专利名称：一种处理城镇污水的好氧颗粒污泥法及其好氧颗粒污泥的制作方法
技术领域：
本发明属于废水生物处理技术领域，特别涉及一种处理城镇污水的好氧颗粒污泥法及其 好氧颗粒污泥。
背景技术：
美国《废水生物处理》(Biological Wastewater Treatment, 1999年，第2版，246-313页) 提到，活性污泥法由英国的阿登CArden)和洛克特(Lockett)在曼彻斯特(Massachuseets)污水处理厂开发，是目前应用最广泛的处理城镇污水的处理技术。该活性污泥法是在有氧状态下 利用活性污泥的代谢活动来处理废水；活性污泥是由好氧微生物经过大量繁殖后所形成的 微生物群体以及一些无机物、未被分解的有机物和微生物自身代谢的分泌物组成的，空气 或氧气以压力态或大气常压态进入混合液中，对反应器中液体进行机械搅拌或气流搅拌， 在二沉池中混合液分成沉淀的生物固体与经处理后的废水两部分，二沉池的污泥部分回流， 剩余污泥排出系统；由于现有的污泥沉淀系统中污泥絮体沉降速度小，污泥结构松散而易 上浮，污泥产量高，从而导致其污泥沉淀系统体积较大、占地面积广、剩余污泥量多，污水 处理厂需更大的基建面积、更多的污泥处置费用、以及构筑物建设费用，因而现有污水处 理厂建设和运营成本高；现有的活性污泥法由于污泥结构松散，絮体中细胞和胞外聚合物 混合在一起，粒径仅为0. 05-0. 2 mm，密度仅为1.002-1.007 g/mL，微生物含量低下且对环 境条件变化的抵抗能力较弱，污泥絮体沉降速度仅为18-31 m/h，沉降速度较小，因此，现 有活性污泥法系统体积负荷低下，污泥沉降性能较差。现有的城镇污水处理系统由于占地 面积大，容易发生污泥膨胀，因而投资、运营成本较高，而且系统运行较不稳定。中国《废水生物处理新技术一理论与应用》(中国环境科学出版社，1999年)提到，现有 的序批式反应器(SBR)和序批气升式反应器(SBAR)工艺是采用间歇曝气方式来运行的污水 生物处理系统，它集进水、厌氧、好氧、沉淀于一池，可以灵活地变换运行方式以适应不 同类型废水的处理要求，污水间歇进入处理系统，间歇排出；反应器为筒状，曝气头安装 在反应器底部，采用空气管与外部空气压縮机连接用以供氧，内部可设导流筒；采用进水 一曝气一沉淀一排水作为处理运行工艺周期，每段均用时间控制器控制自动循环运行；但 现有SBR和SBAR反应器采用的高径比小于1，排水比为50%，都比较低，不利于活性污 泥的颗粒化。
发明内容
本发明的目的是提供一种处理城镇污水的好氧颗粒污泥法及其好氧颗粒污泥，从而降低 污泥沉淀系统要求，减少污水处理系统占地面积，减少剩余污泥量，降低污水处理厂建设 和运营成本。本发明的处理城镇污水的好氧颗粒污泥法，采用筒状反应器和进水一曝气一沉淀一排水 处理运行工艺周期；其特征在于所述反应器采用8-15的高径比和50%_80%的排水比， 空气由空气压縮机由反应器底部定量充入,反应器接种絮体污泥后，反应器的排水比从40 %开始，每月提高5%-10%，最终提高为60%-80%;运行周期时间从4一6小时开始，每 月缩短1小时，至2 — 3小时为止；沉降时间从30-40 min开始，每周沉降时间降低l-2min， 最终达到15-20 min;稳定操作至好氧颗粒污泥的体积占反应器反应区体积的50-85%。本发明的采用上述好氧颗粒污泥法所培养出来的好氧颗粒污泥，为淡黄色球形或椭球形 颗粒，内部有空隙，其特征在于直径为0.3-0.8 mm，密度为1.010-1.016 g/mL,沉降速度 为18-31 m/h;其中的微生物以球菌为主，包含杆菌；颗粒中胞外聚合物75-90%集中在颗 粒的内部，细胞组分70-90%分布在颗粒外层。由于本发明采用大高径比和排水比，空气在反应器内部循环流动，逐步提高排水比，逐 渐縮短运行周期时间，沉降时间逐渐降低的操作方式，克服了现有序批式反应器(SBR)和序 批气升式反应器(SBAR)技术由于低的高径比和排水比且运行周期时间长而造成的不能培养 出好氧颗粒污泥的问题，使在低浓度城镇污水的条件下，仍能在序批式反应器(SBR)和序批 气升式反应器(SBAR)内成功培养出结构密实的好氧颗粒污泥；由于本发明所培养的好氧颗粒污泥外观为直径0.3-0.8 mm的球形或椭球形，而活性污 泥为粒径仅为0.05-0. 2mm的分散结构，颗粒污泥沉降速度为18-31 m/h，沉降性能远优于 传统活性污泥，且相对于活性污泥的分散体系，颗粒污泥中微生物以团聚方式紧密结合在 一起，因而解决了现有城镇污水处理方法的易出现污泥膨胀、污泥上浮，曝气池结构庞大， 占地面积大，投资、运营成本较高，且系统运行较不稳定等缺陷。
