[发明专利]在活性污泥污水处理系统中控制剩余污泥减量的方法及反应器

说明书

技术领域

本发明属于水污染控制剩余污泥减量技术领域，具体涉及一种污水处理系统污泥回流旁路的污泥减量反应器。

背景技术

活性污泥法是目前世界上应用最为广泛的污水生物处理技术，该法以活性污泥主体，通过微生物对污染物质的生化降解使污水得到净化。活性污泥系统在污水处理过程将产生大量的剩余污泥，约占污水总量的0.5％～1％(含水率约97％)，污泥处理的投资和运行费用约占整个污水厂总投资和运行费用的30％～50％。剩余污泥中不仅含有相当数量有毒有害物质如病原微生物、有机物、重金属离子等，而且稳定性差，对环境存在直接和潜在的长期的、累积性风险。针对污水处理厂剩余污泥难以处理处置的现实问题，污水生物处理同步污泥减量技术在20世纪90年代应运而生。该技术与传统的污泥浓缩、消化、干化等末端处理、处置技术有本质的差异，其侧重于污水处理过程中剩余污泥产量(系统生物污泥的产率系数)的降低，是一种具有污染物源头减量技术特征的污水处理过程同步技术。关于在污水处理工艺过程中同步降低污泥产生量的技术原理，目前国内外研究成果较为一致地认为主要为如下微生物代谢和生化动力学途径：①降低细菌等微生物细胞的净合成量；②加快生物体的自身氧化速率；③强化微型动物对细菌的捕食作用。相应的污泥减量技术主要有解偶联(投加解偶联剂、设置厌氧解偶联池)、溶胞以及强化后生动物捕食减量等。

在污水生物处理过程中，基质脱下的氢经呼吸链氧化生成水，所释放出的能量用于ADP磷酸化生成ATP，这两个过程同时进行，即氧化时偶联磷酸化。生成的ATP主要用于提供生物合成时所需的能量、机体活动所需的能量。所谓解偶联即是只指通过投加解偶联剂或通过改变工艺条件使得微生物对基质的氧化和ADP磷酸化生成ATP进行细胞增殖两个过程不再偶联在一起，从而达到降低污泥产率的目的。投加解偶联剂的最大优势是污水处理系统中只需增设投药装置，但在实际应用中存在以下问题：①长时间接触后，微生物的驯化作用使解偶联剂失效；②解偶联剂的投加量通常很大，导致污水处理运行费用增加；③解偶联剂通常是较难生物降解或对生物有较大毒性的化合物，在水处理过程中存在潜在的环境安全性问题。通过改变工艺条件进行解偶联工艺主要为OSA技术，即在活性污泥工艺中的污泥回流旁路设置特定的厌氧池，使好氧段获得的ATP在厌氧段作为维持细胞生命活动的能量被消耗，实现代谢解偶联，抑制细胞合成，实现污泥减量。但该法存在着污泥在厌氧段中停留时间长，污泥减量容积效率较低、易降低系统微生物群体活性和多样性，以及对进水有机物浓度要求较高等不足。

所谓溶胞就是指细菌迅速死亡并分解成为基质供其他细菌利用，并减低污泥产率。目前，国内外研究的通过溶胞原理实现污泥减量的技术主要有：臭氧、氯气溶胞技术、调整污水处理工艺参数以及加热、加压、超声波等物理方法与生物溶胞技术。但其普遍存在着耗氧量大、运行管理复杂、处理费用高昂，以及物理溶胞过程易对微生物生长代谢造成破坏，进而对污水处理系统的活性污泥微生物造成显著的不利影响等问题。

后生动物捕食减量工艺是通过强化食物链，使能量从低营养级(细菌)向高营养级(原生动物和后生动物)的传递中发生损失而进行污泥减量，安全性较高，但后生动物生长不易控制，运行管理难度大，污水处理系统的污泥减量效果也较难稳定操控。

各种污水处理污泥源头减量技术都具有不同程度的剩余污泥减量效果，但这些技术仍然存在以下几个尤为突出且具有共性的问题：需氧量(能耗)的增加、费用高昂，营养物质的去除能力较低，污泥中无机物在系统中循环积累，微生物的活性和沉降性能降低等。因此，在确保污水处理出水水质的前提下，降低污水处理系统污泥产率的关键在于既能通过控制反应器内微生物适宜的代谢环境，维持活性污泥活性和沉淀性能，又能维持系统中较低的污泥产率实现污泥源头减量。同时，活性污泥中部分惰性无机物或无机砂也是直接影响污水处理系统污泥同步减量过程的制约因素，如何在污泥减量旁路系统中有效分离无机物质也直接关系到剩余污泥减量的实效性和系统长期运行的可靠性。

发明内容

本发明主要针对现有污泥回流旁路系统剩余污泥源头减量技术的不足，从反应器技术的角度，基于工艺条件改变对微生物在不同生长环境中的代谢特征，进行反应器构型设计和污水回流污泥减量反应器工艺参数的优化，提出一种在活性污泥污水处理系统中控制剩余污泥减量的方法，同时提出实现该方法的设计在污泥回流旁路上的弧形导流墙厌氧/限氧半循环污泥减量反应器。