CN103395950B - 大中型污水处理v型气提脱氮除磷工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种大中型污水处理V型气提脱氮除磷工艺，其步骤为：污水→粗格栅及进水提升泵房→细格栅及沉砂池（→水解酸化池）→V型气提回流两级沉淀一体化处理池→接触消毒池→达标排放。它是用V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池替代了A／A／O活性污泥法的生化反应池、硝化液内回流泵池、二次沉淀池、污泥内回流和外回流泵池、混凝反应池和斜管沉淀池等工序，实现了污水脱氮除磷的高效率和紧凑化。本发明与常规处理工艺相比，具有占地小投资省、药耗少排泥少、能耗低成本低、水质稳定可控、运行管理简便等诸多优点。

Description

大中型污水处理V型气提脱氮除磷工艺

技术领域

本发明涉及一种大中型污水处理工艺，特别是同时利用气提原理、利用厌氧／缺氧／好氧和两级沉淀原理，实现高效率脱氮除磷和紧凑化设计的污水处理方法。

背景技术

常规的污水处理方法是以生化法为主，即活性污泥法和生物膜法两大类，其中活性污泥法是目前世界各国应用最广泛的一种二级生物处理工艺。早先活性污泥法工艺主要是去除有机污染物，目前已全面进入到既要去除有机污染物，又要脱氮除磷的工艺阶段。活性污泥法脱氮除磷工艺原理都基本类似，但表现形式有多种，目前较常用的有A／A／O工艺、UCT工艺、改良型卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟工艺、AB法工艺、SBR工艺、CAST工艺、Unitank工艺、MBR工艺、MSBR工艺等。常规活性污泥法工艺大多先要经过粗格栅、提升泵房、细格栅、沉砂等预处理或／和初次沉淀池沉淀的一级处理，然后进入曝气池进行二级生化处理，之后进入二次沉淀池进行泥水分离，分离后的清水经消毒后排放，沉淀污泥则通过回流泵回到曝气池中再利用，少部分污泥作为剩余污泥进行浓缩脱水处置。

上述已经很复杂的常规工艺，还要加上脱氮除磷功能，因而总体工艺变得异常复杂，流程更长，处理构筑物更多。鉴于现阶段和今后污水处理对出水水质要求越来越高，而1万～10万吨／日规模的污水处理厂因规模效应问题，以及项目投资、运行成本和用地指标限制等问题，并不适合继续延长工艺流程，故“麻雀虽小五脏俱全”的工艺做法并不是好办法，因此，迫切需要寻找到适合1万～10万吨／日规模的活性污泥法脱氮除磷新工艺，以适应我国新型城镇化建设的需要。

最近几年，我国小规模的活性污泥法脱氮除磷新工艺有AO硅藻精土工艺、双面导流水力循环澄清工艺、IBR连续流间歇反应工艺等，但这些工艺要么难以放大到1万～10万吨／日规模，要么放大后出水水质难以稳定达标，要么放大后不经济实用而增加了运行管理难度，或者放大后用地效率大为下降建设成本显著增加。总之，污水处理领域创新发明出稳妥可靠的、先进的、能够应用于大中型污水处理的新工艺，是一项长期艰巨的任务。

发明专利《双面导流式生物法污水处理技术及其污水处理设备》（公开号CN1223972A，公开日1999.7.28，以下简称现有技术1），其设备由缓冲槽、曝气池、沉降池等组成，该设备为较深的锥斗形，宽度比例不足，受结构形状和锥底坡度所限，不仅不能放大到100～10000吨／日的常用小规模，更无法放大到1万吨／日以上，况且该技术和设备只能去除有机污染物和氨氮，其运行原理决定了无法脱氮（总氮）更无法除磷，其出水水质氮磷指标不符合我国现行的国家排放标准，因而不是污水脱氮除磷的工艺。

发明专利《双面导流水力循环澄清式污水处理方法》（申请号ZL200610124503.5，以下简称现有技术2），该方法构筑物和设备较多，流程较长，污水需要两级提升，污泥泵多，污泥需要从池中抽取，系统能耗高，排泥效果差；其进水调节池水位通常应该位于地面下较低处，调节池与其双面导流池水位高差实际较大，因而两池合建在工程上较不合理；现有技术2采用的双面导流池为现有技术1的技术与设备（见现有技术2说明书正文第1页倒数第4行）；随后，现有技术2对自身双面导流池进行改进申请并获批准的发明专利《强制回流的双面导流式污水处理池》（申请号ZL200610125119.7，以下简称现有技术3），其处理效果仍然不能令人满意，该污水处理池出水并不清澈透明，该池改进后在末端设置了过滤层进一步过滤，然而过滤层在运行时很快就会堵塞，却无过滤层反冲洗装置，实际使用中无法清除堵塞而难以正常运行；除上述之外，该污水处理方法以及随后改进的池型均缺失沉砂工序，易导致污水中砂粒沉积在系统中而带来设备磨损和淤积等不利影响；该污水处理方法也缺乏生物除磷功能，完全依靠硅藻土处理剂吸附除磷，因而加药量大；还有，该方法采用常规的污泥浓缩池和常规的板框压滤机，污泥脱水后含水率达不到国家新的污泥含水率处置标准。因此，上述多种缺陷导致该方法及其主体污水处理池的实际处理效果、系统工程投资、运行成本等，难以满足现阶段和今后小型污水脱氮除磷生产实际需要，更不可能满足大中型污水脱氮除磷生产实际需要。

