用于市政污水生物处理的活性污泥工艺和设施

技术领域

本发明涉及一种污水处理工艺和设施。

背景技术

目前用于市政污水生物处理的活性污泥工艺，比如在ATV手册(曾经的ATV协会，现在的DWA协会)1997年第4版的“污水的生物和深度处理”的257至445页中已有介绍，是将已经分离出大颗粒物质和砂子的入流污水在曝气池中与来自二沉池的回流污泥混合并充氧。主要由活性微生物(细菌、酵母菌、真菌)组成的污泥可降解污水中含有的溶解性和非溶解性有机污染物。在主要的好氧降解过程中产生二氧化碳、水、热量和新污泥(剩余污泥)。在曝气池处理之后悬浮液流入二沉池，在那里活性污泥絮凝并沉降到池底。净化后的污水将被继续处理或者排放到自然水体。沉淀后的活性污泥将被浓缩并作为回流污泥重新返回到曝气池。

活性污泥法的多种变型工艺已被人所知，也包括划分曝气容积即按区域划分曝气池的工艺。这类工艺的参数如BOD5容积负荷和混合液悬浮固体浓度类同与本发明中涉及的参数。由于没有厌氧池和缺氧池，经机械处理的污水进入跑道形或圆形曝气池。在池内由于曝气设备局部供氧，使污水循环流过靠近曝气设备的好氧段和远离曝气设备的缺氧段，从而达到去除BOD，硝化和反硝化的效果。或者通过调节曝气时间实现好氧和缺氧交替的环境条件从而达到硝化和反硝化的效果。

此外，须另设厌氧池或投加化学药剂才能达到除磷效果。在曝气池处理之后悬浮液流入二沉池，在那里活性污泥絮凝并沉降到池底。净化后的污水将被继续处理或者排放到自然水体。沉淀后的活性污泥将被浓缩并作为回流污泥重新返回到曝气池。

在期刊杂志《Korrespondenz Abwasser》第5/87期中的504-508以及511-513页中详细介绍了氧化沟及其最重要的变型工艺(序批式氧化沟、交替式双氧化沟和带二沉池的氧化沟)。这些氧化沟的水深几乎在1.1到1.5米的范围内，从而导致了占地面积过大。转刷曝气机提供必要的氧气和污水搅拌。这些转刷曝气机价格昂贵且维护量相对较大。为了产生足够的水平循环流，单位搅拌功率至少为15W/m3。如果需要进行间歇式反硝化，则曝气时间须缩短到12时/天。这样一来安装的曝气功率必须是连续曝气情况下的两倍。

氧化沟的进一步发展型式是装有倒伞型曝气机的卡鲁塞尔工艺。这种池子建造费用高，并且倒伞型曝气机价格昂贵、维护量相对较大。此外为了产生足够的水平循环流，单位搅拌功率至少为15W/m3。因为介于倒伞型曝气机之间的水流长度过长，所以难以控制充氧量和脱氮效果。

中心沉淀的一体化氧化沟和圆形曝气池造价便宜。但是为了产生足够的水平循环流，单位搅拌功率至少为10W/m3。此外转刷曝气机昂贵的费用及其维护也是其不足之处。如果需要进行间歇式反硝化，则曝气时间须缩短到12时/天。这样一来安装的曝气功率必须是连续充氧情况下的两倍。

前Stengelin公司的技术信息展示了循环流曝气的常用变型工艺。这些工艺中， 水平轴低转速搅拌器可产生期望的循环流。为了达到充氧效果，压缩空气须在池底附近以微气泡的形式扩散。一体化氧化沟和圆形曝气池造价便宜。然而低转速搅拌器和微气泡底曝设备则非常昂贵，此外维护量也大。如果需要进行间歇式反硝化，则曝气时间须缩短到12时/天。这样一来安装的曝气功率必须是连续充氧情况下的两倍。

