一种污水处理系统及其运行方法

摘要

本发明公开了一种污水处理系统及其运行方法，其中污水处理系统包括可提供硝化活性菌群活性污泥的曝气池，还包括污水硝化活性菌群分离驯化富集系统，污水硝化活性菌群分离驯化富集系统包括：监控检测污水处理系统进水pH值的第一pH测试仪；用于分离去除曝气池活性污泥混合液中惰性物质的旋流分离器，包括壳体和内部的搅拌机构，壳体底部通过管道连接排泥机构；设于曝气池与旋流分离器之间的进水机构；用于截留、富集硝化活性菌群的膜生物反应器，与旋流分离器液相出口连通；接收监控信号，控制进水机构、旋流分离器和排泥机构运行的控制器；将富集的硝化活性菌群送回曝气池的回流机构。本发明的污水处理系统在突遇硝化功能失活后能快速恢复生产。

权利要求

1.一种污水处理系统，包括提供硝化活性菌群活性污泥的曝气池，其特征在于，还包括污水硝化活性菌群分离驯化富集系统，所述污水硝化活性菌群分离驯化富集系统包括：监控检测污水处理系统进水pH值的第一pH测试仪；

用于分离去除曝气池活性污泥混合液中惰性物质的旋流分离器，包括壳体和内部的搅拌机构，壳体底部通过管道连接排泥机构；所述旋流分离器分为上、下两段，上段设有叶轮由永磁体制成的搅拌器，下段设有螺旋线圈；

设于曝气池与旋流分离器之间的进水机构；

用于截留、富集硝化活性菌群的膜生物反应器，与旋流分离器液相出口连通；

接收监控信号，控制进水机构、旋流分离器和排泥机构运行的控制器；

将富集的硝化活性菌群送回曝气池的回流机构。

2.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述膜生物反应器包括反应池，所述反应池内设有膜组件和曝气管，反应池外设有分别与膜组件和曝气管连通的抽吸泵和鼓风机。

3.根据权利要求2所述的污水处理系统，其特征在于，所述反应池内设有与控制器电连接的液位计，所述控制器接收液位计的信号，控制抽吸泵运行。

4.根据权利要求2所述的污水处理系统，其特征在于，所述反应池内设有与控制器电连接的第二pH测试仪，所述膜生物反应器还包括受控于所述控制器的营养液投加装置和pH值调节装置。

5.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，所述上段与下段的高度比例为

0.5～1.2，上段的高径比为0.5～1，下段的高径比为1.0～1.5。

6.根据权利要求1～5任一所述的污水处理系统的运行方法，其特征在于，包括：通过进水机构，将曝气池内的活性污泥混合液通入旋流分流器，分离除去惰性物质后再通入膜生物反应器，向膜生物反应器内投放营养液和碱度调节剂培育、驯化、硝化菌群，通过膜过滤作用富集硝化菌群，通过间歇外排控制膜生物反应器内悬浮固体的浓度为6～

15g/L，控制硝化细菌的总量和活性；

若污水处理系统的进水水质正常，则进水机构和旋流分离器正常运行，把污水处理系统曝气池中的活性污泥混合液作为基质，连续输入至膜生物反应器，培育、驯化、富集硝化细菌；

若污水处理系统的进水水质异常，则停止进水机构和旋流分离器的运行，关闭活性污泥混合液的输入。

7.如权利要求6所述的运行方法，其特征在于，将所述膜生物反应器内的pH值控制在

7.5～9.0，氨氮容积负荷为1.5～4.5kg/(m3·d)。

说明书

一种污水处理系统及其运行方法

技术领域

[0001] 本发明属于污水处理领域，尤其涉及一种污水处理系统及其运行方法。

背景技术

[0002] 常规的生物脱氮主要依靠硝化细菌(Nitrifying bacteria)的硝化作用和反硝化细菌的反硝化作用完成。影响生物脱氮的因素众多，其主要因素包括酸碱度、温度、溶解氧、碳氮比、循环比、污泥龄、氧化还原电位、抑制性物质等。

