一种连续流好氧颗粒污泥培养与制备反应装置以及好氧颗粒污泥的培养与驯化方法与流程

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种连续流好氧颗粒污泥培养与制备反应装置以及好氧颗粒污泥的培养与驯化方法。

背景技术：

活性污泥法是以活性污泥为主体的污水生物处理技术。它是通过采取一系列人工强化、控制的技术措施，使活性污泥中的微生物对有机物氧化、分解的生理功能得到充分发挥，以达到净化污水的生物工程技术。

活性污泥法自1914年在英国曼切斯特建成试验场以来，已有100多年的历史。在对其生物反应和净化机理研究的探索的基础上，近几十年来，活性污泥法获得了长足的发展。当前，活性污泥法及其改良工艺已成为城镇污水及有机工业废水的主体生物处理技术。活性污泥法处理系统由以活性污泥反应器（曝气反应池）为核心处理设备和二次沉淀池、污泥回流设施及空气扩散装置组成。按照反应池中的流态可分为：推流式、完全混合式、间歇式等活性污泥法；按照其功能可分为：缺氧/好氧法、厌氧/好氧法、厌氧/缺氧/好氧法等。目前，活性污泥法处理系统微生物（活性污泥）一般是絮状微生物，这些微生物主要包括细菌、真菌、原生动物和轮虫。但无论是传统活性污泥法还是改进型的活性污泥法，都存在污泥和微生物会随排水流失的问题。尽管泥水分离在二沉池中依靠重力沉降作用完成，但是其分离效率完全依赖于活性污泥的沉降特性。污泥的沉降特性除了与水质有关外，还取决于曝气池的运行状况，所以要改善污泥的沉降特性，必须严格控制曝气池的操作条件，特别是要防止丝状菌增殖引起污泥沉降性变差等现象发生。另一方面，由于经济因素的制约，二沉池的容积不是很大，所以污泥浓度不会很高（一般在3~6g/l），因而限制了活性污泥系统中污泥浓度，进而限制了污染物的去除率。

颗粒污泥可分为厌氧颗粒污泥和好氧颗粒污泥两大类。颗粒污泥具有丰富的微生物相和较高的生物量等优点。好氧颗粒污泥是微生物在特定环境下自发凝聚、增值而形成的生物颗粒，具有结构紧密、沉降性能好、耐冲击能力强、能承受较高有机负荷的特点；另外好氧颗粒污泥具有独特的结构特征，在一个颗粒内同时保持多种氧浓度与营养环境，颗粒特有的氧浓度梯度为各种微生物提供良好的生长条件，因而具有多种代谢活性，具有同步脱氮除磷功能。另外，好氧颗粒污泥已被证实可应用于高浓度有机废水的处理。有研究表明，好氧颗粒污泥反应器有机物容积负荷可高达15kgcod/(m³•d)，此时的有机物去除率达到92%。颗粒污泥沉降速率与其粒径、密度密切相关，一般在30-70m/h之间，活性污泥絮体的沉降速率一般为8-10m/h。

好氧颗粒污泥最早是在好氧连续升流式污泥流化床反应器（ausb）中形成的，但其运行条件苛刻，需纯氧曝气。自1997年起，国内外学者利用序批式反应器（sbr）成功培养出好氧颗粒污泥，用于含有机物、氮磷等的高浓度废水，同时也用于有毒废水的处理，但是sbr反应器是在运行上的有序和间歇操作，对控制要求较高，运行较为复杂，sbr在时间上按顺序间歇运行，是在时间意义上的推流式系统，在整个反应过程中随着污染物的降解，存在一个污染物浓度梯度。在反应前期，污染物浓度较高，活性污泥开始大量增殖，在曝气及水流剪切力的作用下，好氧颗粒污泥表面多余的丝状菌脱落，导致形成光滑、致密的颗粒污泥；在反应后期，随着污染物的降解，污染物浓度成为微生物生长的限制因素，在贫营养的状态下，微生物细胞能够改变表面特性，使表面变得更加疏水，细胞间的粘附作用增强，作为抵抗“饥饿”的一种方式，微生物形成聚集体；沉淀时间也是好氧颗粒污泥形成的一个决定性因素，对微生物具有选择作用，在沉淀与排水阶段，通过设定一定的排水时间（选择压），密度较大的菌胶团留在反应器中，细小絮体被洗出，最终形成颗粒污泥。另外，目前大部分好氧颗粒污泥的培养都是在柱形上流式反应器中进行的，反应器构型对水体流动方式和微生物聚集体都有较大影响，柱形反应器中的气流或水流能产生相对均一、以反应器轴线为中心的涡流，高径比较大时能够确保更长的流体轨道，从而为微生物聚集体提供更有效的水力摩擦，这迫使微生物聚集体最终形成表面自由能最低的颗粒污泥。

