公布日：2023.03.24
申请日：2022.11.23
分类号：C02F3/30(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I;C02F3/00(2023.01)I
摘要
本发明提供一种纯生物膜/A3AO泥膜结合双模式的污水处理系统及其运行方法，属于污水处理技术领域。本发明的一种纯生物膜/A3AO泥膜结合双模式的污水处理系统，包括依次连接的选择区A、选择区B、缺氧区A、缺氧区B、好氧区、沉淀区、软性过滤区、清水区；选择区A可通过调整运行模式，作为缺氧区C或预脱硝区；选择区B可通过调整运行模式，作为缺氧区D或厌氧区。通过设置选择区A、选择区B，并与厌氧区A、厌氧区B、好氧区、回流管路等的配合，实现了纯生物膜模式和A3AO泥膜结合双模式处理污水的切换式，可以针对不同浓度的污水进行有效处理。
权利要求书
1.一种纯生物膜/A3AO泥膜结合双模式的污水处理系统，其特征在于，所述污水处理系统包括依次连接的选择区A、选择区B、缺氧区A、缺氧区B、好氧区、沉淀区、软性过滤区、清水区，所述选择区A与总进水管路连通，所述清水区与总出水管路连通；所述选择区A、选择区B、缺氧区A、缺氧区B中均设置有缺氧填料；所述好氧区中设置有好氧填料；所述缺氧填料为片状填料和/或绳状填料，所述好氧填料为片状填料、绳状填料、流化填料中的至少一种；所述片状填料的长度为1.5-2.5m，宽度为0.5-1.5m；所述绳状填料的直径为0.01-0.05m，长度为1.5-2.5m；所述流化填料呈正方体，边长为1-4cm；所述选择区A、选择区B、缺氧区A、缺氧区B、好氧区中均设置有曝气装置；所述缺氧区B的出水端设置有连通至选择区A底端的污水回流管路；所述缺氧区B设置有碳源投加口；所述沉淀区的出水端设置有连通至选择区A的污泥回流管路；所述好氧区的出水端设置有连通至选择区A和缺氧区A的硝化液回流管路；所述软性过滤区内设有填料层；选择区A和选择区B为可调节运行模式的分区，选择区A作为缺氧区C或预脱硝区，选择区B作为缺氧区D或厌氧区；当选择区A和选择区B中曝气装置关闭，污泥回流管路关闭，控制管路阀门使硝化液回流至选择区A时，选择区A作为缺氧区C，选择区B作为缺氧区D；同时，缺氧区A、缺氧区B中曝气装置也关闭；在此情况下，缺氧区C、缺氧区D与后续连接的缺氧区A、缺氧区B、好氧区、沉淀区、软性过滤区、清水区形成纯生物膜模式污水处理系统，缺氧区C、缺氧区D、缺氧区A、缺氧区B充当四级缺氧反应区的作用；当选择区A和选择区B中曝气装置打开，设置为间歇曝气；污泥回流管路打开；控制管路阀门使硝化液回流至缺氧区A时，选择区A作为预脱硝区，选择区B作为厌氧区；同时，缺氧区A、缺氧区B中曝气装置也设置为间歇曝气；在此情况下，预脱硝区、厌氧区与后续连接的缺氧区A、缺氧区B、好氧区、沉淀区、软性过滤区、清水区形成A3AO泥膜结合污水处理系统。
2.根据权利要求1所述纯生物膜/A3AO泥膜结合双模式的污水处理系统，其特征在于，所述选择区A、选择区B、缺氧区A、缺氧区B中的曝气装置为穿孔曝气管；所述好氧区中的曝气装置为旋流曝气盘，旋流曝气盘的曝气口向下。
3.根据权利要求1所述纯生物膜/A3AO泥膜结合双模式的污水处理系统，其特征在于，所述沉淀区为平流式沉淀池；所述污泥回流管路中设置有连通的气提排泥装置和气提排渣装置。