发明专利申请《一种污水生化处理一体化装置、系统及工艺》（公开号CN102923908A，公开日2013.2.13），基本能适应1500吨／日及以下规模的小型污水脱氮除磷需要，但该装置难以继续放大到1600吨／日以上，更无法放大到1万吨／日以上，且脱氮除磷效果需要进一步提高。主要原因是该装置继续放大后，斜向导流隔板将会进一步向上斜向延长，致使更加远处的污泥缺乏水平方向的动力难以到达垂直气提回流组件附近来，会出现污泥回流不及时带来的污泥失去活性上浮、厌氧产气上浮或死亡腐化上浮等问题，继而严重影响出水水质；同时，该装置因体积小使得垂直气提回流组件一侧全部为曝气生化区，没有可以利用污水自身碳源的前置缺氧反硝化区，更没有集成化的厌氧区，只能依靠颗粒污泥内部缺氧反硝化和垂直气提回流组件另一侧后置的缺乏碳源的缺氧反硝化，因而脱氮效果和除磷效果还有进一步提升的空间；另外，沉淀组件下方的药剂絮凝反应不充分不均匀，使得药剂用量较多，规模放大后配水效果变差，因而除磷效果和其它残余污染物去除效果还有进一步提升的空间。该方法中还缺乏污泥作为污水处理的重要组成内容。因此，该方法本身需要进一步完善与创新改进。

发明内容

基于上述背景和各项公知技术的诸多不足，加上大中型规模污水处理脱氮除磷的迫切需要，使得本发明申请应运而生。本发明除了解决上述各种不足外，还省去了硝化液内回流泵、省去了活性污泥内回流泵和污泥外回流泵。本发明大中型污水处理V型气提脱氮除磷工艺与其他大中型活性污泥法脱氮除磷工艺相比，不仅脱氮除磷效率更高，水质和水量适应性更广，出水稳定达标，而且更加紧凑省地，电耗药耗更低，工程投资更省，运行成本更低，污泥排放更少，更易于操作管理，特别适用于1万～10万吨／日规模的污水脱氮除磷一体化处理。

本发明大中型污水处理V型气提脱氮除磷工艺，包含如下步骤：

⑴污水经过粗格栅拦渣→集水池→污水泵提升→细格栅→沉砂池→配水堰等常规预处理工序后，分为两种情况进行后续处理：一是常规城镇污水水质情况下直接进入V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池处理；二是非常规的可生化性较差污水，可先进行水解酸化处理后，再进入V型气提一体化池处理；

⑵在V型气提一体化池内，污水依次进入厌氧区→缺氧区→曝气区进行生化处理；曝气区好氧处理产物硝化液通过曝气气提作用，配合搅拌器和辅助推流器从上层自动回流到缺氧区进行反硝化脱氮处理，如此反复循环，生物脱氮和生物除磷完毕后进入V形澄清回流区做下一步处理；

⑶V形澄清回流区上层澄清液经第一级集水槽进入到斜管／板沉淀区，进行化学除磷和混凝沉淀协同处理；中层澄清活性污泥经面式气提微动力回流器从上方回流到曝气区再利用；底层污泥一部分重力回流到进水提升泵房，另一部分经剩余污泥泵提升到污泥斜板浓缩储泥池；

⑷污泥斜板浓缩储泥池的浓缩污泥，经隔膜压榨机深度脱水处理后泥饼外运处置；

⑸对澄清液投加复合硅藻土改性水处理药剂，经过L型水力混合起旋器的水力混合与起旋作用，形成悬浮污泥层并发生接触絮凝反应而沉淀，沉淀污泥全部重力回流到进水提升泵房，清水经第二级集水槽汇集至接触消毒池；

⑹清水在接触消毒池中持续接触消毒后，经出水管排出。

本发明利用创新技术手段实现上述目的。首先是利用同期申请的V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，替代了常规工艺的A／A／O生化池、硝化液内回流泵池、二沉池、污泥内回流泵池、混凝反应池和斜管沉淀池等，使得占地极为紧凑，水头损失减少一半，活性污泥浓度提高一半或以上，处理效率大为提高，土建和设备工程量明显减少，电耗药耗降低，污泥产生量减少，综合经济效益显著。第二，污泥处理是污水处理的一部分，本发明首次创新性地在大中型污水处理中利用污泥斜板浓缩技术实现动态高效短时浓缩，避免污泥中磷的厌氧释放，也显著降低了浓缩后污泥的含水率，与前端的厌氧池（A池）配合提高了生物除磷的能力，减少了化学除磷药剂使用量，加上采用了复合硅藻土改性水处理药剂以及高干度的隔膜压榨机，使得最终泥饼含水率达到了国家新的污泥含水率处置标准。第三，巧妙利用工程实际中存在的自然高差，利用重力作用节省了污泥外回流泵，同时，利用水力混合絮凝作用节省了加药机械混合搅拌器，利用平面上的巧妙布置实现空间功能上的有效衔接。

