CN114516683A - 基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷系统及方法，包括依次串联且首尾相连的缺氧厌氧区、好氧区和沉淀区；所述缺氧厌氧区包括多个串联分布的可调节池、设置于每个可调节池内的一号气升井、以及设置于一号气升井内的曝气器；所述曝气器用于为所在可调节池提供溶解氧并推动水流至下一级可调节池，启动曝气器的可调节池为缺氧池，反之为厌氧池。本发明将缺氧、好氧、厌氧、沉淀等池体紧凑布置在一起，利用曝气可以实现AN/O，倒置A2/O等多种工艺方式运行，具有脱氮、除磷或兼顾脱氮除磷的功能，利用曝气还能够提供污水回流的动力，无需采用泵进行回流，节约能耗。

Description

基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷系统及方法
技术领域
本发明属于水环境保护技术领域，为传统A2/O工艺和氧化沟生物脱氮除磷工艺的综合改进，具体涉及一种基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷系统及方法，属于介于A2/O工艺(或倒置A2/O，或其他缺氧-厌氧联合)和氧化沟工艺之间的一种特殊污水处理方法。
背景技术
氧化沟工艺是目前城镇污水处理厂应用最广泛的技术之一。氧化沟是一种活性污泥处理系统，其曝气池呈封闭的环流沟渠型，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。以Carrousel氧化沟为例，污水在沟内循环一次的流态属于推流反应器，但是由于污水在沟内一般停留时间较长，所以通常循环很多次，从而总体上属于完全混合式。由于曝气是在沟内某些点进行，所以全沟范围看实际上溶解氧状态是介于好氧和缺氧之间，从而达到脱氮的目的。为了有除磷的效果，通常氧化沟还可以设置厌氧池，相对独立于沟循环系统。Orbal氧化沟或其他类型的氧化沟尽管构造不同，但都是通过污水在沟内循环，同时提供缺氧-好氧-厌氧的交替条件，达到污水脱氮除磷的目的。但是，特别是对于Carrousel氧化沟来说，由于在同一沟中好氧区与缺氧区各自的体积和溶解氧浓度很难准确地加以控制，因此对除氮的效果是有限的，沟内对除磷几乎不起作用。Orbal氧化沟采用相对独立的三条沟渠系统，能够将各个沟渠的溶解氧浓度较好控制为厌氧缺氧与好氧状态，但是由于其构造的原因，三条沟的容积不能灵活调节。此外，各种氧化沟内为了避免污泥沉积，需要维持一定的流速(如《室外排水设计规范》规定沟内流速>0.25m/s)，需要布置大量的推进装置，造成较大的能耗。
A2/O工艺也是目前城镇污水处理厂应用广泛的技术之一，通过设置厌氧池、缺氧池和好氧池，达到生物脱氮除磷的功能。为了达到较高的脱氮效率，通常采用较大的回流比，总回流比(污水回流和污泥回流之和)常常超过300％，能耗较大且总氮去除率不高。为了提高总氮去除率，常常需要更高的总回流比(>300％)，但是过高的总回流比会导致缺氧池效率下降，且能耗过高，难以达到节能减排的目的。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷系统及方法，其本质可以认为是一种氧化沟与倒置A2/O(或其他缺氧-厌氧联合方式)复合工艺，是一种运行方式灵活的污水处理方法，具有较高的总氮总磷去除率，且能耗较低。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷系统，包括依次串联且首尾相连的缺氧厌氧区、好氧区和沉淀区；
所述缺氧厌氧区包括多个串联分布的可调节池、设置于每个可调节池内的一号气升井、以及设置于一号气升井内的曝气器；
所述曝气器用于为所在可调节池提供溶解氧并推动水流至下一级可调节池，启动曝气器的可调节池为缺氧池，反之为厌氧池。
本发明将好氧区、缺氧厌氧区和沉淀区紧凑布置为一体化结构，利用曝气器的启闭，使得污水在处理过程可以按照多种方式运行(厌氧或缺氧多种组合在先，好氧在后)，具有极大的灵活性；