技术实现要素：

本发明的目的是解决上述问题，提供一种通过通过设置进水机构、出水及回流机构、曝气机构、加药机构、以及反应机构，在连续进水和出水的条件下，可实现连续流条件下培养与驯化好氧颗粒污泥的连续流好氧颗粒污泥培养与制备反应装置以及好氧颗粒污泥的培养与驯化方法。

为了解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：

一种连续流好氧颗粒污泥培养与制备反应装置，包括进水机构、出水及回流机构、曝气机构、加药机构、以及反应机构，所述的反应机构包括推流反应器、以及与推流反应器的出水管一相连接的好氧颗粒污泥选择器,所述的推流反应器为连续u型，所述的推流反应器包括多个串联的有机玻璃反应柱，所述的有机玻璃反应柱的上端均与大气相连通，所述的好氧颗粒污泥选择器包括中空的好氧颗粒污泥选择器筒体、设置在好氧颗粒污泥选择器筒体内的三相分离器、下端与三相分离器的上端相连接的气体提升管、以及与气体提升管的上端相连接的好氧颗粒污泥回流水箱，所述的好氧颗粒污泥选择器筒体的下方的左右两侧分别连接有进水管二和出水回流管，所述的好氧颗粒污泥选择器筒体的最下端安装有曝气头，所述的进水管二与推流反应器的出水管一相连接，所述的三相分离器和好氧颗粒污泥选择器筒体的内壁之间具有间隙，所述的间隙为回流缝，所述的好氧颗粒污泥选择器筒体的上端向外设置有溢流堰和上端的外圆周壁上设置有一圈集水槽，所述的溢流堰位于集水槽内，所述的集水槽用于收集从好氧颗粒污泥选择器筒体的上端的溢流堰流出的混合液，所述的好氧颗粒污泥回流水箱通过管道与推流反应器的进水管一相连通，所述的好氧颗粒污泥回流水箱的底板的水平位置高于有机玻璃反应柱内的混合液的液面的水平位置，所述的进水管一安装在最左侧的有机玻璃反应柱的下方的左侧，所述的出水管一安装在最右侧的有机玻璃反应柱的下方的右侧。

所述的三相分离器为漏斗状的，漏斗状的三相分离器的大端位于下方，所述的漏斗状的三相分离器的小端位于上方，与气体提升管的下端相连接。

所述的出水及回流机构包括出水口与出水回流管相连接的出水回流蠕动泵、以及与出水回流蠕动泵的进水口相连接的出水回流储液箱，所述的集水槽的下端通过管道与出水回流储液箱相连接，所述的集水槽位于出水回流储液箱的上方。

所述的曝气机构包括曝气泵，所述的有机玻璃反应柱的下端均安装有曝气头，所述的曝气泵的曝气口通过曝气管道与有机玻璃反应柱的下端均安装的曝气头和好氧颗粒污泥选择器筒体的最下端安装的曝气头相连，所述的曝气泵与曝气头之间相连的曝气管道上均安装有阀门和气体流量计，所述的阀门和气体流量计的个数与曝气头的个数相等。

