本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種強(qiáng)化除磷與污泥減量型污水處理工藝。

背景技術(shù)：

高含氮、磷污水的排放會大量消耗水體氧氣，造成水體富營養(yǎng)化，甚至產(chǎn)生毒性。因此，去除污水中生物有機(jī)物質(zhì)，尤其是利用生物方式去除，對于水環(huán)境的保護(hù)至關(guān)重要。目前主流的污水除磷技術(shù)主要是物理、化學(xué)和生物方法的單獨(dú)使用和結(jié)合強(qiáng)化。物理除磷方法已經(jīng)被證實(shí)是一種較為昂貴的處理方法，例如電解析和反滲透技術(shù)，但這些技術(shù)效率低，去除率僅為10%?；瘜W(xué)除磷技術(shù)則會帶來較為高昂的化學(xué)藥劑消耗，并產(chǎn)生大量的化學(xué)污泥，這又與目前的減少污水處理中的剩余污泥產(chǎn)量發(fā)展方向相悖。生物處理技術(shù)在理論上可以達(dá)到98%的總磷去除率，但在實(shí)際的污水處理中，又存在聚磷菌與其他菌種尤其是發(fā)硝化菌爭搶有機(jī)物的競爭關(guān)系，生活污水普遍碳源偏低等限制因素，其實(shí)際處理效率也不高。并且生物處理的最終除磷方式也是依靠排除高濃度含磷污泥，故依然存在剩余污泥過大的問題，增加了污水處理的成本。但相比之下，生物除磷方法較之物理和化學(xué)方法，其經(jīng)濟(jì)效益更好，運(yùn)行操作更為簡便，在降低出水總磷含量，控制水體富營養(yǎng)化方面也行之有效，所以是目前大多數(shù)污水處理廠最主流的除磷方式。

傳統(tǒng)的生物除磷過程主要是依靠聚磷菌完成的，包括兩個(gè)過程：厭氧環(huán)境中聚磷菌利用分解體內(nèi)磷粒釋放的能量，將揮發(fā)性脂肪酸轉(zhuǎn)換成PHB儲存在體內(nèi)；好氧或者缺氧環(huán)境中聚磷菌分解體內(nèi)的PHB產(chǎn)生能量用于自身細(xì)胞生長以及過量吸收水中的磷合成磷粒儲存在細(xì)胞內(nèi)，隨著排除多余的富含聚磷菌的污泥完成除磷。目前，越來越嚴(yán)格的污水廠出水氮、磷和COD限值，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了現(xiàn)有活性污泥工藝的處理能力，亟待對現(xiàn)有工藝的升級與發(fā)展。

基于傳統(tǒng)A²O處理系統(tǒng)的生物膜填料處理工藝是一種高效的污水處理技術(shù)，能使生活污水處理后出水達(dá)到較高的水質(zhì)。生物膜處理工藝有效避免了傳統(tǒng)活性污泥處理方法的缺點(diǎn)，如抗沖擊負(fù)荷差，容易產(chǎn)生污泥膨脹，剩余污泥產(chǎn)量大等，在提高污水處理脫氮除磷效率，尤其是在處理廠升級改造空間和資金有限的情況下，是一種新興有前景的處理工藝。

生物膜處理工藝在污水處理方面主要優(yōu)勢有：降低剩余污泥產(chǎn)量；更高的有機(jī)物負(fù)荷率；降低懸浮固體（SS）濃度；更高的溶解氧傳遞效率；活性微生物生物量更高更豐富；由于生物膜依附于填料存在，從外而內(nèi)形成溶解氧濃度差，有助于同步硝化反硝化和同步脫氮除磷反應(yīng)的發(fā)生；生物填料較大的比表面積提高了附著生物傳輸率以及微生物對沖擊負(fù)荷和有毒物質(zhì)的抵抗能力。生物膜法在脫氮除磷方面也有一些劣勢，例如，在目前國內(nèi)生活污水多為低碳源情況下，碳源含量制約生物除磷效率；生物膜法較低的污泥產(chǎn)量也不利于磷的去除以及后續(xù)磷的回收與利用，為污水廠能量自給自足提供可能。

除此以外，常規(guī)污水處理工藝產(chǎn)生大量的剩余污泥，剩余污泥的處置費(fèi)用在污水廠運(yùn)行費(fèi)用中占很大比例。這嚴(yán)重制約了污水處理的可持續(xù)發(fā)展，尤其是污水處理廠向能量自給自足甚至能源外供性污水處理轉(zhuǎn)型發(fā)展。而控制剩余污泥的產(chǎn)生又與目前污水生物脫氮除磷工藝想矛盾，大量的剩余污泥又蘊(yùn)含可二次利用的巨大潛能。

綜上所述，如何在污水處理過程中消減污泥產(chǎn)生量，同時(shí)提高脫氮除磷的效果，尤其是低碳氮比污水的脫氮除磷效果成為了迫切需要解決的問題。研發(fā)新型的污泥減量與強(qiáng)化脫氮除磷耦合技術(shù)及其工藝系統(tǒng)，對我國污水處理事業(yè)的發(fā)展具有重大的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有污水處理技術(shù)存在的污水處理流程長、污泥產(chǎn)量大、氮磷去除效率不高、應(yīng)對異常進(jìn)水抗沖擊能力弱以及處理成本高等問題，設(shè)計(jì)了一種強(qiáng)化除磷與污泥減量型污水處理工藝，本發(fā)明工藝集生物絮凝沉淀、主流生物除磷耦合側(cè)流化學(xué)除磷、同步硝化反硝化脫氮、污泥原位減量于一體，能夠應(yīng)對短時(shí)間高濃度有機(jī)負(fù)荷，同時(shí)具有污泥產(chǎn)量小、脫氮除磷效果好、抗沖擊能力強(qiáng)、處理流程簡單等優(yōu)點(diǎn)，是一種可有效應(yīng)對異常進(jìn)水的城市污水處理工藝。