椭圆形曝气池造价高且设备贵。此外为了达到间歇式反硝化，曝气时间须缩短到12小时/天。对于所有的循环流曝气工艺，充氧量和脱氮效果的监测和控制复杂且昂贵。这些现有的系统往往建造和安装费用高，运行昂贵且效果并不令人满意。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的建造和安装费用高，运行昂贵且处理效果不佳的不足，提供一种处理效率高、运行经济、能快速深度降解污水中的含碳污染物和含氮化合物，并使溶解磷被活性污泥吸收的用于市政污水生物处理的活性污泥工艺和设施。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于市政污水生物处理的活性污泥工艺，其工艺步骤如下：

a)在第一阶段将流入的污水和二沉池的回流污泥搅拌并混合，之后混合液进入到第二阶段；

b)在第二阶段水平地循环推动从第一阶段过来的混合液和第三阶段过来的回流液，使它们混合，之后第二阶段混合液流入第三阶段；

c)在第三阶段利用射流曝气机水平地循环推动和搅拌第二阶段混合液，之后第三阶段混合液一部份流入二沉池，另一部份回流至第二阶段；

d)在二沉池将第三阶段的出水分离成清水和沉淀活性污泥，其沉淀的活性污泥大部份回流至第一阶段，小部分作为剩余物泥排出。

所述第一阶段的有效容积占三个阶段有效容积的5～15％。

所述第二阶段的有效容积占三个阶段有效容积的15～35％。

所述第三阶段的有效容积占三个阶段有效容积的50～80％。

所有阶段的平均容积负荷范围在0.15～0.4kg BOD5/(m3·d)之间。

所有阶段的混合液悬浮固体浓度范围在2.5～6kg MLSS/m3之间。

所述进入到第二阶段的第三阶段回流量是平均污水进水量的1～4倍。

所述进入第二阶段的第三阶段回流量是平均污水进水量的2～3倍。

第二阶段内的单位供气量低于0.2m3/(m3·h)。

本发明还提供了一种用于实现上述工艺的设施，其方案如下：

一种用于市政污水生物处理的活性污泥工艺设施，其特征是它由一座圆池、两个环形池和二沉池组成，圆池位于两个环形池中心处，它们三者同心，由内向外分别为第一阶段池、第二阶段池和第三阶段池，圆池内设一台居中的竖直搅拌器，在紧靠圆池外侧的第二阶段池内倾斜或水平安装有螺旋桨搅拌器，在最外侧的第三阶段池内设有射流爆气机。

本发明的有益效果有：

本工艺运行可靠，控制灵活且经济，污泥沉降性好，能够高效地达到去除市政污水中有机污染物和脱氮除磷的效果。配备的设施造价便宜，运行能耗低，维护量小，便于安装和操控。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

图2为本发明中设施的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步地说明：

实施例1：

处理规模为3.000m³/d的污水厂，污水量为125m³/h，污水中碳、氮、磷污染物浓度适中，其水质的平均值为：

COD：400mg/l，

BOD5：220mg/l，

SS：200mg/l，

TN：40mg/l，

NH4-N：25mg/l，

TP：8mg/l

如图2所示，处理设施由一座圆池、两个环形池和二沉池组成，圆池位于两个环形池中心处，它们三者同心，由内向外分别为第一阶段池1、第二阶段池2和第三阶段池3，圆池即第一阶段池1内设有一台居中的竖直搅拌器，在紧靠圆池外侧的第二阶段池2内倾斜或水平安装有螺旋桨搅拌器，在最外侧的第三阶段池3内设有射流爆气机。

如图1所示，去除污水中的大颗粒物质和无机泥砂后，污水进入到第一阶段池中，同时进入第一阶段处理池的还有二沉池回流污泥(125m³/h)，它们在池内进行混合搅拌，在第一阶段池内可降解回流污泥中含有的硝酸盐且活性污泥将会吸收溶解磷。为了创造厌氧条件，在第一阶段尽量不输入氧气。即避免空气输入和液体喷溅。