[0003] 硝化细菌属于自养性细菌，包括两种完全不同的代谢群：亚硝酸菌属(nitrosomonas)及硝酸菌属(nitrobacter)，包括形态互异的杆菌、球菌和螺旋菌。亚硝酸菌包括亚硝化单胞菌属、亚硝化球菌属、亚硝化螺菌属和亚硝化叶菌属中的细菌；硝酸菌包括硝化杆菌属、硝化球菌属和硝化囊菌属中的细菌。硝化细菌是化能生物，自养需氧型细菌，以二氧化碳为碳源，世代长，增殖速度慢，污泥产率低，对外界环境条件较为敏感，所以难以维持较高生物浓度，成为生物脱氮过程的限制因子。因此，硝化功能启动慢、硝化能力不足已成为制约生物脱氮效果的瓶颈。

[0004] 我国的一些城镇污水处理厂进水中工业废水占较大比例，甚至几乎全部为工业废水，含有对生物有较强抑制作用的污染物质，在冬季气温较低等不利条件下，再遇上冲击负荷时容易导致脆弱的硝化细菌失活甚至完全死亡，导致污水厂的硝化功能崩溃，恢复所需时间很长，给城镇污水厂的稳定运行带来极大的风险。

[0005] 向污水生物处理系统中投加硝化菌通常认为是恢复硝化功能最有效方法。目前硝化强化技术主要分为两类：一类是使用由一种或几种硝化菌组成的纯硝化菌剂。纯菌剂通过发酵制备，其优点是富集培养速度快、菌种纯度高、密度高，缺点是制备成本高，且存在菌种变异和退化，另外由于菌种组成相对单一，与实际水处理系统的生物群落结构相似相容性差，因此在实际应用中适应能力较差，不容易有效发挥生物强化功能。另一类是接种其它污水厂具有硝化细菌的活性污泥。此种方式克服了纯菌制剂中存在的问题，制备成本低，不存在菌种变异和退化，另外硝化种群具有多样性，生物群落结构相似相容性好。但在开放式的生物反应池内接种硝化混合液，硝化菌易流失，生物反应池内所截留的硝化细菌比例有限，加上硝化混合液菌种的纯度和密度相对不高，使得硝化混合液接种量巨大，运输极其困难，工程可实施性较弱。若投加大量脱水泥饼，虽然提高了菌群的投加量，但污泥脱水过程中，投加的PAM等絮凝剂又影响了硝化细菌的活性，使接种污泥恢复污水厂的硝化活性较为困难。

[0006] 因此，为了克服生物脱氮过程中，突遇硝化功能失活而需快速恢复生产的问题，有针对性的开发一种硝化菌分离驯化富集装置及应急使用方法，用于硝化功能失活后的快速启动，降低生物脱氮处理工艺的运行风险，提高生物脱氮的去除效果，降低已经处置处理成本，将更符合环境低碳可持续发展的趋势。

[0007] 公开号为CN102674539A的发明专利公开了一种基于膜生物反应器的硝化污泥高效富集培养系统及方法，该发明的基本特点是：投加营养液，用膜生物反应器系统对硝化菌群进行分离驯化富集培养，与硝化菌剂的发酵培养相比，大幅度降低了硝化菌的培养成本，并实现了硝化菌与培养基质的彻底分离，有效避免了硝化菌在培养过程中的不必要流失。但该方法由于没有污泥载体，富集的硝化菌处于游离状态，极易造成膜孔堵塞和膜面污染，难以进行生产实践。

发明内容

[0008] 针对现有技术中硝化处理系统的硝化功能失活后，恢复生产所需时间长的不足，本发明的目的在于提供一种在突遇硝化功能失活后能快速恢复生产的污水处理系统。

[0009] 一种污水处理系统，包括可提供硝化活性菌群活性污泥的曝气池，还包括污水硝化活性菌群分离驯化富集系统，所述污水硝化活性菌群分离驯化富集系统包括：

[0010] 监控检测污水处理系统进水pH值的第一pH测试仪；

[0011] 用于分离去除曝气池活性污泥混合液中惰性物质的旋流分离器，包括壳体和内部的搅拌机构，壳体底部通过管道连接排泥机构；

[0012] 设于曝气池与旋流分离器之间的进水机构；

[0013] 用于截留、富集硝化活性菌群的膜生物反应器，与旋流分离器液相出口连通；

[0014] 接收监控信号，控制进水机构、旋流分离器和排泥机构运行的控制器；

[0015] 将富集的硝化活性菌群送回曝气池的回流机构。

[0016] 作为优选，所述生物膜反应器包括反应池，所述反应池内设有膜组件和曝气管，反应池外设有分别与膜组件和曝气管连通的抽吸泵和鼓风机。

[0017] 作为优选，所述反应池内设有与控制器电连接的液位计，所述控制器接收液位计的信号，控制抽吸泵运行。

[0018] 为了使反应池内的硝化细菌能大量繁殖富集，作为优选，所述反应池内设有与控制器电连接的第二pH测试仪，所述膜生物反应器还包括受控于所述控制器的营养液投加装置和pH值调节装置。

