本發(fā)明屬于污水處理技術領域，具體涉及一種不同季節(jié)中利用生化單元模式切換進行污水脫氮除磷的系統(tǒng)及方法。
背景技術：
“十三五”期間，我國大部分污水處理廠面臨提標升級的問題。中國南方一些地區(qū)城市污水的有機污染物濃度偏低，而氮、磷濃度相對較高，氮磷過量可造成水體富營養(yǎng)化。由于碳源不足而限制了營養(yǎng)鹽去除效率的提高，針對城市污水處理廠進水有機物比例偏低的問題，合理的利用進水碳源就顯得尤為重要。
在污水生物脫氮除磷過程中，溫度和碳源是兩個十分重要的因素。低溫限制了硝化菌、反硝化菌、聚磷菌的活性，從而影響了生化系統(tǒng)對污染物的降解效果；有機碳源為反硝化和釋磷過程提供了必需的能源，碳源不足將直接影響脫氮除磷的效果。污水處理廠在實際運行中，可通過調節(jié)工藝參數或改良現有工藝，來改善低溫和碳源不足工況下的生化處理效果。
根據實驗結果顯示：為達到最佳脫氮除磷效果，冬季宜采用倒置a2/o工藝，春季宜選用改良型a2/o工藝，夏季宜選用預缺氧+倒置a2/o工藝，秋季宜采用低氧/常氧交替的預缺氧+倒置a2/o工藝，在不同的季節(jié)選擇對應的工藝可以有效的去除污染物、脫氮除磷，達到排放標準。為了實現最佳處理效果，一座污水處理廠若建立多套生化系統(tǒng)，一次性投資巨大，運行維護困難，能耗高；若僅建立一套單一的生化系統(tǒng)，在四季交替的時候不能保證最佳的處理效果，無法使系統(tǒng)出水的氮磷指標滿足水體排放標準。
技術實現要素：
針對現有技術存在的不足，本發(fā)明提供了一種不同季節(jié)中利用生化單元模式切換進行污水脫氮除磷的系統(tǒng)及方法。
本發(fā)明的系統(tǒng)所采用的技術方案是：一種根據季節(jié)進行生化單元切換的污水脫氮除磷系統(tǒng)，其特征在于：包括預處理子系統(tǒng)、預缺氧池、第一生化池、第二生化池、第三生化池、第四生化池、好氧池、二沉池；
所述預處理子系統(tǒng)通過導管分別與所述預缺氧池、第一生化池、第三生化池連接，其中預處理子系統(tǒng)與預缺氧池之間連接的導管上設置有閥門a和閥門b，預處理子系統(tǒng)與第一生化池之間連接的導管上設置有閥門a、閥門d和閥門f，預處理子系統(tǒng)與第三生化池之間連接的導管上設置有閥門a、閥門e和閥門j；
所述預缺氧池通過導管與所述第一生化池連接，連接管道上設置有閥門c和閥門f；
所述第一生化池通過導管分別與所述第二生化池、第三生化池連接；第一生化池與第二生化池之間連接的導管上設置有閥門i，第一生化池與第三生化池之間連接的導管上設置有閥門g和閥門j；
所述第二生化池通過導管與所述第三生化池連接，連接管道上設置有閥門h和閥門j；
所述第三生化池通過導管分別與所述第四生化池、好氧池連接；第三生化池與第四生化池之間連接的導管上設置有閥門m，第三生化池與好氧池之間連接的導管上設置有閥門k；
所述好氧池通過導管與所述二沉池連接；
所述二沉池分別通過回流管道與所述預缺氧池、第一生化池連接，連接管道上分別設置有閥門p、閥門o；所述好氧池通過回流管道與所述第三生化池連接，連接管道上設置有閥門n。
本發(fā)明的方法所采用的方法是：一種根據季節(jié)進行生化單元切換的污水脫氮除磷方法，其特征在于：冬季采用倒置a2/o工藝，春季采用改良型a2/o工藝，夏季采用預缺氧+倒置a2/o工藝，秋季采用低氧/常氧交替的預缺氧+倒置a2/o工藝；
所述倒置a2/o工藝，具體實現包括以下步驟：
步驟a1：開啟閥門a、閥門d、閥門f、閥門e、閥門i、閥門j，關閉其余閥門；此時第一生化池與第二生化池已連通，并組合作為缺氧池、第三生化池單獨作為厭氧池；經預處理子系統(tǒng)預處理后的水分別送入第一生化池、第三生化池；進水在第一生化池、第二生化池內發(fā)生反硝化作用，硝化產生的亞硝酸鹽和硝酸鹽在反硝化細菌的作用下被還原成氮氣，從而實現了脫氮；
