CN106587544B

CN106587544B - 一种强化除磷与污泥减量型污水处理装置

Info

Publication number: CN106587544B
Application number: CN201710070536.4A
Authority: CN
Inventors: 王永磊; 刘宝震; 王洪波; 张克峰; 尹萌萌; 王宁; 徐学信; 王文浩; 许斐; 薛舜
Original assignee: Shandong Jianzhu University
Current assignee: Shandong Jianzhu University
Priority date: 2017-02-09
Filing date: 2017-02-09
Publication date: 2023-03-14
Anticipated expiration: 2037-02-09
Also published as: CN106587544A

Abstract

本发明提供一种强化除磷与污泥减量型污水处理装置，包括一体化生物反应池、侧流化学除磷结晶单元和二沉池；集生物絮凝沉淀、主流生物除磷耦合侧流化学除磷、同步硝化反硝化脱氮、污泥原位减量于一体，能够应对短时间高浓度有机负荷，同时具有污泥产量小、脱氮除磷效果好、抗冲击能力强、处理流程简单等优点，是一种可有效应对异常进水的城市污水处理装置。

Description

一种强化除磷与污泥减量型污水处理装置

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，涉及一种强化除磷与污泥减量型污水处理装置。

背景技术

高含氮、磷污水的排放会大量消耗水体氧气，造成水体富营养化，甚至产生毒性。因此，去除污水中生物有机物质，尤其是利用生物方式去除，对于水环境的保护至关重要。目前主流的污水除磷技术主要是物理、化学和生物方法的单独使用和结合强化。物理除磷方法已经被证实是一种较为昂贵的处理方法，例如电解析和反渗透技术，但这些技术效率低，去除率仅为10%。化学除磷技术则会带来较为高昂的化学药剂消耗，并产生大量的化学污泥，这又与目前的减少污水处理中的剩余污泥产量发展方向相悖。生物处理技术在理论上可以达到98%的总磷去除率，但在实际的污水处理中，又存在聚磷菌与其他菌种尤其是发硝化菌争抢有机物的竞争关系，生活污水普遍碳源偏低等限制因素，其实际处理效率也不高。并且生物处理的最终除磷方式也是依靠排除高浓度含磷污泥，故依然存在剩余污泥过大的问题，增加了污水处理的成本。但相比之下，生物除磷方法较之物理和化学方法，其经济效益更好，运行操作更为简便，在降低出水总磷含量，控制水体富营养化方面也行之有效，所以是目前大多数污水处理厂最主流的除磷方式。

传统的生物除磷过程主要是依靠聚磷菌完成的，包括两个过程：厌氧环境中聚磷菌利用分解体内磷粒释放的能量，将挥发性脂肪酸转换成PHB储存在体内；好氧或者缺氧环境中聚磷菌分解体内的PHB产生能量用于自身细胞生长以及过量吸收水中的磷合成磷粒储存在细胞内，随着排除多余的富含聚磷菌的污泥完成除磷。目前，越来越严格的污水厂出水氮、磷和COD限值，远远超过了现有活性污泥工艺的处理能力，亟待对现有工艺的升级与发展。

基于传统A²O处理系统的生物膜填料处理工艺是一种高效的污水处理技术，能使生活污水处理后出水达到较高的水质。生物膜处理工艺有效避免了传统活性污泥处理方法的缺点，如抗冲击负荷差，容易产生污泥膨胀，剩余污泥产量大等，在提高污水处理脱氮除磷效率，尤其是在处理厂升级改造空间和资金有限的情况下，是一种新兴有前景的处理工艺。

生物膜处理工艺在污水处理方面主要优势有：降低剩余污泥产量；更高的有机物负荷率；降低悬浮固体（SS）浓度；更高的溶解氧传递效率；活性微生物生物量更高更丰富；由于生物膜依附于填料存在，从外而内形成溶解氧浓度差，有助于同步硝化反硝化和同步脱氮除磷反应的发生；生物填料较大的比表面积提高了附着生物传输率以及微生物对冲击负荷和有毒物质的抵抗能力。生物膜法在脱氮除磷方面也有一些劣势，例如，在目前国内生活污水多为低碳源情况下，碳源含量制约生物除磷效率；生物膜法较低的污泥产量也不利于磷的去除以及后续磷的回收与利用，为污水厂能量自给自足提供可能。

