本發(fā)明涉及一種市政污水處理新工藝，針對(duì)中小型市政污水處理、村鎮(zhèn)污水處理廠、及企、事業(yè)單位生活污水處理。

二、

背景技術(shù)：

我國(guó)水資源短缺，人均水資源占有量?jī)H有世界平均水平的1/4，而水污染日趨嚴(yán)重的局面更加重了水資源的危機(jī)。2003年我國(guó)主要水系、湖泊和海域污染嚴(yán)重，七大水系407個(gè)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)斷面中，38.1％的斷面滿足Ⅰ～Ⅲ類水質(zhì)要求，32.2％的斷面屬Ⅳ、Ⅴ類水質(zhì)，29.7％的斷面屬劣Ⅴ類水質(zhì)。其中七大水系干流的118個(gè)國(guó)控?cái)嗝嬷校瘛箢愃|(zhì)斷面占53.4％，Ⅳ、Ⅴ類水質(zhì)斷面占37.3％，劣Ⅴ類水質(zhì)斷面占9.3％。七大水系主要呈現(xiàn)為有機(jī)污染，石油類、生化需氧量、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、揮發(fā)酚等超標(biāo)嚴(yán)重。

水體中氮磷主要來源于生活污水和農(nóng)業(yè)面源污染。我國(guó)2003年7月實(shí)施的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918－2002)對(duì)城市二級(jí)污水處理廠出水中N、P含量做了嚴(yán)格限定，在《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978－1996)基礎(chǔ)上首次提出了TN控制要求。按照標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)我國(guó)新建的城市污水處理廠都需要采取除磷脫氮措施，出于保護(hù)水源的需要，一些城市污水處理廠也要采取除磷脫氮工藝或改造為脫氮除磷工藝；常用脫氮除磷工藝有AAO、SBR、氧化溝等多種形式，無論哪一種脫氮除磷工藝都存在污泥回流和混和液回流，兩部分能耗較大，一般占污水處理部分總能耗的27％－39％，其中污泥回流部分為14％左右；而且增加了設(shè)備投資和日常的維護(hù)管理費(fèi)用。對(duì)于中小型污水除磷脫氮工藝，采取上面的回流措施就會(huì)造成污水處理設(shè)施占地面積加大、初期投資增加和維護(hù)管理的復(fù)雜化。而且中小型污水水質(zhì)水量變化大，處理設(shè)施往往要求布局緊湊、自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)等特點(diǎn)，在利用傳統(tǒng)的除磷脫氮工藝方面還有一個(gè)穩(wěn)定性和適應(yīng)性問題。

因此中小型生活污水的處理應(yīng)開發(fā)簡(jiǎn)易高效的污水處理成套技術(shù)，應(yīng)實(shí)現(xiàn)污水處理裝置成套化和控制技術(shù)的自動(dòng)化，減少人力消耗和維護(hù)費(fèi)用，解決目前城市污水處理廠存在高能耗，高占地的問題。

參考文獻(xiàn)如下。

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[5]張自杰,林榮忱,金儒霖.排水工程[M](第四版).北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2000

三、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是，提出一種新型市政污水處理新工藝，結(jié)合AAO、SBR、氧化溝等工藝的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)在沿時(shí)間序列和沿空間序列呈現(xiàn)不同的模式，既有AAO的空間分割，又有SBR的時(shí)間分割，形成獨(dú)特的水力循環(huán)。通過此設(shè)計(jì)，達(dá)到同步脫氮除磷的目的。

本發(fā)明技術(shù)方案是，一種同步硝化反硝化市政污水處理方法，針對(duì)生活污水處理，采用特殊的池型結(jié)構(gòu)和獨(dú)特的水力循環(huán)，在去除有機(jī)污染物的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)氮、磷的同步脫除。同步脫氮除磷工藝選擇與設(shè)計(jì)時(shí)，控制進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的硝態(tài)氮是關(guān)鍵，在硝態(tài)氮濃度低于100mg/l時(shí)，可達(dá)到良好的同時(shí)去除氮、磷的要求。

