單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明的單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)，包括調(diào)節(jié)池、進水泵、進水換向閘、出水匯集閘、鼓風(fēng)機、時間控制器和多個反應(yīng)池，每個反應(yīng)池只有進水階段和曝氣階段，鼓風(fēng)機的輸出端經(jīng)氣體換向閥與不同的反應(yīng)池相通，氣體換向閥在時間控制器的控制作用下將空氣送入不同的反應(yīng)池。本發(fā)明的污水脫氮除磷系統(tǒng)的工藝包括：a)進水?dāng)嚢?；b)缺氧、厭氧反應(yīng)；c)檢測進水是否完畢；d)曝氣作業(yè)；e)好氧反應(yīng)；f)檢測曝氣是否完畢。本發(fā)明污水脫氮除磷系統(tǒng)和方法，采用多個反應(yīng)池，在同一個反應(yīng)池中就實現(xiàn)了脫氮過程中的氨化、硝化和反硝化，以及除磷過程中聚磷菌的儲備能量和吸磷過程，不僅降低了污水處理過程中能源消耗，而且加快了污水處理效率。且具有基建和運行成本小、流程簡單和易于操作管理的優(yōu)點。
【專利說明】單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)及方法，更具體的說尤其涉及一種利用反應(yīng)池間歇地處于厭氧(缺氧)和曝氣狀態(tài)來實現(xiàn)污水的脫氮除磷目的系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國城鎮(zhèn)污水中不但含有變現(xiàn)為COD的有機物，同時還有很高濃度的氮磷等元素，呈現(xiàn)出高氮低碳特征。常規(guī)的脫氮除磷工藝難以實現(xiàn)有效的脫氮除磷，投加額外的碳源又增加了污水廠的運行成本。針對不同工藝污水廠進水碳源不足的問題，提高進水碳源利用效率和簡化運行管理為目標(biāo)，開發(fā)更加合理的污水處理工藝。
[0003]污水生物脫氮過程包括氨化、硝化和反硝化三個過程。污水中的有機氮首先被生物化學(xué)反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氨氮；然后通過自養(yǎng)微生物在好氧條件下將氨氮轉(zhuǎn)化為硝氮和亞硝氮；最后異養(yǎng)微生物在厭氧或缺氧條件下利用有機物將硝氮和亞硝氮轉(zhuǎn)化為氮氣，從而實現(xiàn)污水中氮元素的真正去除。污水生物除磷是利用聚磷菌的超量吸磷作用完成的。聚磷菌首先在厭氧環(huán)境下吸收有機物作為貯備能量，同時釋放出少量的磷元素；在好氧環(huán)境中，消耗儲備在細(xì)胞內(nèi)的能量，吸收超過微生物正常生長所需的磷，從而污水中溶解態(tài)的磷元素被轉(zhuǎn)化到微生物固體中，通過排泥徹底去除。
[0004]在現(xiàn)行的污水廠流程中，為了同時達到微生物脫氮除磷的目的，需要流入的污水交替經(jīng)歷厭氧-缺氧-好 氧的環(huán)境。以Α/Α/0工藝為例，污水依次厭氧-缺氧-好氧池，同時配合好氧池污水和微生物回流到前面的厭氧池和缺氧池，氮元素才可以完整的經(jīng)過氨化、硝化和反硝化的去除過程，聚磷菌也才可以發(fā)揮自身的超量吸磷特點。
[0005]面對眾多的污水脫氮除磷工藝，都有幾個共同的缺點。首先，工藝流程復(fù)雜。由于需要污水經(jīng)歷不同的環(huán)境，污水在整個處理流程中被不斷回流，控制因素過多，操作過程極為復(fù)雜。其次，處理成本高。由于工藝分池建設(shè)和污水回流的原因，在消耗大量電能的同時，大大增加了基建中構(gòu)筑物和設(shè)備的數(shù)量和成本。即使如此大的投入和復(fù)雜的管理，脫氮除磷效果依然不穩(wěn)定。這主要是由于進水中碳源不足引起的?；钚晕勰嘀谐讼趸?反硝化菌和聚磷菌還存在著數(shù)量眾多的異養(yǎng)微生物，它們會通過競爭消耗大量的進水有機物，從而導(dǎo)致現(xiàn)行的污水處理過程需要很大的碳氮保證脫氮除磷的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明為了克服上述技術(shù)問題的缺點，提供了一種單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)及方法。
