一種城市污水改良A2/O強化脫氮除磷處理裝置及工藝發(fā)明內容

從中國水體污染的統(tǒng)計數據可以看出：城市水體主要污染因子為化學需氧量、總磷和總氮。截至2014年4月28日，中國的城市污水處理廠長期以來主要是針對碳源污染物的去除，雖然BOD去除率可達90%以上，但脫氮率一般僅為20%~50%，除磷率為20%~30%，忽視了對導致水體富營養(yǎng)化的主要營養(yǎng)物氮、磷的去除。

水體中氮磷污染的主要危害會造成水體的富營養(yǎng)化。水體富營養(yǎng)化，不僅會降低水體觀賞價值和旅游價值；導致水生生物的穩(wěn)定性降低，水生生物種類減少，破壞水體的生態(tài)平衡；而且還會產生許多有毒有害的氣體及其他物質，危害人類及生物的生存；也會增加污水的處理成本等等。

大多數情況下，從氮磷污染源來看，磷營養(yǎng)元素的污染主要來源于生活污水的排放，而磷的主要來源是家庭洗滌劑的使用，其磷的污染強度均占總磷污染負荷的50%左右；氮營養(yǎng)元素污染輕重與化肥使用量。氮磷營養(yǎng)鹽是造成水體富營養(yǎng)化的元兇，而磷則是其罪魁禍首。這是因為盡管氮磷同為生物的重要營養(yǎng)物質，但藻類等水生生物對磷更為敏感。當水體中磷處于低濃度時，即使氮濃度能滿足藻類等水生生物的需要，其生產能力會大受遏制。水體中的氮不足，往往可由許多固氮的微生物來補充，而磷則不能。顯然，控制水體中的磷含量，比控制氮含量更有實際意義。

在脫氮除磷處理技術方面，傳統(tǒng)的生物脫氮除磷機理認為生物脫氮與生物除磷是兩個相互獨立、相互競爭的生理過程。按此機理設計的生物脫氮除磷工藝（A²/O、UCT、VIP、SBR等）都設有空間或時間上的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)。截至2014年4月28日，按照相關的機理，理想化的工藝流程是嚴格的厭氧釋磷、缺氧反硝化、好氧吸磷和好氧硝化。但實際上有許多問題困擾著生物脫氮除磷工藝，使其不能進行理想化的生物脫氮除磷。

而《一種城市污水改良A²/O強化脫氮除磷處理裝置及工藝》采用的理論基礎和技術原理是反硝化除磷理論與技術。反硝化除磷是反硝化除磷菌（Denitrifying Phosphorus removal Bacteria，簡稱DPB）經厭氧釋磷后，在缺氧條件下以硝酸鹽或亞硝酸鹽（替代O₂）作為吸磷的電子受體，實現同步脫氮和除磷。Kuba等過化學計量表明：基于反硝化除磷原理的A₂/NSBR雙污泥系統(tǒng)，其所需COD和O₂消耗量比傳統(tǒng)的脫氮除磷系統(tǒng)分別減少50%和30%，污泥產量相應減少50%。實踐表明，反硝化除磷工藝對中國城市污水特別是C/P和C/N比值較小的污水有很好的處理效果，具有較為廣闊的應用前景。

