CN101041509A - 循环流环型生物脱氮除磷工艺 - Google Patents

Abstract

本发明所述的循环流环型生物脱氮除磷工艺，采用厌氧/缺氧/好氧相结合的活性污泥法，池型为环型结构，水流的运行方式为循环流流态，污水与回流污泥进入厌氧段，依次流经缺氧段、好氧段，将完全混合反应器和循环反应器组合起来使用。本发明通过反应器的优化组合，极大的提高了系统的抗冲击负荷能力，控制了有机物浓度的梯度分布，提高了生物反应速率；扩大了混合液回流方式的可选择余地等方面；利用较低的推动力，为反应器中的生物絮凝提供了有利条件，同时节约能耗。

Description

循环流环型生物脱氮除磷工艺

技术领域

本发明涉及城市污水的生物化学处理方法技术领域。

背景技术

在连续流脱氮除磷工艺中，目前A²/O工艺和氧化沟工艺占有主流地位，有着各自的优点。

A²/O工艺具有脱氮除磷效率高、充氧动力能耗低(采用微孔曝气设备)等优点，但同时具有厌氧段和缺氧段搅拌能耗高、在低浓度污水处理时好氧段搅拌动力大于供氧所需风量等缺点。

氧化沟工艺具有脱氮效率高、搅拌能耗低的特点，显著缺点是供氧能耗高、受水深限制占地面积大，同时直沟段水力条件不佳而易出现底部积泥的现象。

发明内容

本发明的目的是提供一种高效低能耗的污水生物脱氮除磷工艺，为我国环保技术的发展做出贡献。

本发明所述的循环流环型生物脱氮除磷工艺(以下简称CCFP工艺)作为一种高效低能耗的生物脱氮除磷技术，有机结合了A²/O工艺和氧化沟工艺的部分特点，所采取的主要技术手段包括：

1.在运行方式上，工艺采用循环流的流态，兼有完全混合反应器的抗冲击负荷的能力和推流反应器的较好处理效果，既可以处理城市生活污水，又可以处理含部分工业废水的混合废水；

2.借鉴河流动力学中关于弯道水流的运动规律理论和水力学中关于局部阻力的相邻影响原理，环状循环池型的流速分布合理、不易产生积泥现象、水头损失较小；各段内的水流均呈现出十分明显的边壁湍流扩散现象和二次流动现象，对混合搅拌所起的影响十分积极：水流传质作用得到加强，可消除短流、减少水流死角、均匀搅拌动力的空间分配、实现理想的混合效果；

3.从池型上看，工艺为环型结构，布局紧凑，管线简捷，施工、运行管理方便；

本发明采取的具体技术方案是：

一种循环流环型生物脱氮除磷工艺，采用厌氧/缺氧/好氧相结合的活性污泥法，池型为环型结构，水流的运行方式为循环流流态。

当生化池独立时，污水与回流污泥进入厌氧段(A1段)，依次流经缺氧段(A2段)、好氧段(O段)，将完全混合反应器和循环反应器组合起来使用；

当生化池与其它池组组合时，将二沉池置于池中部，同时组建污泥回流井，中环布置厌氧段和缺氧段。

CCFP工艺的水力流态上同循环反应器相类似，视生化池是否独立设计，有两种池型结构。

生化池独立设计时的池型结构参见附图1所示。流程上与传统的A²/O工艺相同，但是池内水体流态非传统的完全混合式，也非传统的完全推流式，而是将完全混合反应器和循环反应器有机地组合起来。厌氧段通过搅拌型潜水搅拌机对池内水体进行混合搅拌，缺氧段和好氧段则是采用循环反应器即类似氧化沟的推流，采用推流型潜水搅拌机来获得推流速度。

生化池与其它池组组合设计时：

与二沉池、污泥回流井组合设计，作为一体化污水处理系统，CCFP工艺亦可将二沉池置于池中部，同时组建污泥回流井，可有效节约占地面积。根据实际情况，可按两种布置方式，具体参见附图2和附图3。