该工艺本质属于A2/O(或倒置A2/O)工艺，但同时兼具氧化沟工艺特点，且可以按照AN/O，倒置A2/O等多种工艺方式运行，并可以较灵活地调节缺氧与好氧等各个池体的水力停留时间分配，可以灵活控制总回流比。水流在各个功能区的流态如下：缺氧厌氧区的每个分隔间属于完全混合态，多个隔间在宏观上构成推流；好氧区属于螺旋推流态；沉淀区水平方向属于平流，垂直方向性质属于辐流。该方法需要鼓风机曝气，利用曝气的气流上升作用推动污水在池体之间循环，无需采用泵进行回流，节约能耗。缺氧厌氧区按照推流式反应器方式布置，对碳源要求较少。
作为本发明的进一步优化方案，每间隔相邻的一个可调节池的一号气升井处均设置进水口，所述进水口通过污水进水管连接污水输出端，使得进水采用多点进水方式，有利于提高总氮去除率。
作为本发明的进一步优化方案，所述缺氧厌氧区输出端通过同样内置曝气器的二号气升井与好氧区输入端连接，能够实现缺氧厌氧区和好氧区之间污水的无动力循环，节约能耗；该曝气器与一号气升井内的曝气器均通过空气管连接鼓风机。
作为本发明的进一步优化方案，所述二号气升井与好氧区连通处设置可调堰板，所述可调堰板通过调节出水高度来控制好氧区进水流量和缺氧厌氧区内水力停留时间，整个系统的回流量由可调堰板的角度(高度)控制，需要回流量增加则降低堰板高度，反之亦然。
作为本发明的进一步优化方案，所述好氧区内腔设置有空气扩散器和倾斜的导流板，所述空气扩散器通过空气管连接鼓风机，空气扩散器为好氧区提供生化反应主要的供氧量，倾斜的导流板能够使空气扩散器更好的搅拌污水，且避免形成死区。
作为本发明的进一步优化方案，所述沉淀区输入端通过配水区和设置于配水区内的多孔板与好氧池连通，所述沉淀池内腔底部自输入端至输出端倾斜设置，所述沉淀池输出端通过污泥污水回流结构与缺氧厌氧区输入端的一号气升井连通；所述污泥污水回流结构为倾斜的排泥槽，所述排泥槽朝一侧的一号气升井方向向下倾斜。沉淀池池底倾斜设置，能够避免污泥直接跌落到排泥槽形成较强烈的紊流，排泥槽槽底也是倾斜设置，这样沉淀下来的污泥能够缓慢自行滑落到缺氧厌氧区第一个一号气升井，随气流水流的推动作用回流到缺氧厌氧区；另外倾斜设置的结构能够使得池底的污泥不需要设置刮泥板。
本发明将缺氧与厌氧区设置成多格独立分布的区域，将缺氧区和厌氧区设置为推流形式的反应器，且缺氧区和厌氧区可以互换，能够一定程度节省碳源。通过此改进和池体的巧妙布置，工艺运行非常灵活。
一种基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷方法，所述方法采用上述污水脱氮除磷系统实现，具体包括以下步骤：
S1.开启或关闭各可调节池内一号气升井内的曝气器，调整缺氧厌氧区内缺氧池和厌氧池的组合方式；
S2.向缺氧厌氧区输入污水，使得污水与自沉淀池回流的污泥污水混合液混合，混合所得共混液在一号气升井内曝气器驱动下自第一级可调节池流向最后一级可调节池，流动过程中进行缺氧和/或厌氧处理；
S3.处理后的共混液输出至好氧池进行硝化反应，反应所得硝化液输出至沉淀池；
S4.硝化液于沉淀池内沉淀，所得污泥污水混合液继续回流到缺氧厌氧区，完成一个污水处理循环。
作为本发明的进一步优化方案，步骤S1中所述的缺氧池和厌氧池的组合方式包括：缺氧池-好氧池，厌氧池-好氧池，厌氧池-缺氧池-好氧池，缺氧池-厌氧池-好氧池，缺氧池-厌氧池-缺氧池-好氧池。
本发明根据氧化沟和A2/O工艺(倒置A2/O)的基本原理和特点，并结合污水实际处理过程氧化沟可以按照AN/O或A2/O工艺模式运行的特点，充分利用曝气过程气泡上升对水流的推动作用，实现气升推动污水循环，节省了部分动力消耗；且本发明运行方式灵活可调，具有较高的总氮总磷去除率。
本发明的有益效果在于：
本发明的方法与氧化沟工艺或A2/O工艺等方式相比，具备以下技术优势：
(1)节省了回流的动力和设备，能耗显著降低；
(2)工艺运行方式有多种，可以根据进水水质和处理要求灵活控制，适应水质变化能力强；
(3)缺氧-厌氧反应多格串联，碳源需求可少于传统工艺，对于低碳源污水可以降低药剂投加成本，或无需投加药剂；
(4)脱氮率显著高于传统AN/O或A2/O或氧化沟等工艺；
(5)各区域池体布置紧凑，虽然工艺流程较复杂，但基建费用不高；
