申请日2010.10.26
公开(公告)日2011.04.06
IPC分类号C02F9/14
摘要
一种厌氧微孔曝气氧化沟反应器及污水处理方法，该反应器包括相互邻接且彼此之间水力连通的多个处理区域，所述多个处理区域包括水解区、厌氧区、缺氧区、好氧区和沉淀区。在该沉淀区和该水解区之间设置有上清液回流通道，使得该沉淀区中排出的含有硝酸盐的上清液回流至该水解区中，并通过利用反硝化菌的作用进行反硝化处理来进行脱氮的工程。本反应器集水解、厌氧、缺氧、好氧与沉淀系统于一体，大大节省了占地面积，降低了投资基建费用。所采用的内外回流系统提高了池容利用率，增强了脱氮除磷的效果，降低了处理费用。
翻译权利要求书
1.一种厌氧微孔曝气氧化沟反应器，该反应器包括相互邻接且彼此之间水力连通的多个处理区域，所述多个处理区域包括：
水解区(1)，将待处理的污水引入该水解区(1)，并通过停留其中的水解酸化菌和反硝化菌进行水解酸化处理和反效果脱氮作用，以去除COD、BOD、悬浮物SS和总氮指标，并将污水中的难降解有机物转化为易被生物降解的有机物;
厌氧区(2)，将经水解处理后的污水自该水解区(1)引入该厌氧区(2)，并通过停留其中的厌氧菌进行厌氧处理，从污水中释放出磷;
缺氧区(3)，将经厌氧处理后的污水自该厌氧区(2)引入该缺氧区(3)，并通过停留其中的兼性菌进行缺氧反硝化处理，从污水中脱氮;
好氧区(4)，将经缺氧处理后的污水自该缺氧区(3)引入该好氧区(4)，并通过供氧方式而对污水进行去除有机碳源、硝化处理和好氧吸磷;
沉淀区(5)，将处理好的泥水混合液自该好氧区(4)引入该沉淀区(5)，进行泥水分离，然后进行污泥排放和处理后清水的排放;其中
在该沉淀区(5)和该水解区(1)之间设置有上清液回流通道(R1)，使得该沉淀区(5)中排出的含有硝酸盐的上清液回流至该水解区(1)中，并利用反硝化菌进行反硝化处理来脱除氮源。
2.根据权利要求1所述的厌氧微孔曝气氧化沟反应器，其中，在该沉淀区(5)和该厌氧区(2)之间还设置有污泥回流通道(R2)，使得在该好氧区(4)中经碳化和硝化处理的部分污泥从该沉淀区(5)回流至该厌氧区(2)中，保持足够的微生物量继续参加厌氧处理。
3.根据权利要求1所述的厌氧微孔曝气氧化沟反应器，其中，在该好氧区(4)和该缺氧区(3)之间还设置有混合液回流通道(R3)，使得该好氧区(4)中的部分含有硝酸盐的泥水混合液回流至该缺氧区(3)中继续参加缺氧反硝化处理。
4.根据权利要求1或2或3所述的厌氧微孔曝气氧化沟反应器，其中，该好氧区(4)由四条并排的长条形沟道形成双U形环流沟渠，在每条长条形沟道的中部设置用于给微生物供氧的微孔曝气装置(20)。
5.根据权利要求4所述的厌氧微孔曝气氧化沟反应器，其中，在设置于每条长条形沟道中的微孔曝气装置(20)的下游紧邻设置有用以推动泥水混合液循环流动的水下推进器(19)。
6.根据权利要求4所述的厌氧微孔曝气氧化沟反应器，其中，在该好氧区(4)中包括：
混合液回流泵(14)，在该混合液回流通道(R3)中将该好氧区(4)中的部分泥水混合液回流至该缺氧区(3)中，该混合液回流泵(14)设置在靠近该缺氧区(3)处;
连通孔(10)，用于与该沉淀区(5)连通，该连通孔(10)设置在该好氧区(4)与该沉淀区(5)之间的隔墙上;以及
出水堰(12)，用于收集处理后的泥水混合液，该出水堰(12)设置在靠近该连通孔(10)处，将所收集的泥水混合液通过该连通孔(10)流入下一处理区域。
7.根据权利要求1或2或3所述的厌氧微孔曝气氧化沟反应器，其中，该水解区(1)呈矩形形状，在该水解区(1)中包括：
进水管(23)，用于将待处理污水引入该水解区(1)中，该进水管(23)与外部污水输送管道连通;
连通孔(7)，用于与该厌氧区(2)连通，该连通孔(7)设置在该水解区(1)与该厌氧区(2)之间的隔墙上;以及
