CN1137863C - 污水生物处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水生物处理工艺，本工艺由一个反应池和一个二沉池为最小处理单元，带有曝气系统和污泥回流系统，在处理方式上采用间歇供氧和间歇进水，反应池在时间上好氧、厌氧交替，达到脱磷脱氮的目的；在时段控制上，由厌氧时段、好氧时段循环组成，并使各时段适应于不同的反应条件，通过综合控制曝气时间与强度、进、出水时间和流量以及污泥回流情况等因素达到不同的处理目的，本工艺管理简单、投资及运行费用低，可适应不同浓度污水的处理。

Description

污水生物处理方法

本发明属于环境工程和生物化学工程，具体涉及一种污水生物处理方法，即能在降解污水中有机物的同时进行生物脱氮、或同时脱氮脱磷的间歇供氧和连续流生物处理方法。

目前，污水生物脱氮、脱磷技术主要有连续流的A/O法脱氮系统和A²/O法的脱磷、脱氮系统；还有间歇法的序批式间歇处理系统即SBR法。连续流系统由厌氧反应池和好氧反应池串联组成，形成空间上的厌氧、好氧交替，从而达到脱磷、脱氮的目的。这种系统为了脱氮必须进行大比例的混合液回流，其理论脱氮率决定于回流率的大小，效率不高，基建、动力费用却很大，而且回流的混合液带来的溶解氧严重影响厌氧池的效果，脱磷与脱氮的效率提高相互矛盾，更主要的是这种系统的应用范围很小，污水浓度和处理负荷较高时，硝化反应就无法进行，一般要求好氧池的有机负荷在0.18kgBOD/kgMLSS.d以下。SBR法是在一个反应器中按时间顺序进行进水、反应、沉淀、出水等操作，在时间上形成厌氧、好氧交替从而可以脱磷、脱氮的生物处理方法。这种方法反应过程参数变化及反应机理都很复杂，设计上不易把握，运行管理难度大，需要很完善的自动化操作系统，同时为了处理连续来水往往需要许多组反应器轮来换去，投资大，管理繁；另一方面SBR法的出水必须用结构复杂的滗水器排水，是一种与进水不同步的变水位出水，不易保证出水水质，反应器的容积利用率低。

本发明的目的就是提供一种不需进行混合液回流也不需滗水器排水、能适应不同浓度的污水脱氮脱磷，保证出水质量，管理简单、投资及运行费用低的污水生物脱氮除磷方法。

本发明采用一个反应池和一个二沉池作为最小处理单元，带有曝气系统和污泥回流系统；在处理方式上，采用间歇供氧和间歇进水，且进水时整个系统是连续流的，进出水同步且方向不变；反应池在时间上由进水曝气Toi、不进水曝气Tot、进水不曝气Tai、不进水不曝气Tat四个时段循环组成，其中Toi≠0，Ta≠0，其它时段可为零；其中污水在反应池的有效水力停留时间不小于一个循环时段时间T(T＝To+Ta＝Toi+Tot+Tai+Tat)；必要时，二沉池可以在不进水时段中进行一定时间的曝气。通过综合控制曝气时间与强度，进、出水时间和流量以及污泥回流情况这三方面的因素，达到不同的处理目的。

下面将根据不同的生物处理目的，详尽地叙述本工艺的处理过程：

一、利用本工艺进行污水有机物降解并脱氮。

本工艺处理过程由好氧时段T_o和厌氧(缺氧)时段T_a循环组成(见附图1)。时段的下标：o表示供氧，a表示不供氧；i表示进水，t表示不进水(下同)。

(一)好氧时段T_o，由进水时段T_oi和不进水时段T_ot组成。T_oi时段，反应池在连续流情况下曝气，进行氧化和硝化反应；二沉池沉淀、出水、污泥回流。T_ot时段是本工艺特有的专性硝化段，反应池在不进水的条件下进行曝气，这时反应池的有机物浓度低，适于硝化菌生长，异养型的好氧菌不易对自养型的硝化菌产生抑制，能进行很好的硝化反应，因此该时段对硝化菌有循环培植作用，使得硝化菌在菌群中占有一定优势，同时也提高了T_oi段时的硝化效率。T_ot时段，二沉池可以在不进水时供氧，这样就更强化了硝化效果和硝化菌的循环培植，并且在反应池和二沉池的不进水曝气中，异养型好氧菌的衰减系数大大增加，剩余污泥量减少，污泥龄加大。这样即使进水的BOD浓度和负荷较高，硝化反应还是能较好的进行。这样本工艺就大大扩大了生物除氮工艺的应用范围。

(二)厌氧时段T_a，也由进水时段T_ai和不进水时段T_at组成。厌氧时段中，反应池不供氧，进行反硝化反应，将T_o段硝化产生的硝酸盐氮还原成气态氮，从而达到生物脱氮的目的。T_ai时段，反应池进水但不供氧，用于补充反硝化反应需要的碳源；T_at时段，反应池不进水也不供氧，而二沉池根据需要也可以进行一定时间曝气，这样对于强化系统脱氮效果，硝化菌的循环培植，减小剩余污泥量，提高污泥活性和沉降性能有一定好处。

(三)以上时段循环往复，使反应池交替进行好氧、厌氧反应，实现生物脱氮。典型的时段顺序为T_oi→T_ot→T_ai→T_at，该顺序也可根据情况改变，其中T_oi≠0，T_a≠0，其他具体时段根据水质有可能为零。本工艺要求污水在反应池的有效水力停留时间不小于一个循环的时段时间T(T＝T_o+T_a＝T_oi+T_ot+T_ai+T_at)，这样污水在反应池中经历了各个时段的反应能取得较好的生物脱氮效果。