(6)本发明的工艺方法适用于碳源较低而对脱氮率要求较高的生活污水处理，适宜于规模中等的小城镇或村镇污水处理，也适宜于水质近似的工业废水处理。
附图说明
图1是本发明好氧区布置一个导流板的整体系统平面布置示意图。
图2是本发明好氧区布置两个导流板的整体系统平面布置示意图。
图3是本发明图1中A-A结构示意图。
图中：1、缺氧厌氧区；2、好氧区；3、沉淀区；4、一号气升井；5、曝气器；6、污水进水管；7、二号气升井；8、空气管；9、可调堰板；10、导流板；11、多孔板；12、斜板；13、排泥槽；14、空气扩散器；15、配水廊道；16、排水槽。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施方式进行说明，应当理解，此处所描述的实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明工艺的流程、构造、参数等；实施方式中所给的具体参数仅仅是为了说明本发明的示例，而非必须采用的参数。实际上工艺/方法可以适宜于包括厌氧、缺氧与好氧反应池的生物脱氮除磷污水处理工艺，具体应用不限于实施方式的工艺流程布置方式和示例数值。为了方便讨论与说明，对某些参数直接指定了具体数值，这些数值均是基于理论推算值，在实际工程中会有一定的差别，当应用在与指定参数有差异的场合，应该进行适当的修改。对于生物脱氮或生物脱氮除磷工艺，凡是将缺氧池厌氧池多格串联分布，且利用曝气实现无动力回流的，均属于本发明保护范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。
实施例1
如图1-3所示，一种基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷系统，包括依次串联且首尾相连的缺氧厌氧区1、好氧区2和沉淀区3。
所述缺氧厌氧区1包括多个串联分布的可调节池、设置于每个可调节池内的一号气升井4、以及设置于一号气升井4内的曝气器5；所述曝气器5用于为所在可调节池提供溶解氧并推动水流至下一级可调节池。
每间隔相邻的一个可调节池的一号气升井4处均设置进水口，所述进水口通过污水进水管6连接污水输出端。
所述缺氧厌氧区1输出端通过同样内置曝气器5的二号气升井7与好氧区2输入端连接，该曝气器5与一号气升井4内的曝气器5均通过空气管8连接鼓风机。
本发明整体技术方案中，缺氧厌氧区1一般由5～9格独立的分格组成，每个分格根据一号气升井4是否启动供气决定其溶解氧状态，5～9个独立的分格可以各自独立控制其溶解氧状态是缺氧或厌氧，每个分格对应的一号气升井4处于供气状态则为缺氧池，处于停止供气状态即为厌氧池。
本发明缺氧区的每个分格池的溶解氧量由该池对应的一号气升井4内曝气器5曝气提供。一号气升井4供气需要较准确，同时满足如下条件：
(1)一号气升井4曝气过程实际能够溶解到水中氧的量(即实际供氧量)满足维持所对应缺氧池的DO浓度在0.2～0.5mg/L范围；
(2)供氧量满足该对应的缺氧池内污泥在缺氧状态代谢的需氧量。
活性污泥好氧状态比耗氧速率(SOUR)一般在8-20mgO2/(gMLVSS·h)，在异养菌代谢为主且活性较好的状态下，SOUR甚至能够高于20mgO2/(gMLVSS·h)。在以反硝化功能为主的缺氧状态下，异养菌的代谢受到严重抑制，仅仅需要基础代谢的需氧量；而反硝化细菌以硝酸盐为电子供体，并不需要分子氧，但是反硝化细菌某些酶的活动仍需要分子氧，故在缺氧反应条件下，反应池内仍需要维持少量氧。缺氧时，污泥的SOUR大幅度低于上述值，一般仅需要不到1.0mgO2/(gMLVSS·h)，通常可以取0.40～0.80mgO2/(gMLVSS·h)，则在一号气升井4内曝气需要供氧量相当于2.5mg/L(池内MLSS按照5000mg/L，HRT按照0.50h考虑)，一般情况下常规曝气量供氧能力大体上接近或稍低于该值(即在一号气升井4曝气上升过程中，水从流入到流出一号气升井4这一短暂时间段溶解氧的增加量，与曝气的扩散器形式和池深度有关)。
