CN110902945A

CN110902945A - 一种一体化污水处理方法

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Publication number: CN110902945A
Application number: CN201911180123.7A
Authority: CN
Inventors: 刘锋; 李昂; 吴建华; 钱飞跃
Original assignee: Suzhou University of Science and Technology
Current assignee: Suzhou University of Science and Technology
Priority date: 2019-11-27
Filing date: 2019-11-27
Publication date: 2020-03-24
Anticipated expiration: 2039-11-27
Also published as: CN110902945B

Abstract

本发明涉及一种一体化污水处理方法，一体化污水处理方法采用一体化污水处理装置对待处理污水进行处理，一体化污水处理装置包括第一反应器模块、第二反应器模块、沉降模块以及气液分离模块，第一反应器模块包括第一反应器、缺氧反应区、好氧反应区、第一集气增压层、第一进水管、曝气装置；第二反应器模块包括第二反应器、第二进水管、厌氧反应区、第二集气增压层；沉降模块包括第三反应器、出水管；气液分离模块包括气液分离器、排气管、第一升流管、第二升流管、回流管。本发明可以稳定运行反硝化‑亚硝化‑厌氧氨氧化组合工艺，从而形成相对稳定的功能菌群且生物量大，从而有利于提高脱氮性能，减小装置容积，具有很强的水质适应性和耐冲击能力。

Description

一种一体化污水处理方法

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种一体化污水处理方法。

背景技术

当前，如何实现“能源自给、物质循环”已成为污水处理领域的重要发展方向。在众多的解决方案中，基于COD捕集和自养生物脱氮建立的新型A-B工艺被认为是极具实用性的技术路线。其中，A段主要是通过物理化学法或厌氧生物处理实现对污水中有机物的富集(回收)或转化(产甲烷)，B段则是使用以厌氧氨氧化为核心的自养生物脱氮技术，在低C/N比、低曝气能耗和低污泥产量的条件下有效去除水中的氮素污染物，为尾水资源化利用创造条件。

在大多数的工业废水和市政污水中，氮素污染物以氨氮或有机氮为主，因此，B段最常用的技术路线是亚硝化-厌氧氨氧化(PN/A)组合工艺，其反应方程式如下所示：

亚硝化反应(由好氧氨氧化菌完成)：NH₄ ⁺+1.38O₂+0.09HCO₃ ^-→0.98NO₂ ^-+0.018C₅H₇O₂N+1.04H₂O+1.89H⁺

厌氧氨氧化反应(由厌氧氨氧化菌完成)：NH₄ ⁺+1.32NO₂ ^-+0.066HCO₃ ^-+0.13H⁺→1.02N₂+0.26NO₃ ^-+0.066CH₂O_0.5N_0.15+2.03H₂O

PN/A总反应：NH₄ ⁺+0.79O₂+0.079HCO₃ ^-→0.434N₂+0.11NO₃ ^-+0.010C₅H₇O₂N+0.028CH₂O_0.5N_0.15+1.46H₂O+1.031H⁺

理论上，PN/A工艺每去除1mol氨氮会产生0.434mol的氮气和0.11mol的硝态氮，即最高总氮去除率在89％左右，为了满足日趋严格的总氮排放标准，对PN/A工艺出水进行反硝化处理，将有利于进一步提高系统的整体脱氮性能。由于出水中碳源十分匮乏，想要通过常规的异养反硝化过程去除这部分硝态氮，只能采取外加碳源等辅助方法，这在很大程度上增大了系统操作难度和出水COD超标风险。另一方面，当使用两个独立反应器来运行PN/A工艺时，亚硝化反应需要消耗大量碱度，而后端厌氧氨氧化反应产生的碱度无法得到利用时，就需要对好氧区外加碱度，以保持亚硝化反应的适宜条件。

如果在连续流污水处理系统中将反硝化前置并增设内循环系统，建立缺氧/好氧/厌氧(A/O/A)新工艺，就可以利用进水中的碳源和出水中的碱度，进一步削减系统出水的总氮含量，降低运行成本。要实现上述目标，就需要消除不同单元间的相互干扰，有机组合缺氧、好氧和厌氧反应单元，耦合反硝化、亚硝化和厌氧氨氧化功能，并做到运行工况的灵活调控。