二、利用本工艺进行污水有机物降解并同时脱氮脱磷。

本工艺的处理过程由好氧时段T_o和厌氧时段T_a循环组成(见附图2)。

(一)好氧时段T_o，由进水时段T_oi和不进水时段T_ot组成。T_oi时段，反应池在连续流情况下曝气，此时池内的好氧反应有三个作用：一是污水有机物的氧化降解，二是硝化反应，三是聚磷菌在好氧条件下从污水中摄取过量的磷，使污水生物脱磷，此时二沉池沉淀、出水、污泥回流。T_ot时段，反应池在不进水的条件下进行曝气，是专性硝化段，二沉池也可进行一定时间的曝气，除了强化脱氮外，还可抑制二沉池在厌氧条件下污泥的释磷反应，提高出水质量。

(二)厌氧时段T_a，由进水时段T_ai和不进水时段T_at组成。但它由两个T_{a i}和T_at的组合组成，第一个组合是反硝化反应为主的厌氧时段，我们记为T_aiN和T_atN，此时反应池内进行脱硝反应，从而达到生物脱氮的目的，同时使硝酸盐氮的浓度降到不影响聚磷菌厌氧释磷的水平。第二个组合是释磷反应的厌氧时段，我们记为T_aiP和T_atP，此时反应池厌氧程度最高，硝酸盐含量最低，聚磷菌释放大量的磷，从而为在好氧反应时摄取更多的磷做准备。T_aiP的进水是为了补充溶解性有机物的不足。为了提高反应池的厌氧程度，可以在全部或部分时段停止污泥回流。在不进水时段中，二沉池可以进行一定时间的曝气。在实际工作中，经常使两个组合融合成一个T_ai和T_at组合，以简化控制。

(三)以上时段循环往复，使反应池交替进行好氧、厌氧反应，这样硝化与反硝化，聚磷菌的释磷和吸磷交替进行，从而达到同时生物脱磷、脱氮的目的。典型的时段顺序为T_oi→T_ot→T_aiN→T_atN→T_aiP→T_atP，如此循环往复，根据情况可以改变顺序，其中T_oi≠0，T_a≠0，其他各时段根据水质情况有可能为零。本工艺要求污水在反应池中的有效水力停留时间不小于一个循环的时段时间T(T＝T_o+T_a＝T_oi+T_ot+T_aiN+T_atN+T_aiP+T_atP)。

三、利用本工艺进行污水的有机物降解并脱磷工艺：

本工艺的处理过程由好氧时段T_o和厌氧时段T_a循环组成(见附图3)。

(一)好氧时段T_o，由进水时段T_oi组成。反应池在连续流情况下曝气，进行有机物的降解和聚磷菌的吸磷，此时二沉池沉淀、出水、污泥回流。

(二)厌氧时段T_a，由进水时段T_ai和不进水时段T_at组成，T_ai可以补充溶解性有机物的不足。为了提高反应池的厌氧程度，可以全部或部分时段停止污泥回流，同时在T_at段，二沉池可以进行一定时间曝气，以抑制二沉池中的厌氧释磷。

(三)以上时段循环往复，使反应池交替进行好氧、厌氧反应，这样聚磷菌的释磷和吸磷交替进行，从而生物除磷。典型的时段顺序为T_oi→T_ai→T_at，如此循环往复，其中顺序可以根据情况改变，T_oi≠0，T_a≠0，其他具体时段可能为零。本工艺要求污水在反应池内的有效水力停留时间不小于一个循环的时段时间T(T＝T_o+T_a＝T_oi+T_ai+T_at)。

本工艺可以两级串联，以适应较高的进水浓度。两级串联时，一级为次要处理，另一级为主要处理，在整个系统时段控制上以主要处理级为主，两级的进出水时段一致，即各级的进、出水同步。根据情况，次要处理级的一些参数，比如水力停留时间可以放宽。本工艺串联应用的时候，经常以有机物降解及脱磷工艺为第一级作为次要处理，以有机物降解并同时脱磷、脱氮或单独脱氮工艺为第二级作为主要处理级，这样可以对高浓度污水进行有机物降解和营养物去除。当然，本工艺也可以与其他工艺串联处理污水，当不考虑营养物去除时，也可以只用于有机物生物降解。本工艺中的反应池可以为各种曝气池，如完全混合式，阶段曝气式，渐减曝气式，推流式，甚至氧化沟等，二沉池可以为现有的各种形式二沉池，如辐流式、竖流式、平流式等。

本工艺与其它污水生物处理工艺的比较：

1.污水的有机物降解一般用普通的连续流活性污泥法，这种完全连续流的曝气池，不能在0.5～1.5kgBOD/kgMLSS.d的负荷范围运行，因为这个负荷区曝气池内滋生丝状菌产生污泥膨胀；而本工艺中，反应池是厌氧、好氧交替循环的，这样就抑制了丝状菌生长，BOD负荷可以在0.5～1.5kgBOD/kgMLSS.d区域内，其BOD负荷可在0.1kgBOD/kgMLSS.d～5kgBOD/kgMLSS.d之间，本工艺几乎不受负荷的限制。

本工艺的活性污泥沉降性、活性都优于普通活性污泥，当在反应池或二沉池采用不进水曝气时，剩余污泥量也较少。

2.本工艺用于生物除氮不需混合液回流，这就节省了大量动力费用，一般A/O或A²/D法的脱氮效率取决于混合液的回流比，效率不高，而本工艺的脱氮效率与此无关，可以到90％以上，一般的处理方法，好氧池负荷要不大于0.18kgBOD/kgMLSS.d，应用范围很有限，而本工艺可以用较高的负荷来脱氮，可以使投资大大降低。本工艺能以高负荷脱氮主要原因有以下方面：

(1)反应池的专性硝化段和二沉池的不进水曝气，营造了适合于硝化菌生长的环境，对硝化菌有循环培植作用，使其在活性污泥中占有一定优势，不但自身有良好的硝化反应，也大大提高T_oi时段的硝化效率。

