CN108101215B - 一种高效污水处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效污水处理系统及方法，该系统包括反应器主体、进水单元、曝气单元、回流单元、排水单元和序批模式控制单元，反应器主体的底部设置有进水口，顶部设置有第一出水口和第二出水口，进水单元与进水口连通，排水单元与第二出水口连通，曝气单元与反应器主体的底部连通，进水单元、曝气单元和回流单元均与序批模式控制单元连接；第一出水口连接进水口，上清液从第一出水口流入进水口，从而进入反应器主体内；回流单元包括回流泵和第一止回阀，均设置在第一出水口与进水口连通的通路上。本发明可实现低浓度生活污水处理的活性污泥颗粒化并有较好的脱氮除磷能力，解决了长期以来低浓度实际生活污水难以颗粒化的难题。
Description
技术领域
本发明涉及废水处理技术领域，特别是指一种高效污水处理系统及方法，具体为一种序批式好氧颗粒污泥低浓度污水处理工艺的培养系统及方法。
背景技术
序批式反应器(SBR)是在同一个反应器内，SBR的运行周期由充水时间、反应时间、沉淀时间、排水排泥时间和闲置时间来确定。大部分的SBR反应器都是变水位运行的，在整个运行周期中，在进水、滗水及静置期间部分池容是闲置的，在一定程度上说，传统SBR反应器运行方式的使用效率比较低，从而微生物的工作时间效率会更低，甚至影响出水水质。
传统的活性污泥工艺具有能耗高、占地面积大、沉淀时间长等缺点，引起人们对高效紧凑污水处理工艺的关注和研究。现有的反应器(SBR)，通过运行参数的优化，将缓慢沉降的絮状活性污泥改善为快速沉降、稳定的好氧颗粒污泥是一个可行的选择。好氧颗粒污泥是微生物在特定的生长环境下自发凝聚、增殖而形成的结构紧密、沉降性能良好并具有良好脱氮除磷能力的微型系统。SBR式好氧颗粒污泥技术与传统的活性污泥法相比，具有污泥沉降快、占地少等明显的优势；同时还减少了机械设备(污泥回流等)，从而降低了运行中的能耗，被称为可持续的污水处理技术。然而，该技术在实际应用中却存在着市政污水难以颗粒化以及容易解体等难题，尤其是对于低浓度污水。近年来，我国的废水排放总量仍在不断增加，加剧了水资源的短缺和接纳水体的富营养化。自2006年以来，我国的废水排放总量以每年1.5％～8.4％的速度增长，2014年废水排放总量已达到716亿立方米。然而，我国城市污水的浓度较低，是培养颗粒污泥的限制性因素之一。
因此，如何促进活性污泥在低浓度污水条件下颗粒化并强化污染物去除是具有重要的现实和科学意义。
发明内容
针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提出一种高效污水处理系统及方法，该高效污水处理系统可用于低浓度生活污水的处理，该系统具有强化去除氮磷的功能。
基于上述目的，本发明提供的一种高效污水处理系统，包括反应器主体、进水单元、曝气单元、回流单元、排水单元和序批模式控制单元，所述反应器主体的底部设置有进水口，所述反应器主体的顶部设置有第一出水口和第二出水口，所述第二出水口设置在所述第一出水口的上部，所述进水单元与反应器主体底部的进水口连通，所述排水单元与所述第二出水口连通，所述曝气单元与所述反应器主体的底部连通，所述进水单元、所述曝气单元和所述回流单元均与所述序批模式控制单元连接；
所述第一出水口通过连接管道连接于所述进水口，使所述反应器主体内的上清液从所述第一出水口流入所述进水口，从而进入所述反应器主体内；所述回流单元包括回流泵和第一止回阀，所述回流泵和所述第一止回阀设置在所述第一出水口与所述进水口连通的通路上。
在本发明的一些实施例中，所述曝气单元包括空气曝气装置和氮气曝气装置，所述空气曝气装置包括鼓风机、第一流量计、第二止回阀和空气曝气头，所述氮气曝气装置包括氮气钢瓶、氮气电磁阀、第二流量计、第三止回阀和氮气曝气头，所述空气曝气头和所述氮气曝气头均设置在所述反应器主体的底部；
