專利名稱：饑餓處理快速解決絲狀菌污泥膨脹問題的方法
技術領域：
本發明涉及ー種快速、經濟地解決活性污泥法污水處理工藝中常見的絲狀菌污泥膨脹問題的方法，適用于采用活性污泥法的大、中、小型城鎮生活污水及エ業廢水處理廠。
背景技術：
活性污泥法是城鎮污水處理廠應用最廣泛的污水處理方法，具有經濟、處理效果好等優點。活性污泥主要由能吸附和降解污水中的有機物及氮、磷等污染物質的微生物組成。在污水處理廠的生化池中，活性污泥與進入生化池的污水混合，呈懸浮的狀態，處理后 的泥水混合物進入ニ沉池中實現泥水分離，以防止活性污泥隨出水流失，達到排放清水的同時回收利用活性污泥的目的。由此可見，良好的污泥沉降性能有利于泥水迅速分離，是污水處理廠持續穩定運行的保障。但是在污水處理廠的日常運行過程中，溶解氧不足、有機負荷低等原因，會導致絲狀菌的過量増殖，使污水廠面臨絲狀菌污泥膨脹的問題。發生膨脹后的污泥沉降速率緩慢，ニ沉池泥水分離效果不佳，嚴重時甚至無法實現泥水分離，導致活性污泥隨出水大量流失，生化池因無法持留活性污泥而喪失處理污水的能力。從微觀上看，構成活性污泥的微生物可分為絲狀菌和菌膠團菌。沉降性能良好的活性污泥(SVI ^ 150 ml/g)，菌膠團菌與絲狀菌共存，共同爭奪環境中的有機底物和溶解氧，但是菌膠團菌在數量上占絕對優勢，絲狀菌僅起到骨架支撐作用，兩種菌在數量上趨于動態平衡。發生膨脹的污泥(SVI > 150 ml/g)，絲狀菌數量較沉降性能良好時明顯增多，且在種群競爭中呈現出優勢地位。據已有的研究發現，大多數的絲狀菌脫氮除磷的能力遠不及菌膠團菌，因此污泥膨脹的發生影響泥水分離的同時，也會使得污水處理廠的處理水質惡化。工程實踐中對于絲狀菌污泥膨脹的處理措施多祥，其中應用較廣泛的主要有加藥法和生物選擇器法。加藥法能取得立竿見影的效果，但是也存在ー些不足的地方。如C12、O3等氧化劑雖然能夠殺死絲狀菌，同時也對菌膠團菌造成了較大的損害，處理后恢復時間較長；增重劑和絮凝劑則是依靠增加污泥絮體比重的方式使得ニ沉池泥水分離效果暫時得到改善，并沒有從根本上解決問題(未能消滅絲狀菌)，污泥膨脹問題的復發率高。此外，カロ藥法還有ー個最主要的不足是藥劑的經濟成本高，且使用次數過多，絲狀菌容易產生抗藥性而導致該法失效。生物選擇器是指設置在生化池前面，具有較高底物濃度梯度的池體。生物選擇器有利于菌膠團菌對底物的貯存，從而使其種群競爭能力得到提升，抑制絲狀菌的生長。但是，生物選擇器一般用于對污泥膨脹的預防，對于已經發生污泥膨脹的系統再設置生物選擇器，不僅大大增加基建和改造費用，而且由于微生物適應新的生長環境需要較長時間，使得解決污泥膨脹問題的周期較長。此外，生物選擇器在實際運行過程中不穩定，對于最優水力停留時間等設計參數的選擇目前仍無定論。活性污泥中，絲狀菌和菌膠團菌雖然處于相互競爭的動態平衡關系，但是兩者的生理特性是存在明顯差異的。菌膠團菌一般都是比表面積小的球菌或者桿菌，這些細菌通過胞外聚合物粘結在一起，大部分屬于異氧型菌種，當外界有機底物充足時，能夠分解利用有機物并將過剩的有機物以胞內聚合物的形式貯存于菌體內部；當外界底物受限時，這些細菌則能夠通過分解體內貯存的聚合物維持自身的活性。作為菌膠團的另一個組成成員，絲狀菌的形態一般呈細長的絲狀，長度分布從幾十到幾百微米不等，與菌膠團菌相比，絲狀菌的比表面積巨大。絕大部分的絲狀菌都是絕對好氧、異氧型微生物，雖然絲狀菌比表面積大，與菌膠團菌相比更容易在低底物濃度的條件下生存，但是大多數種類的絲狀菌都不具備貯存有機物的能力或者貯存能力微弱。因此，當外界缺乏底物供給時，絲狀菌無法從外界攝取有機物，也無胞內聚合物供自身分解利用，必然會遭受很大的損害。
