CN110606629A - 基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统和方法，包括：厌氧池设有进、出水口，出水口与接触池、缺氧池、混合池、好氧池和二沉池连接；缺氧池末端通过混合液回流管路和混合液回流泵回连至厌氧池前端；好氧池末端通过第一硝化液回流管路和第一硝化液回流泵回连至缺氧池前端，并通过第二硝化液回流管路和第二硝化液回流泵回连至混合池前端；二沉池的活性污泥排出口经污泥回连管路和污泥回流泵回连至接触池前端；混合池和好氧池内分别设置第一、第二曝气设备；二沉池设有活性污泥排出口和溢流排水口。该系统通过反硝化除磷技术实现同步脱氮除磷，解决脱氮过程和除磷过程中存在的矛盾和竞争，强化脱氮除磷效果，且工况调控更加灵活。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统和方法。
背景技术
城市污水氮、磷超标排放使水体污染严重，导致富营养化问题日益严峻，因此，氮、磷的深度处理对水环境的改善十分重要。目前，生物法是城市污水最经济有效的脱氮除磷方式。传统的生物脱氮除磷工艺，如A/A/O、UCT(University of Cape Town)、氧化沟等，脱氮和除磷两个过程在同一活性污泥系统中，因此存在反硝化菌和聚磷菌对原水碳源的竞争、硝化菌和除磷菌泥龄的矛盾。
随着排放标准的日益严格，且污水处理厂节能降耗的运行目标，传统的脱氮除磷工艺矛盾日益显著，已不能满足运行需求。现有的反硝化除磷技术可以解决脱氮和除磷两个过程中碳源竞争和泥龄矛盾的问题，处理污水能实现“一碳两用”同步完成脱氮除磷。
但目前将反硝化除磷技术直接应用于传统连续流污水处理工艺中仍存在一定的难题。以传统UCT工艺为例，厌氧池进入缺氧池的出水中含有部分有机物，这些有机物会影响反硝化聚磷菌的富集，影响反硝化除磷的效果。因此，目前仍无法实现简单的将反硝化除磷技术应用于城市污水处理厂，目前城市污水处理厂仍无法实现高效的同步完成脱氮除磷。
发明内容
基于现有技术所存在的问题，本发明的目的是提供一种基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统和方法，能解决传统的UCT工艺无法适应连续流工艺，不能简单的应用于城市污水处理厂，使得城市污水处理厂仍无法实现高效的同步完成脱氮除磷的问题。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明实施方式提供一种基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统，包括：
厌氧池、接触池、缺氧池、混合池、好氧池、二沉池、静沉池、磷沉淀池、混合液回流泵、第一硝化液回流泵、第二硝化液回流泵、污泥回流泵和第一曝气设备和第二曝气设备；其中，
所述厌氧池设有进水口和出水口，所述出水口与所述接触池、缺氧池、混合池、好氧池和二沉池顺次连接；
所述缺氧池末端通过混合液回流管路和混合液回流泵回连至所述厌氧池前端；
所述好氧池末端通过第一硝化液回流管路和第一硝化液回流泵回连至所述缺氧池前端；
所述好氧池末端通过第二硝化液回流管路和第二硝化液回流泵回连至所述混合池前端；
所述二沉池的活性污泥排出口经污泥回连管路和污泥回流泵回连至所述接触池前端；
所述静沉池设置在所述厌氧池内末端；
所述磷沉淀池设置于所述厌氧池的外部，与所述静沉池连接；
所述混合池内设有第一曝气设备；
所述好氧池内设有第二曝气设备；
所述二沉池设有活性污泥排出口和溢流排水口。
本发明实施方式还提供一种基于反硝化除磷工艺处理城市污水的方法，采用本发明所述的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统，包括以下步骤：
步骤1)经预处理后的城市污水和经混合液回流管路回流的缺氧池末端的混合液共同进入厌氧池进行厌氧释磷，在所述厌氧池内经反硝化聚磷菌分解体内多聚磷酸盐和糖原，并吸收进水中的有机物以聚羟基脂肪酸酯的形式储存在细胞内，完成磷酸盐的释放；
步骤2)在所述厌氧池内经厌氧释磷后的富磷混合液进入到该厌氧池末端设置的静沉池，在重力作用下进行泥水分离，将所述静沉池中上清液抽取至所述磷沉淀池，通过所述磷沉淀池中投加镁盐或钙盐并配合调控pH值形成鸟粪石或磷酸钙沉淀实现磷回收；
步骤3)所述厌氧池的出水和经污泥回流管路回流的污泥共同进入接触池，在接触池中均匀混合；
步骤4)所述接触池的出水和经第一硝化液回流管路回流的好氧池末端硝化液共同进入到缺氧池中，在缺氧条件下，通过反硝化除磷过程完成氮和磷的同步去除；
步骤5)经所述缺氧池处理后的出水进入混合池，同时所述好氧池末端硝化液经第二硝化液回流管路也进入混合池，维持缺氧环境进行同步硝化反硝化脱氮过程降低出水TN；
步骤6)所述混合池的出水进入所述好氧池，在所述好氧池中进行硝化反应，所述好氧池控制DO为1～1.5mg/L，硝化菌利用水中的氧气为电子受体，将污水中的氧化为
步骤7)所述好氧池末端出水进入二沉池沉淀进行泥水分离，经沉淀分离后的上清液经经所述二沉池的溢流排水口溢流排出系统，沉淀分离所产生的污泥部分通过污泥回流管路回流至所述接触池，剩余的污泥经所述二沉池的活性污泥排出口排出系统。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统和方法，其有益效果为：