所述序批模式控制单元与所述鼓风机的一端连接，用于控制所述鼓风机的鼓风量，所述鼓风机的另一端通过进气管道与所述空气曝气头连通，所述第一流量计和所述第二止回阀设置在所述鼓风机与所述空气曝气头连通的通路上；
所述氮气钢瓶通过管道与所述氮气曝气头连通，所述氮气电磁阀、所述第二流量计和所述第三止回阀设置在所述氮气钢瓶与所述氮气曝气头连通的通路上，所述序批模式控制单元与所述氮气电磁阀连接，用于控制所述氮气钢瓶的氮气流量。
在本发明的一些实施例中，所述进水单元包括原水桶、进水泵和第四止回阀，所述原水桶内的待处理污水通过进水管道与所述进水口连通，所述进水泵和所述第四止回阀设置在所述原水桶内的待处理污水与所述进水口连通的通路上，所述序批模式控制单元与所述进水泵的一端连接，用于控制所述进水泵的流量。
在本发明的一些实施例中，所述排水单元包括贮水桶，所述第二出水口通过管道连接于所述贮水桶。
在本发明的一些实施例中，所述序批模式控制单元包括电控箱，所述电控箱内设置有双循环数显时间继电器和中间继电器，所述双循环数显时间继电器与所述中间继电器连接，所述中间继电器电连接所述进水泵、所述鼓风机、所述回流泵和所述氮气电磁阀。
在本发明的一些实施例中，所述高效污水处理系统采用顶水的方式出水，进水和出水同时进行；所述高效污水处理系统采用慢进水的方式，进水时间在50min～70min。
在本发明的一些实施例中，所述反应器主体为圆柱形反应器主体，高径比为10～15，所述第一出水口设置在距离所述反应器主体内的液面有一定距离的位置处，该一定距离为1/3～1/5的反应器主体高度。
本发明还提供了一种使用所述的高效污水处理系统处理污水的方法，包括以下步骤：
(1)对反应器主体内的活性污泥进行硝化驯化，投加必要的营养成分，驯化2～4天之后，第二出水口氨氮浓度小于2mg/L，表明污泥硝化驯化结束；
(2)确定体积交换比、进水时间、回流时间、曝气时间、沉淀时间和回流比；根据反应器主体的有效容积，确定进水泵和回流泵流量；
(3)将旋钮调至自动位置，反应器开始运行，进水泵开始动作；
(4)进水结束后，回流泵开始动作，上清液回流至反应器主体的底部；
(5)进水结束后，鼓风机及氮气电磁阀开始动作，进入曝气阶段；
(6)曝气结束后进入沉淀环节；
(7)沉淀结束后，顶水的方式出水，进水与出水同时进行，到此完成一个运行周期，之后再重复上述步骤。
在本发明的一些实施例中，每天控制运行步骤一至五的周期数为5～8个，每个进水周期内，进水总时间、回流总时间、曝气总时间之比在1:(0.4～1):(1.4～2.6)，具体为：进水总时间为50min～70min，回流总时间为30min～50min，曝气总时间为100min～130min；所述体积交换比通过进水泵的流量和进水时间确定，为进水体积与反应器主体的有效容积的百分比，所述体积交换比可以灵活改动，一般为20％～70％；回流比通过回流泵的流量和回流时间确定，为回流体积与反应器主体的有效容积的百分比，所述回流比为30％～70％。
在本发明的一些实施例中，曝气阶段溶解氧控制在1.5～2.5mg/L之间，氮气与空气的流速之和为0.4～1.0cm/s，所述的沉淀时间为1～5min。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明中采用序批式反应器的的培养形式，采用下进上出的慢进水的方式促进活性污泥中的聚磷菌等微生物对进水有机质的吸收，促进絮状活性污泥转化为颗粒态，有利于聚磷菌的生长，而传统的上进水方式，不利于聚磷菌等慢速生长微生物的筛选。
(2)本发明的高效污水处理系统采用慢速进水有利于形成以聚磷菌为核的颗粒污泥，从而加快主体反应器中悬浮物的沉降速度，进而缩短了颗粒污泥沉淀时间，即缩短了序批式控制模式的反应周期，同时可提高反应器内污泥浓度，提高了反应器的池容利用率。
(3)本发明的高效污水处理系统的排水采用顶水的方式，即出水与进水时间相同，缩短了循环周期。
