本發(fā)明屬于污水生物處理與再生領(lǐng)域。具體涉及專用于連續(xù)流脫氮除磷生物反應(yīng)器中絲狀污泥膨脹的治理及微膨脹的控制。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代社會人口和經(jīng)濟(jì)的快速增長，由氮、磷元素過量排放而導(dǎo)致的水體富營養(yǎng)化問題日趨嚴(yán)重。各類城市污水廠作為污染控制的重要環(huán)節(jié)，處理壓力也逐年上升。目前我國污水廠多采用同步脫氮除磷的活性污泥處理工藝，如厭氧-缺氧-好氧(A²/O)、氧化溝工藝等。這類工藝負(fù)荷低、污泥齡較長，處理氮、磷豐富的有機(jī)污水時極易爆發(fā)絲狀污泥膨脹，嚴(yán)重的情況會導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰，絲狀污泥膨脹問題一直困擾著生物脫氮除磷的城市污水處理廠。目前，對于絲狀污泥膨脹的治理主要采用兩類方法：一是通用性方法(non-specific methods)，包括加入絮凝劑、臭氧、氯氣等；二是特異性方法(specific methods)，包括提高負(fù)荷、增加曝氣、設(shè)置各類生物選擇器等。但絲狀菌種類復(fù)雜多樣，這些方法存在著危害性和效率低等問題，絲狀膨脹的控制研究至今尚未取得突破性進(jìn)展。

然而，近年來提出的利用絲狀污泥微膨脹來提高系統(tǒng)處理率和降低能耗的方法，給絲狀污泥膨脹賦予了新的意義。微膨脹通過降低溶解氧濃度，在非膨脹連續(xù)流活性污泥系統(tǒng)誘發(fā)，絲狀細(xì)菌在控制條件下僅有限生長。增大的污泥絮體一方面促進(jìn)了內(nèi)部的同步硝化反硝化脫氮，一方面有利于沉淀池中對懸浮污染顆粒的捕捉，出水水質(zhì)提升。因此，系統(tǒng)整體處理效率提高，能耗降低。

國內(nèi)外目前對微膨脹控制的研究主要集中在對非膨脹系統(tǒng)的誘導(dǎo)，使其達(dá)到微膨脹狀態(tài)。而對于已發(fā)生嚴(yán)重絲狀污泥膨脹的系統(tǒng)，如何將其治理恢復(fù)至微膨脹狀態(tài)，尚未見報(bào)道?？紤]到絲狀污泥膨脹的嚴(yán)重后果，探索一種針對絲狀污泥膨脹污水處理系統(tǒng)的快速治理，使其恢復(fù)至微膨脹狀態(tài)的方法， 將更具意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種針對處理低碳氮比(C/N)污水，發(fā)生絲狀污泥膨脹的連續(xù)流反應(yīng)器的快速治理，并穩(wěn)定在微膨脹狀態(tài)以提高氮、磷去除效率，降低能耗的方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明所提供的一種通過誘導(dǎo)絲狀菌微膨脹治理絲狀污泥膨脹的方法，是在室溫(23±1℃)、低C/N連續(xù)流進(jìn)水條件下，在一個由厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧1區(qū)、好氧2區(qū)、好氧3區(qū)(污泥選擇區(qū))和沉淀池組成的推流式反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)的，試驗(yàn)裝置如圖1所示，各反應(yīng)區(qū)比例為V_厭氧:V_缺氧:V_好氧1:V_好氧2:V _{好氧3(污泥選擇區(qū))}＝1:2:1.5:1.5:3。

好氧3區(qū)通過第三硝化液回流閥，好氧2區(qū)通過第二硝化液回流閥都連接到第一硝化液回流閥4，第一硝化液回流閥4通過硝化液回流泵連接到缺氧區(qū)中，沉淀池13通過第三污泥回流閥19分別連接到排泥閥20和第四污泥回流閥21，第四污泥回流閥21與好氧3區(qū)底部的第二污泥回流閥均連接到第一污泥回流閥22，第一污泥回流閥22通過污泥回流泵23連接到厭氧區(qū)7。

