CN104710006B

CN104710006B - 改良型a2/o生物膜同步脱碳除氮磷反应器及其操作方法

Info

Publication number: CN104710006B
Application number: CN201510112370.9A
Authority: CN
Inventors: 郭永福
Original assignee: Suzhou University of Science and Technology
Current assignee: SUZHOU KEJIAN ENVIRONMENTAL PROTECTION TECHNOLOGY Co.,Ltd.
Priority date: 2015-03-16
Filing date: 2015-03-16
Publication date: 2016-08-24
Anticipated expiration: 2035-03-16
Also published as: CN104710006A

Abstract

本发明公开了改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器及其操作方法，该反应器包括依次连通的缺氧区、厌氧区、好氧区及沉淀区，原水分为两路原水I和原水II分别进入所述缺氧区和所述厌氧区，所述沉淀区上部出水部分回流至所述缺氧区，所述沉淀区底部污泥回流至所述厌氧区底部；所述缺氧区填充有挂膜填料和球形悬浮填料；所述厌氧区填充有挂膜填料；所述好氧区填充有挂膜填料和球形悬浮填料；所述沉淀区上部清水经反应器最终出水管排出，所述沉淀区底部污泥经污泥排放管排出。本发明提供的反应器及其操作方法，能够有效改善传统A²/O工艺中污泥龄矛盾、不同菌种对底物碳源的竞争、菌种混杂及菌种活性受抑制等问题，同时能够同步高效去除污水中的有机物和氮磷。

Description

改良型A2/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器及其操作方法

技术领域

本发明涉及环保设备技术领域，特别涉及改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器及其操作方法。

背景技术

随着我国对脱氮除磷要求的日益严格以及污水低碳源特点的普遍化，对大多数污水处理厂来说，都面临处理出水中氮、磷不达标而不得不升级改造的问题。尽管目前的污水脱氮除磷工艺技术很多，但发挥主要作用的仍然是常规A²/O工艺(包括传统A²/O工艺及倒置A²/O工艺)，世界上通过常规A²/O工艺来完成脱氮除磷的污水占80％以上。在我国的生物脱氮除磷工艺中，常规A²/O占有60％以上的市场，是城市污水处理中的主流工艺。

然而，从目前我国污水处理的应用现状来看，同步脱氮除磷工艺对氨氮(NH₄ ⁺-N)及总磷(TP)的去除效果在某些污水处理中或者偏低，或者不稳定。部分污水工艺仍然要通过后续的深度处理来实现废水的达标排放。

造成氮磷去除率偏低的主要原因有：

(1)污泥龄(SRT)矛盾：污泥龄反映了活性污泥系统中微生物的生长状态、生长条件与世代周期等基本特征。由于常规A²/O工艺将缺氧、厌氧和好氧三种不同环境条件下生长的微生物，如聚磷菌、普通异养反硝化菌、普通异养菌和自养硝化菌等混合在同一系统中生长，而各个类型微生物的生长周期不同，由此不可避免存在污泥龄的矛盾，即：当延长SRT时，硝化过程显著，脱氮效果好；但是SRT过长，排出的剩余污泥量偏少，除磷效率较低；降低SRT，则除磷效果变好；但是SRT过短，大量硝化菌会被排出系统，从而影响硝化反应进程，氨氮去除率较低。

(2)碳源竞争的矛盾严重影响脱氮除磷效率：在常规A²/O工艺中，废水首先进入厌氧区，然后再依次进入缺氧区和好氧区。其中缺氧区的反硝化过程是氮的主要去除途径，该反应顺利进行的前提就是在缺氧区有充足的碳源提供电子供体，而碳源则主要来自进水废水中的有机物。另一方面，磷的去除要求进水中的大量碳源在厌氧段转化为聚磷菌(PAO)生物细胞内的聚合物聚-β-羟基烷酸(酯)(polyhydroxyalkanoate，PHA)，同时释放体内的磷，然后聚磷菌利用PHA在后续好氧区被氧化时产生的能量用于过量吸磷，实现对磷的去除。在A²/O系统中，聚磷菌的释磷过程几乎消耗掉进水中绝大部分易为生物降解的有机物碳源，而到缺氧段，仅剩余很少的慢速或难生物降解的有机物用于反硝化反应，导致反硝化潜力不能充分发挥，脱氮效果差。另一方面，当好氧段回流的混合液进入厌氧区时，混合液中的反硝化菌会优先于聚磷菌利用进水中的有机物进行脱氮，使聚磷菌释磷程度降低，胞内储存的PHA的数量下降，随后的好氧吸磷也不会充分，导致除磷效果较差。当进水中的碳源缺乏，即进水的C/N比较低时，该矛盾会异常突出。

(3)反应器功能不够明确。大部分同步脱氮除磷工艺，无论是常规A²/O工艺还是一体化的续批式反应器SBR或氧化沟工艺等，其硝化液回流多与污泥回流合二为一，如此则导致所有的菌种，包括硝化菌、反硝化菌与聚磷菌等成为一个庞杂的混合体。如对厌氧池而言，大量硝化菌和反硝化菌的进入使得聚磷菌释放磷的优势变得不明显，而在缺氧池内，反硝化菌面临与聚磷菌等对碳源的竞争，而好氧菌的加入更使得反硝化菌的优势不够明显。如此则导致每个单体构筑物的功能不够明确，最终影响了对污水中氮磷的去除效率。

(4)硝化、反硝化和除磷过程均始终要经历抑制-复苏-抑制-复苏的重复过程。如硝化菌，当其处于厌氧区时，其活性会受到一定的抑制，而当它再次进入硝化区时又需要一段恢复活性的过程；对反硝化菌和聚磷菌等也同样如此。这样的结果就是：整个硝化、反硝化和除磷过程都要重复经历抑制阶段，从而导致各反应区内的主体反应速度变缓。

