申请日2000.04.06
公开(公告)日2001.10.10
IPC分类号C02F3/30
摘要
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。
摘要附图
权利要求书
1.污水生物处理工艺，其最小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;反应池在时间上由进水曝气Toi、不进水曝气Tot、进 水不曝气Tai、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;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;必要时，二沉池可以在不进水时段中进行一定时间的 曝气。
2.根据权利要求1所述的污水生物处理工艺，其特征在于：当利用 本工艺进行生物降解及脱氮时，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时段循环组成，其中 Toi≠0,Ta≠0，其它时段可为零。
3.根据权利要求1所述的污水生物处理工艺，其特征在于：当利用 本工艺进行生物降解及同时脱磷脱氮时，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时段循环组 成，其中Toi≠0,Ta≠0，其它时段可为零。
4.根据权利要求1所述的污水生物处理工艺，其特征在于：所述的 脱磷工艺由进水曝气、进水不曝气、不进水不曝气时段循环组成。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的污水生物处理工艺，其特征在 于：当污水浓度较高时，可以分两级进行处理;一般以有机物降解及 脱磷工艺为次要处理级，以有机物降解并同时脱磷脱氮或单独脱氮工 艺作为主要处理级;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。
6.根据权利要求1-5所述的污水生物处理工艺，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。
7.根据权利要求1-6所述的污水生物处理工艺，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。
说明书
污水生物处理工艺
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 理工艺，即能在降解污水中有机物的同时进行生物脱氮、或同时脱N脱 P脱磷的间歇供氧和连续流生物处理工艺。
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工艺。
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To和厌氧(缺氧)时段Ta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To，由进水时段Toi和不进水时段Tot组成。Toi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。Tot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Toi段时的硝化效率。Tot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Ta，也由进水时段Tai和不进水时段Tat组成。厌氧时段 中，反应池不供氧，进行反硝化反应，将To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。Tai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;Tat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Toi→Tot→Tai→Tat，该顺序也可根据情况 改变，其中Toi≠0,Ta≠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=To+Ta=Toi+Tot+Tai+Tat)，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To和厌氧时段Ta循环组成(见附图 2)。
(一)好氧时段To，由进水时段Toi和不进水时段Tot组成。Toi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。Tot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Ta，由进水时段Tai和不进水时段Tat组成。但它由两个Tai 和Tat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TaiN和TatN，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TaiP和TatP，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。TaiP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Tai和Tat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Toi→Tot→TaiN→TatN→TaiP→TatP，如 此循环往复，根据情况可以改变顺序，其中Toi≠0,Ta≠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=T0+Ta=Toi+Tot+TaiN+TatN+TaiP+ Ta tP)。
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To和厌氧时段Ta循环组成(见附图 3)。
(一)好氧时段To，由进水时段Toi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Ta，由进水时段Tai和不进水时段Tat组成，Tai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Tat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Toi →Tai→Tat，如此循环往复，其中顺序可以根据情况改变，Toi≠0,Ta≠ 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=T0+Ta=Toi+Tai+Tat)。
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Toi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出流，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。