本高新技术属于污水生物处理设备技术领域，具体涉及一种序批式好氧颗粒污泥反应器。
背景技术：
在我国，水资源短缺及水污染问题的日益加剧，其中尤以氮、磷引起的水体富营养化问题最为严重。因此，研究开发经济、高效的脱氮除磷的污水处理技术已成为水污染控制领域的研究重点和热点。间歇式活性污泥法处理系统的英文简称是sbr(sequencingbatchreactor)是一种用间歇曝气的方式来运行的活性污泥处理技术。原则上，可以把间歇式活性污泥法处理系统作为活性污泥法一种新的运行方式。如果说，连续式推流式曝气池，是空间上的推流；间歇式活性污泥曝气池，在流态上虽然属于完全混合式，但在有机物降解方面，则是时间上的推流。在连续式推流曝气池内，有机污染物是沿着空间降解的，而间歇式活性污泥处理系统，有机物则是沿着时间的推移而降解的。与连续性活性污泥法系统相比较，间歇式活性污泥法处理系统具有以下优点：构成简单，不设二沉池，曝气池容积也小于连续式，所以，建设费用和运行费用都较低；svi值较低，污泥易于沉淀，一般不会产生污泥膨胀现象；通过对运行方式的调节，在单一的曝气池中能够进行脱氮除磷反应；应用电动阀、液位计、自动计时器及可编程控制器等自控仪表，可是本工艺过程实现全部自动化，而由中心控制室控制；运行管理得当，处理水水质优于连续式。
在当前污水处理技术领域中，活性污泥法是应用最为广泛的技术之一。好氧颗粒污泥(aerobicgranularsludge)是在好氧条件下自发形成的细胞自身固定化颗粒，具有良好的沉降性能、较高的生物存留量和良好的生物活性。与传统活性污泥相比，好氧颗粒污泥具有结构致密、外观规则，边界清晰、沉降性能好、高耐毒性、同步脱氮除磷、抗冲击能力不易发生污泥膨胀，提供更为丰富的微生物相等优点，成为污水处理领域具有良好发展前景的一项污水生物处理技术。
目前好氧颗粒污泥的培养主要采用的是较大高径比的sbr反应器。这种反应器构型有助于颗粒污泥的形成，主要原因是：它们可起到水力筛选作用筛选出那些沉降性能较好的污泥，较短的沉淀时间可将沉降性能较差的絮状污泥洗出反应器，同时这些反应器所具有的独特的水流方式对颗粒污泥的形成也有重要的影响作用，正是这两种作用才使得颗粒污泥易于在这些反应器中形成。
研究表明，高径比(h/d)较大的柱状上流式反应器，提供较高的水力剪切力、较长的循环流途径及较高的随机碰撞频率，与全混流反应器相比，微生物絮体易于在柱状上流式反应器内形成形状规则的污泥颗粒。然后在曝气、搅拌等剪切力的作用下这些污泥的结构变得更加密实规则，形成了肉眼可见的颗粒污泥。通常好氧颗粒污泥的培养条件要求较为严苛，且在培养阶段也容易因为沉淀时间短而出现大量污泥流失，系统运行崩溃的问题，这增加了好氧颗粒污泥培养的难度。目前，用于处理城市污水的生物装置，水利剪切力低、溶解氧利用率低，好氧颗粒污泥形成速度慢。
技术实现要素：
本高新技术的目的在于提供一种序批式好氧颗粒污泥反应器，解决了现有的污水处理生物装置溶解氧利用率低的问题。
本高新技术所采用的技术方案是：一种序批式好氧颗粒污泥反应器，包括依次连接的进水单元、反应器主体、出水单元，反应器主体上连接曝气单元，曝气单元和进水单元分别连接控制单元。
本高新技术的特点还在于，
进水单元包括进水桶，进水桶连接蠕动泵，蠕动泵通过进水管连接反应器主体，蠕动泵位于进水桶和反应器主体之间。
反应器主体包括双层套筒结构的罐体，罐体包括内筒和外筒，罐体底部通过垫片b连接布水盘，布水盘下方通过垫片a连接底座，底座中心开设进水口，进水口上方设置活动挡片，罐体内筒体底部与进水口对应位置上开设通孔，通过通孔和进水口连通蠕动泵的进水管，底座、布水盘、罐体之间相互连通；罐体顶部设置上盖；
罐体内筒体底部径向开设排泥口，排泥口贯穿外筒伸出罐体外部，外筒上位于和排泥口同一水平面上开设恒温水浴进水口，罐体内筒体位于恒温水浴进水口上方开设取样口a、取样口b、取样口c、取样口d；取样口b和取样口c位于取样口a上方的同一水平面上；取样口d位于取样口b上方，取样口a、取样口b、取样口c和取样口d均贯穿外筒伸出罐体外部，罐体内筒体顶部开设排水口，排水口包括径向设置的排水口a和排水口b，排水口a、排水口b位于同一水平面，排水口a上方设置恒温水浴排水口。