通过设置顺次连接的厌氧池、接触池、缺氧池、混合池、好氧池和二沉池，并通过三条混合液回流管路和一条污泥回流管路有机连接在各反应池之间，形成一种连续流工艺的反硝化除磷工艺系统，由于在厌氧池与缺氧池之间设置接触池，通过接触池避免回流污泥中携带的和O2对于厌氧池中厌氧环境的破坏，能更好的保证厌氧池的厌氧状态；通过在缺氧池与好氧池之间设置混合池，混合池正常情况下不充氧，通过好氧池回流硝化液维持一个缺氧环境，进行同步硝化反硝化脱氮过程以降低出水TN；混合池可使工艺根据好氧池的出水效果进行工艺调控，即混合池使得系统的脱氮和调控能更稳定运行，提高了工艺的整体稳定性，进一步保证了出水的良好效果。该系统使不同功能微生物处于最佳的生长环境，能对城市污水深度脱氮除磷处理，实现同步脱氮除磷。
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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，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附图。
图1为本发明实施例提供的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统构成示意图；
图2为本发明实施例提供的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统采用推流式反应器的平面布置示意图；
图3为本发明实施例提供的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统采用圆环同轴式反应器的平面布置示意图；
图4为本发明实施例提供的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统的搅拌器的示意图；
图5为本发明实施例提供的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统的搅拌器的侧视图；
图中各标记对应的部件为：1-厌氧池；2-接触池；3-缺氧池；4-混合池；5-好氧池；6-二沉池；7-混合液回流管路；8-第一硝化液回流管路；9-第二硝化液回流管路；10-污泥回流管路；11-剩余污泥；12-第一氧化还原电位在线监测仪；13-第二氧化还原电位在线监测仪；14-第一溶解氧在线监测仪；15-第二溶解氧在线监测仪；16-硝酸盐在线监测仪；17-氨氮在线监测仪；18-静沉池；19-磷沉淀池；20-搅拌器；21-曝气设备；22-第一鼓风机控制阀门；23-第二鼓风机控制阀门；24-第三鼓风机控制阀门；a-搅拌叶；b-固定支架；c-电机；d-旋转轴；e-供电设备；A1-进水口；B1-排水口。
具体实施方式
下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
如图1所示，本发明实施例提供一种基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统，包括：
厌氧池1、接触池2、缺氧池3、混合池4、好氧池5、二沉池6、静沉池18、磷沉淀池19、混合液回流泵、第一硝化液回流泵、第二硝化液回流泵、污泥回流泵和第一曝气设备和第二曝气设备；其中，
所述厌氧池1设有进水口和出水口，所述出水口与所述接触池2、缺氧池3、混合池4、好氧池5和二沉池6顺次连接；
所述缺氧池3末端通过混合液回流管路7和混合液回流泵回连至所述厌氧池1前端；
所述好氧池5末端通过第一硝化液回流管路8和第一硝化液回流泵回连至所述缺氧池3前端；
所述好氧池5末端通过第二硝化液回流管路9和第二硝化液回流泵回连至所述混合池3前端；
所述二沉池6的活性污泥排出口经污泥回连管路和污泥回流泵回连至所述接触池2前端；
所述静沉池18设置在所述厌氧池1内末端；
所述磷沉淀池19设置于所述厌氧池1的外部，与所述静沉池18连接；
所述混合池4内设有第一曝气设备；
所述好氧池5内设有第二曝气设备；
所述二沉池6设有活性污泥排出口和溢流排水口。
上述系统中，厌氧池1、接触池2、缺氧池3、混合池4、好氧池5和静沉池18集成设置于一体化结构的推流式反应器(参见图2)或同轴圆环式反应器(参见图3)内，所述二沉池6和磷沉淀池19分别设置于所述推流式反应器或同轴圆环式反应器外部。
上述系统中，所述厌氧池1、接触池2、缺氧池3、混合池4和好氧池5内均设有搅拌器。优选的，各反应器内的搅拌器数量可根据混合程度的需要设置。
如图4、5所示，上述系统中的搅拌器包括：滑道式支架、电机和搅拌叶；其中，
所述滑道式支架上设有竖直的滑道；
所述电机设在所述滑道式支架的滑道内，能调整在所述滑道上的位置；
所述电机的旋转轴上设置搅拌叶，所述电机的电气端与供电设备电气连接。
上述结构的搅拌器由于能调节电机和搅拌叶在滑道式支架上的高度，能满足各反应池内不同位置的混合效果，具有使用方便且混合效果好的优点。
上述系统中，所述混合池4内的第一曝气设备由设在所述混合池4内的第一曝气器组件经第一管路和第一鼓风机控制阀门与外部的鼓风机连接；
所述好氧池5内的第二曝气设备包括第二曝气器组件和第三曝气器组件，所述第二曝气器组件经第二管路和第二鼓风机控制阀门与外部的鼓风机连接，第三曝气器组件经第三管路和第三鼓风机控制阀门与外部的鼓风机连接。