步驟a2：開啟閥門h，第二生化池內污水進入第三生化池內，此時第三生化池作為厭氧池，聚磷菌在厭氧池釋磷；
步驟a3：開啟閥門k，第三生化池內污水進入好氧池，聚磷菌在厭氧池釋磷后，直接進入好氧池，在好氧池內發(fā)生聚磷反應和硝化作用，污染物被降解后泥水混合物自流進入二沉池；
步驟a4：開啟閥門o，二沉池內硝化液和污泥回流至第一生化池內；
所述改良型a2/o工藝，具體實現包括以下步驟：
步驟b1：開啟閥門a、閥門b、閥門d、閥門f、閥門e、閥門j，關閉其余閥門，經預處理子系統(tǒng)預處理后的水分別送入預缺氧池、第一生化池、第三生化池，此時第一生化池單獨作為厭氧池；污水在預缺氧池內發(fā)生反硝化作用，脫除總氮；
步驟b2：開啟閥門c，預缺氧池內的污水送入第一生化池，通過聚磷菌的作用，利用進水自身碳源，實現磷的釋放；
步驟b3：開啟閥門g，第一生化池內污水送入第三生化池；開啟閥門m，連通第三生化池、第四生化池；此時第三生化池、第四生化池組合作為缺氧池，污水在第三生化池、第四生化池內繼續(xù)發(fā)生反硝化作用，硝化產生的亞硝酸鹽和硝酸鹽在反硝化細菌的作用下被還原成氮氣，從而實現了脫氮；
步驟b4：開啟閥門l，第四生化池內污水進入好氧池，在好氧池內發(fā)生聚磷反應和硝化作用，污染物被降解后泥水混合物自流進入二沉池；
步驟b5：開啟閥門p、閥門n，二沉池內污泥回流至預缺氧池內，好氧池內硝化液回流至第三生化池內；
所述預缺氧+倒置a2/o工藝，具體實現包括以下步驟：
步驟c1：開啟閥門a、閥門b、閥門d、閥門f、閥門e、閥門i、閥門j，關閉其余閥門，經預處理子系統(tǒng)預處理后的水分別送入預缺氧池、第一生化池、第三生化池，此時第一生化池與第二生化池已連通，并組合作為缺氧池、第三生化池單獨作為厭氧池；污水在預缺氧池內發(fā)生反硝化作用，脫除總氮；
步驟c2：開啟閥門c，預缺氧池內污水送入第一生化池、第二生化池內，污水在第一生化池、第二生化池內繼續(xù)發(fā)生反硝化作用，硝化產生的亞硝酸鹽和硝酸鹽在反硝化細菌的作用下被還原成氮氣，從而實現了脫氮；
步驟c3：開啟閥門h，第二生化池內污水送入第三生化池；此時第三生化池單獨作為厭氧池，污水通過聚磷菌的作用，利用進水自身碳源，實現磷的釋放；
步驟c4：開啟閥門k，第三生化池內污水進入好氧池，在好氧池內發(fā)生聚磷反應和硝化作用，污染物被降解后泥水混合物自流進入二沉池；
步驟c5：開啟閥門p，二沉池內硝化液和污泥回流至預缺氧池內；
所述低氧/常氧交替的預缺氧+倒置a2/o工藝，具體實現包括以下步驟：
步驟d1：開啟閥門a、閥門b、閥門d、閥門f、閥門e、閥門i、閥門j，關閉其余閥門，經預處理子系統(tǒng)預處理后的水分別送入預缺氧池、第一生化池、第三生化池，此時第一生化池與第二生化池已連通，并組合作為缺氧池、第三生化池單獨作為厭氧池；
污水進入預缺氧池，此時采用低氧/常氧交替的方式控制調整預缺氧池內do濃度；
步驟d2：開啟閥門c，預缺氧池內污水送入第一生化池、第二生化池內，在第一生化池、第二生化池內繼續(xù)發(fā)生反硝化作用，硝化產生的亞硝酸鹽和硝酸鹽在反硝化細菌的作用下被還原成氮氣，從而實現了脫氮；
步驟d3：開啟閥門h，第二生化池內污水送入第三生化池；此時第三生化池作為厭氧池，污水通過聚磷菌的作用，利用進水自身碳源，實現磷的釋放；
步驟d4：開啟閥門k，第三生化池內污水進入好氧池，在好氧池內發(fā)生聚磷反應和硝化作用，污染物被降解后泥水混合物自流進入二沉池；
步驟d5：開啟閥門p，二沉池內硝化液和污泥回流至預缺氧池內。
本發(fā)明方法具有如下的特點和有益效果：
