CN114644434A - 一种自适应水质变化的污水低碳生物处理系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自适应水质变化的污水低碳生物处理系统及方法，包括污泥浓缩发酵池、矩形进水箱涵、多功能池、生物反应池、外回流污泥渠、二沉池、出水水质在线监测系统；所述矩形进水箱涵的两侧均连接有一所述多功能池，其2组多功能池均为矩形；所述多功能池的一侧设有污泥浓缩发酵池，另一侧连接所述生物反应池，所述多功能池与生物反应池之间设有超越箱涵，所述超越箱涵的进水端连接矩形进水箱涵的出水端口；所述生物反应池的出水端连接二沉池；所述二沉池的配水渠一侧设有外回流污泥渠，所述外回流污泥渠延伸围绕生物反应池、多功能池和污泥浓缩发酵池外围设置。本发明解决水质不稳定时难以实现生物处理系统基质代谢平衡的技术难题。

Description

一种自适应水质变化的污水低碳生物处理系统及其方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体地涉及一种自适应水质变化的污水低碳生物处理系统及其方法。

背景技术

众所周知，污水生物处理系统既有脱氮除磷功能微生物，又有许多非功能微生物；后者消耗碳源却不参与氮磷的去除，导致大量二氧化碳和污泥产生及除磷脱氮效率降低。功能微生物能够在厌氧条件下，通过分解胞内聚磷获得能量 (ATP)，将污水可利用碳基质(例如乙酸)吸收到胞内并合成为聚羟基烷酸(PHA，主要包括羟基丁酸(PHB)和聚羟基戊酸(PHV)；在随后的好氧或缺氧条件下氧化分解PHA产生能量和还原力，用于好氧磷吸收和缺氧反硝化；与PHB相比，氧化 PHV产生能量和还原力速率与磷吸收和反硝化速率更接近，导致氮和磷去除率更高，温室气体(N₂O和CO₂)及NO产生量更低。

中国专利申请号为CN 111285568 A公开了一种低碳节能污水处理系统，公开了调节池、厌氧池、好氧池、膜生物反应池、污泥池等。但目前污水厂中通过设置调节池可实现进水水量的削峰填谷，但其水质负荷仍然会发生较大波动，而生物反应靠微生物降解有机负荷污染物，微生物系统很难适应水量的水质的大幅波动。随之而来的问题是进水碳源不足，反硝化脱氮和厌氧释磷相互竞争碳源，导致出水氮磷含量不稳定。而非功能微生物以过量消耗污水碳资源为代价，同时又产生大量二氧化碳、氧化亚氮及甲烷等温室气体；另一方面，污水得到处理后，随之产生的污泥又给人类带来了二次污染的危险。而污水处理厂产生的污泥中的固体成分主要由有机残片、细菌菌体、无机颗粒、胶体等组成，是一种以有机成分为主的组成复杂的混合物，其中包含潜在利用价值的有机质、氮(N)、磷(P)、钾(K)和各种微量元素养分，应当加以利用，变废为宝。因此利用生物处理污水，需考虑水质变化的影响，减少污染物产生，使其符合排放标准。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种自适应水质变化的污水低碳生物处理系统及其处理模式，以达到解决水质不稳定时难以实现生物处理系统基质代谢平衡和短链脂肪酸(MSCFA)定向生产等工程技术难题，实现了污水厂低碳高效运行、微生物活性最佳维持和二次污染物超低排放的目的。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种自适应水质变化的污水低碳生物处理系统，包括污泥浓缩发酵池、矩形进水箱涵、多功能池、生物反应池、外回流污泥渠、二沉池、出水水质在线监测系统；其中，所述矩形进水箱涵的两侧均连接有一座所述多功能池，其2组多功能池均为矩形，并以矩形进水箱涵为中心镜面对称；所述多功能池的一侧设有污泥浓缩发酵池，所述污泥浓缩发酵池与多功能池共壁，其另一侧连接所述生物反应池，所述多功能池与生物反应池之间设有超越箱涵，所述超越箱涵的进水端连接矩形进水箱涵的出水端口，所述超越箱涵的出水端连接所述生物反应池，所述生物反应池的出水端连接二沉池；所述二沉池的出水口尾端设有出水水质在线监测系统；所述二沉池的配水渠一侧设有外回流污泥渠，所述外回流污泥渠延伸围绕生物反应池、多功能池和污泥浓缩发酵池外围设置。

进一步地，所述矩形进水箱涵的顶部的中间位置设有进水孔，所述矩形进水箱涵的进水端处设有进水水质在线监测系统。

进一步地，所述多功能池与矩形进水箱涵共壁，所述矩形进水箱涵通过多个进水闸门连接多功能池进水箱涵，所述多功能池进水箱涵上设有多个进水孔，其多功能池进水箱涵的出水端的墙体为第一配水花墙；多功能池的末端设置有多功能池出水渠；多功能池内设有多个箱体，箱体为矩形，各箱体之间纵向平行设置，箱体的进水端连接多功能池进水箱涵，箱体的出水端连接多功能池出水渠；箱体的进水端处还设有泥斗，箱体的出水端处设有出水堰板，污水通过出水堰板进入多功能池出水渠；所述第一配水花墙与箱体之间设有污泥池，污泥池与所述第一配水花墙平行设置；污泥池内设有第二刮泥机，在污泥池的底部位置设置有多个第一污泥泵，第一污泥泵通过污泥管通往至污泥处理设备；

