申请日2010.07.13

公开(公告)日2012.06.27

IPC分类号C02F3/30; C02F9/14

摘要

本发明提出一种强化低碳源城市污水低氧同步除磷脱氮的污水处理装置及方法，其由SBR主反应池以及两个除磷池构成。SBR主反应池的进水管由上部接入，出水管由下部接出，并从SBR主反应池底部接出外循环污泥管，在SBR主反应池设置有曝气装置，所述SBR主反应池采用分批进水、厌氧-好氧/缺氧交替-沉淀排水的运行方式。两个除磷池结构大小完全相同，在污水处理的同一周期里，其分别作为厌氧释磷池和化学除磷池，而在下一个周期则两池的功能交换。本发明能够进行很好的实现低溶解氧环境下强化低碳源城市污水同步除磷脱氮处理。

翻译权利要求书

1.一种强化低碳源城市污水低氧同步除磷脱氮的污水处理装置，其由SBR主反应 池(1)以及两个除磷池构成，其特征在于：

所述SBR主反应池的进水管(4)由SBR主反应池(1)的上部接入，出水管(7) 由下部接出，并从SBR主反应池(1)的底部接有外循环污泥管(10)，在SBR主反应 池(1)内设置有曝气装置，所述SBR主反应池采用分批进水、厌氧-好氧/缺氧交替- 沉淀排水的运行方式;

所述除磷池A(2)和除磷池B(3)从上部分分别接入有厌氧释磷池进水管(5)， 并在两个池下部接有连通两池的排水管(15)，所述由SBR主反应池(1)接出的外循环 污泥管(10)通过污泥管A和污泥管B分别与除磷池A(2)和除磷池B(3)连接;除 磷池A(2)和除磷池B(3)又从底部分别接出污水管A和污水管B并通过污水回流管 (16)接入SBR主反应池(1);所述污泥管A和污泥管B还与排泥管(17)连接，在 不排化学污泥的时，排泥管(17)通过阀门关闭，只有在从除磷池A(2)和除磷池B(3) 排除化学污泥时，才将排泥管(17)的阀门打开进行排泥;所述除磷池A(2)和除磷池 B(3)内均设置有搅拌器A和搅拌器B;

所述除磷池A(2)和除磷池B(3)结构大小完全相同，在污水处理的同一周期里， 其分别作为厌氧释磷池和化学除磷池，而在下一个周期则两池的功能交换。

2.根据权利要求1所述的强化低碳源城市污水低氧同步除磷脱氮的污水处理装置， 所述SBR主反应池(1)、除磷池A(2)和除磷池B(3)的进水管通过一个总的进水泵 时控器(18)进行控制;所述SBR主反应池(1)的曝气装置通过一个空压机时控器(19) 控制，在其供气管路上安装有气体流量计(22);所述除磷池A(2)和除磷池B(3) 中的搅拌器A和搅拌器B通过搅拌器时控器(21)控制。

3.根据权利要求1或2所述的强化低碳源城市污水低氧同步除磷脱氮的污水处理装 置，在所述SBR主反应池的出水管(7)的进水口位置设置有滗水器(23)，所述滗水器 (23)通过滗水器时控器(20)控制。

4.利用权利要求1所述的装置进行污水处理的方法，其过程如下：

SBR主反应池(1)采用分步进水、厌氧-缺氧/好氧交替的方式，即SBR主反应池在 厌氧-好氧/缺氧交替的运行模式下使污水分多次分别注入反应器的缺氧段，同时通过控制 曝气量使SBR主反应池在好氧阶段处于低溶解氧环境;在SBR主反应池(1)运行的同 时，外循环污泥通过SBR主反应池的外循环污泥管(10)排进厌氧释磷池进行厌氧释磷， 释磷结束泥水分离后，富磷污水经排水管(15)进入化学除磷池进行化学固磷，固磷后 的污水经污水回流管(16)回流进SBR主反应池(1)以进一步去除其中的氨氮和有机 物质;

