CN102674537A - 一种强化脱氮的逆序sbr水处理装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种强化脱氮的逆序SBR水处理装置及方法，属于活性污泥污水处理领域。该装置包括可进行缺氧反硝化脱氮、厌氧释磷，好氧硝化及好氧吸磷反应的逆序SBR池，进水管，出水管，进气管，曝气头；进水管连接进水泵，进气管进口连接鼓风机，进气管出口连接曝气头；逆序SBR池内设有潜水搅拌器，溶解氧(DO)传感器，氧化还原电位(ORP)传感器，pH传感器，进行在线监测，上述仪表分别与PLC连接。本发明在传统SBR反应池的基础上，改良了进水方式，调整了搅拌、曝气、沉淀和滗水等工序的进水时序和进水时长，使得逆序SBR工艺的脱氮效率更高，原水碳源利用率更大，处理效果更稳定，直接为污水处理厂降低了运行成本。

Description

一种强化脱氮的逆序SBR水处理装置及方法

技术领域

本发明属于活性污泥生化法污水处理领域，具体涉及一种去除污水中可生化有机物质和含氮营养物的强化脱氮的逆序SBR水处理装置及方法。

背景技术

随着城市居民生活水平的提高，城市生活污水的污染问题日益严重。据有关部门统计，2003年全国工业和城镇生活废水排放总量为460亿t，其中工业废水排放量212.4亿t，城镇生活污水排放量247.6亿t。这些污水大部分没有经过有效处理直接排入江河湖泽之中，导致水环境受到不同程度的污染。富营养化问题是当今世界面临的最主要的水污染问题之一。近年来，虽然我国污水处理率不断提高，但是有氮磷污染引起的水体富营养问题不但没有解决，而且有日渐严重的趋势。这便使得人们对常规活性污泥水处理工艺进行更为严格的改造。因此，提高污水处理效果和优化污水脱氮除磷，降低污水处理厂成本等方面都有非常重大的理论和实际意义。

以下介绍两种活性污泥水处理工艺，本发明就是在这两种工艺的基础上进行的深入研究。

SBR工艺(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process，序列间歇式活性污泥法)：

一种具有代表性的SBR工艺流程是：通过格栅预处理的废水，进入集水井，由潜污泵提升进入SBR反应池，采用水流曝气机充氧，处理后的水由排水管排出，剩余污泥静压后，由SBR池排入污泥井，污泥作为肥料。

分批式操作的概念是时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，如SBR运行周期由进水时间、反应时间、沉淀时间、滗水时间、排泥时间和闲置时间，可以适当灵活调节。

SBR工艺作为一种活性污泥工艺，也有活性污泥工艺的优缺点，如活性污泥工艺优点：污水适应性强，建设费用较低。活性污泥工艺的缺点：运行稳定性差，容易发生污泥膨胀和污泥流失，分离效果不够理想。SBR工艺还有独有的特点。其总的优缺点是处理工艺流程简单，工艺过程五个阶段：进水、曝气、沉淀、排水、待机。间歇式曝气、非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。SBR工艺的优点如下：

a.构筑物数量少、造价低，不需要设初沉地，也不需要二沉地，污泥回流设施，调节池、初沉池也可省略。便于操作和维护管理。避免了传统厌氧反应器处理效率低、占地大的缺点。

b.结构简单，组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造。

c.处理后出水水质好。适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮效果。良好的自控系统，良好的脱氮效果，废水达标排放，有数据称CODCr平均去除率能达到94％以上，强于单级好氧处理工艺。

d.运行上的有序和间歇操作，特别适用在难生化降解的废水处理。

e.占地少，能耗低，投资省，运行管理方便。

SBR工艺的缺点是严重依靠现代自动化控制技术，自动化程度要求较高，操作、管理、维护，对操作管理人员素质要求较高。如采用人工操作，会出现因进出水工序操作繁锁，曝气板容易堵塞。

CAST工艺(Cyclic Activated Sludge Technology，循环式活性污泥法)：

CAST工艺整个工艺在一个反应器中完成，工艺按“进水-出水”、“曝气-非曝气”顺序进行，属于序批式活性污泥工艺，是SBR工艺的一种改进型。它在SBR工艺基础上增加了生物选择器和污泥回流装置，并对时序做了调整，从而大大提高了SBR工艺的可靠性及处理效率。