多功能池的内部横向设有第一刮泥机和电动旋转式撇渣管，所述第一刮泥机可纵向移动，所述电动旋转式撇渣管设置于多功能池上；所述多功能池的池顶平台上设有驱动机构，所述驱动机构通过传动链连接第一刮泥机，所述驱动机构通过驱动杆连接电动旋转式撇渣管；所述第一刮泥机上设有刮板。

进一步地，所述生物反应池设有两组，以矩形进水箱涵的横向方向为对称轴对称设置；所述生物反应池包括多个厌氧区、缺氧区、交替区、好氧区，其中所述好氧区设有两组，两组好氧区横向平行设置，所述好氧区的出水端设有出水方孔，并连接生物反应池出水明渠，生物反应池出水明渠与二沉池进水渠相连；其中所述厌氧区、缺氧区与交替区沿着好氧区的侧壁依次横向并排设置，厌氧区的设置于生物反应池的进水端，污水依次通过厌氧区、缺氧区、交替区、好氧区进入二沉池中；所述厌氧区、缺氧区以及交替区的底部设有低位过滤孔，在顶部设有高位过滤孔；所述厌氧区和缺氧区的底部设有高速潜水搅拌器；所述交替区的每个单元内均设有立式涡轮搅拌器；所述好氧区的底部设有微孔膜式曝气管，其纵向设有空气管，空气管与微孔膜式曝气管连通；

所述生物反应池内设有内回流渠，所述内回流渠沿着好氧区的侧壁设置，所述内回流渠的进水端设置于好氧区的出水端处，且在内回流渠的进水端处设有内回流泵，其第一支路设置于厌氧区的中隔墙上，其第二支路设置于缺氧区的中隔墙上，在第一支路和第二支路的出口出均设有第一堰门；

所述生物反应池的隔墙底部还设置有连通孔，所述厌氧区和好氧区处还设有投加装置，所述投加装置通过投加管通入生物反应池的内部；

外回流污泥渠悬挂设置于所述生物反应池的南侧外壁上，厌氧区的前端设有进泥孔与外回流污泥渠连通，进泥孔处还设有第二堰门。

进一步地，所述二沉池设有两座，以矩形进水箱涵的横向方向为对称轴对称设置；所述二沉池设有二沉池进水渠；二沉池进水渠连通配水渠，所述配水渠与二沉池进水渠平行设置，所述配水渠内设有第三刮泥机；二沉池还设有两组配水区，两组配水区并排设置，每组配水区设有至少六个过流箱体，所述过流箱体的前端设有调节堰门并设第二配水花墙，其内部横向设有第四刮泥机；所述过流箱体的前端设有第二沉泥斗，过流箱体的前端还设有排泥堰板并与外回流污泥渠相连；所述过流箱体的末端设有出水堰板；所述二沉池的一端还设有变配电间及控制室。

进一步地，所述污泥浓缩发酵池设有至少3个并列设置的污泥处理池，污泥处理池的池壁上设有闸门，与外回流污泥渠连通；污泥处理池的横切面为矩形，其内部设有刮泥器，在污泥处理池的底部设有循环污泥管，在相邻两个污泥处理池的隔墙上设有上清液出水槽，污泥处理池的上端设有上清液投加渠，上清液出水槽连接上清液投加渠，上清液投加渠的出水端设有叠梁闸，与叠梁闸位置相对的多功能池的壁面上设有投加孔。

一种自适应水质变化的污水低碳生物处理方法，该处理模式包括进水反馈模式以及出水反馈模式，其中进水反馈模式包括：进水高有机负荷模式和进水低有机负荷模式；出水反馈模式包括：出水水质达标模式和出水水质不达标模式。

进一步地，所述进水高有机负荷模式的具体方法如下：

根据进水水质在线监测系统的反馈，其水质C/N比≥4，开启多功能池的进水闸门，污水经多功能池进水箱涵均匀分配后进入多功能池，污水表面的浮渣通过电动旋转式撇渣管收集，第一刮泥机将多功能池底部污泥刮至第一沉泥斗，最终经过第二刮泥机刮至污泥池内，后利用第一污泥泵收集排至污泥处理单元，处理浮渣和初始污泥；经多功能池处理过的污水流入生物反应池，后在高速潜水搅拌器作用下经过低位过滤孔和高位过滤孔交替通过，依次进入厌氧区、缺氧区、交替区、好氧区，厌氧区、缺氧区分别进行污水释磷和有机物的反硝化作用，交替区根据出水水质调整缺氧区与好氧区的停留时间并强化脱氮除磷的效果，交替区经连通孔与好氧区连通；当内回流泵开启时，第一堰门打开，硝化液经好氧区的末端的内回流泵进入内回流渠，硝化液通过第一支路回流至厌氧区中以及通过第二支路回流至缺氧区中。

进一步地，所述进水低有机负荷模式的具体方法如下：

由进水水质在线监测系统进行判定，其水质C/N比<4，关闭多功能池的进水闸门，污水则利用超越箱涵直接进入生物反应池，利用生物反应池对污水处理后进入二沉池中进行进一步处理；然后自二沉池的外回流污泥通过外回流污泥渠流入污泥浓缩发酵池，利用污泥浓缩发酵池进行浓缩发酵，停留5-8天后，经上清液投加渠进入多功能池进行储存；多功能池的末端设有出液口，上清液与超越箱涵中的污水混合后进入生物反应池，再进入二沉池进行处理。

