一种低污泥产量的污水处理装置及工艺方法

本发明涉及污水处理的，特别涉及一种低污泥产量的污水处理装置及工艺方法。

背景技术：

1、目前，对于污泥的处理处置情况不容乐观，例如以污泥浓缩、污泥脱水以及卫生填埋为主的方式，只能一定程度上缓解剩余污泥的产出压力，另外，上述处置方式本身也存在着局限性。同时，污泥处理处置的费用高，约占污水处理厂运行费用的20％～45％。开发低污泥产率的污水处理新工艺成了必然需求。

2、中国专利文献cn 202110038410.5公开了一种污泥源减量装置以及污泥源减量工艺。本发明的污泥源减量装置包括生物选择器以及沿着污水流动方向依次连接的厌氧池、缺氧池、曝气池以及二沉池，所述生物选择器的进泥口连通于所述二沉池，所述生物选择器的出泥口连通于所述曝气池。本发明的污泥源减量装置能保证污水处理达标的同时，实现污泥源减量化，提升了污泥处理处置效率，降低了污泥的处理处置费用。但是该方案仍然存在以下不足：

3、1)通过构建好氧-沉淀-厌氧(生物选择器)的内循环，的确有利于实现污泥减量效果且不影响出水，但是二沉池的剩余污泥直接与厌氧侧流反应器相连，一方面由于剩余污泥含水率过高导致厌氧侧流反应器的占地面积过大，非常不利于有限空间污水处理厂的建设或改造；同时由于高含水率的剩余污泥的orp基本在-50～0mv，直接排入到厌氧侧流反应器中，极大的破坏了厌氧侧流反应器的稳定性，促使orp具有较大的波动范围。

4、2)厌氧侧流反应器(生物选择器)的污泥经过厌氧处理，由于厌氧条件下氨化菌和聚磷菌会释放一定浓度的氨氮和磷；氨氮和磷直接回流到好氧池会增加主流工艺的污染物去除负担；同时由于厌氧后的污泥无机质比例增高，粒径变小且大部分失活或裂解，直接排到曝气池易沉积到曝气池底部，长期运行易造成曝气头堵塞等。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种低污泥产量的污水处理装置及工艺方法，提高污水处理及污泥减量效果、维持工艺的稳定性、减少装置占地面积，实现装置的长期稳定运行。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种低污泥产量的污水处理装置，包括沿着污水流动方向依次连接的厌氧池、缺氧池、曝气池以及二沉池；沿污泥回流方向依次连接的污泥预反应池、厌氧侧流反应器以及预曝气池；所述污泥预反应池的进泥口连通于所述二沉池，所述污泥预反应池的侧面出上清液口连通于所述曝气池；所述厌氧侧流反应器的进泥口连通于所述污泥预反应池的底部出泥口，所述厌氧侧流反应器的出泥口连通于所述预曝气池；所述预曝气池的出泥口连通于所述曝气池。

3、在其中一个实施例中，在所述二沉池往所述污泥预反应池的方向上，所述二沉池与所述污泥预反应池之间的管道上依次连有第一电动阀、第一水泵及第一流量计，所述第一电动阀、所述第一水泵用于将所述二沉池的污泥混合液泵入所述污泥预反应池；在所述污泥预反应池往所述曝气池的方向上，所述污泥预反应池与所述曝气池之间管道上依次连有第二电动阀及第二水泵，所述第二水泵用于将所述污泥预反应池的上清液泵入所述曝气池；所述污泥预反应池与所述厌氧侧流反应器通过第三电动阀连接，所述第三电动阀用于控制所述污泥预反应池与所述厌氧侧流反应器的通闭。

4、在其中一个实施例中，在所述厌氧侧流反应器往所述预曝气池的方向上，所述厌氧侧流反应器与所述预曝气池之间的管道上依次连有第四电动阀、第三水泵及第二流量计，所述第四电动阀、所述第三水泵用于将所述厌氧侧流反应器的高浓度污泥泵入所述预曝气池；在所述预预曝气池往所述曝气池的方向上，所述预预曝气池与所述曝气池之间管道上依次连有第四水泵及第五电动阀，所述第四水泵用于将所述预曝气池的污泥泵入所述曝气池；所述预曝气池与所述曝气池通过鼓风机共同曝气。