CCFP工艺并不局限于与二沉池、污泥回流井组合设计，根据需要，可并入沉砂池、消毒池等污水处理构筑物，以及鼓风机房等辅助建筑物。

主体工艺计算主要是通过对进水水质(污染物浓度)的分析与输入，依据相关的设计方法(设计规范与规程)得出各段的规格尺寸(池容等)。

厌氧段为理想的完全混合反应器，在稳态情况下，反应器内积累量为零。厌氧段是作为筛选除磷菌的“生物选择器”而设置的，目前多以水力停留时间作为衡量参数，由于磷的释放反应由回流污泥中的微生物完成，故厌氧段的实际反应时间应为回流污泥的滞留时间，但在数据上与进水实际反应时间相同。在设计规程中，厌氧段水力停留时间一般采用1～2h。

缺氧段为循环反应器，由于循环比通常很大，可简化为完全混合反应器。考虑到进水水质方面的复杂性，具体设计时一般需兼顾现行规范。无试验条件下的混合液回流比取值范围为0.03～0.06kgNO₃ ^--N/kgMLSS·d(20℃)。

与缺氧段相仿，好氧段为循环反应器，由于循环比通常很大，可简化为完全混合反应器。根据侧重点不同，好氧段的设计方法可分为：有机负荷(污泥负荷或容积负荷)法和泥龄法。

试验与理论分析表明，厌氧段能量密度可采用4～5W/m³，中间设置二沉池时可大幅度地得到节省，可按1～2W/m³；缺氧段可采用1～2W/m³；好氧段可采用0.5～1.0W/m³。

试验与理论分析表明，各段宜配置推流型潜水搅拌机，具有工作稳定、能量输入均匀的特点；当二沉池等构筑物分建时，A1段也可采用搅拌型潜水搅拌机，在保证混合效果的同时，可降低工程造价。

混合液回流可采用空气提升的方式，可省去价格昂贵的提升泵，既可节约成本，又可简化设备的管理维护。

CCFP工艺充氧宜采用鼓风机——微孔曝气方式；当采用表曝等工艺时，平面需进行调整，按跑道形设计，表曝机设置于直线段。

现场试验及理论分析表明，除O段外，A2段也宜设置一定数量的微孔曝气系统，可以实现同时/同步硝化反硝化过程，对节约能耗、优化流程有很大作用；同时，在合理的基础上，适当延长A2段、适当减短O段。

实际工程中，空气量分配时，A2段宜留有15～20％的空气用量。

当与二沉池等组合时，视水质条件，二沉池可采用效率较高的周进周出辐流式沉淀池，可配备管式刮吸泥机。

污泥回流井中配备污泥回流泵，在高程允许的条件下(生化池组设计水位较低，与回流井液位相差不大时)，可采用空气提升器。

理论上，各段均表现为完全混合的水力流态，过水孔的位置设计具有很大的灵活性；为避免可能发生的由搅拌引起的返流情况，对某一段而言，出水孔宜设置在进水孔上游3～5m之外的区域；为避免泥砂积累，宜在池体下方开孔。

本发明的有益效果：

CCFP工艺摒弃了传统A²/O工艺单一的推流型式，采用多种类型的反应器组合，池型上则选用了均匀对称的圆环形结构，三环嵌套的方式简化了池型，方便了运行管理，优化了反应技术。CCFP工艺总的来说主要具有以下几方面的特点：

