CN115477392A - 一种基于同时硝化反硝化的立体叠层生化处理装置及工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于同时硝化反硝化的立体叠层生化处理装置和工艺方法，处理装置包括反应池和第一隔板，将反应池按水平方向依次分隔为气提区、同时硝化反硝区、释气区和固液分离区；还包括第二隔板，第二隔板的端部与同时硝化反硝区两侧的第一隔板底部连接，第二隔板至反应池底部的区域为厌氧区；厌氧区与气提区、释气区和固液分离区的底部贯通，气提区、同时硝化反硝区和释气区顶部贯通。本发明采用厌氧+同时硝化反硝化空间叠层构造，将同时硝化反硝化生物脱氮与生物除磷这两个原本独立的过程合二为一，不仅避免了众多生物群落共存于一个系统中，功能菌群之间的环境和空间竞争，还解决了生物脱氮和除磷过程之间的营养物争夺矛盾。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其涉及一种基于同时硝化反硝化的立体叠层生化处理装置及工艺方法。
背景技术
在废水净化过程中，当需要进行BOD的去除与硝化结合、或与硝化反硝化相结合、或与生物除磷相结合以达到不同目标污染物的处理时，不同功能的反应池需要进行组合，而普遍采用的通常连接方式是串联，如A2/O工艺。
传统A2/O包括具有释磷作用的厌氧反应池，具有去除大量有机物并反硝化脱氮的缺氧反应池，进行氨氧化、硝化作用和吸磷的好氧反应池。厌氧反应池、缺氧反应池和好氧反应池串联连接，多种功能细菌群体共存于一个污泥系统，由于各种细菌所要求的最适宜的条件各不相同，因此系统不能同时满足不同细菌的最佳需求，必然会造成功能菌群之间的竞争，并最终达到对立统一，以满足系统的脱氮除磷要求。这种功能菌群对环境、营养物质和生存空间的竞争就构成了A2/O系统固有的不足。
专利号为CN102153239A的发明专利公开了一种立体结构的脱氮除磷工艺，上部为好氧池，下部为缺氧池，厌氧池位于缺氧池的一端，厌氧池、缺氧池和好氧池互相连通；由于厌氧池、缺氧池互相连通，硝化反应和反硝化反应分别位于两个不同的区域(缺氧区和好氧区)，所以存在聚磷菌与反硝化菌在缺氧条件下对碳源的竞争，以及硝化和反硝化的容积约束的问题，不能协调脱氮除磷工艺中存在的矛盾，硝化、反硝化和吸磷反应无法在同一反应器内同时发生。
发明内容
有鉴于此，本发明提出了一种基于同时硝化反硝化的立体叠层生化处理装置和工艺方法，本装置使得硝化、反硝化和吸磷反应在同一个反应器内同时发生，且可协调脱氮除磷工艺中存在的矛盾。
本发明的技术方案是这样实现的：一方面，本发明提供了一种基于同时硝化反硝化的立体叠层生化处理装置，包括反应池和第一隔板，所述第一隔板有三个，且均竖向设置，将反应池按水平方向依次分隔为气提区、同时硝化反硝区、释气区和固液分离区；
还包括第二隔板，所述第二隔板的端部与同时硝化反硝区两侧的第一隔板底部连接，所述第二隔板至反应池底部的区域为厌氧区；所述厌氧区与气提区、释气区和固液分离区的底部贯通，所述气提区、同时硝化反硝区和释气区顶部贯通，所述反应池底部设有进水管和排泥管。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述同时硝化反硝区内并列设有1#曝气模块和2#曝气模块，所述1#曝气模块和2#曝气模块均有多个，多个所述1#曝气模块和多个所述2#曝气模块各自分为两组，所述1#曝气模块和2#曝气模块同时曝气或交替曝气，提供好氧和缺氧轮换交替的溶解氧环境。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述气提区内设有3#曝气模块，所述3#曝气模块有多组，且并排设置于气提区内。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述释气区和固液分离区之间的第一隔板顶部与反应池顶部连接，底部向固液分离区方向倾斜。