5、为了解决上述技术问题，本发明还提供了一种低污泥产量的污水处理的工艺方法，应用了上述的低污泥产量的污水处理装置，其工艺步骤如下，

6、1)将污水依次经过所述厌氧池、所述缺氧池以及所述曝气池分别进行厌氧处理、缺氧处理以及曝气处理；

7、2)将所述曝气池内的混合液经过所述二沉池进行固液分离处理；

8、3)将所述二沉池内的剩余污泥以预设污泥交换律进入所述污泥预反应池内，经第一次污泥停留，进行内源反硝化、污泥浓缩、降氧化还原电位及固液分离处理，产生的上清液排入所述曝气池，下层高浓度泥水混合液排入所述厌氧侧流反应器内；

9、4)将所述厌氧侧流反应器的高浓度泥水混合液经过3～15天的厌氧处理；

10、5)将所述预曝气池的污泥经过预设时间的曝气处理，然后排入到所述曝气池。

11、在其中一个实施例中，所述污泥预反应池的预设污泥交换律为5～20％，第一次污泥停留时间为0.2～3小时，氧化还原电位为-200mv～-100mv，泥水混合液的污泥浓度为18000～24000mg/l。

12、在其中一个实施例中，所述厌氧侧流反应器的污泥浓度为18000～24000mg/l，氧化还原电位为-500mv～-350mv，ph值为6.8～7.5。

13、在其中一个实施例中，所述预曝气池的溶解氧控制在2～5mg/l。

14、所述的一种低污泥产量的污水处理装置及工艺方法，曝气-沉淀-污泥预反应池-厌氧侧流反应器-预曝气-曝气的内循环过程，不仅可应用于a2/o工艺，还可用于sbr、a/o、氧化沟等工艺的改造。

15、新增的污泥预反应池的作用原理如下：1)二沉池剩余污泥直接与侧流厌氧反应器连接，剩余污泥的高orp对侧流厌氧反应器的长期稳定运行具有较大影响。剩余污泥在orp大约-50～50mv时进入污泥预反应池，形成的缺氧环境可促进聚羟基烷酸酯(pha)的积累，增强预反应池的内源反硝化作用。随后orp可快速降低到﹣100mv～-200mv，这种设计有利于在后续厌氧侧流反应器中创造更低的orp环境，发挥了氧化还原电位的梯度变化优势，保证了后续厌氧侧流反应器厌氧环境的稳定性，提高了侧流厌氧反应器污泥的裂解/水解效果；2)二沉池排出的剩余污泥先经过污泥预反应池，经沉淀后再进入侧流厌氧反应器，确保侧流厌氧反应器内具有较高的污泥浓度，提高了侧流厌氧反应器污泥的裂解/水解效果和减少了占地面积。

16、污泥预反应池的污泥进入厌氧侧流反应器，因有机物的缺乏及厌氧-好氧交替状态的变化，作用原理如下：1)污泥由于深度厌氧、饥饿条件发生胞外聚合物离解、水解过程；2)由于有机底物和电子受体的缺乏，atp产生量减少，其能量优先用于维持而非细胞生长，同时较长的污泥停留时间促使污泥因内源呼吸则会过多的损耗生物质，结果导致细胞裂解、失活或活性降低；3)交替的厌氧-好氧环境，部分好氧微生物因不适应较低的orp环境，直接发生细胞裂解，同时存活的微生物属于兼性及厌氧型微生物，具有慢速增长的特点。

