本發(fā)明涉及一種市政污水處理新工藝，針對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：

我國水資源短缺，人均水資源占有量僅有世界平均水平的1/4，而水污染日趨嚴重的局面更加重了水資源的危機。2003年我國主要水系、湖泊和海域污染嚴重，七大水系407個重點監(jiān)測斷面中，38.1％的斷面滿足Ⅰ～Ⅲ類水質要求，32.2％的斷面屬Ⅳ、Ⅴ類水質，29.7％的斷面屬劣Ⅴ類水質。其中七大水系干流的118個國控斷面中，Ⅰ～Ⅲ類水質斷面占53.4％，Ⅳ、Ⅴ類水質斷面占37.3％，劣Ⅴ類水質斷面占9.3％。七大水系主要呈現(xiàn)為有機污染，石油類、生化需氧量、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、揮發(fā)酚等超標嚴重。

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2003年7月實施的《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918－2002)對城市二級污水處理廠出水中N、P含量做了嚴格限定，在《污水綜合排放標準》(GB8978－1996)基礎上首次提出了TN控制要求。按照標準要求對我國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；而且增加了設備投資和日常的維護管理費用。對于中小型污水除磷脫氮工藝，采取上面的回流措施就會造成污水處理設施占地面積加大、初期投資增加和維護管理的復雜化。而且中小型污水水質水量變化大，處理設施往往要求布局緊湊、自動化運轉等特點，在利用傳統(tǒng)的除磷脫氮工藝方面還有一個穩(wěn)定性和適應性問題。

因此中小型生活污水的處理應開發(fā)簡易高效的污水處理成套技術，應實現(xiàn)污水處理裝置成套化和控制技術的自動化，減少人力消耗和維護費用，解決目前城市污水處理廠存在高能耗，高占地的問題。

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

三、

技術實現(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，結合AAO、SBR、氧化溝等工藝的特點，實現(xiàn)一個反應系統(tǒng)在沿時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的時間分割，形成獨特的水力循環(huán)。通過此設計，達到同步脫氮除磷的目的。

本發(fā)明技術方案是，一種同步硝化反硝化市政污水處理方法，針對生活污水處理，采用特殊的池型結構和獨特的水力循環(huán)，在去除有機污染物的同時，實現(xiàn)對氮、磷的同步脫除。同步脫氮除磷工藝選擇與設計時，控制進入?yún)捬鯀^(qū)的硝態(tài)氮是關鍵，在硝態(tài)氮濃度低于100mg/l時，可達到良好的同時去除氮、磷的要求。

主體是一個被間隔成五個單元的矩形反應池，一條直線排列或兩條直線排列，兩條直線排列時，第一排為三個矩形反應池中左右兩個反應池設有進水口、第二排兩個反應池設有進出水口，兩排亦構成一個矩形；第二排兩個反應池同時兼沉淀和反應池，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)；兩排五個單元的矩形反應池均設有曝氣裝置，兩排五個單元的矩形反應池相鄰池壁設有水流通道、能夠形成水流的按池序或者逆池序即順時針或逆時針的水流循環(huán)，第二排兩個反應池(編號為1#、5#)即第一第五兩個池作為邊池，交替做為沉淀池，同時也分別作為反應池；第一排為三個矩形反應池即第二至第四反應池(編號為2#、3#、4#)一直做為反應池。

具體流程如下：上半周期四步,1)第一邊池作為進水和厭氧池進水，第二、三、四池分別作為缺氧、好氧、好氧反應池，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針的反應過程?？傊娜鞒烫幚砭?jīng)過進水厭氧－缺氧－好氧-沉淀出水四個處理階段。

反應器采用多矩形反應池串聯(lián)結構，構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)的運行采用可調節(jié)方式，通過調節(jié)厭氧/缺氧以及好氧組合、各階段運行時間以適應不同水質、水量的變化。通過PLC可編程序控制器信號控制使系統(tǒng)完全自動運轉，通過觸摸顯示屏可改變各階段運行時間，隨時了解各個池子運行狀態(tài)；通過控制柜的按鈕指示燈可以了解設備的運轉情況；通過新的程序信號的輸入可以改變運行方式，操作簡單直觀，運轉靈活。

本發(fā)明同步硝化反硝化市政污水處理工藝在總停留時間14-18h之間，同步硝化反硝化污水處理新工藝對市政污水的去除效果穩(wěn)定，出水可滿足國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918－2002)一級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，可節(jié)能10％以上，節(jié)省占地15％以上；TN、TP去除率可提高20％。

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

氨化指當氨基酸和其他含氮有機物被生物降解釋放氨的過程。只有當有機氮被轉化為氨并釋放到介質中，硝化菌才能將氨氮轉化為硝酸鹽。

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化為亞硝酸鹽，然后，在硝酸菌作用下亞硝酸鹽進一步轉化為硝酸鹽，反應用下式表示，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，反硝化菌以硝態(tài)氮為電子受體，有機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胞的合成，氮成為細胞質的成分。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％。

生物除磷機理，

生物除磷是一個由聚磷菌(phosphorus accumulating organism,PAOs)生長進行的復雜過程，除磷機理如圖4所示。PAOs具有在厭氧條件下消耗細胞內(nèi)的聚磷酸鹽儲存碳源而在好氧/缺氧條件下消耗碳源儲存磷酸鹽的獨特能力。

