循环序批式活性污泥法污水处理工艺及其活性污泥反应器

摘要

本发明公开了一种循环序批式活性污泥法污水处理工艺及其活性污泥反应器。该反应器由两主反应池和两辅反应池通过连通道或控制闸环形封闭串联而成，其中：两主反应池内设有曝气装置，两主反应池的上游池壁布置主反应池进水口；两辅反应池内设有搅拌装置和剩余污泥泵，两辅反应池的上游池壁布置辅反应池进水口，两辅反应池的下游池壁布置排水装置。该工艺利用上述两主反应池和两辅反应池所构成环形封闭空间进行污水的循环推流处理，在不同的时间段使各反应池分别处于缺氧、厌氧、好氧和沉淀工序，并且循环运行，从而实现污水脱氮除磷、降解有机物、固液分离的功能，具有处理效果好、管理灵活方便、运行费用低廉的优势。

说明书

                      技术领域

本发明涉及采用活性污泥法降解污水的工艺及其装置，具体地指一种循环序批式活性污泥法污水处理工艺及其活性污泥反应器。

                      背景技术

常规活性污泥法是目前应用较普遍的污水处理技术，它利用微生物首先将有机物转化成二氧化碳、水、和微生物菌体，反应后将微生物保存下来，在适当的时间通过排除剩余污泥从系统中除去新增的微生物，达到降解污染负荷的目的。常用的活性污泥法污水处理技术有连续流、序批式、以及连续流和序批式的组合等工艺形式。

连续流工艺是通过各处理单元空间的转换来进行这一过程的，污水首先进入曝气反应池，然后进入沉淀池对混合液进行沉淀，与微生物分离后的上清液外排。而序批式工艺则是通过在时间上的交替转换实现这一过程，它在流程上将曝气反应池和二次沉池的功能集中在一个池子内，兼行水质水量调节、微生物降解有机物、以及固液分离等功能。近年来，随着研究的深入和技术的进步，一些连续流和序批式的组合工艺也得到了应用。

经典的序批式活性污泥法(SBR工艺)与传统的连续流活性污泥法相比，具有反应效率高、脱氮除磷、防止污泥膨胀、省略二次沉淀池、不需污泥回流等优点，但同时也存在不能连续进出水、池容和设备利用率低、以及变水头排水、水头损失大等缺陷。目前，SBR工艺以其独特的优点而得到了极大的发展，工程技术人员陆续开发出了连续进水、变液位出水的ICEAS、CASS、IDEA和DAT-IAT等工艺，以及能连续进水和恒液位出水的UNITANK、LUCAS和MSBR等序批式改进工艺。

这些改进的SBR工艺在解决经典SBR工艺不能连续进、出水等缺点的同时，提高了容积和设备利用率、强化了部分处理的效果，但也导致了沉淀效果较差、运行管理控制复杂、单池负荷不均衡等缺点。如ICEAS、DAT-IAT、LUCAS和UNITANK的脱氮除磷效果较差；CASS具有良好的脱氮除磷功能，但却不能连续出水；MSBR为组合七池结构，具有良好的脱氮除磷效果，但设备与控制系统复杂、造价较高。总之，这些改进的SBR工艺都不同程度地解决了经典SBR工艺存在的问题，但也或多或少弱化了经典SBR工艺的优点，导致实际应用中存在诸多不足之处，工艺系统运行的稳定性与污水处理的效果均受到不同程度的影响，这些问题有待于改进与完善。

                      发明内容

本发明的目的是针对现有SBR及其改良工艺中的不足，旨在提供一种处理效果好、管理灵活方便、运行费用低的循环序批式活性污泥法污水处理工艺，以及用于该工艺的循环序批式活性污泥反应器。

为实现上述目的，本发明所设计的循环序批式活性污泥法污水处理工艺，包括循环运行处理污水的四个阶段，其中：

第一阶段包括如下过程：

(1)开启第一主反应池和第一辅反应池的进水口，将污水导入其内，并且第一主反应池内的曝气装置停止曝气，使污水处于缺氧状态，此时微生物以进水中的有机物为载体，通过兼性菌的反硝化作用实现脱氮。

