一种活性污泥的自动驯化装置及其制备活性污泥的方法与流程

本发明属于活性污泥驯化领域，具体涉及一种活性污泥的自动驯化装置及其制备活性污泥的方法。

背景技术：

现阶段，随着社会经济的不断发展，人们生活质量的提高，城市环境污染愈加严重，华南地区河涌分布复杂、水容量较小、水体流动性差，污水的大量排放导致河涌水质恶化，尤其是污染物质集中沉积在底泥，导致水体环境发生改变，长期的厌氧环境导致底泥发黑发臭，成为黑臭污泥。黑臭污泥通常称之为黑臭河道的底部淤泥，色黑，带有刺激性气味，黑臭污泥由于长时间沉积黑臭河道的污染物质，底泥污染物质含量为其上覆水含量的1000-1000倍，污染物质包括：过量的有机物、n、p，mn、fe、ni等重金属，含量根据河涌污染情况来确定，黑臭污泥处于极度厌氧环境，一般do低于0.1mg/l，orp低于-300mv。黑臭污泥极大的影响了人们的生活环境，也增大了黑臭河涌的治理难度。

现阶段对于黑臭底泥的处理思路较为单一，最切实可行的方式即为脱水填埋，资源化处理难以实现。

活性污泥大多用于污水处理厂及一体化设备，在培养专性降解氨氮的活性污泥，一般都采用污水厂二沉池的活性污泥进行驯化，存在优质活性污泥获取麻烦，获取量少等问题。现阶段，用黑臭污泥培养活性污泥国内外相关研究甚少，不仅急需一种使黑臭污泥变废为宝的利用方法，也需为解决污水厂活性污泥获取麻烦等问题另辟蹊径。

技术实现要素：

本发明的目的之一在于提供一种活性污泥的自动驯化装置。

本发明的另一目的在于提供一种利用上述自动驯化装置制备活性污泥的方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种活性污泥的自动驯化装置，包括

配水池；

驯化反应池，驯化反应池设有排泥口；

进水机构，能够将配水池的营养液送入驯化反应池；所述进水机构包括进水管和进水泵；

排水机构，能够将驯化反应池内的液体排出；

曝气机构，能够向驯化反应池内鼓入气体；所述曝气机构包括曝气管和曝气泵；

温控机构，能够调节经进水机构送入驯化反应池内的营养液的温度，以及经曝气机构鼓入驯化反应池内的气体的温度；

plc控制单元，所述进水泵、曝气泵、温控机构均与所述plc控制单元连接；

所述驯化反应池底部设有锥形底，排泥口位于锥形底底部。

进一步的，所述曝气管的出气端伸入驯化反应池底部，曝气管的出气端设有若干曝气头。

进一步的，上述自动驯化装置还包括搅拌装置，搅拌装置包括设在驯化反应池内的搅拌桨以及能够驱动所述搅拌桨运动的搅拌泵。

进一步的，上述自动驯化装置包括装置本体，装置本体设有配水区、机电及电控区、污泥培养区，所述配水池位于配水区，进水泵、曝气泵和plc控制单元均位于机电及电控区，驯化反应池位于污泥培养区。

进一步的，所述排水机构包括虹吸排水管和在驯化反应池底部的泄水口，泄水口外设排水槽，排水槽上设有排水口。

一种利用上述任一项所述自动驯化装置制备活性污泥的方法，包括以下步骤：

1)将初期营养液置于配水池中，取黑臭污泥置于驯化反应池，启动进水机构，将初期营养液送入驯化反应池，同时启动搅拌装置，使黑臭污泥与初期营养液按1：2.5～3.5的体积比混合，闷曝，再启动曝气机构使溶解氧do控制在2～6mg/l；所述初期营养液中含有90～110mg/lcod、4.5～5.5mg/l氨氮、0.8～1.2mg/l总p；

