专利名称：一种物化生化交互式城市污水处理方法
技术领域：
本发明属环保技术领域，具体涉及一种物化生化交互式城市污水处理方法。
背景技术：
污水处理技术总体而言可分为物理处理技术、物理化学处理技术、生物化学处理技术和化学处理技术，其中以污水的生物化学处理技术最为常用。生化处理技术亦有很多种，主要是根据微生物的生长条件和供氧方式的不同状况进行分类。生物处理要达到脱氮除磷目的就必须在反应器的空间或时间上创造厌氧、缺氧、好氧等区域，以实现不同形式的厌氧—好氧除磷、好氧—缺氧脱氮，所需的水力停留时间较长，有些工艺达到12小时以上，基建费用和运行费用均较高。目前国际上普遍使用生物脱氮除磷工艺，常用的有常规的厌氧/缺氧/好氧工艺(A/A/O工艺)、Bardenpho、UCT、VIP、SBR、ICEAS、CASS、UNITANK及各种氧化沟工艺。随着我国污水处理排放要求的提高，我国在污水处理工艺研究上也取得了很大进展，除了使用上述处理工艺外，国内还自行研究开发了倒置A/A/O工艺、水解-厌氧-微氧联合工艺、高负荷活性污泥工艺、生物曝气滤池、高效复合污水生物处理系统、集约化处理工艺等。
水的物理化学处理方法有很多种，其中化学混凝处理最常用、最具代表性。由于城市污水水量大，投加混凝剂使得运行费用较高，产泥量大，因此，过去单独采用化学混凝工艺处理城市污水较少。近年来，高效、廉价药剂的不断推出，加上对除磷效果的要求越来越高，化学混凝亦开始受到重视。同济大学、中国市政工程华北设计研究院等单位对上海市合流污水进行了物化强化一级处理的中试研究，向污水中投加三氯化铁，聚合硫酸铝、硫酸铁以及和聚丙烯酰胺(PAM)复配使用，取得了良好的效果，特别是对总磷的去除效果稳定。
采用物化和生化相结合的污水处理工艺目前也有应用，其最显著的特点是流程中投加化学混凝剂，其余则与普通活性污泥法相同或类似，这类工艺反硝化效果差，主要目的是帮助除磷，污水处理运行成本较高。
几种主要的城市污水处理工艺如下(1)A/A/O及其改良工艺随着水体富营养化的不断加重，城市污水处理厂出水的氮磷排放标准越来越高，目前应用最为广泛的脱氮除磷工艺为A/A/O及其改良工艺，该工艺主要由厌氧池、缺氧池、好氧池及二沉池组成，对有机污染物质及悬浮固体去除效果较好，但存在以下一些缺点①氮和磷的去除效果不稳定；②进水水质水量的变化对运行效果影响较大；③设计水力停留时间较长，运行费用较高。
(2)SBR及其变型工艺SBR及其变型工艺是在时间序列上实现厌氧、缺氧及好氧从而达到脱氮除磷功能，反应和沉淀过程集中在一个池体中完成，具有处理构筑物少，占地小，运行灵活等特点，但它也具有一些缺点①SBR及其变型工艺都使用滗水器，受滗水器出水量的限制，单池处理水量不可能很大，故该工艺不适用于大型污水处理厂；②反应器容积利用率低，水头损失大；③系统设备利用率低，控制复杂；④受反应时间影响，不能完全保证厌氧、缺氧及好氧的反应条件；⑤出水不连续，后续处理困难。
(3)UNITANK工艺UNITANK工艺其实与三沟式氧化沟工艺非常类似，虽然可以省去二沉池及污泥回流系统，但它们存在①没有明显独立的厌氧、缺氧区域，从而影响脱氮除磷效果；②反应池内污泥浓度不平衡，反应周期的后期，进水侧污泥浓度低，沉淀侧污泥浓度高，③UNITANK工艺设备台套数多，设备利用率低，控制复杂；④出水堰固定，初期出水量难以确定，且需要回流处理。
发明内容
本发明目的在于针对城市污水普遍存在的低有机物浓度、低碳氮比、高氮磷浓度的处理难题，提出一种灵活多变的可普遍适应各种水质和处理要求的物化生化交互式城市污水处理方法。
