低溶解氧丝状菌污泥膨胀节能污水生物处理方法

摘要

低溶解氧污泥膨胀节能污水生物处理方法属于污水生物处理领域，特征在于，它包括以下步骤：原污水连续进入含有活性污泥混合液的溶解氧浓度在0.4～0.8mg/L的曝气池；曝气池的出水进入二沉池沉淀，进行泥水分离，澄清的上清液从二沉池上部的溢流堰溢流、排放，沉淀在二沉池底部的活性污泥一部分以剩余污泥的形式排放；一部分以回流污泥的形式回流到曝气池，控制污泥回流比在85％～105％；当活性污泥浓度在800～3000mg/L时，活性污泥在二沉池内停留时间不小于2.5小时。当活性污泥浓度在3000～7000mg/L时，活性污泥在二沉池内停留时间不小于4小时。本发明发挥丝状菌的特点，在保证出水水质的前提下提高处理效率，又减小曝气量和节约能源的目的，对传统活性污泥工艺观念突破。

说明书

技术领域

本发明涉及一种高效、节能的污水生物处理方法，适用于处理生活污水和工业废水。

背景技术

污水生物处理是一种利用混合培养的微生物去除有机质的处理过程，这是一种接近于自然净化的过程，运行过程中菌胶团细菌和丝状菌生长在一起，形成一个微生物的生态体系，其中存在着两类微生物之间在时间和空间上的动态平衡关系。在活性污泥絮体中，丝状菌形成污泥絮体的骨架，其它菌胶团细菌附着在其上形成较大且强度较高的污泥絮提。丝状菌对于保证污泥絮体的强度有很大作用，如缺少足量的丝状菌，污泥絮体的强度将降低，同时抗剪切力亦将变差，会导致处理出水的混浊使出水水质变差。

通常采用显微镜下观察的目视评价法来判断污泥中丝状菌的数量。即根据活性污泥中丝状菌与菌胶团细菌的比例，将丝状菌的数量分成五个等级：

0级：污泥中几乎无丝状菌存在；

±级：污泥中存在少量丝状菌；

+级；存在中等数量的丝状菌，但总量尚少于菌胶团细菌；

++级：存在大量丝状细菌，总量与菌胶团细菌大致相等；

+++级：存在大量丝状细菌，数量超过菌胶团细菌。

目前，包括我国在内许多国家都以SVI值做为判定活性污泥沉降性能的主要指标。将SVI值大于150mL/g的活性污泥定义为膨胀污泥。SVI是指曝气池出口处混合液经30分钟静沉后，每克干污泥形成的沉淀污泥所占的容积(见式1-1)。

式中SVI——污泥容积指数，简称污泥指数(mL/g)；

    SV——污泥沉降比(％)；

    MLSS——混合液悬浮固体浓度，简称污泥浓度(mg/L)]

在丝状菌与菌胶团细菌共生体系中，由于丝状菌降解低底物的能力比菌胶团细菌更强，因而一定数量丝状菌(±～+级)的存在可以保证出水中低的有机物浓度和良好的净化效率。适宜数量丝状菌(±～+级，且SVI＜150mL/g)的存在所形成的污泥絮体网状结构有利于污泥在沉淀过程中捕捉水中细小的悬浮颗粒，对水流起到过滤作用并吸附截留水中的游离细菌而使出水澄清。但是，丝状菌的过量生长(++～+++级)将会导致丝状菌污泥膨胀(SVI＞150mL/g)，影响污泥的沉降压缩性能。

