本實(shí)用新型屬于環(huán)境工程中的污水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種強(qiáng)化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝。

背景技術(shù)：

隨著環(huán)境保護(hù)要求的提高，污水治理去除有機(jī)物的同時(shí)需要進(jìn)行脫氮除磷。因此許多研究者將氧化溝循環(huán)廊道前增加厭氧區(qū)(或厭氧池)，以滿(mǎn)足污水的除磷要求。氧化溝實(shí)現(xiàn)脫氮功能，方法之一是調(diào)節(jié)曝氣器在循環(huán)廊道內(nèi)形成好氧區(qū)和缺氧區(qū)，在好氧區(qū)可實(shí)現(xiàn)有機(jī)物氧化及硝化反應(yīng)，在缺氧區(qū)可進(jìn)行反硝化脫氮。

而混合液在氧化溝循環(huán)廊道內(nèi)流行時(shí)間的長(zhǎng)短，又決定了混合液每次在好氧區(qū)和缺氧區(qū)停留時(shí)間的長(zhǎng)短。

如圖1所示，混合液在氧化溝循環(huán)廊道內(nèi)流行時(shí)間的長(zhǎng)短可以用(1)式表征：

式(1)中：T—循環(huán)周期，即混合液在氧化溝池循環(huán)廊道內(nèi)流行一圈所用時(shí)間，min

L_mid—氧化溝池循環(huán)廊道中線(xiàn)周長(zhǎng)，m，即圖1中所示循環(huán)廊道內(nèi)虛線(xiàn)長(zhǎng)度

v—混合液在氧化溝池循環(huán)廊道內(nèi)的流行速度，m/s；

所以混合液每一次流經(jīng)好氧區(qū)所用時(shí)間T_o等于循環(huán)周期T乘以好氧區(qū)容積V_o占循環(huán)廊道總?cè)莘eV_CC的比例，見(jiàn)(2)式：

式(2)中：T_o—混合液每次流經(jīng)好氧區(qū)所用時(shí)間，min

V_o—好氧區(qū)容積，m³

V_CC—氧化溝池循環(huán)廊道總?cè)莘e，m³

所以混合液每一次流經(jīng)缺氧區(qū)所用時(shí)間T_n等于循環(huán)周期T乘以缺氧區(qū)容積V_n占循環(huán)廊道總?cè)莘eV_CC的比例，見(jiàn)(3)式：

式(3)中：T_n—混合液每次流經(jīng)缺氧區(qū)所用時(shí)間，min

V_n—缺氧區(qū)容積，m³

其中：V_CC＝V_o+V_n (4)

而不同的氧化溝循環(huán)周期差別很大，如表1所示：

表1國(guó)內(nèi)外已建氧化溝的循環(huán)周期表

注：①H為循環(huán)廊道有效水深；②計(jì)算T時(shí)v按0.3m/s計(jì)。

由表1中數(shù)據(jù)可以看出已建氧化溝循環(huán)周期從幾分鐘至幾十分鐘不等，相差很大。對(duì)于循環(huán)廊道內(nèi)設(shè)置好氧區(qū)和缺氧區(qū)的氧化溝工藝，循環(huán)周期的差別會(huì)影響混合液每次在好氧區(qū)和缺氧區(qū)停留時(shí)間的長(zhǎng)短，進(jìn)而會(huì)影響到反硝化聚磷菌(DPAOs)占總聚磷菌(PAOs)的比例，最終會(huì)影響到氧化溝脫氮除磷的效果。

反硝化除磷菌(DPAOs)，可以利用NO₃^-、NO₂^-作為電子受體，胞內(nèi)的有機(jī)物聚β-羥基鏈烷酸酯(PHA)作為碳源和電子供體，用于在缺氧環(huán)境下吸磷，同時(shí)將NO₃^-、NO₂^-還原為氮?dú)?。所以反硝化聚磷菌可以?shí)現(xiàn)一碳兩用，即胞內(nèi)儲(chǔ)存的PHA可以同時(shí)用于反硝化脫氮和缺氧吸磷。因此當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)的反硝化聚磷菌增多時(shí)，系統(tǒng)脫氮除磷的有機(jī)物消耗量、耗氧量及剩余污泥排放量均會(huì)較傳統(tǒng)反硝化脫氮和好氧除磷低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是對(duì)循環(huán)周期采取時(shí)序控制，提供一種強(qiáng)化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案概述如下：