CAST工艺是在ICEAS工艺(Intermittent Cycle Extended Aeration，间歇式循环延时曝气活性污泥法)基础上开发出来的，将生物选择器与SBR反应器有机结合。CAST工艺通常反应器分为三个区：生物选择区、缺氧区和好氧区(即主反应区)，各区容积之比为1∶5∶30。废水在前端生物选择区的停留时间一般在0.5～1h，第二区不仅具有辅助厌氧或兼氧条件下生物选择的功能，还对水质水量变化具有缓冲作用，主反应区则是最终去除有机底物的主要场所。CAST工艺以流程简单，基建和设备费用少，运行操作自动化程度高，被广泛应用于各污水处理厂。

CAST整个工艺在一个反应器中完成有机污染物的生物降解和泥水分离过程。反应器分为三个区，即生物选择区、兼氧区和主反应区。生物选择区在厌氧和兼氧条件下运行，是污水与回流污泥接触区，充分利用活性污泥的快速吸附作用而加速对溶解性底物的去除，并对难降解有机物起到酸化水解作用，同时可使污泥中过量吸收的磷在厌氧条件下得到有效释放。兼氧区主要是通过再生污泥的吸附作用去除有机物，同时促进磷的进一步释放和强化氮的硝化/反硝化，并通过曝气和闲置还可以恢复污泥活性。

优点：1处理效果好，出水水质稳定；2通过程序控制可达到良好的脱氮的目的；3污泥沉降性能好，稳定化程度高；4能很好缓冲进水水质、水量的波动；5工艺简单，基建投资较低；6采用组合式模块结构设传感器，方便分期建设和扩建工程；7自动化程度高。

缺点：1运行管理较复杂，要求较高的设备维护水平；2设备闲置率高，维修工作量大。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种强化脱氮的逆序SBR水处理装置及方法，实现高效脱氮，并充分利用原水中的碳源，降低运行成本。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种强化脱氮的逆序SBR水处理方法，包括以下步骤：

(S1)污水通过污水进水装置进入逆序SBR池，按照设定的沉淀时间进行沉淀，并按照设定的滗水时间将沉淀后的上清液排出；

(S2)开启潜水搅拌器，按照设定的搅拌时间对逆序SBR池中的混合液进行搅拌，完成缺氧反硝化脱氮反应和厌氧释磷反应；

(S3)按照设定的曝气时间对逆序SBR池进行曝气，完成好氧硝化和好氧吸磷反应。

进一步，如上所述的强化脱氮的逆序SBR水处理方法，所述的逆序SBR池包括生物选择区和主反应区，在步骤(S1)中，污水通过污水进水装置进入生物选择区，同时主反应区的液体通过污泥回流管道回流进入生物选择区；生物选择区的混合液由生物选择区进入主反应区，在主反应区按照设定的沉淀时间进行沉淀，并按照设定的滗水时间将沉淀后的上清液排出。

进一步，如上所述的强化脱氮的逆序SBR水处理方法，污水由污水进水装置通过缓冲池后进入逆序SBR池。

进一步，如上所述的强化脱氮的逆序SBR水处理方法，所述沉淀时间、滗水时间、搅拌时间和曝气时间根据污水中的污染物浓度进行设置；沉淀时间的范围为0.5-1.5小时；所述滗水时间的范围为0.5-1.5小时；所述搅拌时间的范围为1-2小时；所述曝气时间的范围为2-3小时。

进一步，如上所述的强化脱氮的逆序SBR水处理方法，在步骤(S1)和步骤(S2)中，污水进水装置保持均匀进水状态，在步骤(S3)开始曝气前停止进水。

一种强化脱氮的逆序SBR水处理装置，包括可进行缺氧反硝化脱氮、厌氧释磷，好氧硝化及好氧吸磷反应的逆序SBR池，逆序SBR池的前端与污水进水装置连通，后端与出水装置连接；逆序SBR池中设有曝气装置、潜水搅拌器、PH传感器、溶解氧传感器和氧化还原传感器，所述的PH传感器、溶解氧传感器和氧化还原传感器分别与PLC连接。