2)闷曝2～4h后关闭曝气机构和搅拌装置，静置，将上清液及漂浮的杂质通过排水机构除去，再通过进水机构往驯化反应池中补加等量的初期营养液；重复此操作1～2次后，将上清液排出驯化反应池，得预处理的黑臭污泥；

3)再通过进水机构往驯化反应池中补加初期营养液，使预处理的黑臭污泥与初期营养液按1：2.5～3.5的体积比混合，闷曝，控制ph为7～8.5，通过曝气机构使do为2～6mg/l，通过温控机构控制加入的初期营养液和气体温度为25～30℃，每23～25h为一个周期，其中曝气22.5～23.5h后关闭曝气机构和搅拌装置，静置分层，通过排水机构排出上清，再通过进水机构往驯化反应池中补加初期营养液；

4)按步骤3)相同的动行条件运行2个周期以上，静置分层，通过排泥口排掉底部30％～40％的污泥；往配水池中换入新营养液，同时通过进水机构往驯化反应池补回等量的新营养液，新营养液中氨氮含量高于5mg/l，但不超过25mg/l，新营养液中cod及总p含量仍分别为90～110mg/l、0.8～1.2mg/l；

5)将上述体系继续进行闷曝，每23～25h为一个周期，通过曝气机构控制do2～6mg/l、ph7～8.5，通过温控机构控制温度在25～30℃之间，其中曝气22.5～23.5h后静置分层，通过排水机构排出上清，再通过进水机构补加营养液；每日观察mlss，当mlss增长至10000mg/l以上，并且每个周期末氨氮的降解率都稳定在99％以上后，则往配水池中换入氨氮含量更高的新营养液，使氨氮含量高于25mg/l，但不超过40mg/l，cod及总p含量仍保持不变；

6)将上述加入氨氮含量更高的新营养的体系再继续进行闷曝，每23～25h为一个周期，控制do2～6mg/l、ph7～8.5，温度控制在25～30℃之间，其中曝气22.5～23.5h后静置分层排出上清，往配水池中换入新营养液，同时通过进水机构往驯化反应池补入新营养液，新营养液中氨氮含量高于40mg/l，但不超过70mg/l，保持cod及总p含量仍分别为90～110mg/l、0.8～1.2mg/l；

7)将上述体系进行间歇式曝气，11～13h为一次周期，其中曝气机构曝气时间不低于8h，周期末自动停止曝气，静置分层，将上清液排水机构排出，所得下层污泥即为活性污泥。

进一步的，所述黑臭污泥选取黑臭河涌底泥中离泥床上表面1/4～1/2距离之间位置的黑臭污泥。

进一步的，步骤2)中静置的时间为25～45min；步骤4)中，静置的时间为45～65min。

进一步的，步骤7)中，停止曝气机构曝气期间需启动搅拌装置，使泥水混合。

进一步的，步骤7)中，将获得的活性污泥再通过进水机构加入新营养液，新营养液中氨氮含量超过70mg/l，cod及总p含量仍分别为90～110mg/l、0.8～1.2mg/l；再进行1～3个周期的间歇式曝气，周期末自动停止曝气，静置分层，将上清液排水机构排出，所得下层污泥为活性污泥。

进一步的，步骤7)中，间歇式曝气过程中通过曝气机构控制do2～6mg/l，且调节ph为7～8.5，通过温控机构控制加入的营养液和气体温度为25～30℃之间。

本发明的有益效果是：

本发明装置或方法为活性污泥培养提供了一种新的思路，其可以利用黑臭河涌的黑臭污泥培养具有高效去除氨氮的活性污泥，不仅为黑臭污泥找到了利用途径，同时解决了污水厂活性污泥获取麻烦等问题，本发明装置或方法降解氨氮及cod效果突出，可用在河涌水污染治理工程上，在一定程度上实现水质及底泥的原位修复。

