一种曝气池污泥浓度调整装置和方法

1.本发明设计污水处理技术领域，具体而言，涉及一种污泥浓度控制装置及控制方法。


背景技术：

2.高浓度难降解有机废水来源于印染、制药、化工、轻工、农药、煤化工等产业，常具有cod
cr
浓度高、bod5浓度低，有毒性或难降解物质多，ph变化大，含盐量高的水质特点，且排放往往与行业淡季旺季相关，生产时各工段的水量、水质波动也较大，构筑物冲击负荷大，为工艺控制带来很大难度。微生物处理技术因其处理成本低、操作简便，常作为各类废水处理工艺设计的首选方案。目前，强化预处理-好氧生物处理技术及两相厌氧—交叉流好氧生物处理技术已成为高浓度难降解有机废水的主流处理工艺，而维持稳定的运行条件以及污泥结构与活性仍然是保证系统长效稳定运行的关键点。
3.污泥负荷是活性污泥运行中的重要控制参数，指单位重量的活性污泥，在单位时间内要保证一定的处理效果所能承受的有机物量。进水污泥负荷较低时，丝状菌因其比表面积更大，在获取底物的过程中处于有利地位成为优势菌；进水污泥负荷较高时，则一方面会导致水中溶解氧浓度降低而使丝状菌大量占据竞争优势，另一方面菌胶团菌会大量合成并积贮高粘性的多糖类胞外聚合物。以上两种情况均会导致污泥沉降性能降低甚至污泥膨胀，从而导致系统运行不稳定，污泥大量流失，出水水质变差，有时伴随大量泡沫产生。高浓度难降解有机废水水量、水质波动大的特点，已成为活性污泥处理工艺面临的重大难点。
4.调节池是目前处理水质、水量波动的主要构筑物，能够起到调节进出水量，平衡进水ph及水温等作用，并起到一部分预曝气的作用，但对于进水有机负荷的波动调节效果有限。目前工程实践中解决进水有机负荷的波动的方案以提高系统适应性为主，如通过增设污泥收集斜板与污泥循环系统对池内生物量进行调节，增设水位传感器或改装碳源投加装置等。上述方案的共同特征为设备复杂，改装成被与操作门槛高，且对于水量水质波动的被动调节与适应具有一定滞后性。因此，开发一种能够主动识别甚至预测进水有机负荷变化并对污泥系统进行调节，设备简单，操作便捷的一体化设备是必要的。
5.水质实时检测技术的发展及大数据、机器学习等技术在污水处理智慧控制领域的成功运用，使得生物处理系统对于冲击负荷的抵抗由被动适应转向主动调控成为可能。针对高浓度难降解有机废水的水质波动问题，引入实时监测系统与自动化控制系统是简化设备结构与操作难度的有效方案。


技术实现要素：

6.1.要解决的问题
7.针对现有技术中连续处理污水时污泥膨胀的问题，本发明提供一种一种曝气池污泥浓度调整装置及方法，基于不同的来水水质特点，利用污泥浓度调整装置，将部分污泥提升离开水体，以调整污水处理系统中污泥质量和污泥浓度，使得被提起的污泥丝状菌在空
气中暴露大量死亡，在水体中的丝状菌营养物质充足而快速生长，实现膨胀污泥沉降性能迅速恢复，以达到减少调节池占地面积、解决污泥膨胀问题的目的。
8.2.技术方案
9.为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
10.本发明的第一方面提供一种曝气池污泥浓度调整装置，包括若干个上部开口的矩形网状容器，将容纳有污泥的所述矩形网状容器铺满整个好氧区底部；所述矩形网状容器可以单独或组合地被提升至水面上；当矩形网状容器处于好氧区底部时，污泥无法流动穿过矩形网状容器；当一个或多个矩形网状容器移出水面时，一个或多个矩形网状容器中的污泥脱离好氧区而失去污水处理能力。
11.优选地，所述矩形网状容器长为10-200cm，宽5-150cm，高5-100cm；所述矩形网状容器的五个面由200-600目的聚酰胺尼龙纱网构成。
12.优选地，所述矩形网状容器可以独立地被提升装置从好氧区底部拉升到水面上，将污泥暴露在空气中，实现污水处理系统中污泥和污水的分离。
13.本发明的第二方面提供一种污水处理系统，如图1所示，包括：
14.污水水质监测系统；
15.本发明第一方面中任意一项技术方案所述的曝气池污泥浓度调整装置；和
16.远程控制系统，用于控制所述好氧区污泥浓度调整装置中矩形网状容器的提升；
17.污泥沉淀系统，用于系统出水中污泥的沉降分离；
18.污水进入到污水处理系统后，经所述污水水质监测系统测定获得水质参数数据，所述远程控制系统依据水质参数数据，控制好氧区污泥浓度调整装置中一个或多个矩形网状容器提升。