[0007]本發(fā)明的單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)，包括調(diào)節(jié)池、進水泵、進水換向閘、出水匯集閘、鼓風(fēng)機、時間控制器和多個反應(yīng)池，所述進水泵用于將調(diào)節(jié)池中的待處理污水抽入至進水換向閘的進水端，進水換向閘在時間控制器的控制下將待處理污水輸送至不同的反應(yīng)池；其特別之處在于:所述反應(yīng)池的數(shù)量為兩個或兩個以上，每個反應(yīng)池只有進水階段和曝氣兩個階段，鼓風(fēng)機的輸出端經(jīng)氣體換向閥與不同的反應(yīng)池相通，氣體換向閥在時間控制器的控制作用下將空氣送入不同的反應(yīng)池；由反應(yīng)池流出的水體均匯集至出水匯集閘，由出水匯集閘流出的水體流入至污泥截留池中；經(jīng)污泥截留池截留的污泥可經(jīng)污泥回流通道回流至進水換向閘的進水端；出水匯集閘由時間控制器進行控制。
[0008]調(diào)節(jié)池用于存儲待處理的污水，進水泵用于將待處理污水抽入至反應(yīng)池中，進水換向閘用于將污水分配到處于進水階段的反應(yīng)池中；鼓風(fēng)機用于向反應(yīng)池中通入氣流，氣體換向閥用于將氣流分配至處于曝氣階段的反應(yīng)池中；時間控制器根據(jù)設(shè)定好的進水和曝氣時間來對進水換向閘、出水匯集閘和氣體換向閥進行控制。由于采用多個反應(yīng)池，且反應(yīng)池依次交替進行進水和曝氣操作，在同一個反應(yīng)池中就實現(xiàn)了脫氮過程中的氨化、硝化和反硝化，以及除磷過程中聚磷菌的儲備能量和吸磷過程，避免了以往采用多個反應(yīng)池交替執(zhí)行流水、曝氣所帶來的高能耗的弊端。
[0009]本發(fā)明的單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)，所述反應(yīng)池的形狀為方形或圓形，方形的反應(yīng)池采用壁面共建的建設(shè)方式，圓形的反應(yīng)池采用非混凝土的材質(zhì)。
[0010]本發(fā)明的單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)，所述反應(yīng)池的出水處設(shè)置有溢流堰，在反應(yīng)池中處理后的污水經(jīng)溢流堰流入至出水匯集閘中；污泥截留池采用沉淀池或膜組件。
[0011]本發(fā)明的單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)的方法，其特別之處在于，設(shè)反應(yīng)池的數(shù)量為N個，所述污水脫氮除磷方法通過以下步驟來實現(xiàn):a).進水?dāng)嚢瑁眠M水泵將調(diào)節(jié)池中的待處理污水抽至進水換向閘，在進水換向閘的控制作用下，將待處理污水抽至第η個反應(yīng)池中，同時對反應(yīng)池進行攪拌操作，第I個反應(yīng)池在進水的同時不執(zhí)行曝氣操作；剩余的N-1個反應(yīng)池不執(zhí)行進水操作，但執(zhí)行攪拌和曝氣操作；n<N;b).