现有的污水处理反应装置及其控制方法无法实现A/O/A工艺的运行，原因包括：(1)使用SBR等序批次反应器很难实现缺氧/好氧/厌氧条件的快速转换。另外，在如生物膜、絮状污泥或颗粒污泥等单一的污泥类型中，无法同时富集反硝化菌、好氧氨氧化菌和厌氧氨氧化菌等生境差异很大的功能菌，并保持其结构稳定；(2)如果采用多个连续流反应器水平串联的方式运行A/O/A工艺就必须设置多台水泵(有时还需要备用泵)，以满足硝化液回流和碱度内循环(或外加碱度)的要求。这明显增加了系统的复杂程度和投资运行成本，并抵消使用自养生物脱氮工艺的节能优势。从技术经济的角度看，该方法的实用价值很低；(3)当使用竖流式反应器(中国专利201410274333.3)时，借助曝气充氧的气提效应可以在不增设水泵的条件下实现好氧反应区的内循环，但因缺少缺氧和厌氧处理功能，无法用于运行A/O/A工艺。考虑到曝气尾气对缺/厌氧反应有很强的抑制作用，好氧区不能置在厌氧区前端(下部)。因此，现有的厌(缺)氧/好氧功能分区(中国专利CN200710021101.7、CN201810794077.9)无法实现自养生物脱氮功能。

总之，如何创新反应装置构型设计及其控制方法，最大程度地发挥A/O/A工艺高效低耗的优势，已成为生物脱氮处理技术创新的关键。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能充分发挥自养生物脱氮工艺优势，处理效率高且处理能耗低的一体化污水处理方法。

为解决以上技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种一体化污水处理方法，所述的一体化污水处理方法采用一体化污水处理装置对待处理污水进行处理；

所述的一体化污水处理装置包括第一反应器模块、下端与所述的第一反应器模块的上端相连通的第二反应器模块、下端与所述的第二反应器模块的上端相连通的沉降模块以及气液分离模块；

所述的第一反应器模块包括第一反应器、位于所述的第一反应器内的缺氧反应区、装填在所述的缺氧反应区内的反硝化生物填料、位于所述的第一反应器内且位于所述的缺氧反应区的上方的好氧反应区、装填在所述的好氧反应区内的亚硝化颗粒污泥、位于所述的第一反应器内且位于所述的好氧反应区的上方的第一集气增压层、与所述的第一反应器相连接且与所述的缺氧反应区相连通的第一进水管、设置在所述的好氧反应区的曝气装置；所述的亚硝化颗粒污泥的细菌群落结构为：好氧氨氧化菌占细菌总数的10～50％，亚硝酸氧化菌占细菌总数的百分比小于2％，其他为与所述的亚硝化颗粒污泥形成相关的共生异养菌；

所述的第二反应器模块包括与所述的第一反应器相连接的第二反应器、与所述的第二反应器的下部相连接的第二进水管、位于所述的第二反应器内的厌氧反应区、装填在所述的厌氧反应区内的厌氧氨氧化生物填料、位于所述的第二反应器内且位于所述的厌氧反应区的上方的第二集气增压层；所述的厌氧氨氧化生物填料的生物膜厚度为0.2～5mm，细菌群落结构为：厌氧氨氧化菌占细菌总数的5～40％，其他为与所述的生物膜形成相关的共生异养菌；

所述的沉降模块包括与所述的第二反应器相连接的第三反应器、与所述的第三反应器的上部相连接的出水管；

所述的气液分离模块包括气液分离器，与所述的气液分离器的上部相连通的排气管，两端分别与所述的气液分离器和所述的第一集气增压层相连通且依次穿过所述的沉降模块和所述的第二反应器模块的第一升流管，两端分别与所述的气液分离器和所述的第二集气增压层相连通且穿过所述的沉降模块的第二升流管，两端分别与所述的气液分离器的下部和所述的缺氧反应区相连通且依次穿过所述的沉降模块、所述的第二反应器模块、所述的第一集气增压层和所述的好氧反应区的回流管；

55％～65％的所述的待处理污水通过所述的第一进水管进入所述的缺氧反应区，35％～45％的所述的待处理污水通过所述的第二进水管进入所述的第二反应器的底部，控制所述的第一升流管、所述的第二升流管内气水混合液的流速独立地为2～10m/s，控制所述的第三反应器内的水力停留时间为0.5～1.5h，控制所述的回流管的流量为所述的第一进水管和所述的第二进水管总进水流量的1～8倍；控制所述的第一反应器的好氧反应区的出水的氨氮浓度不低于1mg/L，溶解氧浓度不高于所述的氨氮浓度的0.3倍，室温下的pH为7.0～7.6，游离亚硝酸浓度不低于0.01mg/L。

本发明中，本领域技术人员可以通过已知技术对进水流量、曝气强度、电池阀的开度等进行调节，从而使好氧反应区的出水的水质满足本发明的要求。

优选地，所述的第一反应器模块还包括设置在所述的缺氧反应区和所述的好氧反应区之间用于将所述的缺氧反应区和所述的好氧反应区隔开成独立腔室的隔板、设置在所述的隔板上用于将所述的缺氧反应区和所述的好氧反应区相连通的多个布水管，所述的曝气装置安装在所述的隔板的上方，所述的隔板与所述的第一反应器能够沿着上下方向相滑动连接，所述的第一反应器模块还包括能够将所述的隔板和所述的第一反应器相对固定的锁定机构，控制所述的布水管内的流速为1～3m/s。