除此以外，常规污水处理工艺产生大量的剩余污泥，剩余污泥的处置费用在污水厂运行费用中占很大比例。这严重制约了污水处理的可持续发展，尤其是污水处理厂向能量自给自足甚至能源外供性污水处理转型发展。而控制剩余污泥的产生又与目前污水生物脱氮除磷工艺想矛盾，大量的剩余污泥又蕴含可二次利用的巨大潜能。

综上所述，如何在污水处理过程中消减污泥产生量，同时提高脱氮除磷的效果，尤其是低碳氮比污水的脱氮除磷效果成为了迫切需要解决的问题。研发新型的污泥减量与强化脱氮除磷耦合技术及其工艺系统，对我国污水处理事业的发展具有重大的意义。

发明内容

本发明针对现有污水处理技术存在的污水处理流程长、污泥产量大、氮磷去除效率不高、应对异常进水抗冲击能力弱以及处理成本高等问题，设计了一种强化除磷与污泥减量型污水处理装置，本发明装置集生物絮凝沉淀、主流生物除磷耦合侧流化学除磷、同步硝化反硝化脱氮、污泥原位减量于一体，能够应对短时间高浓度有机负荷，同时具有污泥产量小、脱氮除磷效果好、抗冲击能力强、处理流程简单等优点，是一种可有效应对异常进水的城市污水处理装置。

本发明技术方案如下：

一种强化除磷与污泥减量型污水处理装置，包括一体化生物反应池、侧流化学除磷结晶单元和二沉池；

所述的一体化生物反应池由依次连通的的前置污泥减量单元、厌氧区、缺氧区和好氧区组成，所述的厌氧区由2个或多个厌氧池串联，厌氧池顶部设有相连的溢流口、缺氧区由2个或多个缺氧池串联、好氧区由2个或多个好氧池串联而成。

优选地，各个厌氧池、缺氧池和好氧池之间通过池壁孔洞水力连接，逆向流流态，斜对角进出水；

优选地，厌氧区由2个厌氧池串联、缺氧区由2个缺氧池串联、好氧区由5个好氧池串联而成；

所述前置污泥减量单元包括由曝气、缺氧和厌氧生物絮凝形成的一体化预处理区，预处理区后设置有预沉池，预处理区的前端设有进水管，预处理区的上部与预沉池上部相连通，且预处理区底部与预沉池底部设有污泥内回流管，预处理区和预沉池形成内循环回流管路；

优选地，所述前置污泥减量单元中设有搅拌器，防止污泥沉淀，前置污泥减量单元前段部分底部连接有曝气管路。

厌氧池、缺氧池和好氧池内放置球形多孔铁氧化物陶土复合填料，好氧池的装填体积比为40～60%，厌氧池和缺氧池的装填体积比为80～90%。

所述缺氧池与好氧池之间由回流管联通；最后一个好氧池与第一个缺氧池顶部之间设置硝化液内回流管，并在缺氧池顶部的回流管处设置活动挡流隔板；所述的好氧池底部设置有曝气管路。

优选地，厌氧区、缺氧区、好氧区的体积比为1：1：2.5，根据运行实际需要可随时调整各厌氧池、缺氧池、好氧池的体积，硝化液内回流管设有阀门调节回流量，不同位置的硝化液内回流管可以根据水力需要调节内回流液的入流位置，由此形成逆向流或混合流的水力条件。

所述侧流化学除磷结晶单元，包括侧流化学结晶柱，侧流化学结晶柱由结晶反应区和位于其上部的上清液静置区两部分组成；

结晶反应区内放置有改性含铁氧化物钢渣为晶种，并填充氯化钙为诱导结晶试剂；所述改性含铁氧化物钢渣晶种制备方法：取粒度为3~5mm的钢渣颗粒，按照钢渣与含铁氧化物粉末、陶土质量比为10：1：1加入含铁氧化物粉末和陶土混合，制成5mm球形颗粒；然后按固液（颗粒/混合溶液）比0.8加入到NaOH、磷酸盐、CaCl₂的混合水溶液中，溶液中NaOH浓度为6mol/L，Ca2+浓度为1mol/L，Ca2+与P摩尔比为3：1，100^oC反应6h，过滤即得。

