專利名稱：低溶解氧絲狀菌污泥膨脹節能污水生物處理方法
技術領域：
本發明涉及一種高效、節能的污水生物處理方法，適用于處理生活污水和工業廢水。
背景技術：
污水生物處理是一種利用混合培養的微生物去除有機質的處理過程，這是一種接近于自然凈化的過程，運行過程中菌膠團細菌和絲狀菌生長在一起，形成一個微生物的生態體系，其中存在著兩類微生物之間在時間和空間上的動態平衡關系。在活性污泥絮體中，絲狀菌形成污泥絮體的骨架，其它菌膠團細菌附著在其上形成較大且強度較高的污泥絮提。絲狀菌對于保證污泥絮體的強度有很大作用，如缺少足量的絲狀菌，污泥絮體的強度將降低，同時抗剪切力亦將變差，會導致處理出水的混濁使出水水質變差。
通常采用顯微鏡下觀察的目視評價法來判斷污泥中絲狀菌的數量。即根據活性污泥中絲狀菌與菌膠團細菌的比例，將絲狀菌的數量分成五個等級0級污泥中幾乎無絲狀菌存在；±級污泥中存在少量絲狀菌；+級；存在中等數量的絲狀菌，但總量尚少于菌膠團細菌；++級存在大量絲狀細菌，總量與菌膠團細菌大致相等；+++級存在大量絲狀細菌，數量超過菌膠團細菌。
目前，包括我國在內許多國家都以SVI值做為判定活性污泥沉降性能的主要指標。將SVI值大于150mL/g的活性污泥定義為膨脹污泥。SVI是指曝氣池出口處混合液經30分鐘靜沉后，每克干污泥形成的沉淀污泥所占的容積(見式1-1)。
式中SVI——污泥容積指數，簡稱污泥指數(mL/g)；SV——污泥沉降比(％)；MLSS——混合液懸浮固體濃度，簡稱污泥濃度(mg/L)]在絲狀菌與菌膠團細菌共生體系中，由于絲狀菌降解低底物的能力比菌膠團細菌更強，因而一定數量絲狀菌(±～+級)的存在可以保證出水中低的有機物濃度和良好的凈化效率。適宜數量絲狀菌(±～+級，且SVI＜150mL/g)的存在所形成的污泥絮體網狀結構有利于污泥在沉淀過程中捕捉水中細小的懸浮顆粒，對水流起到過濾作用并吸附截留水中的游離細菌而使出水澄清。但是，絲狀菌的過量生長(++～+++級)將會導致絲狀菌污泥膨脹(SVI＞150mL/g)，影響污泥的沉降壓縮性能。
長期以來，人們都認為絲狀菌污泥膨脹是污水處理廠運行管理中的一大難題，認為只要發生污泥膨脹就會出現污泥流失、處理出水水質惡化，以致活性污泥運行管理的整個崩潰。事實上，許多污水廠的運行經驗已經表明，發生絲狀菌膨脹的活性污泥，只是沉降性能不良，當活性污泥處理系統有足夠的容量和機動性時，其處理功能和凈化效果不但沒有問題，而且比正常的活性污泥的處理水質還要優良。北京某城市污水處理廠發生因低溶解氧造成的長達六個月的絲狀菌污泥膨脹，污泥膨脹期間，其出水水質很好，污泥沒有發生流失現象，曝氣池內污泥濃度仍能維持所需水平，污水處理廠運行正常，處理能力沒有受到影響。所以，可以充分利用這種絲狀菌膨脹污泥處理污水，既可保障處理出水水質又可以減少曝氣量。另外，現在許多污水處理廠在設計時，都采取了保守的做法，二沉池的停留時間比較長，因此污泥流失問題可以避免。通過對傳統活性污泥膨脹觀念的革新，充分發揮絲狀菌的生理生態特點，達到在保證出水水質的前提下提高處理效率，又減小曝氣量和節約能源的目的，將是對傳統活性污泥工藝的重大改進與突破。
發明內容
本發明是對有關活性污泥膨脹問題的傳統觀念上的革新，利用絲狀菌的生理生態特點，充分發揮絲狀菌膨脹污泥的優點。采用低曝氣量的工況，曝氣池在低溶解氧條件下運行，培養出含大量絲狀菌的活性污泥，在保證出水水質的前提下，大幅度提高處理效率，節省曝氣的運行費用。