出水堰(11)，用于收集上清液，该出水堰(11)设置在靠近该连通孔(7)处，将所收集的上清液通过该连通孔(7)流入下一处理区域。
8.根据权利要求1或2或3所述的厌氧微孔曝气氧化沟反应器，其中，该厌氧区(2)由两条并排的长条形沟道形成环流沟渠，在每条长条形沟道的中部设置有用以推动泥水混合液循环流动的水下推进器(17)。
9.根据权利要求8所述的厌氧微孔曝气氧化沟反应器，其中，在该厌氧区(2)中包括连通孔(8)，用于与该缺氧区(3)连通，该连通孔(8)设置在该厌氧区(2)与缺氧区(3)之间的隔墙上。
10.根据权利要求1或2或3所述的厌氧微孔曝气氧化沟反应器，其中，该缺氧区(3)由两条并排的长条形沟道形成环流沟渠，在每条长条形沟道的中部设置有用以推动泥水混合液循环流动的水下推进器(18)。
11.根据权利要求10所述的厌氧微孔曝气氧化沟反应器，其中，在该缺氧区(3)中包括连通孔(9)，用于与该好氧区(4)连通，该连通孔(9)设置在该缺氧区(3)中与该好氧区(4)之间的隔墙上。
12.根据权利要求1或2或3所述的厌氧微孔曝气氧化沟反应器，其中，该沉淀区(5)由矩形沟道形成，在该沉淀区(5)中包括：
配水渠(26)，用于将从该好氧区(4)流出的处理好的泥水混合液均匀分布地引入该沉淀区(5)，该配水渠(26)设置在该沉淀区(5)的上游端;
污泥斗(24)，用于将该沉淀区(5)中沉淀的污泥收集起来，该污泥斗(24)设置在该配水渠(26)附近;
出水堰(13)，用于收集泥水分离后的上清液并排出，该出水堰(13)设置在该沉淀区(5)的下游端。
13.根据权利要求1或2或3所述的厌氧微孔曝气氧化沟反应器，该反应器还包括：
污泥储存池(6)，用于将该沉淀区(5)中沉淀后的污泥引入该污泥储存池(6)并储存其中，该污泥储存池(6)设置在该沉淀区(5)和该水解区(1)之间。
14.根据权利要求13所述的厌氧微孔曝气氧化沟反应器，其中在该污泥储存池(6)中包括：
污泥回流泵(15)，在污泥回流通道(R2)中将活性污泥从该沉淀区(5)回流至该厌氧区(2)中;以及
污泥排放泵(16)，用于将含有磷元素的剩余污泥从该污泥储存池(6)排出。
15.根据权利要求1或2或3所述的厌氧微孔曝气氧化沟反应器，该反应器还包括出水井(21)，用于将该沉淀区(5)中的出水堰(13)排出的上清液引入其中，该出水井(21)设置在该沉淀区(5)和该好氧区(4)之间，在该出水井(21)中包括：
上清液回流泵(22)，在上清液回流通道(R1)中将该出水堰(13)排出的部分上清液回流至该水解区(1)中;以及
出水管(25)，用于将该出水堰(13)排出的上清液排出该反应器之外，该出水管(25)与外部处理后清水输送管道连通。
16.一种污水处理方法，其应用根据权利要求1至15中任意一项所述的厌氧微孔曝气氧化沟反应器进行污水处理，该方法包括以下步骤：
将待处理的污水引入水解区(1)，并通过停留其中的水解酸化菌和反硝化菌进行水解酸化处理和反效果脱氮作用，以去除COD、BOD、悬浮物SS和总氮指标，并将污水中的难降解有机物转化为易被生物降解的有机物;
将经水解处理后的污水自该水解区(1)引入该厌氧区(2)，并通过停留其中的厌氧菌进行污水的释放磷元素处理;
将经厌氧处理后的污水自该厌氧区(2)引入该缺氧区(3)，并通过停留其中的兼性菌进行污水的反硝化脱氮处理;
将经缺氧处理后的污水自该缺氧区(3)引入该好氧区(4)，并通过供氧方式而对污水进行有机碳源去除、硝化处理和吸磷处理;以及
将处理好的泥水混合液自该好氧区(4)引入该沉淀区(5)，进行泥水分离，然后进行污泥排放和处理后清水的排放;其中
当从该沉淀区(5)排出上清液时，将部分上清液从该沉淀区(5)至该水解区(1)进行上清液回流，使得部分含有硝酸盐的上清液回流至该水解区(1)中，并通过利用反硝化菌进行反硝化处理来脱除氮源。
17.根据权利要求16所述的污水处理方法，其还包括以下步骤：
