CN112897696B - 一种基于分段进水的生物脱氮除磷的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于分段进水的生物脱氮除磷的装置及工艺，包括进水池、主体生物反应池和二沉池，所述主体生物反应池包括依次连接的第一缺氧区、厌氧区、第一好氧区、第二缺氧区和第二好氧区，所述进水池分别与所述第一缺氧区、所述厌氧区、所述第二缺氧区连通，所述二沉池的污泥通过外回流管回流至所述主体生物反应池，所述第一缺氧区中设有缺氧悬浮填料，所述第一好氧区和所述第二好氧区中分别设有好氧悬浮填料。本发明适用于C/N比≤6的污水处理，充分利用原水中的碳源进行脱氮除磷，同时缺氧区和好氧区分别投加耦合反硝化菌和硝化菌的悬浮填料，悬浮填料上耦合的硝化菌和反硝化菌有效的保证了系统的脱氮效果。

Description

一种基于分段进水的生物脱氮除磷的装置及方法

技术领域

本发明涉及一种基于分段进水的脱氮除磷装置及方法，属于生化法污水处理技术领域，在低C/N比条件下实现生活污水或含氮工业废水的脱氮除磷，适用于含氮工业废水处理、市政污水处理、乡镇和农村生活污水处理以及黑臭水体点源污染污水处理。

背景技术

随着国家和地方政府对水环境的保护和治理越来越重视，我国对城市和农村的污水处理投入也越来越高，污水排放标准和污水处理量也逐年提高。随着城市化的快速发展，许多污水处理厂由原来的城市边缘位置演变成城市中心城区，污水厂进水量超负荷且无预留用地，城市污水厂经常面临用地紧张的情况下如何实现提标扩容改造的难题。另一方面，由于生产生活方式和饮食习惯、气候等因素，我国城市和农村，尤其是南方地区的生活污水均显现出碳源不足的特征，形成低碳氮比和低碳磷比的特点，影响污水处理厂生化单元的脱氮除磷稳定性。

A²/O工艺是一种常用的二级污水处理工艺，具有同步脱氮除磷的作用，可用于二级污水处理或三级污水处理；后续增加深度处理后，可作为中水回用，具有良好的脱氮除磷效果。氧化沟是一种活性污泥处理系统，其曝气池呈封闭的沟渠型，所以它在水力流态上不同于传统的活性污泥法，它是一种首尾相连的循环流曝气沟渠，又称循环曝气池。UCT工艺中，厌氧池进行磷的释放和氨化，缺氧池进行反硝化脱氮，好氧池用来去除BOD、吸收磷以及硝化。传统的A²O、氧化沟、UCT工艺已无法满足用地紧张的城镇污水厂提标改造的实际需求，耦合活性污泥和生物膜的IFAS工艺已广泛应用到污水处理厂提标改造项目。虽然针对现有传统连续流工艺进行分段进水和嵌入MBBR工艺的改造，施工简单且费用较低，是比较合适的污水处理厂提标扩容改造工艺。但是其存在一定的不足：(1)污水系统回流管线复杂，难以进行实时控制；(2)难以实现进水碳源的高效利用；(3)好氧出水会携带大量DO进到缺氧区，破坏反硝化所需的缺氧环境；(4)剩余污泥产量较大，增加了污泥处理处置成本。

现有技术虽然针对分段进水A²O-MBBR组合工艺进行诸多改进，但仍然存在很多问题。如中国专利“一种基于MBBR的Bardenpho脱氮除磷工艺”(公告号：CN106277319B，公告日2019年6月28日)在Bardenpho工艺基础上耦合MBBR工艺，但是其没有采用分段进水技术，对进水碳源的利用率不高。中国专利“一种分段进水MBBR脱氮除磷的方法”(公布号：CN102583900A，公布日：2012年7月18日)，公布了一种改良分段进水和MBBR工艺相结合的方法，MBBR填料采用直径20-30cm的空心球，使其具备抗冲击负荷和节能降耗的优点。但是其技术分段进水采用三级A/O(A/O工艺，一般指AO水处理工艺，也叫厌氧好氧工艺法，除了使有机污染物得到降解之外，还具有一定的脱氮除磷功能)，分段过多不利于系统稳定运行和增加操作复杂性，另外空心球填料采用固定式填料，不利于填料的流化，除磷效果不够稳定。