进一步地，所述出水反馈模式中，根据出水水质在线监测系统反馈，若出水水质达标，则污泥经二沉池直接进入后续处理单元。

进一步地，在出水反馈模式中，可根据出水水质在线监测系统反馈，若出水水质不达标，则对污水处理方法如下：

利用生物反应池的投加装置将通过投加管向厌氧区及缺氧区投加微量元素；对生物反应池内的交替区根据进水水质的浓度进行好氧区与缺氧区的功能切换，当进水水质浓度高时，切换为好氧区；当进水水质浓度低时，切换为缺氧区。

进一步地，所述微量元素的组分和含量包括：Cu²⁺，37.2～55.9mmol/L；Mn²⁺， 4.2～5.6mmol/L；B³⁺，14.1～21.1mmol/L，Mo⁶⁺，3.6～5.2mmol/L；W⁶⁺，8.4～10.1 mmol/L；Ni²⁺，2～3.2mmol/L；Co²⁺，12.4～17.4mmol/L；Zn²⁺，22.6～35.1mmol/L； Ca²⁺，21.7～30.8mmol/L。

与同领域技术相比，本发明所述的自适应水质变化的污水低碳生物处理系统具有以下优势：

1.智能水质监控反馈

本发明构建了适应水质变化的生物处理清洁化新系统，能根据水质、季节等情况，多模式交替运行，切换灵活方便，能够适应进水水质大幅变化并满足出水水质要求。

2.提升污水处理效率

利用污泥浓缩发酵池制备有机碳源，能减少外加化学碳源32～100％，而多功能池作为上清液储池，为反硝化提供快速有机碳源，强化反硝化作用，使总氮和总磷去除率分别提高29％和46％，减少对环境区域的富营养化的影响。

3.污泥资源化利用

利用污泥水解酸化的产物取代传统外加碳源，有效的降低了污水厂的运行成本，具有一定的经济效益。同时实现对污泥进行二次利用，使短链脂肪酸(MSCFA) 产率提高了282％，污泥减量39％，以达到污泥减量化、无害化、资源化，为其低碳运行提供一种新的思路。

4.温室气体的减排

根据进出水水质在线监测系统，构建了微量元素调控污水、污泥协同生物处理的系统，能在微生物脱氮除磷的代谢过程中，大幅度使NO、N₂O、CO₂及代表性抗性基因分别平均消减60％、65％和21％和61％，能耗降低23％。

5.节约投资

在池体布局上，污泥浓缩发酵池与多功能池共壁，多功能池与生物反应池局部拼接，生物反应池与二沉池拼接，大幅减少土建投资成本，对温室气体间接地起到了减排的作用。

附图说明

图1为本发明自适应水质变化的污水低碳生物处理系统的整体结构示意图；

图2为生物处理系统高有机负荷模式多功能池示意图；

图3为生物处理系统高有机负荷模式多功能池A-A截面剖视图；

图4为生物处理系统高有机负荷模式多功能池B-B截面剖视图；

图5为生物处理系统高有机负荷模式多功能池C-C截面剖视图；

图6为生物处理系统高有机负荷模式生物反应池示意图；

图7为生物处理系统高有机负荷模式生物反应池D-D截面剖视图；

图8为生物处理系统高有机负荷模式生物反应池D1-D1截面剖视图；

图9为生物处理系统高有机负荷模式生物反应池E-E截面剖视图；

图10为生物处理系统高有机负荷模式生物反应池F-F截面剖视图；

图11为生物处理系统高有机负荷模式二沉池示意图；

图12为生物处理系统高有机负荷模式二沉池G-G截面剖视图；

图13为生物处理系统高有机负荷模式二沉池H-H截面剖视图；

图14为生物处理系统高有机负荷模式二沉池I-I截面剖视图；

图15为生物处理系统低有机负荷模式污泥浓缩发酵池示意图；

图16为生物处理系统低有机负荷模式污泥浓缩发酵池J-J截面剖视图；

图17为生物处理方法的进水高有机负荷模式流程图；

图18为生物处理方法的进水低有机负荷模式流程图；

图19为生物处理方法的出水反馈模式不达标的流程图。

附图标记：

1、污泥浓缩发酵池；1.1、刮泥器；1.2、上清液出水槽；1.3、上清液投加渠；1.4、叠梁闸；1.5、投加孔；

2、矩形进水箱涵；2.1、进水水质在线监测系统；

3、多功能池；3.1、第一刮泥机；3.2、进水闸门；3.3、电动旋转式撇渣管； 3.4、箱体；3.5、第二刮泥机；3.6、第一污泥泵；3.7、第一配水花墙；3.8、污泥池；3.9、驱动机构；3.10、第一沉泥斗；3.11、多功能池进水箱涵；3.12、进水孔；3.13、多功能池出水渠；

4、生物反应池；4.1、高速潜水搅拌器；4.2、高位过滤孔；4.3、立式涡轮搅拌器；4.4、内回流渠；4.5、内回流泵；4.6、低位过滤孔；4.7、微孔膜式曝气管；4.8、第一堰门；4.9、连通孔；4.10、出水方孔；4.11、生物反应池出水明渠；4.12、空气管；Ⅰ、厌氧区；Ⅱ、缺氧区；Ⅲ、交替区；Ⅳ、好氧区；

