交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺

本发明公开了一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺，主要包括主流生物处理系统和侧流污泥减量系统，主流生物处理系统包括缺氧池、曝气池和沉淀池，曝气池底部通过管道将消化液泵回缺氧池，沉淀池底部通过管道泵入侧流污泥减量系统，侧流污泥减量系统包括饥饿好氧侧流池和饥饿厌氧侧流池，侧流污泥减量系统的出口返回连接缺氧池;缺氧池、饥饿厌氧侧流池内各设有旋转器，曝气池、饥饿好氧侧流池内底部均设有多效曝气组件并通过管道与外界的曝气泵连接。本发明通过强化污泥衰减裂解和解偶联代谢，以及加快颗粒性有机物的水解速率，从而增强了减量效率，减少侧流反应器的体积，实现高效减量，推广其实际工程应用。

 

　　权利要求书

　　1.一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺，其特征在于，所述工艺主要包括主流生物处理系统和侧流污泥减量系统，

　　所述主流生物处理系统包括沿污泥流动方向依次连接缺氧池(1)、曝气池(2)和沉淀池(3)，所述曝气池(2)底部通过管道将消化液泵回缺氧池(1)，所述沉淀池(3)底部通过管道泵入侧流污泥减量系统，

　　所述侧流污泥减量系统包括饥饿好氧侧流池(4)和饥饿厌氧侧流池(5)，侧流污泥减量系统的出口返回连接所述缺氧池(1);

　　所述缺氧池(1)、饥饿厌氧侧流池(5)内各设有用于搅动的旋转器(6)，所述曝气池(2)、饥饿好氧侧流池(4)内底部均设有用于强化曝气并防堵的多效曝气组件(7)，所述多效曝气组件(7)通过管道与外界的曝气泵连接。

　　2.如权利要求1所述的一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺，其特征在于，所述多效曝气组件(7)主要包括曝气主体管(71)，所述曝气主体管(71)呈圆环形，且其上部内侧设有可转动的环形齿链(72)，曝气主体管(71)上等间距设有多个链轮(711)，

　　所述链轮(711)通过转动杆贯穿曝气主体管(71)上壁并与气轮(712)连接，所述气轮(712)设置在曝气主管体(71)内底面的嵌槽(713)内，气轮(712)一侧的曝气主体管(71)内设有气轮驱动管路(714)，所述气轮驱动管路(714)与各个气轮(712)对应处的嵌槽(713)对接，所述气轮驱动管路(714)一端口处与曝气主体管(71)外壁设有进气口(73)连通，气轮驱动管路(714)另一端口处与曝气主体管(71)内部连通，

　　所述环形齿链(72)内侧周向设有环形导气环(74)，所述环形导气环(74)分为上半环体(741)、下半环体(742);所述上半环体(741)与下半环体(742)接缝处滑动密封连接，所述上半环体(741)设置在环形齿链(72)上并与其固定连接，上半环体(741)外侧周向设有多个曝气旋管(75)与其转动密封连接，所述曝气旋管(75)靠近上半环体(741)的一端上设有驱动齿环(76);所述下半环体(742)设置在曝气主体管(71)上并与其内部连通，下半环体(742)外侧设有用于与驱动齿环(76)啮合传动的环形齿环(77)，

　　所述曝气主体管(71)底部外壁设有用于与所述曝气池(2)、饥饿好氧侧流池(4)内底部连接固定的螺栓接耳(78)，所述多效曝气组件(7)通过所述进气口(73)与外界的曝气泵的管道连接。

　　3.如权利要求2所述的一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺，其特征在于，所述曝气旋管(75)与环形导气环(74)的上半环体(741)转动密封连接，且曝气旋管(75)周向设有多个气孔。

　　4.如权利要求1所述的一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺，其特征在于，所述主流生物处理系统适用于缺氧-好氧-沉淀工艺，厌氧-缺氧-好氧-沉淀工艺。