4.根据权利要求1所述纯生物膜/A3AO泥膜结合双模式的污水处理系统，其特征在于，所述填料层将所述软性过滤区的空腔分隔形成位于上部的进水腔和位于下部的出水腔，所述进水腔与所述沉淀区的出水口连通，所述出水腔与所述清水区的底部连通，所述出水腔内设有反洗曝气管，所述进水腔设有反洗出水口。
5.根据权利要求1所述纯生物膜/A3AO泥膜结合双模式的污水处理系统，其特征在于，所述好氧区设置有除磷剂投加口。
6.权利要求1-5任一项所述的纯生物膜/A3AO泥膜结合双模式的污水处理系统的运行方法，其特征在于，包括以下步骤：检测待处理污水的总氮值；当待处理污水的总氮值≤30mg/L时，以纯生物膜模式运行污水处理系统，关闭选择区A、选择区B、缺氧区A和缺氧区B中的曝气装置，关闭污泥回流管路阀门，控制管路阀门使硝化液回流至选择区A；待处理污水由总进水管路进入污水处理系统，依次经选择区A、选择区B、缺氧区A、缺氧区B、好氧区、沉淀区、软性过滤区、清水区，由总出水管路排出；当待处理污水的总氮值＞30mg/L时，以A3AO泥膜结合模式运行污水处理系统，开启选择区A、选择区B、缺氧区A和缺氧区B中的曝气装置，设置为间歇曝气，开启污泥回流管路阀门，控制管路阀门使硝化液回流至缺氧区A；待处理污水由总进水管路进入污水处理系统，依次经选择区A、选择区B、缺氧区A、缺氧区B、好氧区、沉淀区、软性过滤区、清水区，由总出水管路排出。
7.根据权利要求6所述运行方法，其特征在于，以纯生物膜模式运行污水处理系统时，所述硝化液回流的回流比为4Q；以A3AO泥膜结合运行污水处理系统时，所述硝化液回流的回流比为2Q。
8.根据权利要求6所述运行方法，其特征在于，以A3AO泥膜结合运行污水处理系统时，所述间歇曝气的条件为间隔5-10分钟，开启30-120秒。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中不能应对水质变化、污水处理效果差的缺陷，提供一种纯生物膜/A3AO泥膜结合双模式的污水处理系统。
本发明的另一目的在于，提供一种基于上述纯生物膜/A3AO泥膜结合双模式的污水处理系统的运行方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种纯生物膜/A3AO泥膜结合双模式的污水处理系统，所述污水处理系统包括依次连接的选择区A、选择区B、缺氧区A、缺氧区B、好氧区、沉淀区、软性过滤区、清水区，所述选择区A与总进水管路连通，所述清水区与总出水管路连通；
所述选择区A可通过调整运行模式，作为缺氧区C或预脱硝区；所述选择区B可通过调整运行模式，作为缺氧区D或厌氧区；
所述选择区A、选择区B、缺氧区A、缺氧区B中均设置有缺氧填料；所述好氧区中设置有好氧填料；
所述选择区A、选择区B、缺氧区A、缺氧区B、好氧区中均设置有曝气装置；
所述沉淀区的出水端设置有连通至选择区A的污泥回流管路；
所述好氧区的出水端设置有连通至选择区A和缺氧区A的硝化液回流管路。
所述选择区A、选择区B、缺氧区A、缺氧区B、好氧区的曝气装置均可独立控制开关状态，以调整运行模式。所述污泥回流管路、硝化液回流管路均独立地设置有管路闸门，可通过控制管路闸门的开关以控制回流情况，以调整运行模式。
本发明中，选择区A和选择区B为可调节运行模式的分区，选择区A可以作为缺氧区C或预脱硝区，选择区B可以作为缺氧区D或厌氧区。