所述的有机玻璃反应柱为8根，所述的阀门和气体流量计的个数与曝气头的个数均为9个。

所述的加药机构包括氯化钙溶液储液槽、以及进水口与氯化钙溶液储液槽相连接的氯化钙溶液添加蠕动泵，所述的氯化钙溶液添加蠕动泵的出水口与推流反应器的进水管一相连通。

所述的进水机构包括原水储液箱、以及进水口与原水储液箱相连接的进水蠕动泵，所述的进水蠕动泵的出水口与推流反应器的进水管一相连通。

所述的好氧颗粒污泥选择器筒体内位于三相分离器的上方的腔体为好氧颗粒污泥沉淀区，所述的好氧颗粒污泥选择器筒体内位于三相分离器的下方的腔体为泥水混合液回流提升区。

一种利用上述权利要求1～8任一所述的种连续流好氧颗粒污泥培养与制备反应装置的好氧颗粒污泥的培养与驯化方法，包括以下步骤：

①采用污水处理厂活性污泥或者厌氧颗粒污泥为接种污泥，进行污泥接种；

②接种污泥后，将一定浓度的原污水加入原水储液槽内，然后由进水蠕动泵定量加入推流反应器内，控制推流反应器容积负荷为5.0~10.0kgcod/(m³•d)，同时开启曝气泵为推流式反应器及好氧颗粒污泥选择器曝气，通过控制相应的阀门使控制推流式反应器的各个有机玻璃反应柱内的溶解氧浓度为2mg/l以上，通过控制阀门使好氧颗粒污泥选择器内的气体提升流量为进水量的3~5倍；

③开启出水及回流机构的出水回流蠕动泵，定量好好氧颗粒污泥选择器的出水，使好氧颗粒污泥沉淀区的水力负荷为8~10m³/（㎡•h），随着培养的进行在保持推流反应器内污泥浓度不降低的条件下，逐步增加好氧颗粒污泥沉淀区的水力负荷至30~50m³/（㎡•h），然后稳定运行；

④正常运行后，在连续进水和出水的条件下，随着原污水中有机物的不断降解，在推流式反应器内会沿水流方向形成一个污染物浓度梯度，推流式反应器的后段的泥水混合物从推流式反应器的出水管一从好氧颗粒污泥选择器筒体的底部的进水管二进入好氧颗粒污泥选择器筒体内，泥水混合物在上升水流和曝气的共同作用下由下向上流动，流动至三相分离器处时，一部分混合液被气体提升管提升至好氧颗粒污泥回流水箱，在液位差的作用下从好氧颗粒污泥回流水箱回流至推流式反应器的进水管一，另一部分泥水混合物经过回流缝进入好氧颗粒污泥沉降区，在好氧颗粒污泥沉降区保持一定的水力负荷条件下，沉降性能较好的颗粒污泥沉降，又由回流缝返回至三相分离器的下方，保留在装置内，而沉降性能较差的絮状污泥和细小颗粒将随上升水流流出溢流堰，进而进入集水槽，在液位差的作用下从集水槽流入出水回流储液箱，一部分通过出水回流蠕动泵回流入装置中，多余的部分排出装置，达到对好氧颗粒污泥筛选的目的，该过程的周而复始，使得装置中培养出大量好氧颗粒污泥。

所述的步骤④中，推流式反应器的前段由于有机物浓度较高，微生物大量增殖，在推流反应器的有机玻璃反应柱内的水流及曝气的双重作用下，产生相对均一、以有机玻璃反应柱的轴线为中心的涡流，促使微生物聚集体进行摩擦，从而迫使微生物聚集体最终形成表面自由能最低的颗粒污泥；在推流反应器的后段，随着污染物的降解，污染物浓度成为微生物生长的限制因素，在贫营养的状态下，微生物细胞能够改变表面特性，使表面变得更加疏水，细胞间的粘附作用增强好氧颗粒污泥的形成得到进一步的加强，在反应机构中微生物主要以好氧颗粒污泥的形式存在，小部分的微生物以絮状或细小颗粒的形式存在。