若采用微孔曝气，一般采用盘式橡胶扩散器，曝气过程中氧利用率可达20％左右(5m水深)，空气中氧含量取21％，常温下空气密度取1.29g/L，则在一号气升井4内曝气量约46L/m3，即每立方米污水需要供应空气46L。在该空气供应量下，气液混合相对密度平均值为0.977，从气升泵的角度看，可以提供的扬程为0.118m。若一号气升井4水深加大，取10m，氧利用率可达25％左右，则每立方米污水需要供应空气37L。在该空气供应量下，气液混合相对密度平均值为0.9805，从气升泵的角度看，可以提供的扬程为0.199m。实际上为了获得更加强大的气升效果，可以采用小气泡与微气泡混合曝气，降低氧利用率，供应更多的空气，从而一号气升井4能够提供的扬程更高。由于本方法各池体循环布置，污水(污泥)循环过程水头损失很小，主要的水头损失发生在沉淀区3配水的多孔板11和不运行状态的一号气升井4处，累计水头损失不超过0.30～0.50m(不运行状态的一号气升井4越多，水头损失越大；回流比越大流速越快，水头损失越大)。由于单个一号气升井4能够提供的扬程不少于0.118m～0.199m，最多3～4个一号气升井4即可满足水力循环的要求。而本方法缺氧厌氧区1分格数5～9个，运行的一号气升井4数量根据运行方式的差异，通常会在4～7个之间，故完全能够满足回流的动力要求。
在动力满足要求条件下若出现供氧不足情况，可采用微气泡曝气(提高氧传递效率)或加大曝气强度(提高空气供应量)或增加一号气升井4深度(增加水与氧气接触时间)等多种措施，但是考虑到缺氧池的池面与空气接触仍有微量获得氧的能力，故采用一号气升井4常规微气泡曝气的供气量大体上能够可以满足缺氧池的需氧量。若缺氧池内出现DO<0.2mg/L的情况，可以加大一号气升井4曝气量，同时减小好氧区2二号气升井7的曝气量，该方法操作较简单，容易实施。常规曝气状态下缺氧池内几乎不可能出现DO>0.5mg/L的情况，若出现，则降低一号气升井4内曝气量即可。
本发明缺氧厌氧区1后是好氧区2(池)，中间是通过二号气升井7连接。二号气升井7一直处于曝气状态。出流处设置可调堰板9，整个系统的回流量由可调堰板9的角度(高度)控制，可调堰板9通过调节出水高度来控制好氧区2进水流量和缺氧厌氧区1内水力停留时间，需要回流量增加则降低堰板高度，反之亦然。
为了达到高的总氮去除率，本发明方法采用高的总回流比，一般可以600％以上。本方法的总回流比(即沉淀区3末端WS回流流量与进水W流量的比值，污水污泥混合液称为WS，原污水称为W，下同)可以大大高于传统AN/O或A2/O等方法，可以达到600～700％以上也不影响缺氧区的功能。原因在于：(1)回流的WS经过沉淀池后，DO浓度已经较低，而传统AN/O工艺的硝化液内回流，是直接从曝气池回流到缺氧池，没有任何缓冲作用；(2)缺氧池推流方式布置，第一格根据需要可能不曝气，可以在第一格内将溶解氧进一步去除，尤其是需要强化生物除磷时厌氧池采取前置措施情况。故完全可以确保其他各格缺氧池的理想反应条件，而这点是传统AN/O工艺无法做到的。对于本发明的方法，在水力停留时间较长的情况下，回流比可以超过800～1000％，但是通常没有必要采用超高的回流比(>800％)，超高的回流比对脱氮效率增加非常有限。
本发明好氧区2(池)不分格，为一个整体的污水池，平面为矩形，所述好氧区2内腔设置有空气扩散器14，用于侧面曝气或中心轴线处曝气。为了达到更好的搅拌效果且避免形成死区，好氧池内放置一块倾斜的导流板10(具体见图1)；如果曝气池宽度较大，则在池中心轴线曝气，两侧分别设置一块导流板10(具体见图2)，导流板10的倾斜角度约45°左右(具体值需要根据好氧区2的池深度和池宽度决定)。导流板10可促使水流循环，加强质量传递效果。好氧池采用此种布置方式，当好氧池长度较大时，反应器还具有一定的推流效果，出水水质较好。实际上由于本方法缺氧厌氧区1多格布置，通常多格反应池的长度远大于宽度，而为了降低基建费用，缺氧厌氧区1和好氧区2并行布置，故好氧池一般布置形状通常是长度远大于宽度(长宽比约4～8)，故具有一定的推流效果。