当选择区A和选择区B中曝气装置关闭，污泥回流管路关闭，控制管路阀门使硝化液回流至选择区A时，选择区A作为缺氧区C，选择区B作为缺氧区D。同时，缺氧区A、缺氧区B中曝气装置也关闭。在此情况下，缺氧区C、缺氧区D与后续连接的缺氧区A、缺氧区B、好氧区、沉淀区、软性过滤区、清水区形成纯生物膜模式污水处理系统，缺氧区C、缺氧区D、缺氧区A、缺氧区B充当四级缺氧反应区的作用，可以分别记为缺氧一区、缺氧二区、缺氧三区、缺氧四区。
当选择区A和选择区B中曝气装置打开，设置为间歇曝气；污泥回流管路打开；控制管路阀门使硝化液回流至缺氧区A时，选择区A作为预脱硝区，选择区B作为厌氧区。同时，缺氧区A、缺氧区B中曝气装置也设置为间歇曝气。在此情况下，预脱硝区、厌氧区与后续连接的缺氧区A、缺氧区B、好氧区、沉淀区、软性过滤区、清水区形成A3AO泥膜结合污水处理系统，预脱硝-厌氧-缺氧1-缺氧2-好氧工艺(Pre-denitrification-Anaerobic-Anoxic1-Anoxic2-Aerobic)简称为A3AO泥膜结合工艺，缺氧区A、缺氧区B充当二级缺氧反应区的作用，可以分别记为缺氧一区、缺氧二区。
通过控制曝气装置的开关、污泥回流管路和硝化液回流管路的开关，本发明的污水处理系统可以实现纯生物膜模式和A3AO泥膜结合双模式处理污水的切换。
本发明中，所述选择区A、选择区B分别由至少一个依次连通的反应池构成，所述缺氧区A、缺氧区B分别由至少一个依次连通的缺氧池构成，所述好氧区由至少一个依次连通的好氧池构成；所述沉淀区由至少一个依次连通的沉淀池构成，所述软性过滤区由至少一个依次连通的过滤池构成，所述清水区由至少一个依次连通的清水池构成。
优选地，所述缺氧填料为片状填料和/或绳状填料。
优选地，所述好氧填料为片状填料、绳状填料、流化填料中的至少一种。
优选地，所述片状填料的长度为1.5-2.5m，宽度为0.5-1.5m；所述绳状填料的直径为0.01-0.05m，长度为1.5-2.5m；所述流化填料呈正方体，边长为1-4cm。
片状或绳状填料或流化填料的设置为微生物生长提供优良载体，加快微生物生长，提高硝化速率，且减小池容。
优选地，所述选择区A、选择区B、缺氧区A、缺氧区B中厌氧填料的体积与池体体积比分别均为0.1-0.4。
优选地，所述缺氧区B的出水端设置有连通至选择区A底端的污水回流管路。以纯生物膜模式污水处理系统时，通过污水回流，将缺氧四区(缺氧区B)末端混合液水再次抽到缺氧一区(选择区A)最前端，并且前端出水口淹没在水下，避免充氧，可以防止死角产生，增设污水回流管路后可以增加总氮的去除率5-10％，过水方式采用上下折流。
优选地，所述好氧区设置有除磷剂投加口，所述缺氧区B设置有碳源投加口。
优选地，所述好氧区末端设置有条形拦网，能有效拦截好氧填料，防止填料进入沉淀池。
优选地，所述选择区A、选择区B、缺氧区A、缺氧区B中的曝气装置为穿孔曝气管。
优选地，所述好氧区中的曝气装置为旋流曝气盘，旋流曝气盘的曝气口向下。
好氧区内曝气装置采用旋流曝气盘，曝气口向下，多层旋流切割，氧利用率高，且池底不易沉积污泥。更优选地，好氧区内的旋流曝气盘为多个，旋流曝气盘的间隔位置中设置有穿孔曝气管，紧贴池底设计，可以手动开启，亦可自动设置启停时间，能有效避免填料堆积，形成污泥死区。