厌氧池设置上清液侧流管与侧流化学结晶柱底部相连接，结晶柱上清液静置区与缺氧池之间设有结晶上清液回流管。

进一步地，所述的结晶反应区，侧面设置结晶取样口，底部设置化学药剂投加口、反冲洗口，及曝气口。结晶柱下部设有曝气口，充入的气体使混合液中CO₂溢出，保持结晶柱混合液维持在碱性环境。

好氧区与二沉池由管路连接，二沉池底部与前置污泥减量单元之间设置污泥外回流管，二沉池上部连接有出水管；

优选地，所述的球形多孔氧化铁陶土复合填料，球形，直径8cm，由外部铁氧化物陶土外壳和内部悬浮填料构成。所述的铁氧化物陶土外壳包括PVC注塑支架以及在支架表面粘附的铁氧化物陶土，直径8cm，表面呈多孔状，孔隙率65%；内部悬浮填料，由填料旋转轴支撑，由多孔外壳内部包裹PVC材质圆形网状结构构成，直径5cm，内部悬浮填料绕旋转轴可旋转。

本发明装置的运行过程如下：

污水由进水管进入前置污泥减量单元，然后依次进入厌氧池、缺氧池、好氧池，厌氧池上清液经侧流管流入化学结晶柱，在结晶反应区进行磷的化学结晶去除，去除后上清液经由回流管道，与硝化液回流管一起回流到缺氧池，结晶柱内结晶体通过晶柱侧面取样口取出；好氧池出水进入二沉池，下部污泥经污泥外回流管回流至前置污泥减量单元，上部经出水管出水。

（一）本发明装置设计技术原理

本发明主要是在现有A2O工艺的基础上，将长污泥龄污泥原位减量、侧流除磷和生物絮凝沉淀有机结合，是在A2O工艺的基础上，前置生物絮凝池和长污泥龄污泥过程减量单元，设置了由二沉池到前置污泥减量单元的回流点，不再外排剩余污泥，即剩余污泥为零；增加曝气池到缺氧池的内回流点活动隔板，内回流由缺氧池顶部进入，与反应器水流态逆向混合后在缺氧池内部进行反硝化反应，以此避免水流扩散造成对厌氧池的影响；增加缺氧池上清液至厌氧池回流点，为厌氧池提供更多的易降解有机物和释磷所需挥发性脂肪酸；增加厌氧池上清液侧流点，上清液按照比例流入侧流化学除磷沉淀池，生物和化学复合除磷提高除磷效果；在厌氧池前增加前置污泥减量模块，二沉池沉淀后的污泥全部回流至污泥减量模块，进水与回流污泥混合进入污泥减量模块，经过减量模块的曝气区域、缺氧区域最后进入厌氧生物絮凝沉淀区后，进入生物主反应区，由此避免硝酸盐和其他物质对厌氧池的影响，并为厌氧池提供挥发性脂肪酸等易生化碳源，强化释磷作用。生物絮凝沉淀区的沉淀污泥由污泥减量单元的内循环回流管路回流至进水段，与进水和二沉池回流污泥混合。由此形成强化生物释磷的混合生物膜耦合污泥减量污水处理装置。

