好氧颗粒污泥颗粒化的培养方法及其反应器与流程

本发明实施例涉及污水或废水处理技术领域，更具体地说，涉及一种好氧颗粒污泥颗粒化的培养方法及其反应器。

背景技术：

活性污泥法是污水处理厂处理氨氮最普遍的技术之一，其主要机理是依靠微生物间的相互协同作用来实现对氨氮的去除，且在此基础上也发展出了一些脱氮工艺包括序批式活性污泥法(包括好氧活性污泥法)、氧化沟、生物滤池、膜生物反应器。

好氧活性污泥法是一种在污水或废水中进行硝化和反硝化反应去除氨氮的处理方法，具体是在污水或废水中加入好氧活性污泥，由好氧污泥内的亚硝化菌将氨氮氧化成亚硝酸盐氮，再由污水或废水中的硝化菌将亚硝酸盐氮氧化成硝酸盐氮，然后利用反硝化菌进行反硝化的还原反应，以将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮转化为氨气同步去除，实现高效的脱氮除磷。

然而，由于目前没有较有效的好氧颗粒污泥颗粒化的培养方法，导致现有好氧颗粒污泥的颗粒化进程较缓慢，因此在现有采用好氧活性污泥法处理污水或废水中，通常是在污水或废水中加入絮状的好氧污泥。但是，因为絮状的好氧污泥的密度低，含水量高，所以为保证处理效果通常需要较大的曝气量、及占用较大的处理面积，不仅处理成本高，且对处理现场的空间有较大的要求，降低了使用的实用性。

技术实现要素：

本发明实施例针对上述现有好氧颗粒污泥的颗粒化进程慢，没有较有效的好氧颗粒污泥颗粒化的培养方式的问题，提供一种好氧颗粒污泥颗粒化的培养方法及其反应器。

本发明实施例解决上述技术问题的技术方案是，提供一种好氧颗粒污泥颗粒化的培养方法，包括以下步骤：

a：使污水或废水流入厌氧区，并在所述厌氧区加入厌氧颗粒污泥以对污水或废水进行cod去除；

b：使所述厌氧区内的顶层和底层分别进入造粒区，并调整所述造粒区内的污水或废水的含氧量，使所述造粒区内的厌氧颗粒污泥形成所述好氧颗粒污泥的晶核；

c：在所述造粒区添加第一含氮原料和第一含碳原料，使反硝化菌群聚集粘附在所述晶核外，形成所述好氧颗粒污泥的厌氧内层结构；

d：通过第一曝气装置曝气使所述造粒区内的污水或废水的含氧量保持在0.1～0.4mg/l，在造粒区加入亚硝化菌，并按预设周期添加第二含氮原料和第二含碳原料，使亚硝化菌群聚集粘附在所述厌氧内层结构外，形成所述好氧颗粒污泥的好氧外层结构，完成所述好氧颗粒污泥的培养。

优选地，所述步骤c中包括：在添加第一含氮原料和第一含碳原料之前，在所述造粒区加入反硝化菌。

优选地，所述步骤c中包括：在添加第一含氮原料和第一含碳原料时，调整所述造粒区内的污水或废水的温度为25-35℃、ph值为7.5-8、以及含氧量不大于0.3mg/l。

优选地，所述步骤b中调整的所述造粒区内的污水或废水的含氧量不大于0.3mg/l，且所述步骤b中还包括：在调整所述造粒区内的污水或废水的含氧量时，同步调整所述造粒区内的污水或废水的温度为30-32℃、ph值为7.5-8.5。

优选地，所述步骤d后包括：

e：使所述造粒区内含好氧颗粒污泥的污水或废水经所述造粒区的顶部进入沉淀区，并通过第二曝气装置对所述沉淀区进行曝气；

f：在所述造粒区内的20％-60％的好氧颗粒污泥进入到所述沉淀区后，调低所述第二曝气装置的曝气流量；

g：通过回流装置使所述沉淀区内的20％-60％的含好氧颗粒污泥的污水或废水回流至所述造粒区，同时通过所述第一曝气装置曝气调整所述造粒区内的好氧颗粒污泥的流动状态，并使部分含好氧颗粒污泥的污水或废水从所述造粒区的顶部进入到所述沉淀区；