一種強(qiáng)化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝，厭氧池2通過(guò)管路依次與氧化溝池3、沉淀池4、三通6、污泥回流泵5的進(jìn)水端連接，污泥回流泵5的出水端通過(guò)管路與厭氧池2連接；厭氧池2的側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)水管1；三通6與剩余污泥排放管7連接；沉淀池4的上部設(shè)置有出水管8；在厭氧池2內(nèi)部設(shè)置有攪拌器9；在氧化溝池3內(nèi)底部均勻設(shè)置有微孔曝氣器10，微孔曝氣器10通過(guò)管路與設(shè)置在氧化溝池3外的鼓風(fēng)曝氣機(jī)11連接，鼓風(fēng)曝氣機(jī)11與時(shí)控開(kāi)關(guān)12連接，一側(cè)廊道起始端部中線(xiàn)位置有效水深二分之一處設(shè)置有第一水下推進(jìn)器13，另一側(cè)廊道起始端部中線(xiàn)位置有效水深二分之一處設(shè)置有第二水下推進(jìn)器14。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

(1)不改變其它運(yùn)行參數(shù)，不使用化學(xué)藥劑，僅通過(guò)對(duì)氧化溝循環(huán)廊道的曝氣方式及曝氣供氧區(qū)域進(jìn)行改造，就可以使反硝化聚磷菌得以富集，可以使氧化溝系統(tǒng)脫氮除磷同時(shí)達(dá)到較高去除率。

(2)與實(shí)現(xiàn)相同處理效果的其它活性污泥工藝相比，可節(jié)省25％左右的有機(jī)物消耗量，節(jié)省20％左右的耗氧量，并減少了20％左右的剩余污泥產(chǎn)量。

(3)與傳統(tǒng)活性污泥工藝相比較，省去了好氧區(qū)向缺氧區(qū)回流混合液的內(nèi)回流泵房及內(nèi)回流泵，減小了占地面積，節(jié)約了建造費(fèi)用。

(4)對(duì)現(xiàn)有設(shè)置氧化溝工藝的污水處理廠(chǎng)改造方式簡(jiǎn)單，尤其適用于循環(huán)周期小于8分種的氧化溝污水處理廠(chǎng)的改造。也適用于新建污水處理廠(chǎng)。

附圖說(shuō)明

圖1為現(xiàn)有技術(shù)氧化溝循環(huán)周期關(guān)系推導(dǎo)示意圖。

圖2為本實(shí)用新型的強(qiáng)化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝示意圖。

圖1中：21——進(jìn)水管 22——氧化溝池 23——曝氣轉(zhuǎn)刷 24——水下推進(jìn)器 25——好氧區(qū)，氧化溝池內(nèi)混合液溶解氧濃度大于等于2.0mg/L的區(qū)域 26——缺氧區(qū)，氧化溝池內(nèi)混合液溶解氧濃度小于2.0mg/L的區(qū)域 27——沉淀池 28——回流污泥 29——剩余污泥 30——出水 B—氧化溝池循環(huán)廊道的廊道寬，m；

圖2中：

1——進(jìn)水管 2——厭氧池 3——氧化溝池 4——沉淀池 5——污泥回流泵 6——三通 7——剩余污泥排放管 8——出水管 9——攪拌器 10——微孔曝氣器 11——鼓風(fēng)曝氣機(jī) 12——時(shí)控開(kāi)關(guān)，13——第一水下推進(jìn)器，14——第二水下推進(jìn)器14。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明。

一種強(qiáng)化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝，見(jiàn)圖2，厭氧池2通過(guò)管路依次與氧化溝池3、沉淀池4、三通6、污泥回流泵5的進(jìn)水端連接，污泥回流泵5的出水端通過(guò)管路與厭氧池2連接；厭氧池2的側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)水管1；三通6與剩余污泥排放管7連接；沉淀池4的上部設(shè)置有出水管8；在厭氧池2內(nèi)部設(shè)置有攪拌器9；在氧化溝池3內(nèi)底部均勻設(shè)置有微孔曝氣器10，微孔曝氣器10通過(guò)管路與設(shè)置在氧化溝池3外的鼓風(fēng)曝氣機(jī)11連接，鼓風(fēng)曝氣機(jī)11與時(shí)控開(kāi)關(guān)12連接，一側(cè)廊道起始端部中線(xiàn)位置有效水深二分之一處設(shè)置有第一水下推進(jìn)器13，另一側(cè)廊道起始端部中線(xiàn)位置有效水深二分之一處設(shè)置有第二水下推進(jìn)器14。

