强化反硝化脱氮除磷的厌氧‑氧化沟及其操作方法与流程

本发明属于环境工程中的污水处理技术领域，涉及一种强化反硝化脱氮除磷的厌氧-氧化沟及其操作方法。

背景技术：

随着环境保护要求的提高，污水治理去除有机物的同时需要进行脱氮除磷。因此许多研究者将氧化沟循环廊道前增加厌氧区(或厌氧池)，以满足污水的除磷要求。氧化沟实现脱氮功能，方法之一是调节曝气器在循环廊道内形成好氧区和缺氧区，在好氧区可实现有机物氧化及硝化反应，在缺氧区可进行反硝化脱氮。

而混合液在氧化沟循环廊道内流行时间的长短，又决定了混合液每次在好氧区和缺氧区停留时间的长短。

如图1所示，混合液在氧化沟循环廊道内流行时间的长短可以用(1)式表征：

式(1)中：T—循环周期，即混合液在氧化沟池循环廊道内流行一圈所用时间，min

L_mid—氧化沟池循环廊道中线周长，m，即图1中所示循环廊道内虚线长度

v—混合液在氧化沟池循环廊道内的流行速度，m/s；

所以混合液每一次流经好氧区所用时间T_o等于循环周期T乘以好氧区容积V_o占循环廊道总容积V_CC的比例，见(2)式：

式(2)中：T_o—混合液每次流经好氧区所用时间，min

V_o—好氧区容积，m³

V_CC—氧化沟池循环廊道总容积，m³

所以混合液每一次流经缺氧区所用时间T_n等于循环周期T乘以缺氧区容积V_n占循环廊道总容积V_CC的比例，见(3)式：

式(3)中：T_n—混合液每次流经缺氧区所用时间，min

V_n—缺氧区容积，m³

其中：V_CC＝V_o+V_n(4)

而不同的氧化沟循环周期差别很大，如表1所示：

表1国内外已建氧化沟的循环周期表

注：①H为循环廊道有效水深；②计算T时v按0.3m/s计。

由表1中数据可以看出已建氧化沟循环周期从几分钟至几十分钟不等，相差很大。对于循环廊道内设置好氧区和缺氧区的氧化沟工艺，循环周期的差别会影响混合液每次在好氧区和缺氧区停留时间的长短，进而会影响到反硝化聚磷菌(DPAOs)占总聚磷菌(PAOs)的比例，最终会影响到氧化沟脱氮除磷的效果。

反硝化除磷菌(DPAOs)，可以利用NO₃^-、NO₂^-作为电子受体，胞内的有机物聚β-羟基链烷酸酯(PHA)作为碳源和电子供体，用于在缺氧环境下吸磷，同时将NO₃^-、NO₂^-还原为氮气。所以反硝化聚磷菌可以实现一碳两用，即胞内储存的PHA可以同时用于反硝化脱氮和缺氧吸磷。因此当系统内的反硝化聚磷菌增多时，系统脱氮除磷的有机物消耗量、耗氧量及剩余污泥排放量均会较传统反硝化脱氮和好氧除磷低。

技术实现要素：

本发明的目的是对循环周期采取时序控制，提供一种强化反硝化脱氮除磷的厌氧-氧化沟。

本发明的第二个目的是提供一种强化反硝化脱氮除磷的厌氧-氧化沟的操作方法。

本发明的技术方案概述如下：

一种强化反硝化脱氮除磷的厌氧-氧化沟，厌氧池2通过管路依次与氧化沟池3、沉淀池4、三通6、污泥回流泵5的进水端连接，污泥回流泵5的出水端通过管路与厌氧池2连接；厌氧池2的侧壁上设置有进水管1；三通6与剩余污泥排放管7连接；沉淀池4的上部设置有出水管8；在厌氧池2内部设置有搅拌器9；在氧化沟池3内底部均匀设置有微孔曝气器10，微孔曝气器10通过管路与设置在氧化沟池3外的鼓风曝气机11连接，鼓风曝气机11与时控开关12连接，一侧廊道起始端部中线位置有效水深二分之一处设置有第一水下推进器13，另一侧廊道起始端部中线位置有效水深二分之一处设置有第二水下推进器14。

一种强化反硝化脱氮除磷的厌氧-氧化沟的操作方法，包括如下步骤：

(1)使用一种强化反硝化脱氮除磷的厌氧-氧化沟，厌氧池2通过管路依次与氧化沟池3、沉淀池4、三通6、污泥回流泵5的进水端连接，污泥回流泵5的出水端通过管路与厌氧池2连接；厌氧池2的侧壁上设置有进水管1；三通6与剩余污泥排放管7连接；沉淀池4的上部设置有出水管8；在厌氧池2内部设置有搅拌器9；在氧化沟池3内底部均匀设置有微孔曝气器10，微孔曝气器10通过管路与设置在氧化沟池3外的鼓风曝气机11连接，鼓风曝气机11与时控开关12连接，一侧廊道起始端部中线位置有效水深二分之一处设置有第一水下推进器13，另一侧廊道起始端部中线位置有效水深二分之一处设置有第二水下推进器14；

