CN109879532A - 一种双污泥污水处理系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种双污泥污水处理系统和污水处理方法。该系统包括厌氧池、缺氧池Ⅰ、缺氧池Ⅱ、好氧MBR池和强化除磷池。厌氧池与缺氧池Ⅰ共用一套移动生物填料系统代替传统的污泥回流，形成反硝化除磷系统。缺氧池Ⅱ和好氧MBR池，形成硝化反硝化系统。吸取部分厌氧池富磷水到强化除磷池进行化学除磷。本发明集反硝化除磷、双污泥系统、MBR、化学除磷等技术优势于一体，利用反硝化除磷技术解决碳源竞争问题，构建双污泥系统解决泥龄矛盾和菌群竞争问题，结合MBR提升有机物、氨氮、SS的去除能力，并将化学除磷与生物除磷有效结合。本发明在不增加占地、原系统不停运的基础上，提高原系统对污染物的去除能力，适合已建污水处理厂的提标和扩容改造。

Description

一种双污泥污水处理系统和方法

技术领域

本发明应用于污水处理技术领域，具体涉及到一种采用反硝化除磷技术、MBR和化学除磷进行污水处理的双污泥系统及采用该系统的污水处理方法。

背景技术

目前污水处理厂根据环保要求，其排水由二级或一级B向一级A标准提升过程中，主要面临的问题氮、磷不达标。目前常用的脱氮除磷工艺中，A2 /O及其变形工艺占到了我国60%以上的市场。若要提标至准四类标准，不仅氮磷要求更严格， COD和SS也都需要进一步的降低。为达到上述更高标准，目前多采用脱氮除磷工艺+深度处理的改造路线，这就带来了工艺流程长、占地面积增加、改造量大、费用高、耗时长等问题。在城镇化快速扩张和环保要求日益严格的背景下，厂区内无地可用和改造过程中系统停运致使进水无处可排，是现有污水处理厂提标改造所面临的首要难题。

现有污水处理厂提标重点需要解决氮磷问题，造成氮磷去除能力偏低的原因有：

1）污泥龄存在矛盾：污泥龄是描述活性污泥系统中微生物生长周期的参数。常规A2 /O等脱氮除磷工艺将聚磷菌、反硝化菌、普通异养菌和硝化菌等不同生长周期的菌群混合在同一系统中生长，系统内只能有单一泥龄，由此不可避免存在污泥龄的矛盾。即：反硝化菌群、聚磷菌群需要短泥龄，硝化菌群需要长泥龄，若泥龄太高，不利于磷的去除，泥龄太低，硝化菌又无法存活影响氮的去除。

2）溶解氧需求上存在差异：聚磷菌除磷机制是厌氧释磷好氧吸磷，厌氧释磷越充分好氧段才能过量吸磷，溶解氧的存在会抑制厌氧释磷过程，进而导致生物除磷效果降低；反硝化菌在缺氧环境下，以硝态氮为电子受体、有机物为电子供体进行反硝化脱氮，若溶解氧过高，大量溶解氧会被优先作为电子受体，从而影响反硝化脱氮效率；硝化菌为自养好氧型，厌、缺氧环境受抑制，好氧环境中有大量有机物时与异养菌争夺溶解氧也处于劣势。常规A2 /O等脱氮除磷工艺，在混合液回流、污泥回流过程中不可避免的会带进溶解氧进入缺氧池和厌氧池内，造成影响和抑制，限制了脱氮除磷能力。

3）碳源上存在竞争：聚磷菌释磷过程和反硝化菌脱氮过程中均需消耗可降解的有机物，两者存在碳源争夺。污水先进厌氧段，聚磷菌在厌氧释磷过程消耗了进水中大部分易降解的有机物碳源，致使缺氧段反硝化碳源不足影响脱氮效果。先进缺氧段，反硝化菌脱氮会消耗大部分易降解有机物碳源，使得厌氧段聚磷菌释磷碳源不足影响除磷效果。在我国城镇污水C/N比较低的情况下，该矛盾更是突出。一般常外投碳源，但碳源超量时又会对硝化菌群产生抑制，影响硝化。

4）污水处理厂常用的化学除磷宏量效果好而微量效果有限。按照美国的经验，TP出水从0.5mg/L提升到0.1mg/L，药剂投加数量要提高数倍，且多点投加工艺复杂，即便这样也不能保证出水的稳定性。

5）还需解决COD、SS去除能力不足的问题，其原因有：常规活性污泥法处理系统中，有机物COD的去除主要是通过活性污泥的吸附、生物降解、沉淀途径去除的，与污泥浓度、污泥龄等参数有密切关系。考虑到池容等因素，常规处理系统污泥浓度偏低，污泥龄不会太长，并且还有部分难生物降解的有机物无法去除，致使COD处理能力有限。SS的去除主要是污泥菌胶团絮凝截留和沉淀作用，并且出水中SS有很大一部分是活性污泥絮体，这与活性污泥性状、二沉池构造有较大关系，通常在低温时SS效果较差，处理能力不稳定是限制因素。