5、外回流污泥渠；5.1、闸门；

6、二沉池；6.1、配水渠；6.1.1、调节堰门；6.1.2、第三刮泥机；6.2、第四刮泥机；6.2.1、第二配水花墙；6.3、第二污泥泵；6.4、排泥堰板；6.5、第二沉泥斗；6.6、出水堰板；6.7、变配电箱；6.8、控制室；6.9、第三污泥泵； 6.10、过流箱体；

7、出水水质在线监测系统；8、投加装置；9、超越箱涵。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，一种自适应水质变化的污水低碳生物处理系统，包括污泥浓缩发酵池1、矩形进水箱涵2、多功能池3、生物反应池4、外回流污泥渠5、二沉池6、出水水质在线监测系统7；其中，矩形进水箱涵2的两侧均连接有一座多功能池3，其2组多功能池3均为矩形，并以矩形进水箱涵2为中心镜面对称；多功能池3的一侧设有污泥浓缩发酵池1，污泥浓缩发酵池1与多功能池3共壁，其另一侧连接生物反应池4，所述多功能池3与生物反应池4之间设有超越箱涵 9，其超越箱涵9的进水端连接矩形进水箱涵2的出水端口，其超越箱涵9的出水端连接生物反应池4，生物反应池4的出水端连接二沉池6；二沉池的出水口尾端设有出水水质在线监测系统7；所述二沉池6的配水渠6.1一侧设有外回流污泥渠5，所述外回流污泥渠5延伸围绕生物反应池4、多功能池3和污泥浓缩发酵池1外围设置。

矩形进水箱涵2作为本生物处理系统的开始端，在其顶部的中间位置设有进水孔，目的是使得污水上翻后可进入位于生物处理系统上层的池体中，在矩形进水箱涵2的进水端处设有进水水质在线监测系统2.1，其目的在于能精确显示进水水质并控制进水闸门3.2，实现模式的切换，以匹配相应的运行模式，

如图2-5所示，多功能池3与矩形进水箱涵2共壁，其壁面上设有多个进水闸门3.2，并连接多功能池进水箱涵3.11，多功能池进水箱涵3.11上设有多个进水孔3.12，其多功能池进水箱涵3.11的出水端的墙体为第一配水花墙3.7；在箱体3.4的进水端连接有多功能池进水箱涵3.11，箱体的出水端连接多功能池出水渠3.13；多功能池3内设有4个箱体3.4；箱体3.4为矩形，各箱体之间纵向平行设置，污水经第一配水花墙3.7均匀分配后，纵向流入4个箱体，箱体 3.4的进水端处设有第一污泥斗3.10，箱体3.4的出水端设有出水堰板，污水通过出水堰板进入多功能池出水渠3.13；第一配水花墙3.7与箱体之间设有污泥池3.8，所述污泥池3.8与第一污泥斗3.10连通，污泥池3.8与第一配水花墙 3.7平行设置；污泥池3.8内设有第二刮泥机3.5，在污泥池3.8的底部设置有多个第一污泥泵3.6，第一污泥泵3.6通过污泥管通往至污泥处理设备。箱体3.4 的底部还布设有第一空气管3.14，从而将外部空气经第一空气管3.14送入生物反应池4。

多功能池3的内部横向设有第一刮泥机3.1和电动旋转式撇渣管3.3，第一刮泥机3.1优选为非金属链板式刮泥机，第一刮泥机3.1可纵向移动；电动旋转式撇渣管3.3设置于多功能池4上，多功能池3的池顶平台上设有驱动机构3.9，驱动机构3.9通过传动链连接第一刮泥机3.1，驱动机构3.9通过驱动杆连接电动旋转式撇渣管3.3；第一刮泥机3.1上设有输送链及刮板，利用刮板将沉积于池底的污泥刮向第一沉泥斗3.10，刮板返回时刮板向上，将液面浮渣撇向电动旋转式撇渣管3.3中，驱动机构3.9将电动旋转式撇渣管3.3旋转一定角度使其开口向下进行撇渣，浮渣随水流外排进行安全处置。电动旋转式撇渣管3.3撇渣由污水处理系统的控制系统的时间继电器设定撇渣次数和撇渣时间，平时电动旋转式撇渣管3.3的开口向上，当需撇渣时，由驱动机构3.9通过驱动杆将电动旋转式撇渣管3.3旋转一定角度，使开口向下以完成池面油脂与浮渣的撇除。第一刮泥机3.1和电动旋转式撇渣管3.3的设置保证了多功能池3在进水有机负荷较高时的运作。

其中，多功能池4在进水低有机负荷模式中作为上清液储池使用，此时进水闸门3.2关闭，污水则利用矩形进水箱涵2一侧的超越箱涵9在不流经多功能池 3的情况下直接进入生物反应池4。