主體是一個(gè)被間隔成五個(gè)單元的矩形反應(yīng)池，一條直線排列或兩條直線排列，兩條直線排列時(shí)，第一排為三個(gè)矩形反應(yīng)池中左右兩個(gè)反應(yīng)池設(shè)有進(jìn)水口、第二排兩個(gè)反應(yīng)池設(shè)有進(jìn)出水口，兩排亦構(gòu)成一個(gè)矩形；第二排兩個(gè)反應(yīng)池同時(shí)兼沉淀和反應(yīng)池，根據(jù)出水需要和除磷脫氮要求而采用不同的組合方式(詳見附圖1)；兩排五個(gè)單元的矩形反應(yīng)池均設(shè)有曝氣裝置，兩排五個(gè)單元的矩形反應(yīng)池相鄰池壁設(shè)有水流通道、能夠形成水流的按池序或者逆池序即順時(shí)針或逆時(shí)針的水流循環(huán)，第二排兩個(gè)反應(yīng)池(編號(hào)為1#、5#)即第一第五兩個(gè)池作為邊池，交替做為沉淀池，同時(shí)也分別作為反應(yīng)池；第一排為三個(gè)矩形反應(yīng)池即第二至第四反應(yīng)池(編號(hào)為2#、3#、4#)一直做為反應(yīng)池。

具體流程如下：上半周期四步,1)第一邊池作為進(jìn)水和厭氧池進(jìn)水，第二、三、四池分別作為缺氧、好氧、好氧反應(yīng)池，第五池作為沉淀池出水；2)第一池作為好氧、第二、三、四池分別作為缺氧、好氧、好氧反應(yīng)池，第五池作為沉淀池；3)第一池作為好氧、第二、三、四池分別作為好氧、缺氧、好氧反應(yīng)池，第五池作為沉淀池；4)第一池作為沉淀、第二、三、四池分別作為好氧、缺氧、好氧反應(yīng)池，第五池作為沉淀池；其中2)-4)中第五池作為沉淀池均出水；下半周期四步與與上半周期的四步逆時(shí)針的反應(yīng)過程?？傊娜鞒烫幚砭?jīng)過進(jìn)水厭氧－缺氧－好氧-沉淀出水四個(gè)處理階段。

反應(yīng)器采用多矩形反應(yīng)池串聯(lián)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建脫氮除磷所需的厭氧－缺氧－好氧環(huán)境(詳見附圖2)。系統(tǒng)的運(yùn)行采用可調(diào)節(jié)方式，通過調(diào)節(jié)厭氧/缺氧以及好氧組合、各階段運(yùn)行時(shí)間以適應(yīng)不同水質(zhì)、水量的變化。通過PLC可編程序控制器信號(hào)控制使系統(tǒng)完全自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過觸摸顯示屏可改變各階段運(yùn)行時(shí)間，隨時(shí)了解各個(gè)池子運(yùn)行狀態(tài)；通過控制柜的按鈕指示燈可以了解設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況；通過新的程序信號(hào)的輸入可以改變運(yùn)行方式，操作簡(jiǎn)單直觀，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活。

本發(fā)明同步硝化反硝化市政污水處理工藝在總停留時(shí)間14-18h之間，同步硝化反硝化污水處理新工藝對(duì)市政污水的去除效果穩(wěn)定，出水可滿足國(guó)家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918－2002)一級(jí)A要求。

本工藝污水處理效率在保證等同并優(yōu)于A2/O工藝的同時(shí)，可節(jié)能10％以上，節(jié)省占地15％以上；TN、TP去除率可提高20％。

生物脫氮機(jī)理：生物法脫氮是由有機(jī)氮氨化、硝化、反硝化及微生物的同化作用來完成。

氨化指當(dāng)氨基酸和其他含氮有機(jī)物被生物降解釋放氨的過程。只有當(dāng)有機(jī)氮被轉(zhuǎn)化為氨并釋放到介質(zhì)中，硝化菌才能將氨氮轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。