本发明提出的一种物化生化交互式城市污水处理方法，采用生化处理单元、物化处理单元组成的交互式反应器，其中生化处理单元由预缺氧池1、厌氧池2、缺氧池3、好氧池4、后曝气池5依次通过隔墙的过水孔相连组成，物化处理单元由絮凝池6组成，后曝气池5通过管道和阀门与絮凝池6相连，生化处理单元的预缺氧池1与回流污泥管道相连，生化处理单元的厌氧池2与进水管道相连，生化处理单元的后曝气池5与沉淀池7相连，物化处理单元一端与进水管相连，另一端与沉淀池7相连，同时生化处理单元与物化处理单元之间通过管道和阀门连接；城市污水经过沉砂处理后进入物化生化交互式反应器，根据水量及水质的不同，选择生化处理单元、物化处理单元串联、并联、或同时生物硝化反硝化运行方式，对污水进行生化处理、物化处理，最后反应器内的混合液进入沉淀池进行泥水分离，沉淀的污泥部分回流至预缺氧池，部分作为剩余污泥排放，其中
(1)当进水水量为设计流量的0.7-1.5倍、进水水质化学需氧量为70mg/L-800mg/L，生化需氧量为30mg/L-400mg/L，悬浮固体为150mg/L-300mg/L，凯氏氮为20mg/L-60mg/L，总磷为2mg/L-8mg/L时，反应器采用串联运行方式，反应器中预缺氧池(1)、厌氧池(2)，缺氧池(3)、好氧池(4)、后曝气池(5)、絮凝池(6)、沉淀池(7)通过管道依次相连；(2)当进水流量大于设计流量的1.5倍，进水水质化学需氧量为70mg/L-400mg/L，生化需氧量为30mg/L-200mg/L，悬浮固体为150mg/L-300mg/L，凯氏氮为10mg/L-40mg/L，总磷为1mg/L-5mg/L时；反应器采用并联运行方式，反应器国生化处理单元的厌氧池(2)、缺氧池(3)、好氧池(4)依次相连，并与物化处理单元的絮凝池(6)通过管道并联；(3)当进水流量为设计流量的0.7-1.0倍，进水水质化学需氧量为100mg/L-300mg/L，生化需氧量为50mg/L-150mg/L，悬浮固体为150mg/L-300mg/L，凯氏氮为20mg/L-60mg/L，总磷为2mg/L-4mg/L时，采用同时生物硝化反硝化运行方式，反应器中厌氧池(2)、后曝气池(5)、沉淀池(7)依次相连。
本发明中，采用串联运行方式时，其控制条件如下使城市污水全部依次进入生化处理单元中的厌氧池2、缺氧池3、好氧池4，与化学药剂反应，在生化处理单元中停留4-8小时；然后进入物化处理单元中的絮凝池6，与絮凝剂充分混合，在物化处理单元停留0.5-1小时；最后混合液进入沉淀池进行泥水分离，沉淀时间为2-4小时，沉淀污泥回流至预缺氧池1进行内源反硝化去除硝态氮，回流比为25-100％，去除硝态氮并经过缺氧稳定后的污泥进入厌氧池。
本发明中，采用并联方式运行时，其控制条件如下将污水分为2股，一股污水进入生化处理单元中的厌氧池2、缺氧池3、好氧池4，与化学药剂反应，进水流量为总进水量的50％--80％，从好氧池4末端出水，在生化处理单元中停留4-6小时；一股污水进入物化处理单元，与絮凝剂充分混合，絮凝时间为0.5-1.5小时，进水量为总进水量的20％--50％；两股污水经处理后混合进入沉淀池进行泥水分离，沉淀时间为1.5-3小时，部分污泥回流至预缺氧池，污泥回流比为25-80％，部分回流污泥回流至化学絮凝池，污泥回流比为0--25％。
本发明中，采用同时硝化反硝化运行方式时，其控制条件为使污水全部从厌氧池2进入，经后曝气池5曝气，再进入沉淀池7进行泥水分离，同时硝化反硝化运行时间6-10小时，沉淀时间为3-5小时，絮凝池6一同作为后曝气池5进行曝气，污泥回流至预缺氧池(1)，污泥回流比为50％-100％，溶解氧为0.6mg/L-1.0mg/L。
本发明中，所述絮凝剂为聚硅铁、聚硅铝等之一种，投加量为20mg/L--80mg/L。