曝气单元包括依次连接的空气泵、转子流量计、微孔砂芯曝气头，砂芯曝气头位于罐体内筒体底部，上盖中间设置曝气管进气口和通气口，曝气管进气口和通气口通过管道连接微孔砂芯曝气头，罐体外部布置转子流量计。
控制单元采用plc控制器控制，plc控制器分别连接蠕动泵和转子流量计、空气泵。
出水单元包括出水桶，排水口a和排水口b连接出水管，反应器主体通过出水管连接出水桶。
罐体内筒的高径比为12.93。
布水盘采用三层粘接且内部采用中空式设计。
底座下部设置有四个角。
活动挡片采用有机玻璃材质。
本高新技术的有益效果是：本高新技术的一种序批式好氧颗粒污泥反应器，通过高径比的合理设计，提高水利剪切力和溶解氧利用率，实现好氧颗粒污泥的快速培养，具体来说，有以下优点：
1.采用推流式同步进出水，进水先经过沉积在底部的污泥并与其充分混合，大部分cod和氨氮被代谢利用。在厌氧进水的同时，排出罐体内经处理后的水体；在选择压的作用下去除沉降效果不好的絮状污泥，进一步挑选优质的颗粒污泥。
2.通过高径比的合理设计，使反应器在曝气和有压进水的工况下产生的密度压力差形成气提动能，再利用位差和压力差使在反应器内部形成涡旋，提高流体速度，增强水力剪切力，提高氧的利用率，增强颗粒碰撞率，以便于更好的形成好氧颗粒污泥。
3.通过底部的布水盘14使进水均匀分布，与污泥充分混合，在进水的同时处理污染物，提高厌氧段污水的处理效率。同时防止反应器底部出现进水死角。布水盘14下部为中空式设计，使中空部分的水在进水的推动力下通过布水盘均匀进入到反应器，进一步使进水均匀化。
4.通过简单巧妙、结构设计，实现一种序批式好氧颗粒污泥反应器的一体化装备。
附图说明
图1是本高新技术一种序批式好氧颗粒污泥反应器的结构示意图；
图2是本高新技术一种序批式好氧颗粒污泥反应器的主视图；
图3是图1中上盖的平面图；
图4是图2中a-a方向剖面图；
图5是图2中b-b方向剖面图；
图6是图2中c-c方向剖面图；
图7是本高新技术的一种序批式好氧颗粒污泥反应器的布水盘平面布置图；
图8是本高新技术的一种实施例中反应器污泥浓度的变化图；
图9是本高新技术的一种实施例中氨氮、亚硝氮、硝态氮和磷的含量变化图；
图10是本高新技术的一种实施例中培养好的颗粒污泥图。
图中，1.进水桶，2.蠕动泵，3.反应器主体，4.空气泵，5.转子流量计，6.微孔砂芯曝气头，7.排水口，8.出水桶，9.plc控制器，10.底座，11.进水口，12.垫片a；13.活动垫片，14.布水盘，15.垫片b，16.排泥口，17.恒温水浴进水口，18.取样口a，19.取样口b，20.取样口c，21.取样口d，22.排水口a，23.排水口b，24.恒温水浴排水口，25.上盖，26.曝气管进气口，27.排气口，28.支撑固定螺栓，29.罐体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本高新技术进行详细说明。
本高新技术提供的一种序批式好氧颗粒污泥反应器的结构，如图1所示，包括依次连接的进水单元、反应器主体3、出水单元，反应器主体3上连接曝气单元，曝气单元和进水单元分别连接控制单元。进水单元和出水单元用于反应器主体3的进水和出水；
进水单元包括进水桶1，进水桶1连接蠕动泵2，蠕动泵2通过进水管连接反应器主体3，蠕动泵2位于进水桶1和反应器主体3之间，将进水桶1中存储的待处理污水输送至反应器主体3中，实现从反应器主体3底部进水的同时从反应器主体3上部出水，即推流式出水。