　　5.如权利要求1所述的一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺，其特征在于，所述侧流污泥减量系统是由饥饿好氧侧流池(4)和饥饿厌氧侧流池(5)组成，其中饥饿好氧侧流池(4)溶解氧为2.0-5.0mg/L，所述缺氧池(1)、饥饿厌氧侧流池(5)的旋转器(6)转速为50-150rpm/min。

　　6.如权利要求1所述的一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺，其特征在于，所述侧流污泥减量系统的饥饿好氧侧流池(4)和饥饿厌氧侧流池(5)的HRT均为1.5-5.0h。

　　7.如权利要求1-6任意一项所述的一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺，其特征在于，所述工艺主要包括以下步骤：

　　1)将待处理污水依次送入主流生物处理系统的缺氧池(1)和曝气池(2)中处理，曝气池(2)的泥水混合液一部分回流至缺氧池(1)，一部分在沉淀池(3)固液分离后，底部沉淀的污泥回流至侧流污泥减量系统，

　　2)污泥进入侧流污泥减量系统后，依次送入饥饿好氧侧流池(4)和饥饿厌氧侧流池(5)，最后回流至缺氧池(1)。

　　8.如权利要求7所述的一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺，其特征在于，主要包括步骤1)中从曝气池(2)污泥混合液回流至缺氧池(1)的含量占比为150-300%。

　　9.如权利要求7所述的一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺，其特征在于，主要包括步骤2)中从在沉淀池(3)底部排出的污泥送入侧流污泥减量系统的含量占比为50-150%。

　　说明书

　　一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺

　　技术领域

　　本发明涉及环境保护与水资源合理利用技术领域，具体是涉及一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺。

　　背景技术

　　随着社会经济的持续发展和城市化进程加快，城市污水和工业废水排放量和处理量日益增大，排放标准日趋严格，相应的污水处理厂的剩余污泥产生量也急剧上升。剩余污泥含水率高、体积大，且其中含有大量有害化学物质、寄生虫及重金属等。目前，我国每年干污泥产量约为9ythws万吨，并以10%的速度逐年增长。

　　传统的污泥处理处置方法通常采用先浓缩、脱水减容，再焚烧、卫生填埋、堆肥和土地利用等进行末端处置。然而，其过程复杂，占地面积要求高，存在二次污染;此外，污泥处理处置费用通常占污水处理厂总运行费用的25-50%，已成为污水运营单位沉重的财政负担。

　　在污水处理过程中实现污泥原位减量是解决剩余污泥问题的重要途径之一。污泥原位减量技术主要包括物理化学和生物过程减量技术两大类。但是物化法具有能耗和成本偏高的问题，且化学药剂投加尚需解决毒性副产物的产生、微生物活性抑制等问题。生物原位减量技术中的侧流减量工艺具有运行成本低、运行管理方便的优点，受到广泛关注，但其需要在传统的主流生物处理系统旁路增设HRT较长(如8h)的侧流污泥减量反应器(SSR)，这也限制了其在污水处理厂中的实际应用，而在较低的侧流HRT条件下，污泥衰减/裂解和颗粒性有机物水解速率的降低以及解偶联代谢效率处于较低水平，限制了减量率的提高。因此，如果能解决以上两个难题，在降低SSR体积的同时控制能耗，则能实现技术优势互补，推动污泥原位减量技术的产业化应用。

　　发明内容

　　针对传统厌氧SSR工艺厌氧侧流池HRT过长而限制实际应用的问题，本发明提供了一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺。

　　本发明的技术方案是:一种交替饥饿好氧厌氧污泥侧流原位减量强化工艺，所述工艺主要包括主流生物处理系统和侧流污泥减量系统，

　　所述主流生物处理系统包括沿污泥流动方向依次连接缺氧池、曝气池和沉淀池，所述曝气池底部通过管道将消化液泵回缺氧池，所述沉淀池底部通过管道泵入侧流污泥减量系统，

　　所述侧流污泥减量系统包括饥饿好氧侧流池和饥饿厌氧侧流池，侧流污泥减量系统的出口返回连接所述缺氧池;