19.进一步优选的，污水处理系统包括集水池、好氧池、初沉池、二沉池和出水池，其中所述污水水质监测系统位于集水池，所述污泥浓度调整装置位于好氧池，初沉池和二沉池共同组成沉淀系统。
20.进一步优选的，所述污泥浓度调整装置将污水处理系统分为n个大小相等的部分，每部分中均设有一个与好氧区1/n底面积相同的矩形网状容器，该矩形网状容器结构被称为矩形网状容器1-矩形网状容器n，所有矩形网状容器大小形状结构材质均相同，可以容纳污水处理装置中的大部分污泥，使得底部污泥无法流动到其他矩形网状容器中，并且可以根据需要改变污泥的空间位置。
21.进一步优选的，如图2所示，污泥浓度调整装置中的每一矩形网状容器由一个悬挂于反应器上的摇轮控制，可以经过机械驱动将装有污泥的矩形网状容器从好氧区底部被提升至水面上，从而实现污水处理系统中污泥和污水的分离，将污泥提升到离开水体、暴露在空气中的高度。
22.优选地，所述污水水质监测系统实时有效监测污水处理系统中来水水量和水质特征，包括水量、cod、ss、氨氮污染物指标，所述污水水质监测系统数据采集周期不超过1小时。
23.本发明第三方面提供一种采用第二方面所述污水处理系统根据来水水质调整污泥浓度的污水处理方法，包括以下步骤：
24.s1：设定一标准污泥负荷，根据来水水质中cod浓度最高值及所述标准污泥负荷，
计算得出反应器中所需污泥浓度，并将相应量污泥置于矩形网状容器中；
25.s2：根据污水来水中cod浓度及实际污泥浓度计算得到实际污泥负荷，当实际污泥负荷低于标准污泥负荷的设定值的5％时，为了保持污泥负荷维持在标准污泥负荷附近，将若干个矩形网状容器提升至曝气池水面上，使污泥负荷满足s1中的设定值；
26.s3：当污水来水中污泥负荷高于设定值5％时，为了保持污泥负荷维持在标准污泥负荷附近，将已提升的矩形网状容器中的若干个矩形网状容器重新放回曝气池中，使污泥负荷满足s1中的设定值。
27.优选地，所述步骤s1中，采用以下公式计算所需污泥浓度：
28.x＝q*s/(v*ns)
29.式中ns——标准污泥负荷，g cod/(kg mlss*h)；
30.q——每小时进水量，m3/h；
31.s——cod浓度，mg/l；
32.v——好氧区有效容积，m3；
33.x——所需污泥浓度，mg/l。
34.优选地，所述步骤s1中所述反应器中所需污泥量为2000-5000mg/l；
35.所述步骤s1中标准污泥负荷范围为12-30g cod/(kg*h)。
36.优选地，以总矩形网状容器的数量为n个计，所述步骤s2中矩形网状容器的提升数量具体确定方法如下：
37.s2-1当实际污泥负荷低于标准污泥负荷的设定值的0-5％时，不提升任何矩形网状容器；当实际污泥负荷低于标准污泥负荷的设定值的5％以上时，开始提起矩形网状容器；当实际污泥负荷下降达1/n时，即提起1个矩形网状容器，污泥负荷下降为1/n-2/n，仍然为提起1个矩形网状容器；当污泥负荷下降达2/n时，即提起2个矩形网状容器，污泥负荷下降为2/n-3/n，仍然为提起2个矩形网状容器；依此类推，根据水质变化，至多提起n个矩形网状容器(即进水无污染物，污水处理系统所有纱网组件都将提起)；
38.s2-2当实际污泥负荷高于标准污泥负荷的设定值的0-5％时，不放下任何矩形网状容器，当实际污泥负荷高于标准污泥负荷的设定值的5％时，开始放下矩形网状容器；当实际污泥负荷上升达1/n时，即放下一个矩形网状容器，实际污泥负荷上升为1/n-2/n，仍然为放下1个矩形网状容器；依此类推，根据水质变化，至多把所有已提起的矩形网状容器全部放下。
39.优选地，提升矩形网状容器时，所述矩形网状容器中的污泥在空气中暴露时间不超过3天。若多个矩形网状容器被提起，只需要放下一个矩形网状容器时，则尽量保证矩形网状容器在空气中暴露的时间达到6小时，即先提出的矩形网状容器优先放回污水处理系统中，后提出的矩形网状容器后放回污水处理系统中。
40.3.有益效果
41.相比于现有技术，本发明的有益效果为：
42.(1)本发明采用的污泥浓度调整装置实现了污泥生物量与废水水质的实时适应，通过对水质的实时检测，改变与废水接触的污泥量，可以代替调节池的效果，节省占地面积。
43.(2)本发明中将活性污泥提起至空气中，实现了对系统运行过程中部分污泥沉降
性能改善。通过快速、分批次的污泥饥饿处理和再活化，有助于降低污泥膨胀风险，提高污水处理效率。
44.(3)本发明有助于减少污泥产量，当污泥被提起时部分微生物死亡，死亡的微生物再次进入曝气池后会作为碳源被降解，从而实现污泥减量，节省污水处理系统的运行成本。