优选地，所述沉淀区为平流式沉淀池，分别为进水区、沉淀稳流区、出水区。优选地，所述污泥回流管路中设置有连通的气提排泥装置和气提排渣装置。
待处理污水在沉淀区中的停留时间≥1.5h。
优选地，所述软性过滤区内设有填料层，所述填料层将所述软性过滤区的空腔分隔形成位于上部的进水腔和位于下部的出水腔，所述进水腔与所述沉淀池区的出水口连通，所述出水腔与所述清水区的底部连通，所述出水腔内设有反洗曝气管，所述进水腔设有反洗出水口。
从沉淀区中流进来的水在重力作用下经过固定填料床，水中的SS经固定填料床的层层过滤而去除。随着过滤水量的增多，固定填料床上逐渐形成一定量生物膜，因而能进一步去除水中的CODcr、氨氮等污染物。
优选地，所述反洗曝气管的进气端设有电磁阀。所述反洗曝气管上设置有时间继电器，用于控制反冲洗次数。
优选地，所述填料层中的填料为海绵填料，海绵为正方体，其边长为10mm-40mm。所述填料层设有上下两层网格盖板，所述上盖板设有填料投加口，所述填料投加口的直径为50-500mm。
优选地，所述清水区设置有药片消毒或者紫外线消毒。
本发明还保护上述纯生物膜/A3AO泥膜结合双模式的污水处理系统的运行方法，包括以下步骤：
检测待处理污水的总氮值；
当待处理污水的总氮值≤30mg/L时，以纯生物膜模式运行污水处理系统，关闭选择区A、选择区B、缺氧区A和缺氧区B中的曝气装置，关闭污泥回流管路阀门，控制管路阀门使硝化液回流至选择区A；待处理污水由总进水管路进入污水处理系统，依次经选择区A、选择区B、缺氧区A、缺氧区B、好氧区、沉淀区、软性过滤区、清水区，由总出水管路排出；
当待处理污水的总氮值＞30mg/L时，以A3AO泥膜结合运行污水处理系统，开启选择区A、选择区B、缺氧区A和缺氧区B中的曝气装置，设置为间歇曝气，开启污泥回流管路阀门，控制管路阀门使硝化液回流至缺氧区A；待处理污水由总进水管路进入污水处理系统，依次经选择区A、选择区B、缺氧区A、缺氧区B、好氧区、沉淀区、软性过滤区、清水区，由总出水管路排出。
优选地，以纯生物膜模式运行污水处理系统时，所述硝化液回流的回流比为4Q(4倍进水量)；以A3AO泥膜结合运行污水处理系统时，所述硝化液回流的回流比为2Q(2倍进水量)。
优选地，以A3AO泥膜运行污水处理系统时，所述间歇曝气的条件为间隔5-10分钟，开启30-120秒。
当以纯生物膜模式运行污水处理系统时：
待处理污水经总进水管至缺氧一区(即选择区A)，缺氧一区可以兼顾在固液分离；回流硝化液通过与缺氧一区中底部沉积的污泥的接触，能够降低混合液中的溶解氧的浓度；在非曝气的条件下，少量硝酸盐也能被还原成氮气；
混合液从缺氧一区出来后进入缺氧二区(即选择区B)、缺氧三区(缺氧区A)、缺氧四区(即缺氧区B)；主要进行反硝化脱氮反应；缺氧一区至缺氧四区底部设置穿孔曝气管，间歇曝气，时间可调，可以有效预防填料发生堵塞情况；
混合液从缺氧四区出水口流入好氧区进行硝化反应；好氧区底部设置有曝气装置；好氧池末端配置有硝化液回流装置，通过硝化液回流管路回流至缺氧一区；
好氧区末端设置有除磷剂投加口，可以保证总磷的去除；
混合液经好氧区后进入沉淀区，在沉淀区内分离出上清液，然后进入软性填料过滤区；在重力作用下通过填料层过滤，净化后进入清水区；
出水经药片消毒或紫外消毒后可排放。
