双污泥氧化沟反硝化除磷装置及方法与流程

本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种双污泥氧化沟反硝化除磷装置及方法。

背景技术：

氧化沟(oxidationditch)又名连续循环曝气池(continuousloopreactor)，是活性污泥法的一种变形。氧化沟具有特殊的水力学流态，既有完全混合式反应器的特点，又有推流式反应器的特点，氧化沟内存在明显的溶解氧浓度梯度。氧化沟的断面一般为矩形或梯形，平面形状多为椭圆形。氧化沟在空间上形成了好氧区、缺氧区和厌氧区，具有良好的脱氮功能，具有净化程度高、耐冲击、运行稳定可靠、操作简单、运行管理方便、维修简单、投资少、能耗低、出水水质好等特点。氧化沟工艺在城市生活污水及工业废水处理领域已经得到广泛应用，并成为当前占主导地位的污水生物处理技术。尤其在我国，污水处理厂的建设以中小型规模为主，各类氧化沟工艺得到普遍应用。

随着国家对污水排放标准逐渐提高，原来按照旧版排放标准设计的水处理构筑物已经无法满足现行排放标准。根据国务院2015年颁布的《水污染防治行动计划》,敏感区域(重点湖泊、重点水库、近岸海域汇水区域)城镇污水处理设施应于2017年底前全面达到一级a排放标准。建成区水体水质达不到地表水ⅳ类标准的城市，新建城镇污水处理设施要执行一级a排放标准。而2004年以来大量污水厂均按照一级b排放标准设计，在实际运行中若不经过强化处理无法满足一级a的排放标准。

目前，针对排放标准提高的主流改造方法是加设深度处理工艺例如絮凝沉淀池、后续化学强化工艺或生物强化工艺等。而新建设的氧化沟再增设深度处理工艺不仅要额外增加更多用地面积而且也带来高昂的投资建设运行费用，这对于对水厂的建设特别是大城市的水厂建设带来不少困难。

目前,反硝化除磷技术已从基础性研究发展到了工程应用阶段。实践表明它对城市污水，特别是低c/n、低c/p的污水有很好的处理效果。我国南方地区污水的c/n和c/p普遍较低，利用传统生物处理工艺会出现除磷菌和反硝化菌进行碳源竞争的问题，无法高效完成脱氮除磷的任务。而反硝化除磷菌能在缺氧条件下以硝酸盐(n0x^-)为电子受体氧化聚-β-羟基丁酸盐(phb)，不仅可以使硝态氮转化为氮气溢出，同时还过量摄取污水中的磷酸盐，从而达到除磷和脱氮(反硝化)同步进行的目的。这将反硝化脱氮和生物除磷有机地合二为一，是反硝化除磷可节省能源和资源的原因所在。反硝化除磷是用厌氧/缺氧交替环境来代替传统的厌氧/好氧环境，驯化培养出一类以硝酸根作为最终电子受体的反硝化除磷菌(denitrifyingpolyphosphateaccumulatingorganisms，dpaos)，通过反硝化除磷菌的代谢作用来同时完成过量吸磷和反硝化过程而达到同步脱氮除磷的目的。使用该菌种处理污水可节省50％的cod、30％的o2消耗量,可在较低的c/n和c/p下高效完成脱氮除磷工作。同时可以相应减少50％的剩余污泥量，节省投资和运行费用。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的新建污水处理设备用地紧张且投入大的的技术问题，本发明提供一种双污泥氧化沟反硝化除磷装置及方法，适用于用地紧张的新建污水厂的建设和对已建成的污水厂升级改造，利用较小的占地空间达到同步高效脱氮除磷，达到一级a出水标准。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种双污泥氧化沟反硝化除磷装置，包括氧化沟，所述氧化沟内设有依次连通的厌氧区、缺氧区和出水区，沿污水的流向在所述厌氧区和缺氧区之间设有独立硝化区，所述缺氧区和厌氧区之间设有预厌氧区，所述独立硝化区分别通过第一挡板和第二挡板与所述厌氧区和缺氧区隔离，并沿污水的流向依次设有第一泥水分离区、填料区、第二泥水分离区和稳流区，所述填料区用于吸附硝化菌，并在下方沿污水的流向依次设有多个曝气头，所述第二泥水分离区的下方设有排泥管。