本发明的增益效果是：

好氧颗粒污泥较高的沉降速率增加了生物体在反应器内的停留时间，使反应器内维持较多的生物量，提高了生物体的降解能力；另外，好氧颗粒污泥具有独特的结构特征，在一个颗粒内同时保持多种氧浓度与营养环境，颗粒特有的氧浓度梯度为各种微生物提供良好的生长条件，因而具有多种代谢活性，具有同步脱氮除磷功能。

本发明在连续流的条件下，创造出与sbr反应器的“推流式反应”和“可控选择压”的条件，并辅以颗粒污泥形成初期氯化钙溶液（“晶核”）的投加措施，快速、稳定地在反应系统内形成以好氧颗粒为主的生化反应主体——好氧颗粒污泥。本发明结构简单，操作环境要求不苛刻，进水和出水是连续性的不间歇的，运行比较简单，对自动控制要求不高，而且好氧颗粒污泥的生产率高。

本发明在使用的时候，推流反应器包括多个串联的有机玻璃反应柱，有机玻璃反应柱上端与大气连通，后一个有机玻璃反应柱的有机物浓度、微生物质与量均不同于前一个有机玻璃反应柱，实现了推流反应器的推流式运行，通过使好氧颗粒污泥回流至推流反应器的进水管一，然后随原污水一同进入推流反应器，实现了反应机构内好氧颗粒污泥周围周期性贫-富营养交替的状态，为反应机构内形成好氧颗粒提供了动力学条件；本发明的进水和出水是连续性的不间歇的，好氧颗粒污泥的生产率高；本发明的加药机构启动过程中可选择投加适量氯化钙溶液，提供好氧颗粒污泥成长所需要的晶核，以加快好氧颗粒污泥的形成过程；本发明的曝气泵与曝气头相连的之前的管道上均安装有阀门和气体流量计，能够通过控制气体流量进而控制反应区溶解氧浓度；本发明的好氧颗粒污泥选择器能够对好氧颗粒污泥筛选。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的好氧颗粒污泥选择器的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

参见图1和图2，图中序号：1为原水储液槽、2为进水蠕动泵、3为氯化钙溶液储液槽、4为氯化钙溶液添加蠕动泵、5为曝气泵、6为有机玻璃反应柱、7为阀门和气体流量计、8为好氧颗粒污泥选择器、9为出水回流蠕动泵、10为出水回流储液槽、11为好氧颗粒污泥回流水箱、12为气体提升管、13为溢流堰、14为集水槽、15为好氧颗粒污泥沉淀区、16为好氧颗粒污泥选择器筒体、17为三相分离器、18为回流缝、19为泥水混合液回流提升区、20为出水回流管、21为进水管二和22为曝气头。

本发明一种连续流好氧颗粒污泥培养与制备反应装置，包括进水机构、出水及回流机构、曝气机构、加药机构、以及反应机构，所述的反应机构包括推流反应器、以及与推流反应器的出水管一相连接的好氧颗粒污泥选择器8,所述的推流反应器为连续u型，所述的推流反应器包括多个串联的有机玻璃反应柱6，所述的有机玻璃反应柱6的上端均与大气相连通，所述的好氧颗粒污泥选择器8包括中空的好氧颗粒污泥选择器筒体16、设置在好氧颗粒污泥选择器筒体16内的三相分离器17、下端与三相分离器17的上端相连接的气体提升管12、以及与气体提升管12的上端相连接的好氧颗粒污泥回流水箱11，所述的好氧颗粒污泥选择器筒体16的下方的左右两侧分别连接有进水管二21和出水回流管20，所述的好氧颗粒污泥选择器筒体16的最下端安装有曝气头22，所述的进水管二21与推流反应器的出水管一相连接，所述的三相分离器17和好氧颗粒污泥选择器筒体16的内壁之间具有间隙，所述的间隙为回流缝18，所述的好氧颗粒污泥选择器筒体16的上端向外设置有溢流堰13和好氧颗粒污泥选择器筒体16上端的外圆周壁上设置有一圈集水槽14，所述的溢流堰13位于集水槽14内，所述的集水槽14用于收集从好氧颗粒污泥选择器筒体16的上端的溢流堰13流出的混合液，所述的好氧颗粒污泥回流水箱11通过管道与推流反应器的进水管一相连通，所述的好氧颗粒污泥回流水箱11的水平位置高于推流反应器的进水管一的水平位置和有机玻璃反应柱内的混合液的液面的水平位置，所述的进水管一安装在最左侧的有机玻璃反应柱6的下方的左侧，所述的出水管一安装在最右侧的有机玻璃反应柱的下方的右侧。