图1为本发明好氧颗粒污泥法实施例1中使用的序批式反应器示意图；图2为实施例2中使用的序批气升式反应器示意图。
具体实施例方式以下通过实施例对本发明的内容进一步详细地加以说明。实施例1:本实施例中处理城镇污水好氧颗粒污泥法采用一个高径比为12的序批式反应器(SBR)，所谓序批式就是采用间歇方式来运行的污水生物处理系统；如图l所示反应器主体部分为圆柱状有机玻璃筒和碳钢的结合体，圆筒高5.5m，下半部分碳钢高度为3m， 上半部分有机玻璃体的高度为2.5 m，圆筒内径为0.5m，有效体积为1 m3;反应器的底部 装有微孔曝气头4，采用空气管10与外部空气压縮机2连接，曝气量由转子流量计3调节， 反应器通过电磁阀5排水，通过进水泵1进水，整套工艺在时间程序控制器6控制下自动 运行。本实施例采用上述序批式反应器处理城镇污水培养好氧颗粒污泥的操作过程如下在时 间程序控制器6控制下，反应器按进水-曝气-沉淀-排水的方式自动运行；反应器的一个初 始运行条件为周期长为4小时，进水时间为5分钟，曝气时间为195分钟，沉淀时间为 30分钟，排水时间为10分钟，反应器的底部装有微孔曝气头4，曝气量由转子流量计3调 节为0.5cm/s (表观气体流速)，反应器通过电磁阀5排水，排水比为50%。将普通活性污 泥絮体投入到上述反应器中，使得反应器内的污泥浓度为6g/L;城镇污水由进水泵l间歇 地泵入上述的序批式反应器；按上述方式稳定运行一周后，按梯度每周沉降时间逐渐降低 l-2min，将沉降性能较差的絮体污泥逐步洗出反应器；反应器运行第30天后，縮短运行周 期时间为3小时，即将曝气时间縮短一小时，每天多运行2个周期，以提高进水负荷；反 应器运行第60天后，反应器内污泥沉降性能显著提高，此时继续按梯度每周沉降时间逐渐 降低l-2min，并且同时将排水比提高到60%，进一步筛选沉降性能较好的污泥；反应器运 行第100天后，反应器内出现部分细小颗粒污泥粒子，此时，将沉降时间降至15min,进一 步提高排水比到70%;进一步稳定操作1-2个月，反应器内好氧颗粒污泥的体积占反应器 反应区体积的50-80%。经上述方式培养出来的好氧颗粒污泥是一种直径为0.5 mm的淡黄色球形或椭球形颗 粒，内部有空隙，密度为1.013 g/mL,沉降速度为25 m/h;其中的微生物以球菌为主，包含 杆菌，并且以团聚方式紧密结合在一起；颗粒中含有大量的胞外聚合物(EPS) ， EPS80% 集中在颗粒的内部，而细胞组分则85%分布在颗粒外层。好氧颗粒污泥培养完成后，反应器内污泥浓度稳定在8-9 g/L，反应器处理效果稳定， 出水水质良好；其中挥发性组分所占的百分比稳定在80%左右，说明好氧颗粒污泥内部活 性微生物的量远大于普通活性污泥内部微生物的量；反应器对污染物的去除率明显上升，化学需要量(COD)去除率从接种时的70%上升到颗粒化后大于90%， NH/-N的去除率也 从60%上升到90%以上，说明污泥颗粒化后，由于其沉降和压縮性能的提高，反应器内能 保留有很高的生物量，这些高活性的好氧颗粒污泥含有丰富的微生物种群，包括异养细菌 和自养细菌等，这使得反应器具有更高的处理效能。本实例中的高径比设为12，但在高径 比为8-15范围内均可实现污泥颗粒化。实施例2:本实施例中处理城镇污水好氧颗粒污泥法采用一个高径比为12的序批气升式反应器 (SBAR),所谓序批气升式就是采用间歇方式来运行且内部带有一个导流筒的污水生物处理系统；如图2所示反应器主体部分为圆柱状有机玻璃筒和碳钢的结合体，下半部分碳钢 高度为3m，上半部分有机玻璃体的高度为2.5m，圆筒高5.5m，内径为0.5m，内部有一 个聚氯乙烯(PVC)材质的导流筒，高4.5m，内径0.3m，有效体积为1 m3;导流筒内部 的竖直区域为升流管7，导流筒与外筒之间形成的竖直区域为沉降管8;反应器的底部装有 微孔曝气头4，采用空气管10与外部空气压缩机2连接，曝气量由转子流量计3调节，反 应器通过电磁阀5排水，通过进水泵1进水，整套工艺在时间程序控制器6控制下自动运 行。