圖1為城市污水改良A²/O工藝強化脫氮除磷的流程示意圖；

圖2為應用圖1裝置對COD的去除效果圖；

圖3為應用圖1裝置對氨氮的去除效果圖；

圖4為應用圖1裝置對總氮的去除效果圖；

圖5為應用圖1裝置對總磷的去除效果圖。

圖6為圖1中輻流式沉淀池的結構示意圖。

《一種城市污水改良A²/O強化脫氮除磷處理裝置及工藝》屬于污水處理技術領域，具體涉及一種城市污水改良A²/O強化脫氮除磷裝置以及工藝。

1.一種城市污水改良A²/O強化脫氮除磷處理裝置，其特征在于包括依次連接的厭氧池、第一缺氧池、第二缺氧池、好氧池和輻流式沉淀池；厭氧池采用水力攪拌，厭氧池還通過管道和缺氧混合液回流泵與第二缺氧池連接，第一缺氧池和第二缺氧池的底部分別設有曝氣頭，好氧池底部也布設有曝氣頭；厭氧池、第一缺氧池和第二缺氧池、好氧池設置在同一殼體內，通過隔板分隔形成；輻流式沉淀池通過管道和污泥回流泵與厭氧池連接，并通過管道和出水泵與好氧池連接；輻流式沉淀池通過回流污泥管與厭氧池連通，第一缺氧池與好氧池通過硝化混合液回流泵連通；好氧池底部也布設有曝氣頭數目比第一缺氧池和第二缺氧池的底部設有的曝氣頭數目多；所述第一缺氧池和第二缺氧池的體積比為1：1；厭氧池、缺氧池和好氧池的體積比為1：2：7~1：2.9：6.1；所述缺氧池的體積包括第一缺氧池和第二缺氧池的體積；所述輻流式沉淀池包括池體、排泥管、斜板、進水管、出水管、出水堰、污泥回流管和集泥斗，所述池體中心部位設有進水管，進水管的出水端位于池體的中心部位，進水管的進水端位于出水端上方，進水管的出水端連接有喇叭口，喇叭口正下方懸掛有水平放置的反射板，池體內下方兩側各裝有斜板，斜板與池體底部之間有夾角，緊鄰其中一側的斜板內壁處設有所述污泥回流管，進水管的進水端與設置在池體外部的污水處理池的出水端連接，出水堰位于池體上部且與設置于池體內壁上的出水管連接；池體底部的兩塊所述斜板圍成集泥斗，污泥回流管進泥端插入集泥斗內部，插入集泥斗內部的污泥回流管上開設有均勻間隔的若干孔，污泥回流管的出泥端與池體外部的污水處理池的進泥端連接；池體底部設有排泥口；城市污水及回流污泥首先進入厭氧池釋磷，再進入第一缺氧池進行反硝化脫氫；第二缺氧池通過水泵把部分缺氧混合液回流到厭氧池，好氧池的部分硝化混合液回流到第一缺氧池，然后在第一缺氧池與厭氧池的城市污水混合；城市污水經輻流式沉淀池沉淀分離后，污泥體積以60~80%的比例經污泥回流泵回流到厭氧池，剩余污泥排出；出水從輻流式沉淀池排出。

2.根據權利要求1所述的一種城市污水改良A²/O強化脫氮除磷處理裝置，其特征在于：進水管的出水端與池體側壁的距離為1.3米，與沉淀池底部的距離為1.5米；進水管出水端的喇叭口正下方用鐵絲水平固定所述反射板，反射板與喇叭口的距離為30厘米；所述斜板與池體底部夾角為55度。

3.根據權利要求2所述的一種城市污水改良A²/O強化脫氮除磷處理裝置，其特征在于：所述集泥斗為倒圓臺形。

一種城市污水改良A2/O強化脫氮除磷處理裝置及工藝操作內容

以下結合附圖和實施例對《一種城市污水改良A²/O強化脫氮除磷處理裝置及工藝》作進一步說明，但該發(fā)明所要求保護的范圍并不局限于具體實施方式中所描述的范圍。

如圖1所示，城市污水改良A²/O—強化同步脫氮除磷裝置包括依次連接的厭氧池、第一缺氧池A、第二缺氧池B、好氧池和輻流式沉淀池（沉淀池）；厭氧池采用水利攪拌，第一缺氧池A和第二缺氧池B底部分別設有少量曝氣頭，好氧池底部布設有大量曝氣頭，厭氧池通過管道和缺氧混合液回流泵與第二缺氧池B連接，好氧池通過管道和硝化混合液回流泵與第一缺氧池A連接，沉淀池通過管道和出水泵與好氧池連接；厭氧池、第一缺氧池A和第二缺氧池B、好氧池設置在同一殼體內，通過隔板分隔形成。缺氧池隔成前后兩個池，分別為第一缺氧池A和第二缺氧池B。

如圖1，其中厭氧池在首端，第一缺氧池A在厭氧池后，回流污泥管將厭氧區(qū)和沉淀池連通，硝化混合液回流泵將第一缺氧池A和好氧池連通。通過隔板調整厭氧池、缺氧池和好氧池的體積比。