进一步，如上所述的强化脱氮的逆序SBR水处理装置，所述逆序SBR池包括生物选择区和主反应区，生物选择区的一端与所述的污水进水装置连通，另一端与主反应区连通，生物选择区与主反应区之间设有污泥回流管道，主反应区与所述的出水装置连接。

进一步，如上所述的强化脱氮的逆序SBR水处理装置，该逆序SBR水处理装置还可以包括一个缓冲池，缓冲池设置在逆序SBR池与污水进水装置之间，污水由污水进水装置通过缓冲池进入逆序SBR池。

再进一步，如上所述的强化脱氮的逆序SBR水处理装置，所述污水进水装置包括进水泵，与进水泵(连接的进水管和进水阀门；所述出水装置包括出水阀门、滗水器以及与滗水器连接的出水管。

更进一步，如上所述的强化脱氮的逆序SBR水处理装置，所述曝气装置包括鼓风机，与鼓风机连接的进气管和进气阀门，以及与进气管出口连接的曝气头。

本发明的有益效果如下：

1)通过调整进水的时序加强脱氮过程，最大程度地利用了原水碳源，因此无需外加碳源或者少加碳源即可实现污水的高效生物脱氮，突破了低C/N污水脱氮效率难以提高的难题，本发明的出水氨氮和总氮均低于国家颁布的一级A排污标准，这也是本工艺最突出的亮点；

2)采用了严格的在线实时监控装置，在进水负荷相同的情况下，实时的控制了各个工序的反应时间以及没有在好氧曝气阶段浪费原水中的有机碳源，从而从实际意义上节省了外加碳源的费用；

3)在进水负荷相同的情况下，严格控制系统的污泥浓度，因此有效地降低水厂的运行费用，如鼓风机曝气的电费和污泥处置的药剂和外运费用；

4)工艺的主体采用的是SBR工艺，使得有机物和含氮化合物在同一反应池内得到去除，减少了沉淀池等构筑物建设，降低了基建投资和整个工艺的占地面积。在现有条件下，为了延长曝气时的水力停留时间(HRT)使得硝化反应得以顺利的充分的进行，可以在生物选择区添加曝气管路和曝气头，甚至在主反应区后段添加适当的填料；

