[发明专利]一种废水生物处理装置及好氧颗粒污泥培养方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种废水生物处理装置，属于废水处理设备技术领域。

背景技术

随着工业化水平和人们生活水平的不断提高，人类在生产和生活中产生了大量的含高浓度氨氮的废水。这种高浓度有机废水直接排入或随雨水冲刷进入水体，将大量消耗水体中的溶解氧，使水体变黑发臭。水中含有大量的氮元素是造成水体富营养化的重要原因之一。一旦水体发生富营养化，水体中的水生生物将会逐渐死亡，严重者导致水体丧失使用功能。

尽管高浓度氨氮废水处理方法很多，其中包括物理方法、化学方法和生物方法，比较而言，生物法具有效率高、成本低及无二次污染等特点，在实际生产中得到广泛应用。

常规废水生物脱氮技术经过几十年的发展，对于中、低浓度氨氮废水的处理无论是在理论认识上还是在工程实践方面，都取得了很大的进步。但在处理高浓度氨氮废水时，却遇到了困难。比较而言，高浓度氨氮废水生物处理过程中具有更大的生物抑制作用、更大的氧气供给量及碳源需求量。为去除废水中的高浓度氨氮，常规生物脱氮技术一方面增加回流比以稀释原废水，降低游离氨对硝化菌的抑制作用；另一方面维持长的污泥龄，以保证足够数量的硝化菌，结果导致运行费用和基建费用都很高。近年来，人们十分重视高效、低耗生物脱氮工艺的研究，研发了许多污水脱氮新技术，如SHARON工艺、厌氧氨氧化等，这些工艺的共同特征是在实现短程硝化的基础上进行脱氮。与全程硝化反硝化相比，短程硝化反硝化具有运行费用低、污泥产量少、反应速度快、碳源需求量低等优点。为提高处理系统中的硝化细菌数量，常采用培养硝化生物膜或人工包埋等固定化方式来富集硝化菌。颗粒污泥作为一种新兴的自固定化工艺，具有微生物浓度高、沉降性好、耐冲击负荷、可以存活时代时间较长的细菌等优点，由于好氧颗粒污泥的分层结构以致在外层为好氧层，内层为缺氧层甚至出现厌氧层，在提高同步硝化-反硝化生物脱氮能力方面具有巨大潜力，为高浓度氨氮的有效去除提供了一种新途径。

短程硝化颗粒污泥培养的难度较大，分析其原因：一方面，高效稳定的短程硝化过程难于维持；另一方面，较短沉降时间和较大水力剪切力是形成好氧颗粒污泥的关键因素，硝化菌不同于异养菌，其世代时间长，较短的沉降时间将引起大量污泥的流失，从而导致颗粒污泥启动失败。

CN101475263A和CN101445296A都公开了一种高有机物和高氨氮废水生物处理设备，其都采用厌氧-好氧联合处理废水，具有氨氮去除效果好，占地面积小，基建费用低和结构简单的特点。本发明与上述文献技术方案有较大差别：对比文献侧采用厌氧-好氧联合装置，主要解决废水处理的技术问题，并没有涉及颗粒污泥的；本发明则是在现有技术的基础上，通过反应器结构及操作方式的调整，主要用于培养具有短程硝化效果的好氧颗粒污泥；本发明的技术方案和现有技术相比，结构差异较大，具体而言，对比文献结构较为复杂，而本装置结构更为简单，更容易加工、制作及实际工程建设。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有常规生物法对高氨氮废水处理存在去除效果不佳、反应时间长、污泥产量大、运行费用高、占地面积大、增加污泥浓度影响二沉池沉淀效果的问题，进而提供一种高氨氮废水好氧生物处理装置及好氧颗粒污泥培养方法。

本发明针对现有技术进行改进，首次提出用两段好氧反应段串联的方式加速处理高氨氮废水的絮体污泥颗粒化，缩短了絮体污泥颗粒化所用时间、降低了能耗、保证了短程硝化的稳定实现。本发明人意外的发现，通过优化上下反应区筒体的直径比以及连接角度，可以大大提高硝化效果，加快好氧絮体污泥颗粒化进程，这在以往的文献中都没有记载。通过调整上下反应区的筒体直径比例，一方面可以控制水力剪切力，将水力剪切力控制在更为有利于形成好氧颗粒的条件下，另一方面以可以减少曝气所需气量，从而有利于形成短程污泥。本发明还发现，通过改变曝气强度和方式，更有利于形成具有短程硝化效果的好氧颗粒污泥。

利用本发明所述的处理装置通过采取阶段培养法培养颗粒污泥：首先，以下反应区为基准设置曝气量，以正常曝气的方式运行2-5天，通过缩短沉降时间排出较小絮体，以利于污泥的颗粒化；随后以上反应区为基准设置曝气量，通过适当增加曝气量的方式运行2-7天；随后降低曝气量至最初水平，继续运行，如此重复运行，直至培养出短程硝化好氧颗粒污泥；考虑到沉降时间对污泥颗粒化具有重要影响，在颗粒污泥培养过程中通过逐渐缩短沉降时间，进而加速颗粒污泥的培养过程。