一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺的制作方法

本发明涉及环境保护与水资源合理利用技术领域，具体是涉及一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺。

背景技术：

随着社会经济的持续发展和城市化进程加快，城市污水和工业废水排放量和处理量日益增大，排放标准日趋严格，相应的污水处理厂的剩余污泥产生量也急剧上升。剩余污泥含水率高、体积大，且其中含有大量有害化学物质、寄生虫及重金属等。目前，我国每年干污泥产量约为934万吨，并以10％的速度逐年增长。

传统的污泥处理处置方法通常采用先浓缩、脱水减容，再焚烧、卫生填埋、堆肥和土地利用等进行末端处置。然而，其过程复杂，占地面积要求高，存在二次污染；此外，污泥处理处置费用通常占污水处理厂总运行费用的25-50％，已成为污水运营单位沉重的财政负担。

在污水处理过程中实现污泥原位减量是解决剩余污泥问题的重要途径之一。污泥原位减量技术主要包括物理化学和生物过程减量技术两大类。但是物化法具有能耗和成本偏高的问题，且化学药剂投加尚需解决毒性副产物的产生、微生物活性抑制等问题。生物原位减量技术中的侧流减量工艺具有运行成本低、运行管理方便的优点，受到广泛关注，但其需要在传统的主流生物处理系统旁路增设hrt较长(如8h)的侧流污泥减量反应器(ssr)，这也限制了其在污水处理厂中的实际应用，而在较低的侧流hrt条件下，污泥衰减/裂解和颗粒性有机物水解速率的降低以及解偶联代谢效率处于较低水平，限制了减量率的提高。因此，如果能解决以上两个难题，在降低ssr体积的同时控制能耗，则能实现技术优势互补，推动污泥原位减量技术的产业化应用。

技术实现要素：

针对传统厌氧ssr工艺厌氧侧流池hrt过长而限制实际应用的问题，本发明提供了一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺。

本发明的技术方案是:一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺，所述工艺主要包括主流生物处理系统和侧流污泥减量系统，

所述主流生物处理系统包括沿污泥流动方向依次连接缺氧池、曝气池和沉淀池，所述曝气池底部通过管道将消化液泵回缺氧池，所述沉淀池底部通过管道泵入侧流污泥减量系统，

所述侧流污泥减量系统包括饥饿好氧侧流池和饥饿厌氧侧流池，侧流污泥减量系统的出口返回连接所述缺氧池；

所述缺氧池、饥饿厌氧侧流池内各设有用于搅动的旋转器，所述曝气池、饥饿好氧侧流池内底部均设有用于强化曝气并防堵的多效曝气组件，所述多效曝气组件通过管道与外界的曝气泵连接。

本发明的侧流饥饿好氧/厌氧强化活性污泥原位减量化工艺，首先活性污泥进入饥饿环境下的好氧侧流池，污泥细胞结构松散，空气气泡产生的强大剪切力导致絮体胞外聚合物的聚合度下降，污泥发生裂解释放胞内物质，为减量微生物的增殖提供更多优质碳源；此外，饥饿好氧处理使污泥颗粒粒径减小到适宜微生物水解的程度，从而强化颗粒性有机物的水解，产生更多的小分子物质；此外，侧流饥饿(好氧/厌氧)耦合主流养分充足条件(好氧/厌氧沉淀)的交替循环下，由于电子受体的交替变化，电子传递链活性波动幅度增大，且处于较高水平；而在更多的小分子物质的作用下，会造成质子内漏现象，扰乱质子循环通量，使atp合酶活性降低，从而影响氧化磷酸化过程，增强atp的消散，强化解偶联代谢；本发明可提升污泥原位减量工艺的减量效率，缩短侧流减量单元的反应时间，推广侧流原位减量工艺的实际应用。

进一步地，所述多效曝气组件主要包括曝气主体管，所述曝气主体管呈圆环形，且其上部内侧设有可转动的环形齿链，曝气主体管上等间距设有多个链轮，

所述链轮通过转动杆贯穿曝气主体管上壁并与气轮连接，所述气轮设置在曝气主管体内底面的嵌槽内，气轮一侧的曝气主体管内设有气轮驱动管路，所述气轮驱动管路与各个气轮对应处的嵌槽对接，所述气轮驱动管路一端口处与曝气主体管外壁设有进气口连通，气轮驱动管路另一端口处与曝气主体管内部连通，