缺氧、厭氧反應(yīng)，在第η個反應(yīng)池進水的過程中，由于處于缺氧、厭氧狀態(tài)，異養(yǎng)微生物利用有機物將硝氮和亞硝氮轉(zhuǎn)化為氮氣，從而實現(xiàn)污水中氮元素的去除；聚磷菌厭氧環(huán)境下吸收有機物作為貯備能量，同時釋放出少量的磷元素，為在好氧狀態(tài)下吸收磷元素做準(zhǔn)備；c).檢測進水是否完畢，檢測第η個反應(yīng)池的理應(yīng)的進水時間段是否完畢，如果進水完畢，則執(zhí)行步驟d);如果沒有進水完畢，則繼續(xù)進水；d).曝氣作業(yè)，通過進水換向閘停止對第η個反應(yīng)池的供水，轉(zhuǎn)為對第η+1個反應(yīng)池供水；同時，通過氣體換向閥向第η個反應(yīng)池進行供氣，實現(xiàn)第η個反應(yīng)池的曝氣操作，曝氣的同時進行攪拌操作；e).好氧反應(yīng)，在第η個反應(yīng)池曝氣的過程中，活性污泥在好氧狀態(tài)下分解有機物，同時自養(yǎng)微生物在好氧條件下將分解出的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝氮和硝氮；聚磷菌在好氧環(huán)境中，消耗儲備在細(xì)胞內(nèi)的能量，吸收超過自身生長所需的磷，將污水中溶解態(tài)的磷元素轉(zhuǎn)化到微生物固體中，通過排泥徹底去除；
f).檢測曝氣是否完畢，判斷第η個反應(yīng)池理應(yīng)的曝氣時間段是否完畢，如果完畢，則停止對其曝氣；如果曝氣沒有完畢，則繼續(xù)曝氣作業(yè)；g).對于本發(fā)明的污水脫氮除磷系統(tǒng)，對N個反應(yīng)池按照步驟a)至步驟f)依次進行進行進水、曝氣操作，以是實現(xiàn)污水的脫氮除磷；由于污泥截留池截留的污泥經(jīng)污泥回流通道又回流至進水換向閘的進水端。
[0012]本發(fā)明的單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)的方法，當(dāng)反應(yīng)池的數(shù)量為2個時，所述進氣時間段和進氣時間段相等；當(dāng)反應(yīng)池的數(shù)量為2個以上時，根據(jù)污水水質(zhì)分配進水時間段和曝氣時間段的比例大??；每個反應(yīng)池只有進水階段和曝氣階段。
[0013]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明的污水脫氮除磷系統(tǒng)的方法，充分利用流入污水中的有機物作為反硝化和聚磷菌的能量物質(zhì)，保證脫氮除磷的需求；反應(yīng)池為兩個或兩個以上，可以互為備用，實現(xiàn)了進水和曝氣的交替進行，在同一個反應(yīng)池即可實現(xiàn)脫氮除磷過程，不僅降低了污水處理過程中能源消耗，而且還加快了污水處理效率。本發(fā)明不但能穩(wěn)定的去除污水中氮磷等物質(zhì)，并且具有基建和運行成本小的優(yōu)點；流程簡單，易于操作管理。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明的單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)的原理圖。
[0015]圖中:1調(diào)節(jié)池,2進水泵,3進水換向閘,4第一反應(yīng)池,5第二反應(yīng)池,6出水匯集閘，7污泥截留池，8鼓風(fēng)機，9氣體換向閥，10時間控制器。
【具體實施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0017]如圖1所示，給出了本發(fā)明的單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)的原理圖，本發(fā)明中所述的“單池型”指的是利用單個反應(yīng)池即可完成污水處理作業(yè)，避免了現(xiàn)有采用多個反應(yīng)池所造成的能耗高和效率低的問題。其包括調(diào)節(jié)池1、進水泵2、進水換向閘