低溶解氧污泥膨脹節能污水生物處理方法，其特征在于，它包括以下步驟步驟(1)原污水連續進入含有活性污泥混合液的溶解氧濃度在0.4～0.8mg/L的曝氣池；步驟(2)曝氣池的出水進入二沉池沉淀，進行泥水分離，澄清的上清液從二沉池上部的溢流堰溢流、排放，沉淀在二沉池底部的活性污泥一部分以剩余污泥的形式排放；一部分以回流污泥的形式回流到曝氣池，控制污泥回流比在85％～105％；當活性污泥濃度在800～3000mg/L時，活性污泥在二沉池內停留時間不小于2.5小時。當活性污泥濃度在3000～7000mg/L時，活性污泥在二沉池內停留時間不小于4小時。
原污水連續進入含有活性污泥混合液的曝氣池。曝氣池中放置溶解氧探頭，采集溶解氧濃度(DO)和溫度的信號，作為培養大量出絲狀菌的控制信號。根據曝氣池內水溫和進水水質的變化，結合所采集的DO信號，保持曝氣池內溶解氧濃度在0.4～0.8mg/L范圍內。曝氣池內菌膠團細菌和絲狀菌對溶解氧的親和力不同，在低溶解氧條件下，絲狀菌的最大比生長速率比菌膠團細菌的最大生長速率快，促使絲狀菌過量生長，形成絲狀菌污泥膨脹。發生絲狀菌污泥膨脹的活性污泥方法，根據絲狀菌的生理和生態特點，充分發揮絲狀菌氧化低底物能力強和可形成網狀污泥絮體結構的特點，對處理出水進行進一步的凈化和過濾，使出水質量良好，同時達到降低曝氣量、節約能源的目的。
曝氣池的出水通過出水管進入二沉池，在二沉池內沉淀，進行泥水分離(活性污泥和處理后出水)，澄清的上清液(處理后出水)從二沉池上部的溢流堰溢流、排放。使曝氣池內的活性污泥的數量維持恒定，保證其處理效果。
為了避免處于膨脹狀態的活性污泥的流失，要合理選擇二沉池的體積，確定合理的停留時間，如果二沉池體積過大，將致使基建費用增高；如果二沉池體積太小，致使活性污泥在二沉池內停留時間太短，可能導致活性污泥的流失，減少曝氣池內的活性污泥濃度。當活性污泥濃度在800～3000mg/L時，活性污泥在二沉池內停留時間不小于2.5小時。當活性污泥濃度在3000～7000mg/L時，活性污泥在二沉池內停留時間不小于4小時。
合理選擇回流比，既要保證維持曝氣池內相對恒定的污泥濃度，又要滿足實際情況的不同需要，還要減少運行費用。如果回流比太小，回流不充分，無法保證維持曝氣池內所需的污泥濃度；如果回流比太大，而且因為曝氣池內是膨脹的污泥，沉降性能不好，可能致使回流污泥濃度太低，對于維持曝氣池內污泥濃度并無好處，而且增加運行費。可控制污泥回流比在85％～105％，避免污泥流失，保障曝氣池內的活性污泥濃度維持在所需水平。
進一步說明(1)本發明是利用的絲狀菌污泥膨脹。活性污泥膨脹有兩種類型，一是由于活性污泥中絲狀菌的大量繁殖而引起的絲狀菌污泥膨脹；二是由于菌膠團細菌大量累積高粘性物質或細菌過量增殖等原因引起的無絲狀菌大量存在的非絲狀菌污泥膨脹。本發明強調的是利用絲狀菌的生理生態特點，充分發揮絲狀菌膨脹污泥能夠保證良好處理出水水質的優點。而發生非絲狀菌污泥膨脹時，處理出水水質一般變差，因此本發明不包含非絲狀菌污泥膨脹的情況。
(2)本發明強調的是因低溶解氧濃度引起的絲狀菌污泥膨脹。引起絲狀菌污泥膨脹的原因有很多種，諸如廢水水質、溫度、pH值、污泥負荷、反應器流態和溶解氧濃度等。本發明特指主要因為低溶解氧引起的絲狀菌污泥膨脹，只有低溶解氧引起的污泥膨脹，才能在保證污水處理廠原來進水水質、運行條件和運行方式不變的情況下減少曝氣量，實現節能的目的。
本方法特別適用于氧化溝。氧化溝采用機械曝氣，其曝氣裝置具有推動氧化溝內泥水混合液以一定流速循環流動的作用，所以低溶解氧條件下不會產生活性污泥沉淀的現象。而且在氧化溝內采用低溶解氧曝氣，還有可能產生同步硝化反硝化(SND)，提高TN的去除率。