硝化由自養(yǎng)型好氧微生物完成。氨氮首先在亞硝酸菌作用下轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽，然后，在硝酸菌作用下亞硝酸鹽進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，反應(yīng)用下式表示，過程中需大量氧。

反硝化由異養(yǎng)兼性微生物完成，可以由下式表示：

在沒有分子氧時(shí)，反硝化菌以硝態(tài)氮為電子受體，有機(jī)物作為碳源和電子供體，通過反硝化菌的同化作用(合成代謝)與異化作用(分解代謝)完成。

同化作用是和被還原為氨用以新細(xì)胞的合成，氮成為細(xì)胞質(zhì)的成分。異化作用是和被還原為N₂或N₂O、NO等氣態(tài)物，主要為N₂，異化作用去除的氮約占去除總量的70％～75％。

生物除磷機(jī)理，

生物除磷是一個(gè)由聚磷菌(phosphorus accumulating organism,PAOs)生長(zhǎng)進(jìn)行的復(fù)雜過程，除磷機(jī)理如圖4所示。PAOs具有在厭氧條件下消耗細(xì)胞內(nèi)的聚磷酸鹽儲(chǔ)存碳源而在好氧/缺氧條件下消耗碳源儲(chǔ)存磷酸鹽的獨(dú)特能力。

Comeau和Wentzel等人分別提出解釋PAOs功能的模式，稱為Comeau－Wentzel模式^[i]。廢水經(jīng)過下水道的發(fā)酵作用，大多有機(jī)物以乙酸和短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFA)的形式存在，當(dāng)廢水進(jìn)入生物反應(yīng)器厭氧區(qū)時(shí)，兼性異養(yǎng)微生物進(jìn)行發(fā)酵產(chǎn)生額外的脂肪酸。PAOs分解胞內(nèi)儲(chǔ)存的聚磷酸鹽提供ATP合成所需的能量，將乙酸儲(chǔ)存為PHB。多聚磷酸鹽水解形成ATP時(shí)會(huì)增加胞內(nèi)無機(jī)磷酸鹽(P_i)的濃度，P_i與陽離子一起被釋放到主體溶液中。

當(dāng)廢水進(jìn)入好氧區(qū)時(shí)，廢水中的溶解性有機(jī)物減少，但PAOs含有大量PHB儲(chǔ)存物。廢水中無機(jī)磷酸鹽豐富，而PAOs的聚磷酸鹽含量低。PAOs為了生長(zhǎng)，以儲(chǔ)存的PHB作為碳源和能源，進(jìn)行好氧代謝，吸收在厭氧區(qū)釋放的全部磷酸鹽和廢水中含有的初始磷酸鹽。

PAOs通過厭氧與好氧環(huán)境的交替循環(huán)去除廢水中的磷。多數(shù)除磷系統(tǒng)都采用好氧區(qū)生成多聚磷酸儲(chǔ)存物，也有一部分PAOs在缺氧條件下利用硝酸鹽與亞硝酸鹽作為電子受體，形成反硝化除磷系統(tǒng)。

近二十年來，污水處理領(lǐng)域脫氮除磷工藝不斷得到研究，由于活性污泥法工藝成熟、運(yùn)行靈活、出水水質(zhì)好，目前國(guó)內(nèi)外絕大部分污水廠采用活性污泥工藝。隨著生物處理機(jī)理研究的深入，同步脫氮除磷技術(shù)得到很大發(fā)展。脫氮除磷工藝將厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)和混合液回流(mixing liquid return,MLR)結(jié)合起來，同步脫氮除磷工藝選擇與設(shè)計(jì)時(shí)，控制進(jìn)入?yún)捬鯀^(qū)的硝態(tài)氮是關(guān)鍵，以達(dá)到良好的氮、磷去除效果。