作为优选，所述独立硝化区内设有隔板，以分隔所述第一挡板和第二挡板于所述隔板的两侧，使污水从所述第一泥水分离区进入所述填料区后折流再进入所述第二泥水分离区；所述隔板的长度为从所述第一挡板直至折流的弯道处圆心再延长半径的二分之一。

作为优选，所述独立硝化区包括：

底板，其通过弧形的偏心导流板连接到所述氧化沟的内底壁上，所述底板靠近所述氧化沟的一端并连接于所述氧化沟的内侧壁上，以将所述氧化沟分隔成上下两个独立的空间；所述底板与隔板连接，且所述底板上具有向所述排泥管方向倾斜的斜面；

第三挡板，其连接到所述底板和隔板上，并与所述第一挡板之间形成所述第一泥水分离区，且在上端形成通向所述填料区的流道；

第四挡板，其连接到所述底板和隔板上，并与所述第三挡板之间形成所述填料区，且在下端形成通向所述第二泥水分离区的流道；

第五挡板，其连接到所述底板和隔板上，并与所述第四挡板和第二挡板之间分别形成所述第二泥水分离区和稳流区。

作为优选，所述填料区内设有上篮架、多层填料球和下篮架，所述上篮架和下篮架均连接到所述氧化沟一端的内侧壁、第三挡板和第四挡板上，最上层和最下层的多个所述填料球分别连接于所述上篮架和下篮架上，且多层所述填料球的上下相邻的两个所述填料球之间互相连接。

作为进一步优选，所述第三挡板在下端弯折，以使所述第三挡板与所述底板之间的夹角为钝角。

作为进一步优选，所述稳流区的底板上设有水泵，以将污水输送至位于沿污水的流向设置的第二个所述曝气头下方的所述氧化沟内。

作为优选，所述出水区设于所述预厌氧区内，所述出水区由第三泥水分离区、清水区、三角堰、出水沟和出水管组成，所述清水区设于所述第三泥水分离区的上方，所述三角堰设于所述清水区的上方，所述出水沟位于所述三角堰的外侧，并通过所述出水管与外部系统连通。

作为进一步优选，所述第一泥水分离区、第二泥水分离区和第三泥水分离区均包括多个斜管，每个区域内相邻的两个所述斜管之间的外壁互相连接，且靠近外侧的多个所述斜管分别连接到对应的挡板上。

作为优选，所述预厌氧区的所述氧化沟内设有出水沟，以连通二沉池，所述出水区设于所述二沉池内，所述二沉池通过泥水分离装置与所述预厌氧区连通，以将分离出的水通入所述预厌氧区。

一种如上所述的双污泥氧化沟反硝化除磷装置的反硝化除磷方法，包括如下步骤：

(1)将从普通污水厂的厌氧池取得的活性污泥投入氧化沟的主沟道中，同时将好氧池末端的活性污泥在所述填料区进行挂膜处理；

(2)生活污水(外加碳源为混合碳源，比例为乙酸钠：丙酸钠＝3:1)从进水管通入所述厌氧区，并同时开启所述水泵与曝气头，以维持所述独立硝化区下方的氧化沟内的厌氧缺氧环境和所述独立硝化区内的好氧环境；

(3)步骤(2)中的生活污水进入厌氧区后与来自预厌氧区的泥水混合物相混合，并在所述厌氧区的停留时间为50～90分钟后，所述氧化沟的中上部的泥水混合液经过第一泥水分离区完成澄清，其流量为进水流量的1.2～2倍，然后进入填料区进行硝化反应，停留时间为2小时，其余高浓度的泥水混合液则进入独立硝化区下方的氧化沟流道；

(4)步骤(3)中完成硝化反应后的污水经过第二泥水分离区后进入稳流区，通过水泵将污水抽入沿污水流动方向设置的第二个曝气头下方的氧化沟沟道内，并从此进入所述缺氧区；

(5)所述缺氧区的水力停留时间为6～8小时，然后流经预厌氧区时，中上部的泥水混合液经过第三泥水分离区完成澄清后进入清水区，然后通过三角堰溢流进入出水沟，最后通过出水管排出氧化沟，其余高浓度泥水混合液则继续在氧化沟沟中循环流动；