反硝化除磷理论及技术的诞生，为污水生物脱氮除磷提供了一种新的思路。反硝化除磷是利用反硝化聚磷菌在厌氧环境利用污水中的挥发性脂肪酸VFA合成内碳源PHA，而在缺氧环境下，反硝化聚磷菌可以利用硝态氮作为电子受体，以厌氧段贮存的内碳源PHA作为电子供体实现过量吸磷。该技术可实现除磷脱氮“一碳两用”，降低对进水C/N需求，可使COD耗量节省50%，氧气耗量降低30%，污泥产量减少50%。影响反硝化除磷效果的有C/N、C/P、硝化液回流量等因素，此外，“在A2/O工艺中，反硝化除磷菌同反硝化异养菌同时存在，两者在缺氧区会竞争有限的NO3--N资源，由于普通的异养反硝化菌具有竞争优势，因而，在多种群的系统中，若缺氧反应器中的硝酸盐负荷低于传统异养菌的脱氮能力，则传统异养菌将会战胜聚磷菌从而争夺到有限的硝酸盐”，因此两者同处一个系统时，异养反硝化菌也是影响因素之一。

现在用于提标改造的相关专利有：专利201620750241“一种污水处理厂提标扩容改造污水处理池”、专利201710851950“适合污水厂提标改造的污水处理方法”、专利201810880928“用于污水处理厂尾水提标改造的处理系统及其处理方法”、专利201810338466.0“一种污水处理厂提标改造系统及污水处理方法”、专利201810211979“一种基于功能性悬浮载体的污水生物处理工艺升级扩容活性污泥工艺的方法”、专利201520163054“一种用于寒冷地区城镇污水厂提标改造的系统”、专利201720200210“一种用于污水厂提标改造的组合滤池”和专利201320230109“强化化学除磷、过滤一体化污水厂提标改造水处理装置”等等。

上述专利仍存在以下缺陷：增设处理构筑物导致占地面积增加；原系统改造量大带来的成本高、系统停运等问题；污泥龄矛盾问题没有解决，长泥龄的硝化菌与短泥龄的聚磷菌难以兼顾，无法做到氮磷的同时高效去除；碳源竞争未解决，未能“一碳两用”做到碳源充分利用，只依靠外加碳源和除磷剂解决除磷脱氮问题，成本高、效果不稳定。

还有一些适合污水厂提标改造的反硝化除磷工艺专利，如专利201210054356“双污泥反硝化除磷脱氮的A/A-O装置及方法”、专利201610563185“双颗粒污泥改良A2/O反硝化除磷的装置及方法”，为了实现双污泥系统需要增加中间沉淀池进行泥水分离，存在着增加成本和占地的弊病。又如专利201510696581.1“A2/O—MBR—生物接触氧化池双污泥高效反硝化除磷装置与方法”，虽然用MBR膜组解决了新增沉淀池问题，但仍存在好氧池污泥回流厌氧池带入溶解氧不利于厌氧释磷、反硝化菌和反硝化除磷菌仍处同一系统存在竞争关系，的问题，不利于反硝化除磷作用的真正发挥。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种双污泥污水处理系统和污水处理方法，解决低碳氮比碳源竞争、泥龄矛盾、不同微生物菌群间兼顾、溶解氧需求差异等问题，在节能低耗的条件下实现提高污水处理的脱氮除磷效果。

本发明所采用的技术方案是：双污泥污水处理系统包括按照水流方向依次连接的厌氧池、缺氧池Ⅰ、缺氧池Ⅱ和好氧MBR池，以及通过吸水泵和回水泵与厌氧池连接的强化除磷池。所述厌氧池与缺氧池Ⅰ共用一套移动式生物填料系统；所述缺氧池Ⅱ池内充填预制快装式生物填料组Ⅱ；所述好氧MBR池的底部铺设有连接风机的曝气装置，池内设有膜生物反应器MBR、混合液回流泵和好氧泥泵，所述膜生物反应器MBR通过抽吸泵连接三通管，一支管连接缺氧池Ⅰ，一支管排放，所述混合液回流泵通过管道连接缺氧池Ⅱ，所述好氧泥泵连接排泥管；与强化除磷池连接吸水泵的进水管上装有管式混合器，该管式混合器与除磷加药设备相连，在强化除磷池的底部设有与排泥泵连接的泥斗。

进一步，所述移动式生物填料系统包括运动传输装置、生物填料组Ⅰ和生物膜脱落-收集-排放装置；运动传输装置使生物填料组Ⅰ在厌氧池与缺氧池Ⅰ之间循环移动；生物填料组Ⅰ用于微生物挂膜附着生长；生物膜脱落-收集-排放装置位于池外，生物填料组Ⅰ通过该装置。当运动传输装置带动生物填料组Ⅰ经过时，生物膜脱落-收集-排放装置用于脱落、收集、并排出生物填料组Ⅰ上老化的生物膜。