进一步优选地，所述的隔板成锥形且顶角朝上，所述的顶角为100～120°。

进一步优选地，所述的布水管沿着所述的隔板的径向分成2～4层布置，且每层上均匀布置4～8根所述的布水管，所述的布水管的出水口朝向所述的第一反应器的内壁，所述的曝气装置包括设置在所述的第一反应器与所述的隔板的连接处的曝气环、与所述的曝气环相连接且伸出所述的第一反应器的进气管。

优选地，所述的缺氧反应区的容积为所述的第一反应器容积的10～30％；所述的第一集气增压层的高度为所述的第一反应器高度的0.2～0.4倍且不超过2.5m；所述的第二集气增压层的高度为所述的第二反应器高度的0.2～0.4倍且不超过2.5m。

优选地，所述的第一集气增压层包括位于两侧的第一集气区、分别与所述的两侧的第一集气区相连接的第一渠道，所述的第一渠道包括分别位于两侧且形成有多个开口的第一穿孔板、分别与所述的两个第一穿孔板的上端相连接的第一盖板，所述的第一盖板上开设有供所述的第一升流管穿过的第一孔、供所述的回流管穿过的第二孔；所述的第一集气区包括两端部分别与所述的第一穿孔板和所述的第一反应器的内壁相连接的多个第一集气罩，所述的多个第一集气罩沿着上下方向分成错开分布的3～6层，且每层上间隔布置多个所述的第一集气罩；

所述的第二集气增压层包括位于两侧的第二集气区、分别与所述的两侧的第二集气区相连接的第二渠道，所述的第二渠道包括分别位于两侧且形成有多个开口的第二穿孔板、分别与所述的两个第二穿孔板的上端相连接的第二盖板，所述的第二盖板上开设有供所述的第一升流管穿过的第三孔、供所述的第二升流管穿过的第四孔、供所述的回流管穿过的第五孔；所述的第二集气区包括两端部分别与所述的第二穿孔板和所述的第二反应器的内壁相连接的多个第二集气罩，所述的多个第二集气罩沿着上下方向分成错开分布的3～6层，且每层上间隔布置多个所述的第二集气罩。

进一步优选地，所述的第一渠道的宽度为所述的第一集气增压层直径的0.1～0.2倍，所述的第二渠道的宽度为所述的第二集气增压层直径的0.1～0.2倍。

优选地，所述的第二反应器模块包括设置在所述的第二反应器内且位于所述的第二进水管的上方的支撑板、设置在所述的第二反应器内且位于所述的第二集气增压层下方的网罩，所述的支撑板和所述的网罩之间形成所述的厌氧反应区，所述的支撑板上开设有供所述的第一升流管穿过的第六孔、供所述的回流管穿过的第七孔、以及多个布水孔。

优选地，所述的亚硝化颗粒污泥呈球状，粒径为0.3～2mm。

优选地，所述的厌氧氨氧化生物填料的装填容积为所述的第二反应器容积的70％～80％，所述的厌氧氨氧化生物填料为斜悬式多孔悬浮填料(MBBR填料)。

优选地，所述的第一反应器和所述的第二反应器的高径比为1～3:1。

优选地，所述的好氧反应区内设置有DO、pH和温度在线监测探头。

优选地，所述的第一升流管和所述的第二升流管分别包括沿上下方向延伸的第一管段、以及自所述的第一管段向着所述的气液分离器朝上延伸的第二管段，所述的第二管段与水平面的夹角为3°～5°。

优选地，所述的气液分离模块还包括分别设置在所述的第一升流管和所述的第二升流管上且位于所述的沉降模块的上方的电磁阀、设置在所述的回流管上的流量计。

优选地，所述的第一升流管和所述的第二升流管的管径独立地为所述的第一反应器直径的0.01～0.05倍，所述的第一反应器、所述的第二反应器、所述的第三反应器的直径相同，所述的回流管的管径为所述的第一升流管管径的1.2～2倍。

本发明中，所述待处理污水的易生物降解有机物/氨氮浓度比值<2:1，所述的氨氮浓度为总氮浓度的90％及以上。

进一步地，该待处理污水是氮素污染物以氨氮占主导、易生物降解有机物/氨氮浓度比值(BCOD/NH₄ ⁺-N)<2:1的厌氧生化反应器预处理出水。

本发明中FNA计算公式如下：

其中，NO₂ ^--N为亚硝态氮浓度，mg/L；T为温度，℃；pH为溶液pH。

由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明通过对装置整体结构的改进，避免了好氧反应区曝气对上部厌氧反应区的负面影响，实现了反硝化、亚硝化和厌氧氨氧化功能的耦合。

本发明充分利用曝气尾气和反应产气作为溶液内循环动力，内回流比可达8～10倍，能耗远优于传统A/O工艺的泵回流。另外，本发明借助内循环，将反硝化前置，不仅可以削减进水中易生物降解有机物，防止异养菌在好氧反应区的滋生，而且能有效削减出水中硝态氮的浓度。此外，内循环使厌/缺氧反应区产生的碱度得到充分利用，有利于维持亚硝化反应的最佳条件和减少外加化学品。