初始階段該裝置以A²/O工藝運(yùn)行，系統(tǒng)各區(qū)之間的污泥及硝化液回流分別由污泥回流閥和硝化液回流閥門控制，關(guān)閉第二污泥回流閥，開啟第一污泥回流閥、第三污泥回流閥和第四污泥回流閥，污泥回流從沉淀池底部至厭氧區(qū)；關(guān)閉第二硝化液回流閥，開啟第一硝化液回流閥、第三硝化液回流閥，硝化液回流自好氧3區(qū)至缺氧區(qū)。污泥回流比取80％-90％，硝化液自好氧3區(qū)回流至缺氧區(qū)，硝化液回流比為300％-350％。排泥閥依據(jù)污泥齡定時開啟排泥。初始階段運(yùn)行時污水由厭氧區(qū)進(jìn)入，污染物質(zhì)量濃度C/N＝3.5-4.0，COD質(zhì)量濃度為325-400mg/L，氨氮質(zhì)量濃度為78-90mg/L，總氮質(zhì)量濃度為93-120mg/L，總磷質(zhì)量濃度為5.0-5.9mg/L，pH為7.0-7.3。進(jìn)水流量為14-15L/h。試驗(yàn)開始時，該反應(yīng)器中發(fā)生了以Thiothrix I和Beggiatoa spp.為優(yōu)勢絲狀菌的污泥膨脹，SV₃₀和SVI分別高達(dá)86％-90％和400-450ml/g。COD、氨 氮和總磷去除率分別低于70％、60％和60％。

本方法運(yùn)行分為兩個階段，分別是絲狀污泥膨脹控制階段(階段1)和微膨脹誘導(dǎo)階段(階段2)。首先，通過調(diào)控反應(yīng)器運(yùn)行方式，將好氧3區(qū)變?yōu)槲勰嘀亓x擇區(qū)，快速淘洗過度生長絲狀細(xì)菌，同時提高系統(tǒng)污泥負(fù)荷，增加污染物濃度梯度，抑制絲狀菌增殖，實(shí)現(xiàn)膨脹的初步控制；而后，降低好氧1區(qū)和好氧2區(qū)溶解氧濃度，持續(xù)污泥選擇區(qū)篩選，延長污泥齡，誘導(dǎo)微膨脹絲狀細(xì)菌。