该纯生物膜模式运行污水处理系统下，由于填料上的微生物大大增加，硝化液回流和传统意义的1-2Q不同，可以提升至4Q以上的回流量，而不影响系统的溶解氧，进一步提升反硝化效果。
其中缺氧一区可以充当固液分离区，利用池内储存的污泥对回流混合液进行消氧，控制缺氧区的溶解氧浓度，使缺氧区在反硝化方面也获得了良好效果，同时也去除了大部分溶解性有机物。
当以A3AO泥膜结合运行污水处理系统时：
待处理污水经总进水管至预脱硝区(即选择区A)，此外污泥回流返送至该区域，与待处理污水充分混合，预脱硝区的作用是可以将待处理污水中的部分有机氮转化为氨氮，营造严格厌氧环境，强化反硝化脱氮；
混合液进入厌氧区(即选择区B)，进行释磷，确保好氧吸磷得以顺利进行；
然后混合液进入缺氧一区(缺氧区A)、缺氧二区(即缺氧区B)；在缺氧一区中，反硝化菌在溶解氧极低的情况下，利用硝酸盐中的氮作为电子受体，将硝酸盐还原为氮气，同时反硝化提供部分碱度，为后续的硝化反应提供有利的条件；在缺氧二区设置有碳源投加口，通过投加一定量碳源强化脱氮，溶解氧进一步降低，降低系统总氮；
通过在预脱硝区、厌氧区、缺氧一区、缺氧二区设置填料，提高污水的总氮去除率，使得总氮平均去除率达到75％以上；
混合液经缺氧二区上部进入好氧区，主要进行硝化反应，降解氨氮，由于内置填料，使好氧区的生物量大大增加；好氧区末端设置有硝化液回流装置，通过硝化液回流管路回流至缺氧一区；
混合液经过好氧区后流入沉淀池，污泥回流从沉淀池区末端通过污泥回流管路回流至预脱硝区，保证系统内的微生物量；
然后经过软性填料过滤区域和清水池，然后达标排放。
在以A3AO泥膜结合运行污水处理系统时，整个池体污泥循环，依靠填料上的微生物及活性污泥去除污染物，实现高浓度进水条件下A3O泥膜工艺。
在好氧区中，活性污泥中的微生物在有氧的条件下，将污水中的一部分有机物用于合成新的细胞，将另一部分有机物进行分解代谢以便获得细胞合成所需的能量，其最终产物是CO2和H2O等稳定物质；这种合成代谢与分解代谢的过程中，溶解性有机物(如低分子有机酸等易降解有机物)直接进入细胞内部被利用，而非溶解性有机物则首先被吸附在微生物表面，然后被酶水解后进入细胞内部被利用；同时，系统的污泥超量吸收磷，形成高浓度的含磷污泥。由此，好氧区主要实现了降解有机物、氨氮硝化和过量摄磷的功能。
由于内置填料，大大增加了系统微生物的总量，好氧区中总污泥浓度高达6000mg/L；缺氧区中总污泥浓度高达6200mg/L；而且在填料的微生物镜检中，常常能看到轮虫、仙女虫、线虫等后生动物，且有益于污泥的减量。高通测序结果表明，缺氧区反硝化填料上的反硝化菌占比是污泥中的2-3倍；好氧填料上的硝化菌占比是污泥中的2-3倍。
通过本发明的运行方法，最终排出水稳定达到GB18918-2002一级A标准。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明开发了一种纯生物膜/A3AO泥膜结合双模式的污水处理系统，以及基于上述纯生物膜/A3AO泥膜结合双模式的污水处理系统的运行方法。通过设置选择区A、选择区B，并与厌氧区A、厌氧区B、好氧区、回流管路等的配合，实现了纯生物膜模式和A3AO泥膜结合双模式处理污水的切换式，可以针对不同浓度的污水进行有效处理。
（发明人：杨俊;邓棚;张健民;何长霖;谢锭川;曾玻;梁琳）