如圖6所示，輻流式沉淀池包括池體、中心進水管1、進水喇叭口2、反射板3、集泥管4、出水管5、出水堰6、集泥斗7、混凝沉淀區(qū)8、水泵9、污泥回流管10、剩余污泥管11、斜板12、排泥管，所述沉淀池池體中心部位設有中心進水管1，中心進水管1的出水端位于池體的中心部位，與池體左右兩側的距離均為1.3米，與池體底部的距離為1.5米，中心進水管1的進水端接在好氧池出水管，中心進水管1出水端連接進水喇叭口2，中心進水管1出水端連接的進水喇叭口2正下方30厘米處用鐵絲水平固定反射板3，沉淀池池體下方四周裝有斜板12，斜板12與池體底部夾角55度；緊鄰一側斜板12內壁處設有污水回流管10，中心進水管1與設置在沉淀池體外部的污水處理池處理管連接，出水堰6位于池體上部且與設置于池體內壁上的出水管5連接；池體底部由斜板12圍成集泥斗7，污泥回流管10進泥端插入集泥斗7內部，污泥回流管上有數個小孔。沉淀池池底設置排泥口，位于沉淀池底部的中心，與沉淀池池底距離20厘米，排泥口連接排泥管進泥口，排泥管將污泥排出后，污泥再進行后續(xù)處理工藝，如污泥脫水等。

沉淀池工作原理：污水從中心進水管1進入池體中，然后從進水管1流入沉淀池中，污水從中心管出來后遇到反射板3，污水反彈，然后往上回流，在往上回流的過程中與沉淀下來的污泥相混合，使菌膠團更好的絮凝，加快了沉淀，污泥從四周沿著斜板下沉，在兩側斜板12的較長的顆粒沉降距離條件下，可以實現將不易沉淀的絮狀污泥的有效截留；污泥沉淀到集泥斗7，然后經過水泵9抽走一部分回流到厭氧池，一部分剩余污泥通過池體底部排泥管排放。

該實例的裝置工作時，城市污水和接種污泥以及回流污泥首先進入厭氧池釋磷，再依次進入第一缺氧池A和第二缺氧池B，在第一缺氧池A中反硝化菌利用城市污水中的含碳有機物作為碳源對回流污泥中的硝酸鹽進行反硝化，好氧池硝化混合液回流至第一缺氧池A，對其中的硝酸鹽進行反硝化，并可減少回流污泥中的硝酸鹽的含量，緩解聚磷菌和反硝化菌的競爭關系；然后城市污水進入好氧池，在好氧池的活性污泥中硝化細菌作用下，進行硝化吸磷。由于將缺氧池一分為二，既提高了脫氮效率，也在很大程度上降低硝酸鹽對厭氧池的干擾，從而提高了除磷效率。然后城市污水進入沉淀池，經泥水分離后，污泥按體積比的60%~80%的比例回流到厭氧區(qū)，剩余污泥排出；出水從沉淀池排出?；亓魑勰嘞到y(tǒng)將厭氧池和輻流式沉淀池連通，可以保證硝化反應的良好運行；硝化混合液回流系統(tǒng)將第一缺氧池A和好氧池連通，可以起到提高好氧池混合效率，進而提高氧利用效率。

該裝置及工藝作為對傳統(tǒng)A²/O工藝的改良，以期在不增加反應器體積的前提下，加強反硝化細菌在厭氧池的作用時間，緩解聚磷菌與反硝化細菌在缺氧區(qū)的競爭關系，進一步加強脫氮除磷的作用，并且充分利用了進水的堿度，加強反硝化細菌的作用。

