一种改进的城市污水活性污泥处理系统及启动方法 所属技术领域
本发明涉及城市污水处理系统，特别涉及用于新建城市污水处理厂的污水活性污泥处理系统的改进及启动方法。
背景技术
传统的城市污水处理系统由一级处理和二级处理两部分构成。一级处理主要包括格栅和初沉池，格栅用于去除城市污水中大的悬浮物和飘浮物，而初沉池用于去除城市污水中可以沉淀的悬浮物；二级处理主要为生物处理，包括厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池，对污水中的有机物、氮和磷进行处理。通过在反应器(或构筑物)内形成的活性污泥中的微生物的作用，达到对城市污水中污染物的去除和净化。
依据处理要求的不同，生物处理可分为除碳(去除有机物)、脱氮(去除各种形态的含氮物质)和除磷(去除各种形态的含磷物质)；依据微生物在反应器内的存在状态可分为活性污泥法和生物膜法，而目前工程应用范围最广的是活性污泥法。
城市污水处理厂建成后，如何使活性污泥系统快速、经济、高效的启动是城市污水处理厂面临的首要问题，所谓启动就是使生物反应池内的活性污泥浓度由起始时的0mg/L达到常规正常处理要求的2000～3000mg/L。现有的启动方法分为两种，即同步启动法和异步启动法。
同步启动法是利用城市污水自身所含有的微生物，通过创造微生物增值的条件，使其自身凝聚，并不断地增值，从而达到所需的活性污泥浓度。由于经过一级处理后，污水中具有凝聚作用的微生物浓度很低，这一过程十分缓慢，通常需要两个月以上，甚至更长。为了加快这一过程，也可采用人工投加絮凝剂(聚合铝、聚合铁等)协助生物絮凝，加快启动进程，但这样势必增加运行的成本。虽然同步启动费用低，但启动速度慢，效率低，因此，同步启动很少采用。
异步启动法就是对新建城市污水处理厂活性污泥系统进行接种，即将已经正常运行的城市污水处理厂的剩余活性污泥投加到新建的污水处理厂的生物处理系统，然后，对其进行驯化，使其适应新的污水处理系统的污水。相对于同步启动法，异步启动需时短，效率高。但从其他污水处理厂获取大量的污泥则十分困难，而且费用高(污泥购置费、装运费、运输费、添加费等)。虽然异步启动花费大，但启动速度快，因此，异步启动是目前城市污水处理厂生物处理系统启动的主要方法。
【发明内容】
为了克服现有的同步启动法具有凝聚性能的微生物少、增长缓慢、启动时间长、效率低的问题，本发明利用最新的微生物检测技术，发现城市污水中存在的微生物具有不同的生长和凝聚特性，不能沉淀的微生物主要以游离状态存在，虽然活性较高，但凝聚性能较差，大多不具有形成菌胶团和继而形成活性污泥絮体的能力；而可沉淀颗粒物上生长着大量有益的、活性较高、且具有极强凝聚能力的菌胶团。
本发明提出了采用初沉池污泥对生物处理系统进行连续接种的新方法，利用初沉污泥中所含有的大量具有较强凝聚能力的微生物进行自培养，通过接种微生物的快速有效增值，使得生物处理系统可在较短的时间内达到所需的污泥浓度，从而达到在几乎不增加运营费用的条件下，使活性污泥系统快速启动的效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明的一种改进的城市污水活性污泥处理系统，是由一级处理系统和二级处理系统两部分构成。一级处理系统主要包括格栅和初沉池；二级处理系统主要包括厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池。在一级处理系统和二级处理系统之间设置初沉污泥回流系统，将初沉池沉淀的部分污泥，作为二级生物处理系统的接种污泥，通过初沉污泥回流系统，定时、定量地添加到二级处理系统中。
该初沉污泥回流系统是由污泥泵(1)、污泥管道(2)及分流阀(3)组成(图1)，连接在初沉池与厌氧池之间，用污泥泵(1)和分流阀(3)来控制接种污泥的数量。
通过添加初沉污泥中微生物的快速增值，使得活性污泥系统的污泥浓度迅速增加，直至达到需要的污泥浓度，然后利用污泥中微生物的生物作用使出水中的COD浓度、总氮浓度和总磷浓度达到国家城市污水处理厂污染物排放标准。然后，关掉初沉污泥回流系统，城市污水处理系统转入常规的运行状态。
本发明的改进地城市污水活性污泥处理系统的启动方法，具体步骤如下：
(1)城市污水首先经过格栅和初沉池进行一级处理系统，初沉池沉淀的污泥为初沉污泥；
(2)将初沉池中沉淀的部分污泥，作为二级生物处理系统的接种污泥，通过初沉污泥回流系统，定时、定量注入到二级处理系统的厌氧池中；
(3)从一级处理系统流出的污水与经过厌氧池、缺氧池的回流混合液，以及经过沉淀池的部分污泥回流混合后，流到厌氧池，进入二级处理系统，污水依次进入厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池进行脱氮除磷；