(2)由于硝化菌群的稳定性大大增强，使得系统可以在较低的污泥龄下正常运行。

(3)本工艺中，反应池厌氧好氧交替，使得一部分有机负荷是通过厌氧反应，包括反硝化、聚磷菌释磷等来降解和利用的，这样就减少了异养型好氧菌的利用负荷，减少了剩余污泥的产生量，另一方面，反应池中的专性硝化和二沉池的不进水曝气加剧了异养型好氧菌的内源呼吸，大大增加其衰减系数，甚至消化了部分污泥，也减少了剩余污泥量，这样本工艺的污泥龄在相同负荷下，比其他处理方式可以大得多。

3.本工艺脱磷，其负荷不受普通活性污泥法的中间负荷区的限制，其次可以在厌氧时段停止回流污泥以消除回流污泥中的DO对释磷反应的影响，同时可以延长厌氧时段的时间来达到更深的厌氧程度，最后二沉池可以在不进水时曝气抑制二沉池中的厌氧释磷反应，这样本工艺脱磷可以取得比普通A/O法更高的脱磷效率。

本工艺用于同时脱磷、脱氮时有本工艺用于生物脱氮或脱磷的各种优点，而且不存在A²/O法中提高脱氮效率和提高脱磷效率相互矛盾的现象，脱氮和脱磷效率都大大提高。

4.SBR法是目前研究得比较多的工艺，也同时具有去除BOD和脱氮除磷功能，但是SBR法有两个致命缺点：一是其出水必须用滗水器出水，要排除沉淀后的上清液，到设计最低水位，即该水位以上的水质必须达到要求，这对于活性污泥来讲实际是很难做到的，因为连续流工艺是二沉池最表面的水流出，往往还有时出水效果不好，因此SBR很难保证出水质量，容易将硝化菌等不易沉淀的细菌流失。本工艺出水是表面出水，而且污泥的沉降性好于普通活性污泥法，因此出水质量有保证，二是SBR法在整个处理过程中，参数变化大，很难在设计上运行上具体把握，要求很高的自控条件和操作水平，当涉及到脱磷脱氮时更复杂，这就限制SBR法在工程上的具体应用，本工艺在进水时是连续流的，可以借用现有的连续流处理理论，其生化反应相对于SBR法要稳定得多，并且专门为脱磷、脱氮而设计，效率高，易于控制，管理简单。

图1是本发明中有机物降解及脱氮流程示意图；

图2是本发明中有机物降解并同时脱磷、脱氮流程示意图；

图3是本发明中降解有机物及除磷流程示意图。

下面结合实施例对本发明作进一步的详述：

实施例1：现有流量Q₀＝2000m³/h，BOD₅浓度S₀＝80mg/L的生活污水需进行有机物降解并脱氮或有机物降解并同时脱磷脱氮。

1.有机物降解并脱氮：

根据水质情况，设计处理过程如下：好氧时段To＝3小时，其中Toi＝3小时，Tot＝0，厌氧时段Ta＝1小时，其中Tai＝1小时，Tat＝0，每个循环总反应时间T＝Ti+Tt＝4小时。反应池容积V＝4×Q₀＝8000M³，设计污泥浓度X＝3000mg/L时有机负荷 $N_S=\frac{Q{S}_0}{\mathrm{XV}}=\frac{24\×2000\×0.08}{8000\×3.0}=0.16\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d$

整个反应过程为：进水曝气3小时→进水不曝气1小时，如此循环往复，反应池型：完全混合式曝气池，污泥回流比30％。

                                 系统反应主要控制项目

一个循环时段T＝4小时			主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
							1	好氧时段To＝3小时	进水曝气段Toi＝3小时	氧化、硝化	曝气	沉淀、出水	回流
2	厌氧时段Ta＝1小时	进水不曝气段Tai＝1小时	反硝化	低速搅拌	沉淀、出水	回流

表中一些控制项目可随水质及运行情况改变。

2.有机物降解并同时脱磷脱氮

根据水质情况，设计处理过程如下：好氧时段To＝Toi＝3小时，厌氧时段Ta＝1.8小时，其中Tai＝1小时，Tat＝0.8小时，每个循环总反应时间T＝To+Ta＝4.8小时，反应池容积V＝TQ＝Q₀T²/Ti＝5.8Q₀＝11600M³，设计污泥浓度X＝3000mg/L，有机负荷 $N_S=\frac{Q_0{S}_0}{\mathrm{XV}}=\frac{24\×2000\×0.08}{12600\×3.0}=0.11\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d$

整个反应过程为：进水曝气3小时→进水不曝气1小时→不进水不曝气0.8小时，如此循环往复，反应池池型：完全混合式曝气池，污泥回流比30％。

                                          系统反应主要控制项目

一个循环时段T＝4.8小时			主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
							1	好氧时段To＝3小时	进水曝气段Toi＝3小时	氧化、硝化、吸磷	曝气	沉淀、出水	回流
2	厌氧时段Ta＝1.8小时	进水不曝气段Tai＝1小时	反硝化、释磷	低速搅拌	沉淀、出水	不回流
							不进水不曝气段Tat＝0.8小时	释磷、反硝化		曝气20分钟后静置	不回流

表中一些控制项目内容及参数可随水质及运行情况改变。

实施例2：有一城市污水处理厂，污水流量Q₀＝5000M³/h＝12万吨/日，进水BOD₅浓度S₀＝200mg/L，需进行有机物降解及营养物去除。

1.有机物降解并脱氮处理：

根据水质情况，设计处理过程如下：好氧时段T_o＝3.2小时，其中T_oi＝2.5小时，T_ot＝0.7小时；厌氧时段T_a＝1小时，其中T_ai＝0.7小时，T_at＝0.3小时，每个循环总反应时间T＝4.2小时，其中连续流T_i＝3.2小时，用水泵调节流量Q＝T/T_iQ_o＝4.2/3.2×5000＝6560m³/h，取水力停留时间为4.2小时，反应池容积V＝4.2×Q＝27500M³，设计污泥浓度X＝2700mg/L则有机负荷 $N_S=\frac{Q_0{S}_0}{\mathrm{XV}}=\frac{24\×5000\×0.2}{27500\×2.7}=0.32\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d$ 整个反应过程为：进水曝气2.5小时→不进水曝气0.7小时→进水不曝气0.7小时→不进水不曝气0.3小时，如此循环往复，反应池池型为完全混合式曝气池，可与二沉池合建，污泥回流比50％。