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述反应池底部设有凹陷的污泥斗，所述污泥斗设于第二隔板下方，且靠近释气区，所述污泥斗底部设有第一导流板，所述污泥斗和第一导流板的长度方向均与第一隔板所在平面平行，所述第一导流板顶部向气提区倾斜；所述排泥管设置于第一导流板靠近固液分离区的一侧，所述进水管设置于第一导流板远离固液分离区的一侧；所述进水管远离第一导流板的一侧开设多个布水孔，所述排泥管远离第一导流板的一侧开设多个排泥孔。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述固液分离区的上方设有溢流堰，所述固液分离区下部设有第二导流板，所述第二导流板的一端与反应池侧壁连接，另一端与污泥斗靠近固液分离区的侧壁连接；所述第二导流板与固液分离区的第一隔板之间的区域为污泥回流通道。
另一方面，本发明提供了一种生化处理的工艺方法，包括如下步骤：
S1，污水经进水管进入厌氧区，在第一导流板的引导下与固液分离区的回流污泥和循环混合液充分混合，并按0.3-0.6m/s的速度以平推流的方式推进，到达气提区；
S2，混合液经气提区提升至同时硝化反硝区，然后以旋转推流的形式推进，至释气区进行气相分离，然后混合液从上往下流入厌氧区，往复循环；
S3，经过同时硝化反硝区的部分固液混合物进入固液分离区，进行泥水分离，澄清后的清水从固液分离区上部的溢流堰排出反应池，沉淀的污泥经污泥回流通道返回厌氧区，部分污泥由污泥斗内的排泥管以剩余污泥形式排出。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述厌氧区DO≤0.2mg/L、NOX-N≤1.5mg/L、絮体有机物负荷≤120gCOD/KgMLSS。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述同时硝化反硝区的溶解氧浓度为0.3～1.5mg/L，COD≤30mg/L，MLSS＝4000～8000mg/L，污泥龄为20～40d，污泥负荷为80～150gCOD/KgMLSS·d。
在以上技术方案的基础上，优选的，所述同时硝化反硝区的曝气方法包括如下步骤：
S1，反应池连续进水，当反应器内溶解氧浓度值低于0.2mg/L～0.3mg/L，需要提高溶解氧浓度时，1#曝气模块和2#曝气模块同时运行，进入升氧曝气过程；
S2，当反应池内溶解氧浓度升高至1.0～1.5mg/L，需要降低溶解氧浓度时，1#曝气模块和2#曝气模块交替运行，进入降氧曝气过程，交替运行周期时间为1～5min；当反应池内溶解氧浓度降至0.2mg/L～0.3mg/L时，1#曝气模块和2#曝气模块同时运行，进入升氧曝气过程，往复循环。
本发明的一种基于同时硝化反硝化的立体叠层生化处理装置及工艺方法相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)本发明的立体叠层反应器采用厌氧+同时硝化反硝化空间构造，将同时硝化反硝化生物脱氮与生物除磷这两个原本独立的过程合二为一，不仅避免了众多生物群落共存于一个系统中，功能菌群之间的环境和空间竞争，还解决了脱氮和除磷过程之间的营养物争夺矛盾。本发明适用于C/N较低的污水处理，可以分别节省50％和30％的COD和O2消耗量，相应减少50％的剩余污泥量，可节省投资和运行成本。
(2)硝化、反硝化作用是相互对立又相互关联的统一体，前者是要求较低的C/N条件下作用，而后者则相反。本发明的装置及工艺方法中，脱氮过程是在同时硝化反硝化区内完成的，同时硝化反硝化区在受控条件下运行，微生物在末端以饥饿状态进入厌氧区时具有较强的吸附性能，在厌氧区通过生物吸附去除的有机物，降低液相底物的同时(降低C/N)达到饱食状态，该方法不仅避免了硝化菌与反硝化菌的基质制约作用，同时在轮换曝气控制策略(减少好氧时间，避免过度曝气)基础上，能够有效提高反硝化速率，增加TN的去除能力，缓解C/N的矛盾。
