本發(fā)明涉及一種有效控制好氧顆粒污泥體系溶解氧的反應(yīng)器裝置及方法，屬于廢水生物處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

好氧顆粒污泥是在好氧條件下自發(fā)形成的微生物自固定形式，具有優(yōu)異的沉降性能、較高的生物持留量、較低的污泥產(chǎn)率以及抗有機(jī)負(fù)荷沖擊性能，大大彌補(bǔ)了傳統(tǒng)活性污泥法的不足。2005年在德國(guó)慕尼黑召開(kāi)的第一屆好氧顆粒污泥研討會(huì)對(duì)其做出明確定義，認(rèn)為好氧顆粒污泥作為一種微生物聚集體，其顆粒不隨水力剪切力的降低而凝聚并具有相比絮體污泥較快的沉降速度并認(rèn)為好氧顆粒污泥技術(shù)是一項(xiàng)有發(fā)展前途的污水處理新技術(shù)。此后，研究熱點(diǎn)主要集中在好氧顆粒污泥的形成機(jī)理、培養(yǎng)條件以及主要影響因素并加速其工程化應(yīng)用。研究表明，好氧顆粒污泥由于溶解氧的傳質(zhì)阻力由內(nèi)向外可形成厭氧-缺氧-好氧區(qū)，為多種功能微生物提供適宜的生態(tài)位，作用于好氧顆粒污泥體系的水力剪切力主要通過(guò)曝氣提供，較大的水力剪切力是實(shí)現(xiàn)好氧污泥從絮狀到顆粒狀轉(zhuǎn)化的重要條件，并能保證好氧顆粒污泥反應(yīng)器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

然而，目前為提供足夠的水力剪切力以促進(jìn)污泥顆?；头€(wěn)定，sbr反應(yīng)器多采用較高表面氣速以促進(jìn)疏水性胞外多聚物的分泌進(jìn)一步強(qiáng)化污泥聚集形成高強(qiáng)度顆粒，較高表面氣速的維持需要較高曝氣量，這引起曝氣階段能源浪費(fèi)并由于高曝氣量引起的體系高溶解氧濃度使好氧顆粒污泥內(nèi)部缺氧、厭氧區(qū)相對(duì)減少，不利于反硝化、除磷等兼性厭氧功能微生物的聚集和發(fā)揮作用，降低體系污染物去除性能。因此，在控制體系溶解氧的同時(shí)保證足夠的水力剪切力在維持好氧顆粒污泥結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的前提下提高了顆粒污泥內(nèi)部缺氧、厭氧區(qū)，使大量脫氮除磷功能菌群持留，對(duì)體系高效脫氮除磷、降低運(yùn)行能耗具有重要實(shí)際意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種有效控制好氧顆粒污泥體系溶解氧的反應(yīng)器裝置，在控制體系溶解氧的同時(shí)保證足夠的水力剪切力，實(shí)現(xiàn)好氧顆粒污泥結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、污染物高效去除并降低運(yùn)行能耗。

本發(fā)明具體采用的技術(shù)方案如下：

有效控制好氧顆粒污泥體系溶解氧的反應(yīng)器裝置，包括反應(yīng)器主體、進(jìn)水單元、曝氣單元以及出水單元；

所述的反應(yīng)器主體側(cè)面設(shè)置有進(jìn)水口和出水口，頂部通過(guò)法蘭蓋密封；反應(yīng)器主體內(nèi)液面以下設(shè)有連接至溶解氧在線監(jiān)測(cè)儀表的溶解氧探頭；

所述的曝氣單元包括空氣泵、第一轉(zhuǎn)子流量計(jì)、第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)、第三轉(zhuǎn)子流量計(jì)和多孔曝氣頭，多孔曝氣頭位于反應(yīng)器主體的底部，并通過(guò)氣管順次連接第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)、第一轉(zhuǎn)子流量計(jì)和空氣泵，反應(yīng)器主體頂部的法蘭蓋上連接兩路排氣管道，其中一路由第三轉(zhuǎn)子流量計(jì)控制直接排入大氣中，另一路通過(guò)引風(fēng)機(jī)回流至第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)的進(jìn)氣口；

所述的進(jìn)水單元和出水單元分別用于反應(yīng)器主體的進(jìn)水和出水。

作為優(yōu)選，所述的進(jìn)水單元，包括與反應(yīng)器主體上部的進(jìn)水口順次相連的液體止回閥和潛水泵，潛水泵設(shè)置于進(jìn)水桶內(nèi)。