本发明强化除磷与污泥减量型污水处理装置，运行过程中，全部回流污泥进入前置污泥减量单元，进水流经污泥减量单元后进入主反应区；主反应区中厌氧池上清液按照30%的比例流入侧流除磷化学沉淀池，侧流化学沉淀池上清液回流到缺氧区；顺序流经缺氧池、好氧池和二沉池后流出。污泥减量单元中，回流污泥带来大量各种微生物，与进水混合后，在该处理阶段SRT长，微生物多处于减速生长期和内源呼吸区，微生物在交替厌氧缺氧环境中通过胞溶水解和解耦联等作用减少污泥量，同时生成小分子和易降解有机物如挥发性脂肪酸等，为后续的生化反应提供充足的碳源；微生物的吸附絮凝作用可以吸附进水中的悬浮物和小颗粒物质，降低进水的SS，提高后续可生化性。污泥减量单元污泥浓度高，一般控制在8g/L左右，如此高负荷污泥浓度具有快速吸附、水解、消解有机物功能，降解回流污泥中的有机物以及微生物死亡产生的惰性物质。活性污泥水解在一定程度上可以增加新的细胞，同时还会产生一部分有价值的额外碳源。在整个污泥减量单元中，混合污泥只做污泥循环回流，不进行排泥，理论上污泥龄趋于无限长，对于世代时间长的微生物如反硝化菌等无机化能自养微生物成为优势菌种，同时还能完成磷的去除。而从整个处理装置来看，污泥减量单元的出水又是主反应区的进水，主反应区定期排放剩余污泥到前置污泥减量单元，以保证好氧段正常稳定进行，污泥的循环以保证聚磷菌良好的除磷能力。从生物量角度，进入好氧段的有机负荷降低，污泥产量相对减少，有利于硝化菌的富集，进而提升脱氮效率。

当剩余污泥进入污泥减量段经过水解酸化后，颗粒状的剩余污泥被大量的水解细菌截留和吸附，在水解细菌的作用下，以多糖和氨基酸等物质构成的黏胶液被水解, 菌胶团解体为分散的活性细胞，并为水解细菌所包围。随后，构成细菌细胞壁的肤聚糖被水解细菌断键分解，细胞壁被打开，从而使细胞死亡裂解。细胞壁的破裂使内含的细胞物质释放出来，其中包含溶解性物质和非溶解性物质。非溶解性细胞物质在水解细菌的作用下被进一步水解为溶解性物质，并随系统中的溶解性物质被产酸降解为小分子的脂肪酸和H₂、CO₂等无机物。经过这一复杂的作用过程，剩余污泥得到有效的溶解，其复杂的有机组成转化为简单的小分子有机物，并进入系统水体中，可以进行进一步的生物处理。

另外，前置污泥减量单元丰富的有机物含量、长污泥龄以及缺氧环境有利于反硝化菌的富集，反硝化细菌利用易降解的有机物作为电子供体，利用硝酸盐作为电子受体，获得迅速增值，即反硝化作用，完成脱氮，同时也进一步降低了硝酸盐对于后接厌氧池中聚磷菌释磷的抑制作用，有助于强化释磷。厌氧池由于聚磷菌释磷作用，上清液中磷浓度较高，将30%的富磷上清液引入侧流化学除磷结晶柱中，投加钙盐等化学药剂形成化学含磷结晶物，含磷结晶物通过结晶取样口收集用以后续的磷回收，沉淀上清液回流到缺氧段。

当高浓度有机废水、重金属废水、高无机颗粒废水进入本发明处理装置时，调节进水分配比和污泥回流分配比后，进入前置污泥减量单元，污泥减量单元主要作为生物絮凝沉淀池使用，进水中的有机物、重金属、无机胶体或颗粒物、油类迅速与回流污泥混合，在预沉池中，回流污泥吸附沉淀上述物质，生物絮凝池和预沉池同时具有絮凝、吸附、沉淀及反硝化脱氮功能，起到一级强化处理的作用。经生物预沉处理后的污水再进入厌氧池，进行有机物的生物降解、除磷、脱氮、污泥减量等反应。可将大量高浓度有机物质、无机胶体或颗粒物、油类物质等在进入主反应区前去除，具有抗高负荷冲击的优势，解决了重金属类有毒废水对活性污泥系统的破坏。在沉淀池形成初沉污泥，污泥回流，使原剩余污泥在污泥减量单元再次利用，而对于短时间高浓度有机负荷，经吸附沉淀后的污泥可停留至生物絮凝池，当进水恢复正常后，再逐渐启动污泥减量单元搅拌装置，将吸附沉淀大量有机物质的污泥逐步排入后续生物处理单元，达到平衡负荷冲击的作用。