一種強(qiáng)化除磷與污泥減量型污水處理工藝，包括以下步驟：

整體處理：污水由進(jìn)水管進(jìn)入前置污泥減量單元，先停留3～5h后，進(jìn)入污泥減量單元的初沉池，停留1h；然后以逆向流流態(tài)，斜對角方式，反復(fù)逆流進(jìn)入主反應(yīng)器處理過程，依次流經(jīng)厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)進(jìn)行生化反應(yīng)處理，總水力停留時(shí)間7～10h，厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)體積比為1：1：2.5，好氧區(qū)出水進(jìn)入二沉池靜置，經(jīng)20～30d排放二沉池剩余污泥，二沉池下部污泥經(jīng)污泥外回流管回流至前置污泥減量單元，參加新引入的污水循環(huán)處理過程，處理完成后的污水經(jīng)二沉池上部出水管排出；同時(shí)，厭氧區(qū)上清液進(jìn)入側(cè)流化學(xué)結(jié)晶柱進(jìn)行磷的化學(xué)結(jié)晶去除，除磷后清液回流到缺氧區(qū)；各處理單元具體運(yùn)行如下：

前置污泥減量單元：

所述前置污泥減量單元包括由曝氣、缺氧和厭氧生物絮凝形成的一體化預(yù)處理區(qū)，預(yù)處理區(qū)后設(shè)置有初沉池，預(yù)處理區(qū)的前端設(shè)有進(jìn)水管，預(yù)處理區(qū)的上部與初沉池上部相連通，且預(yù)處理區(qū)底部與初沉池底部設(shè)有污泥內(nèi)回流管，預(yù)處理區(qū)和初沉池形成內(nèi)循環(huán)回流管路；

前置污泥減量單元與初沉池污泥回流相結(jié)合，利用長泥齡實(shí)現(xiàn)污泥原位減量；污水在前置污泥減量單元中與二沉池回流污泥混合后，以推流式流態(tài)依次通過前段曝氣、后段缺氧和厭氧生物絮凝形成的一體化預(yù)處理區(qū)，回流污泥帶來的微生物在交替厭氧缺氧環(huán)境中，通過胞溶水解和解耦聯(lián)作用減少污泥量，同時(shí)生成小分子和易降解有機(jī)物，并為后續(xù)的生化反應(yīng)提供充足的碳源；微生物還通過吸附絮凝作用吸附污水中的懸浮物和小顆粒物質(zhì)，降低進(jìn)水的懸浮物質(zhì)，提高后續(xù)可生化性；然后污水進(jìn)入預(yù)處理區(qū)后設(shè)置的初沉池，形成初沉污泥，初沉污泥回流至預(yù)處理區(qū)再吸附沉淀；

②主反應(yīng)器處理過程：

所述厭氧區(qū)由2個(gè)或多個(gè)厭氧池串聯(lián)，缺氧區(qū)由2個(gè)或多個(gè)缺氧池串聯(lián)、好氧區(qū)由2個(gè)或多個(gè)好氧池串聯(lián)而成；厭氧池、缺氧池和好氧池內(nèi)放置球形多孔鐵氧化物陶土復(fù)合填料；所述缺氧池與厭氧池之間由回流管聯(lián)通；最后一個(gè)好氧池與第一個(gè)缺氧池頂部之間設(shè)置消化液內(nèi)回流管，并在缺氧池頂部的回流管處設(shè)置活動(dòng)擋流隔板；所述的好氧池底部設(shè)置有曝氣管路；

來自污泥減量單元初沉池的上部澄清液由底部流入?yún)捬醭?，以逆向流流態(tài)，斜對角方式，往復(fù)逆流循環(huán)，依次流經(jīng)厭氧池、缺氧池和好氧池，在各反應(yīng)池中水流自下而上流動(dòng)擾動(dòng)混合液，在水流的帶動(dòng)下，混合液微攪拌進(jìn)而混合均勻，水流流經(jīng)球形多孔鐵氧化物陶土復(fù)合填料，與填料表面附著微生物充分接觸，帶動(dòng)填料處于流離懸浮狀態(tài)，最后，水流由好氧池側(cè)壁上部孔洞流出，進(jìn)入二沉池；

側(cè)流化學(xué)結(jié)晶除磷

所述側(cè)流化學(xué)結(jié)晶柱由結(jié)晶反應(yīng)區(qū)和位于其上部的上清液靜置區(qū)兩部分組成；厭氧池上清液經(jīng)側(cè)流管由底部流入側(cè)流化學(xué)結(jié)晶柱，以升流式流態(tài)通過結(jié)晶反應(yīng)區(qū)，結(jié)晶反應(yīng)區(qū)內(nèi)裝填鐵氧化物鋼渣作為晶種，并投加氯化鈣，投加濃度為Ca²⁺與P摩爾比為3～5：1，污水中的高濃度磷酸鹽與結(jié)晶柱中的金屬鹽反應(yīng)形成沉淀結(jié)晶析出，除磷后的混合液在結(jié)晶柱頂部上清液靜置區(qū)停留10～15min，上清液經(jīng)由回流管道回流到缺氧區(qū)，結(jié)晶柱內(nèi)結(jié)晶體通過晶柱側(cè)面取樣口取出。

