[发明专利]进水高度可调的底部进水高效脱氮好氧颗粒污泥反应器及处理工艺

说明书

一种进水高度可调节的底部进水高效脱氮好氧颗粒污泥反应器，好氧颗粒污泥反应器的底部设有进水高度可调节的进水装置，利用污泥床中颗粒污泥粒径分布特性及基质浓度分布的特性，在不同运行阶段调节底部进水口高度，使污泥床中具有最佳稳定性及污染物去除效果的颗粒优先获得基质，促进其生长，实现对颗粒粒径分布的优化，从而强化好氧颗粒污泥的稳定性及总氮等污染物去除效果，以及提供一种好氧颗粒污泥反应器的处理工艺。反应器以市政污水为进水，接种活性污泥，采用序批式运行方式；序批式运行周期包括进水‑曝气‑沉降‑出水四个阶段。本发明确立最佳颗粒粒径范围、富集最佳粒径颗粒、稳定性较好、污染物去除效果良好。

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，涉及污泥反应器，尤其是一种好氧颗粒污泥反应器及处理工艺。

背景技术

目前，国内污水处理面临两大难题：一方面是污水处理厂剩余污泥处理压力逐年增加。传统活性污泥法存在的剩余污泥产量高、占地面积大等问题是污水厂良性发展的制约因素。目前剩余污泥处理的费用约为200-400元/吨，占污水处理厂运行费用的50％左右且逐年上升。污泥的减量化、无害化和资源化已经成为业内关注的焦点，也成为整个污水处理行业发展的重要制约因素。另一方面，随着城镇化的发展，国家对污水处理厂的排放标准也愈发严格，尾水中总氮的脱除效率已成为重要考核标准。尽管目前我国设市城市、县累计建成污水处理厂3802座，污水处理能力达1.61亿立方米/日，多数污水厂仍不具高效脱氮能力，而现有的污水处理工艺由于缺乏总氮的有效去除，面临大规模的升级改造。

好氧颗粒污泥因其具有致密的物理结构、优异的沉降性能、功能互营的菌群和高浓度的生物量，在泥水快速分离、同步脱氮除磷、有毒物高效降解、剩余污泥减量等方面具有明显技术优势。其污泥产率仅为0.15kg MLSS/kg COD左右，远小于活性污泥的0.4-0.6kgMLSS/kg COD，实现了污泥源头减量，在目前剩余污泥处置形势严峻的背景下具有重要的经济意义。同时，当颗粒污泥达到一定粒径后，由于传质阻力的限制使溶解氧无法渗透入颗粒内部，在颗粒结构中形成了由外向内的好氧-缺氧区，为脱氮微生物群落提供了合适的生存环境，从而具有良好同步脱氮效果。由于具有同步脱氮除磷及良好的污泥沉降性，好氧颗粒污泥处理工艺无需设置厌/缺氧段及二沉池，大大节约了占地及建设费用。其占地及建设费用分别仅为传统活性污泥工艺的25％和75％。

但生活污水及工业废水好氧颗粒污泥处理工程运行发现，系统在长期运行(120天～400天不等)条件下易发生结构解体、污泥流失、过程失稳，从而导致反应器崩溃，极大地制约了其工程运用。现有研究表明，运行过程中颗粒污泥粒径过度增加、颗粒内部传质受限是颗粒解体的主要致因。运行过程中颗粒内部溶解氧传质受限，导致厌氧产酸，降低了颗粒内部pH，使作为EPS骨架结构的β-多糖被溶解，破坏了好氧颗粒污泥空间结构导致解体；同时，颗粒内部基质不足导致颗粒内部新陈代谢速率下降并出现内源呼吸及细胞自溶，在颗粒内部产生中空结构。这种中空结构削弱了颗粒强度并导致破碎解体。综上所述，抑制颗粒粒径过度增长对好氧颗粒污泥反应器维稳具有重要意义。

已有研究基于泥龄控制，通过在曝气阶段排出泥水混合液，降低反应器泥龄，控制颗粒粒径。但颗粒的排出抑制了絮凝菌生长优势，造成轻质絮体增殖，运行容易失稳。也有研究者通过沉降后排出底部大颗粒污泥，抑制颗粒粒径过度增长。但筛选操作复杂，工程化运用难度高。近年来有通过提高曝气强度增加水力剪切，实现对颗粒粒径的抑制，但大大增加了能耗，提高了运行成本。另一方面，已有策略在抑制大颗粒粒径增长的同时，往往导致颗粒平均粒径过小，对颗粒污泥同步脱氮除磷效果及污染物去除不利。传质研究表明，过小的平均颗粒粒径将导致溶解氧渗透至颗粒内部缺氧区，抑制反应器同步脱氮效果。结合颗粒稳定性与污染物去除效率，研究广泛认为好氧颗粒污泥具有最佳粒径范围，富集最佳粒径颗粒有助于强化颗粒污泥稳定性及污染物去除效果。但如何确立最佳颗粒粒径范围，以及优化颗粒粒径分布迄今尚无有效地对策。

发明内容