如图6-10所示，生物反应池4设有两组，以矩形进水箱涵2的横向方向为对称轴对称设置；生物反应池4包括多个厌氧区Ⅰ、缺氧区Ⅱ、交替区Ⅲ、好氧区Ⅳ四个功能区，其中好氧区Ⅳ设有两组，两组好氧区Ⅳ横向平行设置，好氧区Ⅳ的出水端设有出水方孔4.10，并连接生物反应池出水明渠4.11，生物反应池出水明渠4.11与二沉池进水渠相连接；其中厌氧区Ⅰ、缺氧区Ⅱ与交替区Ⅲ沿着好氧区Ⅳ的侧壁依次横向并排设置，厌氧区Ⅰ的设置于生物反应池4的进水端，污水依次通过厌氧区Ⅰ、缺氧区Ⅱ、交替区Ⅲ、好氧区Ⅳ进入二沉池6中；在厌氧区Ⅰ、缺氧区Ⅱ以及交替区Ⅲ的底部设有低位过滤孔4.6，在顶部设有高位过滤孔4.2；厌氧区Ⅰ和缺氧区Ⅱ的底部设有高速潜水搅拌器4.1；交替区Ⅲ的每个单元内均设有立式涡轮搅拌器4.3；好氧区Ⅳ的底部设有微孔膜式曝气管4.7，其纵向设有第二空气管4.12，第二空气管4.12与微孔膜式曝气管4.7连通；生物反应池4内设有内回流渠4.4，所述内回流渠4.4沿着好氧区Ⅳ的侧壁设置，内回流渠4.4的进水端设置于好氧区Ⅳ的出水端处，且在内回流渠4.4的进水端处设有内回流泵4.5，其第一支路设置于厌氧区Ⅰ的中隔墙上，其第二支路设置于缺氧区Ⅱ的中隔墙上，在第一支路和第二支路的出口出均设有第一堰门4.8，当内回流泵4.5开启时，第一堰门4.8打开，根据生化系统的需要以满足对进水碳源的分配，反应所需的硝化液经好氧区Ⅳ的末端的内回流泵4.5进入内回流渠 4.4，部分硝化液通过第一支路回流至厌氧区Ⅰ中，剩下的硝化液通过第二支路回流至缺氧区Ⅱ中；在生物反应池4的功能区之间的隔墙底部还设置有连通孔4.9，以加强水流平衡，减小压力；生物反应池4的厌氧区Ⅰ和好氧区Ⅳ内还设有投加装置，投加装置通过投加管将微量元素通入池内。

其中厌氧区Ⅰ分为4组单元，为“田”字布局，缺氧区Ⅱ分为6组单元，其布局为两排三列，与厌氧区Ⅰ并排设置，交替区Ⅲ分为4组单元，为“田”字布局。根据进水水质监测，生物反应池4总停留时间为12～22小时，其中厌氧区Ⅰ为1.6～2.4小时，缺氧区Ⅱ为2.4～5.4小时，交替区Ⅲ为1.6～3.6小时，另有好氧区Ⅳ为6.4～10.6小时。

污水分别利用厌氧区Ⅰ、缺氧区Ⅱ的高速潜水搅拌器4.1以及交替区Ⅲ的立式涡流搅拌器4.3依次经过低位过滤孔4.6和高位过滤孔4.2交错通过池体内，进行污水释磷和有机物的反硝化作用；过滤孔通过在单个停留区域高低交错设置，其中低位过滤孔4.6底标高与池底标高一致，高位过滤孔4.2标高位于液面以下 1.8m，以避免污水短流，提升处理效率。

外回流污泥渠5悬挂设置于生物反应池4的外壁上，厌氧区Ⅰ的前端设有进泥孔与外回流污泥渠5连通，进泥孔处还设有第二堰门。

如图11-14所示，二沉池6设有两座，以矩形进水箱涵2的横向方向为对称轴对称设置；二沉池6设有二沉池进水渠；二沉池6设有配水渠6.1，配水渠6.1 与二沉池进水渠连通且与二沉池进水渠平行设置，配水渠6.1内设有第三刮泥机 6.2，第三刮泥机6.2为链板式刮泥机；每座二沉池6还设有两组配水区，两组配水区并排设置，每组配水区设有至少六个过流箱体6.10，过流箱体6.10的前端设有调节堰门6.1.1并设第二配水花墙6.2.1，其内部横向设有第四刮泥机6.2，第四刮泥机6.2为链板式刮泥机，用于分离污泥，在过流箱体6.10的前端设有第二沉泥斗6.5，过流箱体6.10的前端还设有排泥堰板6.4并与外回流污泥渠5相连，沉泥先通过第四刮泥机6.2刮至第二沉泥斗6.5，然后通过排泥堰门6.4 将第二沉泥斗6.5中的污泥排入外回流污泥渠5中，外回流污泥渠5处设有第二污泥泵6.3，通过第二污泥泵6.3将回流污泥经外回流污泥渠5送入生物反应池 4的厌氧区Ⅰ，剩余污泥由位于第二沉泥斗6.5处的第三污泥泵6.9输出至污泥处理设施处理。第二污泥泵6.3在进水高有机负荷模式以及进水低有机负荷模式的情况下会将部分污泥经外回流污泥渠5分别送至生物反应池4的厌氧区Ⅰ的起始端或进入污泥浓缩发酵池1。在二沉池6的出水口尾端设置有出水水质在线监测系统，以使污水满足水质达标排放。在二沉池的一端还设有变配电间及控制室，用于对二沉池进行出水处理时的调控。

