本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，具體涉及一種連續(xù)流強化生物除磷系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)：

除磷是污水處理的重要課題之一，除了包括生物除磷和化學(xué)除磷兩大類方法以外，還有新興的微藻除磷。除磷面臨兩個課題，一方面，需將tp從水體中去除，防止富營養(yǎng)化；另一方面，磷屬不可再生資源，自然界磷礦儲量已到警戒線，面臨枯竭，需要將污水去除的磷回收再利用，實現(xiàn)磷的健康循環(huán)。

生物除磷主要利用聚磷菌paos在厭氧條件下釋放磷，好氧狀態(tài)下過度吸磷，通過剩余污泥排放，實現(xiàn)磷從水體中去除。生物除磷過程中，一方面需要消耗碳源，一般要求c/p大于20；一方面，好氧條件下需曝氣，額外消耗大量能耗；同時，一般生物除磷效率在60-70%，出水tp一般在0.5-1.0以上，難以進一步提高效果；污泥含磷率在3-4%，含磷率偏低難以作為肥效利用。但相比化學(xué)除磷，生物除磷較為經(jīng)濟，仍是主流除磷手段。

化學(xué)除磷主要利用混凝劑與磷酸鹽反應(yīng)，生成沉淀，從水體中去除。優(yōu)點是占地省、能耗低，并且出水可實現(xiàn)tp<0.1mg/l，能夠?qū)α纵^為徹底去除；缺點是藥耗較高，且產(chǎn)生的污泥難以進行再利用，對磷酸鹽效果好，對有機磷效果較差。

污水廠往往采用生物除磷和化學(xué)除磷相結(jié)合的方式，以期望充分利用生物除磷功能，降低處理費用，結(jié)合化學(xué)除磷，保障處理效果，但未能在效果及經(jīng)濟代價上取得令人滿意的平衡。

近年來，出現(xiàn)關(guān)于微藻除磷的相關(guān)研究，微藻以生物同化為主，將磷吸收，實現(xiàn)磷從水體的去除，吸收的磷用于自身生長，但藻不易泥水分離，難以工程化應(yīng)用。

鑒于目前除磷面臨的問題，急需處理效果好、運行費用低、磷源可再回收利用的新型除磷工藝，以解決污水處理面臨的除磷困境。在研究中發(fā)現(xiàn)，可將微藻除磷用于強化生物除磷，實現(xiàn)效果加成。一方面，解決微藻不易泥水分離的問題；另一方面，微藻光合作用產(chǎn)氣，可作為生物除磷好氧時的氧源，降低或不用曝氣，利用光能實現(xiàn)電子供給；同時，除磷所需的碳源可由微藻光合作用提供，節(jié)約有機碳源，最終可實現(xiàn)tp的深度去除。

本發(fā)明針對污水中磷素去除，采用微藻強化生物除磷，旨在解決以往除磷工藝在效果與運行費用不能兼顧的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于背景技術(shù)中存在的問題，為解決現(xiàn)有技術(shù)中污水除磷工藝在效果與運行費用不能兼顧的問題，本發(fā)明提出了一種強化生物除磷方法，具有處理效果好、能耗低、剩余污泥肥效強等優(yōu)點。

為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種強化生物除磷系統(tǒng)，以及采用該處理系統(tǒng)進行的一種強化生物除磷方法。

一種連續(xù)流強化生物除磷系統(tǒng)，其特征在于，包括一個由避光攪拌區(qū)、光照好氧i區(qū)、光照好氧ii區(qū)、避光沉淀區(qū)組成的生物反應(yīng)系統(tǒng)，避光攪拌區(qū)與光照好氧i區(qū)用隔墻分隔，在隔墻的上部設(shè)置過水堰，在避光攪拌區(qū)設(shè)置攪拌器，光照好氧i區(qū)、光照好氧ii區(qū)設(shè)置混合系統(tǒng)，光照好氧i區(qū)、光照好氧ii區(qū)設(shè)置光照系統(tǒng)，避光沉淀區(qū)底部通過污泥回流管道與避光攪拌區(qū)連通，污泥回流管道上設(shè)置污泥回流泵，避光沉淀區(qū)底部還連接有剩余污泥排出管道，在剩余污泥排出管道上設(shè)置有剩余污泥輸送泵。

優(yōu)選的，（光照好氧i區(qū)池容+光照好氧ii區(qū)池容）/避光攪拌區(qū)池容為2-4，光照好氧i區(qū)池容/光照好氧ii區(qū)池容為1-1.5。