(4)本发明的高效污水处理系统包括回流单元，管道连接于反应器主体上部(第一出水口)和底部，在曝气之前，上清液水流方向从上往下，进入反应器主体内，上清液中的硝酸盐/亚硝酸盐可在缺氧的环境中，利用进水提供的有机质作为电子供体，完成反硝化脱氮，有利于提高氮的去除效率；曝气阶段，颗粒污泥形成内部厌氧、中间缺氧、外部好氧的微环境，可同步硝化反硝化脱氮，进一步强化了脱氮的效果。
(5)此外，本发明采用慢速进水，控制厌氧进水、上清液回流、好氧曝气的重复循环，可以将前一个循环的硝化液与进水中的有机质在厌氧环境下实现反硝化除氮，提高脱氮效果；此外厌氧-好氧环境有利于释磷及吸磷的生物过程，因此可实现低负荷条件下持续稳定脱氮除磷的高效处理效果。
附图说明
图1为本发明实施例所述的高效污水处理系统的结构示意图；
图2为本发明实施例使用所述的高效污水处理系统处理污水的流程示意图；
其中，1-反应器主体，11-进水口，12-第一出水口，13-第二出水口，2-进水单元，21-原水桶，22-进水泵，23-第四止回阀，3-曝气单元，31-空气曝气装置，311-鼓风机，312-第一流量计，313-第二止回阀，314-空气曝气头，32-氮气曝气装置，321-氮气钢瓶，322-氮气电磁阀，323-第二流量计，324-第三止回阀，325-氮气曝气头，326-减压阀，327-压力表，328-分配器，4-回流单元，41-回流泵，42-第一止回阀，5-排水单元，51-贮水桶，6-序批式控制单元，61-电控箱。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本实用新型实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
实施例1
作为本发明的一个实施例，图1为本发明实施例所述的高效污水处理系统的结构示意图，如图1所示，一种高效污水处理系统，包括反应器主体1、进水单元2、曝气单元3、回流单元4、排水单元5和序批模式控制单元6，反应器主体1的底部设置有进水口11，反应器主体1的顶部设置有第一出水口12和第二出水口13，第二出水口13设置在第一出水口12的上部，进水单元2与反应器主体1底部的进水口11连通，排水单元5与第二出水口13连通，曝气单元3与反应器主体1的底部连通，进水单元2、曝气单元3和回流单元4均与序批模式控制单元6连接；
所述第一出水口12通过连接管道连接于进水口11，使反应器主体内的上清液从第一出水口12流入进水口11，从而进入反应器主体1内；所述回流单元包括回流泵41和第一止回阀42，回流泵41和第一止回阀42设置在第一出水口12与进水口11连通的通路上。
在本实施例中，所述高效污水处理系统是SBR污水处理系统，所述反应器主体1为圆柱形反应器主体，采用下进上出的出水方式，即进水口11设置在圆柱形反应器主体1的底部，第一出水口12和第二出水口13设置在圆柱形反应器主体1的顶部，圆柱形反应器主体的高径比为10～15。传统的上进水方式不利于聚磷菌等慢速生长微生物的筛选，本实施例采用下进上出的进水方式，污水自下而上穿过污泥层，污泥中的聚磷菌可以吸收进水中的有机质，并伴随释磷过程，有利于聚磷菌的生长，有利于形成以聚磷菌为核的颗粒污泥。所述第一出水口12设置在距离圆柱形反应器主体1内的液面有一定距离的位置处，该一定距离为1/3～1/5的圆柱形反应器主体高度，例如圆柱形反应器主体的高度为5m，那么第一出水口12设置在距离圆柱形反应器主体1内的液面下1.67m～1m的位置处。
所述反应器主体1内装有活性污泥，为好氧颗粒污泥培养系统。优选的，数粒玻璃珠设置在柱形反应器主体1的下部以布水均匀。
本实施例的高效污水处理系统内设置有回流单元4，在回流阶段，反应器主体1内的上清液在回流泵41的作用下从第一出水口12进入反应器主体1底部的进水口11，反应器主体1内的上清液可经过多次回流，回流过程中，上清液中的硝酸盐/亚硝酸盐可在缺氧的环境中，利用进水提供的有机质作为电子供体，完成反硝化脱氮，有利于提高氮的去除效率，待处理的污水经过进水阶段、回流阶段、曝气阶段和沉淀阶段后，最终从第二出水口13排出。