作為優(yōu)選，所述的出水單元，包括蠕動(dòng)泵與出水桶，蠕動(dòng)泵兩端分別通過(guò)管道連接出水口和出水桶。

作為優(yōu)選，所述的反應(yīng)器主體側(cè)面由上至下在不同高度處設(shè)有若干個(gè)出水口。

作為優(yōu)選，所述的反應(yīng)器主體內(nèi)還設(shè)有用于感應(yīng)液位高度的液位計(jì)探頭。

作為優(yōu)選，還設(shè)有控制單元，用于進(jìn)行中央控制。

進(jìn)一步的，所述的控制單元采用plc控制器。

作為優(yōu)選，所有管線穿過(guò)法蘭蓋進(jìn)入反應(yīng)器主體的開(kāi)孔處，均利用石蠟進(jìn)行密封。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種利用上述任一方案中的裝置的培養(yǎng)好氧顆粒污泥的方法，具體為：在反應(yīng)器主體內(nèi)以sbr工藝對(duì)廢水進(jìn)行處理，運(yùn)行前先接種污泥，接種mlss為4-6g/l；進(jìn)水基質(zhì)為城鎮(zhèn)污水，進(jìn)水cod濃度為300-800mg/l，運(yùn)行過(guò)程中維持有機(jī)負(fù)荷1.5-3.0kgcod·m^-3·d^-1；采用4-8的高徑比和30％-70％的排水比；sbr運(yùn)行周期為4-6h，分為進(jìn)水、曝氣、沉淀、出水四個(gè)階段，其中沉淀時(shí)間為5-60min；曝氣時(shí)間為3-5h，在曝氣過(guò)程中，通過(guò)控制第三轉(zhuǎn)子流量計(jì)調(diào)節(jié)直接排入大氣的空氣量，使反應(yīng)器中部分已經(jīng)過(guò)曝氣的氣體重新回流至多孔曝氣頭中，為顆粒污泥體系提供足夠的水力剪切力的同時(shí)控制溶解氧濃度。

本發(fā)明的有益效果：

由于本發(fā)明采用氣體回流控制溶解氧的運(yùn)行方式，克服了高曝氣量導(dǎo)致的高溶解氧條件下顆粒污泥內(nèi)部厭氧、缺氧區(qū)減少，兼性厭氧微生物生態(tài)位不足的問(wèn)題，可促進(jìn)脫氮除磷等功能微生物的有效富集，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

由于采用氣體回流控制溶解氧的運(yùn)行方式，相比傳統(tǒng)sbr法在保證水力剪切力的同時(shí)可有效降低曝氣量，實(shí)現(xiàn)好氧顆粒污泥工藝的進(jìn)一步節(jié)能降耗。

附圖說(shuō)明

圖1為有效控制好氧顆粒污泥體系溶解氧的反應(yīng)器裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2位本發(fā)明中法蘭蓋上開(kāi)孔位置示意圖。

其中：空氣泵1、第一轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.1、第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.2、第三轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.3、微孔曝氣頭2.4、控制單元3、潛水泵4、進(jìn)水桶5、止回閥6、液位計(jì)探頭7、蠕動(dòng)泵8、出水桶9、出水口10、溶解氧探頭11、溶解氧在線監(jiān)測(cè)儀表12、氣體回流孔13、進(jìn)氣口14、排氣口15、監(jiān)測(cè)孔16、控制孔17。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)實(shí)施例和附圖對(duì)發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，一種有效控制好氧顆粒污泥體系溶解氧的反應(yīng)器裝置，包括進(jìn)水單元、反應(yīng)器主體、曝氣單元、出水單元以及控制單元。

反應(yīng)器主體為圓柱形，側(cè)面上方設(shè)置進(jìn)水口，側(cè)面從上至下設(shè)置有多個(gè)間隔排布的出水口10，實(shí)際使用時(shí)可以選擇其中一個(gè)出水。反應(yīng)器主體頂部通過(guò)法蘭蓋密封，底部設(shè)置排泥口。如圖2所示，法蘭蓋上開(kāi)設(shè)有5個(gè)通孔，分別為氣體回流孔13、進(jìn)氣口14、排氣口15、監(jiān)測(cè)孔16和控制孔17，用于穿設(shè)不同的管路，為了保證反應(yīng)器內(nèi)部的密閉環(huán)境，所有管線穿過(guò)法蘭蓋進(jìn)入反應(yīng)器主體的開(kāi)孔處，均利用石蠟進(jìn)行密封。