本发明采用竖流式设计，使得占地面积远小于水平流系统，装置通过模块化设计，有利于量产降低造价，装置的动力设备外置，内部无任何运动机械，日常维护简单方便。

本发明通过装置结构及方法的控制，可以稳定运行反硝化-亚硝化-厌氧氨氧化组合工艺，从而可以形成相对稳定的功能菌群且生物量大，从而有利于提高脱氮性能，减小装置容积，具有很强的水质适应性和耐冲击能力。

附图说明

图1是具体实施方式的一体化污水处理装置的结构示意图；

图2是具体实施方式的气液分离模块的局部结构示意图；

图3是具体实施方式的气液分离模块的俯视图；

图4是具体实施方式的第一集气增压层的俯视图；

图5是具体实施方式的穿孔板的主视图；

图6是实施例1的隔板、布水管以及曝气环的俯视图；

图7是实施例2的隔板、布水管以及曝气环的俯视图；

图8是具体实施方式的支撑板、厌氧氨氧化生物填料以及网罩的主视图；

图9是具体实施方式的支撑板的俯视图；

其中，11、第一反应器；12、第一进水管；13、隔板；131、通孔；14、缺氧反应区；15、好氧反应区；16、布水管；17、曝气环；18、进气管；191、第一穿孔板；192、第一盖板；193、第一孔；194、第二孔；195、第一集气罩；21、第二反应器；22、第二进水管；23、支撑板；24、网罩；25、第二集气增压层；26、厌氧反应区；261、厌氧氨氧化生物填料；27、第六孔；28、第七孔；29、布水孔；31、第三反应器；32、集水管；33、出水管；41、气液分离器；42、第一升流管；43、第二升流管；44、电磁阀；45、排气管；46、回流管；47、流量计。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明并不限于以下实施例。实施例中未注明具体的实验方法时，遵照国家标准方法和条件进行。

实施例1

本实施例采用的处理装置的具体参数设置如下：

待处理水：某垃圾填埋场渗滤液经2级升流式厌氧污泥床(UASB)反应器处理出水，BCOD浓度在330～480mg/L，氨氮浓度在400～500mg/L，氨氮占到总氮浓度的95％以上，处理规模约800m³/d。

如图1所示，一体化处理装置：由2个反应器模块(第一反应器模块和第二反应器模块)、1个沉降模块与1个气液分离模块叠加组合，其中第一反应器模块包括第一反应器11，第二反应器模块包括第二反应器21，沉降模块包括第三反应器31，第一反应器11、第二反应器21和第三反应器31自下而上依次层叠连接形成截面直径6m、高约18m的圆柱。

第一反应器模块：

第一反应器11的截面直径6m，高8m，第一进水管12连接在第一反应器11的底部且为出水口朝下的弯管，60％的待处理水自第一进水管12通入且在第一反应器11内的水力停留时间约11.3h(以60％进水流量计算)。

如图1和图6所示，第一反应器11内设置有隔板13，该隔板13位于第一进水管12的上方且将第一反应器11分隔成下部的缺氧反应区14以及上部的好氧反应区15。隔板13与第一反应器11的内壁相滑动连接从而可以通过调节隔板13的高度来调整缺氧反应区14的容积大小，隔板13和第一反应器11之间设置有能够将两者的相对位置锁定的锁定机构，并且，隔板13和第一反应器11的内壁之间相对密封，从而使得缺氧反应区14的出水无法通过隔板13和第一反应器11的连接处渗透至好氧反应区15，其中锁定机构不是本发明保护的重点，只要能够实现将两者的位置将对锁定的锁定机构均可。隔板13呈顶角朝上的圆锥形且顶角为120°。

隔板13上设置有15根布水管16，该15根布水管16分3层布置，每层有5根，该些布水管16的管径为50mm，管内流速约1.5～2.1m/s；布水管16的出水口朝向第一反应器11的内壁。

曝气装置包括设置在第一反应器11与隔板13的连接处的上方的曝气环17、与曝气环17相连接且伸出第一反应器11的进气管18。

隔板13的中心设置有供回流管46穿过的通孔131，第一进水管12位于回流管46的下方。

缺氧反应区14容积约为第一反应器11容积的25％，内部填充球状悬浮填料用作反硝化生物填料。

好氧反应区15装填亚硝化颗粒污泥，亚硝化颗粒污泥浓度在6000～7000mg/L，粒径在0.5～1.6mm，细菌群落结构为好氧氨氧化菌(Nitrosomonas属)约占37％，亚硝酸氧化菌(Nitrolancea属)约占1.3％，与颗粒污泥形成相关的共生异养菌(以Flavobacteriia、Sphingobacteria和Bacteroidetes为主)约占61.7％。