本发明驯化污泥的周期短，处理氨氮的效果好，并且同时具有较好降解cod的效果。本发明操作简单、使用设备经济环保。

附图说明

图1是本发明装置实施例结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。

装置实施例

本发明提供了一种活性污泥的驯化装置，包括

配水池1，用于配置、容纳驯化污泥的营养液；

驯化反应池11，用于活性污泥的驯化，驯化反应池11设有排泥口12，排泥口12用于将驯化后的活性污泥排出；

进水机构，能够将配水池1的营养液送入驯化反应池11；

排水机构，能够将驯化反应池11内的液体排出；

曝气机构，能够向驯化反应池11内鼓入气体；

温控机构13，能够调节经进水机构送入驯化反应池11内的营养液的温度，以及经曝气机构鼓入驯化反应池11内的气体的温度；

在某些实施例中，针对不同水体设备在配水池1添加营养物质，配水池1容积恒定，可调整药量配置成较为合理营养的营养液，进水机构吸取配水池1的营养液，送入驯化反应池11，与驯化反应池11的黑臭泥混合；曝气机构将空气鼓入驯化反应池11，释放供氧，其间，温控机构13调节经进水机构送入驯化反应池11内的营养液的温度，以及经曝气机构鼓入驯化反应池11内的气体的温度，进行活性污泥驯化。本发明为活性污泥培养提供了一种新的思路，其可以利用黑臭河涌的黑臭污泥培养具有高效去除氨氮的活性污泥，不仅为黑臭污泥找到了利用途径，同时解决了污水厂活性污泥获取麻烦等问题，本发明降解氨氮及cod效果突出，可用在河涌水污染治理工程上，在一定程度上实现水质及底泥的原位修复。

进水机构可采用进水管、进水斗等结构，在某些实施例中，所述进水机构包括进水管和进水泵3，进水泵3能够将配水池1内的营养液通过进水管送入驯化反应池11，进水泵3的设置位置可以在进水管口、进水管中部等位置。

曝气机构可采用曝气管和与曝气管连接的气源，在某些实施例中，所述曝气机构包括曝气管15和曝气泵4，所述曝气管15的出气端伸入驯化反应池11底部，曝气管15的出气端设有若干曝气头14。曝气泵4利用曝气管15将空气鼓入驯化反应池11，由曝气头14释放供氧。

在某些实施例中，为了保证驯化反应池11中泥水混合均匀，还包括搅拌装置，搅拌装置包括设在驯化反应池11内的搅拌桨9以及能够驱动所述搅拌桨9运动的搅拌泵10，搅拌泵10可以直接或间接驱动搅拌桨9运动，运动方式可以是转动、摆动或移动等。

在某些实施例中，为了实现自动化控制，还包括plc控制单元，所述进水泵3、曝气泵4、温控机构13和搅拌泵10均与所述plc控制单元连接。在驯化其间，plc控制单元可以控制进水泵3进水、停止进水或间歇性进水；plc控制单元可以控制曝气泵4曝气、停止曝气或间歇性曝气；plc控制单元可以控制温控机构13调整温度，例如但不限于25℃-30℃；plc控制单元可以控制搅拌泵10搅拌、停止搅拌或间歇性搅拌。

在某些实施例中，包括装置本体，装置本体设有配水区、机电及电控区2、污泥培养区，所述配水池1位于配水区，进水泵3、曝气泵4和plc控制单元均位于机电及电控区2，驯化反应池11位于污泥培养区，整个装置结构紧凑，分区合理，方便使用。

排水机构可采用排水管、排水阀、排水泵等，在某些实施例中，所述排水机构包括虹吸排水管5，虹吸排水管5可以在到达一定水位后进行自动排水。

此外，所述排水机构还包括设在驯化反应池11底部的泄水口6，泄水口6外设排水槽7，排水槽7上设有排水口8。泄水口6、排水槽7为设备出故障，需要快速排出驯化反应池11的泥水而设计。