进一步，所述缺氧池Ⅱ池外连接碳源计量投加装置。

采用上述双污泥污水处理系统的污水处理方法，包括以下步骤：1）污水首先进入厌氧池，与自缺氧池Ⅰ传输回来的生物填料组Ⅰ充分接触，生物填料组Ⅰ上的反硝化除磷菌利用原水中挥发性脂肪酸VFAs，合成内碳源PHAs，并同步释磷，之后污水进入缺氧池Ⅰ；2）厌氧池的污水经过反硝化除磷菌厌氧释磷后为富磷水，10%-30%的富磷水被吸水泵吸至强化除磷池，富磷水与除磷加药设备投加的除磷剂在管道混合器中均匀混合，在强化除磷池中进行化学沉淀除磷，除磷后的水由回水泵送回至厌氧池，沉淀的含磷污泥由排泥泵排出系统，实现污水的化学强化除磷；3）缺氧池Ⅰ中自厌氧池传输回来的生物填料组Ⅰ与好氧MBR池中膜生物反应器MBR过滤回流的含有硝态氮的回流水充分接触，生物填料组Ⅰ上的反硝化除磷菌进行污水的反硝化吸磷，随后污水进入缺氧池Ⅱ；4）缺氧池Ⅱ有来自好氧MBR池的混合液回流进入，在生物填料组Ⅱ上反硝化细菌的作用下，在缺氧条件下进行反硝化脱氮，随后污水进入好氧MBR池；5）进入好氧MBR池的污水中，有机物及氨氮在活性污泥作用下发生降解和硝化反应得以去除，经膜生物反应器MBR实现泥水分离并截留SS，过滤后的出水按100%-400%的回流比回流至缺氧池Ⅰ为反硝化除磷提供硝态氮，其余出水达标排放；6）好氧MBR池内混合液按50%-200%的回流比通过混合液回流泵回流至缺氧池Ⅱ，为反硝化脱氮提供硝态氮和实现污泥循环，通过好氧泥泵对混合液排放以控制好氧MBR池内的污泥浓度和泥龄。

进一步，采用上述方法处理污水时，生物填料组Ⅰ中填料填充比为20%-90%，生物填料组Ⅱ中填料填充比为20%-80%。

进一步，上述污水处理方法的好氧MBR池污泥浓度为3500-10000mg/L，泥龄为10-25d。

进一步，上述污水处理方法的其余工艺参数如下：

各池的水力停留时间为：厌氧池为0.5-3h，缺氧池Ⅰ为1-6h，缺氧池Ⅱ为0.5-3h，好氧MBR池为4-10h；溶解氧DO为：好氧MBR池保持在2-3mg/L，缺氧池Ⅰ和缺氧池Ⅱ均≤0.5mg/L，厌氧池≤0.2mg/L；强化除磷池沉淀时间为0.5-3h。

本发明的有益效果是：本污水处理系统和方法集反硝化除磷、双污泥系统、MBR、化学除磷等技术优势于一体，工艺流程短，可高效去除SS、COD和氮磷，出水水质达到准四类水标准；双污泥系统解决了脱氮除磷的污泥龄矛盾，同时解决了反硝化脱氮菌和反硝化除磷菌同处一个系统存在竞争的弊端；反硝化除磷技术解决了脱氮除磷中的碳源竞争矛盾；MBR池有助于提高污泥浓度，延长泥龄，增强氨氮和有机物降解效果，降低并稳定出水SS；化学除磷与生物除磷有效结合发挥各自优势，提升了除磷药剂效率。整个系统占地面积小，现有污水处理厂改造时，不增加占地面积，改造工作量量少，可实现原有系统无需停运改造。

附图说明

图1为本发明平面工艺图；

图2为实施例1污水处理系统剖面结构示意图；

图3为实施例2改造前污水处理系统平面示意图；

图4为实施例2改造后污水处理系统平面示意图；

图5为实施例2常规工艺改造后污水处理系统示意图；

其中：1-运动传输装置、2-生物填料组Ⅰ、3-生物膜脱落/收集/排放装置、4-生物填料组Ⅱ、 5-碳源计量投加装置、6-曝气装置、7-风机、8-膜生物反应器MBR、9-抽吸泵、10-混合液回流泵、11-好氧泥泵、12-吸水泵、13-管式混合器、14-除磷加药设备、15-回水泵、16-排泥泵、17-移动式生物填料系统、101-厌氧池、102-缺氧池Ⅰ、103-缺氧池Ⅱ、104-好氧MBR池、105-强化除磷池、201-原厌氧池、202-原缺氧池、203-原好氧池、204-二沉池、213-阀门、401-反硝化生物滤池、402-硝化生物滤池、403-混凝过滤池、411-外加碳源装置、412-硝化液回流泵、413-反冲洗系统。

具体实施方式

实施例1。

本实施例为新建污水处理系统，如附图1和附图2所示。双污泥污水处理系统包括厌氧池101、缺氧池Ⅰ102、缺氧池Ⅱ103、好氧MBR池104和强化除磷池105等。厌氧池101、缺氧池Ⅰ102、缺氧池Ⅱ103、好氧MBR池104依次按照水流方向连接，强化除磷池105通过吸水泵12和回水泵15与厌氧池101连接。