本方法不適于SBR工藝。SBR運行周期的長短受活性污泥沉淀性能影響較大，決定了沉淀階段的時間。當設計沉淀時間比較短時，不宜采用本方法。
本發明有益效果傳統觀念認為絲狀菌污泥膨脹是活性污泥工藝運行中的癌癥，認為只要發生污泥膨脹，就會致使污泥流失，曝氣池內污泥濃度降低，處理效果變差。但是，實踐證明，合理控制二沉池的停留時間和污泥回流比，發生絲狀菌污泥膨脹的活性污泥工藝非但不會引起污泥流失的問題，處理水質還很好。其主要有以下優點(1)曝氣池在低溶解氧條件下運行，培養出含大量絲狀菌的活性污泥，根據絲狀菌的生理和生態特點，充分發揮絲狀菌氧化低底物能力強和可形成網狀污泥絮體結構，對出水進行進一步的過濾作用。使處理出水的有機物濃度和懸浮物濃度進一步降低。
(2)與不含或含少量絲狀菌的活性污泥系統相比，該系統因為絲狀菌的骨架作用，形成網狀污泥絮體結構，活性污泥絮體的抗剪切能力提高、強度提高。
(3)曝氣池在低溶解氧條件下運行，還會產生同步硝化反硝化(SND)現象，進一步提高活性污泥工藝的脫氮能力。
(4)曝氣池在低溶解氧條件下運行，與傳統高溶解氧條件下運行相比，曝氣量大大降低，從而可以大量的節省運行費用。
(5)對原有活性污泥工藝，采用該發明時，只需要降低曝氣量，選擇合理的污泥回流比和剩余污泥排放量，結合進水流量確定合適的活性污泥在二沉池停留時間。該發明特別適用于原建設的處理能力很大，而實際運行時，進水量較小的活性污泥處理廠。通過在低溶解氧濃度條件下的方式，既滿足了處理出水水質，又可達到減小運行費用的目的。
(6)我國許多城市污水處理廠在設計時，設計比較保守，二沉池體積較大，污泥停留時間較長，所以發生膨脹的污泥在多數情況下不會發生污泥流失現象。采用該方法后，這些污水處理廠的運行費用可以大大降低，而且可以充分利用已有的二沉池，同時還可以保證出水水質。
圖1是本發明采用的裝置示意圖1-進水箱 2-恒流進水泵 3-曝氣池 4-曝氣裝置 5-二沉池 6-污泥回流泵 7-排泥管具體實施方式
活性污泥工藝的主體部分，曝氣池可為完全混合式，也可為推流式。二沉池選擇輻流式或推流式。曝氣池配有壓縮空氣管路(進氣管)，與空氣流量計和曝氣器依次相連。曝氣池中放置溶解氧探頭，采集溶解氧濃度(DO)和溫度的信號，作為培養大量出絲狀菌的工藝控制信號。
(1)減少曝氣量，降低曝氣池內溶解氧濃度(溶解氧濃度在0.4～0.8mg/L范圍內)，通過長期培養，培養出含有大量絲狀菌的膨脹活性污泥。
(2)合理選擇活性污泥在二沉池的停留時間(當活性污泥濃度在800～3000mg/L時，活性污泥在二沉池內停留時間不小于2.5小時。當活性污泥濃度在3000～7000mg/L時，活性污泥在二沉池內停留時間不小于3小時)，避免膨脹污泥的流失。
(3)確定合理的污泥回流比(污泥回流比在85％～105％)和剩余污泥排放量，維持曝氣池的合理污泥濃度。
(4)對原有活性污泥工藝，采用該發明時，只需要降低曝氣量，選擇合理的污泥回流比和剩余污泥排放量，結合進水流量確定合適的活性污泥在二沉池停留時間。該發明特別適用于原建設的處理能力很大，而實際運行時，進水量較小的活性污泥處理廠。通過在低溶解氧濃度條件下的方式，既滿足了處理出水水質，又可達到減小運行費用的目的。