[0019] 反应池内的第二pH测试仪检测反应池内的pH值，并将检测结果传输给控制器，控制器根据检测结果控制pH值调节装置，通过向反应池内添加pH值调节液来调节反应池内的pH值。

[0020] 作为优选，所述旋流分离器分为上、下两段，上段设有叶轮由永磁体制成的搅拌器，下段设有螺旋线圈。旋流分离器内螺旋线圈通电后会形成电磁场。活性污泥混合液在旋流分离器内分离中惰性物质的同时，在搅拌器叶轮的永磁场和螺旋线圈的电磁场作用下得到磁化，可以改善污水内硝化细菌的活性。

[0021] 作为优选，所述上段与下段的高度比例为0.5～1.2，上段的高径比为0.5～1，下段的高径比为1.0～1.5。

[0022] 本发明还提供了上述污水处理系统的运行方法，包括：

[0023] 通过进水机构，将曝气池内的活性污泥混合液通入旋流分流器，分离除去惰性物质后再通入膜生物反应器，向膜生物反应器内投放营养液和碱度调节剂培育、驯化、硝化菌群，通过膜过滤作用富集硝化菌群，通过间歇外排控制膜生物反应器内悬浮固体的浓度为6～15g/L，控制硝化细菌的总量和活性；

[0024] 若污水处理系统的进水水质正常，则进水机构和旋流分离器正常运行，把污水处理系统曝气池中的活性污泥混合液作为基质，连续输入至膜生物反应器，培育、驯化、富集硝化细菌；

[0025] 若污水处理系统的进水水质异常，则停止进水机构和旋流分离器的运行，关闭活性污泥混合液的输入。

[0026] 在污水处理系统运行正常、曝气池内活性污泥具有良好硝化活性的条件下启动污水硝化活性菌群分离驯化富集系统。

[0027] 所述的污水处理系统进水水质正常是指，进水pH值(6～9)正常、有毒有害物质含量不对曝气池的活性污泥硝化性能产生不良影响，废水处理工艺运行正常，曝气池内的硝化污泥具有良好的硝化活性；所述的污水处理系统进水水质异常是指，进水异常使得曝气池的运行出现异常，硝化污泥具有失活风险，如pH值小于6或大于9，或含有重金属等有毒有害物质，且持续时间超过10min。

[0028] 若曝气池出现硝化活性大幅度下降、需要硝化强化现象，首先调整进水水质，调节曝气池运行工况，排除导致曝气池硝化失活的异常因素，使曝气池具备接种硝化细菌条件后，再将膜生物反应器内富集的硝化细菌的按一定量分批送回曝气池，接种硝化细菌，即可迅速恢复曝气池的硝化功能，恢复正常运行。

[0029] 作为优选，旋流分离时，叶轮的转速为8～60r/min。

[0030] 作为优选，旋流分离时，电磁感应强度为0.04～0.06T，磁化时间为20～40min。

[0031] 作为优选，营养液投加装置内装有包含硫酸铵(或氯化铵)等配制的高浓度氨氮溶液，NH4+-N的质量百分比浓度为0.5％～5.0％。

[0032] 作为优选，营养液投加装置内的高浓度氨氮溶液中，包含有按一定比例配制的磷酸盐和镁、钙、铁、锰、锌、铜等微量元素混合液；其中N[NH4+-N]∶P[PO43+]＝8∶1，Mg2+的浓度为0.1～0.5mg/L、Ca2+的浓度为0.01～0.1mg/L、Fe2+的浓度为0.001～0.01mg/L、Mn2+的浓度为0.001～0.01mg/L、Cu2+的浓度为0.0002～0.001mg/L。

[0033] 营养液通过第一计量泵按一定的流量加入膜生物反应器内，高浓度氨氮溶液的投加量标准为：控制膜生物反应器内氨氮容积负荷为1.5～4.5kg/(m3·d)。