                                                 系统主要控制项目

一个循环时段T＝4.2小时			主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
							1	好氧时段To＝3.2小时	进水曝气段Toi＝2.5小时	氧化、硝化	曝气	沉淀、出水	回流
不进水曝气时段Tot＝0.7小时	专性硝化、氧化	曝气	曝气20分钟后静置	回流
					2	厌氧时段Ta＝10小时			进水不曝气段Tai＝0.7小时	反硝化	低速搅拌	沉淀出水	不回流
不进水不曝气段Tat＝0.3小时	反硝化		静置	不回流

表中一些控制项目内容及参数可随水质及运行情况改变。

2.有机物降解并同时生物脱磷和脱氮

根据水质情况，设计处理过程如下：好氧时段T_o＝3.2小时，其中T_oi＝2.5小时，T_ot＝0.7小时，厌氧时段T_a＝1.5小时，其中T_ai＝0.8小时，T_at＝0.7小时，每个循环的总时间T＝T_o+T_a＝4.7小时，其中连续流时间T_i＝T_oi+T_ai＝3.3小时，用水泵调节流量进水Q＝T/T_iQ_o＝4.7/3.3×5000＝7100M³/h，取设计停留时间为4.7小时，则反应池容积V＝TQ＝4.7×7100＝33500M³，取设计污泥浓度X＝2800mg/L，有机负荷 $N_S=\frac{Q_0{S}_0}{\mathrm{XV}}=\frac{24\×5000\×0.2}{33500\×2.8}=0.24\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d$ 反应池系用完全混合曝气池，可与沉淀池合建，整个反应过程为：进水曝气2.5小时→不进水曝气0.7小时→进水不曝气0.8小时→不进水不曝气0.7小时，如此循环往复。污泥回流比50％。

                                   系统反应主要控制项目

一个循环时段T＝4.7小时			主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
							1	好氧时段To＝3.2小时	进水曝气段Toi＝2.5小时	氧化、硝化、吸磷	曝气	沉淀、出水	回流
不进水曝气时段Tot＝0.7小时	专性硝化、氧化	曝气	曝气20分钟后静置	回流
					2	厌氧时段Ta＝1.5小时			进水不曝气段Tai＝0.8小时	反硝化、释磷	低速搅拌	沉淀、出水	不回流
不进水不曝气段Tat＝0.7小时	释磷、反硝化		曝气20分钟后静置	不回流

表中一些控制项目内容及参数可随水质及运行情况改变。

实施例3：有一食品加工厂污水，污水流量Q₀＝1200M³/h，进水BOD₅浓度S₀＝600mg/L，需进行有机物降解及营养物去除。

1.有机物降解并生物脱氮：

根据水质情况，设计处理过程如下：好氧时段T_o＝4.4小时，其中T_oi＝3.2小时，T_ot＝1.2小时；厌氧时段T_a＝1.6小时，其中T_ai＝0.8小时，T_at＝0.8小时，每个循环反应时间T＝6小时，其中连续流T_i＝4小时，用水泵调节流量Q＝Q_oT/T_i＝1200×6/4＝1800M³/h，取水力停留时间为6.0小时，反应池容积V＝6×1800＝10800M³，设计污泥浓度X＝3500mg/L则有机负荷 $N_S=\frac{Q_0{S}_0}{\mathrm{XV}}=\frac{24\×1200\×0.6}{10800\×3.5}=0.46\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d$ 整个反应过程为：进水曝气3.2小时→不进水曝气1.2小时→进水不曝气0.8小时→不进水不曝气0.8小时，如此循环往复，反应池池型为推流式曝气池，污泥回流比80％。

                                 系统主要控制项目

一个循环时段T＝6.0小时			主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
							1	好氧时段To＝4.4小时	进水曝气段Toi＝3.2小时	氧化、硝化	曝气	沉淀、出水	回流
不进水曝气时段Tot＝1.2小时	专性硝化、氧化	曝气	曝气0.7小时静置	回流
					2	厌氧时段Ta＝1.6小时			进水不曝气段Tai＝08小时	反硝化	低速搅拌	沉淀、出水	回流
不进水不曝气段Tat＝0.8小时	反硝化		曝气25分钟静置	不回流

表中一些控制项目内容及参数可随水质及运行情况改变。

2.有机物降解并同时生物脱磷脱氮

根据水质情况，设计处理过程如下：好氧时段T_o＝4.5小时，其中T_oi＝3.3小时，T_ot＝1.2小时，厌氧时段T_a＝2.2小时，其中T_ai＝1.0小时，T_at＝1.2小时，每个循环反应时间T＝6.7小时，其中连续流时间T_i＝4.3小时，用水泵调节流量进水Q＝T/T_oQ_o＝1200×6.1/4.3＝1870M³，取设计停留时间为6.7小时，反应池容积V＝TQ＝6.7×1870＝12500M³，设计污泥浓度X＝3500mg/L，则有机负荷 $N_S=\frac{Q_0{S}_0}{\mathrm{XV}}=\frac{24\×1200\×0.6}{12500\×3.5}=0.39\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d$ 反应池型为推流式反应池，整个反应过程为：进水曝气3.3小时→不进水曝气1.2小时→进水不曝气1.0小时→不进水不曝气1.2小时，如此循环往复。污泥回流比80％。

