[發明專利]在活性污泥污水處理系統中控制剩余污泥減量的方法及反應器

無效

• 申請號: 200910104248.1
• 申請日: 2009-07-03
• 公開（公告）號: CN101602548A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發明（設計）人: 許曉毅;羅固源;謝恩
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C02F3/30
• 分類號: C02F3/30
• 代理公司: 重慶華科專利事務所
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明屬于水污染控制剩余污泥減量技術領域，具體涉及一種污水處理系統污泥回流旁路的污泥減量反應器。

背景技術

活性污泥法是目前世界上應用最為廣泛的污水生物處理技術，該法以活性污泥主體，通過微生物對污染物質的生化降解使污水得到凈化。活性污泥系統在污水處理過程將產生大量的剩余污泥，約占污水總量的0.5％～1％(含水率約97％)，污泥處理的投資和運行費用約占整個污水廠總投資和運行費用的30％～50％。剩余污泥中不僅含有相當數量有毒有害物質如病原微生物、有機物、重金屬離子等，而且穩定性差，對環境存在直接和潛在的長期的、累積性風險。針對污水處理廠剩余污泥難以處理處置的現實問題，污水生物處理同步污泥減量技術在20世紀90年代應運而生。該技術與傳統的污泥濃縮、消化、干化等末端處理、處置技術有本質的差異，其側重于污水處理過程中剩余污泥產量(系統生物污泥的產率系數)的降低，是一種具有污染物源頭減量技術特征的污水處理過程同步技術。關于在污水處理工藝過程中同步降低污泥產生量的技術原理，目前國內外研究成果較為一致地認為主要為如下微生物代謝和生化動力學途徑：①降低細菌等微生物細胞的凈合成量；②加快生物體的自身氧化速率；③強化微型動物對細菌的捕食作用。相應的污泥減量技術主要有解偶聯(投加解偶聯劑、設置厭氧解偶聯池)、溶胞以及強化后生動物捕食減量等。

在污水生物處理過程中，基質脫下的氫經呼吸鏈氧化生成水，所釋放出的能量用于ADP磷酸化生成ATP，這兩個過程同時進行，即氧化時偶聯磷酸化。生成的ATP主要用于提供生物合成時所需的能量、機體活動所需的能量。所謂解偶聯即是只指通過投加解偶聯劑或通過改變工藝條件使得微生物對基質的氧化和ADP磷酸化生成ATP進行細胞增殖兩個過程不再偶聯在一起，從而達到降低污泥產率的目的。投加解偶聯劑的最大優勢是污水處理系統中只需增設投藥裝置，但在實際應用中存在以下問題：①長時間接觸后，微生物的馴化作用使解偶聯劑失效；②解偶聯劑的投加量通常很大，導致污水處理運行費用增加；③解偶聯劑通常是較難生物降解或對生物有較大毒性的化合物，在水處理過程中存在潛在的環境安全性問題。通過改變工藝條件進行解偶聯工藝主要為OSA技術，即在活性污泥工藝中的污泥回流旁路設置特定的厭氧池，使好氧段獲得的ATP在厭氧段作為維持細胞生命活動的能量被消耗，實現代謝解偶聯，抑制細胞合成，實現污泥減量。但該法存在著污泥在厭氧段中停留時間長，污泥減量容積效率較低、易降低系統微生物群體活性和多樣性，以及對進水有機物濃度要求較高等不足。

所謂溶胞就是指細菌迅速死亡并分解成為基質供其他細菌利用，并減低污泥產率。目前，國內外研究的通過溶胞原理實現污泥減量的技術主要有：臭氧、氯氣溶胞技術、調整污水處理工藝參數以及加熱、加壓、超聲波等物理方法與生物溶胞技術。但其普遍存在著耗氧量大、運行管理復雜、處理費用高昂，以及物理溶胞過程易對微生物生長代謝造成破壞，進而對污水處理系統的活性污泥微生物造成顯著的不利影響等問題。

后生動物捕食減量工藝是通過強化食物鏈，使能量從低營養級(細菌)向高營養級(原生動物和后生動物)的傳遞中發生損失而進行污泥減量，安全性較高，但后生動物生長不易控制，運行管理難度大，污水處理系統的污泥減量效果也較難穩定操控。

各種污水處理污泥源頭減量技術都具有不同程度的剩余污泥減量效果，但這些技術仍然存在以下幾個尤為突出且具有共性的問題：需氧量(能耗)的增加、費用高昂，營養物質的去除能力較低，污泥中無機物在系統中循環積累，微生物的活性和沉降性能降低等。因此，在確保污水處理出水水質的前提下，降低污水處理系統污泥產率的關鍵在于既能通過控制反應器內微生物適宜的代謝環境，維持活性污泥活性和沉淀性能，又能維持系統中較低的污泥產率實現污泥源頭減量。同時，活性污泥中部分惰性無機物或無機砂也是直接影響污水處理系統污泥同步減量過程的制約因素，如何在污泥減量旁路系統中有效分離無機物質也直接關系到剩余污泥減量的實效性和系統長期運行的可靠性。

發明內容

本發明主要針對現有污泥回流旁路系統剩余污泥源頭減量技術的不足，從反應器技術的角度，基于工藝條件改變對微生物在不同生長環境中的代謝特征，進行反應器構型設計和污水回流污泥減量反應器工藝參數的優化，提出一種在活性污泥污水處理系統中控制剩余污泥減量的方法，同時提出實現該方法的設計在污泥回流旁路上的弧形導流墻厭氧/限氧半循環污泥減量反應器。