厌氧池101与缺氧池Ⅰ102共用一套移动式生物填料系统17，该移动式生物填料系统17包括运动传输装置1、生物填料组Ⅰ2和生物膜脱落-收集-排放装置3。所述运动传输装置1采取有轨或无轨形式使生物填料组Ⅰ2在厌氧池101与缺氧池Ⅰ102之间循环移动，可使用外动力输送或水流无动力漂浮。生物填料组Ⅰ2用于微生物挂膜附着生长，材质采用塑料、活性炭、碳纤维及其它水处理常用填料材质。生物膜脱落-收集-排放装置3位于池外，生物填料组Ⅰ2循环移动时经过该装置。当运动传输装置1带动生物填料组Ⅰ2经过时，生物膜脱落-收集-排放装置3可通过超声、震动、刮擦、冲洗等手段催动老化的生物膜脱落分离，然后收集并排出，成为本系统的第一种污泥。移动式生物填料系统17在运动过程中，兼具有污水推流搅拌作用。移动式生物填料系统17为预制快装式，传输装置1、生物填料组Ⅰ2和生物膜脱落-收集-排放装置3等均在车间预制，现场池体上组合安装，将生物填料组Ⅰ2卸入池内，无水下作业。

缺氧池Ⅱ103内充填生物填料组Ⅱ4，并外设有碳源计量投加装置5连接。生物填料组Ⅱ4为预制快装式，可快速方便卸进池内，施工时无需停水作业。

好氧MBR池104的底部铺设有曝气装置6，曝气装置6与风机7由管道相连。池内设有膜生物反应器MBR8，膜生物反应器MBR8连接抽吸泵9负压出水，其一部分回流至缺氧池Ⅰ102前端，为硝化液回流，其余出水排放。好氧MBR池104设有混合液回流泵10和好氧泥泵11，混合液回流泵10将混合液回流至缺氧池Ⅱ103，好氧泥泵11用于排泥，为本系统的第二种污泥。

强化除磷池105的进水管通过吸水泵12从厌氧池101吸水，在进水管上装有管式混合器13，管式混合器13与除磷加药设备14相连，强化除磷池105的出水管通过回水泵15连接至厌氧池101，其回水点位于上述吸水点之后；强化除磷池105的底部设有用于集泥的泥斗，和排泥泵16连接，实现排泥。

利用上述系统进行污水处理的方法如下：

1）污水首先进入厌氧池101，与自缺氧池Ⅰ102传输回来的生物填料组Ⅰ2充分接触，生物填料组Ⅰ2上的反硝化除磷菌利用原水中挥发性脂肪酸VFAs，合成内碳源PHAs，并同步释磷。之后污水进入缺氧池Ⅰ102。

2）厌氧池101末端的污水经过反硝化除磷菌厌氧释磷后为富磷水，部分富磷水被吸水泵12吸至强化除磷池105，富磷水与除磷加药设备13投加的除磷剂在管式混合器14均匀混合，在强化除磷池105中进行化学沉淀除磷，除磷水由回水泵15送回至厌氧池101末端，沉淀的含磷污泥由排泥泵16排出系统，实现污水的化学强化除磷。

3）缺氧池Ⅰ102中自厌氧池101传输回来的生物填料组Ⅰ2与好氧MBR池105中膜生物反应器MBR8过滤后回流的含有硝态氮的回流水充分接触，生物填料组Ⅰ2上的反硝化除磷菌以水中硝态氮为电子受体，以内碳源PHAs为电子供体，进行污水的反硝化吸磷，实现一碳两用的同步脱氮除磷。随后污水进入缺氧池Ⅱ103。

4）缺氧池Ⅱ103有来自好氧MBR池104的回流混合液进入，在生物填料组Ⅱ4上反硝化细菌的作用下，以回流来的硝态氮为电子受体，以原水中有机物为碳源或外加碳源为电子供体，在缺氧条件下进行反硝化脱氮，从而对污水进一步脱氮。随后污水进入好氧MBR池104。

5）进入好氧MBR池104的污水中，有机物及氨氮在活性污泥作用下发生降解和硝化反应得以去除，经膜生物反应器MBR8实现泥水分离并截留SS，过滤后的出水一部分回流至缺氧池Ⅰ102为反硝化除磷提供硝态氮，其余出水达标排放。曝气装置6通过管道与风机7相连接，为污水处理提供溶解氧。

6）好氧MBR池104内部分混合液，通过混合液回流泵10回流至缺氧池Ⅱ103，为反硝化脱氮提供硝态氮和实现污泥循环，通过好氧泥泵11对混合液排放以控制好氧MBR池104内的污泥浓度和泥龄。