(4)沉淀池中的泥水经最终的泥水分离后，上清液排放，沉淀的污泥部分返回厌氧池，部分作为剩余污泥排出污水处理系统，进行常规的污泥处理。
在上述技术方案中，对于进入初沉污泥回流系统的接种污泥，还可以先进行预处理，该预处理方式是对污泥进行物理破碎，破碎后的污泥尺度范围为小于1mm。预处理的目的是防止管道和生物处理系统的曝气设备的堵塞，保证其正常运行。
在上述技术方案中，该改进的城市污水活性污泥处理系统，不仅可以用于城市污水脱氮除磷(A2/O方法)处理流程，还可以用于城市污水生物除磷(A/O方法)处理流程和生物脱氮(A/O方法)处理流程中。在城市污水生物除磷处理流程中，二级处理系统仅包括厌氧池、好氧池和沉淀池；在城市污水生物脱氮处理流程中，二级处理系统仅包括缺氧池、好氧池和沉淀池。
本发明的有益效果是：①通过初沉池污泥对生物反应池的连续接种，引入具有活性高、且凝聚力强的微生物，利用其自身的快速有效增值，使活性污泥系统的污泥浓度迅速达到所需要的浓度，达到与异步启动几乎相同的快速启动的效果；②由于初沉池污泥中所存在的固有微生物已经适应了该废水，与异步启动相比，不需要对污泥进行驯化；③由于初沉池污泥中的无机颗粒可作为污泥絮体的核心，增加活性污泥的比重，因此，采用初沉池污泥接种的活性污泥系统启动成功后，所形成的活性污泥絮体SVI值较低，沉淀性能还可大大提高；④初沉池污泥是本厂的副产物，无需任何成本即可获得，相对于异步启动，可节约大量的接种污泥购置费、装卸费、运输费和投加费；⑤在以后的运行阶段，如果系统的活性污泥出现污泥流失，可将初沉池污泥回流系统打开，对活性污泥系统随时进行接种，有利于活性污泥系统的日常维护。
利用该方法可对城市污水二级处理的生物处理系统进行快速启动，缩短启动周期，使处理系统在最短时间内最大限度地发挥效能，同时节约运行费用，适用于具有初沉池的各类活性污泥法城市污水处理厂二级处理系统的启动和运行维护。
【附图说明】
图1是具有快速启动功能的城市污水脱氮除磷(A2/O方法)处理流程
图2是图1中初沉污泥回流系统的局部放大示意图
图3是具有快速启动功能(预处理)的城市污水脱氮除磷(A2/O方法)处理流程
图4是具有快速启动功能的城市污水生物除磷(A/O方法)处理流程
图5是具有快速启动功能的城市污水生物脱氮(A/O方法)处理流程
具体实施方式：
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
某城市污水二级处理系统中间试验厂采用厌氧/缺氧/好氧(A2/O)生物处理方法进行脱氮除磷，进入二级处理系统的城市污水COD浓度为200～300mg/L，总氮30～40mg/L，总磷2～4mg/L。如果采用传统的同步启动流程，启动30天后，生物处理系统的污泥浓度仅为300～500mg/L，脱氮除磷效率不能满足要求。投加30mg/L的絮凝剂(聚合氯化铝)后，污泥浓度缓慢增加，直至2个月后污泥浓度达到1500mg/L，但污泥絮体结构松散，活性低。
采用本发明的具有快速启动功能的城市污水脱氮除磷(A2/O方法)启动方法，如图1和图2所示，具体处理步骤如下：
(1)城市污水首先经过格栅和初沉池进行一级处理系统，初沉池沉淀的污泥为初沉污泥；
(2)将初沉池污泥通过初沉污泥回流系统，即通过污泥泵1、污泥管道2及分流阀3，从初沉井直接注入生物处理系统的厌氧池，对其进行接种；接种污泥量由污泥泵1和分流阀3来控制；接种量采用间歇方式，每天1次，每次的接种量为反应池(厌氧池+缺氧池+好氧池，下同)总体积的1/20～1/40，初沉污泥浓度为10～20克/升，控制系统的水力停留时间为12～14小时；
(3)从一级处理系统流出的污水与经过厌氧池、缺氧池的回流混合液，以及经过沉淀池的部分污泥回流混合后，流到厌氧池，进入二级处理系统，污水依次进入厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池进行脱氮除磷；使厌氧池的氧化还原电位(ORP)为-300毫伏以下，缺氧池的氧化还原电位(ORP)为-50毫伏以下，好氧池的溶解氧浓度为2～3毫克/升。
(4)沉淀池中的泥水经最终的泥水分离后，上清液排放，沉淀的污泥部分返回厌氧池，部分作为剩余污泥排出污水处理系统，进行常规的污泥处理。
一周后，生物处理系统的污泥浓度达到了3000mg/L，形成的活性污泥絮体结构密实，活性高，同时出现明显的生物除磷过程，两周后出现明显的硝化过程，出水COD、总氮和总磷的去除率分别达到85％、70％和80％，出水COD浓度降至60mg/L以下，总氮浓度降至15mg/L以下，总磷浓度降至1mg/L以下，达到国家城市污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)中规定的一级A标准，系统启动成功。当达到需要的污泥浓度后，关掉初沉污泥回流系统，城市污水处理系统转入常规的运行状态。