上述系统还包括：在线监测设备，包括：主控装置、两个氧化还原电位在线监测仪、两个溶解氧在线监测仪、一个硝酸盐在线监测仪和一个氨氮在线监测仪；其中，两个氧化还原电位在线监测仪中的第一还原电位在线监测仪设在所述厌氧池1内前端，第二还原电位在线监测仪设在所述缺氧池3内中部；所述硝酸盐在线监测仪设在缺氧池3内末端；所述两个溶解氧在线监测仪中的第一溶解氧在线监测仪设在所述混合池4内，第二溶解氧在线监测仪设在所述好氧池5内；所述氨氮在线监测仪设在所述好氧池5内末端(可参见图2或图3)；
所述主控装置(可由PLC控制柜和电气柜构成)，分别与所述两个氧化还原电位在线监测仪、两个溶解氧在线监测仪、一个硝酸盐在线监测仪和一个氨氮在线监测仪通信连接，并分别与混合液回流泵、第一硝化液回流泵、第二硝化液回流泵、污泥回流泵和第一曝气设备和第二曝气设备电气连接，能按以下方式对反应条件进行控制，包括：
(一)该主控装置通过所述厌氧池1前端设置的第一氧化还原电位在线监测仪和所述缺氧池3末端设置的硝酸盐在线监测仪16反馈的信号，调整第一混合液回流管路7的回流比维持所述厌氧池1的厌氧环境，具体为：将所述厌氧池1中的第一氧化还原电位在线监测仪12的预设值设为-450～-300mV，将所述缺氧池3末端的硝酸盐浓度预设值设为1～1.5mgN/L；若通过所述缺氧池3末端的硝酸盐在线监测仪16测定硝酸盐浓度值高于所述缺氧池末端的预设值，则控制混合液回流泵增大回流比；若测定硝酸盐浓度值低于所述缺氧池末端的预设值，则控制混合液回流泵减小回流比；
(二)该主控装置通过所述缺氧池3中部的第二氧化还原电位在线监测仪13和末端的硝酸盐在线监测仪16反馈的信号调节第一硝化液回流管路8的回流比，具体为：预设所述缺氧池3中保障缺氧环境的氧化还原电位值为-150～0mV，将所述缺氧池3末端的硝酸盐浓度预设值设为1～1.5mgN/L；若通过所述硝酸盐在线监测仪16测定所述缺氧池3末端的硝酸盐浓度值高于硝酸盐浓度预设值，则控制第一硝化液回流泵减少所述第一硝化液回流管路8的回流比若通过所述硝酸盐在线监测仪16所述缺氧池3末端的硝酸盐浓度值低于硝酸盐浓度预设值，则控制第一硝化液回流泵提高所述第一硝化液回流管路8的回流比；
(三)该主控装置通过所述混合池4中设置的第一溶解氧在线监测仪14、所述好氧池5中的第二溶解氧在线监测仪15和该好氧池5末端的氨氮在线监测仪17反馈的信号分别对所述混合池4和好氧池5进行精确曝气，具体为：
将所述混合池4中的溶解氧上限值设为0.5mg/L；
将所述好氧池5末端的氨氮浓度的预设值设为1.0±0.05mgN/L，所述好氧池5中溶解氧的值设定为1.0～1.5mg/L；
(31)若通过所述混合池4中的第一溶解氧在线监测仪14测定溶解氧达到0.5mg/L后，且通过所述好氧池5末端的氨氮在线监测仪17测定氨氮浓度值仍高于1.0±0.05mgN/L时，则控制第二硝化液回流泵减小第二硝化液回流管路9的回流比增加所述好氧池5的实际水力停留时间；
(32)若通过所述好氧池5末端的氨氮在线监测仪17测定氨氮浓度值高于氨氮浓度预设值，则增大第二鼓风机控制阀23和第三鼓风机控制阀24的开度，提升所述好氧池5的曝气量；若通过所述好氧池5末端的氨氮在线监测仪17测定氨氮浓度值低于氨氮浓度预设值，则减小第二鼓风机控制阀23和第三鼓风机控制阀24的开度，降低所述好氧池5的曝气量；
(33)若提高曝气量使所述好氧池5内的溶解氧达到1.5mg/L后，而通过所述好氧池5末端的氨氮在线监测仪17测定氨氮浓度值仍高于1.0±0.05mgN/L时，则增大第一鼓风机控制阀22的开度，对所述混合池4进行曝气，通过所述混合池4中的硝化过程降低出水氨氮浓度。
上述系统还包括：静沉池18和磷沉淀池19，所述静沉池18设置在所述厌氧池1内末端；所述磷沉淀池19设置于所述厌氧池1的外部，与所述静沉池18连接。通过设置静沉池18和磷沉淀池19配合，能进一步实现磷回收。
本发明的系统及方法是一种基于反硝化除磷的PNBC(Phosphorus-Nitrogen-Biologisch-Chemische)连续流工艺，通过设置接触池和混合池，使工况调控更加灵活，实现了同步脱氮除磷的反硝化除磷技术能很好的应用于UCT工艺进行城市污水处理，解决脱氮过程和除磷过程中存在的矛盾和竞争，强化脱氮除磷效果。
本发明实施例还提供一种基于反硝化除磷工艺处理城市污水的方法，采用上述的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统(参见图1)，包括以下步骤：
步骤1)经预处理后的城市污水和经混合液回流管路7回流的缺氧池3末端的混合液共同进入厌氧池1进行厌氧释磷，在所述厌氧池1内经反硝化聚磷菌分解体内多聚磷酸盐和糖原，并吸收进水中的有机物以聚羟基脂肪酸酯的形式储存在细胞内，完成磷酸盐的释放；
步骤2)所述厌氧池1的出水和经污泥回流管路10回流的污泥共同进入接触池2，在接触池2中均匀混合；
步骤3)所述接触池2的出水和经第一硝化液回流管路8回流的好氧池5末端硝化液共同进入到缺氧池3中，在缺氧条件下，通过反硝化除磷过程完成氮和磷的同步去除；
步骤4)经所述缺氧池3处理后的出水进入混合池4，同时所述好氧池5末端硝化液经第二硝化液回流管路9也进入混合池4，维持缺氧环境进行同步硝化反硝化脱氮过程降低出水TN；
步骤5)所述混合池4的出水进入所述好氧池5，在所述好氧池5中进行硝化反应，所述好氧池5控制DO为1～1.5mg/L，硝化菌利用水中的氧气为电子受体，将污水中的氧化为