排泥口12可设置于驯化反应池11侧壁、底部、顶部等位置，在某些实施例中，驯化反应池11底部设有锥形底，锥形底具有汇集作用，排泥口12位于锥形底底部。

方法实施例

一种利用上述任一项所述自动驯化装置制备活性污泥的方法，包括以下步骤：

1)将初期营养液置于配水池中，取黑臭污泥置于驯化反应池，启动进水机构，将初期营养液送入驯化反应池，同时启动搅拌装置，使黑臭污泥与初期营养液按1：2.5～3.5的体积比混合，闷曝，再启动曝气机构使溶解氧do控制在2～6mg/l；所述初期营养液中含有90～110mg/lcod、4.5～5.5mg/l氨氮、0.8～1.2mg/l总p；所述黑臭污泥选取黑臭河涌底泥中离泥床上表面1/4～1/2距离之间位置的黑臭污泥。

2)闷曝2～4h后关闭曝气机构和搅拌装置，静置25～45min，将上清液及漂浮的杂质通过排水机构除去，再通过进水机构往驯化反应池中补加等量的初期营养液；重复此操作1～2次后，将上清液排出驯化反应池，得预处理的黑臭污泥；

3)再通过进水机构往驯化反应池中补加初期营养液，使预处理的黑臭污泥与初期营养液按1：2.5～3.5的体积比混合，闷曝，控制ph为7～8.5，通过曝气机构使do为2～6mg/l，通过温控机构控制加入的初期营养液和气体温度为25～30℃，每23～25h为一个周期，其中曝气22.5～23.5h后关闭曝气机构和搅拌装置，静置分层，通过排水机构排出上清，再通过进水机构往驯化反应池中补加初期营养液；

4)按步骤3)相同的动行条件运行2个周期以上，静置45～65min分层，通过排泥口排掉底部30％～40％的污泥；往配水池中换入新营养液，同时通过进水机构往驯化反应池补回等量的新营养液，新营养液中氨氮含量高于5mg/l，但不超过25mg/l，新营养液中cod及总p含量仍分别为90～110mg/l、0.8～1.2mg/l；

5)将上述体系继续进行闷曝，每23～25h为一个周期，通过曝气机构控制do2～6mg/l、ph7～8.5，通过温控机构控制温度在25～30℃之间，其中曝气22.5～23.5h后静置分层，通过排水机构排出上清，再通过进水机构补加营养液；每日观察mlss，当mlss增长至10000mg/l以上，并且每个周期末氨氮的降解率都稳定在99％以上后，则往配水池中换入氨氮含量更高的新营养液，使氨氮含量高于25mg/l，但不超过40mg/l，cod及总p含量仍保持不变；

6)将上述加入氨氮含量更高的新营养的体系再继续进行闷曝，每23～25h为一个周期，控制do2～6mg/l、ph7～8.5，温度控制在25～30℃之间，其中曝气22.5～23.5h后静置分层排出上清，往配水池中换入新营养液，同时通过进水机构往驯化反应池补入新营养液，新营养液中氨氮含量高于40mg/l，但不超过70mg/l，保持cod及总p含量仍分别为90～110mg/l、0.8～1.2mg/l；

7)将上述体系进行间歇式曝气，11～13h为一次周期，其中曝气机构曝气时间不低于8h，间歇式曝气周期中，停止曝气机构曝气期间需启动搅拌装置，使泥水混合。周期末自动停止曝气，静置分层，将上清液排水机构排出，所得下层污泥即为活性污泥。

或者将上述获得的活性污泥再通过进水机构加入新营养液，新营养液中氨氮含量超过70mg/l(此时营养液中氨氮值含量可根据实际运用需求来定，本实施例选用氨氮含量为120mg/l，cod及总p含量不变)，cod及总p含量仍分别为90～110mg/l、0.8～1.2mg/l；再进行1～3个周期的间歇式曝气，周期末自动停止曝气，静置分层，将上清液排水机构排出，所得下层污泥为活性污泥。

