節能降耗好氧顆粒污泥強化穩定運行裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種處理城鎮污水的好氧顆粒污泥運行工藝及裝置，屬于廢水生物處理技術領域。
【背景技術】
[0002]1991年Mishima等在連續流AUSB反應器內發現好氧活性污泥自凝聚現象。好氧顆粒污泥是在好氧條件下自發形成的微生物自固定形式，其具有優異的沉降性能、較高的生物持留量、較低的污泥產率以及抗有機負荷沖擊性能，大大彌補了傳統活性污泥法的不足。1997年Morgenroth等在序批式反應器(Sequence Batch Reactor, SBR)中，利用較短的水力停留時間和沉降排水時間排出沉降性能差的絮體污泥，并保持反應器內溶解氧濃度在2mg/L以上，經過40d培養成功培養出大量穩定的獲得好氧顆粒污泥(AGS)，開啟了好氧顆粒污泥SBR反應器研宄篇章。此后，研宄熱點主要集中在AGS的形成機理、培養條件以及主要影響因素。研宄報道，較短的水力停留時間和較大的水力剪切力有利于好氧顆粒化的進程。在好氧顆粒污泥技術應用方面，荷蘭Delft、澳大利亞Queensland等大學，先后實施了好氧顆粒污泥處理食品、食用油、啤酒、畜禽養殖以及市政等廢水處理中試試驗和工程示范。目前，相對成熟的好氧顆粒污泥工藝是荷蘭Nereda工藝，其在荷蘭Epe市政污水廠等地建設的改造工藝，污染物去除高效穩定、用地面積和能耗節約75%。
[0003]然而，目前好氧顆粒污泥工藝的曝氣強度普遍為2cm/s-5cm/s，高曝氣強度不僅帶來高能耗問題，同時顆粒污泥在好氧饑餓期的持續高曝氣剪切條件下容易抑制反硝化作用、影響顆粒結構穩定性，制約了其工業化的應用。因此，在降低曝氣能耗的同時維持好氧顆粒污泥結構穩定性及污染物去除效率，具有非常重要的實際應用意義。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種節能降耗好氧顆粒污泥強化穩定運行裝置及方法，在實現系統運行能耗降低的同時，保障好氧顆粒污泥反應器長期穩定運行。
[0005]一種節能降耗好氧顆粒污泥強化穩定運行裝置，包括進水單元、反應器主體、曝氣單元、出水單元以及時控單元，所述的時控單元為可編程自動化時間控制器，包括時控開關以及液位計探頭，時控開關控制反應器運行的周期過程，進水量由液位計探頭通過電信號傳導控制。
[0006]所述的進水單元，包括與反應器主體相連接的潛水泵以及進水桶，進水口位于反應器主體頂部。
[0007]所述的反應器主體為圓柱形，側面至底部有多個自上而下的排泥取樣口。
[0008]所述的曝氣單元，包括空氣泵、轉子流量計、多孔曝氣頭，多孔曝氣頭位于反應器主體的底部，曝氣量由連接于多孔曝氣頭與空氣泵中間的轉子流量計調節。
[0009]所述的出水單元，包括蠕動泵與出水桶，出水口采用位于反應器主體中部的一個排泥取樣口。
[0010]一種根據所述裝置的好氧顆粒污泥強化方法，運行周期分為進水一靜置一曝氣一沉淀一出水五個階段；接種污泥，接種MLSS為4-6g/L ;進水基質為城鎮污水，進水COD濃度為300-800 mg/L ;采用4_8的高徑比和30%_70%的排水比；運行周期為4_6小時；沉降時間為5-15分鐘；曝氣時間為3-5小時。
[0011]所述的曝氣階段，啟動初期曝氣強度控制在2.5 cm.s—1，裝置基本穩定后每隔10天降低好氧饑餓期的曝氣強度0.25-0.5 cm μ—1，最終體系好氧饑餓期的曝氣強度降至1.0cm.s 1 ο
