專利名稱：雙循環(huán)兩相生物脫氮除磷工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種廢水生物處理技術領域，特別涉及從廢水中去除有機污染物，尤其是氮和磷。
背景技術：
在廢水處理技術中，生物處理被普遍接受為經濟有效的脫氮除磷技術。現行的生物脫氮除磷工藝大致可分為連續(xù)流式和序批式兩大類。連續(xù)流工藝在空間上提供交替的厭氧、缺氧和好氧的環(huán)境條件以及多重回流等措施，以滿足脫氮除磷的工藝條件。典型的連續(xù)流脫氮除磷技術為A/A/O、Bardenpho、UCT、Phoredox等處理工藝。序批式(SBR)活性污泥法利用多種控制手段在時間上的循序組合變化滿足脫氮除磷的工藝條件要求?，F行的序批式脫氮除磷技術主要有MSBR、CAST和UNITANK等工藝。
現行生物脫氮除磷工藝的共同特點是均為單一污泥(single sludge)懸浮生長系統(tǒng)，即利用同一混合微生物種群完成有機物氧化、硝化、反硝化和生物除磷。微生物的混合培養(yǎng)以及系統(tǒng)的泥齡過長、硝化速率限制、進水負荷限制和污泥沉降性能限制是導致現行活性污泥脫氮除磷工藝難以達到高效和穩(wěn)定的主要原因。其中微生物的混合培養(yǎng)是問題的核心。混合培養(yǎng)的污泥中含自養(yǎng)的硝化和亞硝化細菌、兼性異養(yǎng)細菌、聚磷細菌等不同功能的微生物種群。它們對底物、營養(yǎng)和生長條件的要求十分不同。尤其是硝化菌不需要有機碳源、生長速率低、世代期長的特性，與系統(tǒng)中其他微生物種群有相當大的差異。要在動態(tài)條件下控制不同類型的微生物種群的生長條件，協(xié)調處理系統(tǒng)中碳、氮、磷和氧作為微生物的底物、營養(yǎng)和工藝系統(tǒng)去除對象的復雜的相互影響關系。這就使得這些工藝本身具有較高的復雜性。
為了克服由于多種群混合培養(yǎng)導致多種處理功能高度關聯(lián)，從而增大運行控制難度、使得處理效率不高、運行穩(wěn)定性不好的問題，本發(fā)明提供了一種污泥分相培養(yǎng)、懸浮生長與附著生長相結合、序批式與連續(xù)流相結合的生物脫氮除磷新工藝——雙循環(huán)兩相(BICT)生物脫氮除磷工藝。

發(fā)明內容
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種雙循環(huán)兩相生物脫氮除磷工藝，以前置厭氧反應器、序批式運行的懸浮生長主反應器、沉淀池和生物膜反應器在空間上構成四個主體單元，序批式運行的懸浮生長主反應器在時間上至少有進水/曝氣、缺氧攪拌、靜置沉淀、撇水/閑置四種循序運行的單元操作，其中主反應器進行進水/曝氣單元操作時，接受前置厭氧反應器排出的混合液，該混合液由進入前置厭氧反應器的廢水與來自沉淀池的回流污泥混合形成，混合液在前置厭氧反應器中實現絮凝性微生物的選擇并為聚磷菌提供釋磷環(huán)境。
主反應器進行缺氧攪拌單元操作時，與沉淀池、生物膜反應器依次構成循環(huán)，即主反應器將上述進水/曝氣單元操作中去除COD和攝磷的處理液排至沉淀池，沉淀池將泥水分離后的清液送至生物膜反應器進行硝化處理，生物膜反應器將硝化液返回至主反應器進行反硝化脫氮。
主反應器進行靜置沉淀單元操作時，將反硝化后處理液通過靜置沉淀進行泥水分離。