(2)将原污水自进水管1流入厌氧池2，同时将来自沉淀池4的回流污泥经污泥回流泵5泵入厌氧池2，原污水和回流污泥在搅拌器9的作用下混合，形成的泥水混合液流入氧化沟池3，开启第一水下推进器13和第二水下推进器14，氧化沟池3内泥水混合液在廊道内循环流动；由时控开关12控制鼓风曝气机11开启与关闭，鼓风曝气机11开启运行T_o分钟，通过微孔曝气器10向氧化沟池3供氧，鼓风曝气机供气量要使T_o时间内氧化沟池混合液溶解氧平均浓度大于等于2.0mg/L，而后鼓风曝气机11持续关闭T_n分钟；T_o+T_n＝T，T为一个循环周期，4分钟≤T_o≤9分钟，4分钟≤T_n≤9分钟，且T_o＝T_n；氧化沟池3内泥水混合液经管道流入沉淀池4；沉淀池4上层清液经出水管8排出，沉淀池4底部污泥一部分经污泥回流泵5泵入厌氧池2，另一部分通过三通6经剩余污泥排放管7排放。

本发明具有以下有益效果：

(1)不改变其它运行参数，不使用化学药剂，仅通过对氧化沟循环廊道的曝气方式及曝气供氧区域进行改造，就可以使反硝化聚磷菌得以富集，可以使氧化沟系统脱氮除磷同时达到较高去除率。

(2)与实现相同处理效果的其它活性污泥工艺相比，可节省25％左右的有机物消耗量，节省20％左右的耗氧量，并减少了20％左右的剩余污泥产量。

(3)与传统活性污泥工艺相比较，省去了好氧区向缺氧区回流混合液的内回流泵房及内回流泵，减小了占地面积，节约了建造费用。

(4)对现有设置氧化沟工艺的污水处理厂改造方式简单，尤其适用于循环周期小于8分种的氧化沟污水处理厂的改造。也适用于新建污水处理厂。

附图说明

图1为现有技术氧化沟循环周期关系推导示意图。

图2为本发明的强化反硝化脱氮除磷的厌氧-氧化沟示意图。

图1中：21——进水管 22——氧化沟池 23——曝气转刷 24——水下推进器 25——好氧区，氧化沟池内混合液溶解氧浓度大于等于2.0mg/L的区域 26——缺氧区，氧化沟池内混合液溶解氧浓度小于2.0mg/L的区域 27——沉淀池 28——回流污泥 29——剩余污泥 30——出水 B—氧化沟池循环廊道的廊道宽，m；

图2中：

1——进水管 2——厌氧池 3——氧化沟池 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——搅拌器 10——微孔曝气器 11——鼓风曝气机 12——时控开关，13——第一水下推进器，14——第二水下推进器14。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

一种强化反硝化脱氮除磷的厌氧-氧化沟，见图2，厌氧池2通过管路依次与氧化沟池3、沉淀池4、三通6、污泥回流泵5的进水端连接，污泥回流泵5的出水端通过管路与厌氧池2连接；厌氧池2的侧壁上设置有进水管1；三通6与剩余污泥排放管7连接；沉淀池4的上部设置有出水管8；在厌氧池2内部设置有搅拌器9；在氧化沟池3内底部均匀设置有微孔曝气器10，微孔曝气器10通过管路与设置在氧化沟池3外的鼓风曝气机11连接，鼓风曝气机11与时控开关12连接，一侧廊道起始端部中线位置有效水深二分之一处设置有第一水下推进器13，另一侧廊道起始端部中线位置有效水深二分之一处设置有第二水下推进器14。

一种强化反硝化脱氮除磷的厌氧-氧化沟的操作方法，包括如下步骤：

(1)使用一种强化反硝化脱氮除磷的厌氧-氧化沟，厌氧池2通过管路依次与氧化沟池3、沉淀池4、三通6、污泥回流泵5的进水端连接，污泥回流泵5的出水端通过管路与厌氧池2连接；厌氧池2的侧壁上设置有进水管1；三通6与剩余污泥排放管7连接；沉淀池4的上部设置有出水管8；在厌氧池2内部设置有搅拌器9；在氧化沟池3内底部均匀设置有微孔曝气器10，微孔曝气器10通过管路与设置在氧化沟池3外的鼓风曝气机11连接，鼓风曝气机11与时控开关12连接，一侧廊道起始端部中线位置有效水深二分之一处设置有第一水下推进器13，另一侧廊道起始端部中线位置有效水深二分之一处设置有第二水下推进器14；