                                         系统反应主要控制项目

一个循环时段T＝6.6小时			主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
							1	好氧时段To＝4.5小时	进水曝气段Toi＝3.3小时	氧化、硝化、吸磷	曝气	沉淀、出水	回流
不进水曝气时段Tot＝1.2小时	专性硝化、氧化	曝气	曝气40分钟后静置	回流
					2	厌氧时段Ta＝2.2小时			进水不曝气段Tai＝1.0小时	反硝化、释磷	低速搅拌	沉淀、出水	不回流
不进水不曝气段Tat＝1.2小时	释磷、反硝化		曝气40分钟后静置	不回流

表中一些控制项目内容及参数可随水质及运行情况改变。

实施例4：现有一肉类加工厂废水，流量Q₀＝800M³/h，进水BOD₅浓度S₀＝1200mg/L，需进行有机物降解及去除营养物设计。

1.去除有机物和氮：

根据水质情况，设计处理过程如下：好氧时段T_o＝5.6小时，其中T_oi＝4.4小时，T_ot＝1.2小时；厌氧时段T_a＝1.9小时，其中T_ai＝0.6小时，T_at＝1.3小时，每个循环反应时间T＝7.5小时，其中连续流T_i＝5小时，用水泵调节流量Q＝T/T_iQ_o＝7.5/5×800＝1200M³/h，取水力停留时间为7.5小时，反应池容积V＝7.5×1200＝9000M³，设计污泥浓度X＝4000mg/L则有机负荷 $N_S=\frac{Q_0{S}_0}{\mathrm{XV}}=\frac{24\×800\×1.2}{9000\×4}=0.64\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d$ 整个反应过程为：进水曝气4.4小时→不进水曝气1.2小时→进水不曝气0.6小时→不进水不曝气1.3小时，如此循环往复，反应池型为推流式曝气池，污泥回流比100％。

                                     系统主要控制项目

一个循环时段T＝7.5小时			主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
							1	好氧时段To＝5.6小时	进水曝气段Toi＝4.4小时	氧化、硝化	曝气	沉淀、出水	回流
不进水曝气时段Tot＝1.2小时	专性硝化、氧化	曝气	曝气40分钟后静置	回流
					2	厌氧时段Ta＝1.9小时			进水不曝气段Tai＝0.6小时	反硝化	低速搅拌	沉淀、出水	回流
不进水不曝气段Tat＝1.3小时	反硝化		曝气45分钟后静置	不回流

表中一些控制项目内容及参数可随水质及运行情况改变。

2.去除有机物并同时生物脱磷和脱氮根据水质情况，设计处理过程如下：好氧时段T_o＝5.6小时，其中T_oi＝4.4小时，T_ot＝1.2小时，厌氧时段T_a＝2.4小时，其中T_ai＝0.6小时，T_at＝1.8小时，每个循环反应时间T＝8.0小时，其中连续流时间T_i＝5小时，用水泵调节进水流量Q＝T/T_iQ_o＝8/5×800＝1280M³/h，取水力停留时间为8小时，反应池容积V＝8×1280＝10240M³，设计污泥浓度X＝4000mg/L，则有机负荷 $N_S=\frac{Q_0{S}_0}{\mathrm{XV}}=\frac{24\×800\×1.2}{10240\×4}=0.56\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d$ 反应池型为推流式反应池，整个反应过程为：进水曝气4.4小时→不进水曝气1.2小时→进水不曝气0.6小时→不进水不曝气1.8小时，如此循环往复。污泥回流比100％。

                                 系统反应主要控制项目

一个循环时段T＝8小时			主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
							1	好氧时段To＝5.6小时	进水曝气段Toi＝4.4小时	氧化、硝化、吸磷	曝气	沉淀、出水	回流
不进水曝气时段Tot＝1.2小时	专性硝化、氧化	曝气	曝气40分钟后静置	回流
					2	厌氧时段Ta＝2.4小时			进水不曝气段Tai＝0.6小时	反硝化、释磷	低速搅拌	沉淀、出水	不回流
不进水不曝气段Tat＝1.8小时	释磷、反硝化		曝气1小时后静置	不回流

表中一些控制项目内容及参数可随水质及运行情况改变。

实施例5：现有一高浓度工业有机废水，流量Q₀＝300M³/h，进水BOD₅浓度S₀＝2300mg/L，要求进行有机物及营养物的处理。

1.去除有机物和氮：

根据水质情况，设计处理过程如下：好氧时段T_o＝6.8小时，其中T_oi＝5小时，T_ot＝1.8小时；厌氧时段T_a＝2.4小时，其中T_ai＝0.6小时，T_at＝1.8小时，每个循环反应时间T＝9.2小时，其中连续流T_i＝5.6小时，用水泵调节进水流量Q＝T/T_iQ_o＝9.2/5.6×300＝490M³/h，取水力停留时间为9.2小时，反应池容积V＝9.2×490＝4500M³，设计污泥浓度X＝4500mg/L则有机负荷 $N_S=\frac{Q_0{S}_0}{\mathrm{XV}}=\frac{24\×300\×2.3}{4500\×4.5}=0.82\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d$

整个反应过程为：进水曝气5小时→不进水曝气1.8时→进水不曝气0.6小时→不进水不曝气1.8小时，如此循环往复，反应池型为渐减曝气推流式曝气池，污泥回流比为150％。

                                   系统主要控制项目

一个循环时段T＝9.2小时			主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
							1	好氧时段To＝6.8小时	进水曝气段Toi＝5小时	氧化、硝化	曝气	沉淀、出水	回流
不进水曝气时段Tot＝1.8小时	专性硝化、氧化	曝气	曝气1.2小时后静置	回流
					2	厌氧时段Ta＝2.4小时			进水不曝气段Tai＝0.6小时	反硝化	低速搅拌	沉淀、出水	回流
不进水不曝气段Tat＝1.8小时	反硝化		曝气1.2小时后静置	不回流

