发明通过控制体系f/m比，促进好氧颗粒污泥快速颗粒化，形成沉降速度快、菌群结构丰富的好氧颗粒污泥。

cn102219297a公开了一种好氧颗粒污泥的快速培养方法，该方法是在序批式反应器中接种活性污泥，将污水通过反应器底部的进水口泵入反应器中，依次进行曝气-沉淀-排水，其中进水时间和排水时间范围在1-120min，沉淀时间0-15min，有机负荷高于1.5g/ld，步骤进水至步骤排水在反应器中按周期反复运行，该方法能在1-2周内实现好氧污泥的颗粒化。

cn102153192a公开了一种强化好氧颗粒污泥培养方法，该方法是在气提式间歇反应器（sbar）的底部外侧安装对称的永磁铁，使反应器内部产生稳定的静态磁场，同时向sbar反应器中投加絮状好氧活性污泥作为种泥，进行好氧颗粒污泥的培养，sbar按进水-曝气-沉降-排水的方式运行，该方法能加速好氧颗粒污泥的形成。

上述专利的技术方案尽管均实现了好氧污泥的颗粒化，但是存在如下问题：其一，培养好氧颗粒污泥的废水均采用实验室配制污水，需要加入各类型的营养盐，增加了系统的运行成本，配制污水与实际处理的废水差别很大，因此很难适应水质条件的变化；其二，培养方法使用的设备为序批式或间歇式反应器，不能在被广泛应用的好氧曝气池或氧化沟等全混流或推流式连续反应器使用；其三，在系统中需要设置特殊的运行单元或是反应器本身结构复杂、造价高，造成生产运行不够稳定，有的只能在试验条件下运行，很难推广到工业应用。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种适应各种复杂水质、连续流培养好氧颗粒污泥的推进式反应装置及其培养方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种培养好氧颗粒污泥的推进式反应装置，其特征在于：反应容器内部按照反应推进方向依次由沉淀区、渐进曝气区和好氧颗粒污泥分离区构成，其中，所述沉淀区的底部设置用于连续推进的布水系统，所述渐进曝气区与所述沉淀区具有分隔挡板，在所述沉淀区形成的污泥团随水流跨越所述分隔挡板；所述渐进曝气区底部设置渐进曝气系统，所述渐进曝气系统的曝气头均匀设置于所述渐进曝气区底部，并且沿反应推进的方向曝气强度逐级增大；所述好氧颗粒污泥分离区设置锥斗，所述锥斗上部连接二沉池，所述锥斗下部与所述布水系统的进水管道连通。

构成上述一种培养好氧颗粒污泥推进式反应装置的附加技术特征还包括：

——所述沉淀区的长度占所述反应容器长度的1/10至1/8；所述好氧颗粒污泥分离区的长度占反应容器长度的1/20；

——所述沉淀区内设置第一液体流速传感器，所述布水系统的进水管道上设置连接变频器的水泵，所述布水系统包括在所述渐进曝气区内设置的布水器；

——所述渐进曝气系统包括与推进方向一致的曝气主管，所述曝气主管的一端连接空气压缩机，所述曝气主管在所述渐进曝气区的底部均匀设置与推进方向垂直的数排曝气支管，所述曝气头均匀设置于所述曝气支管的管身上，所述曝气支管前端设置电磁阀，在所述电磁阀后端设置空气流量计，所述电磁阀用于控制曝气支管内的空气流量；

——所述锥斗包括摆动斜板，所述摆动斜板与矩形反应容器末端形成纵截面为倒梯形的空间，所述摆动斜板的两侧固定设置等高的轴杆，与所述轴杆配合的轴承设置在所述反应容器的侧壁上，所述轴杆由电动机带动转动，所述锥斗在底部入口和顶部出口处分别设置第二、第三液体流速传感器；