在本实施例中，所述曝气单元3包括空气曝气装置31和氮气曝气装置32，所述空气曝气装置31包括鼓风机311、第一流量计312、第二止回阀313和空气曝气头314，所述氮气曝气装置32包括氮气钢瓶321、氮气电磁阀322、第二流量计323、第三止回阀324和氮气曝气头325，所述空气曝气头314和所述氮气曝气头322均设置在所述反应器主体1的底部；
所述序批模式控制单元6与鼓风机311的一端连接，用于控制鼓风机311的鼓风量，鼓风机311的另一端通过进气管道与空气曝气头314连通，第一流量计312和第二止回阀313设置在鼓风机311与空气曝气头314连通的通路上；
所述氮气钢瓶321通过管道与氮气曝气头325连通，所述氮气电磁阀322、所述第二流量计323和所述第三止回阀324设置在氮气钢瓶321与氮气曝气头325连通的通路上，序批模式控制单元6与氮气电磁阀322连接，用于控制氮气钢瓶321的氮气流量。
优选的，空气曝气头314和氮气曝气头325均为微孔曝气盘。
所述氮气钢瓶321的输出端还设置有阀门、减压阀326和压力表327，还可设置有分配器328，氮气电磁阀322设置在分配器328上，所述氮气钢瓶321的输出端与分配器328连接，并通过分配器328上的氮气电磁阀322连接第二流量计323，序批模式控制单元6与氮气电磁阀322连接，用于控制氮气钢瓶321的氮气流量。在实际应用中，可通过分配器328将氮气钢瓶321内的氮气分配到其他装置中(图1中未示出)。
本实施例中的曝气单元3同时设置有空气曝气装置31和氮气曝气装置32，可使反应器主体1内的颗粒污泥形成内部厌氧、中间缺氧、外部好氧的微环境，可同步硝化反硝化脱氮，进一步强化了脱氮的效果。
在本实施例中，所述进水单元2包括原水桶21、进水泵22和第四止回阀23，所述原水桶21内的待处理污水通过连接管道与进水口11连通，进水泵22和第四止回阀23设置在原水桶21内的待处理污水与进水口11连通的通路上，所述序批模式控制单元6与进水泵22的一端连接，用于控制进水泵22的流量。
优选的，所述原水桶21内的进水管道头部设置纱网，防止大颗粒进入反应器主体1内。
在本实施例中，所述排水单元5包括贮水桶51，所述第二出水口13通过管道连接于所述贮水桶51。待处理的污水处理结束后，反应器主体1上部的澄清的水从第二出水口13中排至贮水桶51内。
在本实施例中，所述序批模式控制单元6包括电控箱61，所述电控箱61内设置有双循环数显时间继电器和中间继电器，所述双循环数显时间继电器与所述中间继电器连接，所述中间继电器电连接进水泵22、鼓风机311、回流泵41和氮气电磁阀322。
在本实施例中，所述高效污水处理系统采用顶水的方式出水，进水和出水同时进行，缩短了循环周期；所述高效污水处理系统采用慢进水的方式，进水时间在50min～70min。慢速进水有利于形成以聚磷菌为核的颗粒污泥，从而加快主体反应器1中悬浮物的沉降速度，进而缩短了颗粒污泥沉淀时间，即缩短了序批式控制模式的反应周期，同时可提高反应器主体1内污泥浓度，提高了反应器主体的池容利用率。
本实施例采用进水泵22将原水桶21内的待处理污水直接送至反应器主体1的底部，进水的同时将反应器主体1上部的澄清的水通过第二出水口13排至贮水桶51内，实现污水处理。
本实施例的整个控制系统分自动手动两部分，既能够实现无人值守的全自动运行，也能够调整为手动模式进行检测、修正。
本实施例的高效污水处理系统进行污水处理时，首先进行进水工序，序批模式控制单元6启动进水泵22，将原水桶21内的待处理污水送至反应器主体1的底部。进水结束后，序批模式控制单元6关闭进水泵22，然后启动回流泵41，上清液水流方向从上往下，进入反应器主体1内，上清液中的硝酸盐/亚硝酸盐可在缺氧的环境中，利用进水提供的有机质作为电子供体，完成反硝化脱氮。反硝化脱氮结束后，序批模式控制单元6关闭回流泵41，然后启动鼓风机311和氮气电磁阀322，对反应器主体1内的污水进行好氧曝气，鼓风机311将空气输送至空气曝气头314，氮气钢瓶321将氮气输送至氮气曝气头325，通过空气曝气头314和氮气曝气头325对反应器主体1内的污水进行曝气供氧。好氧曝气处理结束后，序批模式控制单元6关闭鼓风机311和氮气电磁阀322，进行沉淀处理，所述反应器主体1内的颗粒污泥通过自身重力静沉到底部，上层的水逐渐澄清，整个污水处理工序结束，进行下一次污水处理。