概括来说，污水从生物反应池4进入二沉池6后，利用调节堰门6.1.1和第二配水花墙6.2.1均匀分配后流入二沉池6进行二次沉降，沉泥先通过第四刮泥机6.2刮至第二沉泥斗6.5中，沉泥斗中设有污泥管道，污泥管道连接排泥堰门 6.4将第二沉泥斗6.5中的污泥排入第二污泥泵6.3所在的泥槽中进行沉降，沉降后的污泥一部分通过第二污泥泵6.3经外回流污泥渠5进入生物反应池4的进水端，另一部分通过第三污泥泵6.9排入厂区污泥处理设施。在二沉池6净化后且水质达标的情况下，污水经二沉池6的出水端的出水堰板6.6排至后续处理单元。

如图15-16所示，污泥浓缩发酵池1设有至少3个污泥处理池，3个污泥处理池并列设置，污泥处理池的外侧的池壁上设有闸门5.1，与外回流污泥渠5连通；污泥处理池的横切面为矩形，其内部设有刮泥器1.1，在污泥处理池的底部设有循环污泥管，在相邻两个污泥处理池的隔墙上设有上清液出水槽1.2，污泥处理池的上端设有上清液投加渠1.3，上清液出水槽1.2连通上清液投加渠1.3，上清液投加渠1.3的出水端设有叠梁闸1.4，与叠梁闸1.4位置相对的多功能池 3的壁面上设有投加孔1.5。污泥浓缩发酵池1在进水低有机负荷模式中接收二沉池6产出的经外回流污泥渠5进入的污泥，开启连接处的闸门5.1并通过刮泥器1.1进行沉淀浓缩；并使产出上清液经上清液出水槽1.2流入上清液投加渠 1.3，通过叠梁闸1.4的启闭最终经投加孔1.5进入多功能池3储存，再投加至生化系统。

本发明的自适应水质变化的污水低碳生物处理方法，包括进水反馈模式以及出水反馈模式。其中进水反馈模式包括：进水高有机负荷模式和进水低有机负荷模式。出水反馈模式包括：出水水质达标模式和出水水质不达标模式。

其中，如图17所示，进水高有机负荷模式(C/N比≥4)的工作模式为：根据进水水质在线监测系统2.1的反馈，开启多功能池3的进水闸门3.2，污水经多功能池进水箱涵3.11均匀分配后进入多功能池4，多功能池4池内的污水表面的浮渣通过电动旋转式撇渣管3.3收集，第一刮泥机3.1将多功能池3底部污泥刮至第一沉泥斗3.10内，后经过第二刮泥机3.5刮至污泥池3.8，后利用第一污泥泵3.6收集排至污泥处理单元，处理部分浮渣和初始污泥，由于浮渣以及初始污泥均包含有一部分大颗粒有机物，因此撇去的浮渣和初沉污泥在一定程度上降低了生物反应池进口污水的有机负荷(C/N比)。

后污水自多功能池4流入生物反应池4，污水在进入生物反应池4后，在高速潜水搅拌器4.1作用下经过低位过滤孔4.6和高位过滤孔4.2交替通过，依次进入厌氧区Ⅰ、缺氧区Ⅱ、交替区Ⅲ、好氧区Ⅳ，厌氧区Ⅰ、缺氧区Ⅱ分别进行污水释磷和有机物的反硝化作用。好氧区Ⅳ与缺氧区Ⅱ之间设置交替区Ⅲ，交替区Ⅲ底部安装有立式涡轮搅拌器4.3，其目的能根据出水水质调整缺氧区Ⅱ与好氧区Ⅳ的停留时间并强化脱氮除磷的效果；

交替区Ⅲ经连通孔4.9与好氧区Ⅳ连通，好氧区Ⅳ的底部设有微孔膜式曝气管4.7，通过曝气对污水中BOD进行降解，并完成硝化反应。当内回流泵4.5开启时，第一堰门4.8打开，根据生化系统的需要以满足对进水碳源的分配，反应所需的硝化液经好氧区Ⅳ的末端的内回流泵4.5进入内回流渠4.4，部分硝化液通过第一支路回流至厌氧区Ⅰ中，剩下的硝化液通过第二支路回流至缺氧区Ⅱ中。

如图18所示，进水低有机负荷模式(C/N比<4)的工作模式为：根据进水水质在线监测系统2.1的反馈，污水中的碳源较少，对于后续反应区厌氧、缺氧阶段的氨化和反硝化阶段产生不利影响。因此在该种情况下，利用二沉池污泥中聚集的丰富有机物做碳源以弥补进水中碳源不足的缺陷。具体方法如下所述：

由进水水质在线监测系统2.1进行判定，关闭多功能池3的进水闸门3.2，污水则利用超越箱涵9在不经过多功能池3的情况下直接进入生物反应池4，利用生物反应池4对污水处理后进入二沉池6中进行进一步处理；然后自二沉池6 的外回流污泥会经外回流污泥渠5流入污泥浓缩发酵池1，利用污泥浓缩发酵池 1进行浓缩发酵，停留5-8天后，经上清液投加渠1.3进入多功能池4进行储存。多功能池3的末端设有出液口，使上清液与超越箱涵9中的污水混合后进入生物反应池4，再进入二沉池6。后续步骤与进水高有机负荷模式一致。