上述污水处理方法的工艺参数如下：

1）填料填充比：

生物填料组Ⅰ2中填料填充比为20%-90%；

生物填料组Ⅱ4中填料填充比为20%-80%。

2）好氧MBR池104污泥浓度为3500-10000mg/L，泥龄为10-25d。

3）各池的水力停留时间为：

厌氧池101为0.5-3h；

缺氧池Ⅰ102为1-6h；

缺氧池Ⅱ103为0.5-3h；

好氧MBR池104为4-10h。

4）好氧MBR池回流比为：

回流至缺氧池Ⅰ102中的出水回流比为100%-400%；

回流至缺氧池Ⅱ103中的混合液回流比为50%-200%。

5）各池的溶解氧DO为：

厌氧池101≤0.2mg/L；

缺氧池Ⅰ102≤0.5mg/L；

缺氧池Ⅱ103≤0.5mg/L；

好氧MBR池104保持在2-3mg/L。

6）强化除磷池105沉淀时间为0.5-3h。

在厌氧池101和缺氧池Ⅰ102中，微生物附着在生物填料组Ⅰ2上形成生物膜，通过运动传输装置1作用在厌氧池101和缺氧池Ⅰ102中的循环移动，取代传统的污泥循环，形成周期性的“厌氧-缺氧-厌氧”交替环境，促使反硝化除磷菌成为优势菌群并发生反硝化除磷作用。厌氧池101中反硝化除磷菌进行厌氧释磷，缺氧池Ⅰ102中反硝化除磷菌进行反硝化吸磷，磷富集在生物膜微生物体内。传输装置1在进入厌氧池101之前，生物填料组Ⅰ2上老化的生物膜经生物膜脱落/收集/排放装置3催脱、收集后排出池体，避免磷等物质随着老化脱落生物膜再次溶入水中。传输装置1的运动方向与污水水流一致，兼具有污水推流搅拌作用。

采用本系统和方法对某城镇的污水进行处理，下表1为实验时采用不同方案的工艺参数，表2为原污水水质和不同方案处理后的排水水质，可见已经达到准四类排放标准。

表1 不同实验方案的工艺参数

参数	单位	方案1	方案2	方案3
					厌氧池水力停留时间	h	2	0.6	2.7
缺氧池Ⅰ水力停留时间	h	4	1.2	5.4
					缺氧池Ⅱ水力停留时间	h	2	0.5	3
好氧MBR池水力停留时间	h	8	4	6
					强化除磷池水力停留时间	h	1	0.5	3
硝化液回流比	%	300	100	400
					混合液回流比	%	100	50	200
强化除磷池取水比	%	15	10	30
					好氧MBR池DO	mg/L	2-3	2-3	2-3
缺氧池ⅠDO	mg/L	<0.5	<0.5	<0.5
					缺氧池ⅡDO	mg/L	<0.5	<0.5	<0.5
厌氧池DO	mg/L	<0.2	<0.2	<0.2
					好氧MBR池污泥浓度	mg/L	6000	4000	9000
好氧MBR池污泥龄	d	18	11	24
					缺氧池Ⅱ填料填充比	%	50	30	70
可移动填料系统填料填充比	%	60	35	90
					外加碳源量	kg/万m³污水	0	30	50
PAC除磷药剂量	g/m³污水	12	20	10

表2 不同实验方案的水质对比

	COD/mg/L	SS/mg/L	NH3-N/mg/L	TN/mg/L	TP/mg/L
						污水	350	220	48	60	7
方案1	25	2	1	8	0.2
						方案2	28	3	1.5	10	0.25
方案3	17	2	0.8	6	0.18

实施例2。

本实施例为对现有污水处理系统提标改造的实施例。某城市原有污水处理系统如附图3所示，处理工艺为A2/O工艺，附图4为改造后污水处理系统示意图，将原厌氧池201和原缺氧池202利旧作为厌氧池101和缺氧池Ⅰ102，并在两池内增设移动式生物填料系统17，原有的碳源计量投加装置5利旧。将原好氧池203分隔为缺氧池Ⅱ103和好氧MBR池104，具体措施为将原好氧池203第一条廊道的曝气装置6的进气阀门213关闭，并将预制好的生物填料组Ⅱ4卸装进池内，使该条廊道变成缺氧池Ⅱ103。其它三条廊道及曝气装置6和风机7利旧，变为好氧MBR池104，并在最后一条廊道内加装膜生物反应器MBR8、抽吸泵9和好氧泥泵11。原有混合液回流泵10利旧，回流点由原缺氧池202前端改为缺氧池Ⅱ103前端，抽吸泵9出水一部分回流至缺氧池Ⅰ102前端。将原有二沉池204利旧做为强化除磷池105，进水管一端通过增设的吸水泵12与厌氧池101末端相连，另一端与原有的除磷加药设备14、管式混合器13相连，进水与除磷药剂混合后在池内沉淀。原有二沉池204出水管增设回水泵15用于出水回流至厌氧池101，原有排泥泵16利旧。按照本系统和方法主要改造内容见下表3。

表3 系统改造主要内容

土建	利旧后	设备	利旧	新增
					厌氧池	厌氧池	移动式生物填料系统		√
原缺氧池	缺氧池Ⅰ	移动式生物填料系统		√
					原好氧池第一廊道	缺氧池Ⅱ	生物填料		√
原好氧池其余廊道	好氧MBR池	MBR膜组		√
					原好氧池其余廊道	好氧MBR池	抽吸泵		√
原好氧池其余廊道	好氧MBR池	好氧泥泵		√
					原好氧池其余廊道	好氧MBR池	混合液回流泵	√
原好氧池其余廊道	好氧MBR池	曝气装置	√
					原好氧池其余廊道	好氧MBR池	风机	√
原二沉池	强化除磷池	吸水泵、		√
					原二沉池	强化除磷池	回水泵		√
原二沉池	强化除磷池	排泥泵	√
					原二沉池	强化除磷池	除磷加药设备	√
原二沉池	强化除磷池	管式混合器	√