长期以来，人们都认为丝状菌污泥膨胀是污水处理厂运行管理中的一大难题，认为只要发生污泥膨胀就会出现污泥流失、处理出水水质恶化，以致活性污泥运行管理的整个崩溃。事实上，许多污水厂的运行经验已经表明，发生丝状菌膨胀的活性污泥，只是沉降性能不良，当活性污泥处理系统有足够的容量和机动性时，其处理功能和净化效果不但没有问题，而且比正常的活性污泥的处理水质还要优良。北京某城市污水处理厂发生因低溶解氧造成的长达六个月的丝状菌污泥膨胀，污泥膨胀期间，其出水水质很好，污泥没有发生流失现象，曝气池内污泥浓度仍能维持所需水平，污水处理厂运行正常，处理能力没有受到影响。所以，可以充分利用这种丝状菌膨胀污泥处理污水，既可保障处理出水水质又可以减少曝气量。另外，现在许多污水处理厂在设计时，都采取了保守的做法，二沉池的停留时间比较长，因此污泥流失问题可以避免。通过对传统活性污泥膨胀观念的革新，充分发挥丝状菌的生理生态特点，达到在保证出水水质的前提下提高处理效率，又减小曝气量和节约能源的目的，将是对传统活性污泥工艺的重大改进与突破。

发明内容

本发明是对有关活性污泥膨胀问题的传统观念上的革新，利用丝状菌的生理生态特点，充分发挥丝状菌膨胀污泥的优点。采用低曝气量的工况，曝气池在低溶解氧条件下运行，培养出含大量丝状菌的活性污泥，在保证出水水质的前提下，大幅度提高处理效率，节省曝气的运行费用。

低溶解氧污泥膨胀节能污水生物处理方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤(1)原污水连续进入含有活性污泥混合液的溶解氧浓度在0.4～0.8mg/L的曝气池；

步骤(2)曝气池的出水进入二沉池沉淀，进行泥水分离，澄清的上清液从二沉池上部的溢流堰溢流、排放，沉淀在二沉池底部的活性污泥一部分以剩余污泥的形式排放；一部分以回流污泥的形式回流到曝气池，控制污泥回流比在85％～105％；当活性污泥浓度在800～3000mg/L时，活性污泥在二沉池内停留时间不小于2.5小时。当活性污泥浓度在3000～7000mg/L时，活性污泥在二沉池内停留时间不小于4小时。

原污水连续进入含有活性污泥混合液的曝气池。曝气池中放置溶解氧探头，采集溶解氧浓度(DO)和温度的信号，作为培养大量出丝状菌的控制信号。根据曝气池内水温和进水水质的变化，结合所采集的DO信号，保持曝气池内溶解氧浓度在0.4～0.8mg/L范围内。曝气池内菌胶团细菌和丝状菌对溶解氧的亲和力不同，在低溶解氧条件下，丝状菌的最大比生长速率比菌胶团细菌的最大生长速率快，促使丝状菌过量生长，形成丝状菌污泥膨胀。发生丝状菌污泥膨胀的活性污泥方法，根据丝状菌的生理和生态特点，充分发挥丝状菌氧化低底物能力强和可形成网状污泥絮体结构的特点，对处理出水进行进一步的净化和过滤，使出水质量良好，同时达到降低曝气量、节约能源的目的。

曝气池的出水通过出水管进入二沉池，在二沉池内沉淀，进行泥水分离(活性污泥和处理后出水)，澄清的上清液(处理后出水)从二沉池上部的溢流堰溢流、排放。使曝气池内的活性污泥的数量维持恒定，保证其处理效果。

为了避免处于膨胀状态的活性污泥的流失，要合理选择二沉池的体积，确定合理的停留时间，如果二沉池体积过大，将致使基建费用增高；如果二沉池体积太小，致使活性污泥在二沉池内停留时间太短，可能导致活性污泥的流失，减少曝气池内的活性污泥浓度。当活性污泥浓度在800～3000mg/L时，活性污泥在二沉池内停留时间不小于2.5小时。当活性污泥浓度在3000～7000mg/L时，活性污泥在二沉池内停留时间不小于4小时。

