強化反硝化脫氮除磷的厭氧?氧化溝及其操作方法與流程
本發明屬于環境工程中的污水處理技術領域，涉及一種強化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝及其操作方法。
背景技術：
隨著環境保護要求的提高，污水治理去除有機物的同時需要進行脫氮除磷。因此許多研究者將氧化溝循環廊道前增加厭氧區(或厭氧池)，以滿足污水的除磷要求。氧化溝實現脫氮功能，方法之一是調節曝氣器在循環廊道內形成好氧區和缺氧區，在好氧區可實現有機物氧化及硝化反應，在缺氧區可進行反硝化脫氮。
而混合液在氧化溝循環廊道內流行時間的長短，又決定了混合液每次在好氧區和缺氧區停留時間的長短。
如圖1所示，混合液在氧化溝循環廊道內流行時間的長短可以用(1)式表征：
式(1)中：T—循環周期，即混合液在氧化溝池循環廊道內流行一圈所用時間，min
Lmid—氧化溝池循環廊道中線周長，m，即圖1中所示循環廊道內虛線長度
v—混合液在氧化溝池循環廊道內的流行速度，m/s；
所以混合液每一次流經好氧區所用時間To等于循環周期T乘以好氧區容積Vo占循環廊道總容積VCC的比例，見(2)式：
式(2)中：To—混合液每次流經好氧區所用時間，min
Vo—好氧區容積，m3
VCC—氧化溝池循環廊道總容積，m3
所以混合液每一次流經缺氧區所用時間Tn等于循環周期T乘以缺氧區容積Vn占循環廊道總容積VCC的比例，見(3)式：
式(3)中：Tn—混合液每次流經缺氧區所用時間，min
Vn—缺氧區容積，m3
其中：VCC＝Vo+Vn(4)
而不同的氧化溝循環周期差別很大，如表1所示：
表1國內外已建氧化溝的循環周期表
注：①H為循環廊道有效水深；②計算T時v按0.3m/s計。
由表1中數據可以看出已建氧化溝循環周期從幾分鐘至幾十分鐘不等，相差很大。對于循環廊道內設置好氧區和缺氧區的氧化溝工藝，循環周期的差別會影響混合液每次在好氧區和缺氧區停留時間的長短，進而會影響到反硝化聚磷菌(DPAOs)占總聚磷菌(PAOs)的比例，最終會影響到氧化溝脫氮除磷的效果。
反硝化除磷菌(DPAOs)，可以利用NO3-、NO2-作為電子受體，胞內的有機物聚β-羥基鏈烷酸酯(PHA)作為碳源和電子供體，用于在缺氧環境下吸磷，同時將NO3-、NO2-還原為氮氣。所以反硝化聚磷菌可以實現一碳兩用，即胞內儲存的PHA可以同時用于反硝化脫氮和缺氧吸磷。因此當系統內的反硝化聚磷菌增多時，系統脫氮除磷的有機物消耗量、耗氧量及剩余污泥排放量均會較傳統反硝化脫氮和好氧除磷低。
技術實現要素：
本發明的目的是對循環周期采取時序控制，提供一種強化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝。
本發明的第二個目的是提供一種強化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝的操作方法。
本發明的技術方案概述如下：
一種強化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝，厭氧池2通過管路依次與氧化溝池3、沉淀池4、三通6、污泥回流泵5的進水端連接，污泥回流泵5的出水端通過管路與厭氧池2連接；厭氧池2的側壁上設置有進水管1；三通6與剩余污泥排放管7連接；沉淀池4的上部設置有出水管8；在厭氧池2內部設置有攪拌器9；在氧化溝池3內底部均勻設置有微孔曝氣器10，微孔曝氣器10通過管路與設置在氧化溝池3外的鼓風曝氣機11連接，鼓風曝氣機11與時控開關12連接，一側廊道起始端部中線位置有效水深二分之一處設置有第一水下推進器13，另一側廊道起始端部中線位置有效水深二分之一處設置有第二水下推進器14。
一種強化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝的操作方法，包括如下步驟：