若采用最常用的改造工艺“A2/O+硝化/反硝化两级生物滤池+混凝过滤”对原有污水处理系统进行改造，其改造后污水处理系统示意图见附图5。在原有A2/O工艺系统后面，即在原有的土建设备基础上，土建方面增加反硝化生物滤池401、硝化生物滤池402和混凝过滤池403，加强脱氮及去除有机物，强化除磷和除SS。设备方面需增加外加碳源装置411、硝化液回流泵412、反冲洗系统413等，外加碳源装置411连接在反硝化生物滤池前，硝化液回流泵412将硝化生物滤池402的出水部分回流至反硝化生物滤池401前，将原有除磷加药设备216和管式混合器217改制连接在混凝过滤池403前，新增反冲洗系统413用于反硝化生物滤池401、硝化生物滤池402和混凝过滤池403的反冲洗。可见，常规工艺改造不仅增加设备，还需要增加占地面积。

下表4为原有污水处理系统、常规工艺改造系统和本发明改造系统的工艺参数，下表5为同类污水经过三种污水处理系统处理后的出水水质对比，表6为三种污水处理系统的经济指标对比。可见，原系统出水水质只能达到一级A标准，利用本发明和常规工艺进行提标改造后均可达到准四类水标准。

表4 三种系统工艺参数

参数	单位	原系统	本发明改造系统	常规工艺改造系统
					厌氧池水力停留时间	h	1.5	1.5	1.5
缺氧池（缺氧池Ⅰ）水力停留时间	h	3	3	3
					缺氧池Ⅱ水力停留时间	h	—	2	—
好氧池（好氧MBR池）水力停留时间	h	8	6	8
					二沉池（强化除磷池）水力停留时间	h	2	2	2
硝化/反硝化生物滤池水力停留时间	h	—	—	1.5
					混凝过滤池水力停留时间	h	—	—	0.75
硝化液回流比	%	—	300	100
					混合液回流比	%	200	100	200
污泥回流比	%	100	—	100
					强化除磷池取水比	%	—	15	—
好氧池（好氧MBR池）DO	mg/L	2-3	2-3	2-3
					缺氧池（缺氧池Ⅰ）DO	mg/L	<0.5	<0.5	<0.5
缺氧池ⅡDO	mg/L	—	<0.5	—
					厌氧池DO	mg/L	<0.1	<0.1	<0.1
污泥浓度	mg/L	4000	6000	4000
					污泥泥龄	d	14	15	14
缺氧池Ⅱ填料填充比	%	—	65	—
					可移动填料系统填料填充比	%	—	80	—

表5 三种系统污水处理后的水质比较

	COD/mg/L	SS/mg/L	NH3-N/mg/L	TN/mg/L	TP/mg/L
						污水	300	200	45	58	6.5
原系统出水	48	10	4.8	15	0.5
						本发明改造后出水	20	2	1	7.5	0.18
常规工艺改造后出水	28	5	1.5	10	0.28

表6 三种系统污水处理中的经济指标

	外加碳源量	PAC除磷药剂量	耗氧量	产生污泥量	总水力停留时间
						单位	kg/万m³污水	g/m³污水	m³空气/m³污水	kg/万m³污水	h
原系统	300	30	7	1600	14.5
						本发明改造	40	10	4.5	780	14.5
常规工艺改造	400	50	12	1800	16.75

本发明改造系统工艺流程短，出水水质也优于常规工艺改造系统。与常规工艺改造系统相比，本发明对原系统改造时，池体全部利旧，无需新增土建构筑物，不增加占地面积。本发明改造系统的碳源投加量、除磷药剂投加量、耗氧量和污泥量均低于原系统和常规改造系统，总水力停留时间比常规工艺改造系统少2.25h意味着可节省15%占地（通常情况下水力停留时间同占地面积成正比）。并且，本发明的改造内容主要集中在设备，工程量较小，改造过程中无需原系统停运。由此可见，本发明非常适合于现有系统的提标改造。

实施例3。

本实施例为现有污水处理系统扩容改造，是在实施例2基础上的扩容。原系统处理水量为10000m³/d，本发明改造系统处理水量提升50%，即15000 m³/d，且出水水质不低于原系统。系统工艺参数对比见下表7，水质对比见下表8。