(5)由于常规的A²/O工艺中，其硝化液的回流是从好氧区出水直接回流到缺氧区的。在反硝化脱氮的缺氧区，要求环境中的溶解氧(DO)浓度在0.5mg/L以下。当回流污泥或回流硝化液中的溶解氧(DO)浓度较高时，会严重抑制反硝化过程的发生。

(6)大部分同步脱氮除磷工艺中的活性污泥量偏低，常规的污泥量MLSS在2000～4000mg/L。随着污水中氮磷含量的日益增多，这些污泥量远远不足以实现氮磷及有机物的高效去除。

近年来，国内外也有一些生物同步脱氮除磷工艺专利的申请，如中国专利201210123279.3“AALOO多点进水同步脱氮除磷工艺及运行方法和所用生物反应池”，一种AALOO多点进水同步脱氮除磷工艺，经预处理后的污水全部进入厌氧池，然后依次流经缺氧池、低氧池、短时好氧池、沉淀池后流出。

如专利200810049350.1“反硝化脱氮除磷城市污水处理方法及装置”，该发明公开了一种反硝化脱氨除磷城市污水处理方法及装置，包括依次连通的厌氧池、硝化池、反硝化池、曝气池，在厌氧池中，经初沉的污水在搅拌作用下经固液分离装置，污水的上清液进入硝化池，污泥经排泥管进入反硝化池。

专利201210018884.4“生物脱氮除磷用污水深处理装置”，提供了污水处理装置由缺氧污泥池、厌氧池、好氧池、缺氧池、第二好氧池及沉淀池构成，污水依次经过上述构筑物后，实现对氮磷的去除。

然而，上述已有专利仍然存在一些缺陷，诸如：

(1)污泥龄矛盾问题依然没有解决，长泥龄的硝化菌与短泥龄的聚磷菌难以互相兼顾，污泥龄的矛盾使得氮磷二者的去除只能兼顾其一，无法做到氮磷的同时高效去除。

(2)工艺流程过长，造价偏高，占地面积较大。对某些注重经济或占地面积的企业来说，这些工艺流程难以满足其要求，进而只能选择其他的处理工艺。

(3)所有的菌种仍然是一个庞杂的混合体。如在厌氧池内，不但有聚磷菌，还有大量的硝化菌和反硝化菌。这些菌种对底物碳源的需求不同，不但容易导致工艺整体的脱氮率下降，废水中的有机物的去除率也难以令人满意。

(4)如此庞杂的混合菌种体系，仍然需要经历一连串的抑制-复苏-抑制-复苏等连续过程，脱氮和除磷甚至脱除有机物COD_cr的过程仍然会受到一定的影响。

发明内容

本发明目的是提供改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器，克服现有常规A²/O工艺存在的缺陷，解决污泥龄矛盾问题、硝化菌和反硝化菌等菌种对底物碳源的竞争问题、菌种混杂导致各反应区功能不能充分发挥的问题、混杂的菌种不断循环于各个反应区导致菌种活性受抑制的问题。

本发明的另一目的在于提供改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器的操作方法。

基于上述问题，本发明提供的技术方案是：

改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器，包括依次连通的缺氧区、厌氧区、好氧区及沉淀区，原水分为两路原水I和原水II分别进入所述缺氧区和所述厌氧区，所述沉淀区上部出水部分经硝化液回流管回流至所述缺氧区，所述沉淀区底部污泥经污泥回流管回流至所述厌氧区底部；所述缺氧区填充有挂膜填料和球形悬浮填料；所述厌氧区填充有挂膜填料；所述好氧区填充有挂膜填料和球形悬浮填料；所述沉淀区上部清水经反应器最终出水管排出，所述沉淀区底部污泥经污泥排放管排出。

优选的技术方案中，所述缺氧区、厌氧区和好氧区的体积比为1～1.5∶1～2.5∶2～4。

优选的技术方案中，所述缺氧区由第一隔板分为第一缺氧区和第二缺氧区两部分，所述第一缺氧区和所述第二缺氧区的底部相通，所述第一缺氧区和所述第二缺氧区内填充挂膜填料，所述第一缺氧区和/或所述第二缺氧区的下部填充球形悬浮填料；所述好氧区通过第二隔板分为第一好氧区和第二好氧区两部分，所述第一好氧区和所述第二好氧区底部连通，所述第一好氧区和所述第二好氧区填充挂膜填料，所述第一好氧区和/或所述第二好氧区的下部填充球形悬浮填料。

优选的技术方案中，填充所述挂膜填料一种填料时，所述挂膜填料占池体容积的50％～80％；填充所述挂膜填料和所述球形悬浮填料两种填料时，所述挂膜填料占池体容积的30％～50％，所述球形悬浮填料占池体容积的20％～50％。

优选的技术方案中，所述挂膜填料采用易为微生物负载的组合填料、软性填料、半软性填料或立体弹性填料，距离池体表面距离为50～100cm，填料间距80～200mm，填料直径100～300mm；所述球形悬浮填料为采用聚乙烯或聚丙烯制作而成的网状球体结构，火山岩的填充量为30％～80％，颗粒粒径为0.5～20cm，孔隙率为90～99％；所述挂膜填料和所述球形悬浮填料距池底设有不小于20cm间距。