5)适当的降低曝气时间和同时延长搅拌时间，更有利于为除磷创造一个严格的厌氧环境，聚磷菌必须在厌氧条件下进行释磷，才能在下一阶段进行充分的好氧吸磷。

6)整个工艺采用实时监控控制，具有管理便捷，运行费用低和不易发生污泥膨胀等优点

附图说明

图1为具体实施方式中强化脱氮的逆序SBR水处理装置的结构示意图；

图2为具体实施方式中强化脱氮的逆序SBR水处理装置的俯视图；

图3为具体实施方式中强化脱氮的逆序SBR水处理的完整工艺流程图；

关于附图中的附图标记所代表的结构名称的说明：

1：生物选择区； 2：主反应区；1-1：进水泵：1-2：进水管；

1-3：进水阀门； 1-4：鼓风机；1-5：进气管；1-6：进气阀门；

1-7：曝气头；   2-1：污泥回流管道；2-2：剩余污泥排出管道；

2-3潜水搅拌器； 2-4：pH传感器；    2-5：DO传感器；

2-6：ORP传感器；2-7滗水器。

具体实施方式

下面结合说明书附图与具体实施方式对本发明做进一步的详细说明。

图1与图2分别示出了本实施方式中一种强化脱氮的逆序SBR水处理装置的结构示意图与俯视图，本发明中的逆序SBR水处理装置主要包括可进行缺氧反硝化脱氮、厌氧释磷，好氧硝化及好氧吸磷反应的逆序SBR池，逆序SBR池的前端与污水进水装置连通，后端与出水装置连接；逆序SBR池中设有曝气装置、潜水搅拌器2-3、PH传感器2-4、溶解氧传感器2-5和氧化还原传感器2-6，所述的PH传感器2-4、溶解氧传感器2-5和氧化还原传感器2-6分别与PLC连接。其中，逆序SBR池可以包括生物选择区1和可进行缺氧反硝化脱氮、厌氧释磷，好氧硝化及好氧吸磷反应的主反应区2，如图1所示，生物选择区1的一端与所述的污水进水装置连通，另一端与主反应区2连通，生物选择区1与主反应区2之间设有污泥回流管道2-1，通过该回流管道使主反应区2中的混合液按照设定好的比例回流到生物选择区1中，主反应区2与所述的出水装置连接。主反应区2中还设有剩余污泥排出管道2-2，用于将主反应区中剩余污泥排出。

其中，污水进水装置包括进水泵1-1，与进水泵1-1连接的进水管1-2和进水阀门1-3；出水装置连接包括出水阀门、滗水器2-7以及与滗水器2-7连接的出水管；曝气装置包括鼓风机1-4，与鼓风机1-4连接的进气管1-5和进气阀门1-6，以及与进气管出口连接的多个曝气头1-7。此外，污水进水装置的进水点位于滗水器2-7的对称方向。

主反应区2是整个SBR水处理装置的主体部分，在该区中通过设置的溶解氧(DO)传感器，氧化还原(ORP)传感器，pH传感器，对反应区进行在线监测。本实施方式中，逆序SBR池包括了生物选择区1和可进行缺氧反硝化脱氮、厌氧释磷，好氧硝化及好氧吸磷反应的主反应区2，其中生物选择区1在本发明中可以有也可以没有，对整个生化系统而言，生物选择区1更有利于原水(污水)与内回流混合液的混合，有利于对于缓冲企业偷排现象对生化系统的冲击。如果没有生物选择区，可以在逆序SBR池前端构建一座累似的缓冲池以起到与本发明生物选择区相同的作用，缓冲池设置在逆序SBR池与污水进水装置之间，污水由污水进水装置通过缓冲池进入逆序SBR池。

本发明还提供了一种基于上述SBR水处理装置的一种强化脱氮的逆序SBR水处理方法，该方法的主要步骤如下：

步骤S1、污水通过污水进水装置进入逆序SBR池，按照设定的沉淀时间进行沉淀，并按照设定的滗水时间将沉淀后的上清液排出；

污水通过进水泵1-1，经过进水管1-2进入逆序SBR池。当逆序SBR池包括生物选择区和主反应区时，在该步骤中，污水通过污水进水装置先进入生物选择区，同时主反应区的液体通过污泥回流管道回流进入生物选择区；生物选择区的混合液由生物选择区进入主反应区，在主反应区按照设定的沉淀时间进行沉淀，并按照设定的滗水时间将沉淀后的上清液排出。生物选择区的作用主要是减小对系统装置的突然冲击，如果污染物在线监测仪表显示进水污染物浓度突然升高，可以利用加大污泥回流管道的内回流比以减缓来水对系统的冲击，进水通过潜水搅拌器的搅拌作用与内回流硝化液进行充分混合，为进入主反应区做预处理准备。

整个系统启动初期还是沿用传统的启动方式，待系统装置运行稳定后，调整装置的进水顺序，生物选择区的混合液从生物选择区1进入主反应区2后，按进水时间排序。该步骤中，打开进水阀门，保持进水管路畅通，开启进水泵，系统开始进水。同时开启污泥内回流管道2-1，混合液按照设定好的比例进行回流。根据经验确定沉淀的时间，当达到设定的沉淀时间后，进入滗水排水工序，打开出水阀门，按照设定的滗水时间将沉淀后的上清液排出主反应区，当达到滗水设定的时间后，关闭出水管上的阀门，进入搅拌工序。在排水阶段，装置仍然保持进水状态，由于反应池呈矩形状，所以进水不会对出水造成超标的影响。其中，滗水时间以及沉淀时间可以根据需要进行设定，一般滗水时间的范围为0.5-1.5小时，沉淀时间的范围为0.5-1.5小时，本实施方式中滗水时间设定为1h，沉淀时间的周期设定为1h。如果逆序SBR池没有设置生物选择区，可以在逆序SBR池前端构建一座累似的缓冲池以起到与生物选择区相同的作用，缓冲池设置在逆序SBR池与污水进水装置之间，污水由污水进水装置通过缓冲池进入逆序SBR池。