污水流态来看，横向上进水依次流经了前置污泥减量模块、生物反应器的厌氧池、缺氧池和好氧池，随着液相的流动交替接触好氧、缺氧、厌氧、缺氧和好氧环境，在水流顺序流态上构建了多氧化还原环境。在纵向上由于内置球形多孔铁氧化物陶土复合填料，由填料表面到内部也形成了好氧-缺氧-厌氧的多氧化还原微环境。因此，整个生物反应器无论在整体还是局部，都形成了多样的多氧化还原环境；前置的污泥减量单元基于长污泥龄胞溶和解耦联原理，对污泥减量起到强化作用。两种工艺的耦合作用，对污水脱氮除磷以及原位污泥减量起到了至关重要的作用。

（二）本发明强化除磷与污泥减量型污水处理装置技术特点及优势

1）基于完全混流流体模型构建了一种一体化生物反应池，对A2O工艺的流态进行了改进，在本发明装置中改A2O工艺推流为逆向流为主的完全混合流模式，水流自下而上往复扰动和混合。逆流扰动流态，能使球形填料较易处于流离悬浮状态，降低机械搅拌能量；提高溶解氧量和传递效率，满足生物膜上微生物生长所需，降低曝气量和曝气能耗。可灵活调节的A2O反应条件，根据运行实际需要可随时调整组合，增减反应器厌氧池、缺氧池、好氧池体积，不同位置回流点则可以根据水力需要调节内回流液的入流位置，由此营造逆向流混合流水力条件，使整个A2O系统可根据实际处理需求灵活调节。

2）缺氧池水流微动力搅拌，即逆向流流态：缺氧池进水和回流硝化液，在对流完全混合状态下，产生的流体扰动。扰动态增加溶解氧量，降低曝气能耗；提高混合效率；阻碍硝化液扩散到厌氧池，影响厌氧释磷；缺氧池硝化液回流点活动挡流隔板，与逆向流流态组合，构成流态阻隔，再次强化避免硝化液扩散到厌氧池抑制厌氧释磷，能强化厌氧释磷，提高厌氧池聚磷菌磷释放量，能提高后续侧流化学除磷率和磷回收。

3）添加球形可流离多孔氧化铁陶土复合填料，改传统活性污泥为污泥减量MBBR组合装置。氧化铁陶土高粗糙度，多孔，有高吸附性能；内部PVC网格，表面积大，挂膜效率更高，能使微生物迅速挂满，反应器启动时间较传统活性污泥大大降低；挂膜率高，污泥浓度更高，能提高处理污水能力，能更好应对冲击负荷。填料由内而外多层结构，构造局部好氧-厌氧-好氧-厌氧交替环境。多氧化还原条件，更有利于同步硝化反硝化的进行，在反应器缺氧池与好氧池交替环境的整体脱氮的过程中，在好氧池又形成局部的同步硝化反硝化，进一步提高脱氮效果。铁氧化物陶土多孔复合外壳能起到良好的吸附截留作用，铁氧化物对磷的吸附作用较强，吸附在填料表面的磷可以在生物膜中聚磷菌作用下进一步生物去除，能使磷去除效率进一步提高。

4）侧流化学磷结晶结合主流生物膜(MBBR)工艺强化磷去除效率。化学结晶方式去除富磷上清液中磷，CaCl₂为试剂，改性含铁氧化物钢渣为晶种，反冲洗方式排除晶体。升流式流态，结晶静置后水回流到好氧1#池，再辅以生物除磷，完成最终磷去除。侧流化学磷结晶柱，可以减轻主流生物反应器生物除磷的压力；以侧流除磷的方式对化学结晶磷进行回收利用，减少剩余污泥产生；且主流生物除磷耦合侧流化学除磷的方式，能强化磷的去除，进一步降低出水磷浓度。改进后添加侧流除磷，能降低传统生物除磷依靠排除剩富磷剩余污泥与污泥减量矛盾，既能提高了除磷效率，亦能强化污泥减量，装置效能更加一体化。

5）多级调控强化生物释磷。前置污泥减量单元缺氧/厌氧环境，消耗回流污泥携带的硝酸根；同时，微生物释放更多挥发性脂肪酸，提高混合液小分子有机物浓度，易于被厌氧池聚磷菌利用，提高释磷能力，能使厌氧池上清液含磷浓度高，提高侧流化学除磷率；缺氧池回流点活动挡板，阻碍回流硝化液扩散到厌氧池，能强化厌氧释磷作用。