　　所述缺氧池、饥饿厌氧侧流池内各设有用于搅动的旋转器，所述曝气池、饥饿好氧侧流池内底部均设有用于强化曝气并防堵的多效曝气组件，所述多效曝气组件通过管道与外界的曝气泵连接。

　　本发明的侧流饥饿好氧/厌氧强化活性污泥原位减量化工艺，首先活性污泥进入饥饿环境下的好氧侧流池，污泥细胞结构松散，空气气泡产生的强大剪切力导致絮体胞外聚合物的聚合度下降，污泥发生裂解释放胞内物质，为减量微生物的增殖提供更多优质碳源;此外，饥饿好氧处理使污泥颗粒粒径减小到适宜微生物水解的程度，从而强化颗粒性有机物的水解，产生更多的小分子物质;此外，侧流饥饿(好氧/厌氧)耦合主流养分充足条件(好氧/厌氧沉淀)的交替循环下，由于电子受体的交替变化，电子传递链活性波动幅度增大，且处于较高水平;而在更多的小分子物质的作用下，会造成质子内漏现象，扰乱质子循环通量，使ATP合酶活性降低，从而影响氧化磷酸化过程，增强ATP的消散，强化解偶联代谢;本发明可提升污泥原位减量工艺的减量效率，缩短侧流减量单元的反应时间，推广侧流原位减量工艺的实际应用。

　　进一步地，所述多效曝气组件主要包括曝气主体管，所述曝气主体管呈圆环形，且其上部内侧设有可转动的环形齿链，曝气主体管上等间距设有多个链轮，

　　所述链轮通过转动杆贯穿曝气主体管上壁并与气轮连接，所述气轮设置在曝气主管体内底面的嵌槽内，气轮一侧的曝气主体管内设有气轮驱动管路，所述气轮驱动管路与各个气轮对应处的嵌槽对接，所述气轮驱动管路一端口处与曝气主体管外壁设有进气口连通，气轮驱动管路另一端口处与曝气主体管内部连通，

　　所述环形齿链内侧周向设有环形导气环，所述环形导气环分为上半环体、下半环体;所述上半环体与下半环体接缝处滑动密封连接，所述上半环体设置在环形齿链上并与其固定连接，上半环体外侧周向设有多个曝气旋管与其转动密封连接，所述曝气旋管靠近上半环体的一端上设有驱动齿环;所述下半环体设置在曝气主体管上并与其内部连通，下半环体外侧设有用于与驱动齿环啮合传动的环形齿环，

　　所述曝气主体管底部外壁设有用于与所述曝气池、饥饿好氧侧流池内底部连接固定的螺栓接耳，所述多效曝气组件通过所述进气口与外界的曝气泵的管道连接。

　　上述多效曝气组件的结构设计，利用曝气泵泵入气体气流进行各个曝气旋管的周向转动，通过配合各个传动组件的设计，使曝气旋管在周向转动的同时进行自转，从而降低曝气管被污泥封堵的情况，避免影响曝气组件的工作效率及效果，同时，上述多效曝气组件无需额外的用电设备进行加载驱动，因而其具有能耗低，曝气效果好的优点。

　　更进一步地，所述曝气旋管分为主体旋管、活动旋管，所述主体旋管内设有中空层，且主体旋管内、外壁上周向分布有多个对应的曝气孔，所述活动旋管嵌入主体旋管的中空层内，活动旋管近端端头处通过多组伸缩弹簧与主体旋管的中空层内端壁连接，活动旋管远端端头处设有压推活塞与主体旋管内壁活动卡接，活动旋管上周向分布有多个与曝气孔所错位对应的防堵控制孔。通过曝气旋管双管的结构设计，可以进一步加强曝气旋管的防堵效果，通过针对有无气流充入自动进行曝气孔的开启和关闭，装置结构简单有效。

　　进一步地，所述主流生物处理系统适用于缺氧-好氧-沉淀工艺，厌氧-缺氧-好氧-沉淀工艺，但不限于这两种，其适用于如今广泛应用于污水处理厂的污水处理工艺。

　　进一步地，所述侧流污泥减量系统是由饥饿好氧侧流池和饥饿厌氧侧流池组成，其中饥饿好氧侧流池溶解氧为2.0-5.0mg/L，所述缺氧池、饥饿厌氧侧流池的旋转器转速为50-150rpm/min。