(2)将原污水自进水管1流入厌氧池2，同时将来自沉淀池4的回流污泥经污泥回流泵5泵入厌氧池2，原污水和回流污泥在搅拌器9的作用下混合，形成的泥水混合液流入氧化沟池3，开启第一水下推进器13和第二水下推进器14，氧化沟池3内泥水混合液在廊道内循环流动；由时控开关12控制鼓风曝气机11开启与关闭，鼓风曝气机11开启运行T_o分钟，通过微孔曝气器10向氧化沟池3供氧，鼓风曝气机供气量要使T_o时间内氧化沟池混合液溶解氧平均浓度大于等于2.0mg/L，而后鼓风曝气机11持续关闭T_n分钟；T_o+T_n＝T，T为一个循环周期，4分钟≤T_o≤9分钟，4分钟≤T_n≤9分钟，且T_o＝T_n；氧化沟池3内泥水混合液经管道流入沉淀池4；沉淀池4上层清液经出水管8排出，沉淀池4底部污泥一部分经污泥回流泵5泵入厌氧池2，另一部分通过三通6经剩余污泥排放管7排放。

实施例1

原有厌氧-氧化沟系统的脱氮除磷效果和DPAOs/PAOs

原有一座脱氮除磷厌氧-氧化沟系统，厌氧池容积V_p＝20m³，厌氧池长为5m、宽为2m、高为2m；氧化沟池循环廊道总容积V_CC＝100m³，循环廊道宽B为1.5m，循环廊道有效水深H为1.0m，L_mid为66.67m。氧化沟池中40％是缺氧区，60％是好氧区，故V_n＝40m³，V_o＝60m³。氧化沟池内好氧区底部设置微孔曝气器对好氧区混合液进行供氧，使好氧区溶解氧浓度在2.0mg/L以上。

厌氧-氧化沟进水流量为Q_in＝240m³/d，生物反应池总水力停留时间HRT＝12h，其中厌氧池水力停留时间t_p＝2h，氧化沟池水力停留时间HRT_CC＝10h，缺氧区水力停留时间t_n＝4h，好氧区水力停留时间t_o＝6h。

氧化沟池循环周期T为3.70min，其中T_n为1.48min，T_o为2.22min。原污水和回流污泥由厌氧池起端进水口流入，在厌氧池内搅拌器的作用下混合，形成的泥水混合液流入氧化沟池，氧化沟池内布置水下推进器推动混合液流动，v为0.3m/s。氧化沟池内混合液由出水口流出进入沉淀池进行泥水分离，静沉出水由沉淀池上部排出，沉淀池底部分污泥回流至厌氧池起端与污水一起进入厌氧池。

沉淀池回流至厌氧池的污泥回流量为192m³/d，即污泥回流比为80％。剩余污泥定期从沉淀池底部排出，使系统污泥龄维持在12天。厌氧池和氧化沟池混合液污泥浓度MLSS均在3600～3800mg/L。

该厌氧-氧化沟系统进水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去除率分别为91.18％、61.68％和85.49％；系统内反硝化聚磷菌(DPAOs)占总聚磷菌(PAOs)的比例DPAOs/PAOs为12.72％。

实施例2

本发明的一种强化反硝化脱氮除磷的厌氧-氧化沟脱氮除磷效果和DPAOs/PAOs

将原有厌氧-氧化沟系统按照本发明进行改造，即本发明的强化反硝化脱氮除磷的厌氧-氧化沟，见图2，厌氧池容积V_p＝20m³，厌氧池长为5m、宽为2m、高为2m，维持不变；氧化沟池循环廊道总容积V_CC＝100m³，循环廊道宽B为1.5m，循环廊道有效水深H为1.0m，L_mid为66.67m，维持不变；将氧化沟池底均匀布置微孔曝气器。

改造后厌氧-氧化沟进水流量Q_in＝240m³/d，生物反应池总水力停留时间HRT＝12h，其中厌氧池水力停留时间t_p＝2h，氧化沟池水力停留时间HRT_CC＝10h。

原污水自进水管流入厌氧池，同时将来自沉淀池的回流污泥经污泥回流泵泵入厌氧池，原污水和回流污泥在搅拌器的作用下混合，形成的泥水混合液流入氧化沟池，氧化沟池内开启水下推进器推动泥水混合液在廊道内循环流动，v为0.3m/s。由时控开关控制鼓风曝气机开启与关闭，鼓风曝气机开启运行T_o分钟，通过微孔曝气器向氧化沟池供氧，鼓风曝气机供气量使T_o时间内氧化沟池混合液溶解氧平均浓度大于等于2.0mg/L，而后鼓风曝气机持续关闭T_n分钟；T_o+T_n＝T，T为一个循环周期，4分钟≤T_o≤9分钟，4分钟≤T_n≤9分钟，且T_o＝T_n。氧化沟池内泥水混合液经管道流入沉淀池，进行泥水分离，沉淀池上层清液经出水管排出，沉淀池底部污泥一部分经污泥回流泵泵入厌氧池，另一部分通过三通经剩余污泥排放管排放。