在出水反馈模式中，可根据出水水质在线监测系统7反馈，若出水水质达标，则污泥经二沉池6直接进入后续处理单元。

如图19所示，在出水反馈模式中，可根据出水水质在线监测系统7反馈，若出水水质不达标，其主要是由于非功能性微生物的生长与繁殖占据了主导地位，消耗碳源并释放大量温室气体。出水水质不达标是由于非功能性微生物的生长与繁殖占据了主导地位，消耗碳源并释放大量温室气体。此时生物反应池4的投加装置8将通过投加管向厌氧区Ⅰ及缺氧区Ⅱ投加微量元素，为功能性微生物提供电子供体和能源物质并减少温室气体的积累和排放。此外，生物反应池4内的交替区Ⅲ可以根据进水水质的浓度进行好氧区Ⅳ与缺氧区Ⅱ的功能切换，当进水水质浓度高时，切换为好氧区Ⅳ，强化硝化反应；当进水水质浓度低时，切换为缺氧区Ⅱ，增强反硝化反应速率。具体地，在冬季时开启好氧区，并打开微孔膜式曝气管4.7，其目的在于强化硝化反应,增强氨氮的转化率，以提高系统处理效率；夏季时，打开立式涡轮搅拌器4.3，使其切换为缺氧区Ⅱ，增强反硝化反应速率，保证出水水质达标。

微量元素可根据强化脱氮或除磷或脱氮除磷的需要，分别投加至缺氧区Ⅱ，厌氧区Ⅰ，厌氧区Ⅰ和缺氧区Ⅱ。其中微量元素的组分和含量包括，Cu²⁺， 37.2～55.9mmol/L；Mn^{2 +}，4.2～5.6mmol/L；B³⁺，14.1～21.1mmol/L，Mo⁶⁺，3.6～5.2 mmol/L；W⁶⁺，8.4～10.1mmol/L；Ni²⁺，2～3.2mmol/L；Co²⁺，12.4～17.4mmol/L； Zn²⁺，22.6～35.1mmol/L；Ca²⁺，21.7～30.8mmol/L。投加微量元素后，使碳源为功能性微生物在脱氮除磷的代谢过程中作为反硝化和磷吸收的电子供体与能源物质，出现CO₂释放并在代谢手续时发生N₂O等温室气体的积累和排放。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种自适应水质变化的污水低碳生物处理系统，其特征在于，包括矩形进水箱涵、多功能池、污泥浓缩发酵池、生物反应池、外回流污泥渠、二沉池和出水水质在线监测系统，所述矩形进水箱涵的两侧分别连接有一座所述多功能池，所述多功能池的一侧设有污泥浓缩发酵池，所述污泥浓缩发酵池与多功能池共壁设置，所述多功能池另一侧连接所述生物反应池，所述多功能池与生物反应池之间设有超越箱涵，所述生物反应池包括多个厌氧区、缺氧区、交替区和好氧区，所述好养区连接所述二沉池；所述二沉池的出水口尾端设有出水水质在线监测系统；所述二沉池的配水渠一侧设有外回流污泥渠，所述外回流污泥渠延伸围绕生物反应池、多功能池和污泥浓缩发酵池外围设置。

2.如权利要求1所述的一种自适应水质变化的污水低碳生物处理系统，其特征在于，所述矩形进水箱涵的顶部的中间位置设有进水孔，所述矩形进水箱涵的进水端处设有进水水质在线监测系统。

3.如权利要求1所述的一种自适应水质变化的污水低碳生物处理系统，其特征在于，所述多功能池为矩形，所述多功能池分别对称设置于矩形进水箱涵两侧；所述多功能池与矩形进水箱涵共壁，所述矩形进水箱涵通过多个进水闸门连接多功能池进水箱涵，所述多功能池进水箱涵上设有多个进水孔，所述多功能池进水箱涵的出水端的墙体为第一配水花墙；所述多功能池的水流方向末端位置设置有多功能池出水渠；多功能池内包括多个箱体，所述箱体为矩形，多个箱体之间纵向平行设置，箱体的进水端连接多功能池进水箱涵，所述箱体的出水端连接多功能池出水渠；

所述箱体的进水端处还设有泥斗，箱体的出水端处设有出水堰板，污水通过出水堰板进入多功能池出水渠；所述第一配水花墙与箱体之间设有污泥池，污泥池与所述第一配水花墙平行设置；污泥池内设有第二刮泥机，在污泥池的底部位置设置有多个第一污泥泵，第一污泥泵通过污泥管通往至污泥处理设备；

所述多功能池的内部横向设有第一刮泥机和电动旋转式撇渣管，所述多功能池的池顶平台上设置有驱动机构，所述驱动机构通过传动链连接第一刮泥机，所述驱动机构通过驱动杆连接电动旋转式撇渣管，所述第一刮泥机通过驱动机构纵向移动，所述电动旋转式撇渣管设置于所述多功能池上，所述第一刮泥机上设有刮板。

4.如权利要求1所述的一种自适应水质变化的污水低碳生物处理系统，其特征在于，所述生物反应池设有两组，以矩形进水箱涵的横向方向为对称轴对称设置，所述好氧区设有两组，两组好氧区横向平行设置，所述好氧区的出水端设有出水方孔，并连接生物反应池出水明渠，生物反应池出水明渠与二沉池进水渠相连；所述厌氧区、缺氧区与交替区沿着好氧区的侧壁依次横向并排设置，厌氧区的设置于生物反应池的进水端，污水依次通过厌氧区、缺氧区、交替区、好氧区进入二沉池中；所述厌氧区、缺氧区和交替区的底部分别设有低位过滤孔，在顶部分别设有高位过滤孔；所述厌氧区和缺氧区的底部设有高速潜水搅拌器；所述交替区内设置有多个反应单元，所述交替区的每个反应单元内分别设有立式涡轮搅拌器；所述好氧区的底部横向设置有微孔膜式曝气管，所述为空膜式曝气管上连接有空气管，空气管与微孔膜式曝气管垂直设置；