一種城市污水改良A2/O強化脫氮除磷處理裝置及工藝實施案例

城市污水改良A²/O—強化同步脫氮除磷裝置為鋼板質地，設計處理水量5~8立方米/小時，整個處理池體積為50立方米，總長為10米，寬為2.5米，高為2.5米，有效水深為2米，反應池通過隔板分為厭氧池、第一缺氧池A和第二缺氧池B、好氧池，其中厭氧池安裝水泵，第一缺氧池A和第二缺氧池B池底均裝有少量曝氣頭。好氧池底部設有大量（相對缺氧池）曝氣頭，可以通過閥門控制曝氣量，好氧池中裝有在線溶解氧測定儀，在好氧池末端裝有硝化混合液回流管。通過隔板調整厭氧池、缺氧池和好氧池的體積比。系統(tǒng)末端是方形輻流式平流沉淀池，有效體積10.88立方米，底部有排泥管和污泥回流管。根據實際運行混合液回流和污泥回流流量均采取閥門和流量計控制，多余流量部分由支管分別返回好氧池末端和沉淀池。進水由潛水泵直接從沉砂池抽取，通過閥門和流量計來進行流量控制。出水從沉淀池排出。

城市污水混合糞便污水的平均氨氮濃度為28.50毫克/升，平均進水總氮濃度為在34.43毫克/升，平均進水總磷濃度為2.42毫克/升，平均進水COD濃度為160.73毫克/升。分別考察各個因素，改良A²/O—強化同步脫氮除磷的處理工藝的效果，考察時間為5天。單因素實驗結果如下：

（1）當V_厭氧：V_缺氧：V_好氧體積比為1：2：7，三個反應池的平均水力停留時間HRT=9小時，污泥回流比r為75%，硝化液回流比R為200%，缺氧混合液回流比R1為150%時，氨氮平均去除率是96.47%；總氮平均去除率31.62%；總磷平均去除率為67.63%；COD平均去除率為82.47%。

（2）當V_厭氧：V_缺氧：V_好氧體積比為1：2.3：6.7，三個反應池的平均水力停留時間HRT=9小時，污泥回流比r為75%，硝化液回流比R為200%，缺氧混合液回流比R1為150%時，氨氮平均去除率為94.23%；總氮平均去除率為32.55%；總磷平均去除率為67.59%；COD平均去除率為74.16%。

（3）當V_厭氧：V_缺氧：V_好氧體積比為1：2.6：6.4，三個反應池的平均水力停留時間HRT=9小時，污泥回流r比為75%，硝化液回流比R為200%，缺氧混合液回流比R1為150%時，氨氮平均去除率為92.32%；總氮平均去除率為43.52%；總磷平均去除率為88.38%；COD平均去除率為78.82%。

（4）當V_厭氧：V_缺氧：V_好氧體積比為1：2.9：6.1，三個反應池的平均水力停留時間HRT=9小時，污泥回流比r為75%，硝化液回流比R為200%，缺氧混合液回流比R1為150%時，氨氮平均去除率為88.05%；總氮平均去除率為43.29%；總磷平均去除率為77.75%；COD平均去除率為78.07%。

一種城市污水改良A2/O強化脫氮除磷處理裝置及工藝實施效果

根據以上單因素實驗考察城市污水改良A²/O—強化同步脫氮除磷的處理工藝的實施結果，采用V_厭氧：V_缺氧：V_好氧體積比為1：2.6：6.4；三個反應池的平均水力停留時間HRT=9小時；硝化混合液的回流比R為200%；缺氧混合液回流比R1為150%，將這四種條件綜合應用，考察了改良A²/O—強化同步脫氮除磷的處理工藝的實施效果。反應周期為30天。

1、COD的去除效果

由附圖2可以看出改良A²/O—強化同步脫氮除磷的處理工藝對COD有很好的去除效果。進入中試裝置的城市污水COD濃度變化較大，而且總體上進水COD濃度比較低。出水COD濃度也比較低，說明有機污染物已經被充分利用。平均進水COD在185.65毫克/升左右，而平均出水COD一般在40毫克/升左右。COD去除率最高可達88.46%，平均去除率可達78.82%。COD是污水處理工藝中微生物生長的碳源，在進行污水的脫氮除磷作用時，反硝化脫氮菌屬于異養(yǎng)型兼性厭氧菌，在無氧條件時，以有機碳為電子供體和營養(yǎng)源進行反硝化反應。而實現除磷作用的聚磷菌需要主動吸收由厭氧發(fā)酵產酸菌轉化水中有機物成為的乙酸苷，這也會消耗碳源。同時微生物的生長也需要消耗污水中的有機物轉化成自身細胞的組成部分。