针对进水中含磷污染物浓度适中的特性，第一阶段处理池1的有效水深可设计为3.0m，有效直径为10.3m，有效容积V1为250m3，约占三个阶段总有效容积(不包括二沉池)10％。

第一阶段的出水和第三阶段的回流进入到第二阶段池，在池内被水平循环推流。第二阶段池2为同心环绕第一阶段池1的环形池。第二阶段池2内的螺旋桨搅拌器能提供水平循环流，它产生的水平循环流可以达到最低的水头损失，非常经济，并通过水平循环流，使第一阶段池1的出水和第三阶段池3的回流在第二阶段池2中被水平循环推动和混合，降解来自第三阶段的硝酸盐。流向第二阶段池2的第一阶段池1出水量是污水进水量的两倍(250m³/h)。由于污水中氨氮含量适中，第三阶段池3的回流量应为污水进水量的2倍(250m³/h)。

为了保证缺氧条件，即溶解氧含量低于0.5mg/l，第二阶段的供气量不应超过0.2m3/(m3·h)。

针对进水中含氮污染物浓度适中的特性，第二阶段池2的有效水深h2可设计为3.0m，有效廊道宽度B2为4.05m，有效容积V2为563m3，约占三个阶段总有效容积的22％。

第二阶段池2的出水将在第三阶段池3中通过6台型号为OS20.0的富克斯OXYSTAR曝气机(每台15kW)提供氧气和水平推流，以降解有机污染物和转化新的活性污泥以及氧化还原态的含氮化合物。水面在水流过程中保持稳定且池型水力特性好，因此也适合在较小功率密度的情况下产生期望的循环流。比如在夜间低负荷的时候，开启其中的1台已经满足水平循环流的产生。可根据需氧量或池内的溶解氧浓度逐步地开启或关闭剩下的5台富克斯曝气机。在第三阶段池3中装有输送含硝酸盐悬浮液至第二阶段池2的水泵，以使悬浮液在第二阶段池2内降解硝酸盐。流入第三阶段池的第二阶段出水量应为污水进水量、回流污泥量和第三阶段回流量的总和，为4(500m³/h)。

针对进水中含碳污染物浓度适中的特性，第三阶段池3的有效水深h3可设计为3.0m，有效廊道宽度B3为7.0m，有效容积V3为1728m3，约占阶段总有效容积的68％。该池中所需最低单位搅拌功率仅为8.7W/m3，比现有工艺所需的最低单位搅拌功率降低13～42％。

BOD5容积负荷以及混合液悬浮固体浓度是污水活性污泥处理工艺中设计、运行最基本的参数之一，两者的结合运用具有很高的工程应用价值和经济意义。

根据进水水质含碳有机污染物适中的特性和出水达标要求，平均BOD5容积负荷为0.25kg BOD5/(m3·d)(该值为平均值，若污水中有机污染物负荷过大，选0.4kg BOD5/(m3·d)，反之选0.15kg BOD5/(m3·d))。该值的确定能够在保证有机物被有效降解，出水水质达到预定要求的前提下降低三个阶段总容积，节省建造费用。

根据进水水质氮磷污染物适中的特性和出水达标要求，混合液悬浮固体浓度为4.0kg MLSS/m3。(该值为平均值，若污水中工业废水比重过大，可生化性差，选2.5kg MLSS/m3，反之选6.0kg MLSS/m3)。该值的确定能有效控制有机污染物的降解速度和活性污泥增长速度，避免膨胀污泥的产生，降低二沉池的建造费用和保证出水水质达到预定要求。

第三阶段池3的出水流入二沉池4，在池内活性污泥产生絮凝并沉淀。处理后的污水将被继续处理或排放到自然水体。沉淀后的污泥将被浓缩并作为回流污泥，通过水泵重新输送到第一阶段池1中。在污水生物处理中产生的剩余污泥将被抽走并根据相应的处理进行处置。