——还包括电控箱，所述电控箱接收所述空气流量计和第一、第二、第三液体流速传感器反馈的信号，由所述电控箱向所述变频器、电磁阀和电动机发出指令。

利用上述推进式反应装置培养好氧颗粒污泥的方法为：

步骤一，由所述沉淀区的污泥浓度得到所述沉淀区的bod负荷，依据污泥负荷0.1kgbod/kgmlss.d为标准确定通过所述布水系统注入反应器内的水量，通过活性污泥的重力自压缩使絮状体污泥紧密接触，并经过自絮凝作用，絮状污泥形成松散大块的污泥团，直至污泥团越过所述分隔挡板进入渐进曝气区；

步骤二，所述渐进曝气区内的污泥团经过沿反应器推进方向逐渐加大曝气强度的方式，最终形成密实的好氧颗粒污泥结构，通过所述布水系统在渐进曝气区底部设置的布水器注入维持污泥活性的水量，使污泥负荷为0.1kgbod/kgmlss.d；

步骤三，在所述渐进曝气区末端形成的泥水混合物进入所述好氧颗粒污泥分离区的锥斗，从其底部上升流动，由于所述锥斗底部和顶部的流速差，絮状污泥由所述锥斗的顶部进入到二沉池，好氧颗粒污泥则由所述锥斗的底部回流到沉淀区；

步骤四，所述二沉池内的絮状污泥经所述布水系统回流到所述沉淀区内，所述沉淀区的污泥团将回流的絮状污泥截留形成污泥床；

重复步骤一至四，推进式反应装置持续运行直至活性污泥全部颗粒化。

构成上述利用推进式反应装置培养好氧颗粒污泥的方法的附加技术特征还包括：

——在所述步骤一中，所述沉淀区的上升流速控制在0.1-0.3m/h之间；

——在所述步骤二中，从所述沉淀区流出含有污泥团的水经过所述渐进曝气区前端曝气强度为10m³/㎡.h，并随着反应器推进曝气强度逐渐加大到25m³/㎡.h；

——在所述步骤三中，进入到所述锥斗底部的泥水混合物的上升流速为1.5-2.5m/h，锥斗顶部上升流速逐渐降低到0.8-1.25m/h。

本发明所提供的一种培养好氧颗粒污泥的推进式反应装置和培养方法与现有技术相比，具有以下优点：其一，由于该推进式反应装置内部按照推进方向依次由沉淀区、渐进曝气区和好氧颗粒污泥分离区构成，沉淀区的底部设置布水系统，渐进曝气区与所述沉淀区具有分隔挡板，好氧颗粒污泥分离区设置锥斗，其上部连接二沉池，其下部与布水系统的进水管道连通，该套设备结构设置简单，生产成本少；其二，在该推进式反应装置中培养好氧颗粒污泥，分为沉淀、渐进曝气、好氧颗粒污泥分离、回流等步骤，实现了连续流培养好氧颗粒污泥，适应各种复杂水质，生产适应范围广；其三，由于沿反应器推进方向进行渐进曝气，便于形成结构较为密实、不易解絮的好氧颗粒污泥；其四，该培养方法对于复杂水质适应性强，可以应用到绝大多数类型的污水处理，且运行稳定，容易形成颗粒污泥，是粗狂式的好氧颗粒污泥运行的模式，不需要特殊添加营养盐及设置特殊运行单元，不需要特殊关注运行负荷等其他运行因素的干扰，并且克服了序批式反应器和间歇式反应器运行操作复杂或自控水平要求较高的缺点，很容易推广到工业化生产。

附图说明

图1为本发明提供的一种培养好氧颗粒污泥的推进式反应装置（卧式）的结构示意图；

图2为位于该推进式反应装置渐进曝气区内的渐进曝气系统的俯视结构示意图；

图3为位于该推进式反应装置好氧颗粒污泥分离区内的锥斗的另一种结构局部示意图；

图4为图3所示锥斗结构的俯视结构局部示意图；

图5为使用该推进式反应装置进行好氧颗粒污泥培养方法的过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所提供的一种培养好氧颗粒污泥的推进反应器的结构及其培养方法作进一步的详细说明。