表中一些控制项目内容及参数可随水质及运行情况改变。

2.降解有机物并同时生物脱磷和脱氮根据水质情况，设计处理过程如下：好氧时段T_o＝6.8小时，其中T_oi＝5小时，T_ot＝1.8小时，厌氧时段T_a＝2.9小时，其中T_ai＝0.7小时，T_at＝2.2小时，每个循环反应时间T＝9.7小时，其中连续流时间T_i＝5.7小时，用水泵调节进水流量Q＝T/T_iQ_o＝9.7/5.7×300＝510M³/h，取水力停留时间为9.7小时，反应池有效容积V＝9.7×510＝4950M³，设计污泥浓度X＝4500mg/L，则有机负荷 $N_S=\frac{Q_0{S}_0}{\mathrm{XV}}=\frac{24\×300\×2.3}{4950\×4.5}=0.74\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d$ 整个反应过程为：进水曝气5小时→不进水曝气1.8小时→进水不曝气0.7小时→不进水不曝气2.2小时，如此循环往复。反应池池型为渐减曝气式推流曝气池，污泥回流比150％。

                                    系统反应主要控制项目

一个循环时段T＝9.7小时			主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
							1	好氧时段To＝6.8小时	进水曝气段Toi＝5小时	氧化、硝化、吸磷	曝气	沉淀、出水	回流
不进水曝气时段Tot＝1.8小时	专性硝化氧化吸磷	曝气	曝气1.2小时后静置	回流
					2	厌氧时段Ta＝2.9小时			进水不曝气段Tai＝0.7小时	反硝化、释磷	低速搅拌	沉淀、出水	不回流
不进水不曝气段Tat＝2.2小时	释磷、反硝化		曝气100分钟后静置	不回流

表中一些控制项目内容及参数可随水质及运行情况改变。

3.用本工艺串联进行降解有机物并同时脱磷、脱氮

当污水BOD浓度过高时，对二沉池的体积、曝气强度要求都很高，污泥回流比也较大，这些对运行费用都有影响，现采用本工艺串联，第一级采用氧化及除磷工艺，以比较高的负荷和的污污龄初步降解有机物和脱磷，第二级采用氧化及同时脱磷脱氮工艺，现设计如下：第一级、设计反应过程：进水曝气4小时→不进水不曝气1.5小时→进水曝气1小时→不进水不曝气1.5小时，如此循环往复。设计水力停留时间为4小时，反应池容积V₁＝4×300＝1200M³，设计污泥浓度X₁＝5400mg/L，有机负荷 $N_{S1}=\frac{Q_0{S}_0}{X_1{V}_1}=\frac{24\×300\×2.3}{1200\×5.4}=2.65\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d$ 反应池为推流式曝气池。

                                第一级主要控制项目

一个循环时段T＝8小时		主要反应类型	第一级反应池	第一级二沉池	污泥回流
						1	进水曝气段Toi1＝4小时	氧化、吸磷	曝气	沉淀、出水	回流
2	不进水不曝气时段Tatp1＝1.5小时	释磷		静置	不回流
						3	进水曝气段Toi2＝0.8小时	氧化、吸磷	曝气	沉淀、出水	回流
4	不进水不曝气段Tatp2＝2小时	释磷		曝气20分钟后静置	不回流

第二级：设计处理过程：好氧时段T_o＝5.5小时，其中T_oi＝4小时，T_ot＝1.5小时，厌氧时段T_a＝2.5小时，其中T_ai＝1小时，T_at＝1.5小时，一个循环时段为8小时，其中连续流T_i＝5小时；第一级第二级进水出水时段是一致的，一级进水时流量就用水泵调节Q＝T/T_iQ_o＝8/5×300＝480M³/h，第二级水力停留时间为8小时，反应池容积V₂＝8×480＝3840M³，第一级有机物去除效率设计值为45％，则第二级进水浓度S₁＝(1-45％)S₀＝1270mg/L；设计污泥浓度X₂＝4500mg/L，第二级有机负荷 $N_{S2}=\frac{Q_0{S}_0}{X{V}_2}=\frac{24\×300\×1270}{3840\×4.5}=0.53\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d$ 反应池为渐减曝气式推流曝气池，污泥回流比为80％。第二级反应过程为：进水曝气4小时→不进水曝气1.5小时→进水不曝气1小时→不进水不曝气1.5小时，如此循环往复。

                                           第二级主要控制项目

一个循环时段T＝8小时			主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
							1	好氧时段To＝5.5小时	进水曝气段Toi＝4小时	氧化、硝化、吸磷	曝气	沉淀、出水	回流
不进水曝气时段Tot＝1.5小时	专性硝化、氧化	曝气	曝气1小时后静置	回流
					2	厌氧时段Tat＝2.5小时			进水不曝气段Tai＝1.0小时	反硝化、释磷	低速搅拌	沉淀、出水	不回流
不进水不曝气段Tat＝1.5小时	释磷、反硝化		曝气1小时后静置	不回流

两级的控制项目中的一些内容和参数可随水质及运行状况改变。

实施例6：现有一流量为Q₀＝500M³/h，BOD₅浓度为3200mg/L的高浓度污水要求降解其有机物和氮磷营养物。

根据水质情况，采用本工艺串联设计：

第一级：氧化及除磷工艺：设计反应过程：进水曝气4小时→不进水不曝气2时→进水曝气0.8小时→不进水不曝气2小时，如此循环往复，设计平均水力停留时间为4小时，反应池容积V₁＝4×500＝2000M³，设计污泥浓度X₁＝6000mg/L，第一级有机负荷 $N_{S1}=\frac{Q_0{S}_0}{X_1{V}_1}=\frac{24\×5000\×3.2}{2000\×6}=3.2\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d$ 反应池型为推流式曝气池，第一级的设计有机物去除率为46％，则第一级出水浓度S₁＝(1-46％)S₀＝1730mg/L。

                                   第一级主要控制项目

一个循环时段T＝8.8小时		主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
						1	进水曝气段Toi1＝4小时	氧化、吸磷	曝气	沉淀、出水	回流
2	不进水不曝气时Tat1＝2小时	释磷		曝气20分钟后静置	不回流
						3	进水曝气段Toi2＝0.8小时	氧化、吸磷	曝气	沉淀、出水	回流
4	不进水不曝气段Tat2＝2小时	释磷		曝气20分钟后静置	不回流