步骤6)所述好氧池5末端出水进入二沉池6沉淀进行泥水分离，经沉淀分离后的上清液经经所述二沉池6的溢流排水口溢流排出系统，沉淀分离所产生的污泥部分通过污泥回流管路回流至所述接触池2，剩余的污泥11经所述二沉池6的活性污泥排出口排出系统。
上述方法还包括：通过设置的在线监测设备对所述系统进行自动控制，控制方式如下：
(一)所述在线监测设备的主控装置通过所述厌氧池1前端设置的第一氧化还原电位在线监测仪和所述缺氧池3末端设置的硝酸盐在线监测仪16反馈的信号，调整第一混合液回流管路7的回流比维持所述厌氧池1的厌氧环境，具体为：将所述厌氧池1中的第一氧化还原电位在线监测仪12的预设值设为-450～-300mV，将所述缺氧池3末端的硝酸盐浓度预设值设为1～1.5mgN/L；若通过所述缺氧池3末端的硝酸盐在线监测仪16测定硝酸盐浓度值高于所述缺氧池末端的预设值，则控制混合液回流泵增大回流比；若测定硝酸盐浓度值低于所述缺氧池末端的预设值，则控制混合液回流泵减小回流比；
(二)所述在线监测设备的主控装置通过所述缺氧池3中部的第二氧化还原电位在线监测仪13和末端的硝酸盐在线监测仪16反馈的信号调节第一硝化液回流管路8的回流比，具体为：预设所述缺氧池3中保障缺氧环境的氧化还原电位值为-150～0mV，将所述缺氧池3末端的硝酸盐浓度预设值设为1～1.5mgN/L；若通过所述硝酸盐在线监测仪16测定所述缺氧池3末端的硝酸盐浓度值高于硝酸盐浓度预设值，则控制第一硝化液回流泵减少所述第一硝化液回流管路8的回流比若通过所述硝酸盐在线监测仪16所述缺氧池3末端的硝酸盐浓度值低于硝酸盐浓度预设值，则控制第一硝化液回流泵提高所述第一硝化液回流管路8的回流比；
(三)所述在线监测设备的主控装置通过所述混合池4中设置的第一溶解氧在线监测仪14、所述好氧池5中的第二溶解氧在线监测仪15和该好氧池5末端的氨氮在线监测仪17反馈的信号分别对所述混合池4和好氧池5进行精确曝气，具体为：
将所述混合池4中的溶解氧上限值设为0.5mg/L；
将所述好氧池5末端的氨氮浓度的预设值设为1.0±0.05mgN/L，所述好氧池5中溶解氧的值设定为1.0～1.5mg/L；
(31)若通过所述混合池4中的第一溶解氧在线监测仪14测定溶解氧达到0.5mg/L后，且通过所述好氧池5末端的氨氮在线监测仪17测定氨氮浓度值仍高于1.0±0.05mgN/L时，则控制第二硝化液回流泵减小第二硝化液回流管路9的回流比增加所述好氧池5的实际水力停留时间；
(32)若通过所述好氧池5末端的氨氮在线监测仪17测定氨氮浓度值高于氨氮浓度预设值，则增大第二鼓风机控制阀23和第三鼓风机控制阀24的开度，提升所述好氧池5的曝气量；若通过所述好氧池5末端的氨氮在线监测仪17测定氨氮浓度值低于氨氮浓度预设值，则减小第二鼓风机控制阀23和第三鼓风机控制阀24的开度，降低所述好氧池5的曝气量；
(33)若提高曝气量使所述好氧池5内的溶解氧达到1.5mg/L后，而通过所述好氧池5末端的氨氮在线监测仪17测定氨氮浓度值仍高于1.0±0.05mgN/L时，则增大第一鼓风机控制阀22的开度，对所述混合池4进行曝气，通过所述混合池4中的硝化过程降低出水氨氮浓度。
上述方法的步骤1)还包括：在所述厌氧池1内经厌氧释磷后的富磷混合液进入到该厌氧池1末端设置的静沉池18，在重力作用下进行泥水分离，将所述静沉池18中上清液抽取至所述磷沉淀池19，通过所述磷沉淀池19中投加镁盐或钙盐并配合调控pH值形成鸟粪石或磷酸钙沉淀实现磷回收。优选的，从所述静沉池(18)抽取至所述磷沉淀池(19)的上清液占进水流量的10％。
下面对本发明实施例具体作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供一种基于反硝化除磷工艺(是一种基于反硝化除磷的PNBC(Phosphorus-Nitrogen-Biologisch-Chemische)连续流工艺系统)处理城市污水的系统，该PNBC工艺系统主体由5个反应池构成，依次为厌氧池1、接触池2、缺氧池3、混合池4和好氧池5，该PNBC工艺系统由于在厌氧池1、缺氧池3和好氧池5之间分别设置了接触池2和混合池4，使工艺调控更加灵活。该系统处理时，经预处理的城市污水依次经过厌氧池1、接触池2、缺氧池3、混合池4、好氧池5和二沉池6，最终由二沉池6溢流排水。该系统设有三条混合液回流管路实现反应池之间的联系，分别是混合液回流管路7：将缺氧池3末端混合液回流至厌氧池1前端；第一硝化液回流管路8：将好氧池5末端混合液回流至缺氧池3前端；第二硝化液回流管路9：将好氧池5末端混合液回流至混合池4前端。设有一条污泥回流管路10，将二沉池6中的部分活性污泥从二沉池6回流到接触池2前端，其余活性污泥以剩余污泥11的形式排出系统，以维持系统稳定的污泥浓度。PNBC工艺的应用不受池型限制，对于传统A/A/O及其变形工艺(倒置A/A/O、UCT、MUCT等)、氧化沟工艺(帕斯韦尔(Pasveer)氧化沟、卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟、奥贝尔(Orbal)氧化沟等)均满足工艺改造需求，因此对于现有污水处理厂工艺的升级改造非常方便。上述的PNBC工艺系统可以建于传统推流式反应池(其平面布置结构参见图2)和同轴圆环式反应池(其平面布置结构参见图3)。