(3)本发明轮换曝气控制策略，可以通过进水负荷、进水碳氮比和外部环境(主要是温度)的变化有效应用DO值控制，是本发明脱氮除磷的效率和灵活性明显高于传统A2/O工艺的关键。究其原因在于轮换曝气采用容积策略对反应进程进行控制，在减少曝气量和提高曝气量的过程中，本质是通过减少好氧环境体积或增加缺氧环境体积，来调配硝化或反硝化除磷的反应时间，达到不同进水质对反应时间的要求。在规避固定容积的弊端，获得较好的脱氮效果的同时，还具备对水质及环境条件更强的适应性。
(4)本发明立体串联空间组合方式所形成的叠层反应装置，再结合厌氧-同时硝化反硝化系统和耦合固定填料的可提升式曝气管模块，形成既有悬浮生长的微生物又有附着生长的微生物的复合反应装置。一方面，结构紧凑，附属设备少；另一方面，因为兼有生物量高、传质效率高和污泥龄分离的优点，可以使有机负荷大大提高，不但在降低系统复杂性、能耗和管理难度方面效益显著，也能够克服传统工艺的缺点，因此具有节省基建和运行费用的益处，适应全社会对节能减排的标准。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明立体叠层生化处理装置的结构图；
图2为本发明立体叠层生化处理的工艺方法示意图；
图3为本发明立体叠层生化处理装置的俯视图；
图4为图1沿A方向的剖视图；
图5为图3沿B方向的剖视图，1#曝气模块和122-2#曝气模块同时曝气；
图6为图3沿B方向的剖视图，1#曝气模块和122-2#曝气模块交替曝气；
图7本发明实施例中间设置的曝气模块；
图8本发明实施例一侧设置的曝气模式；
图9本发明实施例两侧设置的曝气模式；
图10为本发明固液分离区原理图。
图中，1-反应池、2-第一隔板、11-气提区、12-同时硝化反硝区、13-释气区、14-固液分离区、15-厌氧区、16-操作平台，3-第二隔板、4-进水管、5-排泥管、121-1#曝气模块、122-2#曝气模块、111-3#曝气模块、141-溢流堰、142-第二导流板、143-污泥回流通道、6-污泥斗、7-第一导流板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，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方式，都属于本发明保护的范围。
本发明提出的是一种立体叠层构造形式的一体化生物处理装置，其通过分层构造加大池深来节省占地面积，同时为了避免增加鼓风曝气能耗和水流循环动力，将上层作为曝气层(同时硝化反硝化区)，下层作为空气隔绝层(厌氧区)，并且采用气提方式为上下层混合液循环流动提供动力，而且对固液分离区进行合建，又进一步省去了二沉池的占地，继而达到大幅缩减占地面积和降低能耗的目的。
在此池型基础上，为了同步保证污水净化效果，本发明采用厌氧-同时硝化反硝化工艺对污水进行净化，即下层的反应区不与大气接触，形成厌氧反应区，上层反应区采用同时硝化反硝化工艺。故而，污水在上下层往复循环的过程中经历厌氧释磷和同时硝化反硝化除磷交替反应环境，在同时硝化反硝化脱氮的基础上耦合反硝化除磷实现同步脱氮除磷的作用，提高脱氮、除磷效果。
如图1所示，结合图2-5，本发明一种基于同时硝化反硝化的立体叠层生化处理装置，包括反应池1和第一隔板2和第二隔板3，所述第一隔板2有三个，且均竖向设置，将反应池1按水平方向依次分隔为气提区11、同时硝化反硝区12、释气区13和固液分离区14；第二隔板3的端部与同时硝化反硝区12两侧的第一隔板2底部连接，第二隔板3至反应池1底部的区域为厌氧区15；厌氧区15与气提区11、释气区13和固液分离区14的底部贯通，气提区11、同时硝化反硝区12和释气区13顶部贯通，反应池1底部设有进水管4和排泥管5。