(1)使用一種強化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝，厭氧池2通過管路依次與氧化溝池3、沉淀池4、三通6、污泥回流泵5的進水端連接，污泥回流泵5的出水端通過管路與厭氧池2連接；厭氧池2的側壁上設置有進水管1；三通6與剩余污泥排放管7連接；沉淀池4的上部設置有出水管8；在厭氧池2內部設置有攪拌器9；在氧化溝池3內底部均勻設置有微孔曝氣器10，微孔曝氣器10通過管路與設置在氧化溝池3外的鼓風曝氣機11連接，鼓風曝氣機11與時控開關12連接，一側廊道起始端部中線位置有效水深二分之一處設置有第一水下推進器13，另一側廊道起始端部中線位置有效水深二分之一處設置有第二水下推進器14；
(2)將原污水自進水管1流入厭氧池2，同時將來自沉淀池4的回流污泥經污泥回流泵5泵入厭氧池2，原污水和回流污泥在攪拌器9的作用下混合，形成的泥水混合液流入氧化溝池3，開啟第一水下推進器13和第二水下推進器14，氧化溝池3內泥水混合液在廊道內循環流動；由時控開關12控制鼓風曝氣機11開啟與關閉，鼓風曝氣機11開啟運行To分鐘，通過微孔曝氣器10向氧化溝池3供氧，鼓風曝氣機供氣量要使To時間內氧化溝池混合液溶解氧平均濃度大于等于2.0mg/L，而后鼓風曝氣機11持續關閉Tn分鐘；To+Tn＝T，T為一個循環周期，4分鐘≤To≤9分鐘，4分鐘≤Tn≤9分鐘，且To＝Tn；氧化溝池3內泥水混合液經管道流入沉淀池4；沉淀池4上層清液經出水管8排出，沉淀池4底部污泥一部分經污泥回流泵5泵入厭氧池2，另一部分通過三通6經剩余污泥排放管7排放。
本發明具有以下有益效果：
(1)不改變其它運行參數，不使用化學藥劑，僅通過對氧化溝循環廊道的曝氣方式及曝氣供氧區域進行改造，就可以使反硝化聚磷菌得以富集，可以使氧化溝系統脫氮除磷同時達到較高去除率。
(2)與實現相同處理效果的其它活性污泥工藝相比，可節省25％左右的有機物消耗量，節省20％左右的耗氧量，并減少了20％左右的剩余污泥產量。
(3)與傳統活性污泥工藝相比較，省去了好氧區向缺氧區回流混合液的內回流泵房及內回流泵，減小了占地面積，節約了建造費用。
(4)對現有設置氧化溝工藝的污水處理廠改造方式簡單，尤其適用于循環周期小于8分種的氧化溝污水處理廠的改造。也適用于新建污水處理廠。
附圖說明
圖1為現有技術氧化溝循環周期關系推導示意圖。
圖2為本發明的強化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝示意圖。
圖1中：21——進水管 22——氧化溝池 23——曝氣轉刷 24——水下推進器 25——好氧區，氧化溝池內混合液溶解氧濃度大于等于2.0mg/L的區域 26——缺氧區，氧化溝池內混合液溶解氧濃度小于2.0mg/L的區域 27——沉淀池 28——回流污泥 29——剩余污泥 30——出水 B—氧化溝池循環廊道的廊道寬，m；
圖2中：
1——進水管 2——厭氧池 3——氧化溝池 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——攪拌器 10——微孔曝氣器 11——鼓風曝氣機 12——時控開關，13——第一水下推進器，14——第二水下推進器14。
具體實施方式
下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步的說明。
一種強化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝，見圖2，厭氧池2通過管路依次與氧化溝池3、沉淀池4、三通6、污泥回流泵5的進水端連接，污泥回流泵5的出水端通過管路與厭氧池2連接；厭氧池2的側壁上設置有進水管1；三通6與剩余污泥排放管7連接；沉淀池4的上部設置有出水管8；在厭氧池2內部設置有攪拌器9；在氧化溝池3內底部均勻設置有微孔曝氣器10，微孔曝氣器10通過管路與設置在氧化溝池3外的鼓風曝氣機11連接，鼓風曝氣機11與時控開關12連接，一側廊道起始端部中線位置有效水深二分之一處設置有第一水下推進器13，另一側廊道起始端部中線位置有效水深二分之一處設置有第二水下推進器14。