为了保障泥水混合均匀状态，在各反应池中安装有搅拌器20，具体搅拌器数量根据池容和池型确定，搅拌器的结构如图4和图5所示。在混合池4和好氧池5中均设有曝气设备，为系统提供所需的溶解氧DO。同时，混合池4中的DO通过第一鼓风机控制阀门22调节，好氧池5中的DO由第二鼓风机控制阀门23和第三鼓风机控制阀门24调节。为了进一步实现磷回收，在厌氧池1末端设一个静沉池18，富磷混合液在静沉池18中进行泥水分离，上清液被抽取到磷沉淀池19中用于合成鸟粪石或磷酸钙以进行磷回收。
本发明的系统可通过在线监测设备实现自动控制，该在线监测设备设有一个主控装置，并共配备有2个氧化还原电位(ORP)在线监测仪，2个DO在线监测仪，1个硝酸盐在线监测仪和1个氨氮在线监测仪。厌氧池(1)前端设有第一氧化还原电位在线监测仪(12)；缺氧池(3)中端设有第二氧化还原电位在线监测仪(13)，末端设有硝酸盐在线监测仪(16)；混合池(4)设有DO在线监测仪；好氧池(5)池中设有DO在线监测仪(15)，末端设有氨氮在线监测仪(17)。在线监测仪表的具体位置如附图2或图3中所示。
采用上述系统的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的方法，包括以下步骤：
步骤1)经预处理后的城市污水和混合液回流管路7回流的缺氧池(3)末端混合液共同进入厌氧池1进行厌氧释磷，在厌氧池1内反硝化聚磷菌(DPAOs)分解体内多聚磷酸盐(poly-P)和糖原，并吸收进水中的有机物以聚羟基脂肪酸酯(PHA)的形式储存在细胞内，以完成磷酸盐的释放；进一步的，该步骤1)还包括：为了实现磷回收，在厌氧池1末端设置有静沉池18，经厌氧释磷后的富磷混合液进入到静沉池18在重力作用下进行泥水分离，将静沉池18中上清液抽取至磷沉淀池19，被抽取的上清液约占进水流量的10％左右。向磷沉淀池19中投加适量镁盐或钙盐及调控pH值形成鸟粪石或磷酸钙沉淀以实现磷回收。通过进行化学沉淀不仅得到了磷资源的回收，同时使生物除磷与化学除磷相结合，保证良好的磷去除效率；
步骤2)厌氧池1的出水和经污泥回流管路10回流的污泥共同进入接触池2，在接触池2中均匀混合；设置接触池2能避免回流污泥中携带的和O2对于厌氧池1中厌氧环境的破坏，保证厌氧池1的厌氧状态；若污泥回流至厌氧区1，反硝化菌将会跟DPAOs竞争原水中的有机物，影响释磷效果；接触池2位于厌氧池1和缺氧池3之间，同时可起到一个选择池的作用，活性污泥快速吸附厌氧池1出水中残余的溶解性有机物，未给丝状菌的生长创造机会，因此可有效防止污泥膨胀；同时，在不充氧的接触池2中，反硝化菌可以利用有机物将回流污泥中的微量进一步还原为氮气(N2)，提高总氮去除率；
步骤3)接触池2的出水以及第二硝化液回流管路8回流的好氧池(5)末端硝化液进入到缺氧池3中，在缺氧条件下，DPAOs以通过第二硝化液回流管路8回流的硝化液进入缺氧池3的为电子受体，分解体内的PHA产生能量，过量的吸收水中的并在体内合成poly-P，同时合成糖原并将还原为N2。通过反硝化除磷过程完成氮和磷的同步去除；此过程“一碳两用”，大大节省了处理碳源不足城市污水时所产生的外加碳源药耗。缺氧池3通过反硝化过程可为厌氧池1提供不含的回流混合液，故缺氧池设置了混合液回流管路7，即将缺氧池3末端污泥回流至厌氧池1前端，以保障厌氧池1的污泥浓度，提高厌氧池1的释磷效果；
步骤4)城市污水经缺氧池3处理后进入混合池4，同时好氧池5的末端混合液经第二硝化液回流管路9回流也进入混合池4，通过设置混合池4，能使脱氮和调控系统稳定运行：①混合池4正常情况下不充氧，通过好氧池5回流硝化液维持一个缺氧环境，进行同步硝化反硝化脱氮过程以降低出水TN；②混合池4的设置可使工艺根据好氧池5的出水效果进行工艺调控；当进水负荷较高时，可提高混合池4的曝气供给，DO控制在0.5mg/L以下；当进水负荷较低时，可降低混合池4的曝气；混合池4的增设提高了工艺的整体稳定性，进一步保证了出水的良好效果；
步骤5)混合池4的出水进入到好氧池5，在好氧池中主要进行硝化反应，控制池中DO在1～1.5mg/L之间。硝化菌利用水中的氧气为电子受体，将污水中的氧化为
步骤6)好氧池5末端出水进入二沉池6进行泥水分离。经沉淀分离后的上清液经溢流排出系统。沉淀分离所产生的污泥部分通过污泥回流管路10回流至接触池2，以保证整体工艺的污泥浓度，污泥回流比根据反应器中污泥浓度的变化及运行情况进行相应调整。其它沉淀污泥以剩余污泥11的形式排出系统，以达到控制系统稳定的污泥浓度和排出富含 污泥的目的。
上述方法中，在线监测设备进行自动控制的方式如下：
(1)厌氧池1通过前端的第一氧化还原电位在线监测仪12和缺氧池3末端的硝酸盐在线监测仪(16)调整混合液回流管路7的回流比以维持厌氧池1的厌氧环境。厌氧池1中第一氧化还原电位在线监测仪12的预设值为-450～-300mV，缺氧池3末端的浓度预设值为1～1.5mgN/L；测定值高于预设定缺氧池末端值，增大回流比；测定值低于预设定缺氧池末端值，减小回流比。
(2)缺氧池3由第二氧化还原电位在线监测仪13和末端的硝酸盐在线监测仪16进行反馈调节第一硝化液回流管路8的回流比；缺氧池3中由ORP值(氧化还原电位)在-150～0mV以保障缺氧环境，末端的(硝酸盐)浓度预设值为1～1.5mgN/L。当测定浓度值高于预设定缺氧池末端值，减少第一硝化液回流管路8回流流量；测定值低于预设定缺氧池末端值，提高第一硝化液回流管路8回流比。
(3)混合池(4)和好氧池5的调控主要通过混合池4和好氧池5中的第一溶解氧在线监测仪14和第二溶解氧在线监测仪15以及好氧池5末端的氨氮在线监测仪17实现精确曝气。好氧池5末端的浓度的预设值为1.0±0.05mgN/L，好氧池5中第二溶解氧在线监测仪15的设定范围是1.0～1.5mg/L，混合池4中第二溶解氧在线监测仪15设定上限为0.5mg/L。