优选的技术方案中，所述原水I的水量占总水量的百分比为30％～100％，所述原水II的水量占总水量的百分比为0％～70％。

优选的技术方案中，硝化液回流比为100％～400％，污泥回流比为50％～100％。

本发明还提供改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器的操作方法，将废水原水分两路原水I和原水II分别引入缺氧区和厌氧区，原水I中的有机碳源经缺氧区内填料上的微生物降解，水中悬浮物被缺氧区的球形悬浮填料截留，同时填料上的反硝化菌利用水中微量的氧对回流硝化液中的硝态氮进行反硝化脱氮；缺氧区出水进入厌氧区，聚磷菌在厌氧状态下将大量磷释放到水中，同时厌氧区填料上的微生物对原水II中的有机碳源进行分解；厌氧区出水进入好氧区，填料上的硝化菌在有氧条件下对水中的有机碳源进行降解，同时将氨态氮硝化为硝态氮，同时水中悬浮的大量的聚磷菌对水中的磷酸盐进行过量摄取；最后好氧区出水进入沉淀区，比重较大的污泥沉积到沉淀区的底部，其中一部分作为回流污泥回流至厌氧区，另一部分则作为含磷剩余污泥经污泥排放管排出，沉淀区上部部分出水经硝化液回流管回流至缺氧区，其他出水经反应器最终出水管排出。

优选的技术方案中，污泥回流比为50％～100％，硝化液回流比为100％～400％。

优选的技术方案中，对废水中含磷量在5mg/L以下的生活或工业废污水，好氧区中的溶解氧含量为1.5～2.5mg/L；缺氧区内的溶解氧含量为0.2～0.5mg/L，回流硝化液中的溶解氧含量不高于1.0mg/L；每隔1～2天从沉淀区底部排放含磷的剩余污泥，每次排放剩余污泥的时间为0.25～1h。

优选的技术方案中，对于生化性较好的污水，缺氧区的水力停留时间为2～6h，厌氧区的水力停留时间为4～10h，好氧区的水力停留时间为8～12h，沉淀区的水力停留时间为1.5～2.0h；对于生化性较差的污水，缺氧区的水力停留时间为4～12h，厌氧区的水力停留时间为8～16h，好氧区的水力停留时间为12～24h，沉淀区的水力停留时间为1.5～2.5h。

本专利提供的改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器及其操作方法，适用于生活污水、工业废水或生活污水与工业废水的混和污水的处理。通过对常规A²/O工艺的改进，能够有效改善A²/O工艺诸如污泥龄矛盾问题、不同菌种对底物碳源的竞争问题、菌种混杂问题以及菌种活性受抑制等问题。并通过对反应器整体的调控与优化，能对污水中的有机物碳源及氮磷等实现同步高效去除。与现有技术相比，本发明的优点是：

1、不但可有效去除废水中的有机物，还能同步高效脱氮除磷。与常规A²/O脱氮除磷反应器相比，本专利提供的改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器不但能实现对污水中有机物碳源进行高效降解，同时，通过对反应器结构、进出水方式、泥水回流方式、添加优质填料等措施，实现污水中氮磷的同步高效去除。经测试，本专利提供的改良型A²/O反应器对氨氮及总磷的去除率比常规A²/O脱氮除磷反应器高20％-50％，可达90％以上。尤其对生活污水的处理，采用本专利提供的反应器及操作方法，可完全实现有机物、氨氮及总磷的达标排放，BOD₅、氨氮及总磷的去除效率均能保持在90％以上，后续不需要采用物化等深度处理措施。

2、解决了碳源竞争的矛盾。本专利提供的改良A²/O反应器不仅拥有常规A²/O工艺脱氮除磷的优点，而且还可以有效的缓解缺氧区和厌氧区中微生物之间对底物碳源竞争的矛盾。原水I和原水II分别同时进入缺氧区和厌氧区，如此则缺氧区中的反硝化菌在进行反硝化脱氮过程中拥有足够的有机物碳源，厌氧区中的聚磷菌也不会因为有机物的缺乏而影响释磷过程。另外原水I和原水II的分配比可以根据进水水质的要求适时变化，从而更加有效提高脱氮除磷的效率。

3、避免了常规A²/O工艺在运行过程中易出现的异常问题。反应器中投加的组合填料、软性填料、半软性填料或立体弹性填料，以及火山岩球形悬浮填料，使得该改良工艺将活性污泥法和传统生物膜法两者优点同时发挥了出来。反应器不但对水中的有机物碳源有良好的降解能力，同时由于将缺氧区放在前面，再加上生物膜法的使用，可以完全避免丝状菌的生长，从而抑制诸如污泥膨胀以及污泥上浮等问题的出现。

4、在好氧区中添加的组合填料、软性填料、半软性填料或立体弹性填料，将更有利于微生物的附着，增大了微生物与底物碳源以及氧气的接触面积，大大提高了水中溶解氧的传递效率和利用效率。

5、解决了污泥龄的矛盾。污泥龄的解决主要表现在以下几个方面：①缺氧区内投加了大量填料之后，池体内的反硝化菌会被固定在填料上，并不随水流或污泥等参与循环，从而使反硝化菌在填料上实现了固定生长；②厌氧区内的微生物菌种主要为厌氧菌以及悬浮性的聚磷菌，厌氧菌被完全固定在填料上，不随水流参与循环，只有聚磷菌在厌氧区与好氧区之间不断循环。当含聚磷菌的污泥从沉淀区进入到厌氧区后，进入的原水II为聚磷菌释磷过程以及PHA的合成提供了大量的有机物碳源，充分保证了聚磷菌的高度释磷以及PHA的合成；③好氧区内的菌种主要为负载在填料上的硝化菌以及悬浮态的聚磷菌；④整个反应器内的菌种包括硝化菌、反硝化菌以及聚磷菌等，它们的污泥龄各不相同，通过添加填料后，使不同的菌种分别固定在不同的反应池体内，从而实现对不同菌种的污泥龄的单独控制，系统可以根据除磷及脱氮的需要分别对各池体的泥龄进行控制，从而彻底解决不同菌种的污泥龄矛盾问题，并形成不同池体内所需的优势菌种。