如图1、4和5所示，第一集气增压层的高度约2m，其包括位于两侧且对称设置的第一集气区、分别与两侧的第一集气区相连接的第一渠道。第一渠道长约6m，宽度为1.2m，第一渠道包括分别位于两侧且形成有多个开口的第一穿孔板191、分别与两个第一穿孔板191的上端相连接的第一盖板192，从而使得第一渠道上方密封，下方开口，第一盖板192上开设有供第一升流管42穿过的第一孔193、供回流管46穿过的第二孔194；第一集气区包括两端部分别与第一穿孔板191和第一反应器11的内壁相连接的多个第一集气罩195，多个第一集气罩195沿着上下方向分成错开分布的4层，且每层上间隔布置多个第一集气罩195，从而使得水可以从相邻的两个集气罩之间流过，而部分气体被第一层集气罩拦截，从相邻两个集气罩之间穿过的气体会被第二层的集气罩拦截，从而可以最大程度的减少气体进入第二反应器21；当好氧反应区15的出水和气体进入第一集气增压层时，部分水沿着第一集气罩195做曲折流动后进入第二反应器21，剩余部分的水和气体由集气罩收集后自穿孔板的开口进入第一渠道，然后经第一升流管42进入气液分离器41。

为了方便日常维修，第一反应器模块需要设置排泥管、人孔、放空管、pH、DO和温度在线监测探头等，其中，pH、DO和温度在线监测探头可以是三个单独的探头，也可以是一体设置具有这三种功能的探头。

第二反应器模块：

第二反应器21的尺寸与第一反应器11相同，第二反应器21的水力停留时间约6.8h(以100％进水流量计算)。

第二进水管22连接在第二反应器21的底部且为出水口朝下的弯管，40％的待处理水自第二进水管22进入第二反应器21。

如图8和9所示，第二反应器21内设置有支撑板23，且支撑板23位于第二进水管22的上方。第二反应器21内设置有网罩24，该网罩24位于支撑板23的上方并且与第二集气增压层25的下方，该网罩24的材质为不锈钢。支撑板23和网罩24之间形成厌氧反应区26。支撑板23上开设有供第一升流管42穿过的第六孔27、中部形成有供回流管46穿过的第七孔28、以及多个布水孔29，来自第一反应器11的出水以及第二进水管22的进水通过支撑板23的布水孔29均匀流入厌氧反应区26。

厌氧反应区26装填厌氧氨氧化生物填料261，厌氧氨氧化生物填料261的装填容积为第二反应器21容积的80％，厌氧氨氧化生物填料261为MBBR填料，MBBR填料呈圆柱形，截面直径约25mm，高约8mm；生物膜厚度0.8～3.2mm，细菌群落结构为厌氧氨氧化菌(Candidatus Brocadia和Kuenenia属)约占28％，与生物膜形成相关的共生异养菌(以Chloroflexi、Chlorobi、Anaerolineae和Sphingobacteria为主)约占72％。

第二集气增压层25的结构和尺寸与第一集气增压层基本相同，不同之处在于：第二盖板上多设置一个供第二升流管43穿过的孔。

为方便日常维修，第二反应器模块至少应设置人孔。

沉降模块：

第三反应器31的直径6m，有效水深约1.8m，水力停留时间约1.5h；第三反应器31的上部设置穿孔集水管32，集水管32与出水管33连通用于排出处理后的水。

气液分离模块：

如图1至3所示，

气液分离器41位于沉降模块的上方，其上部为圆柱筒、下部为倒置的漏斗形旋流器，圆柱筒的高度和旋流器的高度相同，圆柱筒的直径为0.8m，气液分离器41整体高度为1.6m。

气液分离器41的圆柱筒的两侧分别与第一升流管42和第二升流管43相连接，第一升流管42和第二升流管43分别包括沿上下方向延伸的第一管段、以及自第一管段向着气液分离器41朝上延伸的第二管段，第二管段与水平面的夹角为5°，第一升流管42和第二升流管43的直径均为100mm，第一升流管42和第二升流管43上分别设置有电磁阀44，电磁阀44设置在水面线以上。

圆柱筒的顶端设置设置有排气管45，其直径为100mm。

旋流器的底部连接有回流管46，其直径为200mm，回流管46上设置有流量计47，流量计47位于旋流器下方1.5m处。

在水温25～27℃条件下，通过调节好氧反应区15曝气强度和升流管上电磁阀44，控制回流管46回流量(流量计47读数)为装置总进水流量(即第一进水管12的进水流量和第二进水管22的进水流量之和)的4～6倍，控制第一反应器11的好氧反应区15的出水的剩余氨氮浓度在1.8～3.0mg/L，溶解氧浓度在0.4～0.7mg/L，溶液pH约为7.4～7.6，游离亚硝酸(FNA)浓度在0.03～0.07mg/L。