进行下一次污水处理时，反应器主体1内上层为澄清的水，底层为颗粒污泥，通过序批模式控制单元6启动进水泵22，进行进水工序，位于反应器主体1上层的澄清的水通过第二出水口13排至贮水桶51内，进行出水工序，污水逐渐布满反应器主体1内，此时，进水工序与出水工序完成。然后关闭进水泵22，依次进行上清液回流、反硝化处理、好氧曝气处理和沉淀处理。
本实施例的高效污水处理系统具有良好的沉淀效果，与传统的活性污泥工艺(如A2/O)相比，无需再建二沉池，可节省占地面积，可达30％～70％。
实施例2
本实施例公开了使用实施例1的高效污水处理系统处理污水的方法，污水处理过程如图2所示，高效污水处理系统中反应器主体的有效工作体积为1.7L。具体步骤为：
(1)对反应器主体内的活性污泥进行硝化驯化，投加碳酸氢钠等无机碳，氯化铵等铵盐，磷酸二氢钾等磷酸根，以及其它必要的营养成分，驯化2～4天之后，第二出水口氨氮浓度小于2mg/L，表明污泥硝化驯化结束，污泥浓度为2800mg/L；
(2)确定体积交换比、进水时间、回流时间、曝气时间、沉淀时间和回流比；根据反应器主体的有效工作容积，确定进水泵22和回流泵41流量；
(3)将旋钮调至自动位置，反应器主体1开始运行，进水泵22开始动作；原水桶21内的待处理污水经进水泵22由底部输送至反应器主体1内，在厌氧条件下，控制进水时间60min，体积交换比为25％，即进水体积为0.425L(体积交换比通过进水泵的流量和进水时间确定，为进水体积与反应器主体的有效工作体积的百分比)；
(4)进水结束后，然后关闭进水泵22，开启回流泵41，回流时间为30min，回流比为50％，即回流体积为0.85L(回流比通过回流泵的流量和回流时间确定，为回流体积与反应器主体的有效工作体积的百分比)；
(5)回流结束后，然后关闭回流泵41，同时开启鼓风机311和氮气电磁阀322，鼓风机311和氮气电磁阀322开始动作，空气及氮气分别经空气曝气头314和氮气曝气头325进入反应器主体1内，形成好氧环境，控制曝气时间为115min，曝气速率为0.5L/min，溶解氧为2.0mg/L，氮气与空气的流速之和为0.8cm/s，
(6)曝气结束后进入沉淀环节；静置沉淀5min，实现固液分离；
(7)沉淀结束后，顶水的方式排出处理后的上清液，进水与出水同时进行，到此完成一个运行周期(3.5h)，之后再重复上述步骤。
采用本实施例的技术方案，效果如下：
平均进水COD浓度为350mg/L，出水COD浓度小于50mg/L，进水平均氨氮34mg/L，出水氨氮小于2mg/L，平均进水TN浓度(总氮浓度)为36mg/L，出水TN浓度小于15mg/L，平均进水TP浓度(总磷浓度)为5mg/L，出水TP浓度小于0.5mg/L，出水SS(悬浮固体)小于10mg/L，污泥沉降性能SVI小于50mL/g，沉淀时间5min。大部分活性污泥转化为颗粒，粒径主要在0.2mm～2.0mm之间。
对比传统SBR技术的沉淀时间1h和排水时间1.0～1.5h，本发明在更短的沉淀时间内，保障了污水处理效果，体现了快速沉降提高容积利用率上的显著优势。
对比例1
本对比例公开了使用实施例1的高效污水处理系统处理污水的方法，污水处理过程如图2所示，高效污水处理系统中反应器主体的有效工作体积为1.7L，本对比例的操作步骤同实施例2，不同之处在于省略了回流工序(回流时间30min)，该回流工序在进水段结束后、曝气段开始前。具体步骤为：
(1)对反应器主体内的活性污泥进行硝化驯化，投加碳酸氢钠等无机碳，氯化铵等铵盐，磷酸二氢钾等磷酸根，以及其它必要的营养成分，驯化2～4天之后，第二出水口氨氮浓度小于2mg/L，表明污泥硝化驯化结束，污泥浓度为2800mg/L；