沉淀池回流至厌氧池的污泥回流量为192m³/d，即污泥回流比为80％。剩余污泥定期从沉淀池底部排出，使系统污泥龄维持在12天。厌氧池和氧化沟池混合液污泥浓度MLSS均在3600～3800mg/L。

原厌氧-氧化沟系统中V_o/V_CC为60％，V_n/V_CC为40％，但在改造后的厌氧-氧化沟系统间歇曝气过程中，由于曝气器刚关闭时循环廊道内溶解氧浓度降低到2.0mg/L以下需要一段时间，故在间歇曝气中曝气时长和非曝气时长各占50％即可，即T_o＝T_n即可。

表2改变T时，改造后厌氧-氧化沟脱氮除磷效果及DPAOs/PAOs

由表2可知，循环周期T为40分钟时，混合液曝气供氧20分钟，时间较长，因此有利于好氧吸磷充分反应，这样就导致了好氧吸磷时PHA消耗较多，而留给停止曝气时的反硝化吸磷反应的PHA较少，因此反硝化聚磷反应也不能较好进行，长期培养后，就导致了DPAOs/PAOs比值较低。故T＝40分钟(T_o＝T_n＝20分钟)时，DPAOs/PAOs所占比例为21％左右。

当循环周期T减小至18分钟，14分钟和8分钟时，混合液曝气供氧时间缩短至9分钟,7分钟和4分钟，此时好氧吸磷反应消耗的PHA量减少，因此有利于停止曝气时的反硝化聚磷反应的进行，长期培养后，就导致了DPAOs/PAOs比值较高。所以循环周期T为18分钟(T_o＝T_n＝9分钟)，14分钟(T_o＝T_n＝7分钟)和8分钟时(T_o＝T_n＝4分钟)DPAOs/PAOs可达40％以上。

当循环周期T减小至4分钟时，混合液曝气供氧时间和停止曝气时间均缩短至2分钟。虽然此时好氧吸磷反应时间和反硝化吸磷反应时间都较短。但是由于通常认为所有聚磷菌都能进行好氧吸磷，能进行好氧吸磷的聚磷菌中只有一部分能进行缺氧吸磷，所以能够进行好氧吸磷的聚磷菌数量总是大于能够进行缺氧吸磷的聚磷菌数量，因此这就导致了，更短的停曝时间内反硝化聚磷反应不能充分进行，而由于好氧吸磷菌数量多，所以虽然好氧吸磷时间也较短，但好氧吸磷还是要比反硝化吸磷进行的充分些，所以长期培养后，循环周期T为4分钟(T_o＝T_n＝2分钟)时，仍旧会导致DPAOs/PAOs比值降低至10％左右。

而原厌氧-氧化沟系统的工作状况与改造后系统循环周期T为4分钟时类似，故原厌氧-氧化沟系统未能同时达到较高的脱氮除磷率。

由此可知，循环周期会影响到反硝化聚磷菌的生长情况，进而这又会影响到氧化沟脱氮除磷的效果。

参考文献

[1]Alaya,S.B.；Haouech,L.；Cherif,H.；Shayeb,H.,Aeration management in an oxidation ditch.Desalination.2010,252(1-3),172-178.

[2]Kanazawa,N.；Urushigawa,Y.,Estimation of nitrogen removal rate in aqueous phase based onδ¹⁵N in microorganisms in solid phase.Water Research.2007,41(15),3201-3208.

[3]陈方.左云县氧化沟污水处理厂的设计.科技情报开发与经济.2004,14(8):306-307.

[4]邹笑蓉,李宏敏,梁衷华,等.威海高区污水处理厂设计与运行.给水排水.2002,28(4):13-14.

[5]周如禄,孙勇,马广田.卡鲁塞尔氧化沟在兴隆庄煤矿生活污水处理中的应用.能源环境保护.2004,18(4):24-26.

[6]Yang,Y.；Wu,Y.；Yang,X.；Zhang,K.；Yang,J.,Flow field prediction in full-scale Carrousel oxidation ditch by using computational fluid dynamics.Water Science and Technology.2010,62(2),256-265.

[7]Abusam,A.；Keesman,K.J.；Spanjers,H.；Straten,G.v.,Benchmarking procedure for full-scale activated sludge plants.Control Engineering Practice.2004,12(3),315-322.

[8]陈锐.邯郸西污水厂改良氧化沟工艺的优化运行.水工业市场.2012,(2),49-52。