当从该沉淀区(5)排出污泥时，将部分污泥从该沉淀区(5)至该厌氧区(2)进行污泥回流，使得部分含有活性微生物的污泥回流至该厌氧区(2)中继续参与厌氧处理。
18.根据权利要求16所述的污水处理方法，其还包括以下步骤：当在该好氧区(4)中对泥水混合液进行有机碳源去除和硝化处理时，将部分正在处理中的泥水混合液从该好氧区(4)至该缺氧区(3)进行混合液回流，使得部分含有硝酸盐的泥水混合液回流至该缺氧区(3)中继续参加缺氧反硝化处理。
说明书
厌氧微孔曝气氧化沟反应器及污水处理方法
技术领域
本发明涉及一种用于城市生活污水处理的设施及方法，特别涉及一种用于满足深度脱氮除磷要求的厌氧微孔曝气氧化沟反应器及应用该反应器进行污水处理的方法。
背景技术
为了保护水环境，降低污染，近年来我国加大了对城市污水处理厂的建设力度。目前适合于城市污水处理的工艺有活性污泥法工艺、SBR法及其变种工艺、氧化沟工艺等主流技术。然而，城市污水处理也是高能耗行业之一，高能耗造成了污水处理设施运营成本高，是导致污水处理厂不能正常运行的重要原因之一。因此，污水处理的节能降耗已成为保障城市污水处理厂的正常运行亟需解决的问题。
氧化沟自20世纪50年问世以来，由于其结构简单、运行操作简便和稳定的处理效果而在世界各地被广泛研究与应用，而且不断有新型氧化沟涌现。近年来，氧化沟工艺在我国城市污水处理方面的应用相当普遍。2006年采用氧化沟的污水厂已有154家，接近现有城市污水处理厂的三分之一。
目前常见的氧化沟类型包括卡鲁塞尔(Carrouse)氧化沟、双沟或三沟交替式氧化沟、奥贝尔(Orbal)氧化沟和帕斯维尔(Pasveer)氧化沟等。这些氧化沟大多以裸露于地面且呈环形或条形回路的沟渠构成其主体反应部分，并具备氧化和沉淀处理能力。
这些现有的氧化沟通常利用表面曝气装置供氧和推动水流前进，这些设备的特点是安装维修简单，使用方便。但是其存在的问题就是所配备设备的运行功率高，单方水处理的能耗高，这种供氧方式能耗一般在15～25w/m3。同时这些设备的曝气效果也只能波及水下1-2米的距离，它们通过转刷、转碟等设备将混合液上层部分搅拌混合供氧，进而带动下层部分混合供氧，所以通常这些氧化沟工艺的池深不大。
此外，氧化沟的运行特征是低负荷、长污泥龄，因此处理效果稳定、出水水质好，并且可达到较高的总氮去除率。然而，从生物脱氮除磷的原理来看，长污泥龄有利于硝化菌的生长，可以获得高脱氮效率;但生物除磷是通过剩余污泥的排放使磷从系统中去除，因此长污泥龄是导致生物除磷效率不高的重要原因。尽管目前一些氧化沟工艺中增加了厌氧反应器，但除磷效率的提高通常需要缩短污泥龄。随着污泥龄的缩短，氧化沟原有的优势被削弱。因此，在保持氧化沟特点的基础上提高脱氮除磷效果是一技术难点。
所以，这些现有的氧化沟本身具有某些缺点，一是氧化沟进行供氧时所消耗的能量与有机物体积负荷之比较高;二是占地面积较大，主要是受制于表面曝气装置的供氧效率低、需要较大的推动力和沟深较浅等原因;三是脱氮除磷效果不佳，难以满足城市污水行业深度脱氮除磷的要求。
由于氧化沟技术在我国大规模应用的时间较短，大多是引进和复制，缺乏系统的研究和总结，而如何降低氧化沟的能耗和提高脱氮除磷效率，是保证氧化沟系统稳定运行和继续发展的关键。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种能够满足城市污水处理行业日益提高的脱氮除磷要求的厌氧微孔曝气氧化沟反应器及污水处理方法，以解决目前氧化沟工艺普遍存在的脱氮除磷工艺投资高，运行费用高等问题，降低氧化沟工艺中污水处理的能耗，提高工艺脱氮除磷效率。
为实现上述目的，本发明的技术方案之一是：一种厌氧微孔曝气氧化沟反应器，该反应器包括相互邻接且彼此之间水力连通的多个处理区域，所述多个处理区域包括：