(6)两周后停止向生活污水中补入外加碳源，仅以生活污水作为进水水源，直至将氧化沟内的活性污泥浓度mlss控制在3500～4500mg/l。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果是：本发明通过将氧化沟分为预厌氧区/厌氧区/缺氧区/独立硝化区共四个区域，并使独立硝化区的始端位于厌氧区的末段，在独立硝化区的底板以下的氧化沟的沟道内流经高浓度的泥水混合液，通过氧化沟的主沟道始终处于厌氧/缺氧状态，利于反硝化除磷菌成为优势菌种，同时通过在独立硝化区采用生物挂膜，为世代周期较长的硝化菌提供了一个稳定的生存环境，增加了独立硝化区中硝化菌的生物量，提高了独立硝化区的硝化率，能够为反硝化除磷菌提供充足的硝态氮，保证了反硝化除磷的效果。

附图说明

图1为本发明中的实施例一的双污泥氧化沟反硝化除磷装置的俯视结构示意图；

图2为本发明中的实施例一的双污泥氧化沟反硝化除磷装置的内部结构俯视图；

图3为本发明中的实施例一的双污泥氧化沟反硝化除磷装置的独立硝化区的剖视图；

图4为为本发明中的实施例一的双污泥氧化沟反硝化除磷装置的出水区的剖视图；

图5为实施例二的结构示意图。

图中：1-氧化沟；2-进水管；3-第一泥水分离区；4-上栏架；5-填料区；6-隔板；7-第二泥水分离区；8-稳流区；9-潜水推进器；10-微曝机；11-第一挡板；12-第三泥水分离区；13-三角堰；14-出水管；15-第一排泥管；16-偏心导流板；17-曝气头；18-第二排泥管；19-水泵；20-清水区；21-出水沟；22-二沉池；23-预厌氧区；24-厌氧区；25-缺氧区；26-独立硝化区；27-第六挡板；28-第二挡板；29-第三挡板；30-第四挡板；31-第五挡板；33-底板；34-下栏架；35-填料球；36-斜管。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施例对本发明作详细说明。

实施例一

如图1至图4所示，一种双污泥氧化沟反硝化除磷装置，包括氧化沟1，氧化沟1内沿污水的流向设有依次连通的出水区、预厌氧区23、厌氧区24、独立硝化区26、缺氧区25和出水区，独立硝化区26分别通过第一挡板11和第二挡板28与厌氧区24和缺氧区25隔离，并沿污水的流向依次设有第一泥水分离区3、填料区5、第二泥水分离区7和稳流区8，以使氧化沟1的主沟道(除独立硝化区26意外的区域)和独立硝化区26内的污泥相互独立，形成互不干扰的双污泥系统。填料区5用于吸附硝化菌，并在下方沿污水的流向依次设有多个曝气头17，进行曝气，从而促进氨氮进行硝化反应。预厌氧区23下方的氧化沟1的侧壁上连接有第一排泥管15，第二泥水分离区7的下方设有第二排泥管18,缺氧区25和预厌氧区23之间设有微曝机10，第一泥水分离区3和第二泥水分离区7分别设于填料区5的两端，可将两种不同的污泥有效分隔开来，阻止了它们的混杂，保证了各个区域功能高效地执行。增加的微曝机10和预厌氧区23不仅活化了污泥，还可以进一步降低残留的bod和磷酸盐，减少进入厌氧区24的硝态氮，以利于厌氧区24的释磷，保证了反硝化除磷菌的活性。

本实施例通过将氧化沟1分为预厌氧区23/厌氧区24/缺氧区25/独立硝化区26共四个区域，并使独立硝化区26的始端位于厌氧区24的末段，并在独立硝化区26的底板33以下的氧化沟1的沟道内流经高浓度的泥水混合液，通过氧化沟1的主沟道始终处于厌氧/缺氧状态，利于反硝化除磷菌成为优势菌种，同时通过在独立硝化区26采用生物挂膜，为世代周期较长的硝化菌提供了一个稳定的生存环境，增加了独立硝化区26中硝化菌的生物量，提高了独立硝化区26的硝化率，能够为反硝化除磷菌提供充足的硝态氮，保证了反硝化除磷的效果。

本实施例中，继续结合图1，独立硝化区26内设有隔板6，以分隔第一挡板11和第二挡板28于隔板6的两侧，使污水从第一泥水分离区3进入填料区5后折流再进入第二泥水分离区7；隔板6的长度为从第一挡板11直至折流的弯道处圆心再延长半径的二分之一，可防止弯道处水流产生短流现象。