中国专利“一种分段进水A²O工艺强化生物脱氮除磷的装置与方法”(公告号：CN106830324A，公布日：2017年6月13日)，所用装置包括原水箱、分段进水A²/O池、二沉池；分段进水A²/O池包括依次相互连接的厌氧区、第一缺氧区、第一好氧区、第二缺氧区和第二好氧区，原水箱经由进水泵分别与厌氧区、第二缺氧区连接，第二好氧区与二沉池通过管道连接；二沉池污泥回流和排泥分别通过污泥回流控制闸阀、污泥排泥闸阀控制，污泥回流至首段厌氧区，硝化液经回流泵回流到第一缺氧段；第一好氧区、第二好氧区的曝气量通过鼓风机、电磁阀、转子流量计控制，并经微孔曝气头曝气；第一缺氧区和第二缺氧区挂有填料，均采用直径为25mm的聚乙烯填料，填充比为25％-30％；厌氧区、第一缺氧区、第二缺氧区内安装搅拌器。该专利耦合A²O工艺、连续分段进水、MBBR工艺、厌氧氨氧化等多个工艺，但是该专利采用厌氧氨氧化填料投加到生化系统缺氧区，虽然其能够保证强化生物脱氮效果，但是生化系统启动时间长，且厌氧氨氧化的填料易受缺氧区氧化还原环境的干扰，厌氧氨氧化运行性能易受干扰，影响缺氧区脱硝效果。该专利采用缺氧区厌氧氨氧化填料进行自养脱氮，主要通过内回流将好氧区硝化菌的短程硝化产生的亚硝酸盐和原水中的氨氮进行脱氮，该过程对好氧区和缺氧区的氧化还原环境要求高，如果缺氧区或好氧区的氧化还原环境受到冲击和干扰，均会影响缺氧区的脱氮效果。另外，该专利的二沉池污泥回流至首段厌氧区，污泥中含有的硝酸盐，会破坏厌氧区的厌氧环境，影响厌氧区的除磷效果。因此，该专利的装置对厌氧区和缺氧区氧化还原环境的要求高，难以保证有效的实时控制，不利于原水的生物脱氮除磷效果。

基于分段进水的A²O耦合MBBR的组合工艺可极大程度地利用原水中的碳源，为污水生物脱氮除磷创造合适的条件，而且可以提高系统的抗冲击负荷能力。因此，针对低C/N比的污水特点，基于分段进水技术，将活性污泥法和MBBR工艺组合，通过实时控制技术耦合三者各自优点开发一种针对低C/N比生活污水且不新增占地实现提标扩容的污水处理脱氮除磷装置很有意义和价值。

其中低C/N比的原水是指C/N比≤6的原水。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种基于分段进水的生物脱氮除磷的装置，适用于低C/N比原水生物脱氮除磷。

本发明还公开了一种基于分段进水的生物脱氮除磷的方法，适用于C/N比≤6的原水生物脱氮除磷。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于分段进水的生物脱氮除磷的装置，包括进水池、主体生物反应池和二沉池，所述主体生物反应池包括依次连接的第一缺氧区、厌氧区、第一好氧区、第二缺氧区和第二好氧区，所述进水池分别与所述第一缺氧区、所述厌氧区、所述第二缺氧区连通，所述二沉池的污泥通过外回流管回流至所述主体生物反应池，所述第一缺氧区中设有缺氧悬浮填料，所述第一好氧区和所述第二好氧区中分别设有好氧悬浮填料，所述第一缺氧区、所述厌氧区和所述第二缺氧区内均安装有搅拌器，所述第一好氧区与所述第一缺氧区之间通过第一硝化液内回流管连通。

本发明将第一缺氧区设置于厌氧区前侧，待处理的污水先经过第一缺氧区，再经过厌氧区，使低C/N比的污水先进行脱氮，再于厌氧区进行厌氧释磷，厌氧区可利用进水中的难降解碳源。避免先经过厌氧区释磷，使待处理的污水中的碳源消耗，C/N比进一步降低，无法适用于第一缺氧区脱氮。

在后续描述中，“所述二沉池的污泥通过外回流管回流至所述主体生物反应池”简称外回流，“所述第一好氧区与所述第一缺氧区之间通过第一硝化液内回流管连通”简称内回流1。

第一段进水中的碳源在第一缺氧区被异养反硝化菌吸收进行反硝化生物脱氮，将外回流和内回流1中的硝酸盐氮还原成氮气予以去除。原水中碳源在第一缺氧区消耗掉可生物降解碳源之后进入厌氧区进行厌氧释磷的反应，第二段进水中的可降解碳源被聚磷菌吸收进行厌氧释磷作用，同时第一段进水中的难降解碳源在厌氧区进行厌氧发酵分解为小分子有机物，为聚磷菌的厌氧释磷反应进一步补充可生物降解碳源。第三段进水中的可生物降解碳源在第二缺氧区优先被聚磷菌进行吸收进行缺氧释磷反应，然后聚磷菌在第二好氧区进行好氧吸磷。基于三段进水和反应池分区、内回流的合理设置，原水中的碳源被充分和有效的利用，进行生物脱氮除磷反应。