表7 系统工艺参数对比

参数	单位	原系统	本发明改造系统
				厌氧池水力停留时间	h	1.5	1
缺氧池（缺氧池Ⅰ）水力停留时间	h	3	2
				缺氧池Ⅱ水力停留时间	h	—	1.33
好氧池（好氧MBR池）水力停留时间	h	8	4
				二沉池（强化除磷池）水力停留时间	h	2	1.33
硝化液回流比	%	—	300
				混合液回流比	%	200	100
污泥回流比	%	100	—
				强化除磷池取水比	%	—	15
好氧池（好氧MBR池）DO	mg/L	2-3	2-3
				缺氧池（缺氧池Ⅰ）DO	mg/L	<0.5	<0.5
缺氧池ⅡDO	mg/L	—	<0.5
				厌氧池DO	mg/L	<0.1	<0.1
污泥浓度	mg/L	4000	8000
				污泥泥龄	d	14	20
缺氧池Ⅱ填料填充比	%	—	40
				可移动填料系统填料填充比	%	—	50

表8 水质对比

	处理量	COD/mg/L	SS/mg/L	NH<sub>3</sub>-N/mg/L	TN/mg/L	TP/mg/L
							污水		300	200	45	58	6.5
原系统出水	10000m³/d	48	10	4.8	15	0.5
							本发明改造后出水	15000m³/d	30	3	4.5	12	0.4

可见，本发明对原处理系统进行改造后，当处理水量增加50%时，出水水质仍优于原系统。

本发明集反硝化除磷、双污泥系统、MBR、化学除磷等技术优势于一体，具有工艺流程短、占地小、可以高效去除SS、COD和氮磷的优势。城市污水用本发明的系统和方法处理后，出水可达到准四类水标准。经测试，本发明的处理系统对城市污水中污染物的去除率比常规的A2/O系统高10-25%，占地面积比其它提标改造工艺节省10-30%。

厌氧池和缺氧池Ⅰ共用一套移动式生物填料系统，缺氧池Ⅱ、好氧MBR池使用的是污泥循环系统，形成了双污泥系统，解决了同时脱氮除磷的污泥龄矛盾。另外，含有硝态氮的出水回流至缺氧池Ⅰ之前经MBR泥水分离，避免反硝化脱氮菌随污泥进入和反硝化除磷菌竞争，更有利于反硝化除磷作用的发挥，也解决了反硝化脱氮菌和反硝化除磷菌同处一个系统存在竞争的弊端。

厌氧池和缺氧池Ⅰ中反硝化除磷菌为优势菌，通过对反硝化除磷技术的应用，提升了系统在低C/N进水条件下的脱氮除磷能力，也实现了一碳两用，解决了脱氮除磷中的碳源竞争矛盾。

厌氧池和缺氧池Ⅰ是通过移动式生物填料系统进行微生物循环，取代了传统的污泥回流，进入厌氧池的只有附着了微生物的填料，避免了A2/O和其它工艺中好氧池内溶解氧随污泥回流进入厌氧池破坏厌氧环境，解决了溶解氧需求差异问题。

反硝化除磷技术在提高碳源利用率的同时，也降低了能耗和污泥产率。MBR可以延长污泥龄，能充分利用进水碳源及微生物内碳源，降低污泥产量。同时，碳源的充分利用可以降低COD、SS带来的膜堵塞风险，有助于后续MBR膜的运行维护。因此，本发明具有节能低耗、产泥量少、运维稳定的优势，与常规A2/O工艺相比耗氧量降低20-35%，污泥产量减少50-60%，与其它MBR膜系统相比，膜堵塞发生率降低20-30%。

好氧MBR池有助于提高污泥浓度，延长泥龄，从而增强氨氮和有机物降解效果，同时MBR膜组的截留作用保证出水的低SS效果。因此，本发明的系统和方法，可以解决提标改造中对有机物、氨氮、SS去除的严格要求，尤其是解决了冬季低温时出水SS的稳定问题。

由于反硝化除磷对硝化液回流比有限制，过高破坏缺氧环境，过低易导致出水氮浓度过高，因此在厌氧池、缺氧池Ⅰ的反硝化除磷之后，增加缺氧池Ⅱ用于进一步反硝化脱氮。从而使得本发明的系统和方法，在脱氮能力和脱氮稳定性上比其它工艺更有优势。

强化除磷池对厌氧池中部分富磷水进行化学除磷，将化学除磷与生物除磷有效结合发挥各自优势，减少了投药量，提升了除磷药剂效率。因此，本发明的系统和方法在除磷效果和除磷成本上具有优势。与其它工艺相比，除磷率接近100%，除磷成本降低50-90%。

通过增加和改变设备，对原有池体功能进行重新划分，在不新增构筑物、不增加占地情况下实现排水水质提标改造；并且增加的可移动填料系统、生物填料和MBR膜组都是可以快装的预制式设备，多为池面上作业，改造过程中原系统无需停运，不存在进水无处可排的问题。用移动式生物填料系统代替传统污泥回流，省去了用于泥水分离的沉淀池和回流泵，节省了占地和投资，施工便捷迅速。用于污水厂改造，可以避免新增沉淀池构造物的弊端。因此，本发明的系统和方法尤其适用于污水厂的升级改造和扩容改造，具有不新增占地、改造量少、施工快、经济成本低、改造时原系统无需停运和改造时不存在进水无处排放、无法处理的优点。

Claims (7)