合理选择回流比，既要保证维持曝气池内相对恒定的污泥浓度，又要满足实际情况的不同需要，还要减少运行费用。如果回流比太小，回流不充分，无法保证维持曝气池内所需的污泥浓度；如果回流比太大，而且因为曝气池内是膨胀的污泥，沉降性能不好，可能致使回流污泥浓度太低，对于维持曝气池内污泥浓度并无好处，而且增加运行费。可控制污泥回流比在85％～105％，避免污泥流失，保障曝气池内的活性污泥浓度维持在所需水平。

进一步说明：(1)本发明是利用的丝状菌污泥膨胀。活性污泥膨胀有两种类型，一是由于活性污泥中丝状菌的大量繁殖而引起的丝状菌污泥膨胀；二是由于菌胶团细菌大量累积高粘性物质或细菌过量增殖等原因引起的无丝状菌大量存在的非丝状菌污泥膨胀。本发明强调的是利用丝状菌的生理生态特点，充分发挥丝状菌膨胀污泥能够保证良好处理出水水质的优点。而发生非丝状菌污泥膨胀时，处理出水水质一般变差，因此本发明不包含非丝状菌污泥膨胀的情况。

(2)本发明强调的是因低溶解氧浓度引起的丝状菌污泥膨胀。引起丝状菌污泥膨胀的原因有很多种，诸如：废水水质、温度、pH值、污泥负荷、反应器流态和溶解氧浓度等。本发明特指主要因为低溶解氧引起的丝状菌污泥膨胀，只有低溶解氧引起的污泥膨胀，才能在保证污水处理厂原来进水水质、运行条件和运行方式不变的情况下减少曝气量，实现节能的目的。

本方法特别适用于氧化沟。氧化沟采用机械曝气，其曝气装置具有推动氧化沟内泥水混合液以一定流速循环流动的作用，所以低溶解氧条件下不会产生活性污泥沉淀的现象。而且在氧化沟内采用低溶解氧曝气，还有可能产生同步硝化反硝化(SND)，提高TN的去除率。

本方法不适于SBR工艺。SBR运行周期的长短受活性污泥沉淀性能影响较大，决定了沉淀阶段的时间。当设计沉淀时间比较短时，不宜采用本方法。

本发明有益效果：传统观念认为丝状菌污泥膨胀是活性污泥工艺运行中的癌症，认为只要发生污泥膨胀，就会致使污泥流失，曝气池内污泥浓度降低，处理效果变差。但是，实践证明，合理控制二沉池的停留时间和污泥回流比，发生丝状菌污泥膨胀的活性污泥工艺非但不会引起污泥流失的问题，处理水质还很好。其主要有以下优点：

(1)曝气池在低溶解氧条件下运行，培养出含大量丝状菌的活性污泥，根据丝状菌的生理和生态特点，充分发挥丝状菌氧化低底物能力强和可形成网状污泥絮体结构，对出水进行进一步的过滤作用。使处理出水的有机物浓度和悬浮物浓度进一步降低。

(2)与不含或含少量丝状菌的活性污泥系统相比，该系统因为丝状菌的骨架作用，形成网状污泥絮体结构，活性污泥絮体的抗剪切能力提高、强度提高。

(3)曝气池在低溶解氧条件下运行，还会产生同步硝化反硝化(SND)现象，进一步提高活性污泥工艺的脱氮能力。

(4)曝气池在低溶解氧条件下运行，与传统高溶解氧条件下运行相比，曝气量大大降低，从而可以大量的节省运行费用。

(5)对原有活性污泥工艺，采用该发明时，只需要降低曝气量，选择合理的污泥回流比和剩余污泥排放量，结合进水流量确定合适的活性污泥在二沉池停留时间。该发明特别适用于原建设的处理能力很大，而实际运行时，进水量较小的活性污泥处理厂。通过在低溶解氧浓度条件下的方式，既满足了处理出水水质，又可达到减小运行费用的目的。

(6)我国许多城市污水处理厂在设计时，设计比较保守，二沉池体积较大，污泥停留时间较长，所以发生膨胀的污泥在多数情况下不会发生污泥流失现象。采用该方法后，这些污水处理厂的运行费用可以大大降低，而且可以充分利用已有的二沉池，同时还可以保证出水水质。