3、出水匯集閘6、污泥截留池7、鼓風(fēng)機8、氣體換向閥9、時間控制器10，本實施例中給出的反應(yīng)池的數(shù)目為兩個，為第一反應(yīng)池4和第二反應(yīng)池5，但反應(yīng)池的數(shù)量可以為2個以上。
[0018]所示的調(diào)節(jié)池I用于存儲待處理污水，進水泵2將調(diào)節(jié)池I中的待處理污水抽至進水換向閘3的輸入端 ，進水換向閥3在時間控制器10的控制下將待處理污水輸送至相應(yīng)的反應(yīng)池中。鼓風(fēng)機8用于產(chǎn)生氣流并輸入至氣體換向閥9中，氣體換向閥9在時間控制器10的控制作用下，將氣流輸送至相應(yīng)的反應(yīng)池中，實現(xiàn)反應(yīng)池的曝氣操作。由反應(yīng)池流出的處理污水流入至出水匯集閘6中，由出水匯集閘6流出的處理污水流入至污泥截留池7中，實現(xiàn)對沉淀的截留。如果污水沒有達到處理標(biāo)準(zhǔn)，則通過污泥回流管路回流至進水換向閘3的輸入端，重新進行脫氮除磷處理。
[0019]如圖1所示，給出了本系統(tǒng)中的水流線、污泥回流線、空氣線和時間控制線的示意圖，其分別代表污水的流向、未達標(biāo)污水的回流、曝氣氣流的流向以及時間控制器所控制的部件。
[0020]反應(yīng)池可根據(jù)實際情況設(shè)計為多種形狀，如方形或圓形，方形的反應(yīng)池采用壁面共建的建設(shè)方式，圓形的反應(yīng)池采用非混凝土的材質(zhì)。反應(yīng)池的出水可采用溢流堰自由出水，在反應(yīng)池中處理后的污水經(jīng)溢流堰流入至出水匯集閘6中；污泥截留池7可采用沉淀池或膜組件。
[0021]本發(fā)明的單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)的方法，設(shè)反應(yīng)池的數(shù)量為N個，其通過以下步驟來實現(xiàn):
a).進水?dāng)嚢?，利用進水泵將調(diào)節(jié)池中的待處理污水抽至進水換向閘，在進水換向閘的控制作用下，將待處理污水抽至第η個反應(yīng)池中，同時對反應(yīng)池進行攪拌操作，第I個反應(yīng)池在進水的同時不執(zhí)行曝氣操作；剩余的N-1個反應(yīng)池不執(zhí)行進水操作，但執(zhí)行攪拌和曝氣操作；η < N ;
當(dāng)反應(yīng)池的數(shù)量為2個時，所述進氣時間段和進氣時間段相等；當(dāng)反應(yīng)池的數(shù)量為2個以上時，根據(jù)污水水質(zhì)分配進水時間段和曝氣時間段的比例大??；每個反應(yīng)池只有進水階段和曝氣階段。
[0022]b).缺氧、厭氧反應(yīng)，在第η個反應(yīng)池進水的過程中，由于處于缺氧、厭氧狀態(tài)，異養(yǎng)微生物利用有機物將硝氮和亞硝氮轉(zhuǎn)化為氮氣，從而實現(xiàn)污水中氮元素的去除；聚磷菌厭氧環(huán)境下吸收有機物作為貯備能量，同時釋放出少量的磷元素，為在好氧狀態(tài)下吸收磷元素做準(zhǔn)備；
c).檢測進水是否完畢，檢測第η個反應(yīng)池的理應(yīng)的進水時間段是否完畢，如果進水完畢，則執(zhí)行步驟d);如果沒有進水完畢，則繼續(xù)進水；
d).曝氣作業(yè)，通過進水換向閘停止對第η個反應(yīng)池的供水，轉(zhuǎn)為對第η+1個反應(yīng)池供水；同時，通過氣體換向閥向第η個反應(yīng)池進行供氣，實現(xiàn)第η個反應(yīng)池的曝氣操作，曝氣的同時進行攪拌操作；