1.通过反应器的优化组合，极大的提高了系统的抗冲击负荷能力；

2.与氧化沟工艺相比，控制了有机物浓度的梯度分布，提高了生物反应速率；

3.改善了水流流态，水流传质能力强，短流、返流及死区发生可能性低；

4.运行方式更为灵活，包括扩大了混合液回流方式的可选择余地等方面；

5.省去了进水、进泥及回流管道的分配系统，简化了反应系统的管道分配；

6.利用较低的推动力，为反应器中的生物絮凝提供了有利条件，同时节约能耗。

7.借用了氧化沟运行方式，将各种混合方式有机结合起来，提高了系统处理不同水质的适用性；

8.采用微孔曝气设备，动力能耗远低于氧化沟工艺；结合推流，彻底解决了充氧与搅拌之间的矛盾。

附图说明

图1为生化池独立设计时的池型结构平面示意图

图2为生化池与二沉池、污泥回流井组合设计，作为一体化污水处理系统时的池型结构平面示意图之一

图3为生化池与二沉池、污泥回流井组合设计，作为一体化污水处理系统时的池型结构平面示意图之二

标号说明：

1-进水管    2-进水明渠    3-导流墙    4-二沉池进水管    5-污泥回流管

6-套管筒    7-污泥回流泵  8-搅拌机    9-出水孔

具体实施方式

以我国普遍存在的低浓度城镇污水处理为例，从工艺原理上可知，CCFP工艺处理效果不会低于A²/O工艺，相反，系统的稳定性会更强；同时，可节约能耗达30％以上，而工程投资也略有节省。

池型结构

CCFP工艺的水力流态上同循环反应器相类似，视生化池是否独立设计，有两种池型结构。

生化池独立设计时：

生化池独立设计时的池型结构参见图1所示：

污水与回流污泥进入厌氧段(A1段)，依次流经缺氧段(A2段)、好氧段(O段)，流程上与传统的A²/O工艺相同，但是池内水体流态非传统的完全混合式，也非传统的完全推流式，而是将完全混合反应器和循环反应器有机地组合起来。厌氧段通过搅拌型潜水搅拌机对池内水体进行混合和搅拌，缺氧段和好氧段则是采用循环反应器即类似氧化沟的推流，采用推流型潜水搅拌机来获得推流速度。

生化池与其它池组组合设计时：

1、与二沉池、污泥回流井组合设计

作为一体化污水处理系统，CCFP工艺亦可将二沉池置于池中部，同时组建污泥回流井，可有效节约占地面积。

中环布置A1段和A2段，根据实际情况，可按两种布置方式。分别如图2和图3所示：

图2中，A1段区域由混凝土板分层：上部为A1段，下部为贯通的A2段，A2段设导流墙(垂直水流方向)以优化流态；图3中，A1段和A2段互不干扰，分别设导流墙(循水流方向)以优化流态。

依功能分区，污泥回流井置于中环(特殊情况下，可置O段)。

2、CCFP工艺并不局限于与二沉池、污泥回流井组合设计，根据需要，可并入沉砂池、消毒池等污水处理构筑物，以及鼓风机房等辅助建筑物。

设计方法：

一、主体工艺计算

主体工艺计算主要是通过对进水水质(污染物浓度)的分析与输入，依据相关的设计方法(设计规范与规程)得出各段的规格尺寸(池容等)。

1、厌氧段

厌氧段为理想的完全混合反应器，在稳态情况下，反应器内积累量为零，有：

$t_{A1}=\frac{V}{Q}=\frac{1}{r}(C_0-C_{A1})---\left(1\right)$

式中，t_A1：实际反应时间，即进水和回流污泥水量之和时的反应时间，t_A1＝HRT_A1/(1+R₁)，R₁为污泥回流比；HRT_A1：相对于进水水量为Q₀的水力停留时间；V：反应容积；Q：流量，Q＝(1+R₁)Q₀；r：对应于反应器内物料浓度为C_A1时的反应速度。

厌氧段同时发生着下列主要反应进程：

①有机物的吸附反应和水解酸化反应；

②硝态氮的反硝化反应；

③磷的释放反应。

对于一般城镇污水生物脱氮除磷系统而言，反应进程①并非控制性因素，因进水含有的优质碳源一般都能够保证进行反硝化及释磷反应的顺利进行；反应进程②虽然也可以在缺氧段发生，但由于与反应进程③密切相关，为重要的影响因素；反应进程③为生物除磷的控制因素。

厌氧段是作为筛选除磷菌的“生物选择器”而设置的，目前多以水力停留时间作为衡量参数，由于磷的释放反应由回流污泥中的微生物完成，故厌氧段的实际反应时间应为回流污泥的滞留时间，但在数据上与进水实际反应时间相同。在设计规程中，厌氧段水力停留时间采用1～2h。