水解区，将待处理的污水引入该水解区，并通过停留其中的水解酸化菌和反硝化菌进行水解酸化处理和反效果脱氮作用，以去除COD、BOD、悬浮物SS和总氮指标，并将污水中的难降解有机物转化为易被生物降解的有机物;
厌氧区，将经水解处理后的污水自该水解区引入该厌氧区，并通过停留其中的厌氧菌进行厌氧处理，从污水中释放出磷;
缺氧区，将经厌氧处理后的污水自该厌氧区引入该缺氧区，并通过停留其中的兼性菌进行缺氧反硝化处理，从污水中脱氮;
好氧区，将经缺氧处理后的污水自该缺氧区引入该好氧区，并通过供氧方式而对污水进行去除有机碳源、硝化处理和好氧吸磷;以及
沉淀区，将处理好的泥水混合液自该好氧区引入该沉淀区，进行泥水分离，然后进行污泥排放和处理后清水的排放;其中
在该沉淀区和该水解区之间设置有上清液回流通道，使得该沉淀区中排出的含有硝酸盐的上清液回流至该水解区中，并利用反硝化菌进行反硝化处理来脱除氮源。
根据本发明的一个实施例，其中，在该沉淀区和该厌氧区之间还设置有污泥回流通道，使得在该好氧区中经有机碳源去除、硝化处理和吸磷处理的部分污泥从该沉淀区回流至该厌氧区中继续参加厌氧处理。
根据本发明的一个实施例，其中，在该好氧区和该缺氧区之间还设置有混合液回流通道，使得该好氧区中的部分含有硝酸盐的泥水混合液回流至该缺氧区中继续参加缺氧反硝化处理。
为实现上述目的，本发明的技术方案之一是：一种污水处理方法，其应用如上所述的任意一种厌氧微孔曝气氧化沟反应器进行污水处理，该方法包括以下步骤：
将待处理的污水引入水解区，并通过停留其中的水解酸化菌和反硝化菌进行水解酸化处理和反效果脱氮作用，以去除COD、BOD、悬浮物SS和总氮指标，并将污水中的难降解有机物转化为易被生物降解的有机物;
将经水解处理后的污水自该水解区引入该厌氧区，并通过停留其中的厌氧菌进行污水的释放磷元素处理;
将经厌氧处理后的污水自该厌氧区引入该缺氧区，并通过停留其中的兼性菌进行污水的反硝化脱氮处理;
将经缺氧处理后的污水自该缺氧区引入该好氧区，并通过供氧方式而对污水进行有机碳源去除、硝化处理和吸磷处理;以及
将处理好的泥水混合液自该好氧区引入该沉淀区，进行泥水分离，然后进行污泥排放和处理后清水的排放;其中
当从该沉淀区排出上清液时，将部分上清液从该沉淀区至该水解区进行上清液回流，使得部分含有硝酸盐的上清液回流至该水解区中，并通过利用反硝化菌进行反硝化处理来脱除氮源。
本发明的有益效果是，本生物反应器集水解、厌氧、缺氧、好氧与沉淀系统于一体，大大节省了占地面积，降低了投资基建费用。所采用的内回流系统，提高了池容利用率，增强了脱氮除磷的效果，降低了处理费用。运行的稳定性和可靠性增加，出水水质可达到国家一级排放标准。构筑物一体化、单元化，可扩展性较强。
具体而言，本发明具有以下优点：
1)本发明的厌氧微孔曝气氧化沟反应器采用厌氧-好氧组合原理，充分发挥不需要能耗的厌氧预处理的优势，并以此降低氧化沟的有机负荷，从而达到降低整个处理系统能耗的目标。
本发明的厌氧微孔曝气氧化沟反应器在沉淀区和水解区之间增设了上清液回流通道，将沉淀区中排出的含有硝酸盐的上清液回流至该水解区中，并通过利用反硝化菌进行反硝化处理来实现更充分的脱除氮源。充分利用水解区的厌氧水解作用，使其不仅具有对碳源有机物降解的作用，同时具有现有的单独水解池工艺所不具备的脱除氮源的效果。
2)本发明的厌氧微孔曝气氧化沟反应器在好氧区(即氧化沟)中整合了传统活性污泥法中的微孔曝气装置，大大提高了好氧区内溶解氧的利用效率。同时利用设置在该微孔曝气装置下游的水下推进器代替传统氧化沟的转刷和转碟装置，在不降低水平流速的前提下，大大降低了推动的动力能耗，并有助于提高微孔曝气装置的供氧效率。
3)由于曝气装置的曝气不均匀性几乎是不可避免的，所以，即使采用了符合规范要求的供风量，在池体局部仍会形成死角，而本发明的借助于水下推进器的循环推流形式则可以形成良好的水力流态，有效避免类似情况的发生。因此，增加横向流速后，有利于提高池容的利用率。