所述环形齿链内侧周向设有环形导气环，所述环形导气环分为上半环体、下半环体；所述上半环体与下半环体接缝处滑动密封连接，所述上半环体设置在环形齿链上并与其固定连接，上半环体外侧周向设有多个曝气旋管与其转动密封连接，所述曝气旋管靠近上半环体的一端上设有驱动齿环；所述下半环体设置在曝气主体管上并与其内部连通，下半环体外侧设有用于与驱动齿环啮合传动的环形齿环，

所述曝气主体管底部外壁设有用于与所述曝气池、饥饿好氧侧流池内底部连接固定的螺栓接耳，所述多效曝气组件通过所述进气口与外界的曝气泵的管道连接。

上述多效曝气组件的结构设计，利用曝气泵泵入气体气流进行各个曝气旋管的周向转动，通过配合各个传动组件的设计，使曝气旋管在周向转动的同时进行自转，从而降低曝气管被污泥封堵的情况，避免影响曝气组件的工作效率及效果，同时，上述多效曝气组件无需额外的用电设备进行加载驱动，因而其具有能耗低，曝气效果好的优点。

更进一步地，所述曝气旋管分为主体旋管、活动旋管，所述主体旋管内设有中空层，且主体旋管内、外壁上周向分布有多个对应的曝气孔，所述活动旋管嵌入主体旋管的中空层内，活动旋管近端端头处通过多组伸缩弹簧与主体旋管的中空层内端壁连接，活动旋管远端端头处设有压推活塞与主体旋管内壁活动卡接，活动旋管上周向分布有多个与曝气孔所错位对应的防堵控制孔。通过曝气旋管双管的结构设计，可以进一步加强曝气旋管的防堵效果，通过针对有无气流充入自动进行曝气孔的开启和关闭，装置结构简单有效。

进一步地，所述主流生物处理系统适用于缺氧-好氧-沉淀工艺，厌氧-缺氧-好氧-沉淀工艺，但不限于这两种，其适用于如今广泛应用于污水处理厂的污水处理工艺。

进一步地，所述侧流污泥减量系统是由饥饿好氧侧流池和饥饿厌氧侧流池组成，其中饥饿好氧侧流池溶解氧为2.0-5.0mg/l，所述缺氧池、饥饿厌氧侧流池的旋转器转速为50-150rpm/min。

进一步地，所述侧流污泥减量系统的饥饿好氧侧流池和饥饿厌氧侧流池的hrt均为1.5-5.0h。

进一步地，所述工艺主要包括以下步骤：

1)将待处理污水依次送入主流生物处理系统的缺氧池和曝气池中处理，曝气池的泥水混合液一部分回流至缺氧池，一部分在沉淀池固液分离后，底部沉淀的污泥回流至侧流污泥减量系统，

2)污泥进入侧流污泥减量系统后，依次送入饥饿好氧侧流池和饥饿厌氧侧流池，最后回流至缺氧池。

更进一步地，主要包括步骤1)中从曝气池污泥混合液回流至缺氧池的含量占比为150-300％

更进一步地，主要包括步骤2)中从在沉淀池底部排出的污泥送入侧流污泥减量系统的含量占比为50-150％。

本发明工艺的工作原理为：在饥饿的好氧条件下，由于水力剪切力、拉伸力的作用，污泥胞外聚合物的聚合度下降，絮体易损，不稳定，强化污泥裂解，释放胞内物质，而因较短的hrt，在好氧侧流单元中，主要发生污泥裂解。在后续的厌氧侧流单元中，生物质进一步发生内源衰减裂解，而部分二次基质用于反硝化作用；同时，增强的水解作用产生更多的小分子物质，在交替饥饿/盛宴系统营造的电子传递链活性较高的环境下，会造成质子内漏的现象，扰乱质子循环过程，降低了atp合酶的活性，从而影响氧化磷酸化过程，增强atp的消散作用，强化解偶联代谢；最终实现污泥减量效率的提升，交替的好氧/厌氧条件导致侧流系统的二次基质的重复释放和利用有利于捕食菌和水解慢生菌的富集，从而强化主流系统的碳源再利用，有助于出水cod的降低。