[0034] 作为优选，pH值调节装置内按一定比例加入碳酸氢盐配置溶液，HCO32-的质量百分比浓度为0.5％～5.0％。

[0035] 通过第二计量泵送入膜生物反应器内以控制其内的pH值，投加量为4.0～4.5kg[HCO32-]/kg[NH4+-N]。

[0036] 作为优选，将所述膜生物反应器内的pH值控制在7.5～9.0。

[0037] 在污水处理系统的运行过程中，第一pH测试仪按一定频率监测污水处理系统进水的pH值，监测频率为1～30min/次，辅助人工测试进水中有毒有害物质含量，调节控制污水硝化活性菌群分离驯化富集系统的运行。

[0038] 作为优选，在曝气池恢复运行过程中，膜生物反应器内富集的硝化细菌分2～4次投加至曝气池内，投加总量小于膜生物反应器内硝化细菌总量的95％，剩余部分作为菌种进行下一轮培育、驯化、富集。

[0039] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

[0040] 本发明的一种污水处理系统，将曝气池内的少量污水污泥混合液经旋流分离去除泥沙等惰性成分后，把混合液中固体的菌胶团以及液体中残留的碱度成分、磷盐、微量营养成分输入到膜生物反应器内，投加高浓度氨氮溶液促进硝化细菌生长，富集后的硝化细菌回流至曝气池中，用于迅速提高曝气池中硝化菌的数量。以曝气池内的污水污泥混合液为硝化菌富集原料可大幅度节省硝化菌富集所需磷盐、微量元素、pH调节的药剂消耗；菌胶团还会给硝化菌提供大量的吸附界面，促使硝化菌附着在菌胶团上，避免硝化菌游离生长而引起严重的膜污染；此外，富集污泥与曝气池中污泥具有很强的生物同源性和基质类似性，因此回流投加使用后对污水厂的水质有很强的适应性。

附图说明

[0041] 图1为本发明的污水硝化活性菌群分离驯化富集系统的结构示意图；

[0042] 图2为本发明的旋流分离器的俯视结构示意图。

[0043] 图中：11、壳体；12、电机；13、叶轮；14、螺旋线圈；15、进水泵；16、排泥泵；17、进水口；18、液相出口；19、排泥口；21、膜生物反应器；22、营养液投加装置；23、pH值调节装置；24、第二pH测试仪；25、液位计；26、鼓风机；27、抽吸泵；28、回流泵；29、PLC子站；31、控制器；
32、第一pH测试仪。

具体实施方式

[0044] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。

[0045] 本发明的污水处理系统，包括可提供硝化活性菌群活性污泥的曝气池，还包括污水硝化活性菌群分离驯化富集系统。如图1所示，污水硝化活性菌群分离驯化富集系统，包括旋流分离器、膜生物反应器21和控制器31。

[0046] 旋流分离器的壳体11分为圆筒状的上段和下段，上段的规格为 下段的规格为 且下段的底部呈倒锥形。

[0047] 如图1和图2所示，壳体11的上段设有与壳体相切的进水口17，进水口17与进水泵15相连，进水泵15浸入曝气池中；还设有液相出口18，液相出口18通过管道与膜生物反应器
21相连；壳体11的底部设有排泥口19，排泥口19与排泥泵16相连。

[0048] 旋流分离器壳体11的中心位置自上而下设置有电机12、与电机12相连的传动轴、固定在传动轴上的永磁体搅拌叶轮13，壳体11的下段设有螺旋线圈14。

[0049] 与膜生物反应器21相连的有营养液投加装置22和pH值调节装置23。

[0050] 膜生物反应器21反应池的有效容积为50m3，为某化学制药企业SBR池有效容积的2.5％。膜生物反应器21内设有截留硝化细菌的膜组件和曝气管，膜生物反应器21外设有与曝气管相连的鼓风机26；膜生物反应器21外还设有外排污水保持液位的抽吸泵27、将硝化细菌回流至曝气池的回流泵28。

[0051] 膜生物反应器21内还设置有第二pH测试仪24、液位计25。液位计25通过PLC子站29与抽吸泵27相连，PLC子站29将检测到的液位信号传输给控制器31，控制器31通过液位检测结果控制抽吸泵27的运行，从而控制膜生物反应器21内的液位。