2、缺氧段

缺氧段为循环反应器，由于循环比通常很大，可简化为完全混合反应器。在稳态情况下，反应器内积累量为零，有：

$t_{A2}=\frac{V}{Q}=\frac{1}{r}(C_{A1}-C_{A2})---\left(2\right)$

式中，t_A2：实际反应时间，即进水和回流水量之和条件下的反应时间，t_A2＝HRT_A2/(1+R₁+R₂)，R₂为混合液回流比；HRT_A2：相对于进水水量为Q₀的水力停留时间；V：反应容积；Q：流量，Q＝(1+R₁+R₂)Q₀；r：对应于反应器内物料浓度为C_A2时的反应速度。

缺氧段同时发生着下列主要反应进程：

①有机物的水解酸化反应；

②硝态氮的反硝化反应；

③氨氮的硝化反硝化反应。

对于一般城镇污水生物脱氮除磷系统而言，反应进程①并非控制性因素，因进水含有的优质碳源足够用于进行反硝化及释磷反应的顺利进行；反应进程②为生物脱氮的控制因素；反应进程③也与生物脱氮密切相关，为重要的影响因素。

反硝化反应动力学认为，当有机碳源充分时，反硝化速率与硝酸盐氮浓度呈零级反应，而仅与反硝化菌浓度有关(一般认为，硝酸盐氮浓度只要大于0.1mg/L，即对反硝化速率无甚影响)，亦即：

$r_{\mathrm{DN}}={\left(\frac{\mathrm{dN}}{\mathrm{dt}}\right)}_{\mathrm{DN}}=K^{\′}X---\left(3\right)$

式中，r_DN：反硝化速率；K′：反应常数；X：反硝化菌浓度。

反硝化速率与硝酸盐氮浓度呈零级反应，相应地忽略污泥回流稀释作用的影响，对于完全混合反应器，式5.5可转化为：

${\mathrm{HRT}}_{A2}=\frac{V_{A2}}{Q_0}=\frac{N_0-N_e}{K^{\′}X}---\left(4\right)$

式中，N₀、N_e：入流、出流硝酸盐氮浓度。

上式直观地体现出反硝化速率这一基本概念与反应器容积之间的关系，是现行设计规范的原型。N_e即为好氧段内的硝酸盐氮浓度；对于N₀，如果考虑厌氧段出流的硝酸盐氮残值，上式应转化为：

$t_{A2}=\frac{V_{A2}}{(1+R_1+R_2)Q_0}=\frac{(1+R_1)N_{A1e}+R_2{N}_{\mathrm{Oe}}-(1+R_1+R_2)N_{A2e}}{(1+R_1+R_2)K^{\′}X}---\left(5\right)$

式中，N_A1e、N_A2e、N_Oe：A1段、A2段及O段出流硝酸盐氮浓度。

相应地，有：

${\mathrm{HRT}}_{A2}=(1+R_1+R_2)t_{A2}=\frac{(1+R_1)N_{A1e}+R_2{N}_{\mathrm{Oe}}-(1+R_1+R_2)N_{A2e}}{K^{\′}X}---\left(6\right)$

上式反映了兼氧段水力停留时间与内外回流比的关系。相应地，可以通过工程经验确定右端各项参数，推出兼氧段的水力停留时间；也可以确定反应时间后，推求混合液回流比。

如，在A1段和A2段的反硝化程度大致相同的情况下，即有N_A1e≈N_A2e，上式可简化为：

${\mathrm{HRT}}_{A2}=\frac{R_2(N_{\mathrm{Oe}}-N_{A2e})}{K^{\′}X}---\left(7\right)$

亦即：

$R_2=\frac{{\mathrm{HRT}}_{A2}{K}^{\′}X}{N_{\mathrm{Oe}}-N_{A2e}}---\left(8\right)$