第二级生物脱磷、脱氮及有机物降解

好氧时段T_o＝6小时，其中T_oi＝4小时，T_ot＝2小时，厌氧时段T_a＝2.8小时，其中T_ai＝0.8小时，T_at＝2小时，一个循环时段为8.8小时，其中连续流T_i＝4.8小时，第一级第二级的进水、出水时段一致，进水流量在第一级就用水泵调节Q＝T/T_iQ_o＝8.8/4.8×500＝920M³/h，第二级水力停留时间为8.8小时，第二级反应池容积V₂＝8.8×920＝8100M³，设计污泥浓度X₂＝4500mg/L，第二级有机负荷 $N_{S2}=\frac{Q_0{S}_1}{X_2{V}_2}=\frac{24\×500\×1.73}{8100\×4.5}=0.57\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d$ 反应池池型为渐减曝气式推流曝气池，污泥回流比为100％。第二级反应过程为：进水曝气4小时→不进水曝气2小时→进水不曝气0.8小时→不进水不曝气2小时，如此循环往复。

                                   第二级主要控制项目

一个循环时段T＝8.8小时			主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
							1	好氧时段To＝6.0小时	进水曝气段Toi＝4小时	氧化、硝化、吸磷	曝气	沉淀、出水	回流
不进水曝气时段Tot＝2小时	专性硝化、氧化、吸磷	曝气	曝气1.5小时后静置	回流
					2	厌氧时段Ta＝2.8小时			进水不曝气段Tai＝08小时	反硝化、释磷	低速搅拌	沉淀、出水	不回流
不进水不曝气段Tat＝2小时	反硝化、释磷		曝气1.5小时后静置	不回流

两级控制项目的一些内容和参数可随水质及运行情况改变。

实施例7：现有一高浓度有机工业污水，流量为50M³/h，BOD₅浓度为4200mg/L，需进行有机物降解及营养物去除。

根据水质情况，采用本工艺串联设计：

第一级：氧化及除磷工艺：

设计反应过程：进水曝气4小时→不进水不曝气2∶2时→进水曝气18小时→不进水不曝气1.8小时，如此循环往复，设计平均水力停留时间为4小时，反应池容积V₁＝4×50＝200M³，设计污泥浓度X₁＝6000mg/L，第一级有机负荷 $N_{S1}=\frac{Q_0{S}_0}{X_1{V}_1}=\frac{24\×50\×4.2}{200\×6}=4.2\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d.$ 反应池型为推流式曝气池，第一级设计有机物去除率为40％，则第一级出水浓度S₁＝(1-40％)S₀＝2520mg/L。

                                    第一级主要控制项目

一个循环时段T＝9.0小时		主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
						1	进水曝气段Toi1＝4小时	氧化、吸磷	曝气	沉淀、出水	回流
2	不进水不曝气时段Tat1＝2.2小时	释磷		曝气0.5小时后静置	不回流
						3	进水曝气段Toi2＝1.0小时	氧化、吸磷	曝气	沉淀、出水	回流
4	不进水不曝气段Tat2＝1.8小时	释磷		曝气0.2小时后静置	不回流

第二级氧化及同时生物脱磷、脱氮工艺

好氧时段T_o＝6.2小时，其中T_oi＝4小时，T_ot＝2.2小时，厌氧时段T_a＝2.8小时，其中T_ai＝1.0小时，T_at＝1.8小时，一个循环时段总的时间T＝9小时，其中连续流时间T_i＝5小时，两级进、出水时间一致，第一级进水即有水泵调节流量Q＝T/T_iQ_o＝9×50/5＝90M³/h，由于浓度较高，反应池池型采用氧化沟，设计平均水力停留时间为28小时，氧化沟有效容积V₂＝28×50＝1400M³，设计污泥浓度X₂＝5000mg/L，第二级有机负荷 $N_{S2}=\frac{Q_0{S}_1}{X_2{V}_2}=\frac{24\×50\×2.52}{1400\×5}=0.43\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d$

整个反应过程为：进水曝气4小时→不进水曝气2.2小时→进水不曝气1.0小时→不进水不曝气1.8小时，如此循环往复。

                                         第二级主要控制项目

一个循环时段T＝9.0小时			主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
							1	好氧时段To＝6.2小时	进水曝气段Toi＝4小时	氧化、硝化、吸磷	曝气	沉淀、出水	回流
不进水曝气时段Tot＝2.2小时	专性硝化、氧化、吸磷	曝气	曝气1.6小时后静置	回流
					2	厌氧时段Ta＝2.8小时			进水不曝气段Tai＝1小时	反硝化、释磷		沉淀、出水	不回流
不进水不曝气段Tat＝1.8小时	释磷、反硝化		曝气1.0小时后静置	不回流

两级控制项目的一些内容和参数可随水质及运行情况改变。

实施例8：有一含磷有机废水Q₀＝100M³/h，BOD₅浓度S₀＝600mg/L，要求降解有机物及除磷。根据水质设计处理过程如下：好氧时段T_o＝T_oi＝4.0小时，厌氧时段T_a＝2小时，其中T_ai＝0.5小时，T_at＝1.5小时，一个循环时段T＝6小时，其中连续流T_i＝4.5小时，取水力停留时间为6小时，用水泵调节流量Q＝T/T_iQ_o＝6/4.5×100＝133.3M³/h，反应池容积V＝6×Q＝800M³，设计污泥浓度X＝3000mg/L有机负荷 $N_S=\frac{Q_0{S}_0}{\mathrm{XV}}=\frac{24\×100\×0.6}{800\×3}=0.6\mathrm{kgBOD}/\mathrm{kgMLSS}.d$