进一步地，所述缺氧悬浮填料上附着有兼养反硝化菌生物膜，兼养反硝化菌占生物膜比例为30-50％。所述好氧悬浮填料上附着有硝化菌生物膜，硝化菌占生物膜比例为20-40％。第一缺氧区中悬浮填料表面固定的兼养反硝化菌在存在可生物降解碳源的条件下进行异养反硝化反应。兼养反硝化菌生物膜和硝化菌生物膜的挂膜时间短。缩短好氧区的水力停留时间，提高好氧区的硝化反应速率，强化好氧区的硝化性能。

进一步地，硝化菌生物膜的厚度为0.5-2.0mm。好氧区悬浮填料生物膜由于厚度的原因，形成外部好氧内部缺氧的局部微环境，有利于生物膜中的微生物进行同步硝化反硝化反应，保证了原水中的总氮进行有效去除。

进一步地，所述第二好氧区和所述第二缺氧区之间通过第二硝化液内回流管连通。将所述第二好氧区的硝化液输送至第二缺氧区，进行脱氮反应。“所述第二好氧区和所述第二缺氧区之间通过第二硝化液内回流管连通”以下简称内回流2。

进一步地，为了补充生物反应池的生物量，所述二沉池污泥回流至所述第一缺氧区前端。

进一步地，所述生物脱氮除磷的装置还包括控制器和上位机，所述第一缺氧区、所述厌氧区和所述第二缺氧区内均设有ORP传感器，且所述ORP传感器均与所述控制器、所述上位机电连接；

外回流管上设有外回流泵，第一硝化液内回流管上设有第一内回流泵，第二硝化液内回流管上设有第二内回流泵，所述外回流泵、所述第一内回流泵和所述第二内回流泵分别与所述控制器、所述上位机电连接。污水处理装置内外回流比通过在线ORP数据进行实时控制，保障处理装置的缺氧环境和厌氧环境的稳定性，提高污水处理装置抗冲击负荷能力。

本发明还公开了上述生物脱氮除磷的装置的脱氮除磷方法，包括以下步骤：

待处理的污水分三段同时进入第一缺氧区、厌氧区、第二缺氧区；

第一段进水依次经过第一缺氧区、厌氧区、第一好氧区、第二缺氧区和第二好氧区进行脱氮除磷；处理后的出水通过二沉池进行泥水分离并排出上清液，二沉池底部的污泥回流到主体生物反应池，第一好氧区的硝化液回流至第一缺氧区；

第二段进水依次经过厌氧区、第一好氧区、第二缺氧区和第二好氧区进行脱氮除磷；

第三段进水依次经过第二缺氧区和第二好氧区进行脱氮除磷。

进一步地，第二好氧区末端硝化液通过回流管回流到第二缺氧区的前端，在第一缺氧区和第二缺氧区进行反硝化脱氮。第二好氧区产生的硝酸盐氮通过第二硝化液内回流管和外回流管分别回流至第二缺氧区和第一缺氧区通过反硝化菌的反硝化作用予以去除。

进一步地，待处理的污水同时进入第一缺氧区、厌氧区、第二缺氧区的进水分配比例分别为40-60％、20-40％、10-30％。

进一步地，厌氧区的ORP控制在-450～-150mv，第一缺氧区和第二缺氧区的ORP控制在-150～-50mv；外回流管的回流比控制在50％-100％，第一硝化液内回流管和第二硝化液内回流管的回流比控制在50％-300％；水力停留时间的比值为HRT_厌氧：HRT_缺氧：HRT_好氧＝1:4:5。进一步优选的，外回流管的回流比控制在75％-100％，第一硝化液内回流管和第二硝化液内回流管的回流比控制在100％-150％。污水处理装置内外回流比通过在线ORP数据进行实时控制，保障处理装置的缺氧环境和厌氧环境的稳定性，提高污水处理装置抗冲击负荷能力。

污水处理装置的总固体停留时间为12-25天。总水力停留时间HRT为9-10小时。水温控制在10-30℃。第一好氧区DO浓度控制在1.0-1.5mg/L,第二好氧区的DO浓度控制在0.5-1.0mg/L。第一缺氧区、第一好氧区和第二好氧区的悬浮填料填充比为15％～50％。