本发明中，物化生化交互式反应器由预缺氧池、厌氧池、缺氧池、好氧池、后曝气池、絮凝池及沉淀池组成。预缺氧池用于回流污泥的缺氧反硝化，反硝化碳源主要来自污泥组分，或由部分城市污水加入；厌氧池用于在系统生化除磷时进行厌氧释磷；缺氧池用于系统的反硝化脱氮；好氧池用于系统有机物降解、氨氮硝化、磷的吸收等好氧反应过程；后曝气池在前端流程采用同时硝化反硝化工艺时，用于短时间的高强度曝气，促进沉淀作用；絮凝池在系统生化物化串联运行时，作为辅助物化处理单元，加强系统的除磷效果，也可作为生化单元运行，强化后曝气作用，在系统为生化物化并联运行时，作为单独的物化处理单元，承担部分污水的物化处理任务。
本发明的特点是反应系统的综合性和灵活性。
本发明通过物化生化交互式反应能有效去除有机污染物、总凯氏氮、悬浮固体及部分磷酸盐。经本发明方法处理后，可使出水COD≤60mg/L，5日生化需氧量BOD5≤20mg/L，悬浮固体SS≤20mg/L，总氮TN-N≤20mg/L，NH3-N≤8mg/L(温度＞12℃)，NH3-N≤15mg/L(温度≤12℃)等指示均可达到或优于国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级标准(B标准)要求。
图1为本发明的交互式反应器平面布置示意图。
图中标号1为预缺氧池，2为厌氧池，3为缺氧池，4为好氧池，5为后曝气池，6为絮凝池，7为沉淀池。
具体实施例方式
实施例1正常水质、水量时选择串联运行方式，具体步骤为将某地经沉砂处理后的城市污水引入交互式反应器，进水进入厌氧池2，好氧池中的混合液通过过墙推流泵回流至缺氧池3；回流污泥进入预缺氧池1，污水依次流过厌氧池2、缺氧池3、好氧池4、后曝气池5，从絮凝池6流出反应器，经过沉淀池7出水。进水平均水温22℃，平均pH值为7.37。污水在反应器内的水力停留时间为9h，平均污泥回流比为100％，平均混合液回流比为200％，污泥浓度维持在3.5g/L上下，平均污泥龄为10d。
经检测，进水时CODCr平均值为335mg/L，出水时平均值为42mg/L，去除率为87.5％；进水时SS平均值为212mg/L，出水平均值为17mg/L，去除率为92％；进水时氨氮平均值为30mg/L，出水平均值为3.4mg/L，去除率为88.7％；进水时TN平均值为35mg/L，出水时平均值为12mg/L，去除率为65.7％。进水时TP平均值为3.89mg/L，不投加絮凝剂时，出水时平均值为1.1mg/L，去除率为71.7％；在化学絮凝池投加聚硅铁絮凝剂20mg/L时，平均出水中的TP浓度小于0.5mg/L。
实施例2对于合流制污水管道在暴雨时，或者分流制管道由于管网渗漏等原因造成暴雨期水量增大时运行物化与生化工艺并联的模式。此时除了污水通过单元厌氧池2、缺氧池3、好氧池4(按好氧方式运行)处理后出水至二沉池(使生物处理系统保持有机负荷不变)，超负荷部分污水分流至后曝气池5和絮凝池6，经物化强化处理后合并进入二沉池。
将某地经沉砂处理后的城市污水引入交互式反应器，进水平均水温26.5℃，平均pH值为7.44。污水在生化处理单元的水力停留时间为5.6h，平均污泥回流比为100％，平均混合液回流比为150％，污泥浓度维持在3.0g/L左右，平均污泥龄为15d。物化处理单元水力停留时间为0.4h，平均污泥回流比为25％。
经检测，进水时CODCr平均值为123mg/L，出水时平均值为38mg/L，去除率为69％；进水时SS平均值为90mg/L，出水平均值为16mg/L，去除率为82％；进水时氨氮平均值为18mg/L，出水平均值为3.9mg/L，去除率为78.2％；进水时TN平均值为21mg/L，出水时平均值为14.2mg/L，去除率为32.4％。进水时TP平均值为2.4mg/L，聚硅铁絮凝剂投加量在30mg/L时，可使得出水中的TP在0.6mg/L以下。