本发明的厌氧区15平行设置于同时硝化反硝化区12的底部，构成上下层立体结构形式，两者之间的水流循环方式也不同于传统平面循环流动，而是呈立体平推流式循环流动。
气提区11为上下层混合液循环流动提供动力，内部含有多组3#曝气模块111，3#曝气模块111并排设置于气提区11内，将污水由下层的厌氧区15提升至上层的同时硝化反硝区12。
同时硝化反硝区12为硝化反应和反硝化反应区，内部含有曝气装置，为硝化反应和反硝化反应提供溶解氧环境。具体的，同时硝化反硝区12内并列设有1#曝气模块121和2#曝气模块122，1#曝气模块121和2#曝气模块122均有多个，多个1#曝气模块121和多个2#曝气模块122各自分为两组，1#曝气模块121和2#曝气模块122同时曝气或交替曝气，提供好氧和缺氧轮换交替的溶解氧环境。
具体的实施例中，3#曝气模块111、1#曝气模块121和2#曝气模块122均为可提升式曝气器。
具体的实施例中，反应池1顶部设有操作平台16，3#曝气模块111、1#曝气模块121和2#曝气模块122均采用顶部固定安装方式，固定于操作平台16之上。
释气区13具有气相分离的作用，释气区13和固液分离区14之间的第一隔板2顶部与反应池1顶部的操作平台16连接，底部向固液分离区14方向倾斜，起到导流的作用。
具体的实施例中，如图4所示，反应池1底部设有凹陷的污泥斗6，污泥斗6呈条形，设于第二隔板3下方，且靠近释气区13，污泥斗6底部设有第一导流板7，污泥斗6和第一导流板7的长度方向均与第一隔板2所在平面平行，第一导流板7顶部向气提区11倾斜；排泥管5设置于第一导流板7靠近固液分离区14的一侧，进水管4设置于第一导流板7远离固液分离区14的一侧；进水管4远离第一导流板7的一侧开设多个布水孔，布水孔的孔径为15～30mm，孔口间距150～300mm；排泥管5远离第一导流板7的一侧开设多个排泥孔。排泥孔孔径为30～50mm，孔口间距150～300mm。
固液分离区14具有沉淀污泥，澄清水的作用。具体的，固液分离区14的上方设有溢流堰141，固液分离区14下部设有第二导流板142，第二导流板142的一端与反应池1侧壁连接，另一端与污泥斗6靠近固液分离区14的侧壁连接；第二导流板142与固液分离区14的第一隔板2之间的区域为污泥回流通道143；污泥回流通道143用于污泥回流以及混合液进入。
本发明的生化处理的工艺方法，包括如下步骤：
S1，污水经进水管4进入厌氧区15，在第一导流板7的引导下与固液分离区14的回流污泥和循环混合液充分混合，并按0.3-0.6m/s的速度以平推流的方式推进，到达气提区11；
S2，在3#曝气模块111的作用下，混合液由气提区11提升至同时硝化反硝区12，然后在1#曝气模块121和2#曝气模块122的作用下，以旋转推流的形式推进，至释气区13进行气相分离，然后混合液从上往下流入厌氧区15，往复循环；
S3，经过同时硝化反硝区12的部分固液混合物进入固液分离区14，进行泥水分离，澄清后的清水从固液分离区14上部的溢流堰141排出反应池1，沉淀的污泥经污泥回流通道143返回厌氧区15，部分污泥由污泥斗6内的排泥管5以剩余污泥形式排出。
本发明立体叠层生化处理装置具体工作原理如下：
首先，如图1-2所示，通长设置的进水管4通过向上45°斜错的出水孔均匀地将污水分配于下层的厌氧区15，厌氧区15由于与大气隔绝，并且没有供氧措施，处于溶解氧含量几乎为零的厌氧环境状态下。在厌氧区DO≤0.2mg/L、NOX-N≤1.5mg/L、絮体有机物负荷≤120gCOD/KgMLSS的受控环境条件下，一方面微生物絮体会对来水中的有机物进行吸附和吸收；另一方面反硝化除磷菌(DPB)将体内多聚磷酸盐进行水解反应并产生能量(以ATP形式释放)，同时糖原通过ED循环转化为丙酮酸也产生能量(以ATP形式释放)，一部分ATP被反硝化除磷菌用于主动运输污水中挥发性有机物(VFA)进入细胞内，并立刻与ATP的水解反应耦合，转化为乙酰辅酶A，并将磷释放到细胞外(与磷相结合的阳离子也一同被释放到体外)。