h：按预设周期重复所述步骤g。

优选地，所述步骤b中包括：使用搅拌装置对进入所述造粒区内的含厌氧颗粒污泥的污水或废水进行慢速搅拌，并由折流板组件调整所述造粒区内的厌氧颗粒污泥的流动状态。

优选地，在所述步骤c中，添加的第一含氮原料包括氮浓度为50-100mg/l的硝酸钾，添加的第一含碳原料包括浓度为100-200mg/l的小分子混合碳源。

优选地，所述步骤d中包括：在将所述亚硝化菌加入到所述造粒区的同时，调整所述造粒区内的污水或废水的温度为25-35℃、ph值为7.5-8.5；

在所述步骤d中，添加的第二含氮原料包括氯化铵，添加的第二碳源包括小分子混合碳源。

优选地，所述步骤a中包括：由水泵驱动所述污水或废水进入厌氧区，并在所述污水或废水充满所述厌氧区时停止驱动，在所述厌氧区加入厌氧颗粒污泥，静置预设时间，以对所述污水或废水进行cod去除；

所述步骤b中包括：由所述水泵驱动污水或废水进入厌氧区，使所述厌氧区内的顶层由所述厌氧区的顶部进入到所述造粒区，同时使用污泥管装置驱动使所述厌氧区内的底层进入造粒区。

本发明实施例还提供一种如上任一项所述的好氧颗粒污泥颗粒化的培养方法中使用的反应器，所述反应器包括厌氧区、造粒区和沉淀区，其中：所述厌氧区的进水口装设有用于驱动污水或废水进入所述厌氧区的水泵、出水口与所述造粒区的进水口相连通，且所述厌氧区的出水口的前方设有第一溢流装置；所述厌氧区的进水口和出水口分别位于所述厌氧区的顶部，且所述厌氧区的底部设有连接到所述造粒区的底部的污泥管装置；

所述造粒区内设有折流板组件、搅拌装置和第一曝气装置，且所述第一曝气装置位于所述造粒区的底部；所述造粒区的进水口和出水口分别位于所述造粒区的顶部，且所述造粒区的出水口连通所述沉淀区的进水口；

所述沉淀区的进水口和出水口分别位于所述沉淀区的顶部，且所述沉淀区的出水口的前方设有第二溢流装置；所述沉淀区的底部设有第二曝气装置和回流装置，且所述回流装置连接到所述造粒区的底部。

本发明实施例的好氧颗粒污泥颗粒化的培养方法及其反应器具有以下有益效果：通过由厌氧颗粒污泥形成好氧颗粒污泥的晶核，即作为好氧颗粒污泥形成颗粒结构的基础，从而能够加速好氧颗粒污泥的颗粒化进程，以缩短培养周期，使得上述培养方法具高效性，有效提高好氧颗粒污泥的培养效率，有利于促进好氧活性污泥法的推广；并且，通过由反硝化菌群形成厌氧内层结构，由亚硝化菌群形成好氧外层结构，从而可以保证好氧颗粒污泥的硝化和反硝化反应能力，以去除污水或废水中的氨氮，实现高效脱单除磷；上述培养方法通过依次形成好氧颗粒污泥的晶核、厌氧内层结构和好氧外层结构，不仅能够进一步加快好氧颗粒污泥颗粒化的进程，提高培养效率，还能有效强化好氧颗粒污泥的整体结构，使得好氧颗粒污泥的结构更加稳定可靠，同时具备更高的硝化和反硝化能力，提高对污水或废水的脱氮除磷的处理效果；由于好氧颗粒污泥的密度高，含水量小，从而无需较大的曝气量，且不会占用较大的处理面积，既能够减少污水或废水处理成本的输出，又能降低对处理现场的空间大小的要求，因此采用上述培养方法培养好氧颗粒污泥具有较高的实用性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的好氧颗粒污泥颗粒化的培养方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的反应器的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的好氧颗粒污泥颗粒化的培养方法的另一流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，是本发明实施例提供的好氧颗粒污泥颗粒化的培养方法的流程图，该好氧颗粒污泥颗粒化的培养方法可应用于污水或废水处理技术领域，以对污水或废水进行高效脱氮除磷。

本实施例中的好氧颗粒污泥颗粒化的培养方法可采用如图2所示的反应器，具体地，本实施例中的好氧颗粒污泥颗粒化的培养方法包括以下步骤：

s11：由水泵驱动污水或废水流入，并充满整个厌氧区1，然后在厌氧区1加入厌氧颗粒污泥，以对污水或废水进行cod去除，并用于在后续的培养中加速好氧颗粒污泥的颗粒结构的形成，使得厌氧颗粒污泥在该步骤中的使用具有较高的实用性。

s12：使厌氧区1内的顶层和底层分别进入造粒区2，同时调整造粒区2内的污水或废水的含氧量，以在污水或废水中营造缺氧环境，使造粒区2内的厌氧颗粒污泥(失效)形成好氧颗粒污泥的晶核，即作为好氧颗粒污泥形成颗粒结构的基础。