由于亞硝化細(xì)菌轉(zhuǎn)化氨氮的速率遠(yuǎn)高于硝化菌轉(zhuǎn)化亞硝氮的速率，在曝氣階段并不需要很大的曝氣量來保證高溶解氧使氮類物質(zhì)全部轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，因而可以節(jié)省能耗。
[0023]e).好氧反應(yīng)，在第η個反應(yīng)池曝氣的過程中，活性污泥在好氧狀態(tài)下分解有機物，同時自養(yǎng)微生物在好氧條件下將分解出的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝氮和硝氮；聚磷菌在好氧環(huán)境中，消耗儲備在細(xì)胞內(nèi)的能量，吸收超過自身生長所需的磷，將污水中溶解態(tài)的磷元素轉(zhuǎn)化到微生物固體中，通過排泥徹底去除；
f).檢測曝氣是否完畢，判斷第η個反應(yīng)池理應(yīng)的曝氣時間段是否完畢，如果完畢，則停止對其曝氣；如果曝氣沒有完畢，則繼續(xù)曝氣作業(yè)；
g).對于本發(fā)明的 污水脫氮除磷系統(tǒng)，對N個反應(yīng)池按照步驟a)至步驟f)依次進行進行進水、曝氣操作，以是實現(xiàn)污水的脫氮除磷；由于污泥截留池截留的污泥經(jīng)污泥回流通道又回流至進水換向閘的進水端，可實現(xiàn)多次去污處理，當(dāng)處理后的污水合格后即可排放或重新利用。
[0024]各個反應(yīng)池中會在進水-曝氣的交替運行中培養(yǎng)起適應(yīng)特定污水污染物質(zhì)的活性污泥微生物:在進水階段開始階段，反應(yīng)池中主要為亞硝氮/硝氮，流入污水中為有機物、氨氮和磷，活性污泥在厭氧或缺氧狀態(tài)下利用有機物將亞硝氮/硝氮轉(zhuǎn)化為氮氣，徹底去除氮類物質(zhì)，同時部分微生物吸收有機物作為吸磷的能量物質(zhì)；在曝氣階段，反應(yīng)池中主要為殘余的有機物、氨氮和磷，活性污泥在好氧狀態(tài)下分解有機物，同時氨氮被轉(zhuǎn)化為亞硝氮/硝氮，并在下一個進水厭氧階段被徹底去除，聚磷菌超量吸收磷。
[0025]反應(yīng)池出水使用溢流堰的自由出水方式。在曝氣時，由于空氣占一定的體積，部分反應(yīng)池的泥水混合物會流出，直到不再溢流；停止曝氣后，反應(yīng)池中水位低于溢流堰，開始進水時并不會出水，當(dāng)水位到達溢流堰后的進水階段也是出水的過程。因而，單個的反應(yīng)池出水為間歇性。由于反應(yīng)池采用多個并聯(lián)的方式并首先在出水匯集閘混合，流入污泥截留池的污水量是均勻連續(xù)的。
【權(quán)利要求】
1.一種單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)，包括調(diào)節(jié)池(1)、進水泵(2)、進水換向閘(3)、出水匯集閘(6)、鼓風(fēng)機(8)、時間控制器(10)和多個反應(yīng)池，所述進水泵用于將調(diào)節(jié)池中的待處理污水抽入至進水換向閘的進水端，進水換向閘在時間控制器的控制下將待處理污水輸送至不同的反應(yīng)池；其特征在于:所述反應(yīng)池的數(shù)量為兩個或兩個以上，每個反應(yīng)池只有進水階段和曝氣兩個階段，鼓風(fēng)機的輸出端經(jīng)氣體換向閥(9)與不同的反應(yīng)池相通，氣體換向閥在時間控制器的控制作用下將空氣送入不同的反應(yīng)池；由反應(yīng)池流出的水體均匯集至出水匯集閘，由出水匯集閘流出的水體流入至污泥截留池(7)中；經(jīng)污泥截留池流出的水體可經(jīng)污泥回流通道回流至進水換向閘的進水端；出水匯集閘由時間控制器進行控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)，其特征在于:所述反應(yīng)池的形狀為方形或圓形，方形的反應(yīng)池采用壁面共建的建設(shè)方式，圓形的反應(yīng)池采用非混凝土的材質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)，其特征在于:所述反應(yīng)池的出水處設(shè)置有溢流堰，在反應(yīng)池中處理后的污水經(jīng)溢流堰流入至出水匯集閘(6)中；污泥截留池(7)采用沉淀池或膜組件。