有益效果：本發(fā)明工藝在總停留時(shí)間14-18h之間時(shí)，同步硝化反硝化污水處理新工藝對(duì)市政污水的去除效果穩(wěn)定，出水可滿足國(guó)家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918－2002)一級(jí)A要求。本發(fā)明工藝污水處理效率在保證等同并優(yōu)于A2/O工藝的同時(shí)，可節(jié)能10％以上，節(jié)省占地15％以上；TN、TP去除率可提高20％。本發(fā)明多矩形反應(yīng)池的池型為獨(dú)創(chuàng)的特殊結(jié)構(gòu)，集約性提高。其水力循環(huán)為獨(dú)創(chuàng)的、無動(dòng)力的循環(huán)，節(jié)省污泥循環(huán)泵和硝化液回流泵的設(shè)置。其池型為省去了二次沉淀池的設(shè)置，節(jié)約了系統(tǒng)占地。其池型設(shè)計(jì)各多矩形反應(yīng)池中，均設(shè)置攪拌機(jī)及曝氣器。出水采用恒水位潷水器，無動(dòng)力消耗。通過水流循環(huán)實(shí)現(xiàn)污泥和混合液的回流，不設(shè)置污泥循環(huán)泵及混合液回流泵。其適用于500——10000m³/d規(guī)模的生活污水處理。

四、附圖說明

圖1是本發(fā)明的流程示意圖。

圖2是本發(fā)明的布置示意圖。

圖3：工藝運(yùn)行周期圖。

圖4為生物除磷機(jī)理，左、右圖分別指厭氧和好氧狀態(tài)。

五、具體實(shí)施方式

同步硝化反硝化污水處理新工藝的主體是一個(gè)被間隔成五個(gè)單元的矩形反應(yīng)池，根據(jù)出水需要和除磷脫氮要求而采用不同的組合方式(詳見附圖1)。反應(yīng)器采用多池串聯(lián)結(jié)構(gòu)，構(gòu)建脫氮除磷所需的缺氧－厭氧－好氧環(huán)境(詳見附圖2)。系統(tǒng)的運(yùn)行采用可調(diào)節(jié)方式，通過調(diào)節(jié)厭氧/缺氧以及好氧組合、各階段運(yùn)行時(shí)間以適應(yīng)不同水質(zhì)、水量的變化。通過PLC可編程序控制器信號(hào)控制使系統(tǒng)完全自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，通過觸摸顯示屏可改變各階段運(yùn)行時(shí)間，隨時(shí)了解各個(gè)池子運(yùn)行狀態(tài)；通過控制柜的按鈕指示燈可以了解設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況；通過新的程序信號(hào)的輸入可以改變運(yùn)行方式，操作簡(jiǎn)單直觀，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活。

同步硝化反硝化市政污水處理新工藝的主體反應(yīng)器為分隔成五個(gè)單元的矩形池體，相鄰池間共用池壁，水力相通。如圖2中所示，編號(hào)為1#、5#的是兩個(gè)邊池，交替做為沉淀池；編號(hào)為2#、3#、4#的一直做為反應(yīng)池。

階段一、二、三、四構(gòu)成上半周期，階段一為主體階段，階段二、三為過渡階段，階段四為沉淀階段。階段五、六、七、八構(gòu)成下半周期，與上半周期反向?qū)ΨQ，通過階段轉(zhuǎn)換完成同一反應(yīng)池的好氧/缺氧狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，自動(dòng)完成混合液回流，同時(shí)通過半周期性進(jìn)水方向的改變自動(dòng)完成污泥回流。市政污水的厭氧、缺氧、好氧、沉淀的時(shí)間比例為1.5:1.5:12:3。通過水流循環(huán)實(shí)現(xiàn)污泥和混合液的回流，不設(shè)置污泥循環(huán)泵及混合液回流泵。