在上述方法中，所述SBR主反应池(1)在任一反应周期中，均有占总污泥量15% 的污泥外循环至除磷池A(2)或除磷池B(3)参与厌氧强化释磷，即上一周期的外循 环污泥经厌氧释磷后回流至SBR主反应池本周期的厌氧段参与后续吸磷作用，而本周期 的外循环污泥则经厌氧释磷后回流至SBR主反应池下一周期的厌氧段。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：其具体处理步骤如下：

(1)进水：根据设定进水量设定进水时间，即进水量=进水流量×进水时间，通过 进水泵时控器控制，周期开始时进水泵时控器控制进水泵和进水阀开启进水，到达设定 进水时间后关闭，进水完成;整个进水过程控制在10min以内;

(2)厌氧搅拌：SBR主反应池内的搅拌器也由相应的时控器控制，第一次进水完成 后，时控器控制搅拌器开始搅拌并持续至本反应周期开始沉淀时止;此时曝气装置的空 压机处于关闭状态，整个SBR主反应池中的混合液处于厌氧状态，聚磷菌利用原水中的 VFA物质进行厌氧释磷;厌氧时间控制在1.0～1.5h，在厌氧搅拌开始30min后，将厌氧 释磷池中释磷后的污泥回流至SBR主反应池，利用释磷后的聚磷菌与反应池中上一周期 残留的硝酸盐氮发生反硝化吸磷作用;

(3)曝气/停曝交替：开始时，通过空压机时控器开启空压机对SBR主反应池曝气， 并控制整个曝气阶段的曝气量，使主反应池中DO维持在0.3～0.6mg/L之间的低溶解氧 状态，微生物在这种低溶解氧状态下利用水中DO和有机物质发生硝化反应和反硝化反 应;通过控制曝气量维持反应池中较低DO浓度，在恒定曝气量下DO由预定值开始攀 升时，关闭空压机，曝气结束;系统进行第二次进水，方法同步骤(1);第二次进水完 毕后利用进水中的有机物质做碳源，与上一曝气阶段末系统中残留的硝酸盐氮发生反硝 化脱氮作用，在搅拌器的搅拌下，产生的氮气从水面逸出;当到达预设缺氧时间后，系 统再次进行曝气，方法同上述第一次曝气，曝气结束后第三次进水，方法同步骤(1); 第三次进水完成后进行上述缺氧搅拌;到达预设缺氧时间后，空压机开启，系统进行最 后曝气阶段;

(4)沉淀排水：最后曝气阶段完成后，将空压机、搅拌器关闭，系统进行泥水分离， 待污泥沉淀到液面高度一半以下时，SBR主反应池排水;

(5)侧流除磷：侧流除磷时由除磷池A与除磷池B交替作为强化厌氧释磷池与化 学除磷池，即在一个周期里如果除磷池A做为强化厌氧释磷池，则除磷池B就作为化学 除磷池，而在紧接的下一周期里两者功能互换;具体过程如下：