實施例1以某生活小區實際生活污水為原水(pH＝7.2～7.8，COD＝160～655mg/L)。所選擇的改良A/O工藝反應器有效容積66L，反應池內MLSS在3000mg/L左右，反應溫度20～23℃之間。污泥回流比在85～105％，二沉池內停留時間大于2.5小時。將DO濃度從2.0mg/L降低到0.4～0.8mg/L。發生絲狀菌污泥膨脹。COD去除率基本沒受影響，仍保持在90％左右。SS去除率提高，出水SS檢測不出。TN去除率由30～45％提高到55～75％。可節省15～18％的曝氣供氧量。
實施例2北京市某城市污水處理廠采用氧化溝工藝，目前處理水量17萬m3/d。其主要工藝參數泥齡16天；回流比100～120％；污泥濃度在4000～6000mg/L；氧化溝水力停留時間16.8小時左右。該污水處理廠二沉池設計停留時間為3.4h，實際運行水量至今沒有達到設計水量，二沉池實際停留時間約為4.0h。曝氣量將低，DO降低到0.3～0.8mg/L時，發生絲狀菌污泥膨脹。處理出水水質保持良好。COD、BOD5、SS和氨氮去除率仍然維持在90％以上。
實施例3重慶某城市污水處理廠采用改良氧化溝(A/O工藝)工藝，目前處理水量7000m3/d。泥齡10～15天；污泥濃度在5000mg/L左右；氧化溝總名義停留時間21.2小時左右；回流比100％左右。二沉池設計停時間5.2h，實際停留時間7.5左右。采用低溶解氧運行后，氧化溝內溶解氧濃度由原來的2.0mg/L降低到1.0mg/L以下，多在0.5～0.8mg/L之間。SVI由70mL/g上升到110mL/g以上。曝氣設備的日耗電量比原來降低了20％左右。出水COD、BOD、TP濃度仍維持在原來水平。TN去除率顯著提高，出水TN濃度由原來的30mg/L左右降低到20mg/L以下，可降低到12mg/L。TN去除率由原來的45％左右升高到75％左右，達到新頒布的城鎮污水處理廠污染物排放標準的一級B類標準(出水TN＜20mg/L)。
權利要求
1.低溶解氧污泥膨脹節能污水生物處理方法，其特征在于，它包括以下步驟步驟(1)原污水連續進入含有活性污泥混合液的溶解氧濃度在0.4～0.8mg/L的曝氣池；步驟(2)曝氣池的出水進入二沉池沉淀，進行泥水分離，澄清的上清液從二沉池上部的溢流堰溢流、排放，沉淀在二沉池底部的活性污泥一部分以剩余污泥的形式排放；一部分以回流污泥的形式回流到曝氣池，控制污泥回流比在85％～105％；當活性污泥濃度在800～3000mg/L時，活性污泥在二沉池內停留時間不小于2.5小時。當活性污泥濃度在3000～7000mg/L時，活性污泥在二沉池內停留時間不小于4小時。
全文摘要
低溶解氧污泥膨脹節能污水生物處理方法屬于污水生物處理領域，特征在于，它包括以下步驟原污水連續進入含有活性污泥混合液的溶解氧濃度在0.4～0.8mg/L的曝氣池；曝氣池的出水進入二沉池沉淀，進行泥水分離，澄清的上清液從二沉池上部的溢流堰溢流、排放，沉淀在二沉池底部的活性污泥一部分以剩余污泥的形式排放；一部分以回流污泥的形式回流到曝氣池，控制污泥回流比在85％～105％；當活性污泥濃度在800～3000mg/L時，活性污泥在二沉池內停留時間不小于2.5小時。當活性污泥濃度在3000～7000mg/L時，活性污泥在二沉池內停留時間不小于4小時。本發明發揮絲狀菌的特點，在保證出水水質的前提下提高處理效率，又減小曝氣量和節約能源的目的，對傳統活性污泥工藝觀念突破。
文檔編號C02F11/02GK1587126SQ20041006885
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月9日 優先權日2004年7月9日
發明者彭永臻, 陳瀅, 王淑瑩 申請人:北京工業大學