如图2所示，反应器主体3包括双层套筒结构的罐体29，罐体29包括内筒和外筒，内筒体作为污水处理反应区域，罐体29内外筒之间的区域作为恒温水浴区域；罐体29底部通过垫片b15连接布水盘14，如图7所示，布水盘14采用三层粘接且内部采用中空式设计，通过一小部分空间的蓄水进一步使布水均匀化，布水盘14下方通过垫片a12连接底座10，垫片a12和垫片b15均用于增大摩擦力，增加整体的机械密封型，防止部件受到压力或产生位移。底座10中心开设进水口11，进水口11上方设置活动挡片13，使进水在其缓冲下改变水流向，向四周均匀分布。如图6所示，进水口11和活动挡片13之间用支撑固定螺栓28连接，活动挡片13位于布水盘14下方，用于缓冲进水对布水盘14的压力，同时用于使水均匀的分布在布水盘14上。罐体29内筒体底部与进水口11对应位置上开设通孔，通过通孔和进水口11连通蠕动泵2的进水管，底座10、布水盘14、罐体29之间相互连通，在进水口11的上方安置布水盘14，底部的布水盘14使进水均匀分布，与污泥充分混合，在进水的同时处理污染物，提高厌氧段污水的处理效率。同时防止反应器底部出现进水死角，水进入进水管通过布水盘14均匀分布在罐体29内筒桶壁；罐体29顶部设置上盖25，活动挡片13采用有机玻璃材质。底座10下部设置有四个角，用于固定和稳定装置。
罐体29内筒体底部径向开设排泥口16，排泥口16贯穿外筒伸出罐体29外部，外筒上位于和排泥口16同一水平面上开设恒温水浴进水口17，罐体29内筒体位于恒温水浴进水口17上方开设取样口a18、取样口b19、取样口c20、取样口d21。取样口a18位于罐体29底部，用于在厌氧阶段时取样；如图5所示，取样口b19和取样口c20位于取样口a18上方的同一水平面上，取样口b19、取样口c20位于罐体29中部，用于在曝气阶段取样；取样口d21位于取样口b19上方，取样口d21位于罐体29上部，用于取水样；取样口a18、取样口b19、取样口c20和取样口d21均贯穿外筒伸出罐体29外部。
出水单元包括出水桶8，罐体29内筒体顶部开设排水口7，排水口7包括径向设置的排水口a22和排水口b23，排水口a22、排水口b23位于同一水平面，用于均匀、稳定、高效的排出处理后的水体，为推流式进水创造更好的水利条件。排水口a22和排水口b23连接7出水管，反应器主体3通过出水管连接出水桶8，用于将反应器主体3中处理后的污水排入出水桶。
如图4所示，排水口a22上方为恒温水浴排水口24，下进上出的恒温水浴方式用于给整个罐体内的微生物提供恒温的环境，为微生物提供适合其生长的环境因子，更有利于颗粒污泥的快速形成和稳定培养。
曝气单元包括依次连接的空气泵4、转子流量计5、微孔砂芯曝气头6，微孔砂芯曝气头6位于罐体29内筒体底部，用于均匀的给整个罐体进行曝气。如图3所示，上盖25中间设置曝气管进气口26和通气口27，曝气管进气口26和通气口27通过管道连接微孔砂芯曝气头6，罐体29外部布置转子流量计5，用于实时监测曝气量，以便探究不同曝气条件下颗粒污泥的生长特性，确定最佳曝气量。
整个装置由控制单元进行中央控制，控制单元采用plc控制器9控制，plc控制器9分别连接蠕动泵2和转子流量计5、空气泵4，根据plc控制器9中的时控开关，自动控制其启闭。
本高新技术的一种实施例中的反应器主体3的高97cm，罐体29内筒体的内径7.5cm，高径比等于12.93。较短的沉淀时间可将沉降性能较差的絮状污泥洗出反应器。合理的高径比，使反应器主体3在曝气和有压进水的工况下，产生的密度压力差形成气提动能，再利用位差和压力差使在反应器内部形成涡旋，提高流体速度，增强水力剪切力，提高氧的利用率，增强颗粒碰撞率，以便于更好的形成好氧颗粒污泥。
通过自下而上的外循环恒温水浴，提高好氧活性污泥的活性同时提高污水处理率。由于温度会影响微生物的生长和代谢活性，通常好氧颗粒污泥的培养都是在室温下进行的；好氧颗粒污泥在20℃的条件下的微生物的生长、代谢活性和脱氮除磷效果，明显高于其他温度。因此，本高新技术罐体29内外筒之间的恒温水浴区域采用20℃恒温水浴，为好氧颗粒污泥提供最适宜的生长环境。
本高新技术提供的一种序批式好氧颗粒污泥反应器的工作过程：本高新技术的反应器，通过蠕动泵2将进水桶1内的待处理废水抽入反应器主体3中，系统进行厌氧反硝化，然后反应器静置30min后，利用蠕动泵2对废水进行曝气；在曝气阶段，由空气泵4连接转子流量计5，通过转子流量计5、空气管和伸入反应器底部的微孔砂芯曝气头6给反应器主体进行曝气；曝气阶段完成后，进入沉淀阶段，初始沉淀时间设置为20min，根据反应器运行情况逐渐减少沉淀时间，最终降至5min。在设定的沉淀时间内，还未能沉降的污泥，便会随出水被排出系统，通常沉淀时间设定较短的sbr系统中，更有利于那些沉降性较好的污泥存留生长，较短的沉淀时间，可将沉降性能较差的絮状污泥洗出反应器。