反應(yīng)器主體內(nèi)液面以下設(shè)有溶解氧探頭11，并通過(guò)監(jiān)測(cè)孔16連接至溶解氧在線監(jiān)測(cè)儀表12，用于實(shí)時(shí)顯示反應(yīng)器內(nèi)廢水的溶解氧濃度(do)。

進(jìn)水單元和出水單元分別用于反應(yīng)器主體的進(jìn)水和出水，其中進(jìn)水單元，包括與反應(yīng)器主體上部的進(jìn)水口順次相連的液體止回閥6和潛水泵4，潛水泵4設(shè)置于進(jìn)水桶5內(nèi)，進(jìn)水桶5中存儲(chǔ)有待處理的廢水；出水單元，包括蠕動(dòng)泵8與用于收集出水的出水桶9，蠕動(dòng)泵8兩端分別通過(guò)管道連接出水口10和出水桶9。

曝氣單元包括空氣泵1、第一轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.1、第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.2、第三轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.3和多孔曝氣頭2.4，多孔曝氣頭2.4位于反應(yīng)器主體的底部，并通過(guò)氣管穿過(guò)進(jìn)氣口14后順次連接第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.2、第一轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.1和空氣泵1?？諝獗?通過(guò)多孔曝氣頭2.4將含氧空氣鼓入廢水中，以調(diào)節(jié)水中的do。反應(yīng)器主體頂部的法蘭蓋上連接兩路排氣管道，其中一路穿過(guò)排氣口15直接排入大氣中，該管路由第三轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.3控制流通氣量。另一路穿過(guò)氣體回流孔13后通過(guò)引風(fēng)機(jī)2.5回流至第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.2的進(jìn)氣口，然后通過(guò)多孔曝氣頭2.4重新對(duì)廢水進(jìn)行曝氣。

反應(yīng)器整體由控制單元3進(jìn)行中央控制，控制單元3可采用單片機(jī)、plc等實(shí)現(xiàn)。控制單元3連接空氣泵1、第一轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.1、第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.2、第三轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.3、微孔曝氣頭2.4、潛水泵4、液位計(jì)探頭7、蠕動(dòng)泵8，對(duì)各設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制。另外，也可以連接溶解氧在線監(jiān)測(cè)儀表12，針對(duì)溶解氧數(shù)據(jù)進(jìn)行閉環(huán)控制。

該反應(yīng)器裝置的運(yùn)行工作流程如下:

利用潛水泵4將進(jìn)水桶5中的廢水基質(zhì)抽入反應(yīng)器中，當(dāng)液位計(jì)探頭7探測(cè)到液位達(dá)到目標(biāo)高度時(shí)，停止?jié)撍?工作。然后運(yùn)行sbr工藝，曝氣階段利用空氣泵1鼓入空氣進(jìn)行曝氣，此過(guò)程中通過(guò)溶解氧探頭11和溶解氧在線監(jiān)測(cè)儀表12實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水體中的溶解氧濃度。在曝氣過(guò)程中，do和曝氣量根據(jù)反應(yīng)器有機(jī)負(fù)荷并參照《序批式活性污泥污水處理工程技術(shù)規(guī)范(hj577-2010)》相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算求得，由第一轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.1調(diào)節(jié)。體系水力剪切力根據(jù)通過(guò)多孔曝氣頭2.4擴(kuò)散到反應(yīng)器主體中氣體的表面氣速間接確定，表面氣速通過(guò)第三轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.3控制從法蘭蓋排氣孔15逸出氣體的流量使反應(yīng)器內(nèi)低含氧量的氣體通過(guò)回流孔13回流至第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.2入口，與新鮮空氣混合進(jìn)行曝氣。由于此部分空氣已經(jīng)經(jīng)過(guò)了一次或多次的曝氣循環(huán)，因此其中的氧含量大大降低，可以在提高氣速和污泥體系水力剪切力的同時(shí)，控制水中的do含量。最后，利用第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.2整體控制通過(guò)多孔曝氣頭2.4的曝氣氣體流量。反應(yīng)器出水通過(guò)蠕動(dòng)泵8抽入出水桶9中。

