一種好氧顆粒汙泥廢水處理方法與流程
2023-06-13 16:37:26
本發明涉及一種通過好氧顆粒汙泥進行廢水處理的方法，屬於廢水生物處理技術領域。
背景技術：
好氧顆粒汙泥是微生物自凝聚形成的一種特殊形式的活性汙泥，具有良好的沉降性能、密實的結構、較高濃度的生物量、較強的衝擊負荷和抵抗有毒有害物質等優勢，因此具有較好的應用前景。好氧顆粒汙泥的試驗研究是始於20世紀90年代末，到目前有關好氧活性汙泥形成的四步途徑和三種假說(涉及晶核、細胞表面疏水性、真菌/絲狀菌、胞外聚合物、階段形成)已基本得到共識，根據這個假說，多數研究認為影響好氧顆粒汙泥形成的因素主要包括：種泥類型、底物組成、有機負荷、PH指和游離氨、反應器類型、水流方向、曝氣強度和運行溫度等。雖然實驗室研究取得了較好的成果，但工程應用進展緩慢，目前只有荷蘭推出的Nereda等少數幾個工藝成功應用於工程實踐，國內未見穩定運行的工程實例。
中國專利文獻CN104556362A公開了一種好氧顆粒汙泥的培養方法，該方法分為以下步驟：1、在序批式反應器中接種活性汙泥；2、首先用硫酸調節待處理石化廢水的pH值，然後將調節好pH值的石化廢水泵入反應器中；3、通過反應器底部鋪設的曝氣裝置進行曝氣，使活性汙泥和石化廢水充分混合反應；4、停止曝氣，靜置實現泥水分離；5、由反應器的出水口排出一定量的水；步驟2至5在反應器中按周期反覆進行。並對接種的活性汙泥性狀、濃度、微量元素含量，進水的組份、COD濃度，溶解氧含量及各步驟的時間、控制條件進行了規定。中國專利文獻CN104556362A公開了一種處理城市汙水的好氧顆粒汙泥方法及其好氧顆粒汙泥，該專利特徵是反應器採用8-15高徑比和50％-80％排水比，空氣由反應器底部壓縮充入，接種絮體汙泥後，排水比從40％開始，每月提高5-10％，至60-80％；運行周期時間從4-6小時開始，每月縮1小時，至2-3小時；沉降時間從30-40min開始，每周沉降時間降低1-2min，至15-20min；穩定操作至好氧顆粒汙泥佔反應器反應區體積的50-85％。
以上顆粒汙泥的具體培養方法，控制要點包括：反應器高徑比、排水比、運行周期、進水水質及反應器內的化學環境(溶解氧、PH值)，未明確好氧顆粒汙泥工藝的核心控制因素，也沒有實現好氧顆粒汙泥工藝工程化的具體措施。
中國專利文獻CN105692881A公開了一種好氧顆粒汙泥反應器，該裝置包括反應器體、進水裝置、曝氣裝置、排泥裝置、出水收集裝置、三項分離器、反應區、沉澱區，在反應區曝氣，形成好氧顆粒汙泥。該反應器與UASB相似，不同之處是在反應器底部布設了曝氣裝置。由於好氧顆粒汙泥工藝曝氣量與厭氧產氣量及氣泡大小均有較大的差異，實際工程中，形成顆粒汙泥的工藝控制難度較大；並且由於好氧顆粒汙泥總停留時間短，採用的反應器容積利用率低，結構複雜，不利於大規模的工程應用。
技術實現要素：
本發明的目的在於克服現有好氧顆粒汙泥技術難於工程應用的不足，提供一種能夠形成好氧顆粒汙泥，便於工程應用的好氧顆粒汙泥廢水處理方法。該方法通過控制形成好氧顆粒汙泥的關鍵因素，能夠形成穩定的顆粒汙泥，具有適用範圍廣、運行穩定、操作簡單、成本低、出水水質好的優勢。
本發明的好氧顆粒汙泥廢水處理方法，採用至少兩組並行的好氧顆粒汙泥反應器，各組反應器交替運行，具體包括以下步驟：