6）多级控制强化污泥减量。前置污泥减量单元、MBBR氧化铁陶土球形生物膜和好氧池多级好氧/限氧曝气模式，结合强化污泥减量。前置污泥减量单元，消减有机负荷和剩余污泥水解。MBBR氧化铁陶土球形生物膜，挂膜性能高，污泥龄可以达到无限长，进一步降低污泥产量。A2O工艺好氧池采用多级好氧/限氧模式，强化污泥减量效果，在好氧池发生解耦联反应，进一步降低剩余活性污泥量。多级控制，延长污泥龄，较传统20d，可以达到无限长，有利于时代时间长微生物生活，污泥产量明显降低；好氧/限氧曝气模式，促成生物解耦联，能使污泥产量再减少。在共同作用，能使剩余污泥产量几乎为零。

本发明装置安装方便，操作简捷，性能可靠稳定，处理效果良好且运行成本低。工艺流态为混合流态，生物载体为悬浮式填料，无需支撑固定，使用方便，能够达到较好的污水脱氮、除磷、磷回收和污泥减量效果。

附图说明

图1为本发明实施例1强化除磷与污泥减量型污水处理装置的剖面图；

图中：1、进水管，2、前置污泥减量单元，3、初沉池，4、厌氧池1#，5、厌氧池2#，6、缺氧池1#，7、缺氧池2#，8、好氧池1#，9好氧池2#，10、好氧池3#，11、好氧池4#，12、好氧池5#，13、二沉池，14、出水管，15、上清液侧流管，16、化学药剂投加口，17、结晶反应区，18、结晶取样口，19、上清液静置区，20、结晶上清液回流管，21、硝化液内回流管，22、污泥外回流管，23、污泥内回流管，24、球形多孔铁氧化物陶土复合填料，25、曝气管路，26、活动挡流隔板；

图2为球型多孔铁氧化物陶土复合填料俯视图及剖面图；

图中：1、铁氧化物陶土外壳，2、PVC注塑支架，3、多孔外壳，4、PVC材质圆形网状结构，5、填料旋转轴。

具体实施方式

下面根据附图和实施例进一步说明本发明技术方案。

实施例1

一种强化除磷与污泥减量型污水处理装置，如图1所示，包括一体化生物反应池、侧流化学除磷结晶单元和二沉池13；

其中，一体化生物反应池由依次连通的的前置污泥减量单元2、厌氧区、缺氧区和好氧区组成，厌氧区、缺氧区、好氧区的体积比为1：1：2.5，所述的厌氧区由2个厌氧池串联（厌氧池1# 4、厌氧池2# 5）、，厌氧池顶部设有相连的溢流口、缺氧区由2个缺氧池串联（6、缺氧池1#，7、缺氧池2#，）、好氧区由5个好氧池串联（好氧池1# 8，好氧池2# 9，好氧池3#10，好氧池4# 11，好氧池5# 12）而成，各个厌氧池、缺氧池和好氧池之间通过池壁孔洞水力连接，斜对角进出水；

前置污泥减量单元包括由曝气、缺氧和厌氧生物絮凝形成的一体化预处理区，预处理区后设置有预沉池3，预处理区的前端设有进水管1，预处理区的上部与预沉池上部相连通，且预处理区底部与预沉池底部设有污泥内回流管23，预处理区和预沉池形成内循环回流管路；前置污泥减量单元中设有搅拌器，防止污泥沉淀，前置污泥减量单元前段部分底部连接有曝气管路25。

厌氧池4、5、缺氧池6、7和好氧池8～2内均放置球形多孔铁氧化物陶土复合填料24（如图2所示），好氧池8～12的装填体积比为40～60%，厌氧池4、5和缺氧池6、7的装填体积比为80～90%。

所述缺氧池与厌氧池之间由回流管联通；好氧池12与缺氧池6顶部之间设置硝化液内回流管21，并在缺氧池顶部的回流管处设置活动挡流隔板26；所述的好氧池8-12底部设置有曝气管路25。硝化液内回流管21设有阀门调节回流量，不同位置的硝化液内回流管可以根据水力需要调节内回流液的入流位置，由此形成逆向流或混合流的水力条件。