階段一是A/A/O/O過程。從1#池進(jìn)水，該池在上個(gè)半周期一直處于沉淀出水狀態(tài)，積累了大量經(jīng)過再生，具有較高吸附活性的污泥。溶解氧低，隨著原水的進(jìn)入，池內(nèi)污染物濃度升高，活性污泥的吸附與降解能力增強(qiáng)。上階段作為出水池殘存的NO₃^--N利用進(jìn)水中豐富的碳源經(jīng)過反硝化作用迅速降低，達(dá)到厭氧狀態(tài)。1#池內(nèi)同時(shí)酸化水解進(jìn)水中的高分子有機(jī)物為低分子有機(jī)物，構(gòu)建良好的厭氧釋磷環(huán)境。污水隨之進(jìn)入2#池，該池經(jīng)過相鄰上階段的好氧狀態(tài)，硝酸鹽豐富，從1#池推流而來的污水中有易生物降解有機(jī)物，進(jìn)行反硝化脫氮。然后進(jìn)入3#、4#好氧池，進(jìn)行有機(jī)物好氧降解、NH₄⁺-N的硝化以及好氧吸磷過程。5#池作為出水池，排出上清液。

階段二從2#池進(jìn)水，2#池經(jīng)過上一階段的缺氧反硝化過程，硝氮含量低，容易構(gòu)建厭氧環(huán)境，再經(jīng)過3#、4#池兩級(jí)好氧，完成硝化、有機(jī)物降解與吸磷過程，從5#池排出。1#池在上半周期的階段二、三中，控制為好氧狀態(tài)，經(jīng)過階段一的厭氧釋磷，聚磷菌(PAOs)利用儲(chǔ)存的PHB作為碳源和能源生長(zhǎng)代謝，完成吸磷過程。

階段三從2#池進(jìn)水，2#池由厭氧轉(zhuǎn)入好氧狀態(tài)，降解有機(jī)物、硝化并吸磷。3#池經(jīng)上兩階段的好氧狀態(tài)，硝氮含量大，本階段轉(zhuǎn)入缺氧狀態(tài)完成反硝化過程。4#池好氧，吹脫氮?dú)?，進(jìn)一步降解有機(jī)物并吸磷。

階段四為沉淀階段，1#池停止曝氣，轉(zhuǎn)入靜止沉淀狀態(tài)，為下半周期作為出水池作準(zhǔn)備，其余各反應(yīng)池的狀態(tài)與階段三時(shí)相同。

具體流程如下：上半周期四步,1)第一邊池作為進(jìn)水和厭氧池進(jìn)水，第二、三、四池分別作為缺氧、好氧、好氧反應(yīng)池，第五池作為沉淀池出水；2)第一池作為好氧、第二、三、四池分別作為缺氧、好氧、好氧反應(yīng)池，第五池作為沉淀池；3)第一池作為好氧、第二、三、四池分別作為好氧、缺氧、好氧反應(yīng)池，第五池作為沉淀池；4)第一池作為沉淀、第二、三、四池分別作為好氧、缺氧、好氧反應(yīng)池，第五池作為沉淀池；其中2)-4)中第五池作為沉淀池均出水；下半周期四步與上半周期的四步逆時(shí)針的反應(yīng)過程：5)第五邊池作為進(jìn)水和厭氧池進(jìn)水，第四、三、二池分別作為缺氧、好氧、好氧反應(yīng)池，第一池作為沉淀池出水；6)第五池作為好氧、第四、三、二池分別作為缺氧、好氧、好氧反應(yīng)池，第一池作為沉淀池；7)第五池作為好氧、第四、三、二池分別作為好氧、缺氧、好氧反應(yīng)池，第一池作為沉淀池；8)第五池作為沉淀、第四、三、二池分別作為好氧、缺氧、好氧反應(yīng)池，第一池作為沉淀池；其中6)-8)中第一池作為沉淀池均出水。

下半周期反向進(jìn)水，工藝與上半周期反向?qū)ΨQ，五箱一體化活性污泥工藝采用多池串聯(lián)結(jié)構(gòu)，并通過階段轉(zhuǎn)換在空間與時(shí)間上構(gòu)建脫氮除磷所需的缺氧、厭氧、好氧環(huán)境。目前整個(gè)裝置系統(tǒng)由PLC可編程序控制器控制。