上述间歇式曝气过程中通过曝气机构控制do2～6mg/l，且调节ph为7～8.5，通过温控机构控制加入的营养液和气体温度为25～30℃之间。

下面对本发明制备的活性污泥作进一步效果检测。

下面对本发明装置及利用装置制备的活性污泥作进一步效果检测。

实验组1

配制人工污水：利用葡萄糖、氯化铵、磷酸二氢钾等配置污水，使污水中cod100mg/l、总磷含量1mg/l，氨氮含量5mg/l。

将本发明方法制备的活性污泥与配制的污水按体积比1：3混合，用曝气泵进行连续曝气扰动(运行过程中泥水充分混合)，实时监控反应条件，主要控制溶解氧控制在2mg/l以上，ph6.5～8.5。其中第1-5周期中，每次周期运行时间为24h；其中曝气23h(溶氧维持在4-5mg/l，并保证泥水混合均匀)，静置分层排出上清、补加新污水1h。第6-8周期中，每周期运行时间为12h，其中曝气8h(溶氧维持在4-5mg/l，并保证泥水混合均匀)，静置分层排出上清、再补加新污水。每周期运行结束后，检测水体氨氮含量、cod含量，检测结果如表1。

对比组1

除了不加入活性污泥，其他操作均同实验组1，检测结果如表1。

表1各组实验对污水中氨氮降解能力的检测

实验组2

配制人工污水：利用葡萄糖、氯化铵、磷酸二氢钾等配置污水，使污水中氨氮含量分别为6、24.14、33、38.37、119mg/l。

将本发明方法制备的活性污泥与配制的污水按体积比1：3混合，直接进行闷曝；每次周期运行时间为24h，其中闷曝23h，主要控制溶解氧4～5mg/l，ph6.5～8.5，静置分层、补加新污水1h，然后进行下一个周期。运行一周后，检测水体氨氮含量，检测结果如表2。

对比组2

除了不加入活性污泥，其他操作均同实验组2，检测结果如表2。

表2各组实验对不同浓度氨氮污水中氨氮降解能力的检测

上述各组的检测结果如表1和表2所示，从表2中可以看出，本发明活性污泥及污水处理的方法对低浓度及高浓度的氨氮均具有很好的降解效果，明显优于实验组2；从表1中可以看出系统运行稳定后，尤其是在运行6周后，本发明只需在10～12小时内即可将氨氮的含量降至0.1mg/l以下，明显优于实验组1，氨氮降解率可达99.9％以上。特别的，本发明活性污泥对于高浓度氨氮(如150mg/l)的废水，也可将氨氮降解至0.1mg/l以下，实际处理效果明显。

另外，本发明方法制备活性污泥对cod的处理效果也很明显，48h可稳定将cod100mg/l的污水，降解至40mg/l，生化效果较为明显。本发明方法制备的活性污泥表现出很好的氨氮、cod降解率，可能说明了本发明驯化方法能够使营养物质被充分吸收促进微生物、菌胶团、原生生物的生长和增殖，从而带来如此好的降解效果。

本发明提供有利用河涌黑臭污泥驯化高效活性污泥的方法，其培养时间短(8-14天)，氨氮处理效果好，不仅为黑臭污泥找到了利用途径，同时解决了污水厂活性污泥获取麻烦等问题。本发明基于活性污泥的驯化培养方法，激活河道黑臭底泥，快速降解底泥有机负荷的同时，强化其本土微生物的代谢能力，将其释放于河道，从而提高水体的自净能力；激活底泥，结合氧气锥、微纳米组合工艺，应用于河道；从水和底泥多个维度入手，改进河道生态环境；且所得活性污泥降解氨氮及cod突出，可用在河涌水污染治理工程上，在一定程度上实现水质及底泥的原位修复。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。