同时糖原在转化为丙酮酸后，会在丙酮酸脱氢酶的作用下发生氧化脱羧，进一步转化为乙酰辅酶A和CO2，以上两步过程中会产生“还原力(NADH+H+)”，乙酰辅酶A在还原力的作用下得到电子和碳源，最终被还原成PHB并在细胞内储存。简而言之，在受控的厌氧环境下，微生物絮体对污水中污染物质进行快速吸附和吸收，并且反硝化除磷菌(DPB)通过释磷作用改变有机物(外碳源)的存在形态以PHB的形式存储在细胞内(成为内碳源，而非实质性分解)，达到饱食状态，实现外碳源的快速去除，以达成实现同时硝化反硝化除磷的必要条件。
其次，如图3-4所示，气提区11内并排设置有多组3#曝气模块111，气提区11内混合液在3#曝气模块111鼓风曝气状态下，形成气-固-液三相混合液，气体因密度小向上运动，在运动过程中，随着外部压力减小，气体开始膨胀并对外做功，所做的功部分转化为混合液的动能和势能，使厌氧区15混合液得到提升并获得循环动力，在厌氧区15与同时硝化反硝化区12之间往复循环。
然后，同时硝化反硝化区12内的多组1#曝气模块121、2#曝气模块122以队列为单元均分为并列两组，按照自动控制系统的轮换曝气控制策略有序地往复交替运行，控制溶解氧浓度在0.3～1.5mg/L之间高频变换，实现溶解氧环境的缺氧-好氧快速循环交替。
具体如下：如图5-6所示，在底物有机物(COD)浓度≤30mg/L，MLSS＝4000～8000mg/L，污泥龄在20～40d，污泥负荷在80～150gCOD/KgMLSS·d的受控条件下，当反应器1内溶解氧浓度值低于0.2mg/L～0.3mg/L，需要提高溶解氧浓度时，1#曝气模块121和2#曝气模块122同时运行(此时同时硝化反硝化区水流可以认为只有沿池长方向的速度，为平推流式流态，见图5)，进入升氧曝气过程；当反应池1内溶解氧浓度升高至1.0～1.5mg/L，需要降低溶解氧浓度时，1#曝气模块121和2#曝气模块122交替运行(此时同时硝化反硝化区只有一侧曝气，由于气泡在池水中造成的密度差，产生了旋转流，因此该状态下，同时硝化反硝化区中水流除沿池长方向外，还有侧向的旋流，组成了旋转推流式流态，见图6)，进入降氧曝气过程，交替运行周期时间为1～5min；当反应池1内溶解氧浓度降至0.2mg/L～0.3mg/L时，1#曝气模块121和2#曝气模块122同时运行，进入升氧曝气过程，往复循环。
具体的实施例中，本发明还可以采用如下模式运行(如图7-9所示)在处理大水量，低浓度生活污水时，同时硝化反硝化区12无需设置较多的121-1#曝气模块和122-2#曝气模块，可以采用中侧布置、两侧布置或单侧布置方式，该类型布置方式的同时硝化反硝化区12断面流态与图4所示稍有不同，即使是在需要提升溶解氧状态下，所有可提升式曝气管模块同时运行，由于气泡在池水中造成的密度差，沿池长整个断面随时随地都会产生旋转流，不存在平推流式流态。因此，该模式有着更长的污染物质行进路径和更长的实际水力停留时间，可以很好地避免短流、死角和沟流等弥散流流态。
同时硝化反硝化区在以上轮换曝气控制策略过程中，在DO浓度降低到下限值(DO≤0.2mg/L)时：生物絮体的整体呈缺氧状态，硝化细菌会因溶解氧浓度较低而活动减弱，完全反硝化细菌和不完全反硝化细菌(反硝化除磷菌)同时进行反硝化脱氮，同时在以上过程中，反硝化除磷菌(DPB)以NOx-N作为电子受体氧化PHB，并利用降解PHB所产生的能量，过量摄取环境中的无机磷酸盐并以多聚磷酸盐的形式储存在细胞内，并且细胞得到增殖，最终经剩余污泥排放达到去除磷的目的；当DO浓度升高到中间值(DO＝0.3～1mg/L)过程时：一方面，对于完全反硝化细菌来说，由于DO在絮体内部发生部分穿透，使得在絮体内部也存在一定的溶解氧浓度，完全意义上的异养型反硝化菌的活动受到DO的抑制；另一方面，对于起不完全反硝化作用的反硝化菌而言，NOx-N与O2在浓度上存在着抑制性竞争，当反应的环境中(无论是大环境还是小环境)O2的浓度不足以抑制NOx-N充当电子受体时，NOx-N与O2均是兼性菌在选择电子受体时的对象，即反硝化、反硝化除磷和好氧氧化三种反应可以同时发生和存在。