本發(fā)明實現了建立一套生化系統(tǒng)，根據季節(jié)變化來自由切換為四種不同生化單元模式的工藝，通過閥門的啟閉來進行管道的切換，從而實現不同池體的轉換；通過調節(jié)溶解氧(do)濃度、改變進水流向及污泥流向等手段，以強化硝化反硝化作用、釋磷及聚磷作用，可有效去除總氮和總磷，系統(tǒng)出水水質穩(wěn)定，工藝操作簡單、自動化程度高、運行能耗較低，可穩(wěn)定達到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》一級a標準排放。
附圖說明
圖1：本發(fā)明實施例的系統(tǒng)結構圖。
具體實施方式
為了便于本領域普通技術人員理解和實施本發(fā)明，下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述，應當理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
請見圖1，本發(fā)明提供的一種根據季節(jié)進行生化單元切換的污水脫氮除磷系統(tǒng)，包括預處理子系統(tǒng)、預缺氧池、第一生化池、第二生化池、第三生化池、第四生化池、好氧池、二沉池；
預處理子系統(tǒng)通過導管分別與預缺氧池、第一生化池、第三生化池連接，其中預處理子系統(tǒng)與預缺氧池之間連接的導管上設置有閥門a和閥門b，預處理子系統(tǒng)與第一生化池之間連接的導管上設置有閥門a、閥門d和閥門f，預處理子系統(tǒng)與第三生化池之間連接的導管上設置有閥門a、閥門e和閥門j；預缺氧池通過導管與第一生化池連接，連接管道上設置有閥門c和閥門f；第一生化池通過導管分別與第二生化池、第三生化池連接；第一生化池與第二生化池之間連接的導管上設置有閥門i，第一生化池與第三生化池之間連接的導管上設置有閥門g和閥門j；第二生化池通過導管與第三生化池連接，連接管道上設置有閥門h和閥門j；第三生化池通過導管分別與第四生化池、好氧池連接；第三生化池與第四生化池之間連接的導管上設置有閥門m，第三生化池與好氧池之間連接的導管上設置有閥門k；好氧池通過導管與二沉池連接；二沉池分別通過回流管道與預缺氧池、第一生化池連接，連接管道上分別設置有閥門p、閥門o；好氧池通過回流管道與第三生化池連接，連接管道上設置有閥門n。
本實施例的預缺氧池內設置有曝氣裝置，采用羅茨風機通過池底安裝曝氣盤進行曝氣供氧，以實現預缺氧池內低氧/常氧工況的交替；好氧池內設置有曝氣裝置，采用羅茨風機通過池底安裝曝氣盤進行曝氣供氧。
本實施例的預缺氧池、第一生化池、第二生化池、第三生化池、第四生化池內均設置有潛水攪拌器；潛水攪拌器采用低速推進器，運行時葉輪轉速設置為：36r/min～56r/min。
本發(fā)明提供的一種根據季節(jié)進行生化單元切換的污水脫氮除磷方法，冬季采用倒置a2/o工藝，春季采用改良型a2/o工藝，夏季采用預缺氧+倒置a2/o工藝，秋季采用低氧/常氧交替的預缺氧+倒置a2/o工藝；
倒置a2/o工藝(冬季最佳)，具體實現包括以下步驟：
步驟a1：開啟閥門a、閥門d、閥門f、閥門e、閥門i、閥門j，關閉其余閥門，經預處理子系統(tǒng)預處理后的水分別送入第一生化池、第三生化池；進水比例為4:6，以分配反硝化和釋磷作用所需要的碳源，此時第一生化池與第二生化池已連通，并組合作為缺氧池、第三生化池單獨作為厭氧池，第一生化池、第二生化池內的潛水攪拌器均開啟，轉速均設置為50r/min，第一生化池、第二生化池的組合池體水力停留時間為4h；進水在第一生化池、第二生化池內發(fā)生反硝化作用，硝化產生的亞硝酸鹽和硝酸鹽在反硝化細菌的作用下被還原成氮氣，從而實現了脫氮；
步驟a2：開啟閥門h，第二生化池內污水進入第三生化池內，此時第三生化池作為厭氧池，第三生化池內水力停留時間為1.5h，池內潛水攪拌器關閉，聚磷菌在厭氧池釋磷；