考虑到进水水质方面的复杂性，具体设计时一般需兼顾现行规范。工程规范规定，K′值的取值与混合液回流比R₂、进水水质和污泥中反硝化菌的比例等因素有关，无试验条件下的取值范围为0.03～0.06kgNO₃ ^--N/kgMLSS·d(20℃)。R₂大，带入DO多，取低值；进水有机物浓度高且较易生物降解时，取高值。

3、好氧段

与缺氧段相仿，好氧段为循环反应器，由于循环比通常很大，可简化为完全混合反应器。在稳态情况下，反应器内积累量为零，有：

$t_O=\frac{V}{Q}=\frac{1}{r}(C_{A2}-C_{\mathrm{Oe}})---\left(9\right)$

式中，t_O：实际反应时间，即进水和回流水量之和条件下的反应时间，t_O＝HRT_O/(1+R₁+R₂)，HRT_O为相对于进水水量为Q₀的水力停留时间；V：反应容积；Q：流量，Q＝(1+R₁+R₂)Q₀；r：对应于反应器内物料浓度为C_Oe时的反应速度。

好氧段同时发生着下列主要反应进程：

①有机物的氧化反应；

②氨氮的硝化反应；

③磷的吸收反应。

对于一般城镇污水生物脱氮除磷系统而言，要求有较高的氨氮硝化程度，相应地要求有机物的氧化反应较彻底，故反应进程①和②为好氧段设计的控制因素；反应进程③的反应速率快，但需要综合考虑系统除磷菌的生存环境(以泥龄为衡量指标)，故为好氧段设计的重要影响因素。

根据侧重点不同，目前好氧段的设计方法可分为：有机负荷(污泥负荷或容积负荷)法和泥龄法。有机负荷计算方法是以有机物(BOD₅)的反应速率(即污泥负荷或容积负荷)为基准，求得反应器容积；泥龄计算方法是以所需的最小污泥停留时间(即泥龄)为基准，以求得好氧段的容积。

采用有机负荷设计时，有：

$V=\frac{Q_0(1+R_1+R_2)(C_{A2}-C_{\mathrm{Oe}})}{F}---\left(10\right)$

F-对应于好氧段内有机物浓度为C_Oe时的反应速度，相当于容积负荷。

不考虑厌氧段及缺氧段降解有机物的作用，则有：

$C_{A2}=\frac{C_0+(R_1+R_2)C_{\mathrm{Oe}}}{1+R_1+R_2}---\left(11\right)$

通过以上两式，得：

$V=\frac{Q_0(C_0-C_{\mathrm{Oe}})}{F}---\left(12\right)$

在有机物接近于完全降解的情况下，或C₀＞＞C_Oe时，忽略C_Oe项，可得：

$V=\frac{Q_0{C}_0}{F}---\left(13\right)$

从上式的推导过程可以看出，针对本反应器(完全混合反应器)，在O段去除有机物遵循一级反应、不考虑厌氧段及缺氧段降解有机物的前提下，好氧段的容积仅与进水流量、浓度、反应速度相关，而与内外回流比无关。

4、主要设备设计

CCFP工艺设备主要有：潜水搅拌机、混合液回流空气提升器、微孔曝气管/盘及其它(当与二沉池等组合时，包括二沉池设备)。

5、潜水搅拌机

水头损失的计算：

在环形弯道内，沿程各处都存在着沿程水头损失和局部水头损失，而这种综合水头损失过程十分复杂，难以精确处理。参照水力学的一般处理方法，假定局部水头损失与沿程水头损失各自独立发生作用，互不影响而可以叠加(水头损失叠加原理)。这一方法在氧化沟的水力计算方面也得到了应用。另外，水力学实验已表明，在一个流段内，同时发生两种水头损失的综合作用，比二者单独作用的叠加结果，实际上要小一些。

沿程水头损失可参照明渠流，用下式描述：

$h_f=\frac{2g{n}^{2}L}{R^{4/3}}\·\frac{v^2}{2g}=\frac{n^{2}L{v}^2}{R^{4/3}}---\left(14\right)$