①当(氨氮)测定值高于预设定值，增大第二鼓风机控制阀23和第三鼓风机控制阀24的开度，提高好氧池5曝气量；测定值低于预设定值，减小第二鼓风机控制阀23和第四鼓风机控制阀24的开度，降低好氧池5曝气量。
②当提高好氧池5曝气量使DO达到1.5mg/L后，好氧池5末端浓度仍高于1.0±0.05mgN/L时，增大第一鼓风机控制阀22的开度，使混合池4开始曝气，通过混合池4中的硝化过程可降低出水浓度。
③当混合池(4)中DO达到0.5mg/L后，好氧池5末端浓度仍高于1.0±0.05mgN/L时，减小第二硝化液回流管路9的回流比以增加好氧池5的实际水力停留时间。
实施例：
本实施例提供一种基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统(即PNBC中试系统)的进水流量是24m3/d，总体积为30m3，生物池(厌氧池、接触池、缺氧池、混合池和好氧池)有效容积为20m3。其中，厌氧池、接触池、缺氧池、混合池和好氧池的体积比为9：1：6：12：12；该系统的处理方法如下：
步骤1)经预处理的城市污水(24m3/d)和混合液回流管路7中回流的缺氧池3末端混合液进入到厌氧池1中，DPAOs利用水中的有机物进行厌氧释磷。混合液回流管路7混合液回流比为100％，厌氧池1水力停留时间为4.5h；
步骤2)厌氧池1富含的出水和污泥回流10所提供的回流污泥共同进入到接触池2，其中，污泥回流(10)的回流比为110～120％，接触池2水力停留时间为0.5h；
步骤3)接触池2出水进入缺氧池3，同时进入缺氧池3的还有第一硝化液回流管路8中的好氧池5末端硝化液；DPAOs利用硝化液回流中的和接触池2出水中的进行反硝化除磷。第一硝化液回流管路8回流比为100～150％，缺氧池3水力停留时间为3.0h；
步骤4)经缺氧池3后的污水依次进入到混合池4和好氧池5，两池中配置有曝气设备，其中混合池4的DO可根据负荷大小调节，并设定当混合池4曝气时，其DO应控制在0.5mg/L以内，好氧池5的DO设定范围为1～2mg/L；混合池4水力停留时间为6.0h，好氧池5的水力停留时间为6.0h。混合池4和好氧池5之间通过第二硝化液回流管路9加强联系，即好氧池5末端混合液回流至混合池4前端，回流比为250～300％；
步骤5)好氧池5出水进入二沉池6进行泥水分离。混合液泥水分离后的上清液经二沉池6溢流排出系统。沉淀污泥部分经污泥回流管路10回流至接触池2，污泥回流比为110～120％；其它污泥以剩余污泥11的形式排出系统，工艺污泥龄控制为30d。
上述系统处理的进水水质如下表所示：
经本发明系统运行处理后的出水水质可稳定为COD：19.5±1.2mg/L，0.1±0.05mg/L，TN：7.0±3.0mg/L，TP：0.15±0.05mg/L。并且缺氧池中反硝化除磷可占生物除磷比例高达80～95％。
本发明的系统及方法具有以下有益效果：
(1)采用反硝化除磷技术进行生物脱氮除磷，强化脱氮除磷效果，“一碳两用”，节省药耗；
(2)通过ORP、DO、氨氮和硝态氮在线监测仪实现反馈调节，过程控制方便精准；
(3)可维持系统较低并且稳定的SVI，工艺运行稳定性强；
(4)与传统工艺相比污泥产量较低，从而减少了剩余污泥处理费用；
(5)在传统UCT工艺基础上增设接触池和混合池，工况灵活调控，抗冲击负荷能力强；
(6)工艺形式灵活，方便污水处理厂现有工艺的改造；
(7)可使用预制混凝土建造成一体化城市污水处理设备，便于小规模污水的集中处理；
(8)获得富含磷的污泥，使磷的循环利用成为可能。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统，其特征在于，包括：
厌氧池(1)、接触池(2)、缺氧池(3)、混合池(4)、好氧池(5)、二沉池(6)、混合液回流泵、第一硝化液回流泵、第二硝化液回流泵、污泥回流泵和第一曝气设备和第二曝气设备；其中，
所述厌氧池(1)设有进水口和出水口，所述出水口与所述接触池(2)、缺氧池(3)、混合池(4)、好氧池(5)和二沉池(6)顺次连接；
所述缺氧池(3)末端通过混合液回流管路(7)和混合液回流泵回连至所述厌氧池(1)前端；
所述好氧池(5)末端通过第一硝化液回流管路(8)和第一硝化液回流泵回连至所述缺氧池(3)前端；
所述好氧池(5)末端通过第二硝化液回流管路(9)和第二硝化液回流泵回连至所述混合池(3)前端；
所述二沉池(6)的活性污泥排出口经污泥回连管路和污泥回流泵回连至所述接触池(2)前端；
所述混合池(4)内设有第一曝气设备；
所述好氧池(5)内设有第二曝气设备；
所述二沉池(6)设有活性污泥排出口和溢流排水口。
2.根据权利要求1所述的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统，其特征在于，所述厌氧池(1)、接触池(2)、缺氧池(3)、混合池(4)、好氧池(5)和静沉池(18)集成设置于一体化结构的推流式反应器或同轴圆环式反应器内，所述二沉池(6)和磷沉淀池(19)分别设置于所述推流式反应器或同轴圆环式反应器外部。
3.根据权利要求1所述的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统，其特征在于，所述厌氧池(1)、接触池(2)、缺氧池(3)、混合池(4)和好氧池(5)内均设有搅拌器。