当DO浓度升高到上限值(DO≤1.5mg/L)过程时：随着DO的增加，反应器内部、絮体周围以及内部的溶解氧和NOx-N的浓度比例发生改变，使得利用NOx-N作为电子受体的反硝化作用逐渐受到抑制而使反硝化速率越来越低。同时，硝化作用因为具有足够的电子受体，细菌活力增强而使得系统的硝化效率升高，系统中以好氧菌和硝化细菌的活动为主，系统表现为较强的硝化作用和很弱的反硝化作用，同时普通聚磷菌(PAOs)以O2作为电子受体氧化PHB，并利用降解PHB所产生的能量，过量摄取环境中的无机磷酸盐并以多聚磷酸盐的形式储存在细胞内，并且细胞得到增殖，最终经剩余污泥排放达到去除磷的目的。
以上溶解氧环境频繁交替的过程中，曝气量直接影响着系统的溶解氧环境和DO浓度值，本发明在同时硝化反硝化区采用轮换曝气控制策略，控制DO浓度值介于0.2～1.5mg/L之间，要达到如下目的：
(1)在宏观上，一方面使得同时硝化反硝化得以同时发生，同时使得硝化、反硝化速率在一次交替过程中能够分别达到最大值，并且达到耦合反硝化除磷和延长其反应时间的作用，另一方面使硝化、反硝化和除磷三者效率的平衡得以控制，实现同时硝化反硝化除磷的去除效率最大化和过程稳定性；
(2)在微观上，PHB是同时硝化反硝化区反硝化和除磷的唯一碳源，长时间、高DO浓度值必然会引起PAOs的吸磷过程和PHB的好氧降解，从而制约DPB的反硝化除磷生理进程，因此在DO浓度值介于0.2～1.5mg/L和无外碳源可利用的受控条件下，使曝气量快速跃迁，并延长低溶解氧环境时间，达到增加DPB与PAOs、反硝化细菌的竞争优势，使DPB成为优势菌群，提高DPB反硝化除磷在除磷过程中所占主体地位的比例。
最后，经同时硝化反硝化区12生化作用之后微生物因PHB实质性被消耗殆尽而达到饥饿的状态，混合液进入释气区13，气泡因密度小而向上运动，由于混合液是从上往下流动的与气泡运动方向相反，此时气泡从混合液中分离出去，达到气相分离的目的。如图1-2，液-固两相混合液重新返回厌氧区15的过程中，经第一隔板2的倾斜导流作用抵达固液分离区14的污泥回流通道143，其中一部分固-液两相混合液由污泥回流通道143进入固液分离区14，完成泥水分离工作，具体原理如图10所示：固-液两相混合液在固液分离区内受到上升流速(v＝0.4～1.0m/h)所形成的曳力和微生物絮体重力的影响，当重力和曳力相等时，絮体保持静止状态，形成污泥悬浮区，当混合液中由下往上通过污泥悬浮区时，混合液中的悬浮固体颗粒有机会与污泥悬浮区接触，并被悬浮区所拦截，使悬浮区颗粒变大。当微生物絮体重力大于曳力时，沉速提高，并沉淀至区域沉淀区，然后经污泥回流缝返回厌氧区，达到泥水分离的目的，泥水分离后，澄清出水进入清水区经溢流堰141排出。因重力小于曳力的微生物絮体则进入自由沉淀区进行自由沉淀，部分沉淀的微生物絮体返回污泥悬浮区，未能沉淀的微生物絮体则随清水出流。
综上所示，本发明的同时硝化反硝化除磷生物脱氮除磷组合工艺是建立在传统生物脱氮除磷理论基础上进行构架组合，是将硝化、反硝化和吸磷三个相互矛盾又相互联系的反应放在同一个反应器内同时发生。还采用了立式串联空间组合方法对反应池进行合建，并剔除了混合液内回流和污泥外回流措施，节省了占地和降低了系统的复杂性。又采用厌氧-同时硝化反硝化反应环境交替来代替传统A2/O工艺的厌氧-缺氧-好氧的环境，以驯化、培养和富集更多以硝酸盐(NOx-N)作为最终电子受体的反硝化聚磷菌(DPB)来提高磷的去除效率，在一定程度上缓解聚磷菌与反硝化菌在缺氧条件下对碳源的竞争，缓和污水水质特征的不足。