一種強化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝的操作方法，包括如下步驟：
(1)使用一種強化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝，厭氧池2通過管路依次與氧化溝池3、沉淀池4、三通6、污泥回流泵5的進水端連接，污泥回流泵5的出水端通過管路與厭氧池2連接；厭氧池2的側壁上設置有進水管1；三通6與剩余污泥排放管7連接；沉淀池4的上部設置有出水管8；在厭氧池2內部設置有攪拌器9；在氧化溝池3內底部均勻設置有微孔曝氣器10，微孔曝氣器10通過管路與設置在氧化溝池3外的鼓風曝氣機11連接，鼓風曝氣機11與時控開關12連接，一側廊道起始端部中線位置有效水深二分之一處設置有第一水下推進器13，另一側廊道起始端部中線位置有效水深二分之一處設置有第二水下推進器14；
(2)將原污水自進水管1流入厭氧池2，同時將來自沉淀池4的回流污泥經污泥回流泵5泵入厭氧池2，原污水和回流污泥在攪拌器9的作用下混合，形成的泥水混合液流入氧化溝池3，開啟第一水下推進器13和第二水下推進器14，氧化溝池3內泥水混合液在廊道內循環流動；由時控開關12控制鼓風曝氣機11開啟與關閉，鼓風曝氣機11開啟運行To分鐘，通過微孔曝氣器10向氧化溝池3供氧，鼓風曝氣機供氣量要使To時間內氧化溝池混合液溶解氧平均濃度大于等于2.0mg/L，而后鼓風曝氣機11持續關閉Tn分鐘；To+Tn＝T，T為一個循環周期，4分鐘≤To≤9分鐘，4分鐘≤Tn≤9分鐘，且To＝Tn；氧化溝池3內泥水混合液經管道流入沉淀池4；沉淀池4上層清液經出水管8排出，沉淀池4底部污泥一部分經污泥回流泵5泵入厭氧池2，另一部分通過三通6經剩余污泥排放管7排放。
實施例1
原有厭氧-氧化溝系統的脫氮除磷效果和DPAOs/PAOs
原有一座脫氮除磷厭氧-氧化溝系統，厭氧池容積Vp＝20m3，厭氧池長為5m、寬為2m、高為2m；氧化溝池循環廊道總容積VCC＝100m3，循環廊道寬B為1.5m，循環廊道有效水深H為1.0m，Lmid為66.67m。氧化溝池中40％是缺氧區，60％是好氧區，故Vn＝40m3，Vo＝60m3。氧化溝池內好氧區底部設置微孔曝氣器對好氧區混合液進行供氧，使好氧區溶解氧濃度在2.0mg/L以上。
厭氧-氧化溝進水流量為Qin＝240m3/d，生物反應池總水力停留時間HRT＝12h，其中厭氧池水力停留時間tp＝2h，氧化溝池水力停留時間HRTCC＝10h，缺氧區水力停留時間tn＝4h，好氧區水力停留時間to＝6h。
氧化溝池循環周期T為3.70min，其中Tn為1.48min，To為2.22min。原污水和回流污泥由厭氧池起端進水口流入，在厭氧池內攪拌器的作用下混合，形成的泥水混合液流入氧化溝池，氧化溝池內布置水下推進器推動混合液流動，v為0.3m/s。氧化溝池內混合液由出水口流出進入沉淀池進行泥水分離，靜沉出水由沉淀池上部排出，沉淀池底部分污泥回流至厭氧池起端與污水一起進入厭氧池。
沉淀池回流至厭氧池的污泥回流量為192m3/d，即污泥回流比為80％。剩余污泥定期從沉淀池底部排出，使系統污泥齡維持在12天。厭氧池和氧化溝池混合液污泥濃度MLSS均在3600～3800mg/L。
該厭氧-氧化溝系統進水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去除率分別為91.18％、61.68％和85.49％；系統內反硝化聚磷菌(DPAOs)占總聚磷菌(PAOs)的比例DPAOs/PAOs為12.72％。
實施例2
本發明的一種強化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝脫氮除磷效果和DPAOs/PAOs