SBR主反应池完成后，关闭排水阀门，打开SBR主反应池的外循环污泥管阀门，将 池中总污泥量的15%作为外循环污泥进入除磷池A，此处除磷池A作为强化厌氧释磷池， 而除磷池B里面装有上一周期已完成释磷排水后的外循环污泥;待外循环污泥全部进入 除磷池A后，关闭外循环污泥管阀门，并向池中注入原污水，原污水量同除磷池A中的 污泥量体积比为1∶1;污水注入完毕后，开启强化厌氧释磷池中搅拌器，进行厌氧释磷 2～3h，使该池中磷酸盐浓度达到35～40mg/L;释磷结束后，关闭搅拌器进行泥水分离; 在除磷池A进行厌氧释磷的同时，SBR主反应池按照设定程序进入下一周期的反应，按 照步骤(2)所述，待SBR主反应池进入厌氧阶段30min后，将除磷池B中上一周期释 磷排水后的污泥回流至SBR主反应器的厌氧段参与后续阶段的吸磷作用，除磷池B排空 后将作为本周期的化学除磷池;待除磷池A中污泥沉淀完成后开启除磷池A的排水管， 富含磷酸盐的上清液通过排水管排入除磷池B，此时除磷池B中原有污泥已经回流至主 反应器，排入除磷池B的富磷上清液水量应与厌氧释磷的进水量相同;排水完成后，在 除磷池B中投加化学除磷剂，并开启搅拌器搅拌30min，进行化学固磷;待除磷池B中 化学污泥沉淀后，将上清液回流至SBR主反应池的曝气阶段以进一步去除污水中的氮和 有机物，化学污泥通过底部排泥管排出;而此时除磷池A中已完成释磷排水的污泥将在 下一反应周期通过外循环污泥管回流至SBR主反应池的厌氧段，如步骤(2)中所述， 参与后阶段的吸磷作用。

说明书

强化低碳源城市污水低氧同步脱氮除磷污水处理装置及方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种低氧条件强化低碳源污水脱氮除磷的 分步进水SBR污水处理装置及方法，适用于城镇低碳源生活污水同步除磷脱氮。

背景技术

随着水体富营养化态势的加剧，如何确保城镇污水处理的除磷脱氮去除效果已成为 不可回避的问题。而同步生物脱氮除磷污水处理系统存在的碳源竞争、泥龄矛盾，致使 城市污水处理厂很难同时获得优异的除磷脱氮效果。尤其在一些南方城市，其生活污水 平均COD浓度低于200mg/L，而氮、磷浓度却相对较高，COD/TN通常在5以下，COD/TP 则低于35，对于这种低碳源城市生活污水，要同时保证除磷脱氮效果就更加困难。如何 低成本地实现低碳源城市污水的同步脱氮除磷，已成为该领域不得不面对的技术难题。

目前关于低碳源污水的有效脱氮技术的开发研究较多，但是少有见到专门针对低碳 源城市污水的强化同步除磷脱氮的研究报道。在处理低碳源城市污水时，传统处理方法 主要面临以下几方面问题：(1)硝化过程所需曝气量较大和反硝化有机碳源的缺乏。传 统的SBR工艺中，污水一次性进入反应器，有机物和氨氮均需要经历整个周期的好氧、 缺氧反应段，曝气开始时异养菌会优先利用溶解氧进行有机物氧化分解，硝化菌在竞争 中不具优势，从而需要加大曝气量以保证硝化效果;且在这种较高的溶解氧环境中，系 统中的有机物又会被过度氧化导致后续缺氧段缺乏反硝化所需碳源。因此在传统工艺处 理低碳源污水时，往往好氧段需要曝气量较大而缺氧阶段又需要另外投加碳源以满足反 硝化需求，造成耗能和药物投加成本增加。(2)除磷与脱氮之间的污泥龄矛盾。传统除 磷方式是通过排除富磷剩余污泥来去除污水中的磷酸盐，处理系统污泥龄越短越利于除 磷;而生物脱氮效果得到保证的前提是良好的硝化效果，由于硝化细菌增殖速度慢，这 就要求系统维持较长的污泥龄。因此，传统工艺往往处理不好脱氮与除磷之间的污泥龄 矛盾，导致除磷脱氮不能兼顾。(3)除磷脱氮之间的碳源竞争。传统生物除磷方式需要 在厌氧段吸收低分子有机物质并同时释磷才能在好氧段超量吸磷。而异养反硝化也需要 有机物做为电子供体。因此，脱氮除磷之间不可避免存在碳源的竞争，在进水有机物较 低的情况下这种矛盾更显突出。

