一种序批式好氧颗粒污泥反应器及颗粒污泥培养方法

1.本发明涉及环境工程领域，具体是一种序批式好氧颗粒污泥反应器及颗粒污泥培养方法。


背景技术：

2.好氧颗粒污泥技术(aerobic granular sludge,或ags)是利用微生物细胞在一定条件下通过自凝聚作用形成的颗粒化活性污泥对污水进行生物处理的一种工艺手段。相比于传统活性污泥，它具有结构密实、沉降性好、生物量浓度高、内部菌群多样化、构筑物占地面积小等优势。近年来，相关研究成果表明，ags可有效处理多种类型污(废)水，具有极大的实际应用价值。目前，国内针对于好氧颗粒污泥的相关研究与应用均相对滞后于国外。
3.颗粒污泥中微生物种群丰富，抗冲击能力强，经驯化后可对各种高浓度、高负荷污(废)水进行处理，也可针对不同类型的污染物进行特定处理。其中，可通过好氧过程对有机污染物进行去除，也可通过厌氧、好氧和缺氧等交替过程对氮、磷污染物进行去除。
4.对于好氧颗粒污泥的形成与培养，目前现有的技术存在以下缺点：1)颗粒形成过程较慢；2)培养过程相对复杂；3)颗粒污泥形态和污水处理效率不够稳定；4)构筑物占地面积大；5)污水处理效果不佳；6)污泥培养与污水处理过程成本较高等。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种序批式好氧颗粒污泥反应器及颗粒污泥培养方法，以解决背景技术中的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.一种序批式好氧颗粒污泥反应器，包括反应器主体，所述反应器主体底部设有一个锥形底板，所述锥形底板一侧设有用于进水的进水机构，所述锥形底板底部还设有用于曝气的曝气结构，所述反应器主体顶部设有反应器顶盖，反应器顶盖上开设有用于出气的出气口，靠近出气口的反应器主体侧面设有溢流口，所述反应器主体右侧设有用于出水的出水机构，该出水机构所在的反应器主体表面设有位于上侧的第二排泥口和第一排泥口。
8.在一种可选方案中：所述出水机构包括出水泵，出水泵的进水端通过管路与反应器本体表面的出水口连通，所述出水泵的出水端连接用于存储出水的出水池。
9.在一种可选方案中：所述进水机构包括进水泵，进水泵的出水端与锥形底板上的进水口连接，所述进水泵的进水端与进水池连通。
10.在一种可选方案中：所述曝气结构包括设置在锥形底板内部的微孔曝气头，微孔曝气头通过导气管连接空气泵，所述导气管上设有检测气流量的气体流量计。
11.在一种可选方案中：所述反应器主体为sbr反应器。
12.在一种可选方案中：所述反应器主体总体积为2-5l，有效容积为2.5-4.5l，高径比为15-20，容积转换率为50-70％。
13.一种颗粒污泥培养方法，包括以下步骤：
14.步骤一：启动进水泵，进水池内的模拟污水经进水管、进水泵、进水口由锥形底板流入反应器主体，进水完成后，关闭进水泵，停止进水；
15.步骤二：启动空气泵，调节气体流量计控制曝气量，空气通过空气泵、进气管、气体流量计、微孔曝气头通过锥形底板进入反应器主体，对反应器主体内泥水混合系统进行曝气，达到曝气时间后，关闭空气泵，曝气阶段结束；
16.步骤三：进行沉淀处理；
17.步骤四：启动出水泵，一部分处理后的污水由出水口经出水管、出水泵流入出水池，出水量为总混合液的50-70％，出水完成后关闭出水泵。
18.相较于现有技术，本发明的有益效果如下：
19.本发明所述sbr反应器结构简易、操作简单，具有较大的高径比，气流上升速度快，无需二沉池，可极大地减小处理系统占地面积、投资成本和建设周期，适用于颗粒污泥的快速培养成形，培养出的颗粒污泥为黄色颗粒与白色颗粒共存的状态。颗粒污泥形成后，cod去除最高可达3.0kg m-3
day-1
；污泥沉降性优越，出水ss含量低；cod、氨氮去除率达到95％以上，最高接近100％,总磷去除率接近85％，出水浓度分别低于30mg l-1
，1.0mg l-1
和1.0mg l-1
。
附图说明
20.图1为本发明的结构示意图。
21.图2为本发明锥形底板的结构示意图。
22.图3为本发明颗粒污泥培养的原理框图。
23.附图标记注释：1为锥形底板；2为反应器主体；3为反应器顶盖；4为进气口；5为微孔曝气头；6为进水口；7为出水口；8为第一排泥口；9为第二排泥口；10为溢流口；11为出气口；12为空气泵；13为进水池；14为进水泵；15为出水池；16为出水泵；17为气体流量计。
具体实施方式
24.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。
25.在一个实施例中，如图1-图3所示，一种序批式好氧颗粒污泥反应器，包括反应器主体2，所述反应器主体2底部设有一个锥形底板1，所述锥形底板1一侧设有用于进水的进水机构，所述锥形底板1底部还设有用于曝气的曝气结构，所述反应器主体2顶部设有反应器顶盖3，反应器顶盖3上开设有用于出气的出气口11，靠近出气口11的反应器主体2侧面设有溢流口10，所述反应器主体2右侧设有用于出水的出水机构，该出水机构所在的反应器主体2表面设有位于上侧的第二排泥口9和第一排泥口8；
26.所述出水机构包括出水泵16，出水泵16的进水端通过管路与反应器本体2表面的出水口7连通，所述出水泵16的出水端连接用于存储出水的出水池15，这样就可以通过出水泵16将反应器主体2中的水送入出水池15中存储；