本发明好氧池后设置一个沉淀区3(池)。沉淀区3前端为一个配水廊道15(配水区)，通过配水廊道15后水流折转方向，通过多孔板11进入沉淀池的工作区。沉淀区3底实际上是斜板12(倾斜角度35°～45°)，故水流的过水断面面积逐渐增加，流速逐渐降低。沉淀池的工作区池底的末端为倾斜的排泥槽13，为了避免污泥直接跌落到排泥槽13形成较强烈的紊流，工作区末端的池底同时向排泥槽13倾斜。这样沉淀下来的污泥能够缓慢自行滑落到缺氧厌氧区1第一个气升井，随气流水流的推动作用回流到缺氧厌氧区1。沉淀池的工作区池面的末端设置有排水槽16，沉淀后的污水从排水槽16流出。沉淀区3的这种构造方式导致该池在水深一定的情况下处理能力偏小，当有效水深为5～6m时，单个沉淀池处理污水规模不宜超过4000m3/d，极限不超过6000m3/d，适宜作为流量较小的小城镇或村镇污水处理场合使用。若将沉淀池末端深度加大，同时缺氧厌氧区1的第一个气升井深度也加大，则单个沉淀池处理污水规模一般可以达到12000m3/d左右。必要时，沉淀区3应该设置隔板。
若采用外置的沉淀池，即沉淀池独立设置，则不受上述流量规模的限制，可以处理各种规模流量的污水。但外置沉淀池需要采用水泵循环，节能效果会有所降低。
一种基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷方法，所述方法采用上述污水脱氮除磷系统实现，具体包括以下步骤：
S1.开启或关闭各可调节池内一号气升井4内的曝气器5，调整缺氧厌氧区1内缺氧池和厌氧池的组合方式；
S2.向缺氧厌氧区1输入污水，使得污水与自沉淀池回流的污泥污水混合液混合，混合所得共混液在一号气升井4内曝气器5驱动下自第一级可调节池流向最后一级可调节池，流动过程中进行缺氧和/或厌氧处理；
S3.处理后的共混液输出至好氧池进行硝化反应，反应所得硝化液输出至沉淀池；
S4.硝化液于沉淀池内沉淀，所得污泥污水混合液继续回流到缺氧厌氧区1，完成一个污水处理循环。
其中，步骤S1中所述的缺氧池和厌氧池的组合方式包括：缺氧池-好氧池，厌氧池-好氧池，厌氧池-缺氧池-好氧池，缺氧池-厌氧池-好氧池，缺氧池-厌氧池-缺氧池-好氧池。
不同的组合方式所得系统的运行方式不同，根据运行方式不同，污水具体处理程序如下：
(一)按照AN/O工艺方式运行，即缺氧-好氧工艺，缺氧厌氧区1的5～9个分格都是按照缺氧池运行。
缺氧厌氧区1全部的分格按照缺氧池条件控制，即各个一号气升井4都处于曝气状态，其中第一个一号气升井4少量曝气或不曝气(根据池内的DO浓度决定)。原污水W全部从缺氧厌氧区1的第一格(按照水流方向考虑的第一格)流入，即污水100％进入缺氧池第一格，此处同时接纳回流的污水污泥混合液WS。回流WS带来的硝酸盐与亚硝酸盐与进水W的有机物发生反硝化脱氮反应。随后污水进入第二格以及随后诸格，进一步处理去除硝酸盐氮。若进水W碳氮比大体满足要求，经过逐级处理后，最后一格缺氧池出水几乎没有硝酸盐氮，BOD5浓度也不高。缺氧处理后污水进入好氧区2，在好氧池将氨氮转化为(亚)硝酸盐，残留有机物进一步分解，BOD5浓度进一步降低。随后污水与污泥进入沉淀区3，完成泥水分离，上清液作为污水排出，沉淀区3的底部主要是污泥污水混合液WS，WS回流到缺氧厌氧区1(实际是缺氧池)，完成一个循环。在本运行方式下，污水处理流程与传统AN/O工艺没有本质区别，不同之处在于，传统AN/O工艺的回流分为污泥回流和硝化液(污水)回流，而本方法两者不再区分混合在一起回流，且总回流比远大于AN/O工艺。
本方法理论上只有脱氮效率，无强化生物除磷功能。在进水W碳源充足的情况下，脱氮率取决于回流比，若回流比为R，则总氮去除率为100R/(1+R)％。当回流比为500％，则总氮理论上去除率83％。这样，即使不考虑剩余污泥排放，在回流比600％的情况下，总氮的理论去除率也可以达到86％以上，而传统AN/O工艺总氮的理论去除率很难超过75％。若延长水力停留时间到24h以上，甚至可以采用800％以上的总回流比，总氮理论去除率接近89％，但通常没有必要。
采取AN/O运行方式，第一格缺氧池会损失少量碳源，改进的措施是在好氧池的末端或后半程减少曝气，控制好氧池末端水中DO浓度低于1.0mg/L，约0.6～1.0mg/L，这样损失的碳源可忽略不计。
采用本运行方法，碳源需求少，总氮去除率高，动力消耗低；但除磷率较低。若污水处理要求主要是脱氮，推荐采用本方式运行。