所述侧流化学除磷结晶单元，包括侧流化学结晶柱，侧流化学结晶柱由结晶反应区17和位于其上部的上清液静置区19两部分组成。结晶反应区17内放置有改性铁氧化物钢渣做晶种，投加氯化钙为诱导结晶试剂。其中，改性含铁氧化物钢渣晶种制备方法：取粒度为3~5mm的钢渣颗粒，按照钢渣与含铁氧化物粉末、陶土质量比为10：1：1加入含铁氧化物粉末和陶土混合，制成5mm球形颗粒；然后按固液（颗粒/混合溶液）比0.8加入到NaOH、磷酸盐、CaCl₂的混合水溶液中，溶液中NaOH 浓度为6mol/L，Ca2+浓度为1mol/L，Ca2+与P摩尔比为3：1，100^oC反应6h，过滤即得。

厌氧池5设置上清液侧流管15与侧流化学结晶柱底部相连接，结晶柱上清液静置区19与缺氧池6之间设有结晶上清液回流管20。结晶反应区17，侧面设置结晶取样口18，底部设置化学药剂投加口16及曝气口。

好氧区与二沉池13由管路连接，二沉池13底部与前置污泥减量单元2之间设置污泥外回流管22，二沉池13上部连接有出水管14；

图2是球型多孔铁氧化物陶土复合填料28俯视图及剖面图，图2中，球形多孔氧化铁陶土复合填料28，球形，直径8cm，由外部铁氧化物陶土外壳1和内部悬浮填料构成。所述的铁氧化物陶土外壳1包括PVC注塑支架2以及在支架表面粘附的铁氧化物陶土，直径8cm，表面呈多孔状，孔隙率65%；内部悬浮填料，由填料旋转轴5支撑，由多孔外壳3内部包裹PVC材质圆形网状结构4构成，直径5cm，内部悬浮填料绕旋转轴5可旋转。

采用本实施例装置处理山东建筑大学校园生活污水：

污水由经预处理后由进水管1进入前置污泥减量单元2，进水经前置污泥减量单元2后，经由减量单元初沉池3，依次进入厌氧池4～5、缺氧池6～7、好氧池8～12，其中曝气池底部有曝气系统（曝气管路25）进行曝气。一体化生物反应池出水进入二沉池13，经出水管14出水，污泥经污泥回流至前置污泥减量单元。侧流除磷系统由厌氧池5上清液经侧流管15流入化学结晶柱，在结晶反应区17进行磷的化学结晶去除，去除后上清液经由回流管道20，与硝化液内回流管21一起回流到缺氧池6上部回流口，结晶柱内结晶体通过反冲洗，由晶柱侧面取样口18取出用于后续磷的回收。结晶柱下部曝气口，充入气体使混合液中CO₂溢出，保持结晶柱混合液维持在碱性环境。

一体化生物反应池各反应池之间依靠池壁孔洞保持水力相连，采用斜对角逆向流进出水；前置污泥减量单元前段部分曝气，后段不进行曝气。二沉池停留时间20d，通过污泥回流管22进行污泥回流，无外排剩余污泥。侧流化学除磷的厌氧池上清液侧流比例30%，化学结晶柱反冲洗间隔30d/次。其中，好氧池控制溶解氧含量（mg/L）：好氧池8、好氧池9、好氧池10、好氧池11、好氧池12依次为5、2、3.6、1.5、2。

处理前进水水质(mg/L)：COD:220～600；TN:35～55；NH3-N:20～30；TP：4~5。连续运行90d以上，该装置出水水质(mg/L)稳定在：COD:20～25(去除率93.2%)；NH3-N:2～5(去除率84.1%)；TN:8～10(去除率75.4%)；TP:0.15～0.3 (去除率90%)。连续监测污泥表观产率几乎为0 gMLSS /gCOD，污泥减量达到100%。