[0052] 营养液投加装置22主要包括营养液贮罐、第一计量泵；pH值调节装置23主要包括碱液贮罐、第二计量泵。

[0053] 污水处理系统的进水处设有第一pH测试仪32，第一pH测试仪32与控制器31电连接，将检测到的pH值信号传输给控制器31，控制器31根据pH信号控制进水泵15、旋流分离器和排泥泵16的运行。

[0054] 实施例1

[0055] 某化学制药企业，利用有机和无机原料通过化学反应制备药品及药物中间体，企业生产过程及厂区生活污水的排放量约为2000吨/d，其水质情况见表1。

[0056] 该废水处理采用“好氧-厌氧-SBR(序批式活性污泥法)”工艺，由于废水中有机物浓度高、盐度高、pH值变化极大、成分较为单一的制药废水，甚至一些原料或产物具有生物毒性，或难被生物降解，而且随季节性生产-停产周期性变化较为明显，经常性出现硝化作用失活或系统重启的情况。由于废水的高盐、高毒性对硝化细菌增殖的抑制作用，恢复生产过程中投加纯培养硝化细菌或其它污水处理厂曝气池活性污泥均难以短期内适应，恢复生产周期较长，甚至影响企业的正常生产。为应对硝化作用失活后快速恢复以及停产恢复生产后的快速启动，在废水处理设施中配套实施了一种污水处理系统。

[0057] 本发明的污水处理系统运行时，由浸没于曝气池内的进水泵15将含有硝化菌的活性污泥输送到旋流分离器内，分离出含硝化菌的菌群并磁化。永磁叶轮13的转速控制在25r/min，螺旋线圈14通电，电磁感应强度为0.045T。

[0058] 磁化后的菌液通过进水泵输送至膜生物反应器21内，惰性物质等杂质通过排泥泵16排出。

[0059] 营养液投加装置22内装盛由硫酸铵配置2％的高浓度氨氮溶液，该高浓度氨氮溶液中还含有磷酸盐和镁、钙、铁、锰、锌、铜等微量元素，其中N[NH4+-N]∶P[PO43+]＝8∶1，Mg2+的浓度为0.2mg/L、Ca2+的浓度为0.05mg/L、Fe2+的浓度为0.005mg/L、Mn2+的浓度为0.005mg/L、Cu2+的浓度为0.0005mg/L。高浓度氨氮溶液的投加量标准为：控制膜生物反应器内氨氮容积负荷为2.1kg/(m3·d)。

[0060] pH值调节装置23内按一定比例加入碳酸氢钠配置溶液，HCO32-的质量百分比浓度为2.0％，投加量为4.3kg[HCO32-]/kg[NH4+-N]。

[0061] 为了有利于硝化菌的生长繁殖，通过营养液投加装置22投加营养液，通过第二pH测试仪24监测膜生物反应器21内pH的变化(第二pH测试仪24的监测频率为5min/次)，并通过pH值调节装置23投加碱液，使膜生物反应器21内溶液的pH值维持在7.5～9.0，通过回流泵28外排膜生物反应器21内富集的菌液，使膜生物反应器内SS浓度控制在6～15g/L。

[0062] 由于化学制药企业不定期排放含酸、含碱废水，设置了pH自动监控系统，当第一pH测试仪32检测到污水处理系统进水的pH＜6.0或＞9.0，且持续时间为10min以后，由控制器31自动发出指令，停止电机12、进水泵15、回流泵28、抽吸泵27运行，使膜生物反应器21处于封闭状态，隔离保护并备份高活性的硝化细菌。

[0063] 某次生产排放事故酸性废水，引起SBR硝化功能失活，出水氨氮突然升高(如表1所示)，第一pH测试仪32指令保护了膜生物反应器21内富集的硝化细菌，使其未受影响，然后利用膜生物反应器21内备份未受影响的高活性的硝化细菌快速恢复曝气池的运行。

[0064] 首先沿“好氧-厌氧-SBR”工艺调节混合液pH值为7.5左右，开启曝气设备，膜生物3
反应器21内的硝化细菌分2次投加至SBR池内，第一次投加25m 后闷曝，三天以后第二次投加20m3闷曝，闷曝至池内氨氮去除，再逐渐增加进水，出水达到企业预处理排放要求(见表
1)，恢复生产成功。

[0065] 剩余的5m3作为菌种进行下一轮培育、驯化、富集过程中。

[0066] 表1某化学制药企业排放废水的水质

[0067]

[0068] 以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。