17、厌氧侧流反应器的污泥进入预曝气池，其作用机制如下：1)发生自絮凝，减轻厌氧污泥进入曝气池后的堆积及曝气盘堵塞问题。经过厌氧侧流反应器的污泥，无机颗粒多，粒径小，易堆积在厌氧侧流进入曝气池的进口处。所述预曝气即在厌氧污泥进入曝气池之前进行短时间(0.5～6小时)的曝气，经厌氧侧流反应器的污泥因裂解会释放大量金属离子(亚铁离子、铝离子等)，尤其是亚铁离子等，具有较好的絮凝作用；而悬浮物质具有自行絮凝的性能，通过预曝气厌氧污泥的微小颗粒互相碰撞互相粘接，颗粒变大而不至于沉底，有效减轻厌氧污泥进入曝气池后的堆积及曝气盘的堵塞问题。2)减轻主流曝气池的污染物去除负担。厌氧侧流反应器中高污泥停留时间(srt)下微生物由于细胞内源呼吸、自身衰退死亡以及eps的离解等会带来含碳氮磷等有机物的释放，无形中加重了好氧系统的处理负担。当污泥先回到预曝气池中时，微生物开始隐性增长，分解氧化有机底物；同时聚磷菌可以使用氧气作为磷摄取的电子受体，在厌氧侧流反应器中积累的pha分解以提供能量来吸收磷，因此预曝气池可强化碳、氮、磷的去除，减轻主流系统负担。3)增强系统污泥减量化效能，提高慢性生长微生物的竞争优势。厌氧侧流反应器进入预曝气池，部分厌氧微生物因不能适应有氧环境而死亡，裂解产物可用于其他兼氧型微生物隐性生长。即预曝气条件，提高了兼性菌的丰度，有利于兼性菌在曝气中成为优势菌，而兼性菌大多属于慢性生长微生物，强化减量效果。

18、本发明所构建的曝气-沉淀-污泥预反应池-厌氧侧流反应器-预曝气-曝气的梯度(非稳态)do/orp内循环过程，导致专性需氧或厌氧微生物的死亡并被其他细菌所利用，提高了微生物的隐性生长过程；可诱导电子传递途径(代谢途径)的改变或氧化磷酸化解耦，即通过无氧呼吸将电子传递给氧化物(no3-、so42-、co2、fe3+等)或进行发酵产生atp，由于缺氧呼吸的电子传递链比好氧呼吸短，导致atp产率降低，势必导致细胞产率的降低；3)为适应梯度(非稳态)do/orp环境，微生物需消耗大量能量进行氧化应激调节、蛋白质/rna更新等维持代谢过程，致使用于细胞合成的能量降低，促使污泥产量降低。

19、本发明的有益效果如下：

20、(1)本发明保证出水不受影响的情况下，可实现高达50％以上的污泥减量化效果，污泥产率明显降低。

21、(2)本发明通过新增污泥预反应池，充分利用胞内碳源实现反硝化，降低进入厌氧侧流反应器的硝酸根离子浓度；预处理反应池的orp可快速降低到-200mv～﹣100mv，有利于在后续厌氧侧流反应器中创造更低的orp环境并保证了其中的深度厌氧环境及较好的稳定性；预反应池的污泥经沉淀浓缩后再进入确保了侧流厌氧反应器内具有较高的污泥浓度，提高了污泥的裂解/水解效果；厌氧侧流反应器的建设成本及占地面积基本都可下降50％左右，对有限空间的污水处理厂新建或改造具有较大的作用，同时预反应池安装在厌氧侧流反应池上方与厌氧侧流反应器集成，进一步减少了占地面积。

22、(3)本发明通过新增预曝气池，厌氧污泥发生自絮凝，减轻厌氧污泥进入曝气池后的堆积及曝气盘堵塞问题，保证了系统的长期运行稳定性；减轻了主流曝气池的污染物去除负担，可间接提高5～8％的磷去除效果；增强系统污泥减量效能，提高了慢性生长微生物的竞争优势。

23、(4)本发明所构建的曝气-沉淀-污泥预反应池-厌氧侧流反应器-预曝气-曝气的梯度(非稳态)do/orp内循环过程，导致专性需氧或厌氧微生物的死亡并被其他细菌所利用，提高了微生物的隐性生长过程；可诱导电子传递途径(代谢途径)的改变或氧化磷酸化解耦，即通过无氧呼吸将电子传递给氧化物(no3-、so42-、co2、fe3+等)或进行发酵产生atp，由于缺氧呼吸的电子传递链比好氧呼吸短，导致atp产率降低，势必导致细胞产率的降低；3)为适应梯度(非稳态)do/orp环境，微生物需消耗大量能量进行氧化应激调节、蛋白质/rna更新等维持代谢过程，致使用于细胞合成的能量降低，促使污泥产量降低。

24、(5)本发明所构建的曝气-沉淀-污泥预反应池-厌氧侧流反应器-预曝气-曝气的梯度(非稳态)do/orp内循环过程，不仅可应用于a2/o工艺，还可用于sbr、a/o、氧化沟等工艺的改造。