具体处理步骤如下：约60％的待处理污水通过第一进水管12进入缺氧反应区14，回流管46将回流液输送至缺氧反应区14，待处理污水和回流液的混合液在缺氧反应区14与反硝化生物填料充分接触，去除硝酸盐和易生物降解的有机物；来自缺氧反应区14的出水和气态产物经隔板13上的布水管16进入好氧反应区15，亚硝化颗粒污泥在曝气作用下呈完全流化状态，与水充分混合发生亚硝化反应，好氧反应区15氨氮容积负荷在1.4～1.8kgNH₄ ⁺-N/(m³·d)；来自好氧反应区15的出水和全部气体进入第一集气增压层，部分水在第一集气罩195周边曲折流动进入第二反应器21，剩余部分的水和气体由第一集气罩195收集后，经第一穿孔板191进入第一渠道；当气压足够大时，第一渠道的气水混合液经第一升流管42进入气液分离器41，气水混合液上升流速在4～7m/s，气体向上由排气管45排出，水向下进入旋流器，经回流管46返回第一反应器模块底部的缺氧反应区14；剩余40％的待处理水经第二进水管22进入第二反应器21，与来自第一反应器11的出水混合后，穿过支撑板23的布水孔29，与厌氧氨氧化生物填料261充分接触，去除水中总氮，厌氧氨氧化生物填料261区总氮容积负荷在2.4～2.9kg TN/(m³·d)；来自厌氧反应区26的出水和气体进入第二集气增压层25，部分水在第二集气罩周边曲折流动进入第三反应器31，最终由集水装置和出水管33排出；剩余部分的水和气体由第二集气罩收集后，经第二穿孔板进入第二渠道；当气压足够大时，第二渠道的气水混合液经第二升流管43进入气液分离器41，气水混合液上升流速在3～3.5m/s，气体向上由排气管45排出，水向下进入旋流器，经回流管46返回第一反应器模块底部的缺氧反应区14。

实施例1结果表明，装置出水中BOD5、氨氮和总氮浓度可稳定达到20mg/L、10mg/L、和30mg/L以下，水质优于《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(GB18918-2002)二级标准。

实施例2

待处理水：某市政污水经2级厌氧折流板(ABR)反应器预处理出水，BCOD浓度在30～60mg/L，氨氮浓度在40～70mg/L，氨氮占到总氮浓度的95％以上，处理规模约6400m³/d。

一体化污水处理装置的结构基本上与实施例1相同，不同之处如下：

第一反应器11、第二反应器21、第三反应器31依次连接构成的主体的截面直径8m、高约19m。

第一反应器11和第二反应器21的尺寸相同，其截面直径8m，高8m，水力停留时间约2.5h(以60％进水流量计算)。

布水管(16)共18根，分三层布置，管径75mm，管内流速在1.5～2.4m/s。

缺氧反应区14容积约为第一反应器11容积的25％。

好氧反应区15装填的亚硝化颗粒污泥浓度在4000～5000mg/L，粒径在0.3～1.0mm，细菌群落结构为好氧氨氧化菌(Nitrosospira和Nitrosomonas属)约占21％，亚硝酸氧化菌(Nitrospira属)约占1.1％，与颗粒污泥形成相关的共生异养菌(以Flavobacteriia、Sphingobacteria和Chloroflexi为主)约占77.9％。

第一渠道和第二渠道长约8m，宽度为1.6m。

第一升流管42和第二升流管43的管径为200mm。

第二反应器21的水力停留时间约1.5h(以100％进水流量计算)。

厌氧氨氧化生物填料261的装填容积为第二反应器21容积的75％，MBBR填料的生物膜厚度0.3～1.4mm，细菌群落结构为厌氧氨氧化菌AMX(Candidatus Brocadia和Kuenenia属)约占11.1％，与生物膜形成相关的共生异养菌(以Chlorobi、Chloroflexi、Anaerolineae和Acidobacteria为主)约占88.9％。

气液分离器41的圆柱筒的直径为1.0m，气液分离器41的高度2.0m。

第三反应器31的截面直径8m，有效水深约2.7m，水力停留时间约0.5h。

回流管46的直径300mm，流量计47设置在旋流器下方2m处。

具体处理步骤的不同之处在于：60％的待处理水由第一进水管12通入，剩余40％的待处理水由第二进水管22通入；好氧反应区15氨氮容积负荷在0.4～0.7kgNH₄ ⁺-N/(m³·d)；第一升流管42中气水混合液上升流速在3～5m/s；厌氧氨氧化生物填料261区总氮容积负荷在0.8～1.4kg TN/(m³·d)；第二升流管43中气水混合液上升流速约2～2.5m/s。

在水温20～25℃条件下，通过调节好氧反应区15曝气强度和升流管上电磁阀44，控制回流管46回流量(流量计47读数)为装置总进水流量的1～2倍，1号反应器模块反应区末端剩余氨氮浓度在1.0～1.5mg/L，溶解氧浓度在0.2～0.4mg/L，溶液pH约为7.0～7.4，游离亚硝酸(FNA)浓度在0.01～0.04mg/L。