主反應器進行撇水/閑置單元操作時，將泥水分離后的上清液作為出水排放。
沉淀池在工作中將一部分污泥回流至前置厭氧反應器，而另一部分污泥作為富磷剩余污泥排放，實現除磷。
上述技術方案中的有關內容和變化解釋如下1、上述方案中，主反應器完成缺氧攪拌單元操作后，可進行再曝氣操作，以吹脫反硝化時污泥絮體中的氮氣，同時強化攝磷環(huán)境；在此情況下，應在主反應器完成靜置沉淀單元操作后，從主反應器中排出剩余污泥，實現除磷。
2、上述方案中，所述序批式運行的懸浮生長主反應器可以使用單池或一組多池構成兩種不同的處理工藝，一種為整體間歇式處理工藝，另一種為整體連續(xù)流而局部循序間歇式處理工藝。主反應器的反應池數量以及運行方式與整體連續(xù)性的關系如下(1)、當主反應器為單池時，反應池按序批方式循序進行上述不同的單元操作，以此構成一種整體間歇式處理工藝。
(2)、當主反應器為一組多池時(具體指兩個或兩個以上反應池，各反應池相互獨立)，如果各反應池按序批方式同步循序進行上述不同的單元操作，則仍然構成整體間歇式處理工藝。如果各反應池交錯按序批方式循序進行上述不同的單元操作，則要看交錯在數量和時間上能否保持處理工藝的連續(xù)性。一般來說，只要合理安排進、出水和其它操作的時間即可形成整體連續(xù)流式，而局部呈現循序間歇式的處理工藝，否則仍為整體間歇式處理工藝。
整體連續(xù)流式處理工藝中較好的形式有①、主反應器由四個反應池組成，各反應池相互獨立，并交錯按序批方式循序進行上述不同的單元操作。
②、主反應器由四的倍數個反應池組成，所有反應池相互獨立，并以交錯形式按序批方式循序進行上述不同的單元操作，其中每種交錯形式的反應池并聯(lián)工作。
③、主反應器由三個反應池組成，各反應池相互獨立，并交錯按序批方式循序進行上述不同的單元操作。
④、主反應器由三的倍數個反應池組成，所有反應池相互獨立，并以交錯形式按序批方式循序進行上述不同的單元操作，其中每種交錯形式的反應池并聯(lián)工作。
3、上述方案中，主反應器進水/曝氣單元操作有兩種方式一種是采用非限制性曝氣，即邊進水邊曝氣；另一種是采用限制性曝氣，即先進水后曝氣。
本發(fā)明的技術核心是①、在序批式活性污泥法的基礎上，增設獨立的生物膜硝化反應器，使自養(yǎng)的硝化細菌與反硝化細菌、聚磷菌等異養(yǎng)菌實現分相培養(yǎng)，也就是本發(fā)明標題中所述的“兩相”概念。②、在主反應器和生物膜反應器之間設置一沉淀池，并形成主反應器→沉淀池→生物膜反應器→主反應器之間的有機循環(huán)，該循環(huán)與主反應器自身在時間上構成的四種單元操作循環(huán)形成標題中所述的“雙循環(huán)”概念。
本發(fā)明的工作原理是系統(tǒng)的進水經前置厭氧反應器后進入主反應器。在前置厭氧反應器中，來自沉淀池的回流污泥與進水混合接觸，借助高負荷梯度產生的“選擇壓力”篩選絮凝性細菌，以保證污泥具有良好的沉降性能。同時，前置厭氧反應器中始終保持厭氧攪拌，為聚磷菌提供釋磷環(huán)境。主反應器培養(yǎng)異養(yǎng)微生物，包括聚磷細菌和兼性的反硝化細菌，在間歇循序進行的不同單元操作中，主反應器中控制曝氣和攪拌，實現去除COD、反硝化和攝磷的功能；通過靜置沉淀進行泥水分離，上清液作為出水排放。生物膜反應器中培養(yǎng)自養(yǎng)的亞硝化和硝化細菌。