与之相比，目前山东建筑大学中水站（采用A²O工艺）的出水水质(mg/L)为：COD:25～30；NH3-N:3；TN: 10；TP:0.3，剩余污泥表观产率0.4 gMLSS /gCOD。

由此上述结果对比可知，本发明装置处理效果尤其是除磷效率和污泥减量效率较原A²O工艺有显著提高。

Claims

1.一种强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于：包括一体化生物反应池、侧流化学除磷结晶单元和二沉池；

所述的一体化生物反应池由依次连通的前置污泥减量单元、厌氧区、缺氧区和好氧区组成，所述的厌氧区由2个或多个厌氧池串联，厌氧池顶部设有相连的溢流口、缺氧区由2个或多个缺氧池串联、好氧区由2个或多个好氧池串联而成；

厌氧池、缺氧池和好氧池内放置球形多孔铁氧化物陶土复合填料，好氧池的装填体积比为40～60%，厌氧池和缺氧池的装填体积比为80～90%；

所述缺氧池与好氧池之间由回流管联通；最后一个好氧池与第一个缺氧池顶部之间设置硝化液内回流管，并在缺氧池顶部的回流管处设置活动挡流隔板；所述的好氧池底部设置有曝气管路；

厌氧池设置上清液侧流管与侧流化学结晶柱底部相连接，结晶柱上清液静置区与缺氧池之间设有结晶上清液回流管；好氧区与二沉池由管路连接，二沉池底部与前置污泥减量单元之间设置污泥外回流管，二沉池上部连接有出水管；

各个厌氧池、缺氧池和好氧池之间通过池壁孔洞水力连接，逆向流流态，斜对角进出水；

结晶反应区内放置有改性含铁氧化物钢渣晶种，并填充氯化钙为诱导结晶试剂；

所述改性含铁氧化物钢渣晶种制备方法：取粒度为3~5mm的钢渣颗粒，按照钢渣与含铁氧化物粉末、陶土质量比为10：1：1加入含铁氧化物粉末和陶土混合，制成5mm球形颗粒；然后按固液比0.8加入到NaOH、磷酸盐、CaCl₂的混合水溶液中，溶液中NaOH浓度为6mol/L，Ca²⁺浓度为1mol/L，Ca²⁺与P摩尔比为3：1，100℃反应6h，过滤即得。

2.根据权利要求1所述的强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于：厌氧区由2个厌氧池串联、缺氧区由2个缺氧池串联、好氧区由5个好氧池串联而成。

3.根据权利要求1所述的强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于：厌氧区、缺氧区、好氧区的体积比为1：1：2.5，根据运行实际需要可随时调整各厌氧池、缺氧池、好氧池的体积，硝化液内回流管设有阀门调节回流量，不同位置的硝化液内回流管可以根据水力需要调节内回流液的入流位置，由此形成逆向流或混合流的水力条件。

4.根据权利要求1所述的强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于：所述前置污泥减量单元中设有搅拌器，前置污泥减量单元前段部分底部连接有曝气管路。

5.根据权利要求1所述的强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于：所述的结晶反应区，侧面设置结晶取样口，底部设置化学药剂投加口、反冲洗口，及曝气口。

6.根据权利要求1所述的强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于：所述的球形多孔氧化铁陶土复合填料，球形，直径8cm，由外部铁氧化物陶土外壳和内部悬浮填料构成；所述的铁氧化物陶土外壳包括PVC注塑支架以及在支架表面粘附的铁氧化物陶土，直径8cm，表面呈多孔状，孔隙率65%；内部悬浮填料，由填料旋转轴支撑，由多孔外壳内部包裹PVC材质圆形网状结构构成，直径5cm，内部悬浮填料绕旋转轴可旋转。

7.根据权利要求1所述的强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于,运行过程如下：污水由进水管进入前置污泥减量单元，然后依次进入厌氧池、缺氧池、好氧池，厌氧池上清液经侧流管流入化学结晶柱，在结晶反应区进行磷的化学结晶去除，去除后上清液经由回流管道，与硝化液内回流管一起回流到缺氧池，结晶柱内结晶体通过晶柱侧面取样口取出；好氧池出水进入二沉池，下部污泥经污泥外回流管回流至前置污泥减量单元，上部经出水管出水。