一種強(qiáng)化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝的操作方法，包括如下步驟：

(1)使用一種強(qiáng)化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝，厭氧池2通過(guò)管路依次與氧化溝池3、沉淀池4、三通6、污泥回流泵5的進(jìn)水端連接，污泥回流泵5的出水端通過(guò)管路與厭氧池2連接；厭氧池2的側(cè)壁上設(shè)置有進(jìn)水管1；三通6與剩余污泥排放管7連接；沉淀池4的上部設(shè)置有出水管8；在厭氧池2內(nèi)部設(shè)置有攪拌器9；在氧化溝池3內(nèi)底部均勻設(shè)置有微孔曝氣器10，微孔曝氣器10通過(guò)管路與設(shè)置在氧化溝池3外的鼓風(fēng)曝氣機(jī)11連接，鼓風(fēng)曝氣機(jī)11與時(shí)控開(kāi)關(guān)12連接，一側(cè)廊道起始端部中線(xiàn)位置有效水深二分之一處設(shè)置有第一水下推進(jìn)器13，另一側(cè)廊道起始端部中線(xiàn)位置有效水深二分之一處設(shè)置有第二水下推進(jìn)器14；

(2)將原污水自進(jìn)水管1流入?yún)捬醭?，同時(shí)將來(lái)自沉淀池4的回流污泥經(jīng)污泥回流泵5泵入?yún)捬醭?，原污水和回流污泥在攪拌器9的作用下混合，形成的泥水混合液流入氧化溝池3，開(kāi)啟第一水下推進(jìn)器13和第二水下推進(jìn)器14，氧化溝池3內(nèi)泥水混合液在廊道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)；由時(shí)控開(kāi)關(guān)12控制鼓風(fēng)曝氣機(jī)11開(kāi)啟與關(guān)閉，鼓風(fēng)曝氣機(jī)11開(kāi)啟運(yùn)行T_o分鐘，通過(guò)微孔曝氣器10向氧化溝池3供氧，鼓風(fēng)曝氣機(jī)供氣量要使T_o時(shí)間內(nèi)氧化溝池混合液溶解氧平均濃度大于等于2.0mg/L，而后鼓風(fēng)曝氣機(jī)11持續(xù)關(guān)閉T_n分鐘；T_o+T_n＝T，T為一個(gè)循環(huán)周期，4分鐘≤T_o≤9分鐘，4分鐘≤T_n≤9分鐘，且T_o＝T_n；氧化溝池3內(nèi)泥水混合液經(jīng)管道流入沉淀池4；沉淀池4上層清液經(jīng)出水管8排出，沉淀池4底部污泥一部分經(jīng)污泥回流泵5泵入?yún)捬醭?，另一部分通過(guò)三通6經(jīng)剩余污泥排放管7排放。

實(shí)施例1

原有厭氧-氧化溝系統(tǒng)的脫氮除磷效果和DPAOs/PAOs

原有一座脫氮除磷厭氧-氧化溝系統(tǒng)，厭氧池容積V_p＝20m³，厭氧池長(zhǎng)為5m、寬為2m、高為2m；氧化溝池循環(huán)廊道總?cè)莘eV_CC＝100m³，循環(huán)廊道寬B為1.5m，循環(huán)廊道有效水深H為1.0m，L_mid為66.67m。氧化溝池中40％是缺氧區(qū)，60％是好氧區(qū)，故V_n＝40m³，V_o＝60m³。氧化溝池內(nèi)好氧區(qū)底部設(shè)置微孔曝氣器對(duì)好氧區(qū)混合液進(jìn)行供氧，使好氧區(qū)溶解氧濃度在2.0mg/L以上。