由于好氧污泥从无定型结构到颗粒结构的过程较缓慢，需要满足的条件较多，因此上述培养方法直接通过将用于去除cod的厌氧颗粒污泥作为好氧颗粒污泥的晶核，能够大大加速好氧颗粒污泥颗粒化的进程，提高培养效率，进而缩短好氧颗粒污泥的培养周期。当然，在实际应用中，也可通过在造粒区2内加入其它呈颗粒状的材料，以形成好氧颗粒污泥的晶核，但这将会使得上述培养方法复杂化，且用于去除cod的厌氧颗粒污泥的实用性相对较低，从而造成资源浪费，因此优选利用厌氧颗粒污泥作为好氧颗粒污泥形成颗粒结构的晶核。

厌氧颗粒污泥的密封相对污水或废水的密度大，一般会沉淀在厌氧区1的底部，所以上述步骤12内的顶层多为污水或废水(包括少量厌氧颗粒污泥)，底层多为厌氧颗粒污泥(包括污水或废水)。因此，上述步骤s12通过使厌氧区1内的顶层和底层分别进入造粒区2可以保证进入造粒区2内的厌氧颗粒污泥的含量。

在实际应用中，可通过设置分别连通厌氧区1的底部和造粒区2的底部的污泥管装置12，由污泥管装置12的驱动电机驱动使厌氧区1内的底层的厌氧颗粒污泥进入到造粒区2。另外，厌氧区1内的顶层具体可通过水泵继续在厌氧区1内加入污水或废水的方式溢流至造粒区2。

s13：在造粒区2添加第一含氮原料和第一含碳原料，为造粒区2内污水或废水中的反硝化菌提供氮源和碳源，促使反硝化菌群聚集粘附在由厌氧颗粒污泥构成的晶核外，形成好氧颗粒污泥的厌氧内层结构。

由于好氧颗粒污泥的厌氧内层结构由反硝化菌群构成，因此可使好氧颗粒污泥具备反硝化能力，从而可通过反硝化的还原反应将污水中的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮(转化为氮气)除去，实现对污水或废水的脱氮处理。特别地，第一含氮原料和第二含氮原料能够为反硝化菌群提供有利的生长环境，从而能够提高好氧颗粒污泥的厌氧内层结构的形成效率，以加快培养进程。

s14：通过第一曝气装置23曝气使造粒区2内的污水或废水的含氧量保持在0.1～0.4mg/l，然后在造粒区2加入亚硝化菌，并按预设周期添加第二含氮原料和第二含碳原料，使亚硝化菌群聚集粘附在厌氧内层结构的外部，以形成好氧颗粒污泥的好氧外层结构，从而完成好氧颗粒污泥的培养。上述培养方法通过将亚硝化菌群培养形成好氧外层结构，使得好氧颗粒污泥具备亚硝化能力，从而可将氨氮氧化成亚硝酸盐氮，再由上述厌氧内层结构的反硝化菌群还原去除亚硝酸盐氮(反硝化菌群能够将亚硝酸盐氮还原为氮气)，进而去除污水或废水中的氨氮和亚硝酸盐氮。

上述步骤14通过添加第二含氮原料和第二含碳原料，这样可为亚硝化菌提供有利的生长环境，以提高好氧颗粒污泥的好氧外层结构的形成效率，进一步加快好氧颗粒污泥的培养进程。

由于污水或废水中存在硝化菌，因此在亚硝化菌群形成好氧颗粒污泥的好氧外层结构时，硝化菌群会同步聚集粘附在好氧颗粒污泥的好氧外层结构上，使好氧颗粒污泥具备硝化功能，从而能够将亚硝酸盐氮氧化成硝酸盐氮，再由厌氧内层结构的反硝化菌群还原去除硝酸盐氮(反硝化菌群能够将硝酸盐氮直接还原为氮气)，进而去除污水或废水中的亚硝酸盐氮和硝酸盐氮。

当然，在实际应用中，可在步骤s14中加入亚硝化菌时，同步加入硝化菌，由亚硝化菌群和硝化菌群同时形成好氧颗粒污泥的好氧外层结构，使好氧颗粒污泥同时具备较强的亚硝化能力和硝化能力。