步骤S2、开启潜水搅拌器，按照设定的搅拌时间对逆序SBR池中的混合液进行搅拌，完成缺氧反硝化脱氮反应和厌氧释磷反应；

逆序SBR池的主要作用是完成缺氧反硝化脱氮反应、厌氧释磷反应，好氧硝化以及好氧吸磷反应。在完成步骤S1的沉淀过程后，继续保持进水，开启系统的潜水搅拌器对系统进行均匀搅拌，系统初期处于缺氧状态，此时系统中的硝态氮与原水中的有机碳源进行充分的接触发生反硝化脱氮反应，反硝化过程由ORP、pH传感器实时监控，最终达到对搅拌时间的精确控制；系统后期处于厌氧状态，此时进行厌氧释磷过程。当数据显示反硝化完成或者即将完成的时候，系统结束搅拌，系统进入曝气工序，此时关闭进水泵和进水阀门。其中，搅拌时间也是可以根据实际需要以及混合溶液的浓度进行设定，一般搅拌时间的范围为1-2小时，本实施方式中一个搅拌周期设定为1.5h。

步骤S3、按照设定的曝气时间对逆序SBR池进行曝气，完成好氧硝化和好氧吸磷反应。

完成步骤S2后，打开曝气装置的进气阀门，使进气管路保持畅通，启动鼓风机，对系统进行曝气，系统进入好氧曝气阶段，完成好氧硝化和好氧吸磷反应，通过对反应区域内DO和pH的结果对曝气时间进行调整，曝气时间的范围一般为2-3小时，本实施方式中设定为2.5h，在实际运行中，可以根据需要对曝气时间进行调整。曝气阶段完成即为系统的一个完整周期结束，关闭鼓风机，关闭进气阀门，系统再次进入沉淀工序。本实施方式中一个周期运行时间为六小时，一天四个周期。

在本实施方式中，如果逆序SBR池包括生物选择区和主反应区，步骤S2与步骤S3中的缺氧反硝化脱氮反应、厌氧释磷反应，好氧硝化以及好氧吸磷反应都是在主反应区中进行的。

在现有条件下，为了延长曝气时的水力停留时间(HRT)使得硝化反应得以顺利的充分的进行，可以通过在生物选择区添加曝气管路和曝气头，甚至在主反应区后段添加适当的填料来实现。本发明所述的方法的主要反应过程是在逆序SBR池中进行的主要包括了沉淀、滗水(排上清液)、搅拌和曝气几个阶段。曝气阶段完成后即为装置的一个完整周期结束。

图3中示出了本实施方式中通过上述步骤S1～S3所述的强化脱氮的逆序SBR水处理方法进行脱氮的工艺流程图，首先将通过格栅预处理的废水，进入集水井，由潜污泵(提升泵房)提升，经旋流沉砂池加速沙粒的沉淀，再通过配水池进入到SBR池，通过本发明所述的步骤S1～S3完成强化脱氮的逆序SBR水处理过程，处理后的水经过紫外消毒池或者其它消毒方式的消毒处理后排出，剩余污泥静压后进入污泥贮存池，将污泥贮存池中的渗沥液回流到集水池，将污泥经过污泥浓缩处理后外运。

对于本实施方式中所述的强化脱氮的逆序SBR水处理方法及装置，其中在逆序SBR池中完成沉淀、滗水(排上清液)、搅拌和曝气几个阶段，通过缺氧反硝化脱氮反应、厌氧释磷反应，好氧硝化以及好氧吸磷反应实现了脱氮。对于逆序SBR池可以是完成上述反应的一个简单的反应池，也可以包括生物选择区和主反应区两部分，在生物选择区使原水(污水)与内回流混合液的混合后再进入主反应区，在主反应区内完成上述几个阶段，有利于对于缓冲企业偷排现象对生化系统的冲击。如果没有生物选择区，也可以在逆序SBR池前端构建一座累似的缓冲池以起到与本发明生物选择区相同的作用，缓冲池设置在逆序SBR池与污水进水装置之间，污水由污水进水装置通过缓冲池进入逆序SBR池，同样起到缓冲的作用。