本发明通过以上三个方面的技术创造性、先进性与实用性手段，较圆满地实现了本发明的目的。

本发明的工作过程与原理是这样的。污水一般在地下几米深处，进水首先需要经过粗格栅拦渣，去除较大尺寸杂质后，进入水泵前池（集水池）内，原污水与V型一体化池回流而来的污泥一起，经污水提升泵提升进入细格栅除渣和沉砂池去除可沉颗粒砂粒后，在一般情况下进入V型一体化池；当污水中含有较多难降解工业废水成分时，则需要进行水解酸化处理后再进入V型一体化池。在V型一体化池内的首端厌氧区，污水与污泥充分混合，在厌氧菌作用下实现初步污染物吸附降解，同时聚磷菌在厌氧环境下充分释放磷而为后续好氧环境下充分吸收磷打好基础，以利于后续好氧生化处理顺利实现生物除磷功能。之后，污水进入缺氧区和曝气区进行生化处理。在缺氧区内，反硝化菌在缺氧环境下利用污水中碳源完成快速高效脱氮反应，硝化液则来自后续的曝气区。然后，污水在总体推流作用下进入到曝气区进行好氧生化反应，在活性污泥微生物作用下完成有机污染物降解、氨化硝化和生物除磷。硝化反应产物硝化液在底层曝气器气泡上升流的气提作用下，又从上层水面自动回流到缺氧区进行反硝化脱氮反应，最终生成氮气（N₂）溢出到大气，如此反复循环，实现了污水的充分脱氮、污染物降解和生物除磷的目的。在缺氧区和曝气区生化处理完毕后的泥水气混合物，经过仰斜孔洞式气水分离器气泡分离后泥水混合液进入V形澄清回流区。该V形区上层澄清液溢出到斜管／板沉淀区；中层澄清活性污泥由水平安装的面式气提微动力回流器从上方回流至曝气区和缺氧区再利用，又是如此反复循环获得高浓度颗粒活性污泥；底层活性较差污泥则通过剩余污泥管排出，该污泥一部分重力回流到进水提升泵房，另一部分经剩余污泥泵提升到污泥斜板浓缩储泥池，实现生物除磷富磷污泥从系统中排除的目的。污泥斜板浓缩储泥池的浓缩污泥，经隔膜压榨机深度脱水处理后泥饼外运处置。

经过自然澄清处理的澄清液，通过复合药剂喷淋装置喷淋加药和跌水水力混合，在复合硅藻土改性水处理药剂作用下进行化学除磷和协同混凝沉淀处理。澄清液经L型水力混合起旋器的水力混合与起旋作用，实现斜管／板下部的悬浮污泥层缓慢旋转继而发生充分的接触絮凝反应而沉淀，残余的细小颗粒污染物将在位于中层的斜管／板沉淀组件中进一步沉淀去除，沉淀污泥全部重力回流到进水提升泵房，回到生化处理系统以改善化学污泥的脱水特性。沉淀后的清水汇集到清水渠集中后，经消毒剂装置投加消毒剂，在接触消毒池中与消毒剂持续接触半小时灭菌后，最后经出水管排出。

本发明所用V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，包括矩形池体，所述矩形池体内依次划分为厌氧区、缺氧区、曝气区、V形澄清回流区和斜管／板沉淀区；在缺氧区和曝气区之间的垂直隔墙上部水面处开有回流孔，所述回流孔的回流面积大于该隔墙底部的正向过流孔面积；所述回流孔两侧分别设有缺氧区内的伞形搅拌器和曝气区内的辅助推流器；在曝气区和V形澄清回流区之间的隔墙中部下方位置设有仰斜孔洞式气水分离器；在V形澄清回流区内中部上方位置设有面式气提微动力回流器；在斜管／板沉淀区下方设有L型水力混合起旋器。

所述辅助推流器设置于曝气区上层水面下，其推流方向朝向垂直隔墙上部的回流孔。

所述仰斜孔洞式气水分离器为水下仰斜安装，确保曝气区池底曝气气泡不随水流进入V形澄清回流区内。该气水分离器是利用气泡上升流速高于水流下向流速而实现气泡逃逸的简便分离装置，由若干块相互连接的板组成。具体包括与仰斜隔墙平行或基本平行的上升导流斜板和与仰斜隔墙相垂直的两侧面板围成的矩形外框，所述矩形外框内设有与外框底部平齐的梯形台，所述梯形台左右两侧外的侧面板底部设有隔离斜板，所述梯形台和两隔离斜板之间均设有V形开口；所述侧面板内壁中部向下设有左右对称的斜向导流沉泥板，斜向导流沉泥板位于梯形台的斜上方；所述侧面板上开设有排气孔，所述排气孔位于侧面板和斜向导流沉泥板连接处下方。

所述面式气提微动力回流器，利用污水处理厂鼓风机压缩空气气源，将V形澄清回流区内的悬浮浓缩活性污泥全面均衡地回流到曝气区再利用。具体包括进气管、端头封闭的吸泥管、四周密闭箱体、空气喷头、立管弯头、回流斜管、回流穿墙管和池外压缩空气控制装置；所述端头封闭的吸泥管呈纵横联通设置，各端头封闭的吸泥管位于同一水平面，各端头封闭的吸泥管上均匀分布多个进泥小孔；在端头封闭的吸泥管的整体中部位置设有四周密闭箱体，四周密闭箱体内设单个或多个与进气管相连通的空气喷头，四周密闭箱体顶部和立管弯头的一端相连；所述立管弯头的另一端依次连有回流斜管和回流穿墙管，所述回流穿墙管的出口管底略低于水面或与水面持平；所述池外压缩空气控制装置和进气管相连通。

所述L型水力混合起旋器的喷口为水平方向，喷口位于斜管／板沉淀区下方悬浮污泥层的中部或下部。水力混合起旋器是利用喷淋水力混合作用、内部穿孔板水力混合作用、内部管式静态混合作用和最后的喷嘴喷射水力混合，达到水和药剂快速充分混合的目的和悬浮污泥层缓慢旋转从而实现接触絮凝的功能。具体包括进水口立管、分水箱和附壁斜管，所述进水口立管经分水箱分流后分别依次与两边的水平管段和附壁斜管相连，附壁斜管又和带有异径喷嘴的L形弯管相连通，所述两个L形弯管呈非对称布置。所述分水箱内设双层穿孔板，双层穿孔板的孔口错开设置。所述附壁斜管内设1～3级螺旋固定叶片，每级由1～3片相互搭接且空间垂直的固定叶片组成，使水流发生螺旋前进；相邻级螺旋固定叶片之间保持一定距离。所述两L形弯管末端的异径喷嘴位于同一个水平面上并相隔一定距离，两异径喷嘴的喷出方向呈90°垂直。