上述好氧颗粒污泥颗粒化的培养方法通过由厌氧颗粒污泥形成好氧颗粒污泥的晶核，即作为好氧颗粒污泥形成颗粒结构的基础，从而能够加速好氧颗粒污泥的颗粒化进程，以缩短培养周期，使得上述培养方法具高效性，有效提高好氧颗粒污泥的培养效率，有利于促进好氧活性污泥法的推广。

此外，上述培养方法通过依次形成好氧颗粒污泥的晶核、厌氧内层结构和好氧外层结构，不仅能够进一步加快好氧颗粒污泥颗粒化的进程，提高培养效率，还能有效强化好氧颗粒污泥的整体结构，使得好氧颗粒污泥的结构更加稳定可靠，同时具备更高的硝化和反硝化能力，提高对污水或废水的脱氮除磷的处理效果。并且，由于好氧颗粒污泥(颗粒结构)的密度高，含水量小，从而无需较大的曝气量，且不会占用较大的处理面积，既能够减少污水或废水处理成本的输出，又能降低对处理现场的空间大小的要求，因此采用上述培养方法培养好氧颗粒污泥具有较高的实用性。

在上述步骤s11中，为确保厌氧区1内的污水或废水的cod去除效果，在污水或废水充满厌氧区1时使上述水泵停止运转，中断污水或废水的流入，且在加入厌氧颗粒污泥后需要静置预设时间，以保证厌氧颗粒污泥与污水或废水充分接触反应，以提高污水或废水中cod的去除效果。当然，静置的时间具体可根据实际情况调整。上述水泵具体可装设于厌氧区1的进水口处，以高效驱使污水或废水进入到厌氧区1内。

在本发明的一个实施例中，上述步骤s12中，为加速反硝化菌群在由厌氧颗粒污泥形成的晶核外聚集粘附，以加快好氧颗粒污泥的厌氧内层结构的形成，具体可在添加第一含氮原料和第一含碳原料之前或之后，在造粒区2内加入反硝化菌，以提高污水或废水中反硝化菌的含量，使厌氧颗粒污泥的外部更加容易的聚集粘附反硝化菌群，加速厌氧内层结构的驯化形成。在实际应用中，优选在添加第一含氮原料和第一含碳原料之前添加反硝化菌，这样可使反硝化菌充分利用由第一含氮原料构成的氮源和由第一含碳原料构成的碳源，避免被污水或废水中存在的其他细菌利用，造成浪费。

在步骤s13中添加第一含氮原料和第一含碳原料之前，应调整造粒区2内的污水或废水的温度为25-35℃、ph值为7.5-8，这样可以为反硝化菌群提供有利于生长的生存环境，使反硝化菌群具高活性，加速厌氧内层结构的形成，同时还能够强化厌氧内层结构。另外，还应调整造粒区2内的污水或废水的含氧量不大于0.3mg/l，以形成缺氧环境，保证反硝化菌群(反硝化菌为厌氧菌)的活性，避免含氧量过高导致反硝化菌死亡，影响好氧颗粒污泥的厌氧内层结构的形成。

在实际应用中，造粒区2内的污水或废水的温度具体可通过加热器实现调整，ph值可通过在造粒区2内的污水或废水中添加碳酸氢钾实现调整。

上述第一含氮原料具体包括氮浓度为50-100mg/l的硝酸钾，第一含碳原料具体包括浓度为100-200mg/l的小分子混合碳源，由此可为反硝化菌群提供可靠氮源和碳源。当然，第一含氮原料的氮浓度、以及氮原料具体可根据实际情况确定，而第二含碳原料中小分子混合碳源具体包括乙酸、丙酸、葡萄糖和乙酸钠。

同样地，在步骤s12中应该调整造粒区2内的污水或废水的含氧量不大于0.3mg/l，由此可在加速厌氧颗粒污泥失效形成好氧颗粒污泥的晶核的同时，避免污水或废水中的厌氧菌失去活性或死亡。并且，步骤s12中，在调整造粒区2内的污水或废水的含氧量时，可同步调整造粒区2内的污水或废水的温度为30-32℃、ph值为7.5-8.5，提高晶核的形成效率，加快好氧颗粒污泥的培养进程，同时还能保证污水或废水中厌氧菌的活性，有利于好氧颗粒污泥后续培养的稳定进行。