45.(4)本发明可以在现有污水处理设施及设备的基础上进行改建，因此改建成本低。
附图说明
46.图1为本发明具有污泥浓度调整装置的污水处理系统示意图；
47.图2为本发明具有提升装置的矩形网状容器的结构示意图；
48.图3-6为实施例1中矩形网状容器的调整状态；
49.图中：100、沉淀区；200、好氧区；210、污泥浓度调整装置；211、矩形网状容器；212、提升装置；300、水质检测探头。
具体实施方式
50.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同；本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
51.实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
52.如本文所使用，术语“约”用于提供与给定术语、度量或值相关联的灵活性和不精确性。本领域技术人员可以容易地确定具体变量的灵活性程度。
53.如本文所使用，“相邻”是指两个结构或元件接近。具体地说，被标识为“相邻”的元件可以邻接或连接。此类元件也可以彼此靠近或接近而不必彼此接触。在一些情况下，接近的精确程度可取决于特定的上下文。
54.浓度、量和其他数值数据可以在本文中以范围格式呈现。应当理解，这样的范围格式仅是为了方便和简洁而使用，并且应当灵活地解释为不仅包括明确叙述为范围极限的数值，而且还包括涵盖在所述范围内的所有单独的数值或子范围，就如同每个数值和子范围都被明确叙述一样。例如，约1至约4.5的数值范围应当被解释为不仅包括明确叙述的1至约4.5的极限值，而且还包括单独的数字(诸如2、3、4)和子范围(诸如1至3、2至4等)。相同的原理适用于仅叙述一个数值的范围，诸如“小于约4.5”，应当将其解释为包括所有上述的值和范围。此外，无论所描述的范围或特征的广度如何，都应当适用这种解释。
55.除有定义外，以下实施例中所用的技术术语具有与本发明所属领域技术人员普遍理解的相同含义。以下实施例中所使用的各类试剂及仪器，如无特殊说明，均为常规生化实验设备；所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法。
56.下面结合具体实施例对本发明进一步进行描述。
57.实施例1
58.某反应器，长400mm，宽140mm，高180mm，反应器内设有好氧区、沉淀区与出水区。该反应器好氧区长360mm，内设污泥浓度调整装置，即4个矩形网状容器(见附图3)，称为矩形网状容器
①‑
矩形网状容器
④
，每个矩形网状容器长120mm，宽140mm，高160mm，五个面由200
目的聚酰胺尼龙纱网构成，可以将该反应器中大部分污泥从污水处理系统中捞出提升至水面以上暴露在空气中。
59.反应器采用连续流模式运行，水力停留时间为12h，初始进水含有cod约为600mg/l，设定标准污泥负荷保持在17g cod/(kg mlss*h)。根据活性污泥浓度计算公式：
60.x＝q*s/(v*ns)
61.可得，反应器中活性污泥浓度为3000mg/l，污泥取自某工业污水处理厂二沉池污泥。该反应器水中溶解氧浓度保持在3-4mg/l，ph值为7.6-7.9，水温维持在常温(20-25℃)，总磷控制在70mg/l。
62.装置如上描述，利用初始进水运行该反应器3天时间，将进水cod浓度调整为300mg/l，为了使污泥负荷保持在17g cod/(kg mlss*h)，需调整反应器中污泥浓度为1500mg/l，因此将矩形网状容器
①
和矩形网状容器
②
提起(见附图4)，离开水面，暴露在空气中。该进水cod浓度保持6小时，期间矩形网状容器
①
和
②
离开水体暴露在空气中保持6小时；将进水浓度调整为450mg/l，并保持12小时，前6小时将矩形网状容器
①
放回水体中，矩形网状容器
②
暴露在空气中(见附图5)，后6小时将矩形网状容器
①
重新提升至水面以上，暴露在空气中，将矩形网状容器
②
放回水体中(见附图6)；将进水浓度调整为600mg/l，并保持6小时，将矩形网状容器
①
重新放回污水处理系统中。第二天依次如上调整污水处理系统进水cod浓度，对矩形网状容器
③
操作流程如前一天矩形网状容器
①
，对矩形网状容器
④
操作流程如前一天矩形网状容器
②