上述本發(fā)明強(qiáng)化除磷與污泥減量型污水處理工藝，采用多步驟強(qiáng)化厭氧釋磷：硝化液內(nèi)回流點(diǎn)活動(dòng)隔板阻礙回流硝化液擴(kuò)散造至成厭氧池，降低抑制釋磷作用；前置污泥減量模塊缺氧/厭氧環(huán)境，消耗硝酸根，降低抑制釋磷作用；高濃度混合液和長泥齡提高發(fā)性脂肪酸等易生化碳源濃度，強(qiáng)化后續(xù)厭氧池釋磷作用；增加厭氧池上清液側(cè)流點(diǎn)，上清液按照比例流入側(cè)流化學(xué)除磷沉淀池，生物和化學(xué)復(fù)合除磷提高除磷效果。步驟中，所述的曝氣，曝氣量優(yōu)選2~3mg/L；

進(jìn)一步地：

步驟中，污泥減量模塊污泥濃度優(yōu)選8g/L，高負(fù)荷污泥濃度具有快速吸附、水解、消解有機(jī)物功能，可降解回流污泥中的有機(jī)物以及微生物死亡產(chǎn)生的惰性物質(zhì)。活性污泥水解在一定程度上可以增加新的細(xì)胞，同時(shí)還會產(chǎn)生一部分有價(jià)值的額外碳源。在整個(gè)減量模塊中，混合污泥只做污泥循環(huán)回流，不進(jìn)行排泥，理論上污泥齡趨于無限長，對于世代時(shí)間長的微生物（如反硝化菌等無機(jī)化能自養(yǎng)微生物）成為優(yōu)勢菌種，同時(shí)還能完成磷的去除。

步驟②中，污水在厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)停留時(shí)間比為 1：1：5，總停留時(shí)間優(yōu)選7h；優(yōu)選地，厭氧區(qū)由2個(gè)厭氧池串聯(lián)、缺氧區(qū)由2個(gè)缺氧池串聯(lián)、好氧區(qū)由5個(gè)好氧池串聯(lián)而成；溶解氧量控制在厭氧池0mg/L、缺氧池0.2mg/L、5個(gè)好氧池依次為5 mg/L、2 mg/L、3.6 mg/L、1.5 mg/L、2mg/L；

步驟②中，所述的球形多孔鐵氧化物陶土復(fù)合填料，好氧池的裝填體積比為40～60%，厭氧池和缺氧池的裝填體積比為90～100%；

步驟②中，優(yōu)選地，所述的球形多孔氧化鐵陶土復(fù)合填料，球形，直徑8cm，由外部鐵氧化物陶土外殼和內(nèi)部懸浮填料構(gòu)成。所述的鐵氧化物陶土外殼包括PVC注塑支架以及在支架表面粘附的鐵氧化物陶土，直徑8cm，表面呈多孔狀，孔隙率65%；內(nèi)部懸浮填料，由填料旋轉(zhuǎn)軸支撐，由多孔外殼內(nèi)部包裹PVC材質(zhì)圓形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成，直徑5cm，內(nèi)部懸浮填料繞旋轉(zhuǎn)軸可旋轉(zhuǎn)。

步驟②中，所述的好氧池優(yōu)選好氧/限氧曝氣模式，好氧池消化液經(jīng)回流管回流到缺氧池的回流點(diǎn)，回流比例200%；二沉池采用單側(cè)溢流出水，每20d排放一次剩余污泥。

步驟中，所述沉淀結(jié)晶析出，以反沖洗方式回收磷結(jié)晶體，反沖洗水由側(cè)流化學(xué)結(jié)晶柱底部設(shè)置的化學(xué)藥劑投加口進(jìn)入，由結(jié)晶取樣口回收反沖洗水。反沖洗時(shí)間為每間隔20～30d反沖洗一次結(jié)晶柱，回收磷晶體。

步驟中，所述的厭氧池上清液按照30～40%的比例流入化學(xué)結(jié)晶柱。厭氧池由于聚磷菌釋磷作用，上清液中磷濃度較高，將30～40%的富磷上清液引入側(cè)流化學(xué)除磷結(jié)晶柱中，投加鈣鹽等化學(xué)藥劑形成化學(xué)含磷結(jié)晶物，含磷結(jié)晶物通過結(jié)晶柱側(cè)收集口收集用以后續(xù)的磷回收，沉淀上清液回流到缺氧段。

步驟中，所述的結(jié)晶柱下部設(shè)有曝氣口，充入的氣體使混合液中CO₂溢出，保持結(jié)晶柱混合液維持在堿性環(huán)境。

步驟中，所述鐵氧化物鋼渣優(yōu)選為改性含鐵氧化物鋼渣，制備方法為取粒度為3~5mm的鋼渣顆粒，按照鋼渣與含鐵氧化物粉末、陶土質(zhì)量比為10：1：1加入含鐵氧化物粉末和陶土混合，制成5mm球形顆粒；然后按固液比0.8加入到NaOH、磷酸鹽、CaCl₂的混合水溶液中，溶液中NaOH 濃度為6mol/L，Ca2+濃度為1mol/L，Ca2+與P摩爾比為3：1，100^oC反應(yīng)6h，過濾即得。