(二)按照AP/O工艺方式运行，即厌氧-好氧工艺，5～9个分格的缺氧厌氧池都是按照厌氧池运行。
按照AP/O工艺运行，则缺氧厌氧区1全部的分格按照厌氧池条件控制，即各个一号气升井4都处于停曝状态，仅好氧池气升井处于曝气状态。原污水W全部从缺氧厌氧区1的第一格(按照水流方向考虑的第一格)流入，即污水100％进入厌氧池第一格，此处同时接纳回流的污水污泥WS。按照AP/O工艺运行，工艺主要功能是除磷，故总回流比小，一般小于100％，回流比的取值取决于污泥的沉降性能。在厌氧池内，污水中的磷释放。厌氧结束后污水进入好氧池，磷超量吸收，故出水总磷浓度较低。本方法由于各个一号气升井4均处于停曝状态，若回流比大，则仅由好氧池气升井提供动力考虑会出现回流困难的情况。故若必要时，应该采用将其中1～2个一号气升井4开启曝气，以促进回流。一般来说，厌氧好氧(AP/O)处理工艺，厌氧的水力停留时间与好氧的水力停留时间可以为1:2～1:3，即厌氧停留时间可以显著短于好氧时间，故5～9个分格的缺氧厌氧池只需要启动3～5个即可，其余的池子可以作为闲置处置。
采用本运行方式，除磷率较高，动力消耗低；但脱氮效率较低，工艺总体运行效率也较低。
(三)按照A2/O工艺运行，即厌氧-缺氧-好氧工艺，5～9个分格的缺氧厌氧池半数以上按照缺氧池，半数以下按照厌氧池运行。
若为7个分格，则第1～3个分格运行为厌氧池，第4～7个分格运行为缺氧池(以下讨论均按照7个格考虑)。原污水W主要从第1个分格流入，同时接纳小部分回流的污泥污水混合液WS(比例约20～30％)。在前三个分格内，污水呈现厌氧状态，释放磷。其中第1格比较特殊，由于单格总容积较小，回流污水污泥混合液WS含有溶解氧和硝酸盐，所以第1格很难真正进入厌氧状态，主要功能仍包括将硝酸盐去除的功能。进入第2～3格才真正属于严格意义的厌氧池。
污水进入第4格后，进入缺氧状态，同时接纳大部分回流的污泥污水混合液WS(比例约70～80％)，并接纳一部分原始污水W。污水在池内呈现缺氧状态，回流混合液WS带来的硝酸盐被反硝化去除。一般情况下，若原污水W的碳源充足，原污水W可以全部流入第一格而无需超越流入第4格。但是当对脱氮要求较高，而碳源又相对不足，则应该将一部分原污水W超越第2～3格而直接流入第4格。具体原污水W的流量分配以进水水质和对脱氮的要求进行综合考虑。
经过缺氧处理后，污水硝酸盐被去除，进水的有机氮被转化为氨氮，同时有机物(BOD5)被充分利用，故缺氧池出水主要污染指标是氨氮，并有少量BOD5。含有氨氮的污水进入好氧池，在好氧池内被氧化为(亚)硝酸盐。若原始污水W有较高的BOD5，在缺氧厌氧过程没有被充分降解，则好氧池同时可以进一步去除BOD5。但是对于城镇污水来说，多数情况下碳源不足，在缺氧厌氧采用推流方式布置，且总水力停留时间较长的情况下，碳源几乎消耗殆尽，流入好氧池的污水BOD5浓度已经很低了。
好氧池出水通过多孔板11进行配水，流入沉淀区3。在沉淀区3进行泥水分离，沉淀在底部的污泥污水混合液WS通过气升井回流到厌氧缺氧区，沉淀区3末端上部的清水则通过集水渠流出。沉淀区3与普通的沉淀池构造有很大不同，结构上类似于平流沉淀池，但是池底坡度很大，一般达到35°～45°以上，向池底排泥槽13滑落，排泥槽13再向气升井以35°～45°以上的角度向下倾斜。故池底的污泥不需要设置刮泥板，但是这种结构导致缺氧厌氧区1第一格气升井的深度较大，且处理能力较小。按照沉淀区3有效长度10m，宽度4m(分2格)，实际有效水力停留时间为1h考虑，则第一格气升井的水深在9.8m以上，单池日处理污水流量不宜超过3360m3。但是考虑到，在此处进行的泥水分离，不是严格意义的沉淀池，无需达到沉淀池的效率完全可以满足需要。实际水力停留时间可以适当减少，单池日处理污水流量可以达到4000～6000m3是可以接受的。在沉淀区3进行的泥水分离实际上包含了传统工艺的消硝化液回流流量，故当总回流比为300％，SV低于75％即可；若总回流比为400％，SV低于80％即可；若总回流比为600％，SV低于86％即可。而传统A2/O工艺需要的沉淀池，当污泥回流比为50％这一典型值，SV必须要低于33％，对沉淀池的沉淀性能有较高的要求。