(2)确定体积交换比、进水时间、曝气时间和沉淀时间；根据反应器主体的有效工作容积，确定进水泵22和回流泵41流量；
(3)将旋钮调至自动位置，反应器主体1开始运行，进水泵22开始动作；原水桶21内的待处理污水经进水泵22由底部输送至反应器主体1内，在厌氧条件下，控制进水时间60min，体积交换比为25％，即进水体积为0.425L(体积交换比通过进水泵的流量和进水时间确定，为进水体积与反应器主体的有效工作体积的百分比)；
(4)进水结束后，然后关闭进水泵22，开启鼓风机311和氮气电磁阀322，鼓风机311和氮气电磁阀322开始动作，空气及氮气分别经空气曝气头314和氮气曝气头325进入反应器主体1内，形成好氧环境，控制曝气时间为115min，曝气速率为0.5L/min，溶解氧为2.0mg/L，氮气与空气的流速之和为0.8cm/s，
(5)曝气结束后进入沉淀环节；静置沉淀5min，实现固液分离；
(6)沉淀结束后，顶水的方式排出处理后的上清液，进水与出水同时进行，到此完成一个运行周期(3h)，之后再重复上述步骤。
采用本对比例的技术方案，效果如下：
平均进水COD浓度为330mg/L，出水COD浓度小于50mg/L，进水平均氨氮35mg/L，出水氨氮小于2mg/L，平均进水TN浓度(总氮浓度)为38mg/L，出水TN浓度小于25mg/L，平均进水TP浓度(总磷浓度)为5mg/L，出水TP浓度小于3mg/L，出水SS(悬浮固体)小于10mg/L，污泥沉降性能SVI小于50mL/g，沉淀时间5min。
实施例2和对比例1的具体工况如下表1所示。
表1实施例2和对比例1的具体工况
由实施例2和对比例1的技术效果可知，实施例2中出水TN浓度和出水TP浓度远远小于对比例1中，说明实施例2相较于对比例1具有更高效的脱氮除磷效果，并且实施例2中的大部分活性污泥转化为颗粒，能够进一步提高除磷的效果。
由上述内容可知，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明中采用序批式反应器的的培养形式，采用下进上出的慢进水的方式促进活性污泥中的聚磷菌等微生物对进水有机质的吸收，促进絮状活性污泥转化为颗粒态，有利于聚磷菌的生长，而传统的上进水方式，不利于聚磷菌等慢速生长微生物的筛选。
(2)本发明的高效污水处理系统采用慢速进水有利于形成以聚磷菌为核的颗粒污泥，从而加快主体反应器中悬浮物的沉降速度，进而缩短了颗粒污泥沉淀时间，即缩短了序批式控制模式的反应周期，同时可提高反应器内污泥浓度，提高了反应器的池容利用率。
(3)本发明的高效污水处理系统的排水采用顶水的方式，即出水与进水时间相同，缩短了循环周期。
(4)本发明的高效污水处理系统包括回流单元，管道连接于反应器主体上部(第一出水口)和底部，在曝气之前，上清液水流方向从上往下，进入反应器主体内，上清液中的硝酸盐/亚硝酸盐可在缺氧的环境中，利用进水提供的有机质作为电子供体，完成反硝化脱氮，有利于提高氮的去除效率；曝气阶段，颗粒污泥形成内部厌氧、中间缺氧、外部好氧的微环境，可同步硝化反硝化脱氮，进一步强化了脱氮的效果。
(5)此外，本发明采用慢速进水，控制厌氧进水、上清液回流、好氧曝气的重复循环，可以将前一个循环的硝化液与进水中的有机质在厌氧环境下实现反硝化除氮，提高脱氮效果；此外厌氧-好氧环境有利于释磷及吸磷的生物过程，因此可实现低负荷条件下持续稳定脱氮除磷的高效处理效果。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高效污水处理系统，其特征在于，包括反应器主体、进水单元、曝气单元、回流单元、排水单元和序批模式控制单元，所述反应器主体的底部设置有进水口，所述反应器主体的顶部设置有第一出水口和第二出水口，所述第二出水口设置在所述第一出水口的上部，所述进水单元与反应器主体底部的进水口连通，所述排水单元与所述第二出水口连通，所述曝气单元与所述反应器主体的底部连通，所述进水单元、所述曝气单元和所述回流单元均与所述序批模式控制单元连接；