優(yōu)選的，避光攪拌區(qū)和避光沉淀區(qū)避光運行；避光攪拌區(qū)避光，主要防止微藻進行光合作用產(chǎn)生氧氣，影響厭氧環(huán)境；避光沉淀區(qū)避光，主要防止微藻進行光合作用產(chǎn)生氧氣，影響沉淀效果；避光可采用加蓋或覆膜等方式。

優(yōu)選的，混合系統(tǒng)采用底部曝氣，或攪拌推流器，或底部曝氣和推流攪拌器組合使用，防止污泥沉降，同時向水體充氧，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)來選擇合適混合方式。

優(yōu)選的，攪拌推流器選用攪拌器或推流器。

優(yōu)選的，光照系統(tǒng)同時采用自然光源和人工光源,自然光源可采用太陽光，人工光源可采用鎢燈，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)來選擇合適的光源。

優(yōu)選的，系統(tǒng)為連續(xù)流，污水順序經(jīng)過避光攪拌區(qū)、光照好氧i區(qū)、光照好氧ii區(qū)、避光沉淀區(qū)后出水。光照好氧i區(qū)和光照好氧ii區(qū)可以直接連通，也可以用隔墻分隔。

一種連續(xù)流強化生物除磷方法，采用上述污水處理設(shè)備，其特征在于包括以下步驟：

1）接種污泥，接種具有生物除磷功能污水廠生化池活性污泥，污泥接種后，厭氧區(qū)污泥濃度在4-5g/l；

2）光合馴化階段，進水tp在30-50mg/l，進水揮發(fā)性脂肪酸/tp>10；控制系統(tǒng)總hrt為9h，避光攪拌區(qū)hrt為1-3h；控制避光攪拌區(qū)溶解氧<0.1mg/l；控制光照好氧i區(qū)溶解氧<1mg/l，控制光照好氧ii區(qū)溶解氧在2-6mg/l；控制光照好氧i區(qū)和光照好氧ii區(qū)光照度為1000-3000lux/m2；控制系統(tǒng)污泥齡為15-20d；當光照好氧i區(qū)tp去除速率>2mg-p/mgmlss.h時，進入下一步驟；

3）光合強化階段，進水tp在30-50mg/l，進水揮發(fā)性脂肪酸/tp>6，進水堿度/tp>2；控制系統(tǒng)總hrt為9h，避光攪拌區(qū)hrt為1-3h；控制避光攪拌區(qū)溶解氧<0.1mg/l；控制光照好氧i區(qū)溶解氧<1mg/l，控制光照好氧ii區(qū)溶解氧>2mg/l；控制光照好氧i區(qū)和光照好氧ii區(qū)光照度為2000-4000lux/m2；控制系統(tǒng)污泥齡為10-15d；當光照好氧i區(qū)和光照好氧ii區(qū)的平均tp去除速率>6mg-p/mgmlss.h時，進入下一步驟；

4）污水處理階段，進水cod/tp在>6，進水堿度/tp>2；控制避光攪拌區(qū)溶解氧<0.1mg/l；控制光照好氧ii區(qū)溶解氧>2mg/l；控制光照好氧i區(qū)和光照好氧ii區(qū)光照度為2000-4000lux/m2；控制系統(tǒng)污泥齡為10-15d；避光攪拌區(qū)hrt為1-3h，初始時控制系統(tǒng)總hrt為9h，當系統(tǒng)出水tp<0.1mg/l，增大進水流量，縮短hrt，每次縮短不超過20%，直到系統(tǒng)tp去除負荷達到0.015kgp/kgmlss.d，按此時系統(tǒng)的hrt運行。

優(yōu)選的，污水處理階段，系統(tǒng)內(nèi)污泥vss/tss>0.80，系統(tǒng)tp去除負荷達到0.015-0.050kgp/kgmlss.d。

優(yōu)選的，避光攪拌區(qū)系統(tǒng)內(nèi)tp濃度最大值/系統(tǒng)進水tp濃度>2。

步驟1）所述具有生物除磷功能污水廠生化池活性污泥，指具有paos菌群的活性污泥，一般具有厭氧功能段的生化池均含有paos，如a²/o、a/o除磷工藝等，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)來選擇合適的泥源。

步驟2）、3）所述進水揮發(fā)性脂肪酸/tp要求，可采用生活污水或工業(yè)廢水，也可通過向水中投加乙酸鹽、丙酸鹽配置，保證揮發(fā)性脂肪酸/tp含量即可，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)來選擇合適的有機碳源補充揮發(fā)性脂肪酸。對于生活污水，一般揮發(fā)性脂肪酸占cod的10-20%，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)來選擇合適的有機碳源補充揮發(fā)性脂肪酸。