[0012]所述的接種污泥取自市政污水處理廠曝氣池，香農指數為4.79，門水平菌群結構分析發現，變形菌門以及擬桿菌門占到了 65%以上，能幫助裝置實現好氧顆粒污泥的快速顆粒化。
[0013]所述的好氧顆粒污泥為淡黃色球形顆粒，顆粒平均直徑為0.2mm，粒徑呈分布正態，顆粒結構緊實、表面有溝壑保障溶解氧(DO)以及營養物質傳質，顆粒中微生物團聚緊密，含有菌膠團，且富集有小月菌屬、陶厄氏菌和硝化螺菌屬功能菌群。
[0014]本發明的有益效果:
由于本發明采用的在好氧饑餓期逐漸降低曝氣的運行方式，克服了直接降低曝氣情況下序批式反應器(SBR)容易失穩的問題，可賦予反應器較高的污染物去除效率(NH4+-N、COD和TN去除率分別維持在90%、95%、80%以上)以及長時間的穩定運行。
[0015]由于采用了梯度降低曝氣的工藝調控方式，相比較傳統SBR法在運行過程中減少了大約30%-70%的能量消耗，克服了普通活性污泥曝氣池能耗高、運行成本高昂的問題，在實際污水處理中具有非常重要的現實意義。
[0016]本發明培養的好氧顆粒污泥為淡黃色球形顆粒，平均粒徑為0.2mm，粒徑呈分布正態，顆粒結構緊實、表面有溝壑保障溶解氧(DO)以及營養物質傳質；相比普通活性污泥，顆粒污泥中的微生物團聚緊密，含有較高比例的菌膠團，且富集有小月菌屬、陶厄氏菌和硝化螺菌屬等功能菌群。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明的實施案例I中使用的裝置結構示意圖。其中:空氣泵1、轉子流量計2、可編程自動化時間控制器(PAC)3、潛水泵4、進水桶5、蠕動泵6、出水桶7、排泥取樣口8 ；
圖2為實施案例I中的反應器梯度降低曝氣的運行方式；
圖3位實施案例I中梯度降低曝氣之后污泥濃度(MLSS)和污泥體積指數(SV)指標的變化圖；
圖4為實施案例I中梯度降低曝氣后總氮(TN)去除性能的變化圖；
圖5為實施案例I的顆粒污泥SEM對比圖。左部分為實施案例I中梯度降曝之前的顆粒污泥SEM照片，右部分為梯度降曝之后的顆粒污泥SEM照片。
【具體實施方式】
[0018]以下通過實施例和附圖對本發明做進一步的說明。
[0019]如圖1所示，一種節能降耗好氧顆粒污泥強化穩定運行裝置，包括進水單元、反應器主體、曝氣單元、出水單元以及時控單元。所述的反應器主體為圓柱形，側面至底部有多個自上而下的排泥取樣口 8。所述的時控單元為可編程自動化時間控制器3，包括時控開關以及液位計探頭，時控開關控制反應器運行的周期過程，進水量由液位計探頭通過電信號傳導控制。進水單元包括與反應器主體相連接的潛水泵4以及進水桶5，進水口位于反應器主體頂部。曝氣單元包括空氣泵1、轉子流量計2.1、多孔曝氣頭2.2，曝氣頭位于反應器主體的底部，曝氣量由連接于曝氣頭與空氣泵中間的轉子流量計調節。出水單元包括蠕動泵6與出水桶，出水口采用位于反應器主體中部的一個排泥取樣口 8。
[0020]一種根據所述的裝置的好氧顆粒污泥強化方法，運行周期分為進水一靜置一曝氣一沉淀一出水五個階段，接種污泥取自市政污水處理廠曝氣池，香農指數為4.79，意味著顆粒中有較高的菌群豐度，門水平菌群結構分析發現，變形菌門以及擬桿菌門占到了 65%以上，這些細菌都是好氧顆粒污泥中的重要菌群，能幫助裝置實現好氧顆粒污泥的快速顆粒化；接種MLSS為4-6g/L ;進水基質為城鎮污水，進水COD濃度為300-800 mg/L,涵蓋了一般城鎮污水的COD濃度范圍；采用4-8的高徑比，有利于顆粒化污泥篩選作用；采用30