本发明的原水先通过第一缺氧区、再通过厌氧区，充分利用原水中的C源，适用于低C/N比的原水处理。本发明适用于低C/N比污水的处理，主要有以下三个原因：

(1)第一段进水中的碳源在第一缺氧区被兼养反硝化菌吸收进行反硝化生物脱氮，将外回流和内回流1中的硝酸盐氮还原成氮气予以去除。原水中碳源在第一缺氧区消耗掉可生物降解碳源之后进入厌氧区进行厌氧释磷的反应，第二段进水中的可降解碳源被聚磷菌吸收进行厌氧释磷作用，同时第一段进水中的难降解碳源在厌氧区进行厌氧发酵分解为小分子有机物，为聚磷菌的厌氧释磷反应进一步补充可生物降解碳源。第三段进水中的可生物降解碳源在第二缺氧区优先被聚磷菌进行吸收进行缺氧释磷反应，然后聚磷菌在第二好氧区进行好氧吸磷。第二好氧区产生的硝酸盐氮通过第二硝化液内回流管和外回流管分别回流至第二缺氧区和第一缺氧区通过反硝化菌的反硝化作用予以去除。基于三段进水和反应池分区、内回流的合理设置，原水中的碳源被充分和有效的利用，进行生物脱氮除磷反应。

(2)第一缺氧区投加固定兼养反硝化菌的悬浮填料，第一缺氧区中悬浮填料表面固定的兼养反硝化菌在存在可生物降解碳源的条件下进行异养反硝化反应，在原水碳源不足的条件下利用悬浮填料中硫单质或者硫离子作为电子供体进行自养反硝化反应，充分保证了外回流管和第一硝化液内回流管中回流的硝酸盐氮被充分去除。

(3)第一好氧区和第二好氧区中投加固定硝化菌的悬浮填料，两个好氧区悬浮填料表面固定的硝化菌提高了好氧区的硝化菌比例，缩短好氧区的水力停留时间，提高好氧区的硝化反应速率，强化好氧区的硝化性能。好氧区悬浮填料生物膜由于厚度的原因，形成外部好氧内部缺氧的局部微环境，有利于生物膜中的微生物进行同步硝化反硝化反应，保证了原水中的总氮进行有效去除。聚磷菌充分利用原水中有限的碳源将原水中的总磷通过生物除磷反应进行去除。

本发明增加两个硝化液回流管道。两个硝化液回流管道的设置主要原理是将好氧区产生的硝酸盐氮通过回流管输送到缺氧区通过反硝化菌进行反硝化反应，保证主体反应器的脱氮效果。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：

1)脱氮除磷效果好，利用分段进水技术充分利用原水中的碳源进行脱氮除磷，同时缺氧区和好氧区分别投加耦合反硝化菌和硝化菌的悬浮填料，悬浮填料上耦合的硝化菌和反硝化菌有效的保证了系统的脱氮效果，提高系统的脱氮效率，缩短系统的水力停留时间，提高系统的抗低温冲击负荷和抗水量冲击负荷的能力。

2)自动化水平高，控制器根据在线ORP数据对内外回流比进行实时控制，保证了系统的缺氧环境和厌氧环境的稳定性，强化系统的脱氮除磷性能。

3)节能降耗效果显著，有效利用进水中的碳源，减少了污泥产量，节省了外加碳源和化学除磷以及污泥处置的成本，降低了系统的运行费用。

4)缺氧区和好氧区具备明显的同步硝化反硝化作用，提高系统的脱氮效率，降低系统的水力停留时间。

附图说明

图1为本发明的装置示意图。

图2为本发明的电路控制示意图。

其中，1-原水池，2-进水泵，3-进水流量计，4-进水管，5-分段进水控制阀，6-搅拌器，7-第一缺氧区，8-厌氧区，9-第一好氧区，10-第二缺氧区，11-第二好氧区，12-耦合兼养反硝化菌的缺氧悬浮填料，13-耦合硝化菌的好氧悬浮填料，14-ORP传感器，15-填料拦截格栅，16-二沉池，17-第一内回流泵，18-止回阀，19-污泥流量计，20-第二内回流泵，21-空气压缩机，22-空气流量计，23-外回流泵，24-数据传输线，25-可编程实时控制器，26-上位机，27-剩余污泥排泥阀，28-主体生物反应池，29-D/A转换器，30-D/A转换器，31-变频器。