回流比60％。整个反应过程：进水曝气4小时→进水不曝气0.5小时→不进水不曝气1.5小时，如此循环往复，采用推流曝气池。

                                      主要控制项目

一个循环时段T＝6小时			主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
							1	好氧时段To＝4小时	进水曝气段Toi＝4小时	氧化、吸磷	曝气	沉淀、出水	回流
2	厌氧时段Ta＝2小时	进水不曝气段Tai＝0.5小时	释磷		沉淀、出水	不回流
							不进水不曝气段Tat＝1.5小时	释磷		曝气10分钟后静置	不回流

实施例9：现有一有机污水，流量为Q₀＝150m³/h，经过调节池初步沉淀后，BOD₅＝300mg/L，排放水体为内湖，要求脱除氮、磷等造成湖泊富营养化的物质才能排放。因BOD₅浓度较高，不易用普通A/O法进行污水处理，现采用本工艺进行处理。

1.脱氮处理：根据水质情况，设计处理过程如下：好氧时段T_o＝4小时，其中T_oi＝3小时，T_ot＝1小时，厌氧时段T_a＝1.5小时，其中T_ai＝0.5小时，T_at＝1小时，每个循环总反应时间T＝T_o+T_a＝5.5小时，其中连续流时间T_i×T_oi＝T_oi+T_ai＝3.5小时，用水泵调节流量，实际进水量为Q＝T/T_i×Q_o，设计水力停留时间取5.5小时，反应池容积为V＝TQ＝T²/T_i×Q_o＝5.5²/3.5×150＝1300M³，当X＝3500MG/L时有机负荷N_s＝0.24kgBOD/MLSS.d＞0.18kgBOD/MLSS.d，但由于专性硝化段的设立，反应可以正常进行，带个反应过程如下：进水曝气3小时→不进水曝气1小时→进水不曝气0.5小时→不进水不曝气1小时，如此循环往复。

2.用BACR方式进行同步脱磷、脱氮处理：

根据水质情况，设计处理过程如下：好氧时段T_o＝4小时，其中T_oi＝3小时，T_ot＝1小时，厌氧时段T_a＝2.3小时，其中T_aiN＝1.5小时，T_atN＝0，T_aiP＝0，T_atP＝0.8小时。每个循环总反应时间T＝T_o+T_a＝6.3小时，其中连续流时间T_i＝T_oi+T_aiN+T_aiP＝4.5小时，现在设计反应池水力停留时间为T+1＝6.3+1＝7.3小时，这样是为了保证T_aiN时的进水的脱氮效果。用水泵调节进水量，实际进水量Q＝Q₀T/T_i，反应池有效容积为V＝(T+1)Q＝7.3×6.3×150÷4.5＝1500M³，当池内污泥浓度X＝3500mg/L时，有机负荷

N_s＝0.2kgBOD/MLSS.d＞0.18kgBOD/MLSS.d整个反应过程如下：进水曝气3小时→不进水曝气1小时→进水不曝气1.5小时→不进水不曝气0.8小时，如此循环往复。反应池池型：阶段曝气式、推流式曝气池。

                                  系统反应控制主要项目

                                  表1有机物降解及脱氮

一个循环时段T＝5.5小时			主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
							1	好氧时段To＝4小时	进水曝气段Toi＝3小时	氧化、硝化	曝气	沉淀、出水	回流
不进水曝气时段Tot＝1小时	专性硝化、氧化	曝气	静置	回流
					2	厌氧时段Ta＝1.5小时			进水不曝气段Tai＝0.5小时	反硝化	低速搅拌	沉淀、出水	回流
不进水不曝气段Tat＝1.0小时	反硝化	低速搅拌	静置	不回流

                                    表2  有机物降解及同时脱磷脱氮

			主要反应类型	反应池	二沉池	污泥回流
							1	好氧时段To＝4小时	进水曝气段Toi＝3小时	氧化、硝化、吸磷	曝气	沉淀、出水	回流
不进水曝气时段Tot＝1小时	专性硝化、氧化	曝气	曝气0.5小时静置0.5小时	回流
					2	厌氧时段Ta＝2.3小时			进水不曝气段Tai＝TaiN+TaiP＝1.5小时	反硝化、释磷	低速搅拌	沉淀、出水	回流
不进水不曝气段＝0.8小时	释磷、反硝化		静置	不回流

其余同原说明，其中一些控制项目内容及参数可随水质及运行情况改变。

Claims (4)

1.污水生物处理方法，其基本处理单元由一个反应池和一个二沉池组成，带有曝气系统和污泥回流系统，其特征在于：在处理方式上采用间歇供氧和间歇进水，在进水时整个系统是连续流的，进出水同步且方向不变；反应池在时间上由曝气时段To和不曝气时段Ta两个时段循环组成，所述To由进水曝气Toi和不进水曝气Tot两个子时段组成，Ta由进水不曝气Tai和不进水不曝气Tat两个子时段组成，且Toi≠0，Ta≠0，其它子时段Tot可为零，Tai或Tat可不同时为零，污水在反应池中的有效水力停留时间不小于一个循环的时段时间T，T＝To+Ta；二沉池可以在不进水时段中进行一段时间的曝气。

2.根据权利要求1所述的污水生物处理方法，其特征在于：当污水浓度较高时，可以分两级串联进行处理；一般以有机物降解及脱磷工艺为第一级，以有机物降解及同时脱磷脱氮工艺为第二级并且作为主要处理级；在整个系统时段控制上以主要处理级为主，两级的进出水时段一致。

3.根据权利要求1或2所述的污水生物处理方法，其特征在于：在反应池中设计了只曝气、不进水的专门适用于硝化反应的专性硝化段。

4.根据权利要求1或2所述的污水生物处理方法，其特征在于：所述工艺可以处理进水BOD从60MG/L～4500MG/L，BOD负荷率从0.1kgBOD/kgMLSS.d～5kgBOD/kgMLSS.d范围内不同有机物浓度的污水。