發明內容
本發明基于以上所述絲狀菌和菌膠團菌不同的生理特性，對膨脹污泥采用饑餓處理的方式，使得比表面積大、貯存能力弱的絲狀菌大量死亡，比表面積小、貯存能力強的菌膠團菌得以存活，實現膨脹污泥沉降性能的迅速改善，并在饑餓處理后輔以缺/好氧交替的運行方式，保證菌膠團菌的活性得到快速恢復，達到低成本、高效解決污泥膨脹問題的目的。
饑餓處理快速解決絲狀菌污泥膨脹問題的方法，其特征在于它包括以下步驟第一歩預處理，對已經發生絲狀菌污泥膨脹的系統，切斷生化池的進水來源，停止溶解氧的供給；第二步饑餓期，對生化池活性污泥施行持續厭氧攪拌，使活性污泥處于無有機物及溶解氧供給的厭氧饑餓狀態，對饑餓處理過程中的污泥，每天測定一次SVI，當SVI ( 150ml/g吋，即完成饑餓處理，不同程度的污泥膨脹所需饑餓周期為3-10天；第三步恢復期，饑餓處理完成后，恢復生化池的正常進水及溶解氧供給，對生化池實行缺/好氧交替的運行模式，設定缺/好氧的停留時間比為2: 3，維持好氧條件下溶解氧濃度在2. 0 mg/L以上，維持溫度在20-25°C，保證進水有機負荷高于0. 2 kgCOD/KgMLSS/d，使污泥的活性及脫氮除磷能力得到迅速恢復；由于饑餓處理會使得活性污泥微生物量降低，因此在污泥濃度低于2000 mg/L前，不對系統進行排泥，間隔2-3天測定污泥濃度，待系統的污泥濃度高于2000 mg/L后再排泥，并維持8-15天的污泥齡。本發明與現有的解決污泥膨脹問題的方法相比，具有如下優點(一)利用饑餓處理的方式來解決膨脹問題，依據的是絲狀菌和菌膠團菌兩者生理特性的差異，因此饑餓處理對微生物種群的損害具有更顯著的選擇性，能夠保證絲狀菌大量凋亡的同時最大程度地維持菌膠團菌的活性。(ニ)本方法解決污泥膨脹問題處理方式簡單，不需要額外的配套設施，可以對多組生化池進行分組處理，對污水處理廠繼續執行污水處理任務影響較小。(三)本方法不需要投加藥劑，不會導致新的污染及有害物質生成，對環境沒有影響。(四)本方法解決污泥膨脹問題經濟成本很低，在饑餓處理以后，只需要按照正常的缺/好氧方式運行，即能使活性污泥的性能得到恢復，恢復周期較短，運行操控簡単。
圖1為本發明在SBR中實施的裝置示意圖2為饑餓處理后SVI及MLSS的變化；圖3為饑餓處理后系統污染物去除能力的恢復情況；圖1中1_污水水箱；2_SBR反應器；3_控制電腦；4-PLC;5-進水泵；6-攪拌器；7_空氣泵；8_進水閥；9_出水閥；10-D0儀；I1-DO探頭；12_曝氣頭；13-空氣流量計；14-進水管；15_空氣閥；16_空氣管路；17_出水管；18_控制線路；19_通訊總線。