本發(fā)明強(qiáng)化除磷與污泥減量型污水處理工藝，厭氧池上清液TP濃度為10~12.5 mg/L，結(jié)晶柱上部靜置區(qū)出水TP濃度0.12 mg/L，回流后最終反應(yīng)器出水TP:0.15～0.5，去除率90%。

（一）本發(fā)明工藝設(shè)計(jì)原理

本發(fā)明主要是在現(xiàn)有A²O工藝的基礎(chǔ)上，將長污泥齡污泥原位減量、側(cè)流除磷和生物絮凝沉淀有機(jī)結(jié)合，是在A²O工藝的基礎(chǔ)上，前置生物絮凝池和長污泥齡污泥過程減量單元，設(shè)置了由二沉池到前置污泥減量單元的回流點(diǎn)，不再外排剩余污泥，即剩余污泥為零；增加曝氣池到缺氧池的內(nèi)回流點(diǎn)活動(dòng)隔板，內(nèi)回流由缺氧池頂部進(jìn)入，與反應(yīng)器水流態(tài)逆向混合后在缺氧池內(nèi)部進(jìn)行反硝化反應(yīng)，以此避免水流擴(kuò)散造成對厭氧池的影響；增加缺氧池上清液至厭氧池回流點(diǎn)，為厭氧池提供更多的易降解有機(jī)物和釋磷所需揮發(fā)性脂肪酸；增加厭氧池上清液側(cè)流點(diǎn)，上清液按照比例流入側(cè)流化學(xué)除磷沉淀池，生物和化學(xué)復(fù)合除磷提高除磷效果；在厭氧池前增加前置污泥減量模塊，二沉池沉淀后的污泥全部回流至污泥減量模塊，進(jìn)水與回流污泥混合進(jìn)入污泥減量模塊，經(jīng)過減量模塊的曝氣區(qū)域、缺氧區(qū)域最后進(jìn)入?yún)捬跎镄跄恋韰^(qū)后，進(jìn)入生物主反應(yīng)區(qū)，由此避免硝酸鹽和其他物質(zhì)對厭氧池的影響，并為厭氧池提供揮發(fā)性脂肪酸等易生化碳源，強(qiáng)化釋磷作用。生物絮凝沉淀區(qū)的沉淀污泥由污泥減量單元的內(nèi)循環(huán)回流管路回流至進(jìn)水段，與進(jìn)水和二沉池回流污泥混合。由此形成強(qiáng)化生物釋磷的混合生物膜耦合污泥減量污水處理裝置。

本發(fā)明強(qiáng)化除磷與污泥減量型污水處理裝置，運(yùn)行過程中，全部回流污泥進(jìn)入前置污泥減量單元，進(jìn)水流經(jīng)污泥減量單元后進(jìn)入主反應(yīng)區(qū)；主反應(yīng)區(qū)中厭氧池上清液按照30%的比例流入側(cè)流除磷化學(xué)沉淀池，側(cè)流化學(xué)沉淀池上清液回流到缺氧區(qū)；順序流經(jīng)缺氧池、好氧池和二沉池后流出。污泥減量單元中，回流污泥帶來大量各種微生物，與進(jìn)水混合后，在該處理階段SRT長，微生物多處于減速生長期和內(nèi)源呼吸區(qū)，微生物在交替厭氧缺氧環(huán)境中通過胞溶水解和解耦聯(lián)等作用減少污泥量，同時(shí)生成小分子和易降解有機(jī)物如揮發(fā)性脂肪酸等，為后續(xù)的生化反應(yīng)提供充足的碳源；微生物的吸附絮凝作用可以吸附進(jìn)水中的懸浮物和小顆粒物質(zhì)，降低進(jìn)水的SS，提高后續(xù)可生化性。污泥減量單元污泥濃度高，一般控制在8g/L左右，如此高負(fù)荷污泥濃度具有快速吸附、水解、消解有機(jī)物功能，降解回流污泥中的有機(jī)物以及微生物死亡產(chǎn)生的惰性物質(zhì)?；钚晕勰嗨庠谝欢ǔ潭壬峡梢栽黾有碌募?xì)胞，同時(shí)還會產(chǎn)生一部分有價(jià)值的額外碳源。在整個(gè)污泥減量單元中，混合污泥只做污泥循環(huán)回流，不進(jìn)行排泥，理論上污泥齡趨于無限長，對于世代時(shí)間長的微生物如反硝化菌等無機(jī)化能自養(yǎng)微生物成為優(yōu)勢菌種，同時(shí)還能完成磷的去除。而從整個(gè)處理裝置來看，污泥減量單元的出水又是主反應(yīng)區(qū)的進(jìn)水，主反應(yīng)區(qū)定期排放剩余污泥到前置污泥減量單元，以保證好氧段正常穩(wěn)定進(jìn)行，污泥的循環(huán)以保證聚磷菌良好的除磷能力。從生物量角度，進(jìn)入好氧段的有機(jī)負(fù)荷降低，污泥產(chǎn)量相對減少，有利于硝化菌的富集，進(jìn)而提升脫氮效率。