具体实施方式

一种基于分段进水的生物脱氮除磷的装置见图1，其组成如下：

所用装置包括进水池1、主体生化反应池28和二沉池16；主体生化反应池28包括依次相连的第一缺氧区7、厌氧区8、第一好氧区8、第二缺氧区10、第二好氧区11；进水池1经由进水泵2通过进水管4分别与第一缺氧区7、厌氧区8和第二缺氧区10连接，进入主体生化反应池28的三段进水分别通过分段进水控制阀5进行控制；二沉池16污泥外回流和剩余污泥排放分别通过外回流泵23、止回阀18、流量计19和排泥阀27控制；污泥外回流至第一缺氧区7前端，第一好氧区9硝化液通过第一内回流泵17、止回阀18、内回流流量计19与第一缺氧区7前端连接；第二好氧区11硝化液通过第二内回流泵20、止回阀18、内回流流量计19与第二缺氧区10前端连接；第一好氧区9和第二好氧区11的曝气量通过空气压缩机21、气体流量计22控制，并经曝气装置29曝气；第一缺氧区7投加耦合兼养反硝化菌的缺氧悬浮填料12，填充比为15％-50％；第一好氧区9和第二好氧区11均投加耦合硝化菌的好氧悬浮填料13，填充比为15％-50％；第一缺氧区7、厌氧区8和第二缺氧区10内安装搅拌器6；第一缺氧区7、厌氧区8和第二缺氧区10分别设置在线ORP传感器14，ORP传感器14通过数据传输线24与PLC控制器25和上位机26连接；PLC控制器25的型号是西门子S7-400或其它品牌的具有同等及以上功能的PLC控制器。第一内回流泵17和第二内回流泵20、外回流泵23分别通过数据传输线24与PLC控制器25和上位机26连接；上位机26通过PLC控制器25监测在线ORP信号并实时控制第一内回流泵17、第二内回流泵20和外回流泵24。厌氧区8、第一好氧区9、第二缺氧区10和第二好氧区11的进水口和出水口均设置用于阻挡悬浮填料的格栅拦截装置15。

第一缺氧区和第一好氧区、第二好氧区与MBBR工艺耦合，投加15％-50％悬浮填料。第一缺氧区投加耦合兼养反硝化菌的悬浮填料，填料材质为聚乙烯或聚丙烯和单质硫的混合物料，规格直径为20-30mm,高度10mm,比表面积500-800m²/m³，悬浮填料表面兼养硝化菌占生物膜比例为30-50％；第一好氧区和第二好氧区投加耦合硝化菌的生物炭悬浮填料，填料材质为聚乙烯或聚丙烯，规格直径为20-30mm,高度10mm,比表面积500-800m²/m³，悬浮填料表面硝化菌占生物膜比例为20-40％。

实施例1

1)待处理的市政污水采用南方某污水处理厂的曝气沉砂池出水，市政污水分三段同时进入第一缺氧区7、厌氧区8、第二缺氧区10，进水分配比例为50％：30％：20％，充分利用原水中的有机碳源。污水处理系统采用10m³/d中试装置。市政污水水质见下表。

表1实施例1中市政污水水质指标

2)第一段进水依次经过第一缺氧区7、厌氧区8、第一好氧区9、第二缺氧区10和第二好氧区11进行生化处理，处理后的出水通过二沉池16进行泥水分离并排出上清液，第一好氧区9末端硝化液通过回流管回流到第一缺氧区7前端，第二好氧区11末端硝化液通过回流管回流到第二缺氧区10的前端，二沉池16底部的污泥通过外回流管回流到第一缺氧区7的前端，用以补充生物反应池28的生物量，二沉池16底部污泥通过排泥管定期排到储泥池，用以排出主体生物反应池28剩余污泥。

3)第二段进水依次经过厌氧区8、第一好氧区9、第二缺氧区10和第二好氧区11进行生化处理，处理后的出水通过二沉池16进行泥水分离并排出上清液，第一好氧区9硝化液通过回流管回流到第一缺氧区7前端，第二好氧区11硝化液通过回流管回流到第二缺氧区10的前端，二沉池16底部的污泥通过外回流管回流到第一缺氧区7的前端，用以补充生物反应池28的生物量，二沉池16底部的污泥通过排泥管定期排到储泥池，用以排出生物反应池剩余污泥。

4)第三段进水依次经过第二缺氧区10和第二好氧区11进行生化处理，处理后的出水通过二沉池16进行泥水分离并排出上清液，第二好氧区11末端硝化液通过回流管回流到第二缺氧区10的前端，二沉池16底部污泥通过外回流管回流到第一缺氧区7的前端，用以补充主体生物反应池28的生物量，二沉池16底部污泥通过排泥管定期排到储泥池，用以排出主体生物反应池28剩余污泥。