1)調(diào)控好氧3區(qū)為污泥選擇區(qū)，提高污泥負(fù)荷聯(lián)合控制絲狀污泥膨脹的具體方法是：維持進(jìn)水流量為14-15L/h，好氧1區(qū)和好氧2區(qū)溶解氧濃度2.0-3.0mg/L，進(jìn)水污染物質(zhì)量濃度C/N＝3.5-4.0，COD質(zhì)量濃度為325-400mg/L，氨氮質(zhì)量濃度為78-90mg/L，總氮質(zhì)量濃度為93-120mg/L，總磷質(zhì)量濃度為5.0-5.9mg/L，pH為7.0-7.3。改變好氧3區(qū)運(yùn)行方式形成污泥重力選擇區(qū)，按如下方法調(diào)控運(yùn)行方式：打開第二污泥回流閥和第二硝化液回流閥，關(guān)閉第三硝化液回流閥，排泥閥依據(jù)污泥齡定時開啟排泥。污泥變?yōu)閺奈勰嘀亓x擇區(qū)底部回流至厭氧區(qū)，硝化液變?yōu)樽院醚?區(qū)回流至缺氧區(qū)。保證污泥選擇區(qū)與沉淀池自由液面高差為50-70cm。污泥變?yōu)閺奈勰噙x擇區(qū)底部回流至厭氧區(qū)，硝化液變?yōu)樽院醚?區(qū)回流至缺氧區(qū)。污泥回流比取80％-90％，硝化液回流比為300％-350％。設(shè)置好氧3區(qū)底部的曝氣裝置，微電腦定時曝氣啟/閉周期為1-2/20-29min/min，曝氣時溶解氧質(zhì)量濃度為2.0-3.0mg/L，輕質(zhì)過度膨脹絲狀菌在周期沉淀過程中不斷被淘洗出系統(tǒng)。同時，由于主反應(yīng)區(qū)體積的縮小，污泥負(fù)荷增加至0.55-0.60kgCOD/(kgMLSS·d)，反應(yīng)物濃度梯度增高，絲狀菌增殖受到抑制。在該連續(xù)流反應(yīng)器好氧區(qū)末端、沉淀池之前形成污泥選擇區(qū)，目的是不斷將流入選擇區(qū)的系統(tǒng)絲狀污泥淘洗至沉淀池排出系統(tǒng)。污泥重力選擇區(qū)的周期曝氣起攪拌作用，排除菌絲上附著的微泡，提高沉淀周期泥水分離效率。絲狀污泥淘洗的關(guān)鍵在于每個沉淀周期初期，利用重力作用，沉在上層及漂浮的，以及隨水流排入沉淀池的，多為輕質(zhì)絲狀菌膨脹污泥和浮渣(圖2a)；快速沉到底層被回流的，多為較重的非膨脹 和微膨脹污泥(圖2b)，系統(tǒng)內(nèi)污泥沉淀性能被逐漸優(yōu)化。選擇區(qū)與沉淀池液面高差控制在50-70cm，較大靜水壓使回流污泥干管中主要為選擇區(qū)回流污泥，被淘洗含絲狀菌的剩余污泥都從沉淀池排放。該階段1污泥齡延長為16-18d，污泥濃度隨之逐漸增加，有助于污染物去除(圖4)。反應(yīng)器運(yùn)行直至污泥SV₃₀和SVI分別降至70％和270ml/g以下，污泥濃度恢復(fù)至3500mg/L以上，COD、氨氮和總磷去除率分別達(dá)80％、85％和50％以上，絲狀污泥膨脹被遏制。

2)誘導(dǎo)絲狀菌微膨脹的具體方法是：維持進(jìn)水流量為14-15L/h，好氧1區(qū)和好氧2區(qū)溶解氧濃度2.0-3.0mg/L，進(jìn)水污染物質(zhì)量濃度C/N＝3.5-4.0，COD質(zhì)量濃度為325-400mg/L，氨氮質(zhì)量濃度為78-90mg/L，總氮質(zhì)量濃度為93-120mg/L，總磷質(zhì)量濃度為5.0-5.9mg/L，pH為7.0-7.3，污泥回流比取80％-90％，硝化液回流比為300％-350％。保證污泥重力選擇區(qū)與沉淀池自由液面高差為50-70cm。改變污泥重力選擇區(qū)中曝氣啟/閉周期為1-2/29-59min/min，好氧1區(qū)和好氧2區(qū)溶解氧質(zhì)量濃度降低至0.5-1.0mg/L，污泥齡延長至20-25d，系統(tǒng)內(nèi)逐漸富集適宜低溶解氧、低負(fù)荷、長污泥齡的微膨脹絲狀菌H.hydrossis。在污泥重力選擇區(qū)的持續(xù)篩選下，該絲狀菌有限增殖，微膨脹趨于穩(wěn)定。系統(tǒng)運(yùn)行至污泥SVI在190-220ml/g，污泥質(zhì)量濃度達(dá)到4000-5000mg/L。COD、氨氮、總氮和總磷平均去除率分別達(dá)88％、93％、90％和90％以上，系統(tǒng)污泥絲狀菌微膨脹誘導(dǎo)完成。

總體來看，該絲狀污泥膨脹控制及微膨脹誘導(dǎo)過程，是基于絲狀菌的沉淀和形態(tài)特征差別，優(yōu)勢絲狀菌類型由初始難沉淀的長菌絲、游離生長的Thiothrix I和Beggiatoa spp.演變?yōu)槎叹z、不影響沉淀的H.hydrossis。污泥絮體也由松散、菌絲延伸的結(jié)構(gòu)恢復(fù)至緊湊、邊緣圓滑結(jié)構(gòu)(圖5)，整體沉淀性能變好。