由于附著生長系統(tǒng)的長泥齡，加之采用連續(xù)曝氣保證好氧條件，可以為這些微生物提供適宜的生長環(huán)境；生物膜反應器的進水是來自主反應器、已完成COD去除的清液(經過沉淀池分離)。在這里完成硝化過程后，將出水返回至主反應器進行反硝化脫氮。沉淀池中的污泥一部分作為富磷剩余污泥排放，實現磷的凈去除，而另一部分回流至前置厭氧反應器再次利用。為了進一步提高除磷效率和改進污泥沉淀性能，可以在主反應器完成缺氧攪拌單元操作后，進行再曝氣操作，以吹脫反硝化時污泥絮體中的氮氣，同時強化攝磷環(huán)境；在此情況下，應在主反應器完成靜置沉淀單元操作后，從主反應器中排出剩余污泥，實現除磷。
由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現有技術相比具有下列優(yōu)點1、本發(fā)明微生物采用分相培養(yǎng)措施有利于為不同特性的微生物創(chuàng)造更為適宜的生長條件，減少相互間的干擾和限制，大大提高了系統(tǒng)脫氮和除磷的效果。相比之下現有技術中，由于利用同一混合微生物種群完成有機物氧化、硝化、反硝化和生物除磷，而聚磷細菌和兼性的反硝化細菌等異養(yǎng)微生物與亞硝化和硝化細菌自養(yǎng)微生物在生長條件和世代周期上存在相當大的差異，因此要在動態(tài)運行條件下進行控制不是顧此就是失彼，最佳也只能取得折中效果。而本方案采用分相培養(yǎng)措施針對各自特性進行培養(yǎng)，因此可以有效解決這一問題。
2、本發(fā)明采用生物膜硝化反應器可以提高硝化效率，從而提高系統(tǒng)的脫氮效率。
3、本發(fā)明通過縮短異養(yǎng)種群的泥齡提高磷的去除率。
4、主反應器中懸浮生長的污泥通過回流在反應器的不同格間轉移，其數量分布滿足了相應單元過程對污泥量的最佳需求，有利于提高處理效率和反應器的容積利用率。


附圖1為本發(fā)明工藝流程圖；附圖2為本發(fā)明典型實施例二的單元操作(一)工況圖，圖中A池進行進水/曝氣操作，B池進行缺氧攪拌，C池進行靜置沉淀，D池進行撇水/閑置；附圖3為本發(fā)明典型實施例二的單元操作(二)工況圖，圖中；A池進行缺氧攪拌操作，B池進行靜置沉淀，C池進行撇水/閑置，D池進行進水/曝氣；附圖4為本發(fā)明典型實施例二的單元操作(三)工況圖，圖中A池進行靜置沉淀操作，B池進行撇水/閑置，C池進行進水/曝氣，D池進行缺氧攪拌；附圖5為本發(fā)明典型實施例二的單元操作(四)工況圖，圖中A池進行撇水/閑置操作，B池進行進水/曝氣，C池進行缺氧攪拌，D池進行靜置沉淀。
以上附圖中1、前置厭氧反應器；2、序批式主反應器；3、沉淀池； 4、生物膜硝化反應器；5、撇水器；2A、反應池A；2B、反應池B；2C、反應池C；2D、反應池D。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例一參見附圖1所示，一種整體間歇流式雙循環(huán)兩相生物脫氮除磷工藝，以前置厭氧反應器1、序批式運行的懸浮生長主反應器2、沉淀池3和生物膜反應器4在空間上構成四個主體單元，沉淀池3設在主反應器2與生物膜反應器4之間。