所述生物反应池内部设有内回流渠，所述内回流渠沿着好氧区的侧壁设置，所述内回流渠的进水端设置于好氧区的出水端处，且在内回流渠的进水端处设有内回流泵，所述内回流渠包括第一支路和第二支路，所述第一支路设置于厌氧区的中隔墙上，所述第二支路设置于缺氧区的中隔墙上，所述第一支路和所述第二支路的出口处分别设有第一堰门；

所述厌氧区与所述好养区之间的隔墙底部设置有连通孔，所述厌氧区和好氧区的一侧设置投加装置，所述投加装置通过投加管分别通入所述厌氧区和好养区的内部。

5.如权利要求所述的一种自适应水质变化的污水低碳生物处理系统，其特征在于，所述二沉池以矩形进水箱涵的横向方向为对称轴对称设置于两侧，所述二沉池设有二沉池进水渠，所述二沉池进水渠连通配水渠，所述配水渠与二沉池进水渠平行设置，所述配水渠内设有第三刮泥机；所述第三刮泥机一侧设置有两组配水区，所述两组配水区并排设置，每组配水区设置有至少六个过流箱体。

6.如权利要求1所述的一种自适应水质变化的污水低碳生物处理系统，其特征在于，所述污泥浓缩发酵池设有至少3个并列设置的污泥处理池，污泥处理池的池壁上设有闸门，通过所述闸门与外回流污泥渠连通，在所述污泥处理池的底部设有循环污泥管，在相邻两个污泥处理池的隔墙上设有上清液出水槽，污泥处理池的上端设有上清液投加渠，上清液出水槽连接上清液投加渠，上清液投加渠的出水端设有叠梁闸。

7.一种如权利要求1-5任一项所述的自适应水质变化的污水低碳生物处理方法，其特征在于，包括进水反馈模式和出水反馈模式，所述进水反馈模式包括进水高有机负荷模式和进水低有机负荷模式；所述出水反馈模式包括出水水质达标模式和出水水质不达标模式；

所述进水高有机负荷模式的具体处理方法如下：根据进水水质在线监测系统的反馈，其水质C/N比≥4，开启多功能池的进水闸门，污水经多功能池进水箱涵均匀分配后进入多功能池，污水表面的浮渣通过电动旋转式撇渣管收集，第一刮泥机将多功能池底部污泥刮至第一沉泥斗，最终经过第二刮泥机刮至污泥池内，后利用第一污泥泵收集排至污泥处理单元，处理浮渣和初始污泥；经多功能池处理过的污水流入生物反应池，后在高速潜水搅拌器作用下经过低位过滤孔和高位过滤孔交替通过，依次进入厌氧区、缺氧区、交替区、好氧区，厌氧区、缺氧区分别进行污水释磷和有机物的反硝化作用，交替区根据出水水质调整缺氧区与好氧区的停留时间并强化脱氮除磷的效果，交替区经连通孔与好氧区连通；当内回流泵开启时，第一堰门打开，硝化液经好氧区的末端的内回流泵进入内回流渠，硝化液通过第一支路回流至厌氧区中以及通过第二支路回流至缺氧区中；

所述进水低有机负荷模式的具体处理方法如下：

由进水水质在线监测系统进行判定，其水质C/N比<4，关闭多功能池的进水闸门，污水则利用超越箱涵直接进入生物反应池，利用生物反应池对污水处理后进入二沉池中进行进一步处理；然后自二沉池的外回流污泥通过外回流污泥渠流入污泥浓缩发酵池，利用污泥浓缩发酵池进行浓缩发酵，停留5-8天后，经上清液投加渠进入多功能池进行储存；多功能池的末端设有出液口，上清液与超越箱涵中的污水混合后进入生物反应池，再进入二沉池进行处理。

8.如权利要求7所述的一种自适应水质变化的污水低碳生物处理方法，其特征在于，所述出水反馈模式中，根据出水水质在线监测系统反馈，若出水水质达标，则污泥经二沉池直接进入后续处理过程。

9.如权利要求7所述的一种自适应水质变化的污水低碳生物处理方法，其特征在于，在出水反馈模式中，可根据出水水质在线监测系统反馈，若出水水质不达标，则对污水处理方法如下：

利用生物反应池的投加装置将通过投加管向厌氧区及缺氧区投加微量元素；对生物反应池内的交替区根据进水水质的浓度进行好氧区与缺氧区的功能切换，当进水水质浓度高时，切换为好氧区；当进水水质浓度低时，切换为缺氧区。

10.如权利要求9所述的一种自适应水质变化的污水低碳生物处理方法，其特征在于，所述微量元素的组分和含量包括：Cu²⁺，37.2～55.9mmol/L；Mn²⁺，4.2～5.6mmol/L；B³⁺，14.1～21.1mmol/L，Mo⁶⁺，3.6～5.2mmol/L；W⁶⁺，8.4～10.1mmol/L；Ni²⁺，2～3.2mmol/L；Co²⁺，12.4～17.4mmol/L；Zn²⁺，22.6～35.1mmol/L；Ca²⁺，21.7～30.8mmol/L。

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