式中，h_f：沿程水头损失，m；n：池壁粗糙系数；L：总渠长，m；v：断面平均流速(流量/断面面积)，m/s；R：水力半径(断面面积/湿周)，m。

池体为360°封闭环状弯道，按2个180°弯道组合，非曝气条件下，总的局部阻力可表达为：

$h^{\′}=\mathrm{\ξ}\frac{v^2}{2g}=2C{\mathrm{\ξ}}_1\frac{v^2}{2g}---\left(15\right)$

式中，ξ：总的局部阻力系数；ξ₁：每个180°弯道的局部阻力系数，一般为0.5～1.0；C：局部阻力相邻影响系数。

对于好氧段，由于曝气的强烈紊动作用，使总的局部阻力系数巨大。由于外界输入能量已知，且测取了精确的断面平均流速，所以可根据所输入的能量大小反向求解ξ值。

根据现场测试，对于上式中ξ值，A1段可取2.0，A2段可取1.0，O段可取20。

总水头损失为沿程水头损失与局部水头损失之和，按下式计算：

$h=h_f+h^{\′}=(\mathrm{\ξ}+\frac{{2\mathrm{gn}}^{2}L}{R^{4/3}})\frac{v^2}{2g}---\left(16\right)$

式中，h：总水头损失，m。

参照水泵工作原理，搅拌机需要提供的能量可按下式表达：

$N=\frac{\mathrm{\γQH}}{102\mathrm{\η}}---\left(17\right)$

式中，N为轴功率，kW；γ为液体密度，kg/m³；Q为流量，m³/s；Q＝Av，A为过流断面面积，m²，v为断面平均流速，m/s；H：扬程，m，H＝h；η为搅拌机效率。

据上式可得到潜水搅拌机的轴功率。在具体选型时，为避免局部产生过大的湍流紊动，从而引起较大的局部损失，同时避免水流形态的充分发展，应尽量选取多台沿圆周均匀布置。

能量密度复核：

试验与理论分析表明，厌氧段能量密度可采用4～5W/m³，中间设置二沉池时可大幅度地得到节省，可按1～2W/m³；兼氧段可采用1～2W/m³；好氧段可采用0.5～1.0W/m³。

潜水搅拌机选型：

根据上述计算与复核，可确定潜水搅拌机的规格(输入功率)。

试验与理论分析表明，各段宜配置推流型潜水搅拌机，具有工作稳定、能量输入均匀的特点；当二沉池等构筑物分建时，A1段也可采用搅拌型潜水搅拌机，在保证混合效果的同时，降低工程造价。

6、混合液回流空气提升器

混合液回流可采用空气提升的方式，省去价格昂贵的提升泵，在节约成本的同时，也简化了设备的管理维护。

工艺计算：

气力提升的原理是利用升液管内外液体的密度差，完成液体的提升目的。

根据公式(8)，可以确定混合液回流比(R₂)。

升液管在待提升池体内的最小浸没深度可按下式计算：

$h=\frac{H}{n-1}---\left(18\right)$

式中，h为最小浸没深度，m；n为液体密度系数，一般1.2(如浓度较低的混合液)～2.5(如浓度很高的回流污泥)；H为提升高度，m。

空气用量可按下式计算：

$Q_{\mathrm{air}}=\frac{\mathrm{KQH}}{\left(231g\frac{h+10}{10}\right)n}---\left(19\right)$

式中，K为安全系数，取值1.2；Q为每个升液管设计流量，m³/h；n为效率系数，一般0.35～0.45。

空气管上可设空气流量计，同时可辅以电动阀门、自控仪表等装置，以完成系统的在线控制与监视。从便于操作管理以及灵活调整运行参数的角度出发，可设2～6个空气提升管，具体依实际水质参数而定。

由于各段均表现为完全混合流态，故理论上安装位置可任意确定；设计时依据周边条件加以确定。

7、微孔曝气管/盘

CCFP工艺充氧宜采用鼓风机——微孔曝气方式；当采用表曝等工艺时，平面需进行调整，按跑道形设计，表曝机设置于直线段(鉴于水流条件的复杂性，不推荐采用表曝等其它工艺)。