实施例3当进水COD和TN浓度不高或水量不大时的污水处理运行并联模式。此时进水的70％进入后曝气池5和絮凝池6，以充分利用化学生物絮凝，在不到1小时的反应时间内，达到去除有机物和除磷的目的，30％污水依次进入预缺氧池1、厌氧池2、缺氧池3、好氧池4，进行有机物降解和脱氮，这时预缺氧池1、厌氧池2、缺氧池3、好氧池4也可以部分运行，部分单元处于待机状态。
将某地经沉砂处理后的城市污水泵入交互式反应器，进水平均水温25℃，平均pH值为7.32。污水在生化处理单元的水力停留时间为5.6h，平均污泥回流比为100％，平均混合液回流比为150％，污泥浓度维持在3.0g/L上下，平均污泥龄为20d。物化处理单元水力停留时间为0.5h，平均污泥回流比为50％。
经检测，进水时CODCr平均值为90mg/L，出水时平均值为28mg/L，去除率为68.9％；进水时SS平均值为79mg/L，出水平均值为17mg/L，去除率为78.5％；进水时氨氮平均值为12mg/L，出水平均值为3.6mg/L，去除率为71％；进水时TN平均值为12.7mg/L，出水时平均值为7.6mg/L，去除率为12.1％。进水时TP平均值为1.5mg/L，聚硅铝絮凝剂投加量在20mg/L时，可使得出水中的TP在0.6mg/L以下。
实施例4在正常水量，污染物浓度较低时运行同时硝化反硝化模式。此时将厌氧池2、缺氧池3、好氧池4均按低氧运行，达到同时硝化反硝化目的，后曝气池5和絮凝池6按好氧运行。
沉砂处理后的城市污水泵入交互式反应器，进水平均水温22℃，平均pH值为7.32。污水在生化处理单元的理论水力停留时间为7.6h，平均污泥回流比为100％，无需混合液回流，污泥浓度维持在2.5g/L左右，平均污泥龄为18d，反应器的溶解氧浓度控制在0.6mg/L-1.0mg/L，后曝气池溶解氧浓度控制3mg/L-4mg/L。
经检测，进水时CODCr平均值为145mg/L，出水时平均值为38mg/L，去除率为73.8％；进水时SS平均值为129mg/L，出水平均值为15mg/L，去除率为88.4％；进水时氨氮平均值为18mg/L，出水平均值为2.6mg/L，去除率为85％；进水时TN平均值为22.7mg/L，出水时平均值为8.4mg/L，去除率为63％。进水时TP平均值为1.5mg/L，出水中的TP平均值在1.0mg/L以下。
权利要求
1.一种物化生化交互式城市污水处理方法，其特征在于采用生化处理单元、物化处理单元组成的交互式反应器，其中生化处理单元由预缺氧池(1)、厌氧池(2)、缺氧池(3)、好氧池(4)、后曝气池(5)依次通过隔墙的过水孔相连组成，物化处理单元由絮凝池(6)组成，后曝气池(5)通过管道和阀门与絮凝池(6)相连，生化处理单元的预缺氧池(1)与回流污泥管道相连，生化处理单元的厌氧池(2)与进水管道相连，生化处理单元的后曝气池(5)与沉淀池(7)相连，物化处理单元一端与进水管相连，另一端与沉淀池(7)相连，同时生化处理单元与物化处理单元之间通过管道和阀门连接，城市污水经过沉砂处理后进入物化生化交互式反应器，根据水量及水质的不同，选择生化处理单元、物化处理单元串联、并联、或同时生物硝化反硝化运行方式，对污水进行生化处理、物化处理，最后反应器内的混合液进入沉淀池进行泥水分离，沉淀的污泥部分回流至预缺氧池，部分作为剩余污泥排放，其中(1)当进水水量为设计流量的0.7-1.5倍、进水水质化学需氧量为70mg/L-800mg/L，生化需氧量为30mg/L-400mg/L，悬浮固体为150mg/L-300mg/L，凯氏氮为20mg/L-60mg/L，总磷为2mg/L-8mg/L时，反应器采用串联运行方式，反应器中预缺氧池(1)、厌氧池(2)，缺氧池(3