所述的三相分离器17为漏斗状的，漏斗状的三相分离器17的大端位于下方，所述的漏斗状的三相分离器17的小端位于上方，与气体提升管12的下端相连接。

所述的出水及回流机构包括出水口与出水回流管20相连接的出水回流蠕动泵9、以及与出水回流蠕动泵9的进水口相连接的出水回流储液箱10，所述的集水槽14的下端通过管道与出水回流储液箱10相连接，所述的集水槽14位于出水回流储液箱10的上方。

所述的曝气机构包括曝气泵5，所述的有机玻璃反应柱8的下端均安装有曝气头22，所述的曝气泵5的曝气口通过曝气管道与有机玻璃反应柱8的下端均安装的曝气头22和好氧颗粒污泥选择器筒体8的最下端安装的曝气头22相连，所述的曝气泵5与曝气头22曝气管道相连的曝气管道上均安装有阀门和气体流量计7，所述的阀门和气体流量计7的个数与曝气头22的个数相等。

所述的有机玻璃反应柱6为8根，所述的阀门和气体流量计7的个数与曝气头22的个数均为9个。

所述的加药机构包括氯化钙溶液储液槽3、以及进水口与氯化钙溶液储液槽3相连接的氯化钙溶液添加蠕动泵4，所述的氯化钙溶液添加蠕动泵4的出水口与推流反应器的进水管一相连通。

所述的进水机构包括原水储液箱1、以及进水口与原水储液箱1相连接的进水蠕动泵2，所述的进水蠕动泵2的出水口与推流反应器的进水管一相连通。

所述的好氧颗粒污泥选择器筒体16内位于三相分离器17的上方的腔体为好氧颗粒污泥沉淀区15，所述的好氧颗粒污泥选择器筒体内位于三相分离器的下方的腔体为泥水混合液回流提升区19。

一种利用上述权利要求1～8任一所述的种连续流好氧颗粒污泥培养与制备反应装置的好氧颗粒污泥的培养与驯化方法，包括以下步骤：

①采用污水处理厂活性污泥或者厌氧颗粒污泥为接种污泥，进行污泥接种；

②接种污泥后，将一定浓度的原污水加入原水储液槽1内，然后由进水蠕动泵2定量加入推流反应器内，控制推流反应器容积负荷为5.0~10.0kgcod/(m³•d)，同时开启曝气泵为推流式反应器及好氧颗粒污泥选择器8曝气，通过控制相应的阀门使控制推流式反应器的各个有机玻璃反应柱6内的溶解氧浓度为2mg/l以上，通过控制阀门使好氧颗粒污泥选择器8内的气体提升流量为进水量的3~5倍；

③开启出水及回流机构的出水回流蠕动泵9，定量好好氧颗粒污泥选择器8的出水，使好氧颗粒污泥沉淀区15的水力负荷为8~10m³/（㎡•h），随着培养的进行在保持推流反应器内污泥浓度不降低的条件下，逐步增加好氧颗粒污泥沉淀区15的水力负荷至30~50m³/（㎡•h），然后稳定运行；