步驟a3：開啟閥門k，第三生化池內污水進入好氧池，聚磷菌在厭氧池釋磷后，直接進入好氧池，在好氧池內發(fā)生聚磷反應和硝化作用，污染物被降解后泥水混合物自流進入二沉池；
步驟a4：開啟閥門o，二沉池內硝化液和污泥回流至第一生化池內，回流比為150％；所有參與回流的污泥全部經歷完整的釋磷、吸磷過程，在除磷方面具有“群體效應”優(yōu)勢。
改良型a2/o工藝(春季最佳)，具體實現包括以下步驟：
步驟b1：開啟閥門a、閥門b、閥門d、閥門f、閥門e、閥門j，關閉其余閥門，經預處理子系統(tǒng)預處理后的水分別送入預缺氧池、第一生化池、第三生化池，進水比例為4:3:3，以分配反硝化和釋磷作用所需要的碳源；此時第一生化池單獨作為厭氧池；預缺氧池內的潛水攪拌器開啟，轉速設置為45r/min，污水在預缺氧池內發(fā)生反硝化作用，脫除總氮；
步驟b2：開啟閥門c，預缺氧池內的污水送入第一生化池，水力停留時間為1.5h，池內潛水攪拌器關閉；通過聚磷菌的作用，利用進水自身碳源，實現磷的釋放；
步驟b3：開啟閥門g，第一生化池內污水送入第三生化池；開啟閥門m，連通第三生化池、第四生化池；此時第三生化池、第四生化池組合作為缺氧池，第三生化池、第四生化池的潛水攪拌器均開啟，轉速設置為45r/min，第三生化池、第四生化池的組合池體水力停留時間為4h，污水在第三生化池、第四生化池內繼續(xù)發(fā)生反硝化作用，硝化產生的亞硝酸鹽和硝酸鹽在反硝化細菌的作用下被還原成氮氣，從而實現了脫氮；
步驟b4：開啟閥門l，第四生化池內污水進入好氧池，在好氧池內發(fā)生聚磷反應和硝化作用，污染物被降解后泥水混合物自流進入二沉池；
步驟b5：開啟閥門p、閥門n，二沉池內污泥回流至預缺氧池內，回流比為75％；好氧池內硝化液回流至第三生化池內，回流比為200％。
預缺氧+倒置a2/o工藝(夏季最佳)，具體實現包括以下步驟：
步驟c1：開啟閥門a、閥門b、閥門d、閥門f、閥門e、閥門i、閥門j，關閉其余閥門，經預處理子系統(tǒng)預處理后的水分別送入預缺氧池、第一生化池、第三生化池，進水比例為4:3:3，以分配反硝化和釋磷作用所需要的碳源；此時第一生化池與第二生化池已連通，并組合作為缺氧池、第三生化池單獨作為厭氧池；預缺氧池內的潛水攪拌器開啟，轉速設置為40r/min，污水在預缺氧池內發(fā)生反硝化作用，脫除總氮；
步驟c2：開啟閥門c，預缺氧池內污水送入第一生化池、第二生化池內，第一生化池、第二生化池的潛水攪拌器均開啟，轉速設置為40r/min，第一生化池、第二生化池的組合池體水力停留時間為4h，污水在第一生化池、第二生化池內繼續(xù)發(fā)生反硝化作用，硝化產生的亞硝酸鹽和硝酸鹽在反硝化細菌的作用下被還原成氮氣，從而實現了脫氮；
步驟c3：開啟閥門h，第二生化池內污水送入第三生化池；此時第三生化池單獨作為厭氧池，水力停留時間為1.5h，池內潛水攪拌器關閉,污水通過聚磷菌的作用，利用進水自身碳源，實現磷的釋放；
步驟c4：開啟閥門k，第三生化池內污水進入好氧池，在好氧池內發(fā)生聚磷反應和硝化作用，污染物被降解后泥水混合物自流進入二沉池；
步驟c5：開啟閥門p，二沉池內硝化液和污泥回流至預缺氧池內；回流比取值150％；所有參與回流的污泥全部經歷完整的釋磷、吸磷過程，在除磷方面具有“群體效應”優(yōu)勢。
低氧/常氧交替的預缺氧+倒置a2/o工藝(秋季最佳)，具體實現包括以下步驟：
步驟d1：開啟閥門a、閥門b、閥門d、閥門f、閥門e、閥門i、閥門j，關閉其余閥門，經預處理子系統(tǒng)預處理后的水分別送入預缺氧池、第一生化池、第三生化池，進水比例為4:3:3，以分配反硝化和釋磷作用所需要的碳源；此時第一生化池與第二生化池已連通，并組合作為缺氧池、第三生化池單獨作為厭氧池；