本发明适用于一些存在硝化不完全，碳源利用不合理，脱氮消化差的CAST、SBR类型的城镇污水厂的改造，低C/N比城镇污水及含氮高的工业废水深度脱氮处理或者新建工程。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其同等技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种强化脱氮的逆序SBR水处理方法，包括以下步骤：

(S1)污水通过污水进水装置进入逆序SBR池，按照设定的沉淀时间进行沉淀，并按照设定的滗水时间将沉淀后的上清液排出；

(S2)开启潜水搅拌器，按照设定的搅拌时间对逆序SBR池中的混合液进行搅拌，完成缺氧反硝化脱氮反应和厌氧释磷反应；

(S3)按照设定的曝气时间对逆序SBR池进行曝气，完成好氧硝化和好氧吸磷反应。

2.如权利要求1所述的强化脱氮的逆序SBR水处理方法，其特征在于：所述的逆序SBR池包括生物选择区和主反应区，在步骤(S1)中，污水通过污水进水装置进入生物选择区，同时主反应区的液体通过污泥回流管道回流进入生物选择区；生物选择区的混合液由生物选择区进入主反应区，在主反应区按照设定的沉淀时间进行沉淀，并按照设定的滗水时间将沉淀后的上清液排出。

3.如权利要求1所述的种强化脱氮的逆序SBR水处理方法，其特征在于：步骤(S1)中，污水由污水进水装置通过缓冲池后进入逆序SBR池。

4.如权利要求1至3之一所述的强化脱氮的逆序SBR水处理方法，其特征在于：所述沉淀时间、滗水时间、搅拌时间和曝气时间根据污水中的污染物浓度进行设置；沉淀时间的范围为0.5-1.5小时；所述滗水时间的范围为0.5-1.5小时；所述搅拌时间的范围为1-2小时；所述曝气时间的范围为2-3小时。

5.如权利要求4所述的强化脱氮的逆序SBR水处理方法，其特征在于：在步骤(S1)和步骤(S2)中，污水进水装置保持均匀进水状态，在步骤(S3)开始曝气前停止进水。

6.一种强化脱氮的逆序SBR水处理装置，其特征在于：包括可进行缺氧反硝化脱氮、厌氧释磷，好氧硝化及好氧吸磷反应的逆序SBR池，逆序SBR池的前端与污水进水装置连通，后端与出水装置连接；逆序SBR池中设有曝气装置、潜水搅拌器(2-3)、PH传感器(2-4)、溶解氧传感器(2-5)和氧化还原传感器(2-6)，所述的PH传感器(2-4)、溶解氧传感器(2-5)和氧化还原传感器(2-6)分别与PLC连接。

7.如权利要求6所述的强化脱氮的逆序SBR水处理装置，其特征在于：所述逆序SBR池包括生物选择区(1)和主反应区(2)，生物选择区(1)的一端与所述的污水进水装置连通，另一端与主反应区(2)连通，生物选择区(1)与主反应区(2)之间设有污泥回流管道(2-1)，主反应区(2)与所述的出水装置连接。

8.如权利要求6所述的强化脱氮的逆序SBR水处理装置，其特征在于：该逆序SBR水处理装置还包括一个缓冲池，缓冲池设置在逆序SBR池与污水进水装置之间，污水由污水进水装置通过缓冲池进入逆序SBR池。

9.如权利要求6-8之一所述的强化脱氮的逆序SBR水处理装置，其特征在于：所述污水进水装置包括进水泵(1-1)，与进水泵(1-1)连接的进水管(1-2)和进水阀门(1-3)；所述出水装置包括出水阀门、滗水器(2-7)以及与滗水器(2-7)连接的出水管。

10.如权利要求6所述的强化脱氮的逆序SBR水处理装置，其特征在于：所述曝气装置包括鼓风机(1-4)，与鼓风机(1-4)连接的进气管(1-5)和进气阀门(1-6)，以及与进气管出口连接的曝气头(1-7)。

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