6、污泥活性更高，脱碳除氮磷的效率更高。通过在反应器内投加填料尤其是添加有火山岩的球形悬浮填料，对微生物进行分相培养，使不同微生物分别在不同池体内得到生长繁殖，形成反应器各自所需的优势菌种。如缺氧区内只存在反硝化菌，且通过对池体内溶解氧及碳源的控制，满足反硝化菌对生长环境的要求，使反硝化菌始终处于最佳的代谢状态，使其活性得到显著提高，从而提高反硝化脱氮的效率。对于聚磷菌的除磷过程以及水中碳源的去除，与反硝化菌类似，由于聚磷菌与硝化菌活性的提高，水中碳源及磷的去除效率都得到极大地提升。另外，分相固定培养方式，避免了不同菌种在各个池体中的往复循环造成的活性抑制问题，使微生物始终处于最佳的代谢状态，活性进一步得到提升。如厌氧菌，其被固定在厌氧区内的填料上，不再参与反应器内的各种循环，当其生理环境得到保证后，其活性不但较高，而且能始终保持在较好的状态，完全避免了常规A²/O工艺中厌氧菌进入到后续好氧区后其活性受到抑制，再次回到厌氧区后又需要一段时间恢复其活性等问题。提高微生物菌种的活性，避免其活性受到抑制，就等于提高了反应器的处理能力，提高了反应器的处理负荷。

7、系统的稳定性大大增强。常规的A²/O工艺中，要么不投加填料，要么厌氧区在前面，当进水量突然增大，或者进水中污染物浓度突然增加后，极易导致系统出水水质变差，污泥随水流大量流失等现象。本发明提供的改良型A²/O反应器，能有效避免这类问题的发生。由于缺氧区在前面，加上生物膜法的应用，即使进水水量突然增大，或者水中的有机负荷突然提高，都不会对反应器的运行过程产生过大的影响，反应器中的微生物菌种由于被固定在填料上，不会轻易随出水流失，因而能有效提高系统的抗负荷冲击能力，系统的稳定性能大大增强。

8、大大提升了系统的有机负荷。现有的文献研究表明：应用悬浮填料的生物膜反应器处理污水时，不仅能提高污水的处理量，减少总的水力停留时间，而且还可以提高出水的COD_cr、TN和TP的去除率。本专利提供的改良A²/O反应器，在反应器内投加了大量不同类型的极易为微生物所附着的填料，通过长期的培养驯化，能够在填料上培养出更多的微生物菌种，大大提高池体内微生物的绝对数量，而微生物绝对数量MLSS的提高，使系统能够承受更高的有机负荷，BOD负荷可达到0.5KgBOD₅/KgMLSS/d。有机负荷的提高，不但意味着系统的处理效率更高，反应器池体的体积也会更小，造价也会相应的降低。常规A²/O反应器中的微生物绝对数量MLSS一般在3000～4000mg/L，而本专利提供的改良型A²/O反应器中的微生物MLSS可达到8000～15000mg/L，MLSS数量提高了至少200％。

9、减少了溶解氧对缺氧区的影响。常规A²/O反应器中的硝化液是从好氧区出水直接回流的，由于好氧区出水中的溶解氧DO通常在1.5mg/L左右，当含如此高DO的硝化液进入到缺氧区后，会对缺氧区中的DO造成极大的冲击，从而严重影响了反硝化过程的进行。而本专利中的硝化液是从沉淀区出水即整个系统的出水进行回流的，这样好氧区的出水经过沉淀区的沉淀过程后，水中的溶解氧DO会显著降低，从而减少了对缺氧区内氧含量的冲击，能使缺氧区内的DO始终保持在0.5mg/L以下，从而有利于反硝化过程的发生，提高反硝化脱氮率。

10、反应器各个池体的功能更加明确，效率更高。通过使不同微生物在不同反应器内分相培养并固定生长后，厌氧区内主要为厌氧菌与聚磷菌，主要发生碳源的降解以及聚磷菌的释磷过程；缺氧区内主要是借助反硝化菌利用硝态氮进行反硝化脱氮，而好氧区则主要是进行氨态氮的硝化过程，沉淀区则主要完成泥水分离过程。不通池体内的微生物种群不同，生长环境虽各有差异但都是微生物所适宜的，因此各池体的功能更加明确，效率也更高。

11、系统进水采用分点进水方式，在满足反硝化碳源需求的同时，部分污水直接进入厌氧区，增强厌氧区内厌氧状态，使聚磷菌的过度施磷动力得到加强，可以进一步强化系统除磷功能，该方式尤其适用于目前日益增多的低碳源生活污水及低碳源工业废水。

12、系统对进水水质水量变化的适应能力高。由于系统内填料的增加，以及微生物的分相培养，使得系统内微生物能够承受的有机负荷大大提高，即使进水水量或水质突然变大，系统的应对能力都比常规的A²/O工艺要强。而且系统不但能处理常规的生活污水，还能处理以含氮磷工业废水为主的混合生活工业废水，以及部分需要脱氮除磷的纯工业污水，系统能适应更高的进水水质与水量。

13、节省系统动力。反应器内添加填料后，污泥主要附着在填料上，不会沉到池底。当水流经过填料后，水流中的底物会与污泥直接并充分接触，达到去除有机物和氮磷的效果。系统不需要设置任何搅拌装置，节省了部分能耗。