实施例2的结果表明，装置出水中BOD5、氨氮和总氮浓度分别稳定达到10mg/L、3mg/L和8mg/L以下，水质达到《城镇污水处理厂水污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。

以上对本发明做了详尽的描述，其目的在于让熟悉此领域技术的人士能够了解本发明的内容并加以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明的精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种一体化污水处理方法，其特征在于：所述的一体化污水处理方法采用一体化污水处理装置对待处理污水进行处理，

所述的一体化污水处理装置包括第一反应器模块、下端与所述的第一反应器模块的上端相连通的第二反应器模块、下端与所述的第二反应器模块的上端相连通的沉降模块以及气液分离模块，

所述的第一反应器模块包括第一反应器(11)、位于所述的第一反应器(11)内的缺氧反应区(14)、装填在所述的缺氧反应区(14)内的反硝化生物填料、位于所述的第一反应器(11)内且位于所述的缺氧反应区(14)的上方的好氧反应区(15)、装填在所述的好氧反应区(15)内的亚硝化颗粒污泥、位于所述的第一反应器(11)内且位于所述的好氧反应区(15)的上方的第一集气增压层、与所述的第一反应器(11)相连接且与所述的缺氧反应区(14)相连通的第一进水管(12)、设置在所述的好氧反应区(15)的曝气装置；所述的亚硝化颗粒污泥的细菌群落结构为：好氧氨氧化菌占细菌总数的10～50％，亚硝酸氧化菌占细菌总数的百分比小于2％，其他为与所述的亚硝化颗粒污泥形成相关的共生异养菌；

所述的第二反应器模块包括与所述的第一反应器(11)相连接的第二反应器(21)、与所述的第二反应器(21)的下部相连接的第二进水管(22)、位于所述的第二反应器(21)内的厌氧反应区(26)、装填在所述的厌氧反应区(26)内的厌氧氨氧化生物填料(261)、位于所述的第二反应器(21)内且位于所述的厌氧反应区(26)的上方的第二集气增压层(25)；所述的厌氧氨氧化生物填料(261)的生物膜厚度为0.2～5mm，细菌群落结构为：厌氧氨氧化菌占细菌总数的5～40％，其他为与所述的生物膜形成相关的共生异养菌；

所述的沉降模块包括与所述的第二反应器(21)相连接的第三反应器(31)、与所述的第三反应器(31)的上部相连接的出水管(33)；

所述的气液分离模块包括气液分离器(41)，与所述的气液分离器(41)的上部相连通的排气管(45)，两端分别与所述的气液分离器(41)和所述的第一集气增压层相连通且依次穿过所述的沉降模块和所述的第二反应器模块的第一升流管(42)，两端分别与所述的气液分离器(41)和所述的第二集气增压层(25)相连通且穿过所述的沉降模块的第二升流管(43)，两端分别与所述的气液分离器(41)的下部和所述的缺氧反应区(14)相连通且依次穿过所述的沉降模块、所述的第二反应器模块、所述的第一集气增压层和所述的好氧反应区(15)的回流管(46)；

55％～65％的所述的待处理污水通过所述的第一进水管(12)进入所述的缺氧反应区(14)，35％～45％的所述的待处理污水通过所述的第二进水管(22)进入所述的第二反应器(21)的底部，控制所述的第一升流管(42)、所述的第二升流管(43)内气水混合液的流速独立地为2～10m/s，控制所述的第三反应器(31)内的水力停留时间为0.5～1.5h，控制所述的回流管(46)的流量为所述的第一进水管(12)和所述的第二进水管(22)总进水流量的1～8倍；控制所述的第一反应器(11)的好氧反应区(15)的出水的氨氮浓度不低于1mg/L，溶解氧浓度不高于所述的氨氮浓度的0.3倍，室温下的pH为7.0～7.6，游离亚硝酸浓度不低于0.01mg/L。

2.根据权利要求1所述的一体化污水处理方法，其特征在于：所述的第一反应器模块还包括设置在所述的缺氧反应区(14)和所述的好氧反应区(15)之间用于将所述的缺氧反应区(14)和所述的好氧反应区(15)隔开成独立腔室的隔板(13)、设置在所述的隔板(13)上用于将所述的缺氧反应区(14)和所述的好氧反应区(15)相连通的多个布水管(16)，所述的曝气装置安装在所述的隔板(13)的上方，所述的隔板(13)与所述的第一反应器(11)能够沿着上下方向相滑动连接，所述的第一反应器模块还包括能够将所述的隔板(13)和所述的第一反应器(11)相对固定的锁定机构，控制所述的布水管(16)内的流速为1～3m/s。