本发明多效曝气组件的工作方法为：通过曝气泵、管道将气体泵入进气口，气体主要先沿着曝气主体管内的气轮驱动管路进行流动，在气流推力下依次推动各个气轮，继而通过气轮转动带动链轮进行转动，再通过链轮与环形齿链的传动关系使环形齿链带动上半环体沿着下半环体进行转动，进而各个曝气旋管在驱动齿环、环形齿环的啮合作用下进行转动，实现多个曝气旋管自转以及周转的曝气效果；

其中，曝气旋管的工作方法为：当曝气主体管内充入气体后，其内部压强增高，因而，通过环形导气环将气体分流至各个曝气旋管内，在气压作用下推动推压活塞使其向远端移动，继而推动活动旋管向外侧移动，因而，原本错位的曝气孔与防堵控制孔对位使气体从曝气孔喷出，在没有气压作用时，其受到伸缩弹簧的弹力使其复位，从而再次使防堵控制孔与所对应的曝气孔错位，实现对曝气孔的封堵。

本发明的有益效果是:

(1)本发明通过强化污泥衰减裂解和解偶联代谢，以及颗粒性有机物的水解速率，从而增强了减量效率，减少侧流反应器的体积，实现高效减量，推广其实际工程应用。

(2)本发明工艺的侧流污泥减量系统释放的碳源进入主流生物处理系统再利用，提高出水cod去除率，提升了整体系统的有机物去除能力。

(3)本发明工艺不改变主流生物处理系统工艺，仅增设一个饥饿好氧、厌氧侧流池，相比减少的污泥所需的污泥处置费用，大大降低污泥处置成本和二次污染。

(4)本发明的设备结构简单，运行维护方便，通过多效曝气组件的结构设计，使其具有无需额外的用电设备进行加载驱动，即可使曝气旋管在周向转动的同时进行自转，从而降低曝气管被污泥封堵的情况，其具有能耗低，曝气效果好的优点。

附图说明

图1是本发明方法装置的整体结构示意图。

图2是本发明多效曝气组件的整体结构俯视示意图。

图3是本发明多效曝气组件的整体结构纵剖示意图。

图4是本发明图3的a处局部放大图。

图5是本发明多效曝气组件的整体结构横剖示意图。

图6是本发明曝气旋管的拆分结构示意图。

图7为本发明实施例1减量强化工艺与传统工艺的化学需氧量去除效果对比图；

图8为本发明实施例1减量强化工艺与传统工艺的氨氮去除效果对比图；

图9为本发明实施例1减量强化工艺与传统工艺的总氮去除效果对比图；

图10为本发明实施例1减量强化工艺与传统工艺的污泥减量效果对比图。

其中，1-缺氧池、2-曝气池、3-沉淀池、4-饥饿好氧侧流池、5-饥饿厌氧侧流池、6-旋转器、7-多效曝气组件、71-曝气主体管、711-链轮、712-气轮、713-嵌槽、714-气轮驱动管路、72-环形齿链、73-进气口、74-环形导气环、741-上半环体、742-下半环体、75-曝气旋管、751-主体旋管、752-活动旋管、753-曝气孔、754-伸缩弹簧、755-推压活塞、756-防堵控制孔、76-驱动齿环、77-环形齿环、78-螺栓接耳。

具体实施方式

如图1所示，一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺，工艺主要包括主流生物处理系统和侧流污泥减量系统，主流生物处理系统包括沿污泥流动方向依次连接缺氧池1、曝气池2和沉淀池3，曝气池2底部通过管道将消化液泵回缺氧池1，沉淀池3底部通过管道泵入侧流污泥减量系统，侧流污泥减量系统包括饥饿好氧侧流池4和饥饿厌氧侧流池5，侧流污泥减量系统的出口返回连接缺氧池1；缺氧池1、饥饿厌氧侧流池5内各设有用于搅动的旋转器6，曝气池2、饥饿好氧侧流池4内底部均设有用于强化曝气并防堵的多效曝气组件7，多效曝气组件7通过管道与外界的曝气泵连接。