本发明大中型污水处理V型气提脱氮除磷工艺，其技术独创性、技术可靠性和显著技术优势体现在以下三个方面：

一是本发明工艺中采用的气提方法功效显著。

本发明使用V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，其2处创新地利用了气提原理：1是水平满铺安装的面式气提微动力回流器将V形澄清回流区内澄清活性污泥源源不断地、全面均匀地回流到生化反应区；2是曝气区内生化反应产生的硝化液，在池底鼓风曝气装置气泡上升流的气提作用下，在缺氧区的伞形搅拌器运转时底层吹扫作用和上层卷吸作用下，在曝气区上层水面下的辅助推流器辅助性或强制性推流作用下，三者的合力保证了曝气区硝化液能够从上层液面自动回流到前置缺氧区进行反硝化脱氮反应。前者使得系统获得高浓度颗粒活性污泥，显著提高系统处理速率和脱氮效率，气提回流能耗比电动回流泵节能明显，且不破坏颗粒污泥絮体结构；后者简化和节省了硝化混合液内回流泵，主要借助鼓风曝气本身的气提浮力作用和伞形搅拌器底层强力吹扫作用实现硝化液上层水面自动回流，不需要额外的回流能耗。仅在冬季低温和高浓度混合液情况下间歇性地使用上层辅助推流器。

本发明使用的水平安装的面式气提微动力回流器，全面优于常规工艺使用的污泥回流泵，理由有4点：①面式气提微动力回流器吸泥管水平间隔满铺安装于澄清回流区中部上方位置，无盲区无死角，回流均衡，回流路线短，回流污泥浓度高，回流量可通过供气量直观调控；②气提回流能耗低，属于微动力回流，据有关实验数据显示，气提回流能耗比电动回流泵节能65%（注：在气提淹没深度2.4m，气提提升高度0.6m时，要达到0.38m³/min的气提流量，离心泵需要1.60kW，气提装置折算的鼓风机耗功仅0.56kW）；③气提回流属于温和回流，无叶轮高速运动，活性污泥絮体结构不会被击碎，污泥经多次回流循环后，絮体颗粒反复碰撞而强度又不至于颗粒破裂，最终形成密实的好氧颗粒污泥，高浓度的颗粒活性污泥在生化反应区内实现同步硝化反硝化，大幅度提高了脱氮效率；④面式气提微动力回流器在池内无电机或机械活动部件，不易损坏，稳定可靠。

二是本发明工艺中的两级沉淀功效独特。

本发明使用V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，其巧妙利用了两级沉淀原理：第一级澄清的泥水分离不耗能，不加药，澄清效率高达97%以上，气提回流到曝气区的活性污泥不受药剂的抑制作用影响：第二级的沉淀只对悬浮物（SS）浓度在100mg／L以下的澄清液进行加药，因而药剂投加量小，药耗成本低，所产生的化学污泥量小，不增加后续污泥处理难度。经过两级沉淀处理后，出水水质更有保障，即使污水中含有特别难处理的化工医药、印染纺织等部分工业废水，也只需要通过调整药剂投加量和药剂品种，就可确保高效除磷和其它残余污染物高效协同去除，保障最终水质稳定达标。

澄清回流区的泥水分离不耗能，无需加药，效率高。本发明所用到的V型气提一体化池V形澄清区，完全不同于现有技术2中圆锥形的水力循环澄清池，本工艺中无需中间二次提升水泵提供水力喷射，仅用V型气提一体化池独创的V形隔墙结构并借助重力作用即可实现泥水分离，其原理是泥水混合液在自下而上的行进过程中，变截面水体上升流速逐渐减缓，在某个高度位置水流上升速度和颗粒污泥下沉速度达到平衡，该高度位置将自动形成活性污泥悬浮层，利用活性泥渣层的过滤和网捕拦截作用，即可达到很好的泥水分离效果。因此，澄清前混合液（MLSS）浓度在3000～9000mg／L或以上，而澄清后澄清液悬浮物（SS）浓度则下降至100mg／L以下甚至20mg／L，澄清效率在97%以上。

本工艺中通过2种途径使得需要的加药量小，一是与前述各专利或专利申请以及目前AO硅藻精土工艺、双面导流水力循环澄清工艺等相比，本工艺增加了A段和O段生物除磷功能，使得达到相同的除磷率只需要使用较少的化学处理药剂，二是只需对悬浮物（SS）浓度在100mg／L以下的澄清液进行加药，而不是对一般二级生化工艺的生化池或二沉池入口3000～4500mg／L左右的混合液进行加药，因而本工艺药剂投加量明显减少，药耗成本降低，而一般活性污泥法工艺的加药量大，继而导致化学污泥量大。本工艺加药量小因而具有一系列优点：①污水处理的成本构成以电耗和药耗为主，药剂使用量小，就降低了药耗成本；②因气提回流的活性污泥根本就没有加药，就不存在药剂对生化池活性污泥的抑制影响问题，而常规工艺加药后的含药污泥通过回流泵回流到生化池，生化池累积后对活性污泥活性有抑制影响；③所产生的化学污泥量小，因而不增加后续污泥处理难度，原因是化学污泥含水率高，较难处理；本工艺药剂污泥即使全部回流到生化处理系统，也会因总量小加上最后随剩余污泥排放而基本不影响生物活性；④本工艺可将复合硅藻土改性水处理药剂化学絮凝沉淀污泥全部回用到生化反应系统，将药剂污泥中吸收的残余污染物经生化反应去除，而其中的化学除磷沉淀物与生物除磷富磷菌体污泥一起，最后通过澄清回流区底层以剩余污泥形式排出系统，因而污泥的含水率得以显著降低，解除了单独的化学污泥浓缩脱水之忧。