2、氨氮和總氮的去除效果

由附圖3和附圖4可以看出，進入中試裝置的城市污水總體上總氮濃度比較低，其中，進水最低TN濃度在26.83毫克/升以上，進水最高TN濃度在77.91毫克/升，平均進水TN濃度在39.14毫克/升，經過微生物的反硝化脫氮作用，出水總氮一般在25毫克/升以下，出水最低濃度為12.95毫克/升，出水最高濃度為33.70毫克/升，平均為21.89毫克/升，平均進水氨氮濃度為31.83毫克/升，進水最高氨氮濃度在48.6毫克/升，進水最低氨氮濃度為17.86毫克/升，平均出水氨氮濃度為2.38毫克/升，出水最高氨氮濃度為9.07毫克/升，出水最低氨氮濃度0.87毫克/升。在排放標準范圍以內，主要是由于系統(tǒng)具有高效穩(wěn)定的硝化效果，保證了裝置的脫氮效果。

3、總磷的去除效果

由附圖5可以看出，可以看出改良A²/O—強化同步脫氮除磷的處理工藝對總磷有很好的去除效果。進入總磷濃度的波動比較大。其中進水TP最低濃度1.26毫克/升，最高濃度在4.92毫克/升，平均濃度為2.71毫克/升，經過微生物的除磷作用，出水T-P一般在0.5毫克/升以下，平均為0.43毫克/升。T-P去除率在75%以上，最高可達92.48%，平均去除率可達88.38%。

綜合上述實驗，《一種城市污水改良A²/O強化脫氮除磷處理裝置及工藝》改良A²/O—強化同步脫氮除磷的處理工藝對污染物的去除效果如下：對COD、和磷的去除效果好，出水COD在40毫克/升以下，磷出水在0.35毫克/升以下；出水氨氮在4毫克/升以下。各項出水水質指標均達到并優(yōu)于中國國家一級排放標準。

《一種城市污水改良A²/O強化脫氮除磷處理裝置及工藝》針對城市污水脫氮除磷工藝復雜、構筑物多、運行控制不穩(wěn)定等不足，采用自主研發(fā)的反硝化除磷新技術原理（反硝化聚磷菌DPB可以為O²、NO^2-、NO^3-交替電子受體實現好氧/缺氧聚磷），開發(fā)出結構簡單、運行靈活、占地面積小、脫氮除磷效果優(yōu)異的同步反硝化除磷新裝置及新工藝。通過功能優(yōu)勢菌DPB的空間擴增強化技術、空間耦合一體化增強技術、污泥時空轉換與功能菌群強化技術，構筑三道回流（A³/O）新工藝和新設備，突破了國際學術界傳統(tǒng)生物脫氮除磷機理與關鍵技術的重大缺陷，可大幅度提高同步脫氮除磷效果，在不用化學除磷的條件下出水主要污染物指標達到中國國家一級A排放標準。通過與廣東、貴州、山東等省區(qū)專業(yè)設計院及骨干企業(yè)產學研合作，在中國20多個省區(qū)實現工程推廣和產業(yè)化應用，合計污水處理規(guī)模達17.72億噸/年，取得巨大的經濟社會效益與環(huán)境效益。

2021年6月24日，《一種城市污水改良A²/O強化脫氮除磷處理裝置及工藝》獲得第二十二屆中國專利金獎。

《一種高效脫氮除磷污水處理工藝及其裝置》屬于水處理技術領域，具體涉及一種高效脫氮除磷污水處理工藝及其裝置。

一種高效脫氮除磷污水處理工藝及其裝置專利目的

《一種高效脫氮除磷污水處理工藝及其裝置》目的是提供一種高效脫氮除磷污水處理工藝及其裝置，該工藝及其裝置成功解決了傳統(tǒng)曝氣生物濾池工藝中存在原水中碳源利用不充分、除磷藥劑投加量過大、生物濾池反沖洗周期頻繁、構筑物處理效能較低、硝化效果不好、額外補充反硝化碳源等問題，具有凈化污水效率高、處理出水水質好的特點，且裝置結構簡單、成本低廉。