附图说明

图1是本发明采用的装置示意图

1-进水箱 2-恒流进水泵 3-曝气池 4-曝气装置 5-二沉池 6-污泥回流泵 7-排泥管

具体实施方式

活性污泥工艺的主体部分，曝气池可为完全混合式，也可为推流式。二沉池选择辐流式或推流式。曝气池配有压缩空气管路(进气管)，与空气流量计和曝气器依次相连。曝气池中放置溶解氧探头，采集溶解氧浓度(DO)和温度的信号，作为培养大量出丝状菌的工艺控制信号。

(1)减少曝气量，降低曝气池内溶解氧浓度(溶解氧浓度在0.4～0.8mg/L范围内)，通过长期培养，培养出含有大量丝状菌的膨胀活性污泥。

(2)合理选择活性污泥在二沉池的停留时间(当活性污泥浓度在800～3000mg/L时，活性污泥在二沉池内停留时间不小于2.5小时。当活性污泥浓度在3000～7000mg/L时，活性污泥在二沉池内停留时间不小于3小时)，避免膨胀污泥的流失。

(3)确定合理的污泥回流比(污泥回流比在85％～105％)和剩余污泥排放量，维持曝气池的合理污泥浓度。

(4)对原有活性污泥工艺，采用该发明时，只需要降低曝气量，选择合理的污泥回流比和剩余污泥排放量，结合进水流量确定合适的活性污泥在二沉池停留时间。该发明特别适用于原建设的处理能力很大，而实际运行时，进水量较小的活性污泥处理厂。通过在低溶解氧浓度条件下的方式，既满足了处理出水水质，又可达到减小运行费用的目的。

实施例1：

以某生活小区实际生活污水为原水(pH＝7.2～7.8，COD＝160～655mg/L)。所选择的改良A/O工艺反应器有效容积66L，反应池内MLSS在3000mg/L左右，反应温度20～23℃之间。污泥回流比在85～105％，二沉池内停留时间大于2.5小时。将DO浓度从2.0mg/L降低到0.4～0.8mg/L。发生丝状菌污泥膨胀。COD去除率基本没受影响，仍保持在90％左右。SS去除率提高，出水SS检测不出。TN去除率由30～45％提高到55～75％。可节省15～18％的曝气供氧量。

实施例2：

北京市某城市污水处理厂采用氧化沟工艺，目前处理水量17万m³/d。其主要工艺参数：泥龄16天；回流比100～120％；污泥浓度在4000～6000mg/L；氧化沟水力停留时间16.8小时左右。该污水处理厂二沉池设计停留时间为3.4h，实际运行水量至今没有达到设计水量，二沉池实际停留时间约为4.0h。曝气量将低，DO降低到0.3～0.8mg/L时，发生丝状菌污泥膨胀。处理出水水质保持良好。COD、BOD₅、SS和氨氮去除率仍然维持在90％以上。

实施例3：

重庆某城市污水处理厂采用改良氧化沟(A/O工艺)工艺，目前处理水量7000m³/d。泥龄10～15天；污泥浓度在5000mg/L左右；氧化沟总名义停留时间21.2小时左右；回流比100％左右。二沉池设计停时间5.2h，实际停留时间7.5左右。采用低溶解氧运行后，氧化沟内溶解氧浓度由原来的2.0mg/L降低到1.0mg/L以下，多在0.5～0.8mg/L之间。SVI由70mL/g上升到110mL/g以上。曝气设备的日耗电量比原来降低了20％左右。出水COD、BOD、TP浓度仍维持在原来水平。TN去除率显著提高，出水TN浓度由原来的30mg/L左右降低到20mg/L以下，可降低到12mg/L。TN去除率由原来的45％左右升高到75％左右，达到新颁布的城镇污水处理厂污染物排放标准的一级B类标准(出水TN＜20mg/L)。