现场试验及理论分析表明，除O段外，A2段也宜设置一定数量的微孔曝气系统，可以实现同时/同步硝化反硝化过程，对节约能耗、优化流程有很大作用；同时，在合理的基础上，适当延长A2段、适当减短O段，也是现代污水处理工艺发展的潮流之一。

实际工程中，空气量分配时，A2段宜留有15～20％的空气用量。

8、其它

当与二沉池等组合时，相关的配套设备尚包括：

传统二沉池标准设备：刮/吸泥机、堰板等；视水质条件，二沉池可采用效率较高的周进周出辐流式沉淀池，可配备管式刮吸泥机。

污泥回流设备：于污泥回流井中配备污泥回流泵；依其它设计条件，在高程允许的条件下(生化池组设计水位较低，与回流井液位相差不大时)，可采用空气提升器。

主要过水孔及管道设计：

理论上，各段均表现为完全混合的水力流态，过水孔的位置设计具有很大的灵活性；为避免可能发生的由搅拌引起的返流情况，对某一段而言，出水孔宜设置在进水孔上游3～5m之外的区域；为避免泥砂积累，宜在池体下方开孔。

同样原理，管道设计也具有很大的灵活性，设计人员可根据实际情况，从方便操作管理的角度加以设计。

9、关于设计软件包

对于主体工艺计算及设备设计计算，依据相关规范规程，结合池型特点，编制有设计软件包，采用灵活性较大、界面友好EXCEL文件形式，可供设计人员设计参考之用，同时可有效提高工程设计的准确性。

对处于运行状态的采用了循环流环型生物脱氮除磷工艺的污水处理厂，根据实际数据与理论分析，对工艺的运行性能及水力学方面进行分析探讨。

试验地点选择在江苏省苏州市相城区城市污水处理厂(以下简称“苏州相城污水厂”)。该厂服务范围为城镇生活污水和开发区的工业废水(生活污水约占60％，工业污水约40％)。考虑到经济开发区发展的因素，设计规模为20000m³/d，分2组并联运行；设计进水浓度较高(COD_Cr为600mg/L)，并采用了比较安全的设计参数。2005年9月投入试运营。目前水质浓度较低，呈低负荷运行方式。

单组生化池设计参数如下表1所示。

                    表1苏州相城污水处理厂生化池参数

段	池径m	有效水深m	有效容积m3	HRTh	搅拌机数量×规格kW(电机功率)
						A1段	21.40	5	1800	4.32	3×4
A2段	37.40	5	3700	8.87	2×4
						O段	57.00	5	7250	17.44	4×4

注：A1段采用搅拌型搅拌机，A2段和O段采用推流型搅拌机。

O段采用微孔曝气管充氧方式，供气量为160m³/min。

单组生化池的设计规模大致相当于25000m³/d低浓度城镇污水处理的规模：各段水力停留时间比例依次约为1∶2∶4，总体反应时间约12.25h。

试验时间于2006年1月初完成，生化池水温10～12℃，MLSS浓度约2500mg/L。

分析方法：

工艺运行中，所需要监测的指标为系统的水温、pH、溶解氧、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮、总氮、总磷、COD_Cr、BOD₅、MLSS、MLVSS、微生物镜检以及流速等。

测试方法如下：

水温：	水温计法；
		pH值：	pH精密试纸；
DO：	DO仪；
		氨氮：	纳氏试剂分光光度法；
亚硝酸盐氮：	N-(1-萘基)-乙二胺分光光度法；
		硝酸盐氮：	紫外分光光度法；
总氮：	过硫酸钾氧化-紫外分光光度法；
		总磷：	钼锑抗分光光度法；
CODCr：	重铬酸钾法；
		MLSS：	烘干称重法；

微生物镜检：	在400～600倍显微镜下观察微生物的种类及活性菌胶团的组成，污泥性状及结构等；
		流速：	LS45A型旋杯式流速仪(重庆华正水文仪器有限公司)，测速范围为0.015～3.5m/s，温度为-15～45℃，测试误差小于2％。