(1)啟動第一個好氧顆粒汙泥反應器，將廢水通過布水系統均勻分布在反應器底部，進入反應器的廢水自下而上均勻地流過好氧顆粒汙泥反應區，並排出淨化後的上清液；
(2)進水時間T1後停止排水，同時進行曝氣，通過布設在池底的曝氣器對反應器內的廢水進行混合及充氧；
(3)曝氣時間T2後停止進水；
(4)曝氣時間T3後停止曝氣，開始靜沉；
(5)沉澱時間T2後，結束一個周期T；重新開啟第一個好氧顆粒汙泥反應器的進水和排水，重複以上步驟；
(6)當上一個好氧顆粒汙泥反應器在步驟(3)停止進水後，將進水切換至下一個好氧顆粒汙泥反應器，下一個好氧顆粒汙泥反應器按上述步驟運行；各個好氧顆粒汙泥反應器依次循環運行。
所述各運行時間周期T、進水時間T1、沉澱時間T2和曝氣時間T3的關係為：1個周期T＝120分鐘-240分鐘，沉澱時間T2＝進水/曝氣時間＝10-20分鐘，進水時間T1＝進水/出水時間＝T/n-T2(分鐘)，曝氣時間T3＝T-T1-2*T2＝(n-1)*T/n-T2，式中n為好氧顆粒反應器的組數，進水/出水指一邊進水一邊排水，進水/曝氣指一邊進水一邊曝氣。
所述步驟(1)中的布水系統採用垂直均勻布水方式，並確保每個布水孔的服務面積≤16m2。
所述步驟(1)中是通過穿孔集水管排出淨化後的上清液，穿孔集水管上的集水孔向下，防止曝氣時帶入的汙泥等懸浮物積存在集水管內並隨排水流出；集水孔在水面分布均勻，且每根集水管的所有集水孔總面積≤該集水管斷面面積的30％。
所述步驟(2)中的曝氣強度應滿足曝氣結束時DO＝4-7mg/L。
所述各反應器的總容積V(m3)＝0.001*進水流量(m3/d)*[進水BOD5濃度(mg/l)-出水BOD5濃度(mg/l)]/[汙泥負荷(kgBOD5/kgMLSSd)*汙泥濃度(kgMLSS/m3)]。每個反應器的容積v(m3)＝總反應器容積(m3)/反應器個數。式中：汙泥負荷隨進水變化較大，對於城市汙水，汙泥負荷＝0.05-0.20kgBOD5/kgMLSSd；汙泥濃度＝6-15kgMLSS/m3。
上述方法的工作原理和特點如下：
(1)雖然影響顆粒汙泥形成的因素多，但對於其中的許多影響因素來說，一般的廢水處理工程均可以滿足，工程應用最重要的控制因素一是確保在非曝氣時段，進入反應器的廢水能夠與反應器內的汙泥層充分接觸和傳質；二是在曝氣階段，反應器內的廢水能夠在顆粒汙泥可承受的剪切範圍內與顆粒汙泥充分混合。
(2)通過對布水系統和集水系統的合理設計，避免廢水在非曝氣期和曝氣混合強度不足時出現短流或泥水雖然局部混合強烈但整體傳質不足的問題；也避免了間歇式反應器排水初期水質較差的現象。
(3)由於該方法能夠使泥水在全池範圍內均勻傳質，不需設置汙泥回流泵與進水混合，避免了強剪切力對汙泥的破壞，從工藝上提高了汙泥顆粒化效率，避免了顆粒汙泥的再次解體。
(4)通過對多組(兩組或以上)反應器切換運行及合理編排每組反應器運行程序，在不降低反應器效率的前提下，合理解決了廢水連續進水、連續出水的問題，有利於工程的大規模應用。
附圖說明
圖1是本發明好氧顆粒汙泥廢水處理方法的流程示意圖。
圖中：1、進水閥，2、布水系統，3、池體，4、穿孔集水管，5、排水閥，6、進氣閥，7、曝氣器，8、流量控制器，9、進水總管，10、進水管，11、進氣總管，12、曝氣管，13、排水管。
具體實施方式