本实施例采用上述序批气升式反应器处理城镇污水培养好氧颗粒污泥的操作过程如下废水由进水泵1泵入反应器，由空压机2压入的空气经安装在反应器底部的微孔曝气头4 进入反应器，污泥被气流带动在导流筒9内部的升流管7中向上运动，在升流管7管顶进入 沉降管8，然后向下沉降运动，至反应器底部再次进入升流管,在反应器内部形成循环流动， 曝气量由转子流量计3调节为0.3 cm/s (表观气体流速)，出水通过电磁阀5排出反应器， 排水比为50%;在时间程序控制器6控制下，反应器按进水-曝气-沉淀-排水的方式自动运 行；反应器的初始运行条件为 一个运行周期长为3小时，进水时间为5分钟，曝气时间 为125分钟，沉淀时间为40分钟，排水时间为IO分钟。将普通活性污泥絮体投入到上述 反应器中，使得反应器内的污泥浓度为8g/L;城镇污水由进水泵l间歇地泵入上述的序批 气升式反应器；按上述方式稳定运行一周后，按梯度每1-2周沉降时间逐渐降低l-2min， 将沉降性能较差的絮体污泥逐步洗出反应器；反应器运行第80天后，反应器内污泥沉降性 能显著提高，此时根据反应器内污泥的沉降性能继续按梯度每1-2周沉降时间逐渐降低 l-2min，并且同时将排水比提高到60%，进一步筛选沉降性能较好的污泥；反应器运行第 150天后，反应器内出现部分细小颗粒污泥粒子，此时，将沉降时间降至20min，进一步稳定操作2-4个月，反应器内好氧颗粒污泥的量逐渐上升，颗粒占总悬浮固体(SS)的比例 达到40-60%。培养出的好氧颗粒污泥直径为0.4mm的淡黄色球形或椭球形颗粒，内部有空隙，密度 为1.019 g/mL,沉降速度为22 m/h;其中的微生物以球菌为主，包含杆菌，并且以团聚方式 紧密结合在一起；颗粒中含有大量的胞外聚合物(EPS) ， EPS75X集中在颗粒的内部，而 细胞组分则80%分布在颗粒外层。好氧颗粒污泥培养完成后，气升反应器内污泥浓度稳定在6-7 g/L，反应器处理效果稳 定，出水水质良好；挥发性组分所占总悬浮固体的百分比稳定在70%左右；反应器对污染 物的去除率效果明显，COD去除率大于90%， NH4+-N的去除率稳定在95%以上。本实例 中的高径比设为12，但在高径比为8-15范围内均可实现污泥颗粒化。
权利要求
1、一种处理城镇污水的好氧颗粒污泥法，采用筒状反应器和进水-曝气-沉淀-排水处理运行工艺周期；其特征在于所述反应器采用8-15的高径比和50％-80％的排水比，空气由空气压缩机由反应器底部定量充入，反应器接种絮体污泥后，反应器的排水比从40％开始，每月提高5％-10％，最终提高为60％-80％；运行周期时间从4-6小时开始，每月缩短1小时，至2-3小时为止；沉降时间从30-40 min开始，每周沉降时间降低1-2min，最终达到15-20 min；稳定操作至好氧颗粒污泥的体积占反应器反应区体积的50-85％。
2、 一种采用权利要求1所述好氧颗粒污泥法所培养出来的好氧颗粒污泥，为淡黄色 球形或椭球形颗粒，内部有空隙，其特征在于:直径为0.3-0.8 mm,密度为1.010-1.016 g/mL, 沉降速度为18-31 m/h;其中的微生物以球菌为主，包含杆菌；颗粒中胞外聚合物75-90 %集中在颗粒的内部，细胞组分70-90%分布在颗粒外层。
全文摘要
本发明处理城镇污水的好氧颗粒污泥法及好氧颗粒污泥，特征是反应器采用8-15高径比和50％-80％排水比，空气由反应器底部压缩充入，接种絮体污泥后，排水比从40％开始，每月提高5％-10％，至60％-80％；运行周期时间从4-6小时开始，每月缩短1小时，至2-3小时；沉降时间从30-40min开始，每周沉降时间降低1-2min，至15-20min；稳定操作至好氧颗粒污泥占反应器反应区体积的50-85％。所得好氧颗粒污泥粒径较大，沉降速度快，结构密实，对环境条件变化抵抗能力强。本发明解决了现有技术易出现污泥膨胀、污泥上浮，曝气池结构庞大，占地面积大，投资、运营成本高，系统运行不稳定等缺陷。
文档编号C02F3/12GK101229947SQ20081001955
公开日2008年7月30日 申请日期2008年1月24日 优先权日2008年1月24日
发明者俞汉青, 倪丙杰, 刘绍根, 谢文明, 郑煜铭 申请人:中国科学技术大学