同时本发明还可以采用耦合固定生物膜的可提升式曝气管模块，通过活性污泥法与生物膜相结合，培养短泥龄的悬浮态活性污泥菌群和长泥龄的生物膜附着菌群，以便将泥龄控制在较窄的范围内，兼顾除磷和脱氮的需求，解决硝化菌和聚磷菌在泥龄上的矛盾。与此同时，同时硝化反硝化区轮换曝气过程控制策略，能够根据进水水质特征以及环境条件的变化，自动调控好氧、缺氧、厌氧反应时间，达到调整反应容积的目的，缓解硝化与反硝化容积、释磷和吸磷容积的矛盾。基于此，本发明有效解决了传统A2/O工艺的污泥龄矛盾、碳源竞争、硝化与反硝化容积矛盾、释磷与吸磷容积矛盾的固有缺陷，优化和提高了其稳定性和灵活性，同时大大降低系统运行费用。
以下面实施例进一步说明本发明的污水处理效果：
采用本发专利装置及工艺方法处理青岛某工业园区综合废水，考察同时硝化反硝化耦合反硝化除磷工艺对有机物、总氮、TP的去除特性，以及NO2 --N积累对工艺性能的影响。项目处理水量为2000m3/d，实际进水水质COD＝270～350mg/L，NH3-N＝20～30mg/L，TN＝25～40mg/L，TP＝10～12mg/L，碱度为170～400mg/L。该项目污泥取自按A/O方式运行的SBR除磷系统，在水处理过程中，同时硝化反硝化区DO上限阈值设定为0.75～1.0mg/L，下限阈值为0.2～0.3mg/L，降氧曝气过程，交替运行周期时间为3～5min，气提区曝气管单位通气量为1.0～1.5m3/m·h，厌氧区与同时硝化反硝化区池深比值为0.25。经长时间运行，监测结果表明，在污泥龄为40～60d时，采用该装置以及同时硝化反硝化耦合反硝化除磷工艺处理该废水，出水COD为32～72mg/L，平均为51.5mg/L，对COD的去除率为79％～88％，平均为83.4％，且对COD的去除主要发生在厌氧区；出水总氮为1.1～3.6mg/L，平均为1.3mg/L，系统对TN的去除率为91％～95.6％，平均为92.4％，出水TP为0.6～4.3mg/L，变化范围较大，处理效果不稳定，与来水中VFA含量比例较低有关。
在同时硝化反硝化区发生了NO2 --N的积累，积累率为12％～19.6％，平均为16.3％，但NO2 --N的积累并未对厌氧吸磷产生抑制作用，这使得该装置以及同时硝化反硝化耦合反硝化除磷工艺可以进一步节省曝气量和碳源。
以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于同时硝化反硝化的立体叠层生化处理装置，其特征在于：包括反应池(1)和第一隔板(2)，所述第一隔板(2)有三个，将反应池(1)按水平方向依次分隔为气提区(11)、同时硝化反硝区(12)、释气区(13)和固液分离区(14)；
还包括第二隔板(3)，所述第二隔板(3)的端部与同时硝化反硝区(12)两侧的第一隔板(2)底部连接，所述第二隔板(3)至反应池(1)底部的区域为厌氧区(15)；所述厌氧区(15)与气提区(11)、释气区(13)和固液分离区(14)的底部贯通，所述气提区(11)、同时硝化反硝区(12)和释气区(13)顶部贯通，所述反应池(1)底部设有进水管(4)和排泥管(5)。
2.如权利要求1所述的一种基于同时硝化反硝化的立体叠层生化处理装置，其特征在于：所述同时硝化反硝区(12)内并列设有1#曝气模块(121)和2#曝气模块(122)，所述1#曝气模块(121)和2#曝气模块(122)均有多个，多个所述1#曝气模块(121)和多个所述2#曝气模块(122)各自分为两组，所述1#曝气模块(121)和2#曝气模块(122)同时曝气或交替曝气，提供好氧和缺氧轮换交替的溶解氧环境。
3.如权利要求1所述的一种基于同时硝化反硝化的立体叠层生化处理装置，其特征在于：所述气提区(11)内设有3#曝气模块(111)，所述3#曝气模块(111)有多组，且并排设置于气提区(11)内。
4.如权利要求1所述的一种基于同时硝化反硝化的立体叠层生化处理装置，其特征在于：所述释气区(13)和固液分离区(14)之间的第一隔板(2)顶部与反应池(1)顶部连接，底部向固液分离区(14)方向倾斜。