本高新技术提供的一种序批式好氧颗粒污泥反应器的工作原理：本高新技术的进水单元采用从下往上的推流式进出水，在进水的同时，选择优质的好氧颗粒污泥并排出多余上清液，保证了反应器内好氧颗粒污泥的优质性。采用塞流式中的推流式同步进出水，进水先经过沉积在底部的污泥并与其充分混合，大部分cod和氨氮被代谢利用。在厌氧进水的同时不但排出罐体29内经处理后的水体，同时在选择压的作用下，去除沉降效果不好的絮状污泥，进一步挑选优质的颗粒污泥。采用sbr反应器处理污水时，sbr是周期性连续运行，在进水的同时，同步推流式排水，将上清液排出反应器，停留在反应器中的沉降性能比较好的活性污泥，在接下来的新的周期内开始新一轮的污染物的去除。
下面通过实施例对本高新技术的技术效果做进一步说明。
本实施例中采用有机玻璃桶制备反应器主体3的罐体29内筒，筒高97cm，内径7.5cm，高径比为12.93，通过有效容积为4.0l序批式反应器(sbr)处理城镇污水的好氧颗粒污泥，接种污泥实验中接种的污泥来自西安市第四污水处理厂(aao工艺)曝气池活性污泥，将取回的污泥筛滤2-3次，去除较大的杂质和悬浮物，作为接种污泥。
本实施例采用一种序批式好氧颗粒污泥反应器，处理城镇污水培养好氧颗粒污泥的操作过程如下：采用sbr工艺运行反应器，在plc控制器9的控制下，反应器按照推流式同步进出水—静置—曝气—沉淀的顺序运行。
反应器初始的运行条件为：每天运行6个周期，每个周期4个小时。其中包括推流式同步进出水60min，静置30min，曝气130min，沉淀时间在颗粒污泥培养期间，根据反应器运行状况由20min逐渐减小到5min，曝气时间对应延长，采用plc控制器9自动控制各反应段的启闭。微孔砂芯曝气头6提供的表面气速为1.2l/min，体积交换比为50％。
反应器启动初期，将污泥浓度为10.1g/l的普通活性絮体污泥接种到上述反应器中，cod浓度为400mg/l的模拟废水作为进水基质运行。
如图8所示，反应器稳定运行后的mlss基本维持在4000～5500mg/l。随着反应器絮体污泥逐渐絮凝成团，实现污泥的颗粒化，反应器svi30的数值逐渐减低，颗粒污泥的沉降性能不断提高。当颗粒成熟之后，svi30的数值45ml/g上下正常波动。
图9为系统稳定后一典型周期内，反应器中污染物浓度变化情况。在进水和静置阶段，从反应器顶部取样检测各项指标，好氧阶段，从取样口b19取样。试验结果表明，系统稳定运行后cod出水浓度为35mg/l左右，nh4+-n基本被完全去除，no2--n出水浓度在0.1mg/l以下，no3--n出水浓度在15-20mg/l。系统具有良好的除磷效果，出水磷含量低于1mg/l。
如图10所示，本实例中培养的颗粒污泥粒径偏大(最大粒径可达5mm)，颗粒污泥呈淡黄色，结构密实，表面留有孔道保障溶解氧和营养物质进入颗粒内部。另外，具有大量的乳白色的聚磷颗粒。污泥具有良好有机污染物去除效率、硝化反应速率、除磷效果。
技术特征：
1.一种序批式好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，包括依次连接的进水单元、反应器主体(3)、出水单元，所述反应器主体(3)上连接曝气单元，曝气单元和进水单元分别连接控制单元。
2.如权利要求1所述的一种序批式好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，所述进水单元包括进水桶(1)，进水桶(1)连接蠕动泵(2)，蠕动泵(2)通过进水管连接反应器主体(3)，蠕动泵(2)位于进水桶(1)和反应器主体(3)之间。