流入二沉池的第三阶段出水应为污水进水量和回流污泥的总和(250m³/h)。污水进水量、回流污泥和处理后排出二沉池的水量应差别不大。剩余污泥量为回流污泥的5％。二沉池的有效水深h4为3.05m，有效表面积A4为284m²。

处理后的污水能够满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准。

COD：50mg/l，

BOD5：10mg/l，

SS：10mg/l，

TN：15mg/l，

NH4-N：5(8)mg/l，

TP：0.5mg/l

实施例2：

处理规模为3.000m³/d的污水厂，污水量为125m³/h，污水中含碳污染物浓度适中，而氮和磷浓度过低，其水质的平均值为：

COD：400mg/l，

BOD5：220mg/l，

SS：200mg/l，

TN：20mg/l，

NH4-N：12mg/l，

TP：4mg/l

如图2所示，处理设施由一座圆池、两个环形池和二沉池组成，圆池位于两个环形池中心处，它们三者同心，由内向外分别为第一阶段池1、第二阶段池2和第三阶段池3，圆池即第一阶段池1内设有一台居中的竖直搅拌器，在紧靠圆池外侧的第二阶段池2内倾斜或水平安装有螺旋桨搅拌器，在最外侧的第三阶段池3内设有射流爆气机。

如图1所示，去除污水中的大颗粒物质和无机泥砂后，污水进入到第一阶段池中，同时进入第一阶段处理池的还有二沉池回流污泥(125m³/h)，它们在池内进行混合搅拌，在第一阶段池内可降解回流污泥中含有的硝酸盐且活性污泥将会吸收溶解磷。为了创造厌氧条件，在第一阶段尽量不输入氧气。即避免空气输入和液体喷溅。

针对进水中含磷污染物浓度过低的特性，第一阶段处理池1的有效水深可设计为3.0m，有效直径为7.3m，有效容积V1为125m3，约占阶段总有效容积(不包括二沉池)5％。

第一阶段的出水和第三阶段的回流进入到第二阶段池，在池内被水平循环推流。第二阶段池2为同心环绕第一阶段池1的环形池。第二阶段池2内的螺旋桨搅拌器能提供水平循环流，它产生的水平循环流可以达到最低的水头损失，非常经济，并通过水平循环流，使第一阶段池1的出水和第三阶段池3的回流在第二阶段池2中被水平循环推动和混合，降解来自第三阶段的硝酸盐。流向第二阶段池2的第一阶段池1出水量是污水进水量的两倍(250m³/h)。由于污水中氨氮含量过低，第三阶段池3的回流量应和污水进水量相当。(125m³/h)。

为了保证缺氧条件，即溶解氧含量低于0.5mg/l，第二阶段的供气量不应超过0.2m3/(m3·h)。

针对进水中含氮污染物浓度过低的特性，第二阶段池2的有效水深h2可设计为3.0m，有效廊道宽度B2为3.50m，有效容积V2为370m3，约占阶段总有效容积的15％。

第二阶段池2的出水将在第三阶段池3中通过6台型号为0S20.0的富克斯OXYSTAR曝气机(每台15kW)提供氧气和水平推流，以降解有机污染物和转化新的活性污泥以及氧化还原态的含氮化合物。水面在水流过程中保持稳定且池型水力特性好，因此也适合在较小功率密度的情况下产生期望的循环流。比如在夜间低负荷的时候，开启其中的1台已经满足水平循环流的产生。可根据需氧量或池内的溶解氧浓度逐步地开启或关闭剩下的5台富克斯曝气机。在第三阶段池3中装有输送含硝酸盐悬浮液至第二阶段池2的水泵，以使悬浮液在第二阶段池2内降解硝酸盐。流入第三阶段池的第二阶段出水量应为污水进水量、回流污泥量和第三阶段回流量的总和，为3(375m³/h)。