厭氧-氧化溝進(jìn)水流量為Q_in＝240m³/d，生物反應(yīng)池總水力停留時(shí)間HRT＝12h，其中厭氧池水力停留時(shí)間t_p＝2h，氧化溝池水力停留時(shí)間HRT_CC＝10h，缺氧區(qū)水力停留時(shí)間t_n＝4h，好氧區(qū)水力停留時(shí)間t_o＝6h。

氧化溝池循環(huán)周期T為3.70min，其中T_n為1.48min，T_o為2.22min。原污水和回流污泥由厭氧池起端進(jìn)水口流入，在厭氧池內(nèi)攪拌器的作用下混合，形成的泥水混合液流入氧化溝池，氧化溝池內(nèi)布置水下推進(jìn)器推動(dòng)混合液流動(dòng)，v為0.3m/s。氧化溝池內(nèi)混合液由出水口流出進(jìn)入沉淀池進(jìn)行泥水分離，靜沉出水由沉淀池上部排出，沉淀池底部分污泥回流至厭氧池起端與污水一起進(jìn)入?yún)捬醭亍?/p>

沉淀池回流至厭氧池的污泥回流量為192m³/d，即污泥回流比為80％。剩余污泥定期從沉淀池底部排出，使系統(tǒng)污泥齡維持在12天。厭氧池和氧化溝池混合液污泥濃度MLSS均在3600～3800mg/L。

該厭氧-氧化溝系統(tǒng)進(jìn)水COD＝408mg/L，TN＝40.45mg/L，TP＝7.03mg/L；出水COD＝36mg/L，TN＝15.50mg/L，TP＝1.02mg/L；COD、TN和TP去除率分別為91.18％、61.68％和85.49％；系統(tǒng)內(nèi)反硝化聚磷菌(DPAOs)占總聚磷菌(PAOs)的比例DPAOs/PAOs為12.72％。

實(shí)施例2

本實(shí)用新型的一種強(qiáng)化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝脫氮除磷效果和DPAOs/PAOs

將原有厭氧-氧化溝系統(tǒng)按照本實(shí)用新型進(jìn)行改造，即本實(shí)用新型的強(qiáng)化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝，見(jiàn)圖2，厭氧池容積V_p＝20m³，厭氧池長(zhǎng)為5m、寬為2m、高為2m，維持不變；氧化溝池循環(huán)廊道總?cè)莘eV_CC＝100m³，循環(huán)廊道寬B為1.5m，循環(huán)廊道有效水深H為1.0m，L_mid為66.67m，維持不變；將氧化溝池底均勻布置微孔曝氣器。

改造后厭氧-氧化溝進(jìn)水流量Q_in＝240m³/d，生物反應(yīng)池總水力停留時(shí)間HRT＝12h，其中厭氧池水力停留時(shí)間t_p＝2h，氧化溝池水力停留時(shí)間HRT_CC＝10h。

原污水自進(jìn)水管流入?yún)捬醭兀瑫r(shí)將來(lái)自沉淀池的回流污泥經(jīng)污泥回流泵泵入?yún)捬醭?，原污水和回流污泥在攪拌器的作用下混合，形成的泥水混合液流入氧化溝池，氧化溝池?nèi)開(kāi)啟水下推進(jìn)器推動(dòng)泥水混合液在廊道內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，v為0.3m/s。由時(shí)控開(kāi)關(guān)控制鼓風(fēng)曝氣機(jī)開(kāi)啟與關(guān)閉，鼓風(fēng)曝氣機(jī)開(kāi)啟運(yùn)行T_o分鐘，通過(guò)微孔曝氣器向氧化溝池供氧，鼓風(fēng)曝氣機(jī)供氣量使T_o時(shí)間內(nèi)氧化溝池混合液溶解氧平均濃度大于等于2.0mg/L，而后鼓風(fēng)曝氣機(jī)持續(xù)關(guān)閉T_n分鐘；T_o+T_n＝T，T為一個(gè)循環(huán)周期，4分鐘≤T_o≤9分鐘，4分鐘≤T_n≤9分鐘，且T_o＝T_n。氧化溝池內(nèi)泥水混合液經(jīng)管道流入沉淀池，進(jìn)行泥水分離，沉淀池上層清液經(jīng)出水管排出，沉淀池底部污泥一部分經(jīng)污泥回流泵泵入?yún)捬醭?，另一部分通過(guò)三通經(jīng)剩余污泥排放管排放。