)、好氧池(4)、后曝气池(5)、絮凝池(6)、沉淀池(7)通过管道依次相连；(2)当进水流量大于设计流量的1.5倍，进水水质化学需氧量为70mg/L-400mg/L，生化需氧量为30mg/L-200mg/L，悬浮固体为150mg/L-300mg/L，凯氏氮为10mg/L-40mg/L，总磷为1mg/L-5mg/L时；反应器采用并联运行方式，反应器国生化处理单元的厌氧池(2)、缺氧池(3)、好氧池(4)依次相连，并与物化处理单元的絮凝池(6)通过管道并联；(3)当进水流量为设计流量的0.7-1.0倍，进水水质化学需氧量为100mg/L-300mg/L，生化需氧量为50mg/L-150mg/L，悬浮固体为150mg/L-300mg/L，凯氏氮为20mg/L-60mg/L，总磷为2mg/L-4mg/L时，采用同时生物硝化反硝化运行方式，反应器中厌氧池(2)、后曝气池(5)、沉淀池(7)依次相连。
2.根据权利要求1所述的物化生化交互式城市污水处理方法，其特征在于采用串联运行方式时，其控制条件如下使城市污水全部依次进入生化处理单元中的厌氧池(2)、缺氧池(3)、好氧池(4)，在生化处理单元中停留4-8小时；然后进入物化处理单元中的絮凝池(6)，与絮凝剂充分混合，在物化处理单元停留0.5-1小时；最后混合液进入沉淀池进行泥水分离，沉淀时间为2-4小时，沉淀污泥回流至预缺氧池(1)进行内源反硝化去除硝态氮，回流比为25-100％，去除硝态氮并经过缺氧稳定后的污泥进入厌氧池。
3.根据权利要求1所述的物化生化交互式城市污水处理方法，其特征在于采用并联方式运行时，其控制条件如下将污水分为2股，一股污水进入生化处理单元中的厌氧池(2)、缺氧池(3)、好氧池(4)，进水流量为总进水量的50％--80％，从好氧池(4)末端出水，在生化处理单元中停留4-6小时；一股污水进入物化处理单元，与絮凝剂充分混合，絮凝时间为0.5-1.5小时，进水量为总进水量的20％--50％；两股污水经处理后混合进入沉淀池进行泥水分离，沉淀时间为1.5-3小时，部分污泥回流至预缺氧池，污泥回流比为25-80％，部分回流污泥回流至化学絮凝池，污泥回流比为0--25％。
4.根据权利要求1所述的物化生化交互式城市污水处理方法，其特征在于采用同时硝化反硝化运行方式时，其控制条件为使污水全部从厌氧池(2)进入，经后曝气池(5)曝气，再进入沉淀池(7)进行泥水分离，同时硝化反硝化运行时间6-10小时，沉淀时间为3-5小时，絮凝池(6)一同作为后曝气池(5)进行曝气，污泥回流至预缺氧池(1)，污泥回流比为50％-100％，溶解氧为0.6mg/L--1.0mg/L。
5.根据权利要求1所述的处理城市污水的方法，其特征还在于所述絮凝剂为聚硅铁、聚硅铝之一种，投加量为20mg/L--80mg/L。
全文摘要
本发明属环保技术领域，具体涉及一种物化生化交互式城市污水处理方法。本发明通过在一个反应器内设置预缺氧、厌氧、缺氧、好氧等生化处理单元及可投加絮凝剂的物化处理单元，物化单元在不同运行模式下可用作生化处理，根据进水水质水量的不同和处理要求的变化改变各反应单元的反应条件，实现生化与物化处理系统的串联或并联运行，始终在最低运行费用的情况下，有效去除有机污染物、悬浮固体、氮、磷等营养性物质，保证达到排放要求。
文档编号C02F3/30GK1587123SQ20041006645
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月16日 优先权日2004年9月16日
发明者周琪, 郑兴灿, 曾庆福, 杨殿海, 顾国维, 颜秀勤, 邱兆富, 张秀华, 钱鸣 申请人:同济大学, 中国市政工程华北设计研究院, 武汉方元环境科技有限责任公司