所述第一出水口通过连接管道连接于所述进水口，使所述反应器主体内的上清液从所述第一出水口流入所述进水口，从而进入所述反应器主体内；所述回流单元包括回流泵和第一止回阀，所述回流泵和所述第一止回阀设置在所述第一出水口与所述进水口连通的通路上；
所述反应器主体为圆柱形反应器主体，高径比为10～15，所述第一出水口设置在距离所述反应器主体内的液面以下有一定距离的位置处，该一定距离为1/3～1/5的反应器主体高度；
所述排水单元包括贮水桶，所述第二出水口通过管道连接于所述贮水桶。
2.根据权利要求1所述的高效污水处理系统，其特征在于，所述曝气单元包括空气曝气装置和氮气曝气装置，所述空气曝气装置包括鼓风机、第一流量计、第二止回阀和空气曝气头，所述氮气曝气装置包括氮气钢瓶、氮气电磁阀、第二流量计、第三止回阀和氮气曝气头，所述空气曝气头和所述氮气曝气头均设置在所述反应器主体的底部；
所述序批模式控制单元与所述鼓风机的一端连接，用于控制所述鼓风机的鼓风量，所述鼓风机的另一端通过进气管道与所述空气曝气头连通，所述第一流量计和所述第二止回阀设置在所述鼓风机与所述空气曝气头连通的通路上；
所述氮气钢瓶通过管道与所述氮气曝气头连通，所述氮气电磁阀、所述第二流量计和所述第三止回阀设置在所述氮气钢瓶与所述氮气曝气头连通的通路上，所述序批模式控制单元与所述氮气电磁阀连接，用于控制所述氮气钢瓶的氮气流量。
3.根据权利要求2所述的高效污水处理系统，其特征在于，所述进水单元包括原水桶、进水泵和第四止回阀，所述原水桶内的待处理污水通过进水管道与所述进水口连通，所述进水泵和所述第四止回阀设置在所述原水桶内的待处理污水与所述进水口连通的通路上，所述序批模式控制单元与所述进水泵的一端连接，用于控制所述进水泵的流量。
4.根据权利要求3所述的高效污水处理系统，其特征在于，所述序批模式控制单元包括电控箱，所述电控箱内设置有双循环数显时间继电器和中间继电器，所述双循环数显时间继电器与所述中间继电器连接，所述中间继电器电连接所述进水泵、所述鼓风机、所述回流泵和所述氮气电磁阀。
5.根据权利要求1所述的高效污水处理系统，其特征在于，所述高效污水处理系统采用顶水的方式出水，进水和出水同时进行；所述高效污水处理系统采用慢进水的方式，进水时间在50min～70min。
6.一种使用权利要求1-5任一项所述的高效污水处理系统处理污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）对反应器主体内的活性污泥进行硝化驯化，投加必要的营养成分，驯化2～4天之后，第二出水口氨氮浓度小于2mg/L，表明污泥硝化驯化结束；
（2）确定体积交换比、进水时间、回流时间、曝气时间、沉淀时间和回流比；根据反应器主体的有效容积，确定进水泵和回流泵流量；
（3）将旋钮调至自动位置，反应器开始运行，进水泵开始动作；
（4）进水结束后，回流泵开始动作，上清液回流至反应器主体的底部；
（5）进水结束后，鼓风机及氮气电磁阀开始动作，进入曝气阶段；
（6）曝气结束后进入沉淀环节；
（7）沉淀结束后，顶水的方式出水，进水与出水同时进行，到此完成一个运行周期；
（8）重复上述步骤（4）至步骤（7）。
7.根据权利要求6所述的高效污水处理系统处理污水的方法，其特征在于，每天控制运行步骤（2）到步骤（8）的周期数为5～8个，每个进水周期内，进水总时间、回流总时间、曝气总时间之比在1:(0.4～1):(1.4～2.6)；所述体积交换比通过进水泵的流量和进水时间确定，为进水体积与反应器主体的有效容积的百分比，所述体积交换比为20%～70%；回流比通过回流泵的流量和回流时间确定，为回流体积与反应器主体的有效容积的百分比，所述回流比为30%～70%。
8. 根据权利要求6所述的高效污水处理系统处理污水的方法，其特征在于，曝气阶段溶解氧控制在1.5～2.5 mg/L之间，氮气与空气的流速之和为0.4～1.0 cm/s，所述的沉淀时间为1～5min。
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