如图1所示，为本发明所提供的一种培养好氧颗粒污泥的推进式反应装置a的结构示意图。构成该推进式反应装置的反应容器1内部按照反应推进方向依次由沉淀区11、渐进曝气区12和好氧颗粒污泥分离区13构成，其中，沉淀区11的底部设置用于连续推进的布水系统111，渐进曝气区12与沉淀区11具有分隔挡板2，在沉淀区11形成的污泥团随水流跨越分隔挡板2；渐进曝气区12底部设置渐进曝气系统121，渐进曝气系统121的曝气头1211均匀设置于渐进曝气区12底部，并且沿反应推进的方向曝气强度逐级增大；好氧颗粒污泥分离区13设置锥斗131，锥斗131上部连接二沉池3，锥斗131下部与布水系统111的进水管道1111连通。

——为了实现沉淀区11、渐进曝气区12和好氧颗粒污泥分离区13内的反应效果，合理分配三个区域的比例，上述沉淀区11的长度占反应容器1长度的1/10至1/8；好氧颗粒污泥分离区13的长度占反应容器1长度的1/20；

——为了更好的促使活性污泥沉淀，依靠自絮凝形成的絮状体污泥通过重力自压缩比较紧密地接触，上述沉淀区11内设置第一液体流速传感器112，布水系统111的进水管道1111上设置连接变频器113的水泵114，即通过变频器113改变水泵114的功率，使沉淀区11的上升流速控制在0.1-0.3m/h之间，可以有效维持污泥活性，易于絮状污泥形成松散、大块的污泥团，从而便于进入渐进曝气区12；

——如图2所示，为了实现渐进曝气区12内随着反应推进方向，曝气头1211的曝气强度逐渐加大，上述渐进曝气系统121包括与推进方向一致的曝气主管1212，曝气主管1212的一端连接空气压缩机1213，曝气主管1212在渐进曝气区12的底部均匀设置与推进方向垂直的数排曝气支管1214，曝气头1211均匀设置于曝气支管1214的管身上，曝气支管1214前端设置电磁阀1215，在电磁阀1215后端设置空气流量计1216，电磁阀1215用于控制曝气支管1214内的空气流量；

——从沉淀区11流出含有污泥团的污水经过渐进曝气区12前端曝气强度为10m³/㎡.h，并随着反应推进，渐进曝气区12末端的曝气强度渐进加大到25m³/㎡.h，曝气强度的逐级加大有利于渐进曝气区12前段的松散好氧颗粒污泥不易解絮，渐进曝气区12后段的的好氧颗粒污泥形成致密的结构，推进式反应装置末端也可以根据渐进曝气区12溶解氧浓度适当降低曝气强度，以节约电能消耗，这对好氧颗粒污泥的形成基本无副作用；

——如图3、图4所示，上述锥斗131包括摆动斜板1311，摆动斜板1311与矩形反应容器1末端形成纵截面为倒梯形的空间，摆动斜板1311的两侧固定设置等高的轴杆1312，与轴杆1312配合的轴承1313设置在反应容器1的侧壁1314上，轴杆1312由电动机1315带动转动，锥斗131在底部入口和顶部出口处分别设置第二、第三液体流速传感器（1316、1317），即通过第二、第三液体流速传感器（1316、1317）掌握上述流速，通过电动机1315带动轴杆1312转动，使摆动斜板1311摆动以调节锥斗131底部入口和顶部出口的面积，使进入到锥斗131底部的泥水混合物的上升流速为1.5-2.5m/h，锥斗131顶部上升流速逐渐降低到0.8-1.25m/h，这样具有较小密度的絮状污泥和水，进入到二沉池3，好氧颗粒污泥直接从锥斗131底部回流到反应容器1的沉淀区11内，这样好氧颗粒污泥不会因为被好氧出水带走而流失，完成连续流好氧颗粒污泥培养的一个周期；