污水進入預缺氧池，此時采用低氧/常氧交替的方式控制調整預缺氧池內do濃度；當采用常氧工況時，關閉預缺氧池內設置的潛水攪拌器，開啟預缺氧池內曝氣盤，調整do到1.5～2.5mg/l；當采用低氧工況時，關閉預缺氧池內曝氣盤，開啟預缺氧池內設置的潛水攪拌器，轉速設置為40r/min，調整do到0.3～0.6mg/l；通過這種低氧/常氧交替的方式來實現污水的短程硝化反硝化，低氧和常氧交替的周期為1～2周，通過此種運行方式對于來水較少的碳源工況下可達到更高的脫氮效率；
步驟d2：開啟閥門c，預缺氧池內污水送入第一生化池、第二生化池內，第一生化池、第二生化池的潛水攪拌器均開啟，轉速均設置為40r/min，第一生化池、第二生化池的組合池體水力停留時間為4h，在第一生化池、第二生化池內繼續(xù)發(fā)生反硝化作用，硝化產生的亞硝酸鹽和硝酸鹽在反硝化細菌的作用下被還原成氮氣，從而實現了脫氮；
步驟d3：開啟閥門h，第二生化池內污水送入第三生化池；此時第三生化池作為厭氧池，水力停留時間為1.5h，池內潛水攪拌器關閉,污水通過聚磷菌的作用，利用進水自身碳源，實現磷的釋放；
步驟d4：開啟閥門k，第三生化池內污水進入好氧池，在好氧池內發(fā)生聚磷反應和硝化作用，污染物被降解后泥水混合物自流進入二沉池；
步驟d5：開啟閥門p，二沉池內硝化液和污泥回流至預缺氧池內，回流比取值150％；所有參與回流的污泥全部經歷完整的釋磷、吸磷過程,在除磷方面具有“群體效應”優(yōu)勢。
本實施例中，當第一生化池、第三生化池以厭氧池形式運行時，do濃度控制在0.2mg/l以下；當第一生化池和第二生化池組合、第三生化池和第四生化池組合以缺氧池形式運行時，do濃度控制在0.3～0.6mg/l；好氧池內，do濃度控制在1.5～2.5mg/l。
本實施例的所有閥門均能實現自動控制。
本發(fā)明采用了“強化脫氮+強化除磷”的污水處理技術，并且根據四季變化，通過管閥和池體的轉換實現了四種不同生化模式的運行切換，以達到最佳脫氮除磷的效果。
污水經預處理后流入生化系統(tǒng)，通過厭氧池，在聚磷菌作用下進行磷的釋放，然后進入好氧區(qū)后，聚磷菌即可將積貯的phb好氧分解，釋放出的大量能量可供聚磷菌生長繁殖。當環(huán)境中有溶解磷存在時，一部分能量可供聚磷菌主動吸收磷酸鹽，并以聚磷的形式積貯在體內。此時對磷的積累作用超過微生物正常生長所需的磷量，可見微生物在好氧條件下吸收的磷大大超過了在厭氧條件下釋放的磷。由于系統(tǒng)經常排放剩余污泥，被細菌過量攝取的磷也將隨之排出系統(tǒng)，因而可獲得較好的除磷效果。
與此同時，污水在好氧池內獲取充足的溶解氧，發(fā)生硝化反應，水中氨氮在亞硝酸菌的作用下被氧化成亞硝酸鹽,然后在硝酸菌的作用下進一步氧化成硝酸鹽。好氧池內硝化液回流至缺氧池，在溶解氧為0.5mg/l左右的條件下，利用進水自身的碳源，發(fā)生反硝化反應，使硝化產生的亞硝酸鹽和硝酸鹽在反硝化細菌的作用下被還原成氮氣，從而實現總氮的去除。
實際運行中，上述脫氮除磷過程的效果受溫度和碳源兩個因素控制。為了在不同的季節(jié)和不同的進水cod濃度工況下，都能獲得最佳的脫氮除磷效果，本發(fā)明實現了僅建立一套生化系統(tǒng)，通過管閥和池體的轉換實現了四種不同生化模式的運行切換，實現了每個季節(jié)里都能以最佳的處理效果來運行對應的生化模式。同時，每個系統(tǒng)均采用多點進水，通過對進水碳源的合理分配，解決常規(guī)處理中對總氮和總磷難以達標去除的難題。
應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現有技術。
應當理解的是，上述針對較佳實施例的描述較為詳細，并不能因此而認為是對本發(fā)明專利保護范圍的限制，本領域的普通技術人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護范圍之內，本發(fā)明的請求保護范圍應以所附權利要求為準。