此外，近年来国内外也有不少关于具有强化脱氮效果的分步进水SBR工艺的研究报 道，但处理对象一般为中等浓度城市污水，且主要研究的是如何提高脱氮效果，少有见 到专门针对如何提高低碳源城市污水的同步除磷脱氮效果的研究报道，且也尚未见到专 门针对低碳源城市污水在低溶解氧条件下强化同步除磷脱氮的研究报道。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种运用分步进水方式在低溶解氧环境下强化低碳源城 市污水同步除磷脱氮的SBR污水处理装置及方法。

本发明的技术方案如下：

一种强化低碳源城市污水低氧同步除磷脱氮的污水处理装置，其由SBR主反应池以 及两个除磷池A和B构成。

所述SBR主反应池的进水管由上部接入，出水管由下部接出，并从SBR主反应池 底部接出外循环污泥管，在SBR主反应池设置有曝气装置，所述SBR主反应池采用分 批进水、厌氧-好氧/缺氧交替-沉淀排水的运行方式。

所述除磷池A和除磷池B从上部分分别接入厌氧释磷池进水管，下部分别接出排水 管，排水管中水的流向是双向的，即释磷后的污水既可以从池A流向池B，也可以从池 B流向池A，视两个池子功能而定。由SBR主反应池接出的外循环污泥管(管中的污泥 流向也是双向的，在一个周期结束时，SBR主反应池中的部分好氧污泥为流出，但这部 分好氧污泥在池A或池B释磷结束后又会流回SBR主反应池)。分别通过污泥管分别接 入除磷池A和除磷池B，除磷池A和除磷池B又从底部分别接出污水管并通过污水回流 管接入SBR主反应池。排泥管与污泥管连接，在不排化学污泥的时候管是一直通过阀门 关闭的，只有在从池A或者池B排除化学污泥时，才将排泥管的阀门打开进行排泥。除 磷池A和除磷池B内均设置有搅拌器。

所述除磷池A和除磷池B结构大小完全相同，在污水处理的同一周期里，其分别作 为厌氧释磷池和化学除磷池，而在下一个周期则两池的功能交换。

本发明还进一步提出了利用上述装置进行污水处理的方法，其过程如下：

SBR主反应池采用分步进水、(厌氧)缺氧/好氧交替的方式，即SBR主反应池在厌 氧-好氧/缺氧交替的运行模式下使污水分多次分别注入反应器的缺氧段，同时通过控制曝 气量使SBR主反应池在好氧阶段处于低溶解氧环境;在SBR主反应池运行的同时(实 际上是每个周期结束排水后，SBR主反应池中的部分好氧污泥通过SBR主反应池的外循 环污泥管排进厌氧释磷池进行厌氧释磷，这部分外循环污泥排出SBR主反应池以后独立 的进行强化释磷、泥水分离、回流等过程，而SBR主反应器在排出这部分外循环污泥以 后仍然按照自己的反应周期时间运行，在外循环污泥的强化释磷过程全部结束排水后会 回流至SBR主反应池下一周期的厌氧阶段，因此可以认为SBR主反应器每个周期中的 反应都与上一周期的外循环污泥厌氧释磷独立并同时进行)。外循环污泥通过SBR主反 应池的外循环污泥管排进厌氧释磷池进行厌氧释磷，释磷结束泥水分离后，富磷污水经 排水管进入化学除磷池进行化学固磷，固磷后的污水经污水回流管回流进SBR主反应池 以进一步去除其中的氨氮和有机物质。

在上述方法中，所述SBR主反应池在任一反应周期中，均有占总污泥量15%的污泥 外循环至池A或池B参与厌氧强化释磷，即上一周期的外循环污泥经厌氧释磷后回流至 SBR主反应池本周期的厌氧段参与后续吸磷作用，而本周期的外循环污泥则经厌氧释磷 后回流至SBR主反应池下一周期的厌氧段。