其中，如图2、3、5所示，多效曝气组件7主要包括曝气主体管71，曝气主体管71呈圆环形，且其上部内侧设有可转动的环形齿链72，曝气主体管71上等间距设有多个链轮711，链轮711通过转动杆贯穿曝气主体管71上壁并与气轮712连接，气轮712设置在曝气主管体71内底面的嵌槽713内，气轮712一侧的曝气主体管71内设有气轮驱动管路714，气轮驱动管路714与各个气轮712对应处的嵌槽713对接，气轮驱动管路714一端口处与曝气主体管71外壁设有进气口73连通，气轮驱动管路714另一端口处与曝气主体管71内部连通，环形齿链72内侧周向设有环形导气环74，环形导气环74分为上半环体741、下半环体742；上半环体741与下半环体742接缝处滑动密封连接，上半环体741设置在环形齿链72上并与其固定连接，上半环体741外侧周向设有多个曝气旋管75与其转动密封连接，曝气旋管75靠近上半环体741的一端上设有驱动齿环76；下半环体742设置在曝气主体管71上并与其内部连通，下半环体742外侧设有用于与驱动齿环76啮合传动的环形齿环77，

如图3、6所示，曝气旋管75分为主体旋管751、活动旋管752，主体旋管751内设有中空层，且主体旋管75内、外壁上周向分布有多个对应的曝气孔753，活动旋管752嵌入主体旋管751的中空层内，活动旋管752近端端头处通过多组伸缩弹簧754与主体旋管75的中空层内端壁连接，活动旋管752远端端头处设有压推活塞755与主体旋管751内壁活动卡接，活动旋管752上周向分布有多个与曝气孔753所错位对应的防堵控制孔756。通过曝气旋管75双管的结构设计，可以进一步加强曝气旋管75的防堵效果，通过针对有无气流充入自动进行曝气孔753的开启和关闭，装置结构简单有效；

如图2所示，曝气主体管71底部外壁设有用于与曝气池2、饥饿好氧侧流池4内底部连接固定的螺栓接耳78，多效曝气组件7通过进气口73与外界的曝气泵的管道连接。

通过多效曝气组件7的结构设计，利用曝气泵泵入气体气流进行各个曝气旋管75的周向转动，通过配合各个传动组件的设计，使曝气旋管75在周向转动的同时进行自转，从而降低曝气管被污泥封堵的情况，避免影响曝气组件的工作效率及效果，同时，上述多效曝气组件7无需额外的用电设备进行加载驱动，因而其具有能耗低，曝气效果好的优点。

上述多效曝气组件7的工作方法为：通过曝气泵、管道将气体泵入进气口73，气体主要先沿着曝气主体管71内的气轮驱动管路714进行流动，在气流推力下依次推动各个气轮712，继而通过气轮712转动带动链轮711进行转动，再通过链轮711与环形齿链72的传动关系使环形齿链72带动上半环体741沿着下半环体742进行转动，进而各个曝气旋管75在驱动齿环76、环形齿环77的啮合作用下进行转动，实现多个曝气旋管75自转以及周转的曝气效果；

其中，曝气旋管75的工作方法为：当曝气主体管71内充入气体后，其内部压强增高，因而，通过环形导气环74将气体分流至各个曝气旋管75内，在气压作用下推动推压活塞755使其向远端移动，继而推动活动旋管752向外侧移动，因而，原本错位的曝气孔753与防堵控制孔756对位使气体从曝气孔753喷出，在没有气压作用时，其受到伸缩弹簧754的弹力使其复位，从而再次使防堵控制孔756与所对应的曝气孔753错位，实现对曝气孔753的封堵；旋转器6通过上接驱动电机等方式进行转动驱动。