4.一種基于權(quán)利要求1所述的單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)的方法，其特征在于，設(shè)反應(yīng)池的數(shù)量為N個，所述污水脫氮除磷方法通過以下步驟來實現(xiàn): a).進水?dāng)嚢?，利用進水泵將調(diào)節(jié)池中的待處理污水抽至進水換向閘，在進水換向閘的控制作用下，將待處理污水抽至第η個反應(yīng)池中，同時對反應(yīng)池進行攪拌操作，第I個反應(yīng)池在進水的同時不執(zhí)行曝氣操作；剩余的N-1個反應(yīng)池不執(zhí)行進水操作，但執(zhí)行攪拌和曝氣操作；η≤ N ; b).缺氧、厭氧反應(yīng)，在第η個反應(yīng)池進水的過程中，由于處于缺氧、厭氧狀態(tài)，異養(yǎng)微生物利用有機物將硝氮和亞硝氮轉(zhuǎn)化為氮氣，從而實現(xiàn)污水中氮元素的去除；聚磷菌厭氧環(huán)境下吸收有機物作為貯備能量，同時釋放出少量的磷元素，為在好氧狀態(tài)下吸收磷元素做準(zhǔn)備； c).檢測進水是否完畢，檢測第η個反應(yīng)池的理應(yīng)的進水時間段是否完畢，如果進水完畢，則執(zhí)行步驟d);如果沒有進水完畢，則繼續(xù)進水； d).曝氣作業(yè)，通過進水換向閘停止對第η個反應(yīng)池的供水，轉(zhuǎn)為對第η+1個反應(yīng)池供水；同時，通過氣體換向閥向第η個反應(yīng)池進行供氣，實現(xiàn)第η個反應(yīng)池的曝氣操作，曝氣的同時進行攪拌操作； e).好氧反應(yīng)，在第η個反應(yīng)池曝氣的過程中，活性污泥在好氧狀態(tài)下分解有機物，同時自養(yǎng)微生物在好氧條件下將分解出的氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝氮和硝氮；聚磷菌在好氧環(huán)境中，消耗儲備在細(xì)胞內(nèi)的能量，吸收超過自身生長所需的磷，將污水中溶解態(tài)的磷元素轉(zhuǎn)化到微生物固體中，通過排泥徹底去除； f).檢測曝氣是否完畢，判斷第η個反應(yīng)池理應(yīng)的曝氣時間段是否完畢，如果完畢，則停止對其曝氣；如果曝氣沒有完畢，則繼續(xù)曝氣作業(yè)； g).對于本發(fā)明的污水脫氮除磷系統(tǒng)，對N個反應(yīng)池按照步驟a)至步驟f)依次進行進行進水、曝氣操作，以是實現(xiàn)污水的脫氮除磷；由于污泥截留池中截留的污泥經(jīng)污泥回流通道又回流至進水換向閘的進水端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的單池型交替進水和曝氣的污水脫氮除磷系統(tǒng)的方法，其特征在于:當(dāng)反應(yīng)池的數(shù)量為2個時，所述進氣時間段和進氣時間段相等；當(dāng)反應(yīng)池的數(shù)量為2個以上時，根據(jù)污水水質(zhì)分配進水時間段和曝氣時間段的比例大小；每個反應(yīng)池只有進水階段和曝氣階段。
【文檔編號】C02F3/30GK104016483SQ201410269253
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月17日
【發(fā)明者】戚偉康, 戚偉健, 李玉友, 郭一令 申請人:戚偉康, 戚偉健