具體實施例方式下面結合附圖和實例詳細說明本發明 當如圖1所示的SBR發生污泥膨脹吋，按照如下所述步驟來解決污泥膨脹問題第一歩預處理，對于已經發生污泥膨脹的SBR系統，關閉進水閥8、空氣閥15及出水閥9，關閉進水泵5及空氣泵7 ；第二步饑餓期，啟動攪拌器6，使系統處于厭氧饑餓攪拌狀態，每天測定SBR反應器2中的SVI，當SVI降低到150 ml/g時，關閉攪拌器6。饑餓周期不小于3天，防止饑餓期過短無法消除大部分絲狀菌；饑餓周期不大于10天，防止饑餓期過長對菌膠團菌造成較大傷害，當第10天SVI仍然高于150 ml/g時，也應停止饑餓處理，此時大部分絲狀菌已死亡，污泥的沉降性能可在后續的恢復期中得到進ー步提高；第三步恢復期，開啟進水泵5和空氣泵7，以及進水閥8、空氣閥15、出水閥9，通過計算機3設定SBR的運行方式為缺/好氧交替模式，通過DO儀10及PLC4維持好氧階段的DO在2. 0 mg/L,通過加熱棒維持溫度恒定在20-25°C，維持進水的有機負荷高于0. 2kgCOD/KgMLSS/d，對污泥的活性、濃度及污染物去除能力進行恢復，每兩天監測一次SVI及MLSS,每2-3天監測一次出水水質，當污泥濃度達到2000 mg/L以上時開始排泥，并維持污泥齡為8-15天。系統的污泥濃度、有機物及氮、磷去除能力都恢復后即視為恢復期結束。實例ー饑餓處理試驗前，以人工合成廢水為處理對象(進水以こ酸鈉、氯化銨、磷酸ニ氫鉀分別提供碳源、氮和磷，C0D=300 mg/L, NH4-N=15 mg/L, P04_P=3 mg/L)，進水負荷為1. 2kgCOD/KgMLSS/d,在有效容積為5L的SBR中養泥(圖1)，維持污泥濃度在2000-2500 mg/L，污泥齡為15天，控制溫度在20°C，排水比為50%，反應器每天運行4個周期，每個周期6小時，每個周期包括5分鐘的缺氧進水和115分鐘的缺氧攪拌(缺氧時間為120分鐘)、180分鐘的好氧曝氣(好氧時間為180分鐘)、50分鐘的沉淀、10分鐘的排水及閑置。饑餓處理前，污泥具有良好的沉降性能及脫氮除磷能力，污泥的SVI在120 ml/g左右，C0D、NH4-N及P04-P去除率分別在86%、98%及96%以上。通過延長進水時間至120分鐘、其他條件不變的方式人為使系統發生嚴重的污泥膨脹，SVI達到600 ml/g以上，開始饑餓試驗。第一歩停止SBR進水及曝氣，使系統處于閑置狀態；第二步開啟攪拌裝置進行饑餓處理，每天測定SVI，經過6天的饑餓處理，污泥的SVI值即降低到了 140 ml/g (圖2);第三步恢復期仍然采用5分鐘缺氧進水和115分鐘缺氧攪拌、180分鐘好氧曝氣、50分鐘沉淀、10分鐘排水及閑置的缺/好氧交替運行方式，缺/好氧停留時間為2:3，維持好氧條件下溶解氧濃度在2.0 mg/L，維持溫度在20°C，進水有機負荷為1.2 kgCOD/KgMLSS/d。恢復期共進行10天，試驗結果表明，恢復期內，污泥的活性得到較快恢復，COD去除率5天左右即能恢復到膨脹前的85%左右，而NH4-N及P04-P去除率在10天內即都恢復到了 96%以上的水平(圖3)，污泥濃度10天即達到了 2000 mg/L,開始排泥使污泥齡穩定在15天、污泥濃度恒定在 2000-2500 mg/L。實例ニ饑餓處理試驗前，以北京某高校下水道實際生活污水為處理對象(C0D=240±50mg/L，NH4-N=65. 2±21. 3 mg/L，P04_P=6. 4±2. 0 mg/L)，進水負荷為 2. 3 kgCOD/KgMLSS/d,在有效容積為12L的SBR中養泥。維持污泥濃度在2500 mg/L左右，污泥齡為15天，溫度為室溫(約21°C)，好氧段溶解氧濃度維持在2.0 mg/L，排水比為50%。反應器每天運行4個周期，每個周期6小時，每個周期包括10分鐘的缺氧進水、110分鐘的缺氧攪拌(缺氧時間為120分鐘)、180分鐘的好氧曝氣(好氧時間為180分鐘)、50分鐘的沉淀及10分鐘的排水及閑置。