专利名称：好氧颗粒污泥培养及其处理有机废水的系统及方法
技术领域：
一种好氧颗粒污泥(AGS)培养及其处理有机废水的系统及方法，属于环境保护和废水 处理技术领域。具体来讲，是短周期SBR培养好氧颗粒污泥及处理有机废水的系统及方法。
背景技术：
好氧颗粒污泥技术是二十世纪90年代以来开发的极具工程应用潜力的新技术，可望用于 处理市政污水、小区生活污水、食品工业废水、奶制品工业废水、含酚废水或其它有毒有害 废水等。因此，好氧颗粒污泥技术的研发已经成为国内外研究开发的热点之一。
好氧颗粒污泥的规模化培养与生产是该技术实用化的前提之一。国内外研究人员围绕着 AGS培养的底物与有机负荷、反应器结构及其操作方式、流体剪切力与沉淀时间、接种污 泥与溶解氧等条件对AGS培养进行了大量研究。连续流BAS或AUS反应器和SBR反应器 都曾被用于好氧颗粒污泥培养，但实践表明SBR由于选择性强及操作灵活方便而更适用于 AGS培养。
在利用SBR培养AGS时，周期时间及其具体安排等SBR操作条件对培养成败与否以及 培养出的AGS的性能特征有很大影响。SBR系统常用的操作周期有4h、 6h、 8h、 12h和24h 等。这些操作周期也曾被用于AGS的培养。但是，还没有见到低于4h的SBR操作周期被应 用于AGS培养的文献报道。
由于好氧污泥的颗粒化会提高其中微生物的代谢活性，从而要求提供更多的有机底物， 即要求更高的有机负荷。因此，文献中成功的AGS培养均采用较高的有机负荷。提高有机负 荷的常用方法是加大培养体系中有机底物的浓度，这要求投入更多的有机底物而增大了培养 成本。而且，过高的有机物浓度容易引起丝状菌过度繁殖，对污泥的进一步颗粒化不利，甚 至会引发丝状膨胀而导致培养失败。
适当縮短SBR操作的周期时间，可以在不增加有机物浓度的情况下提高培养体系的有机 负荷，有利于好氧污泥的颗粒化，降低AGS培养的成本。对于SBR处理有机废水而言，周 期时间越短，SBR反应器的利用效率越高，相同容积的SBR可以处理更多的废水，或者处理 相同水量只需要更小的反应器。因此，短周期SBR处理有机废水具有系统利用率高、建设投 资省的特点。
此外，在AGS培养过程中，培养体系的pH值变化是很复杂很微妙的。 一个周期内，pH 值先是会随氨氮减少和生物硝化消耗碱度而降低，随后会随反硝化产生碱度而回升。因此， 在一个周期的不同时间，培养体系的pH值不同。在培养的不同阶段，体系pH值变化规律也 不同。在培养初期，体系中污泥主体为絮状污泥，微生物代谢活性较低，微生物对碳氮磷的 摄取速率相对较低，因而周期初期的pH值降低速率及幅度也就较小。污泥反硝化活性也较低， 在周期后期pH值回升速率及幅度较小。培养后期则相反，由于污泥的颗粒化提高了微生物的 代谢活性，微生物对碳氮磷的摄取速率更快，周期初期pH减低速率和幅度会更大；另外，污 泥颗粒由外至内形成了好氧、缺氧和厌氧的条件，微生物反硝化活性也大为增强，在周期后
3期PH值回升速率及幅度加大。
P H值会影响蛋白质等两性物质的离解，进而影响培养体系中污泥微生物的表面电荷及 疏水性等表面特性，而且P H值低于7的环境会引发丝状菌的快速繁殖，改变污泥的生物相。 因此，pH值对好氧污泥的颗粒化产生很大的影响，对培养体系的pH值进行恰当的调控具有 重要的意义。
本发明就是采用短周期SBR培养好氧颗粒污泥及处理有机废水的系统与方法，投加碳酸 氢盐调控相关培养及处理体系的pH值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种好氧颗粒污泥培养及其处理有机废水的系统及方法，快速、 经济而稳定地规模化培养与生产好氧颗粒污泥，并有效地去除有机废水中的有机物和氮磷物 质，推动好氧颗粒污泥技术的工程化应用。 —
本发明的好氧颗粒污泥培养及其处理有机废水的系统及方法，采用短周期SBR系统培养 好氧颗粒污泥及处理有机废水，以投加碳酸氢盐调控培养和处理体系的pH值。