14、系统恢复能力强，重新启动时间短。对于常规的A²/O脱氮除磷处理工艺而言，当池体需要检修时，需要把池体中的污水全部放空，如此则导致池体中的活性污泥随排放水一起流失，当检修结束时，又需要重新培养污泥，并对污泥进行驯化。污泥的培养驯化过程时间的长短，依赖于所处理废水的水质。对于生活污水而言，污泥的培养驯化时间一般在1～2个月左右，对于一些难降解的工业污水而言，污泥的培养驯化时间一般在3～6个月左右。如此长的污泥驯化时间，严重影响了污水的处理过程。而本专利提供的改良型A²/O反应器，在放空池体时，污泥由于附着在填料上，污泥不会随水流一起流失，大部分仍然会保留在填料上，当池体检修结束并进水后，反应器能在1～2天内完成菌种的复苏，使菌种恢复活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中常规A²/O生物脱氮除磷反应器结构示意图；

图2为本发明改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器实施例的结构示意图；

图3为本发明改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器操作方法实施1的流程示意图；

图4为本发明改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器操作方法实施2的流程示意图；

图5为本发明改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器与预处理设施相结合后对工业废水进行处理的流程示意图；

其中：A、缺氧区；A1、第一缺氧区；A2、第二缺氧区；B、厌氧区；C、好氧区；C1、第一好氧区；C2、第二好氧区；D、沉淀区；1、原水I进水管；2、原水II进水管；3、挂膜填料；41、第一隔板；42、第二隔板；5、缺氧区出水管；6、球形悬浮填料；7、阀门；8、曝气装置；9、沉淀区出水渠；10、反应器最终出水管；11、污泥排放管；12、空气管；13、污泥回流管；14、硝化液回流管；15、连通管；16、厌氧区进水管；17、第三隔板；18、沉淀区进水管；19、污泥。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

参见图1，为现有技术中常规A²/O生物脱氮除磷反应器的示意图，包括依次连通的厌氧区、缺氧区、好氧区和沉淀区，待处理污水进入厌氧区，聚磷菌在厌氧条件下释放磷，同时对污水的有机物进行降解，厌氧区出水进入缺氧区，在反硝化菌的作用下脱氮，缺氧区出水进入好氧区，在好氧区完成硝化和除磷过程，好氧区的部分出水作为硝化液回流至缺氧区，沉淀区底部的污泥回流至厌氧区和缺氧区，其他剩余污泥经污泥排放管排出。

参见图2，为本发明改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器实施例的结构示意图，其包括依次连通的缺氧区A、厌氧区B、好氧区C和沉淀区D，原水分为两路原水I和原水II分别经原水I进水管1和原水II进水管2 进入缺氧区A和厌氧区B，沉淀区出水渠9内出水经硝化液回流管14回流至缺氧区A，沉淀区D底部的污泥经污泥回流管13回流至厌氧区B底部，缺氧区A填充有挂膜填料3和球形悬浮填料6，厌氧区B填充有挂膜填料3，好氧区C填充有挂膜填料3和球形悬浮填料6。

缺氧区A、厌氧区B、好氧区C和沉淀区D的体积比为1～1.5∶1～2.5∶2～4，可采用长方体或圆柱体结构，优选的采用长方体结构，沉淀区D采用竖流式沉淀池、幅流式沉淀池或平流式沉淀池中的一种，缺氧区A、厌氧区B、好氧区C和沉淀区D之间可通过管道或者共同墙壁的方式连接。

对废水中含磷量在5mg/L以下的生活或工业废污水，好氧区C中的溶解氧含量为1.5～2.5mg/L。缺氧区A内的溶解氧含量为0.2～0.5mg/L，回流硝化液中的溶解氧含量不高于1.0mg/L；每隔1～2天从沉淀区D底部排放含磷的剩余污泥，每次排放剩余污泥的时间为0.25～1h。

对于生化性较好的污水，缺氧区A的水力停留时间为2～6h，厌氧区B的水力停留时间为4～10h，好氧区C的水力停留时间为8～12h，沉淀区D的水力停留时间为1.5～2.0h；对于生化性较差的污水，缺氧区A的水力停留时间为4～12h，厌氧区B的水力停留时间为8～16h，好氧区C的水力停留时间为12～24h，沉淀区D的水力停留时间为1.5～2.5h。

缺氧区A经第一隔板41分为第一缺氧区A1和第二缺氧区A2两部分，第一缺氧区A1和第二缺氧区A2的底部连通，可以在第一缺氧区A1和第二缺氧区A2分别填充挂膜填料3和球形悬浮填料6，也可在第一缺氧区A1或第二缺氧区A2之一填充挂膜填料3，而在另一个缺氧区填充挂膜填料3和球形悬浮填料6，本例中在第一缺氧区A1内填充易为微生物负载的挂膜填料3，挂膜填料3占第一缺氧区A1容积的50％～80％，第二缺氧区A2的上部填充挂膜填料3而其下部填充球形悬浮填料6，挂膜填料3占第二缺氧区A2容积的30％～50％，球形悬浮填料6占第二缺氧区A2容积的20％～50％。

厌氧区B填充挂膜填料3，挂膜填料3占厌氧区B容积的50％～80％。

好氧区C经第二隔板42分为第一好氧区C1和第二好氧区C2，第一好氧区C1和第二好氧区C2的底部连通，可以在第一好氧区C1和第二好氧区C2分别填充挂膜填料3和球形悬浮填料6，也可在第一好氧区C1或第二好氧区C2之一填充挂膜填料3，而在另一个好氧区填充挂膜填料3和球形悬浮填料6，本例中在第一好氧区C1内填充有易为微生物负载的挂膜填料3，挂膜填料3占第一好氧区容积的50％～80％，第二好氧区C2的上部填充挂膜填料3而其下部填充球形悬浮填料6，挂膜填料3占第二好氧区C2容积的30％～50％，球形悬浮填料6占第二好氧区C2容积的20％～50％。