(2)第一主反应池的污水混合液通过一个连通道进入第一辅反应池，并且第一辅反应池内的搅拌装置开启搅拌，使污水处于厌氧状态，前一个运行周期沉淀下来的微生物以进水中的有机物为载体，过量释放污泥中的磷。

(3)关闭第二主反应池和第二辅反应池的进水口，开启第一辅反应池和第二主反应池之间的控制闸，使污水混合液进入第二主反应池，并且第二主反应池内的曝气装置鼓风曝气，使污水处于好氧状态，微生物进行有机物降解、硝化反应和过量吸附磷。

(4)第二主反应池的污水混合液通过另一个连通道进入作为沉淀池的第二辅反应池，关闭第二辅反应池和第一主反应池之间的控制闸，并且第二辅反应池内的搅拌装置停止搅拌，污水中的泥水分离，上清液通过排水装置排出，剩余污泥则通过剩余污泥泵排除；第一阶段的持续时间为120～180分钟。

第二阶段为一过渡阶段，关闭第一主反应池和第一辅反应池的进水口，关闭第一辅反应池和第二主反应池之间的控制闸；开启第二主反应池的进水口，开启第二辅反应池和第一主反应池之间的控制闸，并且第一主反应池内的曝气装置鼓风曝气，污水改由第二主反应池进水，第二辅反应池仍处于静止沉淀出水状态；第二阶段的持续时间为30～60分钟，使得即将作为沉淀池的第一辅反应池中的污泥得以沉降下来。

第三阶段与第一阶段的功能相同，只是在运行方式上，第二主反应池取代了第一主反应池，第二辅反应池取代了第一辅反应池，污水由第二主反应池和第二辅反应池进入，清水从第一辅反应池流出。

第四阶段与第二阶段的功能相同，只是在运行方式上，从第一主反应池进水，第一辅反应池出水，使得即将作为沉淀池的第二辅反应池中的污泥得以沉降，保证工作状态重新回到第一阶段；由此周而复始，不断循环，从而使污水净化。

为实现上述污水处理工艺而专门设计的循环序批式活性污泥反应器，包括四个污水反应池，所述四个污水反应池由第一主反应池、第一辅反应池、第二主反应池和第二辅反应池依次环形封闭串联而成。其中：第一主反应池与第一辅反应池之间设有一连通道，第一辅反应池与第二主反应池之间设有一控制闸，第二主反应池与第二辅反应池之间设有另一连通道，第二辅反应池与第一主反应池之间设有另一控制闸，由此构成污水推流处理的循环通道。并且：

第一和第二主反应池内分别设置有曝气装置，第一和第二主反应池的循环水流上游池壁上分别布置有主反应池进水口；第一和第二辅反应池内分别设置有搅拌装置和剩余污泥泵，第一和第二辅反应池的循环水流上游池壁上分别布置有辅反应池进水口，第一和第二辅反应池的循环水流下游池壁上分别布置有排水装置。

归纳起来，本发明的污水处理工艺及其循环序批式活性污泥反应器，具有如下六个方面的特点：

1)在反应池的池型布置上，具有多点进水和多点出水的功能，并且各单元池相互串联循环，既可以按照连续流的工艺方式运行，又可以切换成序批式的工艺方式运行，同时还能够循环操作运行。

2)在各单元池的设备配置上，可以根据微生物的反应机理、固液分离的不同特点，按照功能要求设置不同的进水口、曝气装置、搅拌装置、沉淀出水装置，满足工艺处理单元时间和空间切换的要求。

3)在各单元池内，可以通过时间程序、空间循环流动控制设备的运行，使各单元池分别处于缺氧、厌氧、好氧和沉淀工序，从而使整个反应器相应具有脱氮除磷、降解有机物、固液分离的功能。