采用本运行方式，可以兼顾生物脱氮与生物除磷，在碳源满足的条件下脱氮率较高。与传统A2/O工艺相比的技术优势：(1)第一格厌氧池可以将溶解氧和硝酸盐去除，可确保第2～3格的厌氧状态，故生物除磷效率更高；(2)缺氧池采用推流式反应器，节省碳源，且硝酸盐去除更彻底，可提高总氮去除率；(3)节省了回流的动力，运行能耗降低；(4)可以采用更高的总回流比，总氮去除率进一步提高。
若污水处理要求是统筹考虑脱氮除磷，且对脱氮要求高，推荐采用本方式运行。在生物除磷外，辅助采用化学除磷，可以得到高的总氮总磷去除率。
(四)按照倒置A2/O工艺方式运行，即缺氧-厌氧-好氧工艺，5～9个分格的缺氧厌氧池半数以上按照缺氧池，半数以下按照厌氧池运行。若为7个分格，则第1～4个分格运行为缺氧池，第5～7个分格运行为厌氧池。
本方法与第(三)种方式主要差别是厌氧与缺氧顺序相反，先是缺氧池，后是厌氧池。原污水W从第1格流入，与回流WS带来的硝酸盐在缺氧过程反应，硝酸盐被去除有机物得到降解。
缺氧反应后，污水从第5格开始进入厌氧区，此时硝酸盐消耗殆尽，残留一定量的有机物(前提是碳源较充分)。在厌氧池内，磷得到释放，BOD5进一步降低。
厌氧反应结束后，污水流入好氧池，氨氮被氧化为(亚)硝酸盐，BOD5进一步去除。
本方法除运行程序外，其技术优势及特点等均同第(三)种运行方式。
若污水处理要求是统筹考虑脱氮除磷，且对脱氮要求高，推荐采用本方式运行。在生物除磷外，辅助采用化学除磷，可以得到高的总氮总磷去除率。
(五)按照A3/O工艺方式运行，即缺氧-厌氧-缺氧-好氧工艺，5～9个分格的缺氧厌氧池分别分配为缺氧池和厌氧池。若为7个分格，可以第1个分格运行为缺氧池，第2～3个分格运行为厌氧池，第4～7个分格运行为缺氧池。
本运行方式实际上与第(三)种没有本质区别，仅仅是第1格明确为缺氧池，按照缺氧反应控制其条件。
上述各种运行方式，仍有进一步优化的可能：
进一步优选地，好氧池内可以投加少量填料，填料固定在池内。可以促进在池内发生硝化反应，有利于氨氮的转化。
进一步优选地，好氧池内后半程减少曝气，有利于缺氧厌氧区1的运行，有利于节省碳源。
进一步优选地，上述各种运行方式均采用较长的泥龄，取值在10～20d左右，即主要考虑生物脱氮，适当兼顾生物除磷。
进一步优选地，在碳源充足的条件下，系统可采用较高的MLSS，MLSS可取3000～6000mg/L。
实施例2
本实施例以倒置A2/O运行方式，4格缺氧，3格厌氧为例说明其实施方式，各个构筑物均按照理想状态分析，且不考虑污泥排放因素。
污水首先进入缺氧池，在缺氧池内污水中的有机物主要被反硝化过程利用，实现脱氮。硝酸根则来自回流的WS。为了有利于说明，假设原水W中凯氏氮浓度为60mg/L，其中氨氮浓度为20mg/L，有机氮浓度为40mg/L，亚硝酸盐氮和硝酸盐氮浓度忽略不计。原水W的BOD5浓度为180mg/L，则碳氮比为3.0。若回流比为600％，则总氮去除率为86％，回流总氮全部是硝酸盐氮，浓度为8.6mg/L，回流BOD5按照5mg/L考虑。原污水W与WS在气升井内混合后水质：BOD5＝30mg/L，NNO3-N＝7.2mg/L，NTN＝15.8mg/L。在缺氧池内，异养微生物代谢速率很低，主要是反硝化菌作用，故有机物用于反硝化以外的损耗很少，可以按照每克硝酸盐氮需要3克BOD5计算，则经过4级缺氧池处理后水质：BOD5＝8.4mg/L，NNO3-N＝0mg/L，NTN＝8.6mg/L。
在厌氧池内有机物降解忽略不计，而有机氮全部转化为氨氮。则经过3级厌氧池处理后水质：BOD5＝8.4mg/L，NNO3-N＝0mg/L，NNH3-N＝8.6mg/L。
接着，污水从缺氧池进入好氧池。由于进入好氧池的浓度较低，故异养菌仍难以成为优势菌种，硝化菌成为优势菌种。故好氧池主要功能是完成氨氮的硝化，同时进一步降解有机物，则经过好氧池处理后水质：BOD5＝5mg/L(去除40％)，NNO3-N＝8.6mg/L，NNH3-N＝0mg/L。上述水质即为回流WS的水质。
然后，好氧处理后的污水进入沉淀区3，沉淀区3的功能是泥水分离，没有实际的降解功能，但是由于有一定的停留时间，其DO浓度会逐渐降低。