　　进一步地，所述侧流污泥减量系统的饥饿好氧侧流池和饥饿厌氧侧流池的HRT均为1.5-5.0h。

　　进一步地，所述工艺主要包括以下步骤：

　　1)将待处理污水依次送入主流生物处理系统的缺氧池和曝气池中处理，曝气池的泥水混合液一部分回流至缺氧池，一部分在沉淀池固液分离后，底部沉淀的污泥回流至侧流污泥减量系统，

　　2)污泥进入侧流污泥减量系统后，依次送入饥饿好氧侧流池和饥饿厌氧侧流池，最后回流至缺氧池。

　　更进一步地，主要包括步骤1)中从曝气池污泥混合液回流至缺氧池的含量占比为150-300%

　　更进一步地，主要包括步骤2)中从在沉淀池底部排出的污泥送入侧流污泥减量系统的含量占比为50-150%。

　　本发明工艺的工作原理为：在饥饿的好氧条件下，由于水力剪切力、拉伸力的作用，污泥胞外聚合物的聚合度下降，絮体易损，不稳定，强化污泥裂解，释放胞内物质，而因较短的HRT，在好氧侧流单元中，主要发生污泥裂解。在后续的厌氧侧流单元中，生物质进一步发生内源衰减裂解，而部分二次基质用于反硝化作用;同时，增强的水解作用产生更多的小分子物质，在交替饥饿/盛宴系统营造的电子传递链活性较高的环境下，会造成质子内漏的现象，扰乱质子循环过程，降低了ATP合酶的活性，从而影响氧化磷酸化过程，增强ATP的消散作用，强化解偶联代谢;最终实现污泥减量效率的提升，交替的好氧/厌氧条件导致侧流系统的二次基质的重复释放和利用有利于捕食菌和水解慢生菌的富集，从而强化主流系统的碳源再利用，有助于出水COD的降低。

　　本发明多效曝气组件的工作方法为：通过曝气泵、管道将气体泵入进气口，气体主要先沿着曝气主体管内的气轮驱动管路进行流动，在气流推力下依次推动各个气轮，继而通过气轮转动带动链轮进行转动，再通过链轮与环形齿链的传动关系使环形齿链带动上半环体沿着下半环体进行转动，进而各个曝气旋管在驱动齿环、环形齿环的啮合作用下进行转动，实现多个曝气旋管自转以及周转的曝气效果;

　　其中，曝气旋管的工作方法为：当曝气主体管内充入气体后，其内部压强增高，因而，通过环形导气环将气体分流至各个曝气旋管内，在气压作用下推动推压活塞使其向远端移动，继而推动活动旋管向外侧移动，因而，原本错位的曝气孔与防堵控制孔对位使气体从曝气孔喷出，在没有气压作用时，其受到伸缩弹簧的弹力使其复位，从而再次使防堵控制孔与所对应的曝气孔错位，实现对曝气孔的封堵。

　　本发明的有益效果是:

　　(1)本发明通过强化污泥衰减裂解和解偶联代谢，以及颗粒性有机物的水解速率，从而增强了减量效率，减少侧流反应器的体积，实现高效减量，推广其实际工程应用。

　　(2)本发明工艺的侧流污泥减量系统释放的碳源进入主流生物处理系统再利用，提高出水COD去除率，提升了整体系统的有机物去除能力。

　　(3)本发明工艺不改变主流生物处理系统工艺，仅增设一个饥饿好氧、厌氧侧流池，相比减少的污泥所需的污泥处置费用，大大降低污泥处置成本和二次污染。

　　(4)本发明的设备结构简单，运行维护方便，通过多效曝气组件的结构设计，使其具有无需额外的用电设备进行加载驱动，即可使曝气旋管在周向转动的同时进行自转，从而降低曝气管被污泥封堵的情况，其具有能耗低，曝气效果好的优点。