利用該裝置進(jìn)行好氧顆粒污泥培養(yǎng)時(shí)，采用sbr工藝運(yùn)行反應(yīng)器，運(yùn)行周期分為進(jìn)水—曝氣—沉淀—出水四個(gè)階段，具體工藝如下：運(yùn)行前先接種污泥，接種污泥取自市政污水處理廠曝氣池；接種mlss為4-6g/l；進(jìn)水基質(zhì)為城鎮(zhèn)污水，進(jìn)水cod濃度為300-800mg/l，維持有機(jī)負(fù)荷1.5-3.0kgcod·m^-3·d^-1；采用4-8的高徑比，有利于顆?；勰嗪Y選作用；采用30％-70％的排水比；運(yùn)行周期為4-6h，保證污染物去除效率的同時(shí)增加污水處理量；沉降時(shí)間為5-60min，有利于絮體污泥的洗出及污泥顆?；?；曝氣時(shí)間為3-5h。

當(dāng)前好氧顆粒污泥工藝為保證體系足夠的水力剪切力導(dǎo)致體系較高曝氣量和溶解氧濃度，不利于顆粒污泥兼氧微生物的富集。相較之下，本發(fā)明在曝氣階段，在曝氣過(guò)程中，通過(guò)控制第三轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.3調(diào)節(jié)直接排入大氣的空氣量，使反應(yīng)器中部分已經(jīng)過(guò)曝氣的氣體重新回流至多孔曝氣頭2.4中，為顆粒污泥體系提供足夠的水力剪切力的同時(shí)控制溶解氧濃度。一般根據(jù)實(shí)際運(yùn)行需要，控制空氣泵1氣流量40-200l/h，通過(guò)控制出氣口第三轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.3的氣流量實(shí)現(xiàn)進(jìn)氣口第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.2的氣流量介于400-600l/h，保證反應(yīng)器表面氣速1.0-2.5cm/s。

實(shí)施例

本實(shí)施例中處理城鎮(zhèn)污水的好氧顆粒污泥工藝采用一個(gè)有效容積為4.0l的序批式反應(yīng)器(sbr)，反應(yīng)器的主體為圓柱形的有機(jī)玻璃筒，筒高50cm，內(nèi)徑10cm，高徑比為5，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，不再贅述。反應(yīng)器運(yùn)行程序由一套plc控制器進(jìn)行控制。

本實(shí)施例接種污泥取自市政污水處理廠曝氣池，香農(nóng)指數(shù)為4.96，意味著顆粒中有較高的菌群豐度，門(mén)水平菌群結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，變形菌門(mén)以及擬桿菌門(mén)占到了65％以上，這些細(xì)菌都是好氧顆粒污泥中的重要菌群，能幫助裝置實(shí)現(xiàn)好氧顆粒污泥的快速顆?；?。接種mlss為5g/l，進(jìn)水基質(zhì)為城鎮(zhèn)生活污水，進(jìn)水cod濃度為650mg/l，運(yùn)行過(guò)程中維持有機(jī)負(fù)荷2kgcod·m^-3·d^-1。

采用上述反應(yīng)器處理城鎮(zhèn)污水培養(yǎng)好氧顆粒污泥的操作過(guò)程如下：在plc控制器的控制下，反應(yīng)器按照進(jìn)水—曝氣—沉淀—出水的順序運(yùn)行。反應(yīng)器初始的運(yùn)行條件為：周期4h，其中：進(jìn)水5min、曝氣225min、沉降5min、排水5min。

曝氣過(guò)程中，控制第一轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.1讀數(shù)為90l/h，通過(guò)控制排氣口15處第三轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.3使反應(yīng)器內(nèi)部分氣體通過(guò)氣體回流口13回流至進(jìn)氣口14，使第二轉(zhuǎn)子流量計(jì)2.2讀數(shù)為500l/h，保證反應(yīng)器表面氣速1.8cm/s，為顆粒污泥體系提供足夠水力剪切力的同時(shí)將溶解氧控制在4-6mg/l范圍，體積交換比為50％。

由于采用氣體回流控制溶解氧的運(yùn)行方式，克服了高曝氣量導(dǎo)致的高溶解氧條件下顆粒污泥內(nèi)部厭氧、缺氧區(qū)減少，兼性厭氧微生物生態(tài)位不足的問(wèn)題，可促進(jìn)脫氮除磷等功能微生物的有效富集，實(shí)現(xiàn)反應(yīng)器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。相比傳統(tǒng)sbr法在保證水力剪切力的同時(shí)可有效降低曝氣量，實(shí)現(xiàn)好氧顆粒污泥工藝的進(jìn)一步節(jié)能降耗。