本推进式反应装置还包括电控箱（附图中未标示），电控箱接收空气流量计1216和第一、第二、第三液体流速传感器（112、1316、1317）反馈的信号，并向变频器113、电磁阀1215和电动机1315发出指令，即空气流量计1216反馈曝气支管1214内的空气流量，电控箱通过调节每一个电磁阀1215的大小以达到位于渐进曝气区12内的曝气头1211逐级增大曝气强度的目的；第一液体流速传感器112反馈沉淀区11内的上升流速，电控箱调节与水泵114连接的变频器113已得到预定的上升流速；第二、第二液体传感器分别检测锥斗131底部入口和顶部出口处的上升流速，电控箱通过控制电动机1315带动摆动斜板1311的轴杆1312转动，调节锥斗131底部入口和顶部出口的出水面积，实现好氧颗粒污泥与絮状污泥分离的效果。

如图5所示，利用上述推进式反应装置进行好氧颗粒污泥的培养方法是：

步骤一a，由沉淀区11的污泥浓度得到bod负荷，依据污泥负荷0.1kgbod/kgmlss.d为标准确定通过布水系统111注入反应容器1内的水量，通过活性污泥的重力自压缩使絮状体污泥紧密接触，并经过自絮凝作用，絮状污泥形成松散大块的污泥团，直至污泥团越过分隔挡板2进入渐进曝气区121；

步骤二b，渐进曝气区12内的污泥团经过沿反应推进方向逐渐加大曝气强度的方式，最终形成密实的好氧颗粒污泥结构，通过布水系统111在渐进曝气区121底部设置的布水器1112注入维持污泥活性的水量，使污泥负荷为0.1kgbod/kgmlss.d；

步骤三c，在渐进曝气区12末端形成的泥水混合物进入好氧颗粒污泥分离区13的锥斗131，从其底部上升流动，由于锥斗131底部和顶部的流速差，絮状污泥由锥斗131的顶部进入到二沉池3，好氧颗粒污泥则由锥斗131的底部回流到沉淀区11；

步骤四d，二沉池3内的絮状污泥经布水系统111回流到沉淀区11内，沉淀区11的污泥团将回流的絮状污泥截留形成污泥床；

重复步骤一a至步骤四d，推进式反应容器1持续运行直至活性污泥全部颗粒化。

——为了更好的促使活性污泥沉淀，依靠自絮凝形成的絮状体污泥通过重力自压缩比较紧密地接触，在上述步骤一a中，沉淀区11的上升流速控制在0.1-0.3m/h之间，即可以有效维持污泥活性，易于絮状污泥形成松散、大块的污泥团，从而便于进入渐进曝气区12；

——在上述步骤二b中，从沉淀区11流出含有污泥团的污水经过渐进曝气区12前端曝气强度为10m³/㎡.h，并随着反应推进曝气强度逐渐加大到25m³/㎡.h，曝气强度的逐级加大有利于渐进曝气区12前段的松散好氧颗粒污泥不易解絮，渐进曝气区12后段的的好氧颗粒污泥形成致密的结构，推进式反应容器1末端也可以根据渐进曝气区12溶解氧浓度适当降低曝气强度，以节约电能消耗，这对好氧颗粒污泥的形成基本无副作用；

——在上述步骤三c中，进入到锥斗131底部的泥水混合物的上升流速为1.5-2.5m/h，锥斗131顶部上升流速逐渐降低到0.8-1.25m/h，这样具有较小密度的絮状污泥和水，进入到二沉池3，好氧颗粒污泥直接从锥斗131底部回流到反应容器1的沉淀区11内，这样好氧颗粒污泥不会因为被好氧出水带走而流失，完成连续流好氧颗粒污泥培养的一个周期；

试验过程中，第一天整个反应容器1出现比较少量的松散的颗粒污泥，连续培养4-5天后，反应容器1内出现较多的松散颗粒污泥，污泥的颜色为黄褐色，这个时期污泥形态由普通活性污泥向颗粒化转变。在随后的时间内，颗粒污泥不断大量出现、长大，沉降性能继续改善，体积、质量也不断增大。运行10天后，反应容器1内形成沉降性能较好的絮状和部分颗粒污泥。推进式反应装置连续运行一个月左右，普通活性污泥几乎完全实现了颗粒化。

本发明所述好氧颗粒污泥的培养方法，也可以在全混流式反应器应用，只需将多个全混流反应器串联运行即可。