3.根据权利要求2所述的一体化污水处理方法，其特征在于：所述的隔板(13)成锥形且顶角朝上，所述的顶角为100～120°。

4.根据权利要求2所述的一体化污水处理方法，其特征在于：所述的布水管(16)沿着所述的隔板(13)的径向分成2～4层布置，且每层上均匀布置4～8根所述的布水管(16)，所述的布水管(16)的出水口朝向所述的第一反应器(11)的内壁，所述的曝气装置包括设置在所述的第一反应器(11)与所述的隔板(13)的连接处的曝气环(17)、与所述的曝气环(17)相连接且伸出所述的第一反应器(11)的进气管(18)。

5.根据权利要求1所述的一体化污水处理方法，其特征在于：所述的缺氧反应区(14)的容积为所述的第一反应器(11)容积的10～30％；所述的第一集气增压层的高度为所述的第一反应器(11)高度的0.2～0.4倍且不超过2.5m；所述的第二集气增压层(25)的高度为所述的第二反应器(21)高度的0.2～0.4倍且不超过2.5m；所述的亚硝化颗粒污泥呈球状，粒径为0.3～2mm；所述的厌氧氨氧化生物填料(261)的装填容积为所述的第二反应器(21)容积的70％～80％，所述的厌氧氨氧化生物填料(261)为斜悬式多孔悬浮填料；所述的第一反应器(11)和所述的第二反应器(21)的高径比为1～3:1。

6.根据权利要求1所述的一体化污水处理方法，其特征在于：所述的第一集气增压层包括位于两侧的第一集气区、分别与所述的两侧的第一集气区相连接的第一渠道，所述的第一渠道包括分别位于两侧且形成有多个开口的第一穿孔板(191)、分别与所述的两个第一穿孔板(191)的上端相连接的第一盖板(192)，所述的第一盖板(192)上开设有供所述的第一升流管(42)穿过的第一孔(193)、供所述的回流管(46)穿过的第二孔(194)；所述的第一集气区包括两端部分别与所述的第一穿孔板(191)和所述的第一反应器(11)的内壁相连接的多个第一集气罩(195)，所述的多个第一集气罩(195)沿着上下方向分成错开分布的3～6层，且每层上间隔布置多个所述的第一集气罩(195)；

所述的第二集气增压层(25)包括位于两侧的第二集气区、分别与所述的两侧的第二集气区相连接的第二渠道，所述的第二渠道包括分别位于两侧且形成有多个开口的第二穿孔板、分别与所述的两个第二穿孔板的上端相连接的第二盖板，所述的第二盖板上开设有供所述的第一升流管(42)穿过的第三孔、供所述的第二升流管(43)穿过的第四孔、供所述的回流管(46)穿过的第五孔；所述的第二集气区包括两端部分别与所述的第二穿孔板和所述的第二反应器(21)的内壁相连接的多个第二集气罩，所述的多个第二集气罩沿着上下方向分成错开分布的3～6层，且每层上间隔布置多个所述的第二集气罩。

7.根据权利要求6所述的一体化污水处理方法，其特征在于：所述的第一渠道的宽度为所述的第一集气增压层直径的0.1～0.2倍，所述的第二渠道的宽度为所述的第二集气增压层(25)直径的0.1～0.2倍。

8.根据权利要求1所述的一体化污水处理方法，其特征在于：所述的第二反应器模块包括设置在所述的第二反应器(21)内且位于所述的第二进水管(22)的上方的支撑板(23)、设置在所述的第二反应器(21)内且位于所述的第二集气增压层(25)下方的网罩(24)，所述的支撑板(23)和所述的网罩(24)之间形成所述的厌氧反应区(26)，所述的支撑板(23)上开设有供所述的第一升流管(42)穿过的第六孔(27)、供所述的回流管(46)穿过的第七孔(28)、以及多个布水孔(29)。

9.根据权利要求1所述的一体化污水处理方法，其特征在于：所述的好氧反应区(15)内设置有DO、pH和温度在线监测探头；所述的气液分离模块还包括分别设置在所述的第一升流管(42)和所述的第二升流管(43)上且位于所述的沉降模块的上方的电磁阀(44)、设置在所述的回流管(46)上的流量计(47)；所述的第一升流管(42)和所述的第二升流管(43)的管径独立地为所述的第一反应器(11)直径的0.01～0.05倍，所述的第一反应器(11)、所述的第二反应器(21)、所述的第三反应器(31)的直径相同，所述的回流管(46)的管径为所述的第一升流管(42)管径的1.2～2倍；所述的第一升流管(42)和所述的第二升流管(43)分别包括沿上下方向延伸的第一管段、以及自所述的第一管段向着所述的气液分离器(41)朝上延伸的第二管段，所述的第二管段与水平面的夹角为3°～5°。

10.根据权利要求1所述的一体化污水处理方法，其特征在于：所述待处理污水的易生物降解有机物/氨氮浓度比值<2:1，所述的氨氮浓度为总氮浓度的90％及以上。