针对进水中含碳污染物浓度适中的特性，第三阶段池3的有效水深h3可设计为 3.0m，有效廊道宽度B3为9.0m，有效容积V3为2,043m3，约占阶段总有效容积的80％。该池中所需最低单位搅拌功率仅为7.3W/m3，比现有工艺所需的最低单位搅拌功率降低27～51％。

BOD5容积负荷以及混合液悬浮固体浓度是污水活性污泥处理工艺中设计、运行最基本的参数之一，两者的结合运用具有很高的工程应用价值和经济意义。

根据进水水质含碳有机污染物适中的特性和出水达标要求，平均BOD5容积负荷为0.25kg BOD5/(m3·d)(该值为平均值，若污水中有机污染物负荷过大，选0.4kg BOD5/(m3·d)，反之选0.15kgBOD5/(m3·d))。该值的确定能够在保证有机物被有效降解，出水水质达到预定要求的前提下降低三个阶段总容积，节省建造费用。

根据进水水质氮磷污染物过低的特性和出水达标要求，混合液悬浮固体浓度为3.5kgMLSS/m3。(该值为平均值，若污水中工业废水比重过大，可生化性差，选2.5kg MLSS/m3，反之选6.0kg MLSS/m3)。该值的确定能有效控制有机污染物的降解速度和活性污泥增长速度，避免膨胀污泥的产生，降低二沉池的建造费用和保证出水水质达到预定要求。

第三阶段池3的出水流入二沉池4，在池内活性污泥产生絮凝并沉淀。处理后的污水将被继续处理或排放到自然水体。沉淀后的污泥将被浓缩并作为回流污泥，通过水泵重新输送到第一阶段池1中。在污水生物处理中产生的剩余污泥将被抽走并根据相应的处理进行处置。

流入二沉池的第三阶段出水应为污水进水量和回流污泥的总和(250m³/h)。污水进水量回流污泥和处理后排出二沉池的水量应差别不大。剩余污泥量为回流污泥的5％。二沉池的有效水深h4为3.05m，有效表面积A4为284m²。

处理后的污水能够满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准。

COD：50mg/l，

BOD5：10mg/l，

SS：10mg/l，

TN：15mg/l，

NH4-N：5(8)mg/l，

TP：0.5mg/l

实施例3：

处理规模为3.000m³/d的污水厂，污水量为125m³/h，污水中含碳污染物浓度适中，而氮和磷浓度过高，其水质的平均值为：

COD：400mg/l，

BOD5：220mg/l，

SS：200mg/l，

TN：60mg/l，

NH4-N：36mg/l，

TP：16mg/l

如图2所示，处理设施由一座圆池、两个环形池和二沉池组成，圆池位于两个环形 池中心处，它们三者同心，由内向外分别为第一阶段池1、第二阶段池2和第三阶段池3，圆池即第一阶段池1内设有一台居中的竖直搅拌器，在紧靠圆池外侧的第二阶段池2内倾斜或水平安装有螺旋桨搅拌器，在最外侧的第三阶段池3内设有射流爆气机。

如图1所示，去除污水中的大颗粒物质和无机泥砂后，污水进入到第一阶段池中，同时进入第一阶段处理池的还有二沉池回流污泥(125m³/h)，它们在池内进行混合搅拌，在第一阶段池内可降解回流污泥中含有的硝酸盐且活性污泥将会吸收溶解磷。为了创造厌氧条件，在第一阶段尽量不输入氧气。即避免空气输入和液体喷溅。

针对进水中含磷污染物浓度过高的特性，第一阶段处理池1的有效水深可设计为3.0m，有效直径为12.6m，有效容积V1为375m3，约占阶段总有效容积(不包括二沉池)15％。