4.根据权利要求3所述的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统，其特征在于，所述搅拌器包括：滑道式支架、电机和搅拌叶；其中，
所述滑道式支架上设有竖直的滑道；
所述电机设在所述滑道式支架的滑道内，能调整在所述滑道上的位置；
所述电机的旋转轴上设置搅拌叶，所述电机的电气端与供电设备电气连接。
5.根据权利要求3所述的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统，其特征在于，所述混合池(4)内的第一曝气设备由设在所述混合池(4)内的第一曝气器组件经第一管路和第一鼓风机控制阀门与外部的鼓风机连接；
所述好氧池(5)内的第二曝气设备包括第二曝气器组件和第三曝气器组件，所述第二曝气器组件经第二管路和第二鼓风机控制阀门与外部的鼓风机连接，第三曝气器组件经第三管路和第三鼓风机控制阀门与外部的鼓风机连接。
6.根据权利要求1至5任一项所述的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统，其特征在于，还包括：在线监测设备，包括：主控装置、两个氧化还原电位在线监测仪、两个溶解氧在线监测仪、一个硝酸盐在线监测仪和一个氨氮在线监测仪；其中，两个氧化还原电位在线监测仪中的第一还原电位在线监测仪设在所述厌氧池(1)内前端，第二还原电位在线监测仪设在所述缺氧池(3)内中部；所述硝酸盐在线监测仪设在缺氧池(3)内末端；所述两个溶解氧在线监测仪中的第一溶解氧在线监测仪设在所述混合池(4)内，第二溶解氧在线监测仪设在所述好氧池(5)内；所述氨氮在线监测仪设在所述好氧池(5)内末端；
所述主控装置，分别与所述两个氧化还原电位在线监测仪、两个溶解氧在线监测仪、一个硝酸盐在线监测仪和一个氨氮在线监测仪通信连接，并分别与混合液回流泵、第一硝化液回流泵、第二硝化液回流泵、污泥回流泵和第一曝气设备和第二曝气设备电气连接，能按以下方式对反应条件进行控制，包括：
(一)该主控装置通过所述厌氧池(1)前端设置的第一氧化还原电位在线监测仪和所述缺氧池(3)末端设置的硝酸盐在线监测仪(16)反馈的信号，调整第一混合液回流管路(7)的回流比维持所述厌氧池(1)的厌氧环境，具体为：将所述厌氧池(1)中的第一氧化还原电位在线监测仪(12)的预设值设为-450～-300mV，将所述缺氧池(3)末端的硝酸盐浓度预设值设为1～1.5mgN/L；若通过所述缺氧池(3)末端的硝酸盐在线监测仪(16)测定硝酸盐浓度值高于所述缺氧池末端的预设值，则控制混合液回流泵增大回流比；若测定硝酸盐浓度值低于所述缺氧池末端的预设值，则控制混合液回流泵减小回流比；
(二)该主控装置通过所述缺氧池(3)中部的第二氧化还原电位在线监测仪(13)和末端的硝酸盐在线监测仪(16)反馈的信号调节第一硝化液回流管路(8)的回流比，具体为：预设所述缺氧池(3)中保障缺氧环境的氧化还原电位值为-150～0mV，将所述缺氧池(3)末端的硝酸盐浓度预设值设为1～1.5mgN/L；若通过所述硝酸盐在线监测仪(16)测定所述缺氧池(3)末端的硝酸盐浓度值高于硝酸盐浓度预设值，则控制第一硝化液回流泵减少所述第一硝化液回流管路(8)的回流比若通过所述硝酸盐在线监测仪(16)所述缺氧池(3)末端的硝酸盐浓度值低于硝酸盐浓度预设值，则控制第一硝化液回流泵提高所述第一硝化液回流管路(8)的回流比；
(三)该主控装置通过所述混合池(4)中设置的第一溶解氧在线监测仪(14)、所述好氧池(5)中的第二溶解氧在线监测仪(15)和该好氧池(5)末端的氨氮在线监测仪(17)反馈的信号分别对所述混合池(4)和好氧池(5)进行精确曝气，具体为：
将所述混合池(4)中的溶解氧上限值设为0.5mg/L；
将所述好氧池(5)末端的氨氮浓度的预设值设为1.0±0.05mgN/L，所述好氧池(5)中溶解氧的值设定为1.0～1.5mg/L；
(31)若通过所述混合池(4)中的第一溶解氧在线监测仪(14)测定溶解氧达到0.5mg/L后，且通过所述好氧池(5)末端的氨氮在线监测仪(17)测定氨氮浓度值仍高于1.0±0.05mgN/L时，则控制第二硝化液回流泵减小第二硝化液回流管路(9)的回流比增加所述好氧池(5)的实际水力停留时间；
(32)若通过所述好氧池(5)末端的氨氮在线监测仪(17)测定氨氮浓度值高于氨氮浓度预设值，则增大第二鼓风机控制阀(23)和第三鼓风机控制阀(24)的开度，提升所述好氧池(5)的曝气量；若通过所述好氧池(5)末端的氨氮在线监测仪(17)测定氨氮浓度值低于氨氮浓度预设值，则减小第二鼓风机控制阀(23)和第三鼓风机控制阀(24)的开度，降低所述好氧池(5)的曝气量；
(33)若提高曝气量使所述好氧池(5)内的溶解氧达到1.5mg/L后，而通过所述好氧池(5)末端的氨氮在线监测仪(17)测定氨氮浓度值仍高于1.0±0.05mgN/L时，则增大第一鼓风机控制阀(22)的开度，对所述混合池(4)进行曝气，通过所述混合池(4)中的硝化过程降低出水氨氮浓度。
7.根据权利要求1至5任一项所述的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统，其特征在于，还包括：静沉池(18)和磷沉淀池(19)，所述静沉池(18)设置在所述厌氧池(1)内末端；
所述磷沉淀池(19)设置于所述厌氧池(1)的外部，与所述静沉池(18)连接。