5)脱氮在第一好氧池9内活性污泥及好氧悬浮填料13的共同作用下，将污水中的氨氮转化为硝态氮，产生高浓度硝化液，一部分通过回流管回流至第一缺氧区7前端，第一缺氧区7的活性污泥中反硝化细菌充分利用进水中的碳源进行反硝化脱氮，可去除一部分硝态氮，另一部分的硝态氮直接进入第二缺氧区10，第二缺氧区10活性污泥中反硝化细菌利用第三段进水的碳源进行反硝化脱氮。第三段进水的氨氮在第二好氧区11内活性污泥及好氧悬浮填料13的共同作用下，将污水中的氨氮转化为硝态氮，产生高浓度的硝化液，一部分通过回流管回流至第二缺氧区10的前端，第二缺氧区10的活性污泥中反硝化细菌充分利用第三段进水的碳源进行反硝化脱氮，去除一部分硝态氮，另一部分的硝态氮直接进入二沉池16，泥水分离之后通过二沉池16的外回流管回流到第一缺氧区7的前端，在第一缺氧区7的活性污泥和缺氧悬浮填料12中反硝化细菌将硝态氮还原为氮气，实现充分反硝化脱氮。

6)除磷聚磷菌在厌氧区8内，在缺乏溶解氧和硝态氮存在的情况下，聚磷菌利用体内贮存的能量吸收第二段进水中的易降解有机物以PHB形式贮存在体内，在第一好氧区9和第二好氧区11内，聚磷菌利用分子氧或化合态氧化贮存在体内的PHB，同时产生能量，从污水中过量的摄取磷酸盐，过量吸收的聚磷菌随剩余污泥排放至储泥池。

7)同步硝化反硝化第一好氧区9和第二好氧区11投加一定比例好氧悬浮填料13，填料上富集的硝化菌和异养反硝化菌，利用好氧悬浮填料13生物膜的好氧和缺氧交替的“微环境”进行硝化和反硝化反应，在第一好氧区9和第二好氧区11实现同步硝化反硝化效果。

具体操作如下：

1)系统启动：接种城市污水处理厂二沉池剩余污泥投加至主体生化反应器28中，通过连续培养15天使各个分区的污泥浓度维持在4000mg/L,连续培养过程中在第一缺氧区7、第一好氧区9、第二好氧区11分别投加30％悬浮填料进行挂膜启动，挂膜启动15天左右，主体生化反应器内悬浮填料生物膜约1-2mm厚，此时挂膜基本完成，系统启动阶段结束。

2)运行操作：控制外回流比为75％，内回流比1和内回流比2分别为100-300％和100-200％，控制空气压缩机21转速和气体流量计19调整第一好氧区9和第二好氧区11的供气量，控制第一好氧区9DO浓度在1.0-1.5mg/L,第二好氧区11DO浓度在0.5-1.0mg/L。三段进水分别占原水总流量的50％、30％、20％；主体生物反应池28的平均水力停留时间HRT控制在10h,HRT_厌氧、HRT_缺氧和HRT_好氧分别为1小时、4小时和5小时；通过剩余污泥排放阀门27控制剩余污泥的排放，控制主体生化反应池的总固体停留时间控制在15天。

试验结果表明：系统稳定运行后，出水COD浓度为10～35mg/L,出水NH₄-N浓度为0.1～1.5mg/L，出水NO₃-N浓度为1～8mg/L,出水TN浓度为5-13mg/L,出水TP浓度为0.2-0.45mg/L，出水主要污染物浓度达到一级A排放标准。

实施例2

实施例2与实施例1的主要区别在于第一好氧区9和第二好氧区11的好氧悬浮填料13上耦合了硝化菌，第一缺氧区7的缺氧悬浮填料12上耦合了兼养反硝化菌。

1)待处理的生活污水采用南方某污水处理厂的平流沉砂池出水，市政污水分三段同时进入第一缺氧区7、厌氧区8、第二缺氧区10，进水分配比例为50％：30％：20％，充分利用原水中的有机碳源。污水处理系统采用20m³/d中试装置。生活污水水质见下表。

表2实施例2中市政污水水质指标

2)第一段进水依次经过第一缺氧区7、厌氧区8、第一好氧区9、第二缺氧区10和第二好氧区11进行生化处理，处理后的出水通过二沉池16进行泥水分离并排出上清液，第一好氧区9末端硝化液通过回流管回流到第一缺氧区7前端，第二好氧区11末端硝化液通过回流管回流到第二缺氧区10的前端，二沉池16底部的污泥通过外回流管回流到第一缺氧区7的前端，用以补充生物反应池28的生物量，二沉池16底部污泥通过排泥管定期排到储泥池，用以排出主体生物反应池28剩余污泥。

3)第二段进水依次经过厌氧区8、第一好氧区9、第二缺氧区10和第二好氧区11进行生化处理，处理后的出水通过二沉池16进行泥水分离并排出上清液，第一好氧区9硝化液通过回流管回流到第一缺氧区7前端，第二好氧区11硝化液通过回流管回流到第二缺氧区10的前端，二沉池16底部的污泥通过外回流管回流到第一缺氧区7的前端，用以补充生物反应池28的生物量，二沉池16底部的污泥通过排泥管定期排到储泥池，用以排出生物反应池剩余污泥。