27.所述进水机构包括进水泵14，进水泵14的出水端与锥形底板1上的进水口连接，所述进水泵14的进水端与进水池13连通，这样就可以通过14将进水池中的水送入反应器主体2中；
28.所述曝气结构包括设置在锥形底板1内部的微孔曝气头5，微孔曝气头通过导气管连接空气泵12，所述导气管上设有检测气流量的气体流量计17，在空气泵12的作用下，气体会沿着导气管进入反应器主体2中；
29.所述反应器主体2总体积为2-5l，有效容积为2.5-4.5l，高径比为15-20，容积转换率为50-70％，
30.反应器主体2为sbr反应器；
31.为实现颗粒污泥的快速形成，采取以下培养方法：采用的进水为人工模拟废水，成粒阶段和颗粒形成后均以乙酸钠和乙酸为碳源、氯化铵为氮源、磷酸氢二钾为磷源。利用不同进水cod浓度与曝气量对污泥进行培养，具体如下：
32.进水cod、氨氮和总磷浓度分别为800-1200、70-100和10-20mg l-1
；培养过程中曝气阶段的曝气量约为2.00-6.00l min-1
。
33.所述颗粒污泥培养的运行过程为每周期200-360min，每个周期中：
34.首先为进水阶段，启动进水泵，进水池内的模拟污水经进水管、进水泵、进水口由锥形底板流入反应器主体，进水完成后，关闭进水泵，停止进水；第二步为好氧曝气阶段，启动空气泵，调节气体流量计控制曝气量，空气通过空气泵、进气管、气体流量计、微孔曝气头通过锥形底板进去反应器主体，对反应器主体内泥水混合系统进行曝气，达到曝气时间后，关闭空气泵，曝气阶段结束；第三步为沉淀阶段；第四步为出水阶段，启动出水泵，一部分处理后的污水由出水口经出水管、出水泵流入出水池，出水量为总混合液的50-70％，出水完成后关闭出水泵。一个周期结束后，立即开始下一个周期；
35.采用下述对比实验验证本发明效果：
36.实验一：
37.向所述sbr反应器中接种好氧活性污泥，接种污泥取自城镇污水处理厂好氧池(氧化沟)，实验用污水采用人工模拟污水，以乙酸钠和乙酸为碳源、氯化铵为氮源、磷酸氢二钾为磷源，c/n/p比根据西安某地区城镇污水特征调配，起始泥水混合液中mlss约为5000-10000mg l-1
。
38.进水cod浓度分别为250、500、1000和1500mg l-1
；每种进水cod浓度对应的四个曝气量分别为0.38、0.75、1.50和3.00l min-1
；0.75、1.50、3.00和6.00l min-1
；1.50、3.00、6.00和9.00l min-1
；1.50、3.00、6.00和9.00l min-1
。
39.由实验结果可知，活性污泥成粒过程随进水cod浓度增加而加快。250和500mg l-1
的进水cod对颗粒污泥的培养过程缓慢，且污泥状态不稳定，容易导致丝状菌生长。当进水cod浓度为1000mg l-1
时，不同曝气条件下的颗粒污泥于第4天均已出现少量颗粒污泥；至第15天，各反应器中颗粒污泥明显增多，达到2700-3500mg l-1
。进水cod浓度升至1500mg l-1
时，颗粒污泥同样在第4天开始形成，至第15天时颗粒污泥含量已逐渐增多，达到2500-3000mg l-1
。四组实验中，1000和1500mg l-1
的进水cod条件下，颗粒污泥状态稳定，cod和氨氮去除率接近100％。通过进水cod浓度对比可知，当cod升至1000mg l-1
时，实验效果明显提升，颗粒污泥形成迅速，形态稳定。而与之对比的1500mg l-1
进水cod并未使颗粒污泥形成过程有明显的提升。表明1000mg l-1
进水cod浓度适合用于本发明中，无需进一步提高，以避免资源浪费。
40.通过各曝气量的对比实验结果可知，当曝气量到达3.0l min-1
时，各cod浓度下颗
粒污泥形成迅速且外形相对稳定，而曝气量从3.0l min-1
升至6.0l min-1
和9.0l min-1
时，颗粒污泥培养速度、颗粒形态和污水处理效率并无显著提升，说明曝气量在达到3.0l min-1
后无需进一步提高，既可保证颗粒污泥培养条件，又能节省能耗。
41.污泥培养的初始阶段，所接种活性污泥呈絮状，结构疏松，沉淀缓慢，为深灰褐色。sbr反应器按照进水cod浓度1000mg l-1
和曝气量3.0l min-1
条件运行15天后，颗粒污泥大量存在于反应器中，结构密实，沉降迅速，以黄色与白色颗粒为主。
42.实验二：
43.利用已培养成形的好氧颗粒污泥反应器系统对高浓度cod污水进行处理，有效反应体积为2l，容积转换率为50％。每个周期为240min，包括进水阶段2-5min、好氧曝气阶段为80-300min(曝气量维持在约2.00-6.00l min-1
)、沉淀阶段为2-8min、出水阶段为2-5min。实验在常温下进行，ph值控制在7.0-8.0范围内。
44.反应器中污泥浓度约为3500mg l-1
，污水采用人工模拟污水。污水特征为：cod浓度为1000-1500mg l-1
，氨氮浓度为60-90mg l-1
。实验结果表明：从实验第七天起持续至第三十天，cod和氨氮去除率均达到95％以上，最高接近100％，出水浓度分别降至30mg l-1
和1.0mg l-1
以下，均达到我国城镇污水处理厂污染物排放一级a类标准。由于总磷的去除并非本发明的主要目标，因此本实验不对总磷进行进一步去除。
45.以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。