步驟2）、3）、4）所述控制污泥齡，主要是通過排泥實現(xiàn)，排泥量根據(jù)污泥齡要求計算。

步驟2）、3）、4）所述控制避光攪拌區(qū)溶解氧<0.1mg/l，表明避光攪拌區(qū)為厭氧區(qū)，控制溶解氧為厭氧釋磷創(chuàng)造良好條件。

步驟2）所述當光照好氧i區(qū)tp去除速率>2mg-p/mgmlss.h時，生物除磷溶解氧不足則不會有tp去除現(xiàn)象，當光照階段開始有tp去除現(xiàn)象時，代表微藻已開始在系統(tǒng)內(nèi)生長，與已有paos菌群耦合。

步驟3）所述當光照攪拌階段tp去除速率>6mg-p/mgmlss.h時，代表微藻和paos已占據(jù)優(yōu)勢。

步驟3）、4）所述進水堿度/tp要求，其中堿度以mgcaco3/l計，堿度不足時可投加碳酸鈉或碳酸氫鈉調(diào)節(jié)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)來選擇合適的無機碳源。

步驟2）、3）、4）所述光照度，按lux/m²計,面積按反應(yīng)器液面表面積確定。

步驟2）、3）、4）所述光照好氧i區(qū)和光照好氧ii區(qū)溶解氧，不同階段控制策略不同；在光合馴化階段，控制光照好氧i區(qū)溶解氧<1mg/l，旨在為微藻生長提供有利環(huán)境，控制光照好氧ii區(qū)溶解氧在2-6mg/l，旨在保證聚磷菌生長；在光合強化階段，微藻已在系統(tǒng)內(nèi)占到一定比例，控制光照好氧ii區(qū)溶解氧>2mg/l即可滿足要求；污水處理階段，微藻和聚磷菌體系已經(jīng)穩(wěn)定，光照充足時，系統(tǒng)內(nèi)部即可滿足溶解氧和碳源需求，不需要控制光照好氧i區(qū)溶解氧，控制光照好氧ii區(qū)溶解氧>2mg/l目的在于，保障出水tp處理效果。

步驟4）不對進水tp濃度限定，僅限定有機碳源、無機碳源與tp的比例，適用于各類含磷污水處理；同時，對有機碳源的組成不做要求，未限定揮發(fā)性脂肪酸所占比例。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述的負荷和速率都用于表征p的去除情況，速率單位為mgp/mgmlss.h，負荷單位為kgp/kgmlss.d，兩者可進行單位換算；一般速率用于表征過程，分析系統(tǒng)運行狀態(tài)，負荷用于設(shè)計取值。

優(yōu)選的，本發(fā)明所述的避光攪拌區(qū)系統(tǒng)內(nèi)tp濃度最大值/系統(tǒng)進水tp濃度>2，表征系統(tǒng)仍是生物除磷過程，是對生物除磷缺點的彌補和效果的加強，厭氧釋磷的良好，是生物除磷的重要前提。

優(yōu)選的，污水處理階段，tp去除負荷達到0.015-0.050kgp/kgmlss.d，tp去除負荷受進水tp濃度影響，進水tp濃度>40mg/l時可達到上限，進水tp濃度<10mg/l時可達到下限。

本發(fā)明的有益技術(shù)效果：

1）除磷包括生物除磷及微藻除磷兩個過程；

2）生物除磷好氧階段，通過微藻光合作用產(chǎn)生氧氣，滿足磷的吸收，啟動成功后，可節(jié)約100%曝氣能耗；

3）微藻同時具有吸收磷用于自身合成功能，剩余污泥肥效高，污泥沉降性能好，sv30>90%；

4）系統(tǒng)除磷率>98%，出水tp能夠<0.1mg/l；

5）所需碳源低，微藻光合作用可為除磷過程提供有機物，節(jié)約碳源，傳統(tǒng)生物除磷工藝，一般要求cod/tp>20，本發(fā)明cod/tp僅需6。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步清楚、完整的說明：

圖1為本發(fā)明一種連續(xù)流強化生物除磷系統(tǒng)流程簡圖；

圖2為本發(fā)明一種連續(xù)流強化生物除磷系統(tǒng)一種實施方式的俯視圖；

圖3為本發(fā)明一種連續(xù)流強化生物除磷系統(tǒng)一種實施方式的結(jié)構(gòu)原理示意圖；

圖2、圖3中：1-進水管，2-避光攪拌區(qū)，3-過水堰，4-光照好氧i區(qū)，5-潛孔，6-光照好氧ii區(qū)，7-連接管，8-避光沉淀區(qū)，9-出水管，10-污泥回流管，11-剩余污泥排放管，12-攪拌器，13-攪拌器，14-燈管，15-曝氣管，16-蓋板，17-隔墻，18-隔墻，19-蓋板。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案以及優(yōu)點更清楚、明確，以下將結(jié)合具體實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。