本工艺无需像常规工艺那样专门设置单独的、需要额外占地的复杂混凝工段。本工艺的V型气提一体化池，是在斜管／板沉淀区下层设置了L型水力混合起旋器，利用药剂喷淋装置和水力跌落混合药剂，在水力作用下使得悬浮污泥层缓慢旋转并螺旋上升，继而发生充分的接触絮凝反应而沉淀，剩下的细小颗粒污染物将在中间层的斜管／板中进一步沉淀去除，从而实现了总磷（TP）和其它各项水质指标如悬浮物（SS）、五日生化需氧量（BOD₅）、化学需氧量（COD）等稳定达标。L型水力混合起旋器简单、实用、效果好，利用接触絮凝原理降低了药耗，减少了化学泥量。同时，两级沉淀区内L型水力混合起旋器及全部排泥装置，在水下均无机械活动部件，无电机传动，池内无常规工艺的排泥泵或刮泥机等装置，不仅高效节能，而且无维修量，使用成本低，操作管理简化，而且工程投资低。

三是本发明工艺的集约化程度高。

本工艺的污水处理流程极为简化，污水系统仅有4个水处理构筑物：第1个是位于地下的粗格栅进水泵房，第2个是位于地上的细格栅沉砂池，第3个是主体的V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，第4个是最后的接触消毒池。而目前国内大中型活性污泥法脱氮除磷工艺系统，除复杂的间歇反应SBR、CASS工艺等外，一般至少有5～6个水处理构筑物以上，因而全系统显著节约了用地，节省了工程造价，方便了运行管理。其主要原因是本发明所用主体池的V形结构，被巧妙地融入到了生化处理池结构之中，并巧妙地应用了水平面式活性污泥气提回流装置。

本发明大中型污水处理V型气提脱氮除磷工艺，具有三点最明显的有益效果：

第一是脱氮效率高：在气提作用下污水和活性污泥在缺氧／好氧环境下反复循环处理、活性污泥又在V形区／生化反应区多次气提回流循环，最终形成粒径大、密度高的好氧颗粒污泥，污水在宏观缺氧和微观缺氧两种缺氧状态下，利用颗粒污泥中硝化菌和反硝化菌，利用前置的缺氧区污水自身碳源，实现高效率的好氧硝化反应和高速率缺氧反硝化脱氮反应，脱氮流程短，动力消耗少，氨氮（NH₃-N）和总氮（TN）的去除效果好，特别是出水总氮（TN）比其他工艺更易于达标；与现有技术2相比，本工艺所用主体污水处理池，是在双面导流池等池型的曝气区之前“拉伸”开辟出两个空间，作为前置缺氧区和厌氧区，在两种方式气提回流的作用，实现充分的生物脱氮和各种污染物降解，获得了更高效率的强化脱氮效果。

第二是除磷彻底：与现有技术2等相比，本工艺使用同期申请的V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，新增了生物除磷功能，并在生物除磷的基础上辅以同一池中后段化学除磷的功能，因而除磷彻底，出水总磷浓度甚至可以低至0.2mg／L，而国家标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准为1.0mg／L，一级A为0.5mg／L。主要是因为聚磷菌（PAB）微生物在V型气提一体化池中首端，在厌氧环境下充分释放细胞内的磷，然后在曝气区供氧作用下过量地摄取超过其生理需要的磷，形成的富磷生物污泥以剩余污泥形式排出系统实现除磷。当污水中磷浓度较高超过生物除磷限度时，即以化学沉淀法进行化学除磷后处理，经过对本工艺中澄清液进行加药，通过L型水力混合起旋器产生的缓慢旋流进行接触絮凝和斜管／板沉淀，总磷（TP）和其它残余污染物如BOD₅、COD、SS等指标都将全部稳定达标，也就是说，本工艺所使用的两级沉淀法是本发明总磷（TP）和其它残余污染物彻底去除的辅助手段和最后的保障手段。

第三是工程技术经济效益显著：本发明大中型污水处理V型气提脱氮除磷工艺，明显提高了每日万吨级规模以上污水脱氮除磷的技术经济效益，不再需要“麻雀虽小五脏俱全”地建设众多水池构筑物，不仅明显节省了投资和运行成本，而且方便了运行管理。

上述各项优势充分表明，本发明大中型污水处理V型气提脱氮除磷工艺，明显缩短了活性污泥法脱氮除磷的工艺流程，与行业内常规A／A／O工艺或改良型卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟等工艺相比，与我国现有的各种污水专利技术等相比，不仅脱氮除磷效率更高，水质稳定达标更有保障，而且更加简便紧凑，设备设施更少，较彻底地做到了占地小投资省，药耗少排泥少，能耗低成本低，操作管理简单，适合在我国城市和城镇污水处理中及新型城镇化建设中广泛应用。