當(dāng)剩余污泥進(jìn)入污泥減量段經(jīng)過水解酸化后，顆粒狀的剩余污泥被大量的水解細(xì)菌截留和吸附，在水解細(xì)菌的作用下，以多糖和氨基酸等物質(zhì)構(gòu)成的黏膠液被水解, 菌膠團(tuán)解體為分散的活性細(xì)胞，并為水解細(xì)菌所包圍。隨后，構(gòu)成細(xì)菌細(xì)胞壁的膚聚糖被水解細(xì)菌斷鍵分解，細(xì)胞壁被打開，從而使細(xì)胞死亡裂解。細(xì)胞壁的破裂使內(nèi)含的細(xì)胞物質(zhì)釋放出來，其中包含溶解性物質(zhì)和非溶解性物質(zhì)。非溶解性細(xì)胞物質(zhì)在水解細(xì)菌的作用下被進(jìn)一步水解為溶解性物質(zhì)，并隨系統(tǒng)中的溶解性物質(zhì)被產(chǎn)酸降解為小分子的脂肪酸和H₂、CO₂等無機(jī)物。經(jīng)過這一復(fù)雜的作用過程，剩余污泥得到有效的溶解，其復(fù)雜的有機(jī)組成轉(zhuǎn)化為簡單的小分子有機(jī)物，并進(jìn)入系統(tǒng)水體中，可以進(jìn)行進(jìn)一步的生物處理。

另外，前置污泥減量單元豐富的有機(jī)物含量、長污泥齡以及缺氧環(huán)境有利于反硝化菌的富集，反硝化細(xì)菌利用易降解的有機(jī)物作為電子供體，利用硝酸鹽作為電子受體，獲得迅速增值，即反硝化作用，完成脫氮，同時(shí)也進(jìn)一步降低了硝酸鹽對于后接厭氧池中聚磷菌釋磷的抑制作用，有助于強(qiáng)化釋磷。厭氧池由于聚磷菌釋磷作用，上清液中磷濃度較高，將30%的富磷上清液引入側(cè)流化學(xué)除磷結(jié)晶柱中，投加鈣鹽等化學(xué)藥劑形成化學(xué)含磷結(jié)晶物，含磷結(jié)晶物通過結(jié)晶取樣口收集用以后續(xù)的磷回收，沉淀上清液回流到缺氧段。

當(dāng)高濃度有機(jī)廢水、重金屬廢水、高無機(jī)顆粒廢水進(jìn)入本發(fā)明處理裝置時(shí)，調(diào)節(jié)進(jìn)水分配比和污泥回流分配比后，進(jìn)入前置污泥減量單元，污泥減量單元主要作為生物絮凝沉淀池使用，進(jìn)水中的有機(jī)物、重金屬、無機(jī)膠體或顆粒物、油類迅速與回流污泥混合，在初沉池中，回流污泥吸附沉淀上述物質(zhì)，生物絮凝池和初沉池同時(shí)具有絮凝、吸附、沉淀及反硝化脫氮功能，起到一級強(qiáng)化處理的作用。經(jīng)生物預(yù)沉處理后的污水再進(jìn)入?yún)捬醭?，進(jìn)行有機(jī)物的生物降解、除磷、脫氮、污泥減量等反應(yīng)。可將大量高濃度有機(jī)物質(zhì)、無機(jī)膠體或顆粒物、油類物質(zhì)等在進(jìn)入主反應(yīng)區(qū)前去除，具有抗高負(fù)荷沖擊的優(yōu)勢，解決了重金屬類有毒廢水對活性污泥系統(tǒng)的破壞。在沉淀池形成初沉污泥，污泥回流，使原剩余污泥在污泥減量單元再次利用，而對于短時(shí)間高濃度有機(jī)負(fù)荷，經(jīng)吸附沉淀后的污泥可停留至生物絮凝池，當(dāng)進(jìn)水恢復(fù)正常后，再逐漸啟動(dòng)污泥減量單元攪拌裝置，將吸附沉淀大量有機(jī)物質(zhì)的污泥逐步排入后續(xù)生物處理單元，達(dá)到平衡負(fù)荷沖擊的作用。

污水流態(tài)來看，橫向上進(jìn)水依次流經(jīng)了前置污泥減量模塊、生物反應(yīng)器的厭氧池、缺氧池和好氧池，隨著液相的流動(dòng)交替接觸好氧、缺氧、厭氧、缺氧和好氧環(huán)境，在水流順序流態(tài)上構(gòu)建了多氧化還原環(huán)境。在縱向上由于內(nèi)置球形多孔鐵氧化物陶土復(fù)合填料，由填料表面到內(nèi)部也形成了好氧-缺氧-厭氧的多氧化還原微環(huán)境。因此，整個(gè)生物反應(yīng)器無論在整體還是局部，都形成了多樣的多氧化還原環(huán)境；前置的污泥減量單元基于長污泥齡胞溶和解耦聯(lián)原理，對污泥減量起到強(qiáng)化作用。兩種工藝的耦合作用，對污水脫氮除磷以及原位污泥減量起到了至關(guān)重要的作用。

（二）本發(fā)明強(qiáng)化除磷與污泥減量型污水處理工藝技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢

本發(fā)明主要是在現(xiàn)有A²O工藝的基礎(chǔ)上，將長污泥齡污泥原位減量、側(cè)流除磷和生物絮凝沉淀有機(jī)結(jié)合，前置生物絮凝池和長污泥齡污泥過程減量單元，設(shè)置了由二沉池到前置污泥減量單元的回流點(diǎn)，不再外排剩余污泥，即剩余污泥為零；增加曝氣池到缺氧池的內(nèi)回流點(diǎn)活動(dòng)隔板，內(nèi)回流由缺氧池頂部進(jìn)入，與反應(yīng)器水流態(tài)逆向混合后在缺氧池內(nèi)部進(jìn)行反硝化反應(yīng)，以此避免水流擴(kuò)散造成對厭氧池的影響；增加缺氧池上清液至厭氧池回流點(diǎn)，為厭氧池提供更多的易降解有機(jī)物和釋磷所需揮發(fā)性脂肪酸；增加厭氧池上清液側(cè)流點(diǎn)，上清液按照比例流入側(cè)流化學(xué)除磷沉淀池，生物和化學(xué)復(fù)合除磷提高除磷效果；在厭氧池前增加前置污泥減量模塊，二沉池沉淀后的污泥全部回流至污泥減量模塊，進(jìn)水與回流污泥混合進(jìn)入污泥減量模塊，經(jīng)過減量模塊的曝氣區(qū)域、缺氧區(qū)域最后進(jìn)入?yún)捬跎镄跄恋韰^(qū)后，進(jìn)入生物主反應(yīng)區(qū)，由此避免硝酸鹽和其他物質(zhì)對厭氧池的影響，并為厭氧池提供揮發(fā)性脂肪酸等易生化碳源，強(qiáng)化釋磷作用。生物絮凝沉淀區(qū)的沉淀污泥由污泥減量單元的內(nèi)循環(huán)回流管路回流至進(jìn)水段，與進(jìn)水和二沉池回流污泥混合。

本發(fā)明污水處理工藝采用裝置安裝方便，操作簡捷，性能可靠穩(wěn)定，處理效果良好且運(yùn)行成本低。工藝流態(tài)為混合流態(tài)，生物載體為懸浮式填料，無需支撐固定，使用方便，能夠達(dá)到較好的污水脫氮、除磷、磷回收和污泥減量效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1強(qiáng)化除磷與污泥減量型污水處理工藝采用裝置的剖面圖；

圖1中：1、進(jìn)水管，2、前置污泥減量單元，3、初沉池，4、厭氧池1#，5、厭氧池2#，6、缺氧池1#，7、缺氧池2#，8、好氧池1#，9好氧池2#，10、好氧池3#，11、好氧池4#，12、好氧池5#，13、二沉池，14、出水管，15、上清液側(cè)流管，16、化學(xué)藥劑投加口，17、結(jié)晶反應(yīng)區(qū)，18、結(jié)晶取樣口，19、上清液靜置區(qū)，20、結(jié)晶上清液回流管，21、消化液內(nèi)回流管，22、污泥外回流管，23、污泥內(nèi)回流管，24、球形多孔鐵氧化物陶土復(fù)合填料，25、曝氣管路，26、活動(dòng)擋流隔板；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中水流往復(fù)逆流流態(tài)示意圖；

圖2中：1、進(jìn)水；2、前置污泥減量單元；3、厭氧池1#；4、厭氧池2#；5、缺氧池1#；6、缺氧池2#；7、好氧池1#；8、好氧池2#；9、好氧池3#；10、好氧池4#；11、好氧池5#；12、二沉池；13、出水；注：箭頭代表流動(dòng)方向；

圖3為球型多孔鐵氧化物陶土復(fù)合填料俯視圖及剖面圖；

圖3中：1、鐵氧化物陶土外殼，2、PVC注塑支架，3、多孔外殼，4、PVC材質(zhì)圓形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，5、填料旋轉(zhuǎn)軸。

具體實(shí)施方式

下面根據(jù)附圖和實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明技術(shù)方案。

實(shí)施例1

一種強(qiáng)化除磷與污泥減量型污水處理工藝（處理裝置如圖1所示），處理普通生活污水，采用多步驟強(qiáng)化厭氧釋磷：硝化液內(nèi)回流點(diǎn)活動(dòng)隔板阻礙回流硝化液擴(kuò)散造至成厭氧池，降低抑制釋磷作用；前置污泥減量模塊缺氧/厭氧環(huán)境，消耗硝酸根，降低抑制釋磷作用；高濃度混合液和長泥齡提高發(fā)性脂肪酸等易生化碳源濃度，強(qiáng)化后續(xù)厭氧池釋磷作用；增加厭氧池上清液側(cè)流點(diǎn)，上清液按照比例流入側(cè)流化學(xué)除磷沉淀池，生物和化學(xué)復(fù)合除磷提高除磷效果。具體包括以下步驟：

整體處理：污水由進(jìn)水管1進(jìn)入前置污泥減量單元2，先停留3h后，進(jìn)入污泥減量單元1的初沉池3，停留1h；然后以逆向流流態(tài)，斜對角方式，反復(fù)逆流進(jìn)入主反應(yīng)器處理過程，依次流經(jīng)厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)進(jìn)行生化反應(yīng)處理7h，厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)體積比為1：1：2.5，好氧區(qū)出水進(jìn)入二沉池13靜置20d，二沉池13下部污泥經(jīng)污泥外回流管22回流至前置污泥減量單元2，參加新引入的污水循環(huán)處理過程，處理完成后的污水經(jīng)二沉池13上部出水管14排出；同時(shí)，厭氧池2# 5上清液進(jìn)入側(cè)流化學(xué)結(jié)晶柱進(jìn)行磷的化學(xué)結(jié)晶去除，除磷后清液回流到缺氧池1# 6；各處理單元具體運(yùn)行如下：

前置污泥減量單元：

所述前置污泥減量單元包括由曝氣、缺氧和厭氧生物絮凝形成的一體化預(yù)處理區(qū)，預(yù)處理區(qū)后設(shè)置有初沉池3，預(yù)處理區(qū)的前端設(shè)有進(jìn)水管，預(yù)處理區(qū)的上部與初沉池3上部相連通，且預(yù)處理區(qū)底部與初沉池3底部設(shè)有污泥內(nèi)回流管23，預(yù)處理區(qū)和初沉池3形成內(nèi)循環(huán)回流管路；