试验方法：

中试试验监测的主要水样为：进水、厌氧池、缺氧池、好氧池及沉淀池水样。由于循环比较大，各段的有机物及溶解氧浓度无明显梯度，故系统在运行中的水质可按完全混合模拟，因此每池只在一个固定采样点采样，采样方法为取混合液待污泥静置沉淀，虹吸至采样瓶然后尽快测定。

水力学特性试验的测定对象为流速。在不同操作条件下，选取需考察的断面测点位置，通过流速(测算)仪20s测定后读取平均流速。

主要结论：

1.处理效果较佳、稳定性强、管理方便。

从实际出水水质看，污水处理厂出水水质较佳，能耗较低，且系统的稳定性较强。

设计回访表明，污水处理厂管理人员普遍认为CCFP工艺易于操作管理。

2.水力学分析

结果表明，对于中等规模的污水处理厂，厌氧段能量密度可采用4～5W/m³；兼氧段可采用1.0W/m³，相应断面平均流速大于0.30m/s；好氧段可采用0.5～1.0W/m³，相应断面平均流速大于0.15～0.20m/s。

本申请的发明人对采用CCFP工艺处理低浓度城镇污水作了较为深入的研究，分析表明，针对我国城镇污水处理厂，与传统A²/O工艺相比，采用循环流环型生物脱氮除磷工艺具有十分明显的优势，可节省能耗达30％，同时也能节省工程投资费用，运行管理方便。循环流环形生物脱氮除磷工艺在实际应用过程中已显示出其优越性，具有较好的应用前景。

Claims (11)

1、一种循环流环型生物脱氮除磷工艺，采用厌氧/缺氧/好氧相结合的活性污泥法，池型为三环型结构，水流的运行方式为循环流流态；

当生化池独立时，污水与回流污泥进入厌氧段，依次流经缺氧段、好氧段，将完全混合反应器和循环反应器组合起来使用；

当生化池与其它池组组合时，将二沉池置于池中部，同时组建污泥回流井，中环布置厌氧段和缺氧段。

2、如权利要求1所述的循环流环型生物脱氮除磷工艺，其特征在于：生化池独立设计时，厌氧段通过搅拌型潜水搅拌机对池内水体进行混合搅拌，缺氧段和好氧段采用循环反应器，采用推流型潜水搅拌机来获得推流速度。

3、如权利要求1所述的循环流环型生物脱氮除磷工艺，其特征在于：当生化池与其它池组组合时，根据需要，并入沉砂池、消毒池等污水处理构筑物，以及鼓风机房等辅助建筑物。

4、如权利要求1所述的循环流环型生物脱氮除磷工艺，其特征在于：厌氧段水力停留时间1～2小时。

5、如权利要求1所述的循环流环型生物脱氮除磷工艺，其特征在于：混合液回流比取值范围为0.03～0.06kgNO₃ ^--N/kgMLSS·d。

6、如权利要求1所述的循环流环型生物脱氮除磷工艺，其特征在于：厌氧段能量密度采用4～5W/m³，中间设置二沉池时，采用按1～2W/m³；缺氧段采用1～2W/m³；好氧段采用0.5～1.0W/m³。

7、如权利要求1所述的循环流环型生物脱氮除磷工艺，其特征在于：混合液回流采用空气提升的方式。

8、如权利要求1所述的循环流环型生物脱氮除磷工艺，其特征在于：好氧段充氧采用微孔曝气方式；当采用表曝工艺时，按跑道形设计，表曝机设置于直线段。

9、如权利要求8所述的循环流环型生物脱氮除磷工艺，其特征在于：缺氧段也设置适量的微孔曝气系统，实现同时/同步硝化反硝化过程；同时延长缺氧段、减短好氧段。

10、如权利要求1所述的循环流环型生物脱氮除磷工艺，其特征在于：空气量分配时，缺氧段留有15～20％的空气用量。

11、如权利要求1所述的循环流环型生物脱氮除磷工艺，其特征在于：当与二沉池等组合时，视水质条件，二沉池采用周进周出辐流式沉淀池，配备管式刮吸泥机。

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