上述的挂膜填料3选自组合填料、软性填料、半软性填料或立体弹性填料，距离池体表面距离为50～100cm，填料间距80～200mm，填料直径100～300mm；球形悬浮填料6为采用聚乙烯或聚丙烯制作而成的网状球体结构，分内外双层球体，外部为中空鱼网状球体，内部为旋转球体，主要起生物膜载体的作用，同时兼有截留悬浮物的作用，火山岩的填充量为30％～80％，颗粒粒径为0.5～20cm，孔隙率为90～99％；挂膜填料3和球形悬浮6填料距池底设有不小于20cm间距。

待处理污水分两路原水I和原水II分别经过原水I进水管1和原水II进水管2进入第一缺氧区A1和厌氧区B，原水I的水量占总水量的百分比为30％-100％，原水II的水量占总水量的百分比为0％-70％。原水I进水管1中水流速为0.5～1.5m/s，第二缺氧区A2出水经缺氧区出水管5通过连通管15与厌氧区进水管16相连，缺氧区出水管5距第二缺氧区A2池顶200～500mm，厌氧区进水管16距厌氧区B池底200～400mm，厌氧区进水管16中水流速0.5～1.0m/s，厌氧区B和好氧区C之间通过第三隔板17淹没出流，好氧区C进水从第三隔板17上方流入，好氧区C曝气方式采用底部曝气，曝气装置8可采用曝气管或曝气盘，气水比为15～25∶1。好氧区C出水从沉淀区进水管18流入沉淀区，沉淀区进水管18距离池顶距离为200～500mm。

沉淀区D从上向下分为三部分，上面是清水层，中间是泥水混合层，底部是污泥层。进水从上部进入，沉淀区进水管18距离池顶距离200～500mm，进水流速控制在0.5～1.0m/s。泥水在沉淀区D进行泥水分离后，污泥沉到底部，清水从上部流出后进入到的沉淀区出水渠9，最后由反应器最终出水管10排出。沉淀区出水渠9中的出水，部分作为处理水排放，部分通过硝化液回流管14回流至缺氧区A，硝化液回流比为100％～400％。沉淀区D底部的污泥19，一部分作为含磷剩余污泥通过污泥排放管11排出，另一部分通过污泥回流管13回流至厌氧区B底部，污泥回流比为50％～100％。

本发明提供的改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器，具有能同时脱除废水中的有机物碳源以及氮磷的优势，尤其是对于易为微生物降解的生活污水，本发明提供的改良型A²/O反应器能实现有机物、氨氮及总磷同时达标排放。利用改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器处理常规生活污水时，出水指标中的BOD₅、氨氮、总磷、pH值及悬浮物SS可达到城镇污水处理厂污染物排放标准的一级A标准，尤其是出水中的氨氮及总磷指标远优于一级A排放标准，生活污水经过处理后，后续处理中不需要再加设物化等深度处理设施，既节省占地面积，又大大节省能耗。

而对于一些难以生物降解但又需要脱除有机物及氮磷的工业废水，如印染废水、电镀废水，与常规的处理工艺一样都需要进行预处理后才能进入后续的生物处理。本发明提供的改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器，具有微生物量大，优势菌种明显且活性高的特点，再加上把缺氧区放在生物处理的前端，可以利用缺氧区对难降解废水中的有机物进行部分水解，使难降解的有机物转化为易为生物所降解的小分子有机物，从而提高废水的可生化性。而废水可生化性的提高，将会进一步促进工艺整体的处理效率与能力，提高系统对有机物和氮磷的处理效率。

以下采用本发明改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器对各种污水进行处理：

实施例1：常规生活污水的处理

参见图3，缺氧区、厌氧区、好氧区和沉淀区四个池体结构均采用长方体结构，沉淀区采用平流式沉淀池。四个池体采用共用墙壁的方式以节省混凝土材料。原水I首先进入缺氧区，再进入厌氧区和后续的好氧区，最后由沉淀区出水。缺氧区由隔板分为第一缺氧区和第二缺氧区，第一缺氧区内填充组合填料，填料投加体积为第一缺氧区总容积的70％；第二缺氧区内上部添加组合填料，下部投加填充有火山岩颗粒的球形悬浮填料，组合填料投加体积为第二缺氧区总容积的40％，球形悬浮填料投加体积为第二缺氧区总容积的30％。厌氧区内投加单一的组合填料，填料装设体积占厌氧区总容积的70％。好氧区由隔板分为第一好氧区和第二好氧区，第一好氧区和第二好氧区装设填料的类型及体积比与缺氧区相同。另外在好氧区底部加设曝气装置，曝气方式采用微孔曝气方式，曝气装置为膜片式微孔曝气器，膜片直径为Φ215mm，曝气膜片孔径为80μm，服务面积采用0.5m²/个，曝气器表面距池底安装高度采用250mm。好氧区采用空气压缩机鼓风曝气，曝气量的气水比采用15∶1，通过调节阀门控制曝气量。沉淀区出水的堰口负荷采用0.8L/s/m。

系统进水、泥水循环与回流均采用耐腐蚀卧式泵控制。反硝化液由沉淀区出水回流至缺氧区，回流污泥由沉淀区底部的剩余污泥回流至厌氧区底部，以补充厌氧区污泥浓度。静压排放，排泥管直径采用150mm。剩余污泥的排放每天1次，每次0.5h。