附图说明

图1为本发明大中型污水处理V型气提脱氮除磷工艺的流程框图。

图2为本发明大中型污水处理V型气提脱氮除磷工艺的主体构筑物平面示意图。

图3为本发明大中型污水处理V型气提脱氮除磷工艺主体构筑物的整体结构示意图。

图4为本发明V型污水处理池隔墙上部水面处的回流孔分布示意图。

图5为本发明所用仰斜孔洞式气水分离器的立体结构示意图。

图6为本发明所用仰斜孔洞式气水分离器的总体装配示意图。

图7为本发明所用仰斜孔洞式气水分离器的正视剖面结构示意图。

图8为本发明所用仰斜孔洞式气水分离器的俯视图。

图9为本发明所用面式气提微动力回流器的剖面图。

图10为本发明所用面式气提微动力回流器的立体管路示意图。

图11为本发明所用面式气提微动力回流器的俯视图。

图12为本发明所用L型水力混合起旋器的剖面结构示意图。

图13为本发明所用L型水力混合起旋器的右视图。

图14为本发明所用L型水力混合起旋器的俯视图。

其中：1—V型气提回流两级沉淀一体化池体（以下简称V型一体化池），2—厌氧区，3—缺氧区，4—搅拌器，5—曝气区，6—回流孔，7—仰斜孔洞式气水分离器，8—面式气提微动力回流器，9—L型水力混合起旋器，10—曝气装置，11—辅助推流器，12—V形澄清回流区，13—1级集水槽，14—剩余污泥管，15—剩余污泥泵，16—药剂喷淋装置，17—斜管／板沉淀区，18—悬浮泥渣层，19—斜管／板沉淀组件，20—回流污泥管，21—2级集水槽，22—遮光板，23—清水渠，24—进水管，25—粗格栅，26—集水池，27—污水提升泵，28—细格栅，29—沉砂池，30—水解酸化池，31—消毒剂装置，32—接触消毒池，33—出水管，34—斜板浓缩储泥池，35—隔膜压榨机，36—废水管，37—泥饼外运车辆；

71—上升导流斜板、72—侧面板、73—排气孔、74—斜向导流沉泥板、75—梯形台、76—隔离斜板、77—加强肋板、78—固定件、79—隔墙仰斜孔洞；

81—进气管，82—端头封闭吸泥管，83—四周密闭箱体，84—空气喷头，85—回流立管，86—回流斜管，87—回流穿墙管，88—池外压缩空气控制装置，89—进泥小孔；

91—混合起旋器进水口、92—分水箱、93—箱内双层穿孔板、94—附壁斜管、95—螺旋固定叶片、96—L形弯管、97—异径喷嘴、98—支撑件。

具体实施方式

实施例一

下面对照附图，同时结合国家重点流域某污水处理项目采用本发明大中型污水处理V型气提脱氮除磷工艺作为实施例，对本发明做进一步说明。

如图1和图3所示，本发明大中型污水处理V型气提脱氮除磷工艺流程简捷顺畅，在同一池内实现脱氮除磷，达到该流域要求的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，且能够稳定运行，系统无刮泥机，不设内回流泵，也不设外回流泵，重力外回流污泥的浓度高，外回流比在20%左右，外回流污泥体积小，直接借用进水污水泵提升回到系统，简化了运行管理。

下面结合图3的主体构筑物的整体结构示意图，对本污水处理脱氮除磷的工艺和流程说明如下：

1、污水从进水管24进入本污水处理系统，首先经过粗格栅25拦渣，去除较大尺寸杂质后，进入水泵前池26内，原污水与V型一体化池1经回流污泥管20回流而来的污泥一起，经污水提升泵27提升进入细格栅28除渣和沉砂池29去除可沉颗粒砂粒后，在一般情况下进入V型一体化池1中；当污水中含有较多难降解工业废水成分时，则需要进入水解酸化池30处理后再进入V型一体化池1。

2、在V型一体化池内的首端厌氧区2，污水与污泥充分混合，在厌氧菌作用下实现初步污染物吸附降解，同时聚磷菌在厌氧环境下充分释放磷而为后续好氧环境下充分吸收磷打好基础，以利于后续好氧生化处理顺利实现生物除磷功能。之后，污水进入缺氧区3和曝气区5进行生化处理。在缺氧区3内，反硝化菌在缺氧环境下利用污水中碳源完成快速高效脱氮反应，硝化液则来自后续的曝气区5。然后，污水在总体推流作用下进入到曝气区5进行好氧生化反应，在活性污泥微生物作用下完成有机污染物降解、氨化硝化和生物除磷。硝化反应产物硝化液在底层曝气器10气泡上升流的气提作用下，又从上层自动回流到缺氧区3进行反硝化脱氮反应，最终生成氮气（N₂）溢出到大气，如此反复循环，实现了污水的充分脱氮、污染物降解和生物除磷的目的。在缺氧区3和曝气区5生化处理完毕后的泥水气三相混合物，经仰斜孔洞式气水分离器气泡分离后，泥水混合液进入V形澄清回流区12。污水在厌氧缺氧好氧生化反应区中的反应停留时间6～10h。

3、V形澄清回流区12上层澄清液溢出到斜管／板沉淀区17；中层澄清活性污泥由水平安装的面式气提微动力回流器8从上方回流至曝气区5和缺氧区3再利用，又是如此反复循环获得高浓度颗粒活性污泥；底层活性较差污泥则通过剩余污泥管14排出，该污泥一部分重力回流到进水提升泵房，另一部分经剩余污泥泵15提升到污泥斜板浓缩储泥池34，实现生物除磷富磷污泥从系统中排除的目的。澄清停留时间1.3～2.5h。

4、污泥斜板浓缩储泥池34的浓缩污泥，经隔膜压榨机35深度脱水处理后泥饼外运处置。污泥斜板浓缩时间2～4h。

5、经过自然澄清处理的澄清液，通过复合药剂喷淋装置16喷淋加药和跌水水力混合，在复合硅藻土改性水处理药剂作用下进行化学除磷和协同混凝沉淀处理。澄清液经L型水力混合起旋器9的水力作用，实现斜管／板下部的悬浮泥渣层18缓慢旋转继而发生充分的接触絮凝反应而沉淀，残余的细小颗粒污染物将在位于中层的斜管／板沉淀组件19中进一步沉淀去除，沉淀污泥全部重力回流到进水提升泵房，回到生化处理系统以改善化学污泥的脱水特性。沉淀时间3～4.5h。