附圖說明：

圖1是本發(fā)明采用的試驗(yàn)裝置示意圖。

1.進(jìn)水蠕動泵 2.攪拌槳 3.硝化液回流泵 4.第一硝化液回流閥 5.第二硝 化液回流閥 6.第三硝化液回流閥 7.厭氧區(qū) 8.缺氧區(qū) 9.好氧1區(qū) 10.好氧2區(qū)11.好氧3區(qū)(污泥選擇區(qū)) 12.曝氣裝置 13.沉淀池 14.出水 15.空壓機(jī) 16.氣體流量計(jì) 17.微電腦控制器 18.電磁閥 19.第三污泥回流閥 20.排泥閥 21.第四污泥回流閥 22.第一污泥回流閥 23.污泥回流泵 24.第二污泥回流閥 25.擋泥板

圖2是污泥重力選擇區(qū)上排淘洗污泥(a)和沉淀回流污泥(b)的鏡檢圖像對比。

圖3是采用本發(fā)明方法運(yùn)行試驗(yàn)裝置，活性污泥沉淀性能和污泥濃度變化情況。

圖4是采用本發(fā)明方法運(yùn)行試驗(yàn)裝置，各污染物去除效果變化情況。

圖5是采用本發(fā)明方法誘導(dǎo)微膨脹治理污泥膨脹的過程反應(yīng)器內(nèi)污泥絮體外觀變化情況。

(a)第15d(b)第35d(c)第55d

圖6是穩(wěn)定微膨脹狀態(tài)時污泥微生物群落結(jié)構(gòu)，H.hydrossis約占4％。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此。

本發(fā)明一種通過誘導(dǎo)絲狀菌微膨脹治理絲狀污泥膨脹的方法，其思路為：首先，通過調(diào)控運(yùn)行方式，將發(fā)生絲狀污泥膨脹反應(yīng)器的好氧區(qū)末端，沉淀池之前的好氧3區(qū)變?yōu)槲勰嘀亓x擇區(qū)，利用絲狀膨脹污泥在重力作用下沉淀慢特性，在周期曝氣/沉淀過程中不斷淘洗過度增殖的絲狀細(xì)菌，同時主反應(yīng)區(qū)體積變小，污泥負(fù)荷提高，反應(yīng)物濃度梯度增加抑制絲狀菌，實(shí)現(xiàn)絲狀污泥膨脹的初步控制。然后，降低好氧1區(qū)和好氧2區(qū)的溶解氧濃度，繼續(xù)利用選擇區(qū)淘洗功能，并延長曝氣周期提高污泥齡，富集微膨脹的特征絲狀菌H.hydrossis，誘導(dǎo)污泥微膨脹。

本發(fā)明的關(guān)鍵是利用了絲狀菌難沉降的共性，通過調(diào)整反應(yīng)器運(yùn)行方式，將好氧3區(qū)運(yùn)行為污泥重力選擇區(qū)，淘洗過度增殖絲狀菌，同時控制工況抑制絲狀菌和誘導(dǎo)微膨脹穩(wěn)定狀態(tài)。在選擇區(qū)的持續(xù)淘洗下，輕質(zhì)、游離的膨 脹絲狀菌的增殖與排放達(dá)到平衡，系統(tǒng)中逐漸富集較重的非膨脹和微膨脹污泥，膨脹得到治理并穩(wěn)定在微膨脹狀態(tài)。污泥重力選擇區(qū)位于反應(yīng)區(qū)尾端，沉淀池之前，即可進(jìn)一步去除污染物，又利于直接將淘洗的絲狀污泥排至沉淀池，排出系統(tǒng)。污泥重力選擇區(qū)底部的曝氣裝置，通過微電腦定時器控制短時曝氣周期，絲狀膨脹污泥在周期性的曝氣/沉淀過程中被攪拌/淘洗，每次沉淀初期沉在上層及漂浮的，隨水流排入沉淀池的多為輕質(zhì)絲狀菌過度膨脹污泥；快速沉到底層被回流的多為較重的非膨脹和微膨脹污泥。選擇區(qū)底部的污泥回流管，收集該區(qū)沉淀污泥回流至反應(yīng)器厭氧區(qū)，反應(yīng)器內(nèi)污泥沉淀性能逐漸好轉(zhuǎn)。出水口在污泥重力選擇區(qū)上部，與進(jìn)水口等高相對，之間設(shè)置擋泥板促進(jìn)污泥沉淀和防止短流。運(yùn)行參數(shù)的控制，先提高污泥負(fù)荷，增大反應(yīng)物濃度梯度，創(chuàng)造菌膠團(tuán)菌適宜的生存環(huán)境，抑制過度絲狀菌增殖；再降低溶解氧、延長污泥齡，誘導(dǎo)絲狀菌污泥微膨脹。該方法主要誘導(dǎo)出適合低負(fù)荷、低溶解氧、氮磷豐富條件的H.hydrossis優(yōu)勢絲狀菌(圖6)。