前置污泥減量單元與初沉池污泥回流相結(jié)合，利用長泥齡實(shí)現(xiàn)污泥原位減量；污水在前置污泥減量單元2中與二沉池13回流污泥混合后，混合后污泥濃度8g/L，以推流式流態(tài)依次通過前段曝氣（曝氣量2~3mg/L）、后段缺氧和厭氧生物絮凝形成的一體化預(yù)處理區(qū)，回流污泥帶來的微生物在交替厭氧缺氧環(huán)境中，通過胞溶水解和解耦聯(lián)作用減少污泥量，同時(shí)生成小分子和易降解有機(jī)物，并為后續(xù)的生化反應(yīng)提供充足的碳源；微生物還通過吸附絮凝作用吸附污水中的懸浮物和小顆粒物質(zhì)，降低進(jìn)水的懸浮物質(zhì)，提高后續(xù)可生化性；然后污水進(jìn)入預(yù)處理區(qū)后設(shè)置的初沉池3，形成初沉污泥，初沉污泥回流至預(yù)處理區(qū)再吸附沉淀；

②主反應(yīng)器處理過程：

厭氧區(qū)由2個(gè)厭氧池串聯(lián)（厭氧池1# 4、厭氧池2# 5）、，厭氧池頂部設(shè)有相連的溢流口、缺氧區(qū)由2個(gè)缺氧池串聯(lián)（6、缺氧池1#，7、缺氧池2#，） 、好氧區(qū)由5個(gè)好氧池串聯(lián)（好氧池1# 8，好氧池2# 9，好氧池3# 10，好氧池4# 11，好氧池5# 12）而成；厭氧池、缺氧池和好氧池內(nèi)放置球形多孔鐵氧化物陶土復(fù)合填料，好氧池的裝填體積比為40～60%，厭氧池和缺氧池的裝填體積比為90～100%；缺氧池與厭氧池之間由回流管聯(lián)通；好氧池5# 12與缺氧池1# 6頂部之間設(shè)置消化液內(nèi)回流管21，并在缺氧池1# 6頂部的消化液內(nèi)回流管21處設(shè)置活動(dòng)擋流隔板26；所述的好氧池8-12底部設(shè)置有曝氣管路25；

來自污泥減量單元初沉池3的上部澄清液由底部流入?yún)捬醭?# 4，以逆向流流態(tài)，斜對角方式（由厭氧池1# 4底部進(jìn)入，逆向流流態(tài)升流方式，由斜對角——厭氧池2#5頂部的空洞——進(jìn)入?yún)捬醭?#），往復(fù)逆流循環(huán)，依次流經(jīng)厭氧池4-5、缺氧池6-7和好氧池8-12，在各反應(yīng)池4-12中水流自下而上流動(dòng)擾動(dòng)混合液，在水流的帶動(dòng)下，混合液微攪拌進(jìn)而混合均勻，水流流經(jīng)球形多孔鐵氧化物陶土復(fù)合填料24，與填料表面附著微生物充分接觸，帶動(dòng)填料處于流離懸浮狀態(tài)；污水在厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)停留時(shí)間分別為 1h、1h、5h，溶解氧量控制在厭氧池4-5為0mg/L、缺氧池6-7為0.2mg/L、5個(gè)好氧池8-12依次為5 mg/L、2 mg/L、3.6 mg/L、1.5 mg/L、2mg/L；好氧池8-12為好氧/限氧曝氣模式，好氧池5# 12消化液經(jīng)回流管回流到缺氧池1# 6的回流點(diǎn)，回流比例200%（回流消化液助于脫氮，能提高脫氮效率）；最后，水流由好氧池5# 12側(cè)壁上部孔洞流出，進(jìn)入二沉池13；二沉池13采用單側(cè)溢流出水，每20d排放一次剩余污泥；

側(cè)流化學(xué)結(jié)晶除磷

側(cè)流化學(xué)結(jié)晶柱由結(jié)晶反應(yīng)區(qū)17和位于其上部的上清液靜置區(qū)19兩部分組成；厭氧池2#上清液按照30%的比例經(jīng)側(cè)流管15由底部流入側(cè)流化學(xué)結(jié)晶柱，以升流式流態(tài)通過結(jié)晶反應(yīng)區(qū)17，結(jié)晶反應(yīng)區(qū)內(nèi)裝填鐵氧化物鋼渣作為晶種，并從化學(xué)藥劑投加口16投加氯化鈣，投加Ca²⁺濃度為Ca²⁺/P摩爾比為3：1，污水中的高濃度磷酸鹽與結(jié)晶柱中的金屬鹽反應(yīng)形成沉淀結(jié)晶析出（以反沖洗方式回收磷結(jié)晶體，反沖洗水由側(cè)流化學(xué)結(jié)晶柱底部設(shè)置的化學(xué)藥劑投加口16進(jìn)入，由結(jié)晶取樣口18回收反沖洗水；反沖洗時(shí)間為每間隔20d反沖洗一次結(jié)晶柱，回收磷晶體），除磷后的混合液在結(jié)晶柱頂部上清液靜置區(qū)19停留10 min，上清液經(jīng)由回流管道回流到缺氧吃1# 6，，再經(jīng)歷后續(xù)生物除磷進(jìn)一步去除磷；結(jié)晶柱內(nèi)結(jié)晶體通過晶柱側(cè)面取樣口18取出；結(jié)晶柱下部還設(shè)有曝氣口，充入的氣體使混合液中CO₂溢出，保持結(jié)晶柱混合液維持在堿性環(huán)境。