本發明的好氧顆粒汙泥廢水處理方法，採用至少兩組並行的好氧顆粒汙泥反應器，各組反應器交替運行。各組好氧顆粒汙泥反應器的結構相同，如圖1所示，包括池體3、進水管10、穿孔集水管4、曝氣管12和排水管13。池體3上部設置有伸入其內的進水管10，進水管10通過進水閥1與進水總管9連接，進水管10在池體3內的部分上分布有布水系統2。池體3上部設置有伸入其內的穿孔集水管4，穿孔集水管4通過排水閥5與排水管13連接，排水管13上設置有流量控制器8。池體3底部設置有曝氣管12，曝氣管12上分布有曝氣器7，曝氣管12通過進氣閥6與進氣總管11連接。
布水系統2採用垂直均勻布水方式，並確保每個布水口(孔)的服務面積≤16m2。
穿孔集水管4的開孔向下，防止曝氣時帶入的汙泥等懸浮物積存在集水管內並隨排水流出；同時應使集水孔在整個池體水面分布均勻，且每根集水管的所有集水口(孔)總面積≤該集水管斷面面積的30％。設置流量控制器8，確保排水均勻。
曝氣器7採用中微孔曝氣器，曝氣強度應滿足曝氣結束時DO＝4mg/L-7mg/L。
本發明的好氧顆粒汙泥廢水處理方法，具體運行過程如下所述。
(1)開啟第一組反應器的進水閥1和排水閥5，使廢水由進水總管11首先進入第一組反應器。在第一組反應器內，廢水通過進水管10上的布水系統2均勻分布在池體3的底部，廢水自下而上均勻地流過好氧顆粒汙泥反應區，淨化後的上清液通過穿孔集水管4排出。
(2)進水時間T1後關閉排水閥5，同時開啟進氣閥6，使壓縮空氣由進氣總管11進入曝氣管12，通過布設在池底的曝氣器7對池體3內的廢水進行混合及充氧。
(3)曝氣時間T2後關閉進水閥1。
(4)曝氣時間T3後關閉進氣閥7，停止曝氣，開始靜沉。
(5)沉澱完成T2後，結束一個周期T。重新開啟第一個好氧顆粒汙泥反應器的進水和排水，重複以上步驟，進行第二個周期；
(6)當上一個好氧顆粒汙泥反應器在步驟(3)停止進水後，將進水切換至下一個好氧顆粒汙泥反應器，下一個好氧顆粒汙泥反應器按上述步驟運行；各個好氧顆粒汙泥反應器依次循環運行。
各運行時間確定方法為：1個周期T＝120分鐘-240分鐘，其中：沉澱時間T2＝10-20分鐘，進水時間T1＝T/n-T2，曝氣時間T3＝T-T1-2*T2＝(n-1)*T/n-T2，式中n為好氧顆粒反應器的組數。
以下給出採用兩組好氧顆粒汙泥反應器的實施例。
兩組好氧顆粒汙泥反應器的進水、曝氣、沉澱和排水的關係如下表：
註：進水/出水指一邊進水一邊排水，進水/曝氣指一邊進水一邊曝氣。
表中：1個周期T(min)＝150分鐘，其中：沉澱時間＝進水/曝氣時間T2(min)＝15min，進水/出水時間＝T(min)/2-T2(min)＝60min，曝氣時間T3(min)＝(2-1)*T/2-T2＝60min。
布水系統2的每個布水口(孔)的服務面積＝6m2。每根集水管的所有集水口(孔)總面積＝該集水管斷面面積的25％。
本實施例總反應器容積V(m3)＝0.001*1000(m3/d)*[進水BOD5濃度(250mg/l)-出水BOD5濃度(10mg/l)]/[汙泥負荷(0.08kgBOD5/kgMLSSd)*汙泥濃度(7kgMLSS/m3)]＝430m3，每個反應器的容積v(m3)＝V(m3)/2＝215m3。
本實施例經2個月調試形成好氧顆粒汙泥，好氧顆粒汙泥粒徑1.0-1.5mm，運行期間進出水檢測數據見下表。
實施例 處理前後水檢測數據