6、沉淀后的清水汇集到清水渠23集中后，经消毒剂装置31投加消毒剂，在接触消毒池32中与消毒剂持续接触半小时灭菌后，最后经出水管33排出。

本实施例中，污水处理量为1.2万m³／d，除2座各6000m³／d的主体V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池外，还建有1座地下式进水提升泵房，1座细格栅沉砂池，1座接触消毒池，1座地面式综合设备间（配电、罗茨鼓风机、隔膜压榨机、加药机等）和1座小型综合楼（值班办公、中控室、化验室、资料室、库房等）。单座一体化池占地面积661m²，图2即为单座6000m³／d的V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池的平面示意图，2座V型一体化池并联共墙而建，便于不停产检修。

本实施例采用本发明工艺的主要工艺技术参数如下：

①生化反应区，总水力停留时间HRT=6.7h；有效水深H_水=5.3m；

混合液MLSS浓度：X=6.0g／L，硝化液内回流率100%～300%；

污泥负荷：Ls=0.084kgBOD₅／kgMLSS·d，污泥龄20d；

气水比（含气提回流用气）：4:1；

3台变频调速罗茨鼓风机，2用1备；

单台最大供气量16.67m³／min，轴功率24.4kW；

厌氧区内各设1台共2台立式伞形搅拌器，N=1.1kW，Φ=1500；

缺氧区内各设1台共2台立式伞形搅拌器，N=3kW，Φ=2500；

并配双速电机（低速1.5kW，全速3kW）以节能；

②澄清回流区，澄清停留时间2.0h，有效水深4.0m；

活性污泥气提内回流率33%～100%，澄清活性污泥浓度24～12g／L；

澄清区底部剩余污泥含水率：96%～98%；

③斜管沉淀区，斜管表面负荷1.44m³／m²·h；

沉淀时间3.15h，有效水深4.20m，出水堰流率<1.2L／s·m；

污水专用斜管填料Φ=80mm，L=1m，H=877mm，倾角60°，单格173.6m²；

复合硅藻土改性水处理药剂投加量：35mg／L；

斜管沉淀区不设刮吸泥机，斗槽重力排泥；

实施例一的污水处理厂设计进、出水水质表

项目

COD

BOD5

SS

TN

NH3-N

TP

进水水质(mg/L)

300

140

200

40

35

4

出水水质(mg/L)

≤50

≤10

≤10

≤15

≤5(8)

≤0.5

处理效率(%)

≥83.3

≥92.9

≥95.0

≥62.5

≥85.7(77.1)

≥87.5

以下是本发明工艺与常规A／A／O脱氮除磷工艺的技术经济对比，其各项技术参数和主要设备见对比表1（污水处理量均为1.2万吨／日，下同）；综合经济比较，见表2。

表1

表2

实施例污水处理厂定员8人，处理每m³污水的电耗（含污水进厂提升）和药耗直接成本合计为0.27元，其建设投资、占地、运行成本等与其他活性污泥法脱氮除磷工艺相比，均可节约25%～30%左右，因而，本发明的技术经济效益是非常显著的。该项目采用本发明的大中型污水处理V型气提脱氮除磷工艺取得了良好的污水处理效果和技术经济效果。

我国未来若干年的新型城镇化建设中，全国657座设市城市和部分县城，若采用本发明平均每座污水处理厂节省建设投资按400万元计，即可为国家节约40亿元以上的建设资金，还不包括每年节约的运行成本，因此，本发明的宏观和微观经济效益都是非常显著的。

实施例二

某城市新区规划建设一座工业和生活污水合用的新城污水处理厂，经水质取样分析认为基本适合采用生化处理为主并辅以物化处理的污水处理工艺，出水水质要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准，选用本发明的V型气提脱氮除磷工艺取得了良好效果。该新区规划污水处理总量为7.8万m³／d，分三期建设，一期先建2.6万m³／d规模，即2座1.30万m³／d的主体V型气提一体化池外，还配套建有1座地下式粗格栅及提升泵房，1座水质事故应急池，1座细格栅沉砂池，1座水解酸化池，1座接触消毒池及其他附属设施。该主体的一体化池单座占地面积1376m²，由2格各6500m³／d的一体化池并联共墙而建。在保证出水水质的情况下，为了精简流程，本实施例减去了本发明所采用池型最前端的厌氧区。

该V型气提一体化污水处理池的主要技术参数如下：

①生化反应区：

缺氧区HRT=3h，好氧区HRT=4h；有效水深H_水=6.0m；

混合液MLSS浓度：X=6.0g／L，硝化液内回流率100%～300%；

污泥负荷：Ls=0.063kgBOD₅／kgMLSS·d，污泥龄20d；

缺氧区内各设1台共4台立式伞形搅拌器，N=4kW，单位容积（m³）配备2.5～5瓦功率，并配双速电机（低速2.2kW，全速4kW）以节能；

气水比（含气提回流用气）：4:1；

鼓风机共3台，2用1备，均采用变频调速控制供气量；

单台鼓风机风量为36.2m³／min，N=75kW，压差0.72bar；

②澄清回流区，澄清停留时间100min，有效水深4.0m；

活性污泥气提内回流率33%～100%，澄清活性污泥浓度24～12g／L；

澄清区底部剩余污泥含水率：96%～98%；

③斜管沉淀区，斜管表面负荷1.5m³／m²·h；

沉淀时间2.7h，有效水深4.00m，出水堰流率<1.2L／s·m；

污水专用斜管填料Φ=80mm，L=1m，H=877mm，倾角60°；

复合硅藻土改性水处理药剂投加量：30mg／L；

斜管沉淀区不设刮吸泥机，斗槽重力排泥；

一期（2.6万m³／d）剩余污泥干重：3.92t／d；

实施例二的污水处理池进、出水水质表

项目

COD

BOD5

SS

TN

NH3-N

TP

进水水质(mg/L)