本實(shí)施例步驟鐵氧化物鋼渣為改性含鐵氧化物鋼渣，制備方法為取粒度為3~5mm的鋼渣顆粒，按照鋼渣與含鐵氧化物粉末、陶土質(zhì)量比為10：1：1加入含鐵氧化物粉末和陶土混合，制成5mm球形顆粒；然后按固液比0.8加入到NaOH、磷酸鹽、CaCl₂的混合水溶液中，溶液中NaOH 濃度為6mol/L，Ca2+濃度為1mol/L，Ca2+與P摩爾比為3：1，100^oC反應(yīng)6h，過濾即得。

本發(fā)明強(qiáng)化除磷與污泥減量型污水處理工藝，厭氧池上清液TP濃度為10~12.5 mg/L，結(jié)晶柱上部靜置區(qū)出水TP濃度0.12 mg/L，回流后最終反應(yīng)器出水TP:0.15～0.5，去除率90%。

本發(fā)明處理過程中水流往復(fù)逆流流態(tài)如圖2所示；

球形多孔鐵氧化物陶土復(fù)合填料28的俯視圖及剖面圖見圖3，圖3中，球形多孔氧化鐵陶土復(fù)合填料為球形，直徑8cm，由外部鐵氧化物陶土外殼1和內(nèi)部懸浮填料構(gòu)成。所述的鐵氧化物陶土外殼1包括PVC注塑支架2以及在支架表面粘附的鐵氧化物陶土，直徑8cm，表面呈多孔狀，孔隙率65%；內(nèi)部懸浮填料，由填料旋轉(zhuǎn)軸5支撐，由多孔外殼3內(nèi)部包裹PVC材質(zhì)圓形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)4構(gòu)成，直徑5cm，內(nèi)部懸浮填料繞旋轉(zhuǎn)軸5可旋轉(zhuǎn)。填充球形多孔氧化鐵陶土復(fù)合填料，MLSS顯著提高到能高于5g/L，污泥沉降性顯著，生物膜使得污泥齡基于無限長。好氧/限氧曝氣模式，促進(jìn)微生物解耦聯(lián)反應(yīng)發(fā)生，降低微生物增值進(jìn)而污泥產(chǎn)率低。兩者結(jié)合強(qiáng)化，使得剩余污泥表觀產(chǎn)率顯著降低到0.02 gMLSS /gCOD，甚至更低，污泥減量效果明顯。

實(shí)施例1處理的污水原水為山東建筑大學(xué)中水站進(jìn)水，處理前進(jìn)水水質(zhì)(mg/L)：COD:220～500；TN:35～55；NH3-N:20～30；TP：4~5。連續(xù)運(yùn)行90d以上，該裝置出水水質(zhì)(mg/L)穩(wěn)定在：COD:20～25(去除率93.2%)；NH3-N:2～5(去除率84.1%)；TN:8～10(去除率75.4%)；TP:0.15～0.3(去除率90%)。連續(xù)監(jiān)測污泥表觀產(chǎn)率幾乎為0 gMLSS /gCOD，污泥減量達(dá)到100%。

與之相比，未應(yīng)用該工藝的山東建筑大學(xué)中水站（采用A2O工藝）的出水水質(zhì)(mg/L)為：COD:25～30；NH3-N:3；TN: 10；TP:0.3，剩余污泥表觀產(chǎn)率0.4 gMLSS /gCOD。

實(shí)施例2

一種強(qiáng)化除磷與污泥減量型污水處理工藝，處理高有機(jī)負(fù)荷污水，包括以下步驟：

整體處理：當(dāng)進(jìn)水為高有機(jī)負(fù)荷污水時(shí)，如雨天過后水質(zhì)突然變化，調(diào)節(jié)前置污泥減量單元水力停留時(shí)間到5h。延長的停留時(shí)間，使得減量單元既起到污泥減量作用時(shí)，又能有效降低高有機(jī)負(fù)荷，次作用能消弱污水對于后部反應(yīng)器沖擊，影響處理效果。其余運(yùn)行操作同實(shí)施例1。

實(shí)施例2處理污水為暴雨后山東建筑大學(xué)中水站進(jìn)水，處理前進(jìn)水水質(zhì)(mg/L)：COD:600 mg/L左右，SS陡升1000mg/L左右，懸浮固體增多。經(jīng)過前置污泥減量單元后，COD降低到400 mg/L左右，SS降低，懸浮固體幾乎為零，恢復(fù)到平時(shí)進(jìn)水水質(zhì)。

出水水質(zhì)(mg/L)穩(wěn)定在：COD:20～25(去除率93.2%)；NH3-N:2～5(去除率84.1%)；TN:8～10(去除率75.4%)；TP:0.15～0.3(去除率90%)。連續(xù)監(jiān)測污泥表觀產(chǎn)率幾乎為0 gMLSS /gCOD，污泥減量達(dá)到100%。

與之相比，實(shí)施例2污水采用A2O工藝處理后（即目前山東建筑大學(xué)中水站采用的A2O工藝）的出水水質(zhì)(mg/L)為：COD:25～30；NH3-N:3；TN: 10；TP:0.3，剩余污泥表觀產(chǎn)率0.4 gMLSS /gCOD。

由此上述實(shí)施例1、2結(jié)果對比可知，本發(fā)明裝置處理效果尤其是除磷效率和污泥減量效率較目前現(xiàn)有的A2O工藝有顯著提高。