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，大多有機物以乙酸和短鏈脂肪酸(short-chain fatty acids,SCFA)的形式存在，當廢水進入生物反應器厭氧區(qū)時，兼性異養(yǎng)微生物進行發(fā)酵產(chǎn)生額外的脂肪酸。PAOs分解胞內(nèi)儲存的聚磷酸鹽提供ATP合成所需的能量，將乙酸儲存為PHB。多聚磷酸鹽水解形成ATP時會增加胞內(nèi)無機磷酸鹽(P_i)的濃度，P_i與陽離子一起被釋放到主體溶液中。

當廢水進入好氧區(qū)時，廢水中的溶解性有機物減少，但PAOs含有大量PHB儲存物。廢水中無機磷酸鹽豐富，而PAOs的聚磷酸鹽含量低。PAOs為了生長，以儲存的PHB作為碳源和能源，進行好氧代謝，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、運行靈活、出水水質好，目前國內(nèi)外絕大部分污水廠采用活性污泥工藝。隨著生物處理機理研究的深入，同步脫氮除磷技術得到很大發(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)結合起來，同步脫氮除磷工藝選擇與設計時，控制進入?yún)捬鯀^(qū)的硝態(tài)氮是關鍵，以達到良好的氮、磷去除效果。

有益效果：本發(fā)明工藝在總停留時間14-18h之間時，同步硝化反硝化污水處理新工藝對市政污水的去除效果穩(wěn)定，出水可滿足國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918－2002)一級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，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)明多矩形反應池的池型為獨創(chuàng)的特殊結構，集約性提高。其水力循環(huán)為獨創(chuàng)的、無動力的循環(huán)，節(jié)省污泥循環(huán)泵和硝化液回流泵的設置。其池型為省去了二次沉淀池的設置，節(jié)約了系統(tǒng)占地。其池型設計各多矩形反應池中，均設置攪拌機及曝氣器。出水采用恒水位潷水器，無動力消耗。通過水流循環(huán)實現(xiàn)污泥和混合液的回流，不設置污泥循環(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：工藝運行周期圖。

圖4為生物除磷機理，左、右圖分別指厭氧和好氧狀態(tài)。

五、具體實施方式

同步硝化反硝化污水處理新工藝的主體是一個被間隔成五個單元的矩形反應池，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)。反應器采用多池串聯(lián)結構，構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)的運行采用可調節(jié)方式，通過調節(jié)厭氧/缺氧以及好氧組合、各階段運行時間以適應不同水質、水量的變化。通過PLC可編程序控制器信號控制使系統(tǒng)完全自動運轉，通過觸摸顯示屏可改變各階段運行時間，隨時了解各個池子運行狀態(tài)；通過控制柜的按鈕指示燈可以了解設備的運轉情況；通過新的程序信號的輸入可以改變運行方式，操作簡單直觀，運轉靈活。

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

階段一、二、三、四構成上半周期，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、八構成下半周期，與上半周期反向對稱，通過階段轉換完成同一反應池的好氧/缺氧狀態(tài)的轉換，自動完成混合液回流，同時通過半周期性進水方向的改變自動完成污泥回流。市政污水的厭氧、缺氧、好氧、沉淀的時間比例為1.5:1.5:12:3。通過水流循環(huán)實現(xiàn)污泥和混合液的回流，不設置污泥循環(huán)泵及混合液回流泵。

階段一是A/A/O/O過程。從1#池進水，該池在上個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。上階段作為出水池殘存的NO₃^--N利用進水中豐富的碳源經(jīng)過反硝化作用迅速降低，達到厭氧狀態(tài)。1#池內(nèi)同時酸化水解進水中的高分子有機物為低分子有機物，構建良好的厭氧釋磷環(huán)境。污水隨之進入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物，進行反硝化脫氮。然后進入3#、4#好氧池，進行有機物好氧降解、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，容易構建厭氧環(huán)境，再經(jīng)過3#、4#池兩級好氧，完成硝化、有機物降解與吸磷過程，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)利用儲存的PHB作為碳源和能源生長代謝，完成吸磷過程。

階段三從2#池進水，2#池由厭氧轉入好氧狀態(tài)，降解有機物、硝化并吸磷。3#池經(jīng)上兩階段的好氧狀態(tài)，硝氮含量大，本階段轉入缺氧狀態(tài)完成反硝化過程。4#池好氧，吹脫氮氣，進一步降解有機物并吸磷。

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

具體流程如下：上半周期四步,1)第一邊池作為進水和厭氧池進水，第二、三、四池分別作為缺氧、好氧、好氧反應池，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針的反應過程：5)第五邊池作為進水和厭氧池進水，第四、三、二池分別作為缺氧、好氧、好氧反應池，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。

下半周期反向進水，工藝與上半周期反向對稱，五箱一體化活性污泥工藝采用多池串聯(lián)結構，并通過階段轉換在空間與時間上構建脫氮除磷所需的缺氧、厭氧、好氧環(huán)境。目前整個裝置系統(tǒng)由PLC可編程序控制器控制。