实施例1

如图1所示，待处理水由进水泵泵入主流生物处理系统(缺氧池1→曝气池2→沉淀池3)，缺氧池1搅拌转速为80rpm/min；缺氧池1和曝气池2的hrt分别为2.5和8h，曝气池2由曝气泵底部曝气，其溶解氧控制在3.8-4.0mg/l，曝气池2的污泥浓度为3.0g/l，污泥混合液从曝气池2回流到缺氧池1的比例是150％；污泥进入沉淀池3发生泥水分离，底部沉淀的污泥回流至侧流污泥减量系统的饥饿好氧侧流池4，回流比例为80％，饥饿好氧侧流池4的溶解氧为3.0-4.0mg/l；污泥随后进入饥饿厌氧侧流池5，搅拌转速为80rpm/min，污泥再通过污泥回流泵回流至缺氧池1，回流比例为80％；侧流污泥减量系统的饥饿好氧侧流池4和饥饿厌氧侧流池5的hrt均为2.5h。

如图7-10所示，经数据检测分析，上述交替饥饿好氧/厌氧污泥侧流原位减量强化工艺的污泥减量率可达39.7％和21.8％，相比于传统的ao工艺(仅有缺氧-好氧-沉淀的主流系统)和厌氧侧流污泥原位减量工艺(缺氧-好氧-沉淀的主流系统耦合厌氧侧流系统)，出水cod去除率分别提高了29.6％和14.7％，而出水总氮和氨氮的去除率未受影响。

实施例2

如图1所示，待处理水由进水泵泵入主流生物处理系统(缺氧池1→曝气池2→沉淀池3)，缺氧池1搅拌转速为100rpm/min；缺氧池1和曝气池2的hrt分别为2.3和8.3h，曝气池2由曝气泵底部曝气，其溶解氧控制在2.0-4.3mg/l，曝气池2的污泥浓度为2.8g/l，污泥混合液从曝气池2回流到缺氧池1的比例是200％；污泥进入沉淀池3发生泥水分离，底部沉淀的污泥回流至侧流污泥减量系统的饥饿好氧侧流池4，回流比例为100％，饥饿好氧侧流池4的溶解氧为3.0-4.0mg/l；污泥随后进入饥饿厌氧侧流池5，搅拌转速为50rpm/min，污泥再通过污泥回流泵回流至缺氧池1，回流比例为80％；侧流污泥减量系统的饥饿好氧侧流池4和饥饿厌氧侧流池5的hrt均为1.5h。

经数据检测分析，上述交替饥饿好氧/厌氧污泥侧流原位减量强化工艺的污泥减量率可达35.7％和16.9％，相比于传统的ao工艺(仅有缺氧-好氧-沉淀的主流系统)和厌氧侧流污泥原位减量工艺(缺氧-好氧-沉淀的主流系统耦合厌氧侧流系统)，出水cod去除率分别提高了30.6％和18.3％，而出水总氮和氨氮的去除率未受影响。

实施例3

如图1所示，待处理水由进水泵泵入主流生物处理系统(缺氧池1→曝气池2→沉淀池3)，缺氧池1搅拌转速为80rpm/min；缺氧池1和曝气池2的hrt分别为2.3和8.3h，曝气池2由曝气泵底部曝气，其溶解氧控制在2.0-4.3mg/l，曝气池2的污泥浓度为3.2g/l，污泥混合液从曝气池2回流到缺氧池1的比例是250％；污泥进入沉淀池3发生泥水分离，底部沉淀的污泥回流至侧流污泥减量系统的饥饿好氧侧流池4，回流比例为80％，饥饿好氧侧流池4的溶解氧为3.0-4.0mg/l；污泥随后进入饥饿厌氧侧流池5，搅拌转速为50rpm/min，污泥再通过污泥回流泵回流至缺氧池1，回流比例为80％；侧流污泥减量系统的饥饿好氧侧流池4和饥饿厌氧侧流池5的hrt均为5h。

经数据检测分析，上述交替饥饿好氧/厌氧污泥侧流原位减量强化工艺的污泥减量率可达42.3％和20.6％，相比于传统的ao工艺(仅有缺氧-好氧-沉淀的主流系统)和厌氧侧流污泥原位减量工艺(缺氧-好氧-沉淀的主流系统耦合厌氧侧流系统)，出水cod去除率分别提高了35.9％和21.6％，而出水总氮和氨氮的去除率未受影响。