本發(fā)明的污泥選擇區(qū)液面明顯高于沉淀池液面，存在較大靜水壓差，以使回流污泥干管中以選擇區(qū)重力篩選污泥為主，不斷更替反應(yīng)器內(nèi)原絲狀膨脹污泥，使其沉淀性能不斷優(yōu)化。沉淀池收集的淘洗膨脹污泥被排放，只有調(diào)控污泥齡時才將此污泥回流。

本發(fā)明污泥重力選擇區(qū)的定時曝氣裝置在階段1絲狀菌膨脹治理階段設(shè)定的曝氣啟/閉周期為1-2/20-29min/min，而階段2微膨脹誘導(dǎo)階段設(shè)定的曝氣啟/閉周期為1-2/29-59min/min。污泥重力選擇區(qū)淘洗絲狀污泥作用主要發(fā)生在每個沉淀周期初始泥水分離階段，因此階段1為了盡快將系統(tǒng)中存在的大量絲狀細(xì)菌淘洗出去，而采用了較短曝氣周期。在絲狀菌膨脹被初步控制后，階段2為了誘導(dǎo)絲狀菌的有限生長，采用了較長的曝氣周期，并進(jìn)一步延長污泥齡，提高污泥濃度，恢復(fù)系統(tǒng)污染物去除能力。

本發(fā)明試驗(yàn)裝置的好氧區(qū)溶解氧濃度在階段2微膨脹誘導(dǎo)階段設(shè)定的較低為0.5-1.0mg/L。作為誘導(dǎo)微膨脹優(yōu)勢菌的重要條件，由圖4可知這并未影響系統(tǒng)的硝化和脫氮性能，僅使得出水中的硝酸鹽氮質(zhì)量濃度降低，亞硝酸鹽氮質(zhì)量濃度升高。低曝氣利于短程脫氮，節(jié)省碳源，也降低了電耗。

本發(fā)明的污泥重力選擇區(qū)是基于絲狀菌的自身沉淀性能和形態(tài)特征運(yùn)行的。菌絲延伸長和游離生長的絲狀菌較難沉淀，而菌絲內(nèi)向盤繞和向外延伸細(xì)短的絲狀菌較易沉淀。因此，試驗(yàn)運(yùn)行過程中系統(tǒng)污泥中優(yōu)勢絲狀菌群落發(fā)生了明顯變化，由初始階段的優(yōu)勢絲狀菌ThiothrixI和Beggiatoa spp.演變?yōu)槲⑴蛎洜顟B(tài)的H.hydrossis。污泥絮體也由松散、菌絲延伸的結(jié)構(gòu)恢復(fù)至緊湊、邊緣圓滑結(jié)構(gòu)(圖5)，整體沉淀性能變好。