將原有厭氧-氧化溝系統按照本發明進行改造，即本發明的強化反硝化脫氮除磷的厭氧-氧化溝，見圖2，厭氧池容積Vp＝20m3，厭氧池長為5m、寬為2m、高為2m，維持不變；氧化溝池循環廊道總容積VCC＝100m3，循環廊道寬B為1.5m，循環廊道有效水深H為1.0m，Lmid為66.67m，維持不變；將氧化溝池底均勻布置微孔曝氣器。
改造后厭氧-氧化溝進水流量Qin＝240m3/d，生物反應池總水力停留時間HRT＝12h，其中厭氧池水力停留時間tp＝2h，氧化溝池水力停留時間HRTCC＝10h。
原污水自進水管流入厭氧池，同時將來自沉淀池的回流污泥經污泥回流泵泵入厭氧池，原污水和回流污泥在攪拌器的作用下混合，形成的泥水混合液流入氧化溝池，氧化溝池內開啟水下推進器推動泥水混合液在廊道內循環流動，v為0.3m/s。由時控開關控制鼓風曝氣機開啟與關閉，鼓風曝氣機開啟運行To分鐘，通過微孔曝氣器向氧化溝池供氧，鼓風曝氣機供氣量使To時間內氧化溝池混合液溶解氧平均濃度大于等于2.0mg/L，而后鼓風曝氣機持續關閉Tn分鐘；To+Tn＝T，T為一個循環周期，4分鐘≤To≤9分鐘，4分鐘≤Tn≤9分鐘，且To＝Tn。氧化溝池內泥水混合液經管道流入沉淀池，進行泥水分離，沉淀池上層清液經出水管排出，沉淀池底部污泥一部分經污泥回流泵泵入厭氧池，另一部分通過三通經剩余污泥排放管排放。
沉淀池回流至厭氧池的污泥回流量為192m3/d，即污泥回流比為80％。剩余污泥定期從沉淀池底部排出，使系統污泥齡維持在12天。厭氧池和氧化溝池混合液污泥濃度MLSS均在3600～3800mg/L。
原厭氧-氧化溝系統中Vo/VCC為60％，Vn/VCC為40％，但在改造后的厭氧-氧化溝系統間歇曝氣過程中，由于曝氣器剛關閉時循環廊道內溶解氧濃度降低到2.0mg/L以下需要一段時間，故在間歇曝氣中曝氣時長和非曝氣時長各占50％即可，即To＝Tn即可。
表2改變T時，改造后厭氧-氧化溝脫氮除磷效果及DPAOs/PAOs
由表2可知，循環周期T為40分鐘時，混合液曝氣供氧20分鐘，時間較長，因此有利于好氧吸磷充分反應，這樣就導致了好氧吸磷時PHA消耗較多，而留給停止曝氣時的反硝化吸磷反應的PHA較少，因此反硝化聚磷反應也不能較好進行，長期培養后，就導致了DPAOs/PAOs比值較低。故T＝40分鐘(To＝Tn＝20分鐘)時，DPAOs/PAOs所占比例為21％左右。
當循環周期T減小至18分鐘，14分鐘和8分鐘時，混合液曝氣供氧時間縮短至9分鐘,7分鐘和4分鐘，此時好氧吸磷反應消耗的PHA量減少，因此有利于停止曝氣時的反硝化聚磷反應的進行，長期培養后，就導致了DPAOs/PAOs比值較高。所以循環周期T為18分鐘(To＝Tn＝9分鐘)，14分鐘(To＝Tn＝7分鐘)和8分鐘時(To＝Tn＝4分鐘)DPAOs/PAOs可達40％以上。
當循環周期T減小至4分鐘時，混合液曝氣供氧時間和停止曝氣時間均縮短至2分鐘。雖然此時好氧吸磷反應時間和反硝化吸磷反應時間都較短。但是由于通常認為所有聚磷菌都能進行好氧吸磷，能進行好氧吸磷的聚磷菌中只有一部分能進行缺氧吸磷，所以能夠進行好氧吸磷的聚磷菌數量總是大于能夠進行缺氧吸磷的聚磷菌數量，因此這就導致了，更短的停曝時間內反硝化聚磷反應不能充分進行，而由于好氧吸磷菌數量多，所以雖然好氧吸磷時間也較短，但好氧吸磷還是要比反硝化吸磷進行的充分些，所以長期培養后，循環周期T為4分鐘(To＝Tn＝2分鐘)時，仍舊會導致DPAOs/PAOs比值降低至10％左右。
而原厭氧-氧化溝系統的工作狀況與改造后系統循環周期T為4分鐘時類似，故原厭氧-氧化溝系統未能同時達到較高的脫氮除磷率。
由此可知，循環周期會影響到反硝化聚磷菌的生長情況，進而這又會影響到氧化溝脫氮除磷的效果。
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