实施例2
某城市污水二级处理系统中间试验厂采用厌氧/缺氧/好氧(A2/O)生物处理方法进行脱氮除磷，进入二级处理系统的城市污水COD浓度为200～300mg/L，总氮30～40mg/L，总磷2～4mg/L。处理方法如图3所示。其处理步骤1、步骤3和步骤4与实施例1相同。步骤2如下：
将初沉池中沉淀的部分污泥进行物理破碎预处理，破碎后的污泥尺度范围小于1mm，再作为二级生物处理系统的接种污泥，通过初沉污泥回流系统，定时、定量注入到二级处理系统的厌氧池中；接种量采用间歇方式，每天2次，每次的接种量为反应池总体积的1/20～1/40，初沉污泥浓度为10～20克/升，控制系统的水力停留时间为10～12小时；氧化还原电位及溶解氧的控制同实施例1。
通过上述步骤，生物处理系统的污泥浓度达到了3000mg/L，形成的活性污泥絮体结构密实，活性高，同时出现明显的生物除磷过程，两周后出现明显的硝化过程，出水COD、总氮和总磷的去除率分别达到85％、70％和80％，出水COD浓度降至60mg/L以下，总氮浓度降至10mg/L以下，总磷浓度降至1mg/L以下，达到国家城市污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)中规定的一级A标准，系统启动成功。
实施例3
某城市污水二级处理系统中间试验厂采用厌氧/好氧(A/O)生物处理方法对城市污水进行生物除磷，进入生物处理系统的COD浓度为250～300毫克/升，总磷浓度为3～4毫克/升。处理方法如图4所示。
本发明的具体处理步骤如下：
(1)城市污水首先经过格栅和初沉池进行一级处理系统，初沉池沉淀的污泥为初沉污泥；
(2)将初沉池中沉淀的部分污泥通过初沉污泥回流系统，定时、定量注入到生物处理系统的厌氧池，对其进行接种。该初沉污泥回流系统是由污泥泵1、污泥管道2及分流阀3组成；接种量采用间歇方式，每天1～2次，每次的接种量为反应池总体积的1/20～1/40，初沉污泥浓度为10～20克/升，系统的水力停留时间为6～8小时；
(3)从一级处理系统流出的污水与经过厌氧池、好氧池、沉淀池的部分污泥回流混合后，流到厌氧池，进入二级处理系统，污水依次进入厌氧池、好氧池和沉淀池进行生物除磷；厌氧池的氧化还原电位(ORP)为-300毫伏以下，好氧池的溶解氧浓度为2～3毫克/升；
(4)沉淀池中的泥水经最终的泥水分离后，上清液排放，沉淀的污泥部分返回厌氧池，部分作为剩余污泥排出污水处理系统，进行常规的污泥处理。
经连续运行一周后，生物处理系统的污泥浓度就达到了3000mg/L，形成的活性污泥絮体结构密实，活性高，同时出现明显的生物除磷过程，两周后，COD和总磷的去除率分别达到85％和80％，出水COD浓度小于60mg/L，总磷小于1mg/L，达到国家城市污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)中规定的一级A标准。系统启动成功，关掉初沉污泥回流系统，城市污水处理系统转入常规的生物除磷运行状态。
实施例4
某城市污水二级处理系统中间试验厂采用缺氧/好氧(A/O)生物处理方法对城市污水进行生物脱氮，进入生物处理系统的COD浓度为250～300毫克/升，总氮浓度为25～30毫克/升。处理方法如图5所示。
本发明的具体处理步骤如下：
(1)城市污水首先经过格栅和初沉池进行一级处理系统，初沉池产生的污泥为初沉污泥；
(2)通过初沉污泥回流系统将初沉池污泥注入生物处理系统的缺氧池，对其进行接种。该初沉污泥回流系统是由污泥泵1、污泥管道2及分流阀3组成。接种量采用间歇方式，每天1～2次，每次的接种量为反应池总体积的1/20～1/40，初沉污泥浓度为10～20克/升，系统的水力停留时间为10～12小时；
(3)从一级处理系统流出的污水与经过缺氧池、好氧池的回流混合液，以及经过沉淀池的部分污泥回流混合后，流到缺氧池，进入二级处理系统，污水依次进入缺氧池、好氧池和沉淀池进行脱氮。使缺氧池的氧化还原电位(ORP)为-50毫伏以下，好氧池的溶解氧浓度为2～3毫克/升；
(4)沉淀池中的泥水经最终的泥水分离后，上清液排放，沉淀的污泥部分返回厌氧池，部分作为剩余污泥排出污水处理系统，进行常规的污泥处理。
经连续运行一周后，生物处理系统的污泥浓度就达到了3000mg/L，形成的活性污泥絮体结构密实，活性高，同时出现明显的硝化过程，三周后，COD和总氮的去除率分别达到85％和70％，出水COD浓度小于60mg/L，总氮浓度小于10mg/L，达到国家城市污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)中规定的一级A标准。系统启动成功，关掉初沉污泥回流系统，城市污水处理系统转入常规的运行状态。