饑餓處理前，污泥具有良好的沉降性能及脫氮除磷能力，污泥的SVI在100 ml/g左 右，COD、NH4-N及P04-P去除率分別在83%、95%及99%以上。通過人為降低好氧段溶解氧至0.5 mg/L、其他條件不變的方式使得污泥的SVI上升到了 350 ml/g左右，發生了較嚴重的污泥膨脹。開始饑餓試驗。第一歩停止SBR進水及曝氣，使系統處于閑置狀態；第二步開啟攪拌裝置進行饑餓處理，每天測定SVI，經過4天的饑餓處理，污泥的SVI值即降低到了 145 ml/g, MLSS降低到了 2100 mg/L ;第三步恢復期仍然采用10分鐘缺氧進水和110分鐘缺氧攪拌、180分鐘好氧曝氣、50分鐘沉淀、10分鐘排水及閑置的缺/好氧交替運行方式，缺/好氧停留時間為2:3，維持好氧條件下溶解氧濃度在2. 0 mg/L，維持溫度為室溫(約21°C)，進水有機負荷為2. 3 kgCOD/KgMLSS/d。恢復期共進行6天，結果顯示，C0D、NH4_N及P04-P去除率分別經過2天、6天及5天恢復到了饑餓處理前的水平，由于饑餓期較短，饑餓期結束MLSS仍然在2000 mg/L以上，因此恢復期開始即對系統進行排泥并維持污泥齡為15天。
權利要求
1.饑餓處理快速解決絲狀菌污泥膨脹問題的方法，其特征在于它包括以下步驟 第一步預處理，對已經發生絲狀菌污泥膨脹的系統，切斷生化池的進水來源，停止溶解氧的供給；第二步 饑餓處理，對生化池活性污泥施行持續厭氧攪拌，使活性污泥處于無有機物及溶解氧供給的厭氧饑餓狀態，對饑餓處理過程中的污泥，每天測定一次SVI，當SVI ( 150 ml/g時，即完成饑餓處理，不同程度的污泥膨脹所需饑餓周期為3-10天；第三步恢復處理，饑餓處理完成后，恢復生化池的正常進水及溶解氧供給，對生化池施行缺/好氧交替的運行模式，設定缺/好氧的停留時間比為2: 3，維持好氧條件下溶解氧濃度在2. O mg/L以上，維持溫度在20-25°C，保證進水有機負荷高于O. 2 kgCOD/KgMLSS/d, 使污泥的活性及脫氮除磷能力得到迅速恢復；在污泥濃度低于2000 mg/L前，不對系統進行排泥，間隔2-3天測定污泥濃度，待系統的污泥濃度高于2000 mg/L后再排泥，并維持污泥齡為8-15天。
全文摘要
饑餓處理快速解決絲狀菌污泥膨脹問題的方法，屬于生化法污水處理技術領域。本發明利用絲狀菌和菌膠團菌不同的生理特性，采用對膨脹污泥進行厭氧饑餓處理的方式，使得比表面積大但貯存能力弱的絲狀菌大量死亡，比表面積小但貯存能力強的菌膠團菌在饑餓時通過降解利用胞內聚合物的方式得以存活，從而實現污泥膨脹問題的高效、低成本解決。包括以下步驟1、切斷進水來源，停止溶解氧供給；2、使系統處于持續厭氧饑餓攪拌狀態3-10天；3、缺/好氧交替運行系統，使污泥活性及脫氮除磷能力得到迅速恢復。本發明不需要額外的經濟能耗，對絲狀菌具有顯著的選擇殺死性，后期菌膠團菌活性恢復周期短，可作為一種快速解決絲狀菌污泥膨脹的方法。
文檔編號C02F3/34GK103011419SQ201210511268
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月3日 優先權日2012年12月3日
發明者彭永臻, 楊雄, 宋姬晨, 王淑瑩, 郭建華 申請人:北京工業大學