控制参数为：原水I的水量占总水量的百分比为70％，原水II的水量占总水量的百分比为30％。硝化液回流比R＝200％，污泥回流比R＝50％，缺氧区溶解氧DO控制在0.35mg/L，厌氧区溶解氧DO控制在0.15mg/L，好氧区溶解氧DO控制在2.1mg/L，回流的硝化液中的溶解氧DO控制在0.7mg/L。污水在缺氧区A内的水力停留时间HRT＝2.5h，在厌氧区B内的水力停留时间HRT＝6h，在好氧区C内的水力停留时间HRT＝12h，在沉淀区D内的水力停留时间HRT＝1.5h。

经测试，在进水BOD₅、NH₃-N、TN和TP平均质量浓度分别为150.5mg/L、22.9mg/L、36.3mg/L和2.9mg/L，碳氮质量比为6.8的条件下，出水BOD₅、NH₃-N、TN和TP的平均质量浓度分别为7.3mg/L、1.18mg/L、6.7mg/L和0.12mg/L，去除率分别为93.8％、90.5％、81.5％和92.4％。处理水水质达到了城镇污水处理厂污染物排放标准的一级A标准。

实施例2：低碳源生活污水的处理

参见图4，反应器各反应区之间的连接方式及操作过程同实例1。

控制参数为：原水I的水量占总水量的百分比为50％，原水II的水量占总水量的百分比为50％。硝化液回流比R＝200％，污泥回流比R＝75％，缺氧区溶解氧DO控制在0.3mg/L，厌氧区溶解氧DO控制在0.17mg/L，好氧区溶解氧DO控制在1.8mg/L，回流的硝化液中的溶解氧DO控制在0.6mg/L。污水在缺氧区A内的水力停留时间HRT＝2.2h，在厌氧区B内的水力停留时间HRT＝8h，在好氧区C内的水力停留时间HRT＝12h，在沉淀区D内的水力停留时间HRT＝1.5h。

经测试，当改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器进水平均浓度为BOD₅＝125.3mg/L、NH₃-N＝25.2mg/L、TN＝42.6mg/L、TP＝2.7mg/L和pH＝6.8条件下，经改良A²/O反应器处理后，出水BOD₅、NH₃-N、TN、TP和pH值平均值分别为8.6mg/L、1.4mg/L、4.8mg/L、0.15mg/L和pH＝7.7，完全达到城镇污水处理厂污染物排放标准的一级A标准。其中，BOD₅和总磷的去除率分别为93.1％和94.4％。

实施例3：纺织印染废水的处理

参见图5，印染废水首先用提升泵将废水从调节池里提升到混凝池，在混凝池中加入药剂后进入沉淀池进行泥水分离，以除去部分有机物和悬浮物，同时降低原水的色度。预处理后的废水依靠重力流，按照预先设定好的原水I和原水II的比例分别进入到缺氧区和厌氧区，再依次进入到后续的好氧区。经过生化反应后，出水进入后续的沉淀区进行泥水分离，污泥回流至厌氧区，硝化液从沉淀区出水的出水渠中回流至缺氧区，剩余污泥外排处理。反应器各反应区之间的连接方式及操作过程同实例1。

控制参数为：原水I的水量占总水量的百分比为30％，原水II的水量占总水量的百分比为70％。硝化液回流比R＝200％，污泥回流比R＝70％，缺氧区溶解氧DO控制在0.4mg/L，厌氧区溶解氧DO控制在0.15mg/L，好氧区溶解氧DO控制在2.3mg/L，回流的硝化液中的溶解氧DO控制在0.76mg/L。污水在缺氧区A内的水力停留时间HRT＝6.2h，在厌氧区B内的水力停留时间HRT＝9.5h，在好氧区C内的水力停留时间HRT＝14.5h，在沉淀区D内的水力停留时间HRT＝1.5h。

在本实例中，印染废水的原水经过预处理后，在进入到缺氧区之前的指标为：COD_cr＝215.2mg/L、BOD₅＝57.2mg/L、NH₃-N＝29.4mg/L、TP＝5.8mg/L、pH＝7.8、色度为95.5倍，BOD₅与COD_cr之比为0.27。

根据测试结果，经改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器处理后印染废水的各项指标中，出水COD_cr、BOD₅、NH₃-N、TP、色度和pH值平均分别为35.5mg/L、15.9mg/L、2.1mg/L、0.46mg/L、26.6倍和pH＝7.6，完全达到纺织染整工业水污染物的排放标准。

实施例4：电镀废水的处理

对含不同重金属离子的电镀废水，分别进行预处理后再汇合在一起进行生物处理。不同的污水分别采用提升泵将原水从各自废水调节池中提升到预处理的第一个构筑物-pH调节池中，进行pH值的调节，然后水流自流入混凝反应池中，在该池体中，加入混凝剂和絮凝剂后，充分搅拌，待有大量矾花出现后，使水自流进入后面的预沉池中进行泥水分离。经过预处理后的废水自流进入后续的改良型A2/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器进行处理。

控制参数为：原水I的水量占总水量的百分比为40％，原水II的水量占总水量的百分比为60％。硝化液回流比R＝200％，污泥回流比R＝65％，缺氧区溶解氧DO控制在0.45mg/L，厌氧区溶解氧DO控制在0.16mg/L，好氧区溶解氧DO控制在2.0mg/L，回流的硝化液中的溶解氧DO控制在0.84mg/L。污水在缺氧区A内的水力停留时间HRT＝5.5h，在厌氧区B内的水力停留时间HRT＝12h，在好氧区C内的水力停留时间HRT＝16h，在沉淀区D内的水力停留时间HRT＝2.5h。