8.一种基于反硝化除磷工艺处理城市污水的方法，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的系统，包括以下步骤：
步骤1)经预处理后的城市污水和经混合液回流管路(7)回流的缺氧池(3)末端的混合液共同进入厌氧池(1)进行厌氧释磷，在所述厌氧池(1)内经反硝化聚磷菌分解体内多聚磷酸盐和糖原，并吸收进水中的有机物以聚羟基脂肪酸酯的形式储存在细胞内，完成磷酸盐的释放；
步骤2)所述厌氧池(1)的出水和经污泥回流管路(10)回流的污泥共同进入接触池(2)，在接触池(2)中均匀混合；
步骤3)所述接触池(2)的出水和经第一硝化液回流管路(8)回流的好氧池(5)末端硝化液共同进入到缺氧池(3)中，在缺氧条件下，通过反硝化除磷过程完成氮和磷的同步去除；
步骤4)经所述缺氧池(3)处理后的出水进入混合池(4)，同时所述好氧池(5)末端硝化液经第二硝化液回流管路(9)也进入混合池(4)，维持缺氧环境进行同步硝化反硝化脱氮过程降低出水TN；
步骤5)所述混合池(4)的出水进入所述好氧池(5)，在所述好氧池(5)中进行硝化反应，所述好氧池(5)控制DO为1～1.5mg/L，硝化菌利用水中的氧气为电子受体，将污水中的-N氧化为
步骤6)所述好氧池(5)末端出水进入二沉池(6)沉淀进行泥水分离，经沉淀分离后的上清液经经所述二沉池(6)的溢流排水口溢流排出系统，沉淀分离所产生的污泥部分通过污泥回流管路回流至所述接触池(2)，剩余的污泥(11)经所述二沉池(6)的活性污泥排出口排出系统。
9.根据权利要求8所述的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的方法，其特征在于，还包括：通过设置的在线监测设备对所述系统进行自动控制，控制方式如下：
(一)所述在线监测设备的主控装置通过所述厌氧池(1)前端设置的第一氧化还原电位在线监测仪和所述缺氧池(3)末端设置的硝酸盐在线监测仪(16)反馈的信号，调整第一混合液回流管路(7)的回流比维持所述厌氧池(1)的厌氧环境，具体为：将所述厌氧池(1)中的第一氧化还原电位在线监测仪(12)的预设值设为-450～-300mV，将所述缺氧池(3)末端的硝酸盐浓度预设值设为1～1.5mgN/L；若通过所述缺氧池(3)末端的硝酸盐在线监测仪(16)测定硝酸盐浓度值高于所述缺氧池末端的预设值，则控制混合液回流泵增大回流比；若测定硝酸盐浓度值低于所述缺氧池末端的预设值，则控制混合液回流泵减小回流比；
(二)所述在线监测设备的主控装置通过所述缺氧池(3)中部的第二氧化还原电位在线监测仪(13)和末端的硝酸盐在线监测仪(16)反馈的信号调节第一硝化液回流管路(8)的回流比，具体为：预设所述缺氧池(3)中保障缺氧环境的氧化还原电位值为-150～0mV，将所述缺氧池(3)末端的硝酸盐浓度预设值设为1～1.5mgN/L；若通过所述硝酸盐在线监测仪(16)测定所述缺氧池(3)末端的硝酸盐浓度值高于硝酸盐浓度预设值，则控制第一硝化液回流泵减少所述第一硝化液回流管路(8)的回流比若通过所述硝酸盐在线监测仪(16)所述缺氧池(3)末端的硝酸盐浓度值低于硝酸盐浓度预设值，则控制第一硝化液回流泵提高所述第一硝化液回流管路(8)的回流比；
(三)所述在线监测设备的主控装置通过所述混合池(4)中设置的第一溶解氧在线监测仪(14)、所述好氧池(5)中的第二溶解氧在线监测仪(15)和该好氧池(5)末端的氨氮在线监测仪(17)反馈的信号分别对所述混合池(4)和好氧池(5)进行精确曝气，具体为：
将所述混合池(4)中的溶解氧上限值设为0.5mg/L；
将所述好氧池(5)末端的氨氮浓度的预设值设为1.0±0.05mgN/L，所述好氧池(5)中溶解氧的值设定为1.0～1.5mg/L；
(31)若通过所述混合池(4)中的第一溶解氧在线监测仪(14)测定溶解氧达到0.5mg/L后，且通过所述好氧池(5)末端的氨氮在线监测仪(17)测定氨氮浓度值仍高于1.0±0.05mgN/L时，则控制第二硝化液回流泵减小第二硝化液回流管路(9)的回流比增加所述好氧池(5)的实际水力停留时间；
(32)若通过所述好氧池(5)末端的氨氮在线监测仪(17)测定氨氮浓度值高于氨氮浓度预设值，则增大第二鼓风机控制阀(23)和第三鼓风机控制阀(24)的开度，提升所述好氧池(5)的曝气量；若通过所述好氧池(5)末端的氨氮在线监测仪(17)测定氨氮浓度值低于氨氮浓度预设值，则减小第二鼓风机控制阀(23)和第三鼓风机控制阀(24)的开度，降低所述好氧池(5)的曝气量；
(33)若提高曝气量使所述好氧池(5)内的溶解氧达到1.5mg/L后，而通过所述好氧池(5)末端的氨氮在线监测仪(17)测定氨氮浓度值仍高于1.0±0.05mgN/L时，则增大第一鼓风机控制阀(22)的开度，对所述混合池(4)进行曝气，通过所述混合池(4)中的硝化过程降低出水氨氮浓度。
10.根据权利要求8或9所述的基于反硝化除磷工艺处理城市污水的方法，其特征在于，所述方法步骤1)还包括：在所述厌氧池(1)内经厌氧释磷后的富磷混合液进入到该厌氧池(1)末端设置的静沉池(18)，在重力作用下进行泥水分离，将所述静沉池(18)中上清液抽取至所述磷沉淀池(19)，通过所述磷沉淀池(19)中投加镁盐或钙盐并配合调控pH值形成鸟粪石或磷酸钙沉淀实现磷回收。
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