所述的序批式反应器系统由主反应器12、进水系统、排水系统、曝气系统和相应的自控 装置组成。所述的主反应器12为柱状反应器，其高径比大于15，沿反应器高度方向等距布 置4个排水口或取样口。所述的进水系统由进水l、储水槽2、蠕动泵3和自控装置12组成； 排水系统由排水电磁阀6和自控装置12组成；曝气系统由空气压縮机9、曝气器10和自控 装置12组成；所述的控制装置为微电脑时控开关或PLC控制器。
本发明的好氧颗粒污泥培养及其处理有机废水的系统及方法，其序批式反应器系统采用 短周期SBR模式操作，包括进水、曝气、沉淀和排水4个阶段。所述的短周期SBR模式操 作方法，周期时间为2.5h。每个周期包括进水时间5min，进水的同时开始曝气，曝气时间 132-144min，沉淀时间3-15min、排水时间3min。
所述的好氧颗粒污泥培养及其处理有机废水的系统及方法，采用投加碳酸氢盐调控培养 和处理体系的pH值。所述的碳酸氢盐为碳酸氢钠。碳酸氢盐的投加量范围为0-1200m g/L(以 NaHC03计)，具体投加量根据实际进水的碱度、TN和pH值等条件确定。
本发明为一种好氧颗粒污泥培养及其处理有机废水的系统及方法，其优点及用途是
1) 本发明的主要特征之一是采用短周期操作S服培养好氧颗粒污泥，其在不提高培养体 系的有机底物的浓度情形下，有效提高培养体系的有机负荷，从而促进好氧污泥的颗粒化， 縮短AGS培养所需的时间，降低AGS培养与生产所需的成本。与常规周期操作条件比，在相同 的培养底物浓度下，短周期操作模式培养的AGS比重更大、颗粒强度更高、沉淀性能更好，而 且短周期条件下，污泥颗粒化对微生物代谢活性的提高也更多。
2) 本发明的另一个主要特征是以碳酸氢盐调控培养体系的pH值，其能适应培养不同阶 段工艺要求多变的特点，而且具有准确、及时而简便的优点。根据不同培养阶段的实际工艺 需要可以很方便地对碳酸氢盐的投加量进行调整，从而准确及时的调节培养体系的重碳酸盐 碱度，实现调控培养体系pH值的目的，使得作为颗粒污泥骨架的丝状菌能够在体系中生存繁 殖，但又不至于过量繁殖导致污泥膨胀而使得培养失败。从而保证了了好氧污泥的颗粒化进程的顺利进行和完成。
3) 本发明的第三个特征是以利用培养出的好氧颗粒污泥，以短周期SBR操作处理有机废 水。由于污泥的颗粒化大大提高了污泥中微生物的代谢活性，颗粒化后形成的好氧颗粒污泥 的耗氧速率远高于普通絮状活性污泥，其对有机废水中的有机物和氮磷的去除速率很高，为 短周期操作模式提供了可能。利用好氧颗粒污泥在短周期S!3R中处理有机废水，不仅处理效率 高，出水水质令人满意，而且短周期操作使得相同体积的S服系统可以处理更多的废水，有效 提高了SBR反应器的有效利用率，从而有效减少了系统建设的成本。
4) 综上可知，本发明的好氧颗粒污泥培养及其处理有机废水的系统及方法，有利于快 速稳定、经济高效地规模化培养与生产好氧颗粒污泥，推动好氧颗粒污泥技术的工程化应用。 此外，利用本发明的系统及方法处理有机废水具有系统利用率高或系统投资省的优点，对现 有SBR系统的改造升级也具有很好的参考价值。因此本发明可应用于好氧颗粒污泥的培养与生 产以及有机废水处理等方面，具有重要的实际价值。
图l:短周期SBR培养好氧颗粒污泥及处理有机废水的工艺流程图中标号为1进水；2储水槽；3蠕动泵；4主反应器；5好氧颗粒污泥；6排水电 磁阀7出水；8空气；9空气压縮机；10曝气器；11取样口； 12自控装置。
具体实施例方式
下面结合具体实施方式
对本发明作进一步的详细说明
工艺流程如附图所示。按照周期安排设置和开启自控装置12后，系统自动进行进水、曝 气、沉淀和排水操作。根据工艺要求把污水进水1加入储水槽2。以进水蠕动泵3定时定量把污 水送入SBR主反应器4，进水时间根据周期安排以自控装置12控制。空气8由空气压縮机9送入 主反应器4底部，经由曝气器10释放到混合液中，曝气时间根据周期安排以自控装置12控制。 曝气结束后开始静置沉淀，经过规定的沉降时间后，以自控装置12开启排水电磁阀6，主反应 器中的上清液作为系统出水7排出,排水完成之后以自控装置12关闭电磁阀6，周期结束。自控 装置12开启蠕动泵3开始进水，新的周期开始。从取样口ll对主反应器中的混合液进行取样并 分析。监测进出水水质。