在圖1中，進入系統(tǒng)的廢水與沉淀池3的回流污泥一道進入前置厭氧反應器1中，在不供氧的情況下攪拌、反應，邊進邊出；厭氧反應器1流出的混合液進入序批式主反應器2中，循序完成進水/曝氣、缺氧攪拌、靜置沉淀、撇水/閑置四項單元操作，分別實現有機物降解、磷的過量吸收、回流硝化液中硝態(tài)氮的反硝化和固液分離等功能。當主反應器2進行缺氧攪拌操作時，開始將反應器中的混合液排入沉淀池3中，經固液分離后上清液進入生物膜硝化反應器4中進行硝化，同時將生物膜硝化反應器4池中已完成硝化作用、富含硝態(tài)氮的溶液擠出并回流到主反應器2中進行反硝化。沉淀池3中的污泥一部分作為富磷剩余污泥排放，實現磷的凈去除；另一部分回流至厭氧反應器1。由于在缺氧攪拌操作時混合液的排出和清液的流入，進行沉淀操作時主反應器2中污泥濃度達到最低，十分有利于固液分離。沉淀后，上清液作為出水排放，此時廢水已經歷了三個單元過程的處理，有機物、氮、磷等污染物均可得到有效去除。
實施例二參見附圖1～圖5所示，一種整體連續(xù)流局部間歇式雙循環(huán)兩相生物脫氮除磷工藝。與實施例一不同之處在于主反應器由4個相互獨立、序批式操作的生物反應池A、B、C、D構成。在這一系統(tǒng)中，厭氧反應器1和生物膜硝化反應器4始終以連續(xù)流的方式運行，只是根據序批式主反應器2中各反應池的操作狀態(tài)，將混合液和硝化液送往相應的反應池中。沉淀池3也是以連續(xù)流的方式工作，循序地接受來自不同反應池的混合液，而將澄清的出水和回流污泥始終不變地分別送至生物膜硝化反應器4和厭氧反應器1。主反應器2中的4個反應池A、B、C和D循序、循環(huán)地進行進水/曝氣、缺氧攪拌、靜置沉淀、撇水/閑置四項單元操作。其中進行進水/曝氣單元操作時的反應池接受前置厭氧反應器1排出的混合液，該混合液由進入前置厭氧反應器1的廢水與來自沉淀池3的回流污泥混合形成，混合液在前置厭氧反應器1中實現絮凝性微生物的選擇并為聚磷菌提供釋磷環(huán)境；進行缺氧攪拌單元操作時的反應池，與沉淀池3、生物膜反應器4以次構成循環(huán)，即反應池將上述進水/曝氣單元操作中去除COD和攝磷的處理液排至沉淀池3，沉淀池3將泥水分離后的清液送至生物膜反應器4進行硝化處理，生物膜反應器4將硝化液返回至主反應器對應反應池進行反硝化脫氮；進行靜置沉淀單元操作時的反應池將反硝化后處理液通過靜置沉淀進行泥水分離；進行撇水/閑置單元操作時的反應池將泥水分離后的上清液作為出水排放。工藝系統(tǒng)的運行是整體連續(xù)流，局部循序間歇式。通過合理的工藝設計并采用自動控制手段，可以方便地使系統(tǒng)按要求運行。污泥通過回流在各反應池間的轉移完全適應各反應池中進行的單元操作對污泥量的要求，使系統(tǒng)在優(yōu)化的條件下運行。
權利要求
1.一種雙循環(huán)兩相生物脫氮除磷工藝，其特征在于以前置厭氧反應器[1]、序批式運行的懸浮生長主反應器[2]、沉淀池[3]和生物膜反應器[4]在空間上構成四個主體單元，序批式運行的懸浮生長主反應器[2]在時間上至少有進水/曝氣、缺氧攪拌、靜置沉淀、撇水/閑置四種循序運行的單元操作，其中主反應器[2]進行進水/曝氣單元操作時，接受前置厭氧反應器[1]排出的混合液，該混合液由進入前置厭氧反應器[1]的廢水與來自沉淀池[3]的回流污泥混合形成，混合液在前置厭氧反應器[1]中實現絮凝性微生物的選擇并為聚磷菌提供釋磷環(huán)境；主反應器[2]進行缺氧攪拌單元操作時，與沉淀池[3]、生物膜反應器[4]依構成循