本發(fā)明所述的強化生物除磷作用，即在傳統(tǒng)厭氧-好氧除磷理論基礎(chǔ)上，通過引入微藻，實現(xiàn)磷的深度處理；一方面，除磷所需溶解氧可由微藻的光合作用提供，除磷所需的碳源可由微藻光合作用提供；另一方面，除磷活性污泥的存在，強化了微藻的絮凝，使得微藻能夠?qū)崿F(xiàn)良好的泥水分離；同時，微藻和生物除磷的耦合系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)深度除磷，不論是微藻還是聚磷菌，均出現(xiàn)了厭氧釋磷，好氧（光照）過度吸磷的現(xiàn)象，總磷去除更為徹底，出水總磷能夠穩(wěn)定小于0.1mg/l。本發(fā)明通過高tp啟動，旨在快速富集、強化聚磷菌；并通過光照、光照曝氣兩個階段控制策略的調(diào)整，逐步富集、馴化菌群，使微藻和聚磷菌實現(xiàn)平衡，最終實現(xiàn)微藻為含有聚磷菌在內(nèi)的系統(tǒng)提供全部do和部分有機碳源。本發(fā)明針對污水中磷素去除，采用微藻強化生物除磷，旨在解決以往除磷工藝在效果與運行費用不能兼顧的問題。本發(fā)明適用于各類含磷廢水的處理，尤其適用于碳源不足污水除磷，以及受污染自然水體的除磷凈化。

圖1所示流程簡圖，避光攪拌區(qū)、光照好氧i區(qū)、光照好氧ii區(qū)、沉淀區(qū)可合建，也可分別建設(shè)用管道或渠連接。

圖2、圖3示出本發(fā)明一種連續(xù)流強化生物除磷系統(tǒng)的具體結(jié)構(gòu)，其工作過程如下：

污水首先由進水管1進入避光攪拌區(qū)2，進行釋磷，隨后通過過水堰3進入光照好氧i區(qū)4，通過潛孔5進入光照好氧ii區(qū)6，在光照好氧i區(qū)4和光照好氧ii區(qū)6進行過度吸磷，去除水體中的tp和有機物，通過連接管7進入避光沉淀區(qū)8，進行泥水分離，通過出水管9出水。避光沉淀池污泥通過污泥回流管10回流至避光攪拌區(qū)，避光攪拌區(qū)通過剩余污泥排放管11排放剩余污泥。避光攪拌區(qū)2內(nèi)設(shè)置攪拌器12，光照好氧i區(qū)4內(nèi)設(shè)置攪拌器13，光照好氧i區(qū)4和光照好氧ii區(qū)6設(shè)置燈管14，光照好氧ii區(qū)6內(nèi)設(shè)置曝氣管15，避光攪拌區(qū)2設(shè)置蓋板16，避光攪拌區(qū)2與光照好氧i區(qū)4通過隔墻17分隔，光照好氧i區(qū)4與光照好氧ii區(qū)6通過隔墻18分隔，避光沉淀區(qū)8設(shè)置蓋板19。

光照好氧i區(qū)4與光照好氧ii區(qū)6均為好氧運行，之間的隔墻18，可根據(jù)需要設(shè)置或不設(shè)置。光照好氧i區(qū)4和光照好氧ii區(qū)6不加蓋，充分利用自然光，同時反應(yīng)池內(nèi)設(shè)置人工光源燈管14。光照好氧i區(qū)4混合系統(tǒng)采用攪拌器13，光照好氧ii區(qū)6混合系統(tǒng)采用曝氣管15,兩者的混合系統(tǒng)可根據(jù)池型需要，采用底部曝氣，或推流攪拌器，或底部曝氣與推流攪拌器的組合，推流攪拌器為推流器或攪拌器。僅限定（光照好氧i區(qū)池容+光照好氧ii區(qū)池容）/避光攪拌區(qū)池容為2-4，并未對池深、寬高比等進行限定，實施時，可將避光攪拌區(qū)采用深池加蓋布置，將光照好氧i區(qū)和光照好氧ii區(qū)采用淺池或溝渠方式布置，通過加大池長滿足池容要求，同時也增加液面面積，充分利用太陽光，還可與景觀融合，將光照好氧i區(qū)和光照好氧ii區(qū)做成人工河道或人工濕地。