4)第三段进水依次经过第二缺氧区10和第二好氧区11进行生化处理，处理后的出水通过二沉池16进行泥水分离并排出上清液，第二好氧区11末端硝化液通过回流管回流到第二缺氧区10的前端，二沉池16底部污泥通过外回流管回流到第一缺氧区7的前端，用以补充主体生物反应池28的生物量，二沉池16底部污泥通过排泥管定期排到储泥池，用以排出主体生物反应池28剩余污泥。

5)脱氮在第一好氧池9内活性污泥及耦合硝化菌的好氧悬浮填料13的共同作用下，将污水中的氨氮转化为硝态氮，产生高浓度硝化液，一部分通过回流管回流至第一缺氧区7前端，第一缺氧区7的活性污泥中反硝化细菌充分利用进水中的碳源进行反硝化脱氮，可去除一部分硝态氮，另一部分的硝态氮直接进入第二缺氧区10，第二缺氧区10活性污泥中反硝化细菌利用第三段进水的碳源进行反硝化脱氮。第三段进水的氨氮在第二好氧区11内活性污泥及耦合硝化菌的好氧悬浮填料13的共同作用下，将污水中的氨氮转化为硝态氮，产生高浓度的硝化液，一部分通过回流管回流至第二缺氧区10的前端，第二缺氧区10的活性污泥中反硝化细菌充分利用第三段进水的碳源进行反硝化脱氮，去除一部分硝态氮，另一部分的硝态氮直接进入二沉池16，泥水分离之后通过二沉池16的外回流管回流到第一缺氧区7的前端，在第一缺氧区7的活性污泥和耦合兼养反硝化菌的缺氧悬浮填料12中反硝化细菌将硝态氮还原为氮气，实现充分反硝化脱氮。

6)除磷聚磷菌在厌氧区8内，在缺乏溶解氧和硝态氮存在的情况下，聚磷菌利用体内贮存的能量吸收第二段进水中的易降解有机物以PHB形式贮存在体内，在第一好氧区9和第二好氧区11内，聚磷菌利用分子氧或化合态氧化贮存在体内的PHB，同时产生能量，从污水中过量的摄取磷酸盐，过量吸收的聚磷菌随剩余污泥排放至储泥池。

7)同步硝化反硝化第一好氧区9和第二好氧区11投加50％耦合硝化菌的好氧悬浮填料13，填料上表面耦合的硝化菌和后续处理富集的异养反硝化菌，利用耦合硝化菌的好氧悬浮填料13生物膜的好氧和缺氧交替的“微环境”进行硝化和反硝化反应，在第一好氧区9和第二好氧区11实现同步硝化反硝化效果。

8)强化反硝化脱氮第一缺氧区7中投加40％耦合兼养反硝化菌的缺氧悬浮填料12，填料上表面耦合的兼养反硝化菌，兼养反硝化菌优先利用原水中的碳源进行反硝化脱氮，在原水中可生物降解碳源利用之后，兼养反硝化菌利用填料中的硫源或硫离子进行自养反硝化脱氮，保证第一缺氧区取得良好的反硝化效果。

具体操作如下：

1)系统启动：接种城市污水处理厂二沉池剩余污泥投加至主体生化反应器28中，通过连续培养10天使各个分区的污泥浓度维持在3500-4000mg/L,连续培养过程中在第一缺氧区7中投加填充比50％耦合兼养反硝化菌的悬浮填料，第一好氧区9、第二好氧区11投加填充比40％耦合硝化菌的悬浮填料进行快速启动，启动时间持续10天左右，主体生化反应器内悬浮填料生物膜维持在0.5-1.5mm厚度，系统出水脱氮除磷效果良好，此时系统启动阶段结束。

2)运行操作：控制外回流比为100％，内回流比1和内回流比2分别为50-250％和100-200％，控制空气压缩机21转速和气体流量计19调整第一好氧区9和第二好氧区11的供气量，控制第一好氧区9DO浓度在1.0-1.5mg/L,第二好氧区11DO浓度在0.5-1.0mg/L。三段进水分别占原水总流量的50％、30％、20％；主体生物反应池28的平均水力停留时间HRT控制在8h,HRT_{第一缺氧区}：HRT_厌氧：HRT_{第一好氧区}：HRT_{第二缺氧区}：HRT_{第二好氧区}分别为2h、1h、2h、1.5h和1.5h；通过剩余污泥排放阀门27控制剩余污泥的排放，控制主体生化反应池的总固体停留时间控制在15-20天。