本发明中，SBR主反应池采用分步进水、(厌氧)缺氧/好氧交替的方式，即SBR主 反应池在厌氧-好氧/缺氧交替的运行模式下使污水分多次分别注入反应器的缺氧段，同时 通过控制曝气量使SBR主反应池在好氧阶段处于低溶解氧环境。分步进水的运行方式实 现了对进水中有限的有机碳源更合理的分配，初次进水带入反应池的有机物在厌氧段被 微生物充分吸附、吸收导致系统中有机物浓度迅速降低，使系统中的异养菌在紧接的好 氧段没有竞争优势，在没有异氧菌竞争的好氧段，维持较低的溶解氧浓度就能保证自养 硝化菌发挥出良好的硝化效能，且可以节省曝气量，降低运行成本。分步进水和好氧/缺 氧的运行方式使异养反硝化菌在每次进水的缺氧段充分利用进水中的有机物质做为碳源 进行反硝化，从而提高有机物利用率和脱氮效果。这种将分步进水方式与低溶解氧控制 相结合的工艺即可以解决氨氮在低溶解氧环境下氧化不彻底的弊端，又能避免有机物在 高溶解氧环境下被过度氧化而不能被用作反硝化碳源。同时，利用聚磷菌的超量吸磷能 力将污水中低浓度磷酸盐富集在聚磷菌体内，再导出少部分富磷污泥至除磷池A(或B) 中与COD浓度约为300mg/L的污水混合后强化释磷，并通过排除富磷污水将磷从系统 除去;最后富磷污水在除磷池B(或A)中进行化学固磷处理。这种除磷方式与排除富 磷污泥除磷方式相比，不必要求系统维持短污泥龄，既能解决脱氮除磷之间的污泥龄矛 盾，又能更有效保证污水中TP的去除效果。此外，这种排富磷污水进行化学固定的除磷 方式有助于减少化学药剂用量，降低成本。

本发明优点

(1)针对低碳源城市污水，分步进水的运行方式能够实现对进水中有限的有机碳源 的合理分配，碳源在厌氧段和缺氧段被有效吸收，使异养菌在好氧段没有竞争优势，在 没有异氧菌竞争的好氧段采取低溶解氧控制就能保证自养硝化菌发挥良好的硝化效能， 节省了曝气量，降低了运行成本。

(2)分步进水、厌氧-好氧/缺氧交替的运行方式可以同时提高系统硝化和反硝化效 果，从而提高脱氮效果。传统的单步进水SBR工艺中，污水一次性注入到反应器中，顺 次经过好氧、缺氧历程，这样势必造成有机物无效氧化和曝气量的浪费：由于污水一次 性进入系统导致系统在时间上存在有机物浓度梯度，即开始有机物浓度较高而反应后期 有机物缺乏，因此在开始曝气初期，系统中异养菌较有优势，首先利用水中溶解氧进行 有机物氧化分解，而硝化菌在竞争中处于劣势并不能立即进行硝化反应，导致污水中有 机物的氧化浪费，而在缺氧段往往需要向系统额外投加碳源物质才能进行反硝化脱氮， 这样势必增加运行成本;正因为此，传统处理方法往往通过增加曝气量以换取更好的硝 化效果，造成有机物的更快分解和曝气量的浪费。分步的进水方式更合理的分配水中有 限碳源，第一步进水中有机物在厌氧段被快速吸附、吸收后，氨氮即可在紧接的好氧段 被迅速氧化成硝酸盐氮，再利用第二步进水中的有机物进行反硝化脱氮，第二步进水中 的有机物被反硝化菌利用完全后再对系统进行曝气，由于污水中没有更多的有机物质异 养菌就不会先于硝化细菌利用氧气，即使在溶解氧很低的条件下仍可取得良好的硝化效 果，实现低碳源污水在低溶解氧环境下的良好脱氮。

(3)外排厌氧富磷污水的侧流除磷方式使系统能够维持污泥量，解决了低碳源城市 污水脱氮与除磷矛盾导致的脱氮除磷不能兼顾的技术问题，使系统可以在长污泥龄条件 下既保证脱氮效果又能维持优良稳定的除磷能力。