1.一种双污泥污水处理系统，其特征在于：包括按照水流方向依次连接的厌氧池（101）、缺氧池Ⅰ（102）、缺氧池Ⅱ（103）和好氧MBR池（104），以及通过吸水泵（12）和回水泵（15）与厌氧池（101）连接的强化除磷池（105）；所述厌氧池（101）与缺氧池Ⅰ（102）共用一套移动式生物填料系统（17）；所述缺氧池Ⅱ（103）池内充填预制快装式生物填料组Ⅱ（4）；所述好氧MBR池（104）的底部铺设有连接风机（7）的曝气装置（6），池内设有膜生物反应器MBR（8）、混合液回流泵（10）和好氧泥泵（11），所述膜生物反应器MBR（8）通过抽吸泵（9）连接三通管，一支管连接缺氧池Ⅰ（102），一支管排放，所述混合液回流泵（10）通过管道连接缺氧池Ⅱ（103），所述好氧泥泵（11）连接排泥管；所述强化除磷池（105）连接吸水泵（12）的进水管上装有管式混合器（13），所述管式混合器（13）与除磷加药设备（14）相连；在强化除磷池（105）的底部设有与排泥泵（16）连接的泥斗。

2.根据权利要求1所述的一种双污泥污水处理系统，其特征在于：所述移动式生物填料系统（17）为预制快装式，包括运动传输装置（1）、生物填料组Ⅰ（2）和生物膜脱落-收集-排放装置（3）；所述运动传输装置（1）使生物填料组Ⅰ（2）在厌氧池（101）与缺氧池Ⅰ（102）之间循环移动；所述生物膜脱落-收集-排放装置（3）位于池外，能催动老化的生物膜脱落分离，然后收集并排出；所述生物填料组Ⅰ（2）循环移动时经过生物膜脱落-收集-排放装置（3）。

3.根据权利要求1所述的一种双污泥污水处理系统，其特征在于：所述缺氧池Ⅱ（103）池外连接碳源计量投加装置（5）。

4.采用权利要求1或3的双污泥污水处理系统的污水处理方法，包括以下步骤：

1）污水首先进入厌氧池（101），与自缺氧池Ⅰ（102）传输回来的生物填料组Ⅰ（2）充分接触，生物填料组Ⅰ（2）上的反硝化除磷菌利用原水中挥发性脂肪酸VFAs，合成内碳源PHAs，并同步释磷，之后污水进入缺氧池Ⅰ（102）；

2）厌氧池（101）的污水经过反硝化除磷菌厌氧释磷后为富磷水， 10%-30%的富磷水被吸水泵（12）吸至强化除磷池（105），富磷水与除磷加药设备（14）投加的除磷剂在管式混合器（13）中均匀混合，在强化除磷池（105）中进行化学沉淀除磷，除磷后的水由回水泵（15）送回至厌氧池（101），沉淀的含磷污泥由排泥泵（16）排出系统，实现污水的化学强化除磷；

3）缺氧池Ⅰ（102）中自厌氧池（101）传输回来的生物填料组Ⅰ（2）与好氧MBR池（104）中膜生物反应器MBR（8）过滤回流的含有硝态氮的回流水充分接触，生物填料组Ⅰ（2）上的反硝化除磷菌进行污水的反硝化吸磷，随后污水进入缺氧池Ⅱ（103）；

4）缺氧池Ⅱ（103）有来自好氧MBR池（104）的混合液回流进入，在生物填料组Ⅱ（4）上反硝化细菌的作用下，在缺氧条件下利用污水中碳源或外加碳源进行反硝化脱氮，随后污水进入好氧MBR池（104）；

5）进入好氧MBR池（104）的污水中，有机物及氨氮在活性污泥作用下发生降解和硝化反应得以去除，经膜生物反应器MBR（8）实现泥水分离并截留SS，过滤后的出水按100%-400%的回流比回流至缺氧池Ⅰ（102）为反硝化除磷提供硝态氮，其余出水达标排放；

6）好氧MBR池（104）内混合液按50%-200%的回流比通过混合液回流泵（10）回流至缺氧池Ⅱ（103），为反硝化脱氮提供硝态氮和实现污泥循环，通过好氧泥泵（11）对混合液排放以控制好氧MBR池（104）内的污泥浓度和泥龄。

5.根据权利要求4所述的污水处理方法，其特征在于：所述生物填料组Ⅰ（2）中填料填充比为20%-90%，所述生物填料组Ⅱ（4）中填料填充比为20%-80%。

6.根据权利要求4所述的污水处理方法，其特征在于：所述好氧MBR池（104）污泥浓度为3500-10000mg/L，泥龄为10-25d。

7.根据权利要求4所述的污水处理方法，其特征在于：

1）各池的水力停留时间为：厌氧池（101）为0.5-3h，缺氧池Ⅰ（102）为1-6h，缺氧池Ⅱ（103）为0.5-3h，好氧MBR池（104）为4-10h；

2）溶解氧DO为：好氧MBR池（104）保持在2-3mg/L，缺氧池Ⅰ（102）和缺氧池Ⅱ（103）均≤0.5mg/L，厌氧池（101）≤0.2mg/L；

3）强化除磷池（105）沉淀时间为0.5-3h。