试验结果表明：中试系统稳定运行30天后，出水COD浓度为10～25mg/L,出水NH₄-N浓度为0.5～1.5mg/L，出水NO₃-N浓度为3.5～6.5mg/L,出水TN浓度为4-8mg/L,出水TP浓度为0.05-0.3mg/L,出水SS浓度为3-8mg/L,中试系统出水主要污染物水质指标达到准IV类标准。通过在缺氧悬浮填料12上耦合了兼养反硝化菌、在好氧悬浮填料13上耦合了硝化菌，进水的TN浓度为20-33mg/L、TP浓度为1.4-3.5mg/L，经过本方法处理后，使出水的TN浓度降低至4-8mg/L，TP浓度为0.05-0.3mg/L，脱氮除磷效果好。

Claims (5)

1.一种脱氮除磷方法，其特征在于包括以下步骤：

待处理的污水分三段同时进入第一缺氧区、厌氧区、第二缺氧区；

第一段进水依次经过第一缺氧区、厌氧区、第一好氧区、第二缺氧区和第二好氧区进行脱氮除磷；处理后的出水通过二沉池进行泥水分离并排出上清液，二沉池底部的污泥回流到主体生物反应池，第一好氧区的硝化液回流至第一缺氧区；

第二段进水依次经过厌氧区、第一好氧区、第二缺氧区和第二好氧区进行脱氮除磷；

第三段进水依次经过第二缺氧区和第二好氧区进行脱氮除磷；

第二好氧区末端硝化液通过回流管回流到第二缺氧区的前端，在第一缺氧区和第二缺氧区进行反硝化脱氮；

待处理的污水同时进入第一缺氧区、厌氧区、第二缺氧区的进水分配比例分别为40-60％、20-40％、10-30％；

待处理的污水的C/N比≤6；

所述脱氮除磷方法采用基于分段进水的生物脱氮除磷的装置，所述基于分段进水的生物脱氮除磷的装置，包括进水池(1)、主体生物反应池(28)和二沉池(16)，其特征在于所述主体生物反应池(28)包括依次连接的第一缺氧区(7)、厌氧区(8)、第一好氧区(9)、第二缺氧区(10)和第二好氧区(11)，所述进水池(1)分别与所述第一缺氧区(7)、所述厌氧区(8)、所述第二缺氧区(10)连通，所述二沉池(16)的污泥通过外回流管回流至所述主体生物反应池，所述第一缺氧区(7)中设有缺氧悬浮填料(12)，所述第一好氧区(9)和所述第二好氧区(11)中分别设有好氧悬浮填料(13)，所述第一缺氧区(7)、所述厌氧区(8)和所述第二缺氧区(10)内均安装有搅拌器(6)，所述第一好氧区(9)与所述第一缺氧区(7)之间通过第一硝化液内回流管连通；

缺氧悬浮填料中含有硫单质或者硫离子；

所述缺氧悬浮填料(12)上附着有兼养反硝化菌生物膜，兼养反硝化菌占生物膜比例为30-50％；所述好氧悬浮填料(13)上附着有硝化菌生物膜，硝化菌占生物膜比例为20-40％；

硝化菌生物膜的厚度为0.5-2.0mm。

2.根据权利要求1所述的脱氮除磷方法，其特征在于，所述第二好氧区(11)和所述第二缺氧区(10)之间通过第二硝化液内回流管连通。

3.根据权利要求1-2任意一项所述的脱氮除磷方法，其特征在于，所述二沉池(16)污泥回流至所述第一缺氧区(7)前端。

4.根据权利要求2所述的脱氮除磷方法，其特征在于，所述生物脱氮除磷的装置还包括控制器(25)和上位机(26)，所述第一缺氧区(7)、所述厌氧区(8)和所述第二缺氧区(10)内均设有ORP传感器(14)，且所述ORP传感器(14)均与所述控制器(25)、所述上位机(26)电连接；

外回流管上设有外回流泵(24)，第一硝化液内回流管上设有第一内回流泵(17)，第二硝化液内回流管上设有第二内回流泵(20)，所述外回流泵(24)、所述第一内回流泵(17)和所述第二内回流泵(20)分别与所述控制器(25)、所述上位机(26)电连接。

5.根据权利要求1所述的脱氮除磷方法，其特征在于：厌氧区的ORP控制在-450～-150mv，第一缺氧区和第二缺氧区的ORP控制在-150～-50mv；

外回流管的回流比控制在50％-100％，第一硝化液内回流管和第二硝化液内回流管的回流比控制在50％-300％；

水力停留时间的比值为HRT_厌氧：HRT_缺氧：HRT_好氧＝1:4:5。

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