结合图3所示，上述步骤s14后还包括以下步骤：

s21：使造粒区2内含好氧颗粒污泥的污水或废水经造粒区2的顶部进入沉淀区3，然后通过第二曝气装置32对沉淀区3进行曝气，以在沉淀区3形成好氧环境。

s22：在造粒区2内的20％-60％的好氧颗粒污泥进入到沉淀区3后，调低第二曝气装置32的曝气流量，防止进入沉淀区3内的好氧颗粒污泥的流失。当然，也可同时调低含好氧颗粒污泥的污水或废水进入沉淀区3的流速，进一步防止好氧颗粒污泥的流失。

s23：通过回流装置33使沉淀区3内的20％-60％的含好氧颗粒污泥的污水或废水回流至造粒区2，同时通过第一曝气装置23曝气调整造粒区2内的好氧颗粒污泥的流动状态，不仅能够有效优化好氧颗粒污泥上的菌落结构，还可促使部分含好氧颗粒污泥的污水或废水从造粒区2的顶部进入到沉淀区3，从而形成循环回流。

s24：按预设周期重复步骤s23。

上述好氧颗粒污泥颗粒化的培养方法通过使造粒区2与沉淀区3之间循环回流，从而能够使沉淀区3内的污水或废水中的氨氮处于好氧环境中，由处于好氧环境中的好氧型亚硝化菌和硝化菌进行氧化反应，转化成亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，以进一步去除氨氮。

然后，促使亚硝酸盐氮和硝酸盐氮随污水或废水回流至造粒区2，再由反硝化菌进行反硝化，通过还原反应去除亚硝酸盐氮和硝酸盐氮，以对污水或废水内的有机物进行进一步分解处理，提高对污水或废水的脱氮效果，使得处理后的废水能够满足高处理要求。

在本发明的另一实施例中，步骤s12中还包括使用搅拌装置22对进入造粒区2内的厌氧颗粒污泥进行慢速搅拌，以促使含厌氧颗粒污泥的污水或废水流动，然后由折流板组件21调整造粒区2内的厌氧颗粒污泥的流动状态。上述步骤s12通过搅拌装置22和折流板组件21配合，可有效优化好氧颗粒污泥上的菌落结构的分布，从而强化好氧颗粒污泥的整体结构。

此外，步骤s14中，在将亚硝化菌加入到造粒区2的同时，应调整造粒区2内的污水或废水的温度为25-35℃、ph值为7.5-8.5，这样可以为亚硝化菌群提供有利于生长的生存环境，使亚硝化菌群具高活性，促使亚硝化菌群聚集粘附在晶核外，以加速好氧外层结构的形成，同时强化好氧外层结构，进一步缩短好氧颗粒污泥的培养周期，提高培养效率。

另外地，步骤s14中，添加的第二含氮原料包括氯化铵，添加的第二碳源包括小分子混合碳源，由此能够为亚硝化菌群提供可靠的氮源和碳源，进而能够进一步强化好氧外层结构，使好氧颗粒污泥具高亚硝化能力。

本发明实施例还提供一种上述好氧颗粒污泥颗粒化的培养方法中使用的反应器，该反应器包括厌氧区1、造粒区2和沉淀区3，其中厌氧区1的进水口装设有用于驱动污水或废水进入到厌氧区1内的水泵、出水口与造粒区2的进水口相连通，且厌氧区1的出水口的前方设有呈迷宫状的第一溢流装置11，以对由厌氧区1的顶部进入造粒区2的顶层进行沉淀，提高对厌氧区1的顶层的cod的去除效果。

上述厌氧区1的进水口和出水口分别位于厌氧区1的顶部，且厌氧区1的底部设有连接到造粒区2的底部的污泥管装置12，该污泥管装置12包括驱动电机，因此可由驱动电机提供动力，促使厌氧区1的底层进入造粒区2。

造粒区2内设有用于调整污水或废水的流动状态的折流板组件21、用于搅拌促使污水或废水流动的搅拌装置22和用于曝气的第一曝气装置23。为保证第一曝气装置23的曝气效果，因此将第一曝气装置23设于造粒区2的底部。

并且，上述造粒区2的进水口和出水口分别位于造粒区2的顶部，且造粒区2的出水口连通沉淀区3的进水口。

进一步地，沉淀区3的进水口和出水口分别位于沉淀区3的顶部，且沉淀区3的出水口的前方设有呈迷宫状的第二溢流装置31，从而可对经沉淀区3的出水口流出的污水或废水进行沉淀处理，以进一步提高对污水或废水的cod去除效果。特别地，沉淀区3的底部设有回流装置33和用于曝气的第二曝气装置32，且回流装置33连接到造粒区2的底部，用于将沉淀区3内的含好氧颗粒污泥的污水或废水回流至造粒区2。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。