继续结合图1至图3，独立硝化区26包括底板33、第三挡板29、第四挡板30和第五挡板31，底板33通过弧形的偏心导流板16连接到氧化沟1的内底壁上，底板33靠近氧化沟1的一端并连接于氧化沟1的内侧壁上，以将氧化沟1分隔成上下两个独立的空间。底板1与隔板6连接，且底板1上具有向第二排泥管18的方向倾斜的斜面，斜面从第五挡板31向第二排泥管18倾斜，有利于污泥从第二排泥管18排出。第三挡板29连接到底板33和隔板6上，并与第一挡板11之间形成第一泥水分离区3，且在上端低于氧化沟1的顶面，以形成通向填料区5的流道。第三挡板29在下端弯折，以使第三挡板29与底板33之间的夹角为钝角，使位于填料区5下方的区域的流态更加稳定。第四挡板30连接到底板33和隔板6上，并与第三挡板29分设于隔板6的两侧且相对，第四挡板30与第三挡板29之间形成填料区5，且在下端距离底板33一定距离，以形成通向第二泥水分离区7的流道。第五挡板31连接到底板33和隔板6上，并与第四挡板30和第二挡板28之间分别形成第二泥水分离区7和稳流区8。

继续结合图3，填料区5内设有上栏架4、多层填料球35和下栏架34，上栏架4和下栏架34均连接到氧化沟1一端的内侧壁、第三挡板29和第四挡板30上，最上层和最下层的多个填料球35分别连接于上栏架4和下栏架34上，且多层填料球35的上下相邻的两个填料球35之间互相连接，以确保密集的填料区5在曝气的情况下不会发生错位。

本实施例中，继续结合图3，稳流区8的底板上设有水泵19，以将污水输送至位于沿污水的流向设置的第二个曝气头17下方的氧化沟1内，使缺氧活动实际在独立硝化区26的下方的氧化沟1内就开始，因此大大延长了缺氧区25的长度，有利于脱氮除磷进行的更加完全。

本实施例中，出水区设于预厌氧区23内，继续结合图1和图4所示，出水区的上部与氧化沟1的顶面齐平，出水区的底部则位于氧化沟1的中部，出水区由第三泥水分离区12、清水区20、三角堰13、出水沟21和出水管14组成，清水区20设于第三泥水分离区12的上方，三角堰13设于清水区20的上方，出水沟21位于三角堰13的外侧，并通过出水管14与外部系统连通。污水流经预厌氧区23时，中上部的泥水混合液经过第三泥水分离区12的斜管36完成澄清，进入清水区20，然后通过三角堰13溢流进入出水沟21，最后通过排水管14排出氧化沟1，其余高浓度的泥水混合液则继续在氧化沟1的沟道中循环流动。

本实施例中，第一泥水分离区3、第二泥水分离区7和第三泥水分离区12均包括多个斜管36，每个区域内相邻的两个斜管36之间的外壁互相连接，其中，第一泥水分离区3靠近外侧的多个斜管36分别连接到第一挡板11和第三挡板29上，第二泥水分离区7靠近外侧的多个斜管36分别连接到第四挡板30和第五挡板31上，第三泥水分离区12靠近外侧的多个斜管36分别连接到位于两端的第六挡板27上，且第六挡板27与氧化沟1的内侧壁成45°倾斜放置。沿污水的流向位于第一泥水分离区3、第二泥水分离区7和第三泥水分离区12前部的第一挡板11、第四挡板30和第六挡板27在下端均伸出各自区域的斜管36一定长度，以减少水平流速对各自区域内斜管36的沉淀作用的影响。斜管36的倾斜方向为向污水流向相反的反向倾斜。第一排泥管15设于出水区的下方，以排出系统运行过程中产生的污泥。

实施例二

对带有二沉池22和污泥回流管线的卡鲁塞尔型氧化沟同样可以进行升级改造，即，如图5所示，取消预厌氧区23内的出水装置，在微曝机10后通过原有的出水沟21将泥水混合液送入二沉池21中，经过泥水分离装置分离后的污泥重新进入厌氧区23内。将卡鲁塞尔型氧化沟的某个廊道的上部改造为图5中所示的独立反硝化区26，除缺氧区后端留有一台倒伞型曝气机进行微曝气外，其余微曝气机停止运行。其余运行步骤与实施例一相同，同样能达到较好的处理效果。