。第三天依次如上调整污水处理系统进水cod浓度，操作方法与第一天相同；第四天操作与第二天相同，以此类推，单数天操作与第一天相同，双数天操作与第二天相同。将该反应器运行14天。
63.操作流程如上所述，在运行的14天内，曝气池运行稳定，出水水质稳定、无色，基本无悬浮物质。矩形网状容器
①②③④
纱网结构完整，未见缺口或断裂现象，有部分絮状污泥难以被纱网结构捞起，但占总污泥量不超过10％。运行周期内，cod去除率保持在较高水平，且逐步上升，氨氮去除率稳步提高，污泥无明显沉降现象，污泥负荷始终保持在17g cod/(kg mlss*h)左右。
64.实施例2
65.某污水处理设施中试设备曝气池，尺寸为长200cm，宽60cm，高80cm，该曝气池前端装有水质探头，以1次/min的频率上传水质数据(主要为cod浓度)。该曝气池中设有污泥浓度调整装置，即10个矩形网状容器，矩形网状容器
①‑
矩形网状容器
⑩
，每个矩形网状容器长20cm，宽50cm，高10cm，由300目的聚酰胺尼龙纱网构成，可以将该曝气池中绝大部分污泥从水体中打捞起暴露至空气中。该曝气池为推流式，水力停留时间为8h，水中溶解氧浓度为4-5mg/l，ph保持在初始7.7-7.9，进水含有cod约为1000mg/l，nh4+-n为约100mg/l，磷元素约40mg/l，设定标准污泥负荷保持在25g cod/(kg mlss*h)，根据活性污泥浓度计算公式：
66.x＝q*s/(v*ns)
67.可得，反应器中活性污泥浓度为5000mg/l，污泥取自南京某园区工业污水处理厂泵房污泥。
68.装置如上描述，利用初始进水运行该反应器3天时间，将进水cod浓度调整为600mg/l，其他污染物浓度不改变，为了使污泥负荷保持在25g cod/(kg mlss*h)，需要调整曝气池中污泥浓度为4000mg/l，因此矩形网状容器
①②③④
提起离开水面，暴露在空气中。
该进水cod保持3小时，将矩形网状容器
①②③④
暴露在空气中保持3小时；3小时后，将进水cod浓度调整为400mg/l，并保持3小时，此时将矩形网状容器
⑤⑥
也提起离开水面，暴露在空气中保持3小时；3小时后，将进水cod浓度调整为200mg/l，，此时将矩形网状容器
⑦⑧
也提起离开水面，暴露在空气中保持3小时；3小时后，将进水cod浓度调整为400mg/l，将矩形网状容器
①②
放回曝气池中，其他矩形网状容器保持暴露在空气中；3小时后，将进水cod浓度调整为600mg/l,此时将矩形网状容器
③④
放回曝气池中，矩形网状容器
⑤⑥⑦⑧
仍保持暴露在空气中；3小时后，将进水cod浓度调整为800mg/l，此时将矩形网状容器
⑤⑥
放回曝气池中，矩形网状容器
⑦⑧
仍保持暴露在空气中；3小时后，将进水cod浓度调整为1000mg/l，此时将矩形网状容器
⑦⑧
放回曝气池中，此时无任何组件暴露在空气中。
69.第二天依次如上调整污水处理系统进水cod浓度，对矩形网状容器
⑩
操作流程如前一天矩形网状容器
①
，对矩形网状容器
⑨
操作流程如前一天矩形网状容器
②
，对矩形网状容器
⑧
操作流程如前一天矩形网状容器
③
，依次类推，对矩形网状容器
⑥
操作流程如前一天矩形网状容器
⑤
。第三天依次如上调整污水处理系统进水cod浓度，操作方法与第一天相同；第四天操作与第二天相同，以此类推，单数天操作与第一天相同，双数天操作与第二天相同。将该反应器运行21天。
70.操作流程如上所述，在运行的21天内，曝气池运行稳定，出水水质稳定、无色，基本无悬浮物质。矩形网状容器结构均完整，未见缺口或断裂现象，有部分絮状污泥离散于曝气池内。运行周期内，cod去除率保持在较高水平，且逐步上升，氨氮和磷去除率稳步提高，污泥无明显沉降现象，污泥负荷始终保持在25g cod/(kg mlss*h)左右。
71.本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。
72.以上内容是对本发明及其实施方式进行了示意性的描述，该描述没有限制性，实施例中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的实施方式并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的实施方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。