沉淀池回流至厭氧池的污泥回流量為192m³/d，即污泥回流比為80％。剩余污泥定期從沉淀池底部排出，使系統(tǒng)污泥齡維持在12天。厭氧池和氧化溝池混合液污泥濃度MLSS均在3600～3800mg/L。

原厭氧-氧化溝系統(tǒng)中V_o/V_CC為60％，V_n/V_CC為40％，但在改造后的厭氧-氧化溝系統(tǒng)間歇曝氣過(guò)程中，由于曝氣器剛關(guān)閉時(shí)循環(huán)廊道內(nèi)溶解氧濃度降低到2.0mg/L以下需要一段時(shí)間，故在間歇曝氣中曝氣時(shí)長(zhǎng)和非曝氣時(shí)長(zhǎng)各占50％即可，即T_o＝T_n即可。

表2改變T時(shí)，改造后厭氧-氧化溝脫氮除磷效果及DPAOs/PAOs

由表2可知，循環(huán)周期T為40分鐘時(shí)，混合液曝氣供氧20分鐘，時(shí)間較長(zhǎng)，因此有利于好氧吸磷充分反應(yīng)，這樣就導(dǎo)致了好氧吸磷時(shí)PHA消耗較多，而留給停止曝氣時(shí)的反硝化吸磷反應(yīng)的PHA較少，因此反硝化聚磷反應(yīng)也不能較好進(jìn)行，長(zhǎng)期培養(yǎng)后，就導(dǎo)致了DPAOs/PAOs比值較低。故T＝40分鐘(T_o＝T_n＝20分鐘)時(shí)，DPAOs/PAOs所占比例為21％左右。

當(dāng)循環(huán)周期T減小至18分鐘，14分鐘和8分鐘時(shí)，混合液曝氣供氧時(shí)間縮短至9分鐘,7分鐘和4分鐘，此時(shí)好氧吸磷反應(yīng)消耗的PHA量減少，因此有利于停止曝氣時(shí)的反硝化聚磷反應(yīng)的進(jìn)行，長(zhǎng)期培養(yǎng)后，就導(dǎo)致了DPAOs/PAOs比值較高。所以循環(huán)周期T為18分鐘(T_o＝T_n＝9分鐘)，14分鐘(T_o＝T_n＝7分鐘)和8分鐘時(shí)(T_o＝T_n＝4分鐘)DPAOs/PAOs可達(dá)40％以上。

當(dāng)循環(huán)周期T減小至4分鐘時(shí)，混合液曝氣供氧時(shí)間和停止曝氣時(shí)間均縮短至2分鐘。雖然此時(shí)好氧吸磷反應(yīng)時(shí)間和反硝化吸磷反應(yīng)時(shí)間都較短。但是由于通常認(rèn)為所有聚磷菌都能進(jìn)行好氧吸磷，能進(jìn)行好氧吸磷的聚磷菌中只有一部分能進(jìn)行缺氧吸磷，所以能夠進(jìn)行好氧吸磷的聚磷菌數(shù)量總是大于能夠進(jìn)行缺氧吸磷的聚磷菌數(shù)量，因此這就導(dǎo)致了，更短的停曝時(shí)間內(nèi)反硝化聚磷反應(yīng)不能充分進(jìn)行，而由于好氧吸磷菌數(shù)量多，所以雖然好氧吸磷時(shí)間也較短，但好氧吸磷還是要比反硝化吸磷進(jìn)行的充分些，所以長(zhǎng)期培養(yǎng)后，循環(huán)周期T為4分鐘(T_o＝T_n＝2分鐘)時(shí)，仍舊會(huì)導(dǎo)致DPAOs/PAOs比值降低至10％左右。

而原厭氧-氧化溝系統(tǒng)的工作狀況與改造后系統(tǒng)循環(huán)周期T為4分鐘時(shí)類(lèi)似，故原厭氧-氧化溝系統(tǒng)未能同時(shí)達(dá)到較高的脫氮除磷率。

由此可知，循環(huán)周期會(huì)影響到反硝化聚磷菌的生長(zhǎng)情況，進(jìn)而這又會(huì)影響到氧化溝脫氮除磷的效果。

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