预厌氧区的所述氧化沟内设有出水沟，以连通二沉池，所述出水区设于所述二沉池内，所述二沉池通过泥水分离装置与所述预厌氧区连通，以将分离出的水通入所述预厌氧区。

本发明还公开了一种双污泥氧化沟反硝化除磷装置的反硝化除磷方法，试验阶段的指标为：cod为193～408mg/l,nh4⁺为39.2～57.6mg/l，tp为4.8～8.3mg/l，ph为7.3～7.8。试验中所采用的分析方法均按照国家环境保护局发布的标准方法。

双污泥氧化沟反硝化除磷装置的反硝化除磷方法包括如下步骤：

(1)将从普通污水厂的厌氧池取得的活性污泥投入氧化沟的主沟道中，同时将好氧池末端的活性污泥在所述填料区进行挂膜处理；

(2)然后开启进水阀，通过进水管2进水，并在进水处按照进水流量比例进行添加混合碳源(乙酸钠与丙酸钠比例为3:1)，以cod计量为100mg/l。启动曝气头17和水泵19，同时开启潜水推进器9和微曝气机10，以维持独立硝化区26下方的氧化沟1内的厌氧缺氧环境和独立硝化区26内的好氧环境。通过将进水根据生物脱氮生物除磷和生物硝化的原理进行优化分配，使大部分原水中的碳源优先满足反硝化除磷菌，使其充分释磷，然后再在缺氧区25利用内碳源进行反硝化，达到一碳两用的效果，缓和了脱氮与除磷对碳源竞争的矛盾，同时反硝化除磷对曝气的需求低，降低了能耗。独立硝化区26的填料区5富集的硝化菌也得以在较低的碳源情况下高效进行硝化反应。

(3)步骤(2)中的生活污水(外加碳源为混合碳源，比例为乙酸钠：丙酸钠＝3:1)进入厌氧区24后与来自预厌氧区23的泥水混合物相混合，并在厌氧区24的停留时间为50～90分钟后，氧化沟1的中上部的泥水混合液经过第一泥水分离区3完成澄清，其流量约为进水流量的1.2～2倍，然后进入填料区5进行硝化反应，停留时间约为2小时，其余高浓度的泥水混合液则进入独立硝化区26下方的氧化沟1的流道；

(4)步骤(3)中完成硝化反应的污水经过第二泥水分离区7后进入稳流区8，通过水泵19将污水抽入沿污水流动方向设置的第二个曝气头17下方的氧化沟1的沟道内，并从此进入缺氧区25；

(5)缺氧区25的水力停留时间为6～8小时，然后流经预厌氧区23时，中上部的泥水混合液经过第三泥水分离区12完成澄清后进入清水区20，然后通过三角堰13溢流进入出水沟21，最后通过出水管14排出氧化沟1，其余高浓度泥水混合液则继续在氧化沟1的沟中循环流动；

(6)两周后停止向生活污水中补入外加碳源(醋酸钠)，仅以生活污水作为进水水源，直至将氧化沟1内的活性污泥浓度mlss控制在3500～4500mg/l。

按照以上步骤进行，活性污泥经过两个月左右的驯化培养后，氧化沟1内的厌氧缺氧段污泥mlss达到3500～4500mg/l，独立硝化区26形成良好的生物膜系统，出水指标：cod为32～57.3mg/l，氨氮为2～5.6mg/l，总氮为9.2～16.8mg/l，总磷为0.1～0.6mg/l，平均值分别为46.5mg/l，4.2mg/l，13.7mg/l，0.34mg/l，满足一级a出水标准。

本发明中的双污泥氧化沟反硝化除磷装置及方法通过反硝化除磷脱氮机理来进行城市污水的脱氮除磷，相较于传统的脱氮除磷工艺，不仅可以达到节省50％的cod消耗量，减少30％的氧气需求量，同时可减少50％的污泥产量，因此该工艺非常适用于进水有机碳源较低又同时需求进行脱氮除磷的污水的处理。

综上所述，本发明结合了氧化沟工艺和反硝化除磷技术的优点，通过对氧化沟合理分区，确保了厌氧区和缺氧区内反硝化除磷菌始终处于优势菌种的地位，同时还通过独立硝化区满足了反硝化除磷菌对硝态氮的需求，又采用了双泥法的设计，防止两种菌的混杂干扰，使反硝化除磷菌能够高效完成同步脱氮除磷工作。本发明具有出水水质良好，节省占地，无需污泥回流，污泥产率低，运行成本低，脱氮除磷效率高，运行相对稳定，污泥活性高，不易发生污泥膨胀等优点，适合推广使用。

以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。