環(huán)，即主反應器[2]將完成進水/曝氣單元操作，實現了COD去除和攝磷的混合液排至沉淀池[3]，沉淀池[3]將泥水分離后的清液送至生物膜反應器[4]進行硝化處理，生物膜反應器[4]將硝化液返回至主反應器[2]進行反硝化脫氮；主反應器[2]進行靜置沉淀單元操作時，將反硝化后處理液通過靜置沉淀進行泥水分離；主反應器[2]進行撇水/閑置單元操作時，將泥水分離后的上清液作為出水排放；沉淀池[3]在工作中將一部分污泥回流至前置厭氧反應器[1]，而另一部分污泥作為富磷剩余污泥排放，實現除磷。
2.根據權利要求1所述的雙循環(huán)兩相生物脫氮除磷工藝，其特征在于主反應器[2]完成缺氧攪拌單元操作后，進行再曝氣操作，以吹脫反硝化時污泥絮體中的氮氣，同時強化攝磷環(huán)境；在此情況下，應在主反應器[2]完成靜置沉淀單元操作后，從主反應器[2]中排出剩余污泥，實現除磷。
3.根據權利要求1所述的雙循環(huán)兩相生物脫氮除磷工藝，其特征在于主反應器[2]為單池，反應池按序批方式循序進行上述不同的單元操作，以此構成一種整體間歇式處理工藝。
4.根據權利要求1所述的雙循環(huán)兩相生物脫氮除磷工藝，其特征在于主反應器[2]為一組多池，各反應池相互獨立，并交錯按序批方式循序進行上述不同的單元操作，以此構成一種整體間歇式或整體連續(xù)流，同時局部循序間歇式處理工藝。
5.根據權利要求4所述的雙循環(huán)兩相生物脫氮除磷工藝，其特征在于主反應器[2]由四個反應池，各反應池相互獨立，并交錯按序批方式循序進行上述不同的單元操作，以此構成一種整體連續(xù)流式而局部循序間歇式處理工藝。
6.根據權利要求4所述的雙循環(huán)兩相生物脫氮除磷工藝，其特征在于主反應器[2]由三或四的倍數個反應池，所有反應池相互獨立，并以四種交錯形式按序批方式循序進行上述不同的單元操作，其中每種交錯形式的反應池并聯(lián)工作，以此構成一種整體連續(xù)流式而局部循序間歇式處理工藝。
7.根據權利要求1所述的雙循環(huán)兩相生物脫氮除磷工藝，其特征在于主反應器[2]進水/曝氣單元操作采用非限制性曝氣方式，即邊進水邊曝氣。
8.根據權利要求1所述的雙循環(huán)兩相生物脫氮除磷工藝，其特征在于主反應器[2]進水/曝氣單元操作采用限制性曝氣方式，即先進水后曝氣。
全文摘要
一種廢水脫氮除磷處理工藝，以前置厭氧反應器、序批式運行的懸浮生長主反應器、沉淀池和生物膜反應器在空間上構成四個主體單元。主反應器在時間上至少循序進行進水/曝氣、缺氧攪拌、靜置沉淀、撇水/閑置四種單元操作。廢水先經厭氧反應器與來自沉淀池的回流污泥混合，實現絮凝性微生物的選擇并為聚磷菌提供釋磷環(huán)境，排出的混合液進入主反應器。主反應器培養(yǎng)聚磷細菌、反硝化細菌在內的異養(yǎng)微生物，并在不同單元操作中實現去除COD、反硝化和攝磷功能，在靜置沉淀泥水分離后，上清液作為出水排放。生物膜反應器中培養(yǎng)自養(yǎng)的亞硝化和硝化細菌，其進水來自主反應器已完成COD去除并經過沉淀池泥水分離的清液，硝化后的出水返回至主反應器進行反硝化。
文檔編號C02F3/28GK1410366SQ0213866
公開日2003年4月16日 申請日期2002年11月22日 優(yōu)先權日2002年11月22日
發(fā)明者黃勇, 李勇 申請人:黃勇, 李勇