本發(fā)明的一種連續(xù)流強化生物除磷系統(tǒng)可實現(xiàn)tp深度去除，啟動成功后，可節(jié)約100%曝氣能耗，剩余污泥肥效高，污泥沉降性能好，所需碳源低。

以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

實施例1：

1）接種污泥，接種a2/o工藝曝氣池活性污泥，污泥接種后，避光攪拌區(qū)污泥濃度為4.78g/l；

2）光合馴化階段，采用自來水投加磷酸鈉、乙酸鈉配水，使進水tp在40mg/l，進水揮發(fā)性脂肪酸為420mg/l，進水揮發(fā)性脂肪酸/tp=10.05>10；控制系統(tǒng)總hrt為9h，避光攪拌區(qū)hrt為2h；控制避光攪拌區(qū)溶解氧<0.1mg/l；控制光照好氧i區(qū)溶解氧<1mg/l，控制光照好氧ii區(qū)溶解氧在4-5mg/l；控制光照好氧i區(qū)和光照好氧ii區(qū)光照度為2000lux/m2，白天采用太陽光，夜間或白天太陽光不足時開啟燈管；控制系統(tǒng)污泥齡為20d；經(jīng)過15d，光照好氧i區(qū)tp去除速率達到2.3mg-p/mgmlss.h，進入下一步驟；

3）光合強化階段，采用自來水投加磷酸鈉、乙酸鈉配水，使得進水tp在40mg/l，進水揮發(fā)性脂肪酸為260mg/l，進水揮發(fā)性脂肪酸/tp=6.5>6，進水堿度為100mg/l，進水堿度/tp=2.5>2；控制系統(tǒng)總hrt為9h，避光攪拌區(qū)hrt為2h；控制避光攪拌區(qū)溶解氧<0.1mg/l；控制光照好氧i區(qū)溶解氧<1mg/l，控制光照好氧ii區(qū)溶解氧為3-3.5mg/l；控制光照好氧i區(qū)和光照好氧ii區(qū)光照度為3000lux/m2，白天采用太陽光，夜間或白天太陽光不足時開啟燈管；控制系統(tǒng)污泥齡為15d；經(jīng)過15d，光照好氧i區(qū)和光照好氧ii區(qū)的平均tp去除速率達到6.2mg-p/mgmlss.h，進入下一步驟；

4）污水處理階段，采用工業(yè)廢水，進水tp在40mg/l，進水cod為300mg/l，進水cod/tp=7.5>6，進水堿度為100mg/l，進水堿度/tp=2.5>2；控制避光攪拌區(qū)溶解氧<0.1mg/l；控制光照好氧ii區(qū)溶解氧為4-5mg/l；控制光照好氧i區(qū)和光照好氧ii區(qū)光照度為4000lux/m2，白天采用太陽光，夜間或白天太陽光不足時開啟燈管；控制系統(tǒng)污泥齡為10d；避光攪拌區(qū)hrt為2h，初始時控制系統(tǒng)總hrt為9h，當系統(tǒng)出水tp<0.1mg/l，增大進水流量，縮短hrt，每次縮短1h，經(jīng)過15d，系統(tǒng)tp去除負荷達到0.030kgp/kgmlss.d，出水tp<0.1mg/l，此時避光攪拌區(qū)系統(tǒng)內(nèi)tp濃度最大值為95mg/l，是系統(tǒng)初始tp濃度的2.375倍，顯示厭氧釋磷效果良好，系統(tǒng)內(nèi)污泥vss/tss=0.83。

實施例2：

步驟1）-3）與實施例1相同；

4）污水處理階段，采用生活污水，進水tp在10mg/l，進水cod為200mg/l，進水cod/tp=20>6，進水堿度為100mg/l，進水堿度/tp=2.5>2；控制避光攪拌區(qū)溶解氧<0.1mg/l；控制光照好氧ii區(qū)溶解氧為4-5mg/l；控制光照好氧i區(qū)和光照好氧ii區(qū)光照度為4000lux/m2，白天采用太陽光，夜間或白天太陽光不足時開啟燈管；控制系統(tǒng)污泥齡為10d；避光攪拌區(qū)hrt為2h，初始時控制系統(tǒng)總hrt為9h，當系統(tǒng)出水tp<0.1mg/l，增大進水流量，縮短hrt，每次縮短1h，經(jīng)過20d，系統(tǒng)tp去除負荷達到0.020kgp/kgmlss.d，出水tp<0.1mg/l，此時避光攪拌區(qū)系統(tǒng)內(nèi)tp濃度最大值為22mg/l，是系統(tǒng)初始tp濃度的2.2倍，顯示厭氧釋磷效果良好，系統(tǒng)內(nèi)污泥vss/tss=0.81。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。