第一阶段的出水和第三阶段的回流进入到第二阶段池，在池内被水平循环推流。第二阶段池2为同心环绕第一阶段池1的环形池。第二阶段池2内的螺旋桨搅拌器能提供水平循环流，它产生的水平循环流可以达到最低的水头损失，非常经济，并通过水平循环流，使第一阶段池1的出水和第三阶段池3的回流在第二阶段池2中被水平循环推动和混合，降解来自第三阶段的硝酸盐。流向第二阶段池2的第一阶段池1出水量是污水进水量的两倍(250m³/h)。由于污水中氨氮含量过高，第三阶段池3的回流量应为污水进水量的4倍(500m³/h)。

为了保证缺氧条件，即溶解氧含量低于0.5mg/l，第二阶段的供气量不应超过0.2m3/(m3·h)。

针对进水中含氮污染物浓度过高的特性，第二阶段池2的有效水深h2可设计为3.0m，有效廊道宽度B2为5.1m，有效容积V2为870m3，约占阶段总有效容积的35％。

第二阶段池2的出水将在第三阶段池3中通过6台型号为0S20.0的富克斯OXYSTAR曝气机(每台15kW)提供氧气和水平推流，以降解有机污染物和转化新的活性污泥以及氧化还原态的含氮化合物。水面在水流过程中保持稳定且池型水力特性好，因此也适合在较小功率密度的情况下产生期望的循环流。比如在夜间低负荷的时候，开启其中的1台已经满足水平循环流的产生。可根据需氧量或池内的溶解氧浓度逐步地开启或关闭剩下的5台富克斯曝气机。在第三阶段池3中装有输送含硝酸盐悬浮液至第二阶段池2的水泵，以使悬浮液在第二阶段池2内降解硝酸盐。流入第三阶段池的第二阶段出水量应为污水进水量、回流污泥量和第三阶段回流量的总和，为6(750m³/h)。

针对进水中含碳污染物浓度适中的特性，第三阶段池3的有效水深h3可设计为3.0m，有效廊道宽度B3为4.6m，有效容积V3为1,266m3，约占阶段总有效容积的50％。该池中所需最低单位搅拌功率为11.8W/m3，比现有工艺所需的平均单位搅拌功率降低21％。

BOD5容积负荷以及混合液悬浮固体浓度是污水活性污泥处理工艺中设计、运行最基本的参数之一，两者的结合运用具有很高的工程应用价值和经济意义。

根据进水水质含碳有机污染物适中的特性和出水达标要求，平均BOD5容积负荷为0.25kg BOD5/(m3·d)(该值为平均值，若污水中有机污染物负荷过大，选0.4kg BOD5/(m3·d)，反之选0.15kg BOD5/(m3·d))。该值的确定能够在保证有机物被有效降解，出水水质达到预定要求的前提下降低三个阶段总容积，节省建造费用。

根据进水水质氮磷污染物过高的特性和出水达标要求，混合液悬浮固体浓度为 4.5kg MLSS/m3。(该值为平均值，若污水中工业废水比重过大，可生化性差，选2.5kg MLSS/m3，反之选6.0kg MLSS/m3)。该值的确定能有效控制有机污染物的降解速度和活性污泥增长速度，避免膨胀污泥的产生，降低二沉池的建造费用和保证出水水质达到预定要求。

第三阶段池3的出水流入二沉池4，在池内活性污泥产生絮凝并沉淀。处理后的污水将被继续处理或排放到自然水体。沉淀后的污泥将被浓缩并作为回流污泥，通过水泵重新输送到第一阶段池1中。在污水生物处理中产生的剩余污泥将被抽走并根据相应的处理进行处置。

流入二沉池的第三阶段出水应为污水进水量和回流污泥的总和(250m³/h)。污水进水量、回流污泥和处理后排出二沉池的水量应差别不大。剩余污泥量为回流污泥的5％。二沉池的有效水深h4为3.05m，有效表面积A4为284m²。

处理后的污水能够满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准。

COD：50mg/l，

BOD5：10mg/l，

SS：10mg/l，

TN：15mg/l，

NH4-N：5(8)mg/l，

TP：0.5mg/l

本发明其它未说明部分与现有技术相同。