实施例l:短周期SBR培养好氧颗粒污泥
采用絮状活性污泥接种，培养用的污水以葡萄糖为碳源，COD^浓度900mg/L， TN浓度 90mg/L， TP浓度18mg/L，碳酸氢钠150-1200mg/L。 SBR主反应器的高径比为16. 7。 SBR以短周期 模式操作，周期时间为2.5h。每个周期包括进水时间5min，进水的同时开始曝气，曝气时间 132-144min，沉降时间由15min、 10min、 6min、 4rain至3min逐阶段减少，排水时间3min。 SBR 排水比为1/3。水温控制在室温，pH在控制6.5-8.0之间。根据工艺要求把污水进水l加入储水 槽2。按照周期安排设置和开启自控装置12后，系统自动进行进水、曝气、沉淀和排水操作。 调整曝气空气流量。根据工艺情况逐步减小周期沉降时间。最终培养出以l-3mm直径为主的好 氧颗粒污泥，其SVT为33mL/g，单个颗粒沉降速率为30m/h，耗氧速率0UR为55mg/L' h。实施例2:短周期S服中好氧颗粒污泥处理低浓度生活污水
按照实施例l的条件和方法培养好氧颗粒污泥，并利用培养出的AGS在短周期SBR中处理 低浓度生活污水。低浓度生活污水的CODcr、氨氮和TP浓度分别约为400mg/L、 40mg/L和 8mg/L。
SBR主反应器的高径比为16.7。 SBR以短周期模式操作，周期时间为2. 5h。每个周期包括 进水5min，进水的同时开始曝气，曝气时间144min，沉降时间3min，排水时间3min。 SBR排水 比为1/3。水温控制在室温。投加碳酸氢钠150mg/L，控制pH在6.5-8.0之间。
根据工艺要求把污水进水1加入储水槽2。按照周期安排设置和开启自控装置12后，系统 自动进行进水、曝气、沉淀和排水操作。调整曝气空气流量。运行稳定后，监测进出水水质。
结果表明在进水CODcr、氨氮和TP浓度分别为419. Omg/L、 40. 6mg/L和8. 3mg/L时，周 期开始30min后，COD、氨氮和TP的去除率分别达到86M、 77%和98%，周期结束时出水的相 应浓度分别为37. 4mg/L、 0. 4 mg/L和0. lmg/L，去除率分别为91. 1%、 99. 0%和98. 8%。短周期 SBR-AGS系统对低浓度污水中的有机物和氮磷的处理效率很高，系统出水CODcr、氨氮和TP浓 度可以满足城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)的一级A标准要求。
实施例3:短周期SBR中好氧颗粒污泥处理中等浓度污水
按照实施例1的条件和方法培养好氧颗粒污泥，并利用培养出的AGS在短周期SBR中处理 中等浓度污水。中等浓度污水的CODcr、氨氮和TP浓度分别约为900mg/L、 120mg/L和16mg/L。
SBR主反应器的高径比为16.7。 SBR以短周期模式操作，周期时间为2.5h。每个周期包括 进水5ndn，进水的同时开始曝气，曝气时间144min,沉降时间3min，排水时间3min。 SBR排水 比为1/3。水温控制在室温。投加碳酸氢钠600mg/L控制pH在6. 5-8.0之间。
根据工艺要求把污水进水1加入储水槽2。按照周期安排设置和开启自控装置12后，系统 自动进行进水、曝气、沉淀和排水操作。调整曝气空气流量。运行稳定后，监测进出水水质。
结果表明在进水CODer、氨氮和TP浓度分别为865. 3mg/L、 121. 5mg/L和16. 5mg/L时，在 周期前30min内污水中9(m以上有机物就已被AGS所去除，出水的相应浓度分别为47. Omg/L、 50. 4 mg/L和4. 2mg/L，去除率分别为94. 6%、 58. 5%和74. 5%。短周期SBR-AGS系统对中等浓
度污水中的有机物处理效率很高，但出水氮磷浓度还需要进一步处理才能达标。 实施例4:短周期SBR中好氧颗粒污泥处理较高浓度污水
按照实施例l的条件和方法培养好氧颗粒污泥，并利用培养出的AGS在短周期SBR中处理 较高浓度污水。较高浓度污水的CODcr、氨氮和TP浓度分别约为1200mg/L、121mg/L和24mg/L。