3.如权利要求2所述的一种序批式好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，所述反应器主体(3)包括双层套筒结构的罐体(29)，罐体(29)包括内筒和外筒，罐体(29)底部通过垫片b(15)连接布水盘(14)，布水盘(14)下方通过垫片a(12)连接底座(10)，底座(10)中心开设进水口(11)，进水口(11)上方设置活动挡片(13)，罐体(29)内筒体底部与进水口(11)对应位置上开设通孔，通过通孔和进水口(11)连通蠕动泵(2)的进水管，底座(10)、布水盘(14)、罐体(29)之间相互连通；罐体(29)顶部设置上盖(25)；
罐体(29)内筒体底部径向开设排泥口(16)，排泥口(16)贯穿外筒伸出罐体(29)外部，外筒上位于和排泥口(16)同一水平面上开设恒温水浴进水口(17)，罐体(29)内筒体位于恒温水浴进水口(17)上方开设取样口a(18)、取样口b(19)、取样口c(20)、取样口d(21)；取样口b(19)和取样口c(20)位于取样口a(18)上方的同一水平面上；取样口d(21)位于取样口b(19)上方，取样口a(18)、取样口b(19)、取样口c(20)和取样口d(21)均贯穿外筒伸出罐体(29)外部，罐体(29)内筒体顶部开设排水口(7)，排水口(7)包括径向设置的排水口a(22)和排水口b(23)，排水口a(22)、排水口b(23)位于同一水平面，排水口a(22)上方设置恒温水浴排水口(24)。
4.如权利要求3所述的一种序批式好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，所述曝气单元包括依次连接的空气泵(4)、转子流量计(5)、微孔砂芯曝气头(6)，砂芯曝气头(6)位于罐体(29)内筒体底部，上盖(25)中间设置曝气管进气口(26)和通气口(27)，曝气管进气口(26)和通气口(27)通过管道连接微孔砂芯曝气头(6)，罐体(29)外部布置转子流量计(5)。
5.如权利要求4所述的一种序批式好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，所述控制单元采用plc控制器(9)控制，plc控制器(9)分别连接蠕动泵(2)和转子流量计(5)、空气泵(4)。
6.如权利要求3所述的一种序批式好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，所述出水单元包括出水桶(8)，排水口a(22)和排水口b(23)连接出水管，反应器主体(3)通过出水管连接出水桶(8)。
7.如权利要求3所述的一种序批式好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，所述罐体(29)内筒的高径比为12.93。
8.如权利要求3所述的一种序批式好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，所述布水盘(14)采用三层粘接且内部采用中空式设计。
9.如权利要求3所述的一种序批式好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，所述底座(10)下部设置有四个角。
10.如权利要求3所述的一种序批式好氧颗粒污泥反应器，其特征在于，所述活动挡片(13)采用有机玻璃材质。
技术总结
本高新技术公开了一种序批式好氧颗粒污泥反应器，包括依次连接的进水单元、反应器主体、出水单元，所述反应器主体上连接曝气单元，曝气单元和进水单元分别连接控制单元。反应器主体包括内筒和外筒，内筒体作为污水处理反应区域，外筒作为恒温水浴区域；处理污水时，反应器按照进出水—静置—曝气—沉淀的顺序周期性运行，在进水的同时同步推流式排水，能够将上清液排出反应器，有效去除沉降性能不好的絮状污泥，排出多余废水，保证了反应器内好氧颗粒污泥的优质性；采用了恒温水浴的方式，通过自下而上的外循环恒温水浴，提高好氧活性污泥的活性，提高污水处理率。解决了现有的污水处理生物装置溶解氧利用率低的问题。
技术开发人、权利持有人：陈希;张媛媛;袁乙卜