最后，沉淀区3出水排出系统，排放或进行进一步深度处理，而沉淀区3沉淀下来的污泥与污水混合物WS回流到缺氧池，污水完成一次循环。实际上在本发明方法中，污水在系统内是多次循环的，而且平均的循环次数n与回流比R在数值上是相同的。
以上所有的分析均未考虑剩余污泥排放因素，若考虑到该因素，实际的总氮去除率会高于理论分析数据。但是进一步考虑到各个反应器难以达到理想状态，最终污水实际总氮去除率与上述分析仍较为接近。上述分析没有针对总磷去除率进行分析，因为一般情况下城镇污水在碳源不是非常充足的条件下宜主要考虑生物脱氮，而除磷将一定程度依赖于加药来达到水质目标。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷系统，其特征在于：包括依次串联且首尾相连的缺氧厌氧区、好氧区和沉淀区；
所述缺氧厌氧区包括多个串联分布的可调节池、设置于每个可调节池内的一号气升井、以及设置于一号气升井内的曝气器；
所述曝气器用于为所在可调节池提供溶解氧并推动水流至下一级可调节池，启动曝气器的可调节池为缺氧池，反之为厌氧池。
2.根据权利要求1所述的一种基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷系统，其特征在于：每间隔相邻的一个可调节池的一号气升井处均设置进水口，所述进水口通过污水进水管连接污水输出端。
3.根据权利要求1所述的一种基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷系统，其特征在于：所述缺氧厌氧区输出端通过同样内置曝气器的二号气升井与好氧区输入端连接，该曝气器与一号气升井内的曝气器均通过空气管连接鼓风机。
4.根据权利要求3所述的一种基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷系统，其特征在于：所述二号气升井与好氧区连通处设置可调堰板，所述可调堰板通过调节出水高度来控制好氧区进水流量和缺氧厌氧区内水力停留时间。
5.根据权利要求4所述的一种基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷系统，其特征在于：所述好氧区内腔设置有空气扩散器和倾斜的导流板，所述空气扩散器通过空气管连接鼓风机。
6.根据权利要求1所述的一种基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷系统，其特征在于：所述沉淀区输入端通过配水区和设置于配水区内的多孔板与好氧池连通，所述沉淀池内腔底部自输入端至输出端倾斜设置，所述沉淀池输出端通过污泥污水回流结构与缺氧厌氧区输入端的一号气升井连通。
7.根据权利要求6所述的一种基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷系统，其特征在于：所述污泥污水回流结构为倾斜的排泥槽，所述排泥槽朝一侧的一号气升井方向向下倾斜。
8.一种基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷方法，其特征在于：所述方法采用权利要求1-7任意一项所述的污水脱氮除磷系统，包括以下步骤：
S1.开启或关闭各可调节池内一号气升井内的曝气器，调整缺氧厌氧区内缺氧池和厌氧池的组合方式；
S2.向缺氧厌氧区输入污水，使得污水与自沉淀池回流的污泥污水混合液混合，混合所得共混液在一号气升井内曝气器驱动下自第一级可调节池流向最后一级可调节池，流动过程中进行缺氧和/或厌氧处理；
S3.处理后的共混液输出至好氧池进行硝化反应，反应所得硝化液输出至沉淀池；
S4.硝化液于沉淀池内沉淀，所得污泥污水混合液继续回流到缺氧厌氧区，完成一个污水处理循环。
9.根据权利要求8所述的一种基于曝气无动力回流的多工艺式污水脱氮除磷方法，其特征在于：步骤S1中所述的缺氧池和厌氧池的组合方式包括：缺氧池-好氧池，厌氧池-好氧池，厌氧池-缺氧池-好氧池，缺氧池-厌氧池-好氧池，缺氧池-厌氧池-缺氧池-好氧池。
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