350

110

250

42

33

3.5

出水水质(mg/L)

≤60

≤20

≤20

≤20

≤8(15)

≤1.0

处理效率(％)

≥82.9

≥81.8

≥92.0

≥52.4

≥75.8(54.5)

≥71.4

该新城污水处理厂定员30人，核心工艺V型气提一体化池处理每m³污水的电耗和药耗直接成本合计为0.20元（不含污水进厂提升和水解酸化电耗），该V型气提一体化池的工程单位直接投资为905元／吨日规模，与其他活性污泥法脱氮除磷工艺技术相比，从可比内容来看即从生化池开始到消毒工序之前的工艺内容来看，本发明可节省该部分工程内容的直接工程投资大约25%～30%，而电耗和药耗等直接运行成本则可节约20%以上，因而，本发明的技术经济效益和环境效益非常显著。

从上述实施例可以看出，本发明V型气提脱氮除磷工艺，特别适合我国中小城市1万～10万吨／日规模的污水处理厂采用，与其他大中型活性污泥法脱氮除磷工艺相比，不仅脱氮除磷效率更高，水质和水量适应性更广，出水稳定达标，而且更加紧凑省地，电耗药耗更低，工程投资更省，运行成本更低，污泥排放更少，更易于操作管理。

另外，从以上两个实施例可以看出，本发明大中型污水处理V型气提脱氮除磷工艺，不仅可以处理生活污水，而且可以处理工业园区可生化的混合污水，不仅可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准，而且易于直接达到一级A标准而现有短流程无需延长，只需在设计或运行时调整参数，首先确保生物反应池TN指标达到一级A要求，无需另外增设深度处理构筑物；然后在总磷（TP）和悬浮物（SS）指标上选取恰当参数和调整药剂投加量，即可便捷地达到一级A标准。因此，本发明与常规的活性污泥法脱氮除磷工艺和深度处理工艺相比，获得了意想不到的有益效果。

Claims (1)

1.大中型污水处理V型气提脱氮除磷工艺，其特征在于：包含如下步骤：

⑴污水经过粗格栅拦渣→集水池→污水泵提升→细格栅→沉砂池→配水堰的常规预处理工序后，分为两种情况进行后续处理：一是常规城镇污水水质情况下直接进入V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池处理；二是非常规的可生化性较差污水，可先进行水解酸化处理后，再进入V型气提一体化池处理；

⑵在V型气提一体化池内，污水依次进入厌氧区→缺氧区→曝气区进行生化处理；曝气区好氧处理产物硝化液通过曝气气提作用，配合缺氧区伞形搅拌器和曝气区辅助推流器从上层水面自动回流到缺氧区进行反硝化脱氮处理，如此反复循环，生物脱氮和生物除磷完毕后进入V形澄清回流区做下一步处理；

⑶V形澄清回流区上层澄清液经第一级集水槽进入到斜管/板沉淀区，进行化学除磷和混凝沉淀协同处理；中层澄清活性污泥经面式气提微动力回流器从上方回流到曝气区再利用；底层污泥一部分重力回流到进水提升泵房，另一部分经剩余污泥泵提升到污泥斜板浓缩储泥池；

⑷污泥斜板浓缩储泥池的浓缩污泥，经隔膜压榨机深度脱水处理后泥饼外运处置；

⑸对澄清液投加复合硅藻土改性水处理药剂，经过L型混合起旋器的水力混合与起旋作用，形成悬浮污泥层并发生接触絮凝反应而沉淀，沉淀污泥全部重力回流到进水提升泵房，清水经第二级集水槽汇集至接触消毒池；

⑹清水在接触消毒池中在消毒剂作用下持续接触消毒后，经出水管排出；

步骤⑶中所述面式气提微动力回流器，包括进气管、端头封闭的吸泥管、四周密闭箱体、空气喷头、立管弯头、回流斜管、回流穿墙管和池外压缩空气控制装置；所述端头封闭的吸泥管呈纵横联通设置，各端头封闭的吸泥管位于同一水平面，各端头封闭的吸泥管上均匀分布多个进泥小孔；在端头封闭的吸泥管的整体中部位置设有四周密闭箱体，四周密闭箱体内设单个或多个与进气管相连通的空气喷头，四周密闭箱体顶部和立管弯头的一端相连；所述立管弯头的另一端依次连有回流斜管和回流穿墙管，所述回流穿墙管的出口管底略低于水面或与水面持平；所述池外压缩空气控制装置和进气管相连通；

步骤⑸中所述L型水力混合起旋器，包括进水口立管、分水箱和附壁斜管，所述进水口立管经分水箱分流后分别依次与两边的水平管段和附壁斜管相连，附壁斜管又和带有异径喷嘴的L形弯管相连通，所述两个L形弯管呈非对称布置；所述分水箱内设双层穿孔板，双层穿孔板的孔口错开设置；所述附壁斜管内设1～3级螺旋固定叶片，每级由1～3片相互搭接且空间垂直的固定叶片组成，使水流发生螺旋前进；相邻级螺旋固定叶片之间保持一定距离；所述两L形弯管末端的异径喷嘴位于同一个水平面上并相隔一定距离，两异径喷嘴的喷出方向呈90°垂直。