4)可以采用适用于满足曝气、沉淀工况要求的恒液位、免污染排水装置。

5)在循环序批式活性污泥法污水处理工艺的整个运行周期内，进出水可连续运行，与实际进水情况相吻合，不需另外采取措施或设置调节装置，同时由于该工艺是不间断循环运行的，可克服污泥浓度不均匀的状况。

6)各单元池功能分区明确，主反应池以微生物曝气为主，提高了设备利用率；辅反应池在池型组合上利用了生物静置沉淀和平流沉淀效果好的特点，可保证出水水质。

综上所述，与现有的SBR技术相比，本发明的优点在于：

其一，污水处理效果好。本发明的循环序批式活性污泥反应器结合了连续流与序批式污泥反应装置的优点，在微生物反应阶段呈现生态的多样性，出现厌氧、缺氧和好氧等多种状态，可以有效地除磷脱氮，且有机物去除效率高。而在微生物沉淀阶段，静置沉淀为理想沉淀，沉淀性能好，出水水质优。

其二，工程投资省。本发明的循环序批式活性污泥法污水处理工艺是集约化程度高的一体化污水处理新工艺，它不设置初沉池和二沉池，在恒水位下连续运行，且采用单池多格方式，无需间断流量，省去了多池工艺所需的更多连接管、泵、阀门和回流装置。从系统的可靠性、土建工程量、总装机容量、节能、降低运行成本和节约用地等多方面来看，比传统的污水处理工艺具有明显的优势。

其三，运行费用低。本发明的循环序批式活性污泥法污水处理工艺采用循环推流运行，水质负荷为理想的推流状态，动力效率高。其活性污泥反应器不需要污泥回流和混合液回流，同时其采用恒液位排水技术避免变液位的水头损失，比传统的污水处理工艺大大节约了运行费用。

其四，占地面积省。本发明的循环序批式活性污泥反应器在结构布置上可以更加紧凑，如全部采用矩形反应池组合，与传统的圆形反应池相比，矩形反应池可共用池壁，从而减少占地面积和混凝土用量，且系统可选择的池深范围较大，可达3.50～8.00m，充分节约用地。

其五，抗冲击负荷能力强。本发明的循环序批式活性污泥反应器分多点进水，有效提高了系统承受水力冲击负荷和有机物冲击负荷的能力。系统的污泥负荷和容积负荷大大提高，在厌氧、缺氧和好氧等多种状态，提高了难降解废水的处理效率。

其六，工艺设备简单，自动控制灵活方便。

因此，本发明的工艺及设备非常简单实用，采用恒液位出水装置，避免了传统的滗水器动力消耗大、机械部分多、寿命短的不足。可以通过现有的自动控制系统把复杂的人工操作与计算机、软件、仪器设备有机结合起来，自动完成整个污水处理工艺，创造满足微生物生存的最佳环境。

                       附图说明

附图为一种循环序批式活性污泥反应器的平面结构布置示意图。

                       具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明的循环序批式活性污泥法污水处理工艺及其活性污泥反应器作进一步的详细描述：

图中所示本发明的循环序批式活性污泥反应器，具有四个结构呈矩形的污水反应池。四个矩形污水反应池分为第一主反应池1、第一辅反应池2、第二主反应池3和第二辅反应池4，其中：第一和第二主反应池1、3的尺寸参数相同，它们并列布置在一起，并共用中间的一条池壁；第一和第二辅反应池2、4的尺寸参数相同，它们分别布置在第一和第二主反应池1、3的两侧，且它们的一条池壁同时共用第一和第二主反应池1、3的两侧池壁，从而使四个反应池在整体平面布置上也呈矩形结构。

第一主反应池1与第一辅反应池2之间的共用池壁上设置有一连通道16，第一辅反应池2与第二主反应池3之间的共用池壁上设置有一电动控制闸11，第二主反应池3与第二辅反应池4之间的共用池壁上设置有另一连通道17，第二辅反应池4与第一主反应池1之间的共用池壁上设有另一电动控制闸12。上述连通道16、17为常开式结构，使第一主反应池1与第一辅反应池2、第二主反应池3与第二辅反应池4总是处于连通状态；上述电动控制闸11、12则根据污水处理的工艺要求启闭，从而控制第一辅反应池2与第二主反应池3、第二辅反应池4与第一主反应池1之间的通断。这样，四个污水反应池依次环形封闭串联，构成污水推流处理的循环通道。