一種高效脫氮除磷污水處理工藝及其裝置技術方案

《一種高效脫氮除磷污水處理工藝及其裝置》提供一種高效脫氮除磷污水處理裝置，它是由膜泥耦合池、化學除磷池、好氧硝化生物濾池、清水池依次串聯(lián)而成，膜泥耦合池與清水池間設有回流泵和回流管道組成的硝化液回流系統(tǒng)，進而依次構成生物強化的水解、除碳、脫氮—物化強化的除磷、除碳、除懸浮物（SS）—生物強化的硝化、除碳三步驟的高效脫氮除磷污水處理裝置。

膜泥耦合池包括流動式膜泥耦合池或固定式膜-泥耦合池，可為膜泥耦合缺氧池或膜泥耦合厭氧池。

化學除磷池包括除磷藥劑投加系統(tǒng)、攪拌裝置、化學除磷池本體、排泥管，化學除磷池本體為高效混凝沉淀池或磁混凝沉淀池。

所述膜泥耦合池為流動式膜泥耦合池，其周邊出水設有分離生物載體的網孔隔離裝置，其池內包括攪拌裝置、布水系統(tǒng)、懸浮狀生物膜載體、生物膜和懸浮狀污泥。

所述膜泥耦合池為固定式膜-泥耦合池，固定式膜-泥耦合池內包括布水系統(tǒng)、固定式生物膜載體、生物膜和懸浮狀污泥。

所述攪拌裝置為水下攪拌器或水下推流裝置，且設置數量至少為1組。

所述懸浮狀生物膜載體填充率為5％～70％，

《一種高效脫氮除磷污水處理工藝及其裝置》步驟如下：

（1）生物強化的水解、脫氮、除碳反應：待處理的污水與清水池回流的硝化液混合后從底部的布水系統(tǒng)流入膜泥耦合池，膜泥耦合池內的生物膜載體、懸浮狀污泥的表面及內部生長著水解酸化微生物和專性反硝化微生物。膜泥耦合池與清水池間的硝化液回流比為10％～400％，廢水在膜泥耦合池中反應1小時～12小時。當膜泥耦合池為流動式膜泥耦合池時，其周邊出水設有分離生物載體的網孔隔離裝置，膜泥耦合池的攪拌裝置使懸浮生物膜載體呈流化狀態(tài)，加速污染物的傳質速率。水解酸化微生物的胞外粘膜可將原水自帶的有機物和懸浮物吸附，細胞內胞外酶將其水解成小分子后在進入細胞內代謝，不完全的代謝的懸浮物（SS）可以成為小分子易于降解的有機物，專性反硝化微生物則利用原污水中的有機物和轉化后的溶解性有機物作為碳源，將來自于清水池的回流硝化液中的硝酸鹽氮還原為氮氣，從而實現脫氮和去除大部分有機物的目的。

（2）物化強化的除磷、除碳、除懸浮物反應：經膜泥耦合池凈化后出水進入化學除磷池。通過投加化學除磷藥劑，去除污水中的總磷、有機物和懸浮物，產生化學污泥則通過排泥管定期排出，經過泥水分離的出水中的懸浮物濃度小于70毫克/升，經過泥水分離凈化后的出水作為好氧硝化生物濾池的進水。

（3）生物強化的硝化、除碳反應：經化學除磷池處理后的出水進入好氧硝化生物濾池，溶解氧為3.0～8.0毫克/升，水力停留時間為0.5小時～12小時。附著生長在生物填料層上的專性好氧硝化菌將氨氮氧化為硝酸鹽氮，附著生長在生物填料層上的好氧異養(yǎng)菌將少量剩余的有機物去除，經好氧硝化生物濾池處理后的污水流入清水池，清水池的部分出水作為硝化液回流用水，部分出水作為達標外排出水。

一種高效脫氮除磷污水處理工藝及其裝置改善效果

《一種高效脫氮除磷污水處理工藝及其裝置》有效解決了對原水碳源利用不充分、常規(guī)曝氣生物濾池預處理復雜、反沖洗頻繁和的問題，同時能使污廢水達到同步脫氮除碳和除磷目的，兼具成本低、污泥沉積少、生物倍增等特點，具有極大的推廣應用價值。

2020年7月17日，《一種高效脫氮除磷污水處理工藝及其裝置》獲得安徽省第七屆專利獎銀獎。 2100433B