在本实例中，电镀废水的原水经过预处理后，在进入到缺氧区之前的指标为：COD_cr＝256.6mg/L、BOD₅＝36.1mg/L、NH₃-N＝21.2mg/L、TP＝3.6mg/L、pH＝8.3，BOD₅与COD_cr之比为0.21。

根据测试结果，经改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器处理后电镀废水的各项指标中，出水COD_cr、NH₃-N、TP、悬浮物SS和pH值平均分别为45.9mg/L、1.3mg/L、0.33mg/L、39.4mg/L和pH＝8.2，完全达到电镀工业水污染物的排放标准。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器，其特征在于：包括依次连通的缺氧区(A)、厌氧区(B)、好氧区(C)及沉淀区(D)，原水分为两路原水I和原水II分别进入所述缺氧区(A)和所述厌氧区(B)，所述沉淀区(D)上部出水部分经硝化液回流管(14)回流至所述缺氧区(A)，所述沉淀区(D)底部污泥经污泥回流管(13)回流至所述厌氧区(B)底部；所述缺氧区(A)填充有挂膜填料(3)和球形悬浮填料(6)；所述厌氧区(B)填充有挂膜填料(3)；所述好氧区(C)填充有挂膜填料(3)和球形悬浮填料(6)；所述沉淀区(D)上部清水经反应器最终出水管(10)排出，所述沉淀区(D)底部污泥经污泥排放管(11)排出；

所述缺氧区(A)由第一隔板(41)分为第一缺氧区(A1)和第二缺氧区(A2)两部分，所述第一缺氧区(A1)和所述第二缺氧区(A2)的底部相通，所述第一缺氧区(A1)和所述第二缺氧区(A2)内填充挂膜填料(3)，所述第一缺氧区(A1)和/或所述第二缺氧区(A2)的下部填充球形悬浮填料(6)；所述好氧区(C)通过第二隔板(42)分为第一好氧区(C1)和第二好氧区(C2)两部分，所述第一好氧区(C1)和所述第二好氧区(C2)底部连通，所述第一好氧区(C1)和所述第二好氧区(C2)填充挂膜填料(3)，所述第一好氧区(C1)和/或所述第二好氧区(C2)的下部填充球形悬浮填料(6)；

所述挂膜填料(3)一种填料时，所述挂膜填料(3)占池体容积的50％～80％；填充所述挂膜填料(3)和所述球形悬浮填料(6)两种填料时，所述挂膜填料(3)占池体容积的30％～50％，所述球形悬浮填料(6)占池体容积的20％～50％；

所述挂膜填料(3)采用易为微生物负载的组合填料、软性填料、半软性填料或立体弹性填料，距离池体表面距离为50～100cm，填料间距80～200mm，填料直径100～300mm；所述球形悬浮填料(6)为采用聚乙烯或聚丙烯制作而成的网状球体结构，火山岩的填充量为30％～80％，颗粒粒径为0.5～20cm，孔隙率为90～99％；所述挂膜填料(3)和所述球形悬浮填料(6)距池底设有不小于20cm间距。

2.根据权利要求1所述的改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器，其特征在于：所述原水I的水量占总水量的百分比为30％～100％，所述原水II的水量占总水量的百分比为0％～70％。

3.根据权利要求1所述的改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器，其特征在于：硝化液回流比为100％～400％，污泥回流比为50％～100％。

4.改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器的操作方法，其特征在于：将废水原水分两路原水I和原水II分别引入缺氧区(A)和厌氧区(B)，原水I中的有机碳源经缺氧区(A)内填料上的微生物降解，水中悬浮物被缺氧区(A)的球形悬浮填料(6)截留，同时填料上的反硝化菌利用水中微量的氧对回流硝化液中的硝态氮进行反硝化脱氮；缺氧区(A)出水进入厌氧区(B)，聚磷菌在厌氧状态下将大量磷释放到水中，同时厌氧区(B)填料上的微生物对原水II中的有机碳源进行分解；厌氧区(B)出水进入好氧区(C)，填料上的硝化菌在有氧条件下对水中的有机碳源进行降解，并将氨态氮硝化为硝态氮，同时水中悬浮的大量的聚磷菌对水中的磷酸盐进行过量摄取；最后好氧区(C)出水进入沉淀区(D)，比重较大的污泥沉积到沉淀区(D)的底部，其中一部分作为回流污泥回流至厌氧区(B)底部，另一部分则作为含磷剩余污泥经污泥排放管(11)排出，沉淀区(D)上部部分出水经硝化液回流管(14)回流至缺氧区(A)，其他出水经反应器最终出水管(10)排出。

5.根据权利要求4所述改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器的操作方法，其特征在于：污泥回流比为50％～100％，硝化液回流比为100％～400％。

6.根据权利要求4所述改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器的操作方法，其特征在于：对废水中含磷量在5mg/L以下的生活污水或工业废污水，好氧区(C)中的溶解氧含量为1.5～2.5mg/L；缺氧区(A)内的溶解氧含量为0.2～0.5mg/L，回流硝化液中的溶解氧含量不高于1.0mg/L；每隔1～2天从沉淀区(D)底部排放含磷的剩余污泥，每次排放剩余污泥的时间为0.25～1h。

7.根据权利要求4所述改良型A²/O生物膜同步脱碳除氮磷反应器的操作方法，其特征在于：对于生化性较好的污水，缺氧区(A)的水力停留时间为2～6h，厌氧区(B)的水力停留时间为4～10h，好氧区(C)的水力停留时间为8～12h，沉淀区(D)的水力停留时间为1.5～2.0h；对于生化性较差的污水，缺氧区(A)的水力停留时间为4～12h，厌氧区(B)的水力停留时间为8～16h，好氧区(C)的水力停留时间为12～24h，沉淀区(D)的水力停留时间为1.5～2.5h。