5.如权利要求2所述的一种基于同时硝化反硝化的立体叠层生化处理装置，其特征在于：所述反应池(1)底部设有凹陷的污泥斗(6)，所述污泥斗(6)设于第二隔板(3)下方，且靠近释气区(13)，所述污泥斗(6)底部设有第一导流板(7)，所述污泥斗(6)和第一导流板(7)的长度方向均与第一隔板(2)所在平面平行，所述第一导流板(7)顶部向气提区(11)倾斜；所述排泥管(5)设置于第一导流板(7)靠近固液分离区(14)的一侧，所述进水管(4)设置于第一导流板(7)远离固液分离区(14)的一侧；所述进水管(4)远离第一导流板(7)的一侧开设多个布水孔，所述排泥管(5)远离第一导流板(7)的一侧开设多个排泥孔。
6.如权利要求5所述的一种基于同时硝化反硝化的立体叠层生化处理装置，其特征在于：所述固液分离区(14)的上方设有溢流堰(141)，所述固液分离区(14)下部设有第二导流板(142)，所述第二导流板(142)的一端与反应池(1)侧壁连接，另一端与污泥斗(6)靠近固液分离区(14)的侧壁连接；所述第二导流板(142)与固液分离区(14)的第一隔板(2)之间的区域为污泥回流通道(143)。
7.一种利用权利要求6所述的装置进行生化处理的工艺方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1，污水经进水管(4)进入厌氧区(15)，在第一导流板(7)的引导下与固液分离区(14)的回流污泥和循环混合液充分混合，并按0.3-0.6m/s的速度以平推流的方式推进，到达气提区(11)；
S2，混合液经气提区(11)提升至同时硝化反硝区(12)，然后以旋转推流的形式推进，至释气区(13)进行气相分离，然后混合液从上往下流入厌氧区(15)，往复循环；
S3，经过同时硝化反硝区(12)的部分固液混合物经污泥回流通道(143)进入固液分离区(14)，进行泥水分离，澄清后的清水从固液分离区(14)上部的溢流堰(141)排出反应池(1)，沉淀的污泥再经污泥回流通道(143)滑落返回厌氧区(15)，部分污泥由污泥斗(6)内的排泥管(5)以剩余污泥形式排出。
8.如权利要求7所述的一种生化处理的工艺方法，其特征在于：所述厌氧区(15)的DO≤0.2mg/L、NOX-N≤1.5mg/L、絮体有机物负荷≤120gCOD/KgMLSS。
9.如权利要求7所述的一种生化处理的工艺方法，其特征在于：所述同时硝化反硝区(12)的溶解氧浓度为0.3～1.5mg/L，COD≤30mg/L，MLSS＝4000～8000mg/L，污泥龄为20～40d，污泥负荷为80～150gCOD/KgMLSS·d。
10.如权利要求7所述的一种生化处理的工艺方法，其特征在于：所述同时硝化反硝区(12)的曝气方法包括如下步骤：
S1，在反应池(1)连续进水条件下，当反应器(1)内溶解氧浓度值低于0.2mg/L～0.3mg/L，需要提高溶解氧浓度时，1#曝气模块(121)和2#曝气模块(122)同时运行，进入升氧曝气过程；
S2，当反应池(1)内溶解氧浓度升高至1.0～1.5mg/L，需要降低溶解氧浓度时，1#曝气模块(121)和2#曝气模块(122)交替运行，进入降氧曝气过程，交替运行周期时间为1～5min；当反应池(1)内溶解氧浓度降至0.2mg/L～0.3mg/L时，1#曝气模块(121)和2#曝气模块(122)同时运行，进入升氧曝气过程，往复循环。
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2022
- 2022-10-28 CN CN202211340503.4A patent/CN115477392B/zh active Active
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