具體實(shí)施方式

一長、寬、高分別為120cm、30cm和60cm，總有效體積180L的連續(xù)流推流式反應(yīng)器，初始階段以A²/O工藝運(yùn)行，關(guān)閉第二污泥回流閥，開啟第一污泥回流閥、第三污泥回流閥和第四污泥回流閥，污泥回流從沉淀池底部至厭氧區(qū)；關(guān)閉第二硝化液回流閥，開啟第一硝化液回流閥、第三硝化液回流閥，硝化液回流自好氧3區(qū)至缺氧區(qū)。排泥閥依據(jù)污泥齡定時開啟排泥。污泥回流比取80％-90％，硝化液回流比為300％-350％。系統(tǒng)內(nèi)發(fā)生了嚴(yán)重絲狀污泥膨脹，SV₃₀和SVI分別高達(dá)90％和450ml/g，污泥濃度僅為1900mg/L。COD、氨氮和總磷去除率分別降至65％、55％和44.5％。反應(yīng)器內(nèi)沿水流方向分為厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧1區(qū)、好氧2區(qū)、好氧3區(qū)和沉淀池，體積比為V_厭氧:V_缺氧:V_好氧1:V_好氧2:V_好氧3＝1:2:1.5:1.5:3。試驗(yàn)用水為實(shí)際生活污水，具體水質(zhì)如下：

COD質(zhì)量濃度為325-400mg/L，氨氮質(zhì)量濃度為78-90mg/L，總氮質(zhì)量濃度為93-120mg/L，總磷質(zhì)量濃度為5.0-5.9mg/L，pH為7.0-7.3，C/N比為3.5-4。

絲狀污泥膨脹治理階段：將好氧3區(qū)底部的曝氣裝置連接微電腦定時器，設(shè)定曝氣啟/閉周期為1/29min/min。該區(qū)底部的污泥回流管與沉淀池主回流管相連，一并連至厭氧區(qū)。管道聯(lián)通受閥門控制，打開第二污泥回流閥和第二硝化液回流閥，關(guān)閉第三硝化液回流閥。污泥變?yōu)閺奈勰嘀亓x擇區(qū)底部回流至厭氧區(qū)，硝化液變?yōu)樽院醚?區(qū)回流至缺氧區(qū)。排泥閥依據(jù)污泥齡定時開啟排泥。好氧3區(qū)變?yōu)槲勰嘀亓x擇區(qū)。污泥回流比取80％-90％，硝化液回流比為300％-350％。保持選擇區(qū)與沉淀池自由液面間高差50-70cm。維持進(jìn)水流量14-15L/h，采用上述低C/N實(shí)際生活污水，以較高污泥負(fù)荷0.55-0.60 kgCOD/(kgMLSS·d)運(yùn)行，好氧1區(qū)和好氧2區(qū)溶解氧濃度為2.0-3.0mg/L，污泥齡16-18d。系統(tǒng)污泥濃度增長至3500-4000mg/L，SV₃₀和SVI分別降至65％-70％和260-270ml/g，COD、氨氮和總磷去除率分別達(dá)80％-90％、85％-95％和50％-53％，系統(tǒng)內(nèi)絲狀污泥膨脹被初步遏制。

絲狀污泥微膨脹誘導(dǎo)階段：維持進(jìn)水實(shí)際生活污水流量14-15L/h，COD質(zhì)量濃度為325-400mg/L，氨氮質(zhì)量濃度為78-90mg/L，總氮質(zhì)量濃度為93-120mg/L，總磷質(zhì)量濃度為5.0-5.9mg/L，pH為7.0-7.3，C/N比為3.5-4。污泥選擇區(qū)曝氣啟/閉周期設(shè)為1/59min/min，污泥齡延長至20-25d，好氧1和2區(qū)溶解氧濃度降為0.5-1.0mg/L。持續(xù)運(yùn)行20d，污泥SVI降低穩(wěn)定至190-220ml/g，屬微膨脹范圍，污泥濃度為4000-5000mg/L。COD、氨氮、總氮和總磷平均去除率分別達(dá)88％-90％、93％-95％、90％-93％和90％-95％。經(jīng)對穩(wěn)定后系統(tǒng)污泥微生物群落的高通量測序發(fā)現(xiàn)，優(yōu)勢絲狀菌為H.hydrossis，屬于微膨脹系統(tǒng)常見優(yōu)勢菌，絲狀膨脹污泥系統(tǒng)40天成功誘導(dǎo)至微膨脹狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)了污染物去除率的提高和曝氣能耗的降低。