在第一和第二主反应池1、3内分别设置有曝气装置13，在第一和第二主反应池1、3的循环水流上游池壁上分别布置有主反应池进水口5、7。在第一和第二辅反应池2、4内分别设置有搅拌装置14和剩余污泥泵15，在第一和第二辅反应池2、4的循环水流上游池壁上分别布置有辅反应池进水口6、8，在第一和第二辅反应池2、4的循环水流下游池壁上分别布置有排水装置9、10。上述各种装置均为本领域技术人员所熟知的设备，于此不多赘述。

本发明的循环序批式活性污泥法污水处理工艺是按周期循环运行的。在同一周期内，将运行过程分为四个阶段，不同的时间段内各反应池采用不同的运转方式，以完成不同的处理目的，确保最终污水处理的效果。以一个完整的周期为例：

第一阶段包括如下过程：

(1)第一主反应池1和第一辅反应池2的进水口5、6处于开启状态，污水被导入第一主反应池1和第一辅反应池2内。并且，开启第一辅反应池2和第二主反应池3之间的电动控制闸11，关闭第二辅反应池4和第一主反应池1之间的电动控制闸12。同时，第一主反应池1内的曝气装置13停止曝气，使污水处于缺氧状态，微生物以进水中的有机物为载体，通过兼性菌的反硝化作用实现脱氮。

(2)第一主反应池1中的污水混合液通过池壁上的连通道16进入第一辅反应池2，并且第一辅反应池2内的搅拌装置14开启搅拌，使污水处于厌氧状态，前一个运行周期沉淀下来的微生物以进水中的有机物为载体，过量释放污泥中的磷。

(3)第二主反应池3和第二辅反应池4的进水口7、8处于关闭状态，第一辅反应池2中的污水混合液通过池壁上的电动控制闸11进入第二主反应池3。同时，第二主反应池3内的曝气装置13鼓风曝气，使污水处于好氧状态，微生物进行有机物降解、硝化反应和过量吸附磷。

(4)第二主反应池3中的污水混合液通过池壁上的连通道17进入作为沉淀池的第二辅反应池4，此时第二辅反应池4和第一主反应池1之间的电动控制闸12仍处于关闭状态，第二辅反应池4内的搅拌装置14停止搅拌，污水中的泥水分离，上清液通过排水装置10排出，剩余污泥则通过剩余污泥泵15排除。整个第一阶段的持续时间一般控制在120～180分钟。

第二阶段为一过渡阶段，此时关闭第一主反应池1和第一辅反应池2的进水口5、6，关闭第一辅反应池2和第二主反应池3之间的电动控制闸11，开启第二主反应池3的进水口7，开启第二辅反应池4和第一主反应池1之间的电动控制闸12。同时，第一主反应池1内的曝气装置13鼓风曝气，污水改由第二主反应池3进水，第二辅反应池4仍处于静止沉淀出水状态。整个第二阶段的持续时间一般控制在30～60分钟，使得即将作为沉淀池的第一辅反应池2中的污泥得以沉降下来。

第三阶段与第一阶段的功能相同，只是在运行方式上，第二主反应池3取代了第一主反应池1，第二辅反应池4取代了第一辅反应池2，污水由第二主反应池3和第二辅反应池4进入，清水从第一辅反应池2流出。第三阶段的持续时间与第一阶段相同。

第四阶段与第二阶段的功能一致，同样为一过渡阶段，只是在运行方式上，改为从第一主反应池1进水，第一辅反应池2出水，使得即将作为沉淀池的第二辅反应池4中的污泥得以沉降，保证工作状态重新回到第一阶段。这样周而复始，循环运行，从而达到净化污水的目标。