SBR主反应器的高径比为16.7。 SBR以短周期模式操作，周期时间为2. 5h 。每个周期包括 进水5min，进水的同时开始曝气，曝气时间144rain，沉降时间3min，排水时间3min。 S服排水 比为1/3。水温控制在室温。投加碳酸氢钠600mg/L,控制pH在6.5-8.0之间。
根据工艺要求把污水进水1加入储水槽2。按照周期安排设置和开启自控装置12后，系统 自动进行进水、曝气、沉淀和排水操作。调整曝气空气流量。运行稳定后，监测进出水水质。
结果表明在进水CODcr、氨氮和TP浓度分别为1293.9mg/L、 135.4mg/L和25.6m^L时， 周期前30min内AGS对有机物的去除己经基本完成，周期结束时出水的相应浓度为128mg/L、 61.7mg/L和8.5mg/L，去除率分别为90%、 54.4%和66.6%。好氧颗粒污泥迅速而大量地去除了较高浓度污水中的有机物和氮磷，最终出水需要进一步处理才能使有机物和氮磷达标排放。 短周期SBR-AGS系统可以作为高浓度污水的预处理工序，为后续处理工序创造条件。
权利要求
1. 一种好氧颗粒污泥培养及其处理有机废水的系统及方法，其特征是采用短周期序批式反应器(Sequencing Batch Reactor，SBR)系统和通过投加碳酸氢盐调控培养与处理体系的pH值。
2. 如权利要求1所述的好氧颗粒污泥培养及其处理有机废水的系统及方法，其特征是所述的 序批式反应器系统由主反应器12、进水系统、排水系统、曝气系统和相应的自控装置组成。
3. 如权利要求1所述的好氧颗粒污泥培养及其处理有机废水的系统及方法，其特征是所述的 序批式反应器系统的主反应器12为柱状反应器，其高径比大于15，沿反应器高度方向等 距布置4个排水口或取样口。
4. 如权利要求1所述的好氧颗粒污泥培养及其处理有机废水的系统及方法，其特征是所述的 进水系统由进水1、储水槽2、蠕动泵3和自控装置12组成排水系统由排水电磁阀6和 自控装置12组成；曝气系统由空气压縮机9、曝气器10和自控装置12组成。
5. 如权利要求1所述的好氧颗粒污泥培养及其处理有机废水的系统及方法，其特征是所述的 控制装置为微电脑时控开关或PLC控制器。
6. 权利要求1、 2、 3、 4或5的好氧颗粒污泥培养及其处理有机废水的系统及方法，其特征是 序批式反应器系统采用短周期SBR模式操作，包括进水、曝气、沉淀和排水4个阶段。
7. 如权利要求6所述的短周期模式操作方法，周期时间为2.5h。每个周期包括进水时间5min， 进水的同时开始曝气，曝气时间132-144min,沉淀时间3-15min、排水时间3min。
8. 如权利要求l、 2、 3、 4、 5或6的好氧颗粒污泥培养及其处理有机废水的系统及方法，其 特征是投加碳酸氢盐调控培养和处理体系的pH值。
9. 如权利要求7所述的操作方法，其特征是所述的碳酸氢盐为碳酸氢钠，碳酸氢盐的投加量 范围为0-1200mg/L(以NaHC03计)，具体投加量根据实际进水的碱度、TN和pH值等条件 确定。
全文摘要
本发明涉及一种好氧颗粒污泥(AGS)培养及其处理有机废水的系统及方法。采用短周期SBR系统培养好氧颗粒污泥及处理有机废水。系统由主反应器、进水系统、排水系统、曝气系统和相应的自控装置组成。采用2.5h短周期SBR模式操作，每个周期包括进水、曝气、沉淀和排水4个阶段。进水时间5min，进水的同时开始曝气，曝气时间132-144min，沉淀时间3-15min、排水时间3min。采用投加碳酸氢盐调控培养和处理体系的pH值。碳酸氢盐为碳酸氢钠，投加量范围为0-1200m g/L。利用本发明的系统及方法，可以快速经济地培养出AGS，对有机废水中的有机物和氮磷的处理效率很好。本发明可应用于好氧颗粒污泥的培养与生产以及有机废水处理方面，具有重要的实际价值。
文档编号C02F101/30GK101508485SQ20091006823
公开日2009年8月19日 申请日期2009年3月24日 优先权日2009年3月24日
发明者马华继 申请人:天津城市建设学院