④正常运行后，在连续进水和出水的条件下，随着原污水中有机物的不断降解，在推流式反应器内会沿水流方向形成一个污染物浓度梯度，推流式反应器的后段的泥水混合物从推流式反应器的出水管一从好氧颗粒污泥选择器筒体16的底部的进水管二21进入好氧颗粒污泥选择器筒体16内，泥水混合物在上升水流和曝气的共同作用下由下向上流动，流动至三相分离器17处时，一部分混合液被气体提升管12提升至好氧颗粒污泥回流水箱11，在液位差的作用下从好氧颗粒污泥回流水箱11回流至推流式反应器的进水管一，另一部分泥水混合物经过回流缝18进入好氧颗粒污泥沉降区15，在好氧颗粒污泥沉降区15保持一定的水力负荷条件下，沉降性能较好的颗粒污泥沉降，又由回流缝18返回至三相分离器17的下方，保留在装置内，而沉降性能较差的絮状污泥和细小颗粒将随上升水流流出溢流堰13，进而进入集水槽14，在液位差的作用下从集水槽14流入出水回流储液箱10，一部分通过出水回流蠕动泵9回流入装置中，多余的部分排出装置外，达到对好氧颗粒污泥筛选的目的，该过程的周而复始，使得装置中培养出大量好氧颗粒污泥。

所述的步骤④中，推流式反应器的前段由于有机物浓度较高，微生物大量增殖，在推流反应器的有机玻璃反应柱6内的水流及曝气的双重作用下，产生相对均一、以有机玻璃反应柱6的轴线为中心的涡流，促使微生物聚集体进行摩擦，从而迫使微生物聚集体最终形成表面自由能最低的颗粒污泥；在推流反应器的后段，随着污染物的降解，污染物浓度成为微生物生长的限制因素，在贫营养的状态下，微生物细胞能够改变表面特性，使表面变得更加疏水，细胞间的粘附作用增强好氧颗粒污泥的形成得到进一步的加强，在反应机构中微生物主要以好氧颗粒污泥的形式存在，小部分的微生物以絮状或细小颗粒的形式存在。

一部分通过出水回流蠕动泵9通过出水回流管20进入好氧颗粒污泥选择器筒体16内，上升水流和曝气的共同作用下由下向上流动，流动至三相分离器17处时，一部分混合液被气体提升管12提升至好氧颗粒污泥回流水箱11，在液位差的作用下从好氧颗粒污泥回流水箱11回流至推流式反应器的进水管一，另一部分泥水混合物经过回流缝18进入好氧颗粒污泥沉降区15，在好氧颗粒污泥沉降区15保持一定的水力负荷条件下，沉降性能较好的颗粒污泥沉降，又由回流缝18返回至三相分离器17的下方，保留在装置内，而沉降性能较差的絮状污泥和细小颗粒将随上升水流流出溢流堰13，进而进入集水槽14，在液位差的作用下从集水槽14流入出水回流储液箱10，一部分通过出水回流蠕动泵9又回流入装置中，多余的部分排出装置外，多余的部分为进水机构和加药机构加入的量，该过程的周而复始，使得装置中培养出大量好氧颗粒污泥。

本发明在使用的时候，推流反应器包括多个串联的有机玻璃反应柱6，有机玻璃反应柱6上端与大气连通，后一个有机玻璃反应柱6的有机物浓度、微生物质与量均不同于前一个有机玻璃反应柱，实现了推流反应器的推流式运行，通过好氧颗粒污泥回流至推流反应器的进水管一，然后随原污水一同进入推流反应器，实现了反应机构内好氧颗粒污泥周围周期性贫-富营养交替的状态，为反应机构内形成好氧颗粒提供了动力学条件；本发明的进水和出水是连续性的不间歇的，好氧颗粒污泥的生产率高；本发明的加药机构启动过程中可选择投加适量氯化钙溶液，提供好氧颗粒污泥成长所需要的晶核，以加快好氧颗粒污泥的形成过程；本发明的曝气泵5与曝气头11之间相连的曝气管道上均安装有阀门和气体流量计，能够通过控制气体流量进而控制反应区溶解氧浓度；本发明的好氧颗粒污泥选择器能够对好氧颗粒污泥筛选；本发明结构简单，操作环境要求不苛刻，进水和出水是连续性的不间歇的，而且好氧颗粒污泥的生产率高。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。