本发明属于活性污泥生化法
污水处理领域，具体涉及强化脱氮除磷的sbr水处理装置及方法。
背景技术：
环保部公布《2012中国环境状况公报》：超过30%的河流和超过50%的地下水不达标。水利部曾经对全国700余条河流，约10万公里河长的水资源质量进行了评价，结果是：46.5%的河长受到污染，水质只达到四、五类；10.6%的河长严重污染，水质为超五类，水体已丧失使用价值；90%以上的城市水域污染严重。水污染正从东部向西部发展，从支流向干流延伸，从城市向农村蔓延，从地表向地下渗透，从区域向流域扩散。我国水污染主要污染指标是总氮和总磷。累计全年废水排放量为482.4亿吨，比上年增加4.9%。其中工业废水排放量为221.1亿吨，比上年增加4.1%，生活污水排放量为261.3亿吨，比上年增加5.5%。由此可见，目前我国总的环境形势是：“局部有所改善，整体仍在恶化，前景令人担忧”。在今后相当长的一个时期内，水污染无疑将存在，局部的水污染甚至还有可能加重。水污染已成为我国经济可持续发展的一大制约因素，严重威胁着我国经济的发展。因此，提高污水处理效果和优化污水脱氮除磷，降低污水处理厂成本等方面都有非常重大的理论和实际意义。所以需要对现有的活性污泥法进行改进以便达到更高的污水排放标准。
sbr是序列间歇式活性污泥法（sequencingbatchreactoractivatedsludgeprocess）的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。与传统污水处理工艺不同，sbr技术采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，sbr技术的核心是sbr反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。正是sbr工艺这些特殊性使其具有以下优点：a、理想的推流过程使生化反应推动力增大，效率提高，池内厌氧、好氧处于交替状态，净化效果好；b、运行效果稳定，污水在理想的静止状态下沉淀，需要时间短、效率高，出水水质好；c、耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击；d、工艺过程中的各工序可根据水质、水量进行调整，运行灵活；e、处理设备少，构造简单，便于操作和维护管理；f、反应池内存在do、bod5浓度梯度，有效控制活性污泥膨胀；g、sbr法系统本身也适合于组合式构造方法，利于废水处理厂的扩建和改造；h、脱氮除磷，适当控制运行方式，实现好氧、缺氧、厌氧状态交替，具有良好的脱氮除磷效果；i、工艺流程简单、造价低。主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统，调节池、初沉池也可省略，布置紧凑、占地面积省。
由于上述技术特点，sbr系统进一步拓宽了活性污泥法的使用范围。就近期的技术条件，sbr系统更适合以下情况：（1）中小城镇生活污水和厂矿企业的工业废水，尤其是间歇排放和流量变化较大的地方。（2）需要较高出水水质的地方，如风景游览区、湖泊和港湾等，不但要去除有机物，还要求出水中除磷脱氮，防止河湖富营养化。（3）水资源紧缺的地方。sbr系统可在生物处理后进行物化处理，不需要增加设施，便于水的回收利用。（4）用地紧张的地方。（5）对已建连续流污水处理厂的改造等。（6）非常适合处理小水量，间歇排放的工业废水与分散点源污染的治理。
然而现有的sbr水处理过程中，仍然会存在硝化不完全、碳源利用不合理、脱氮除磷不佳的情况。
技术实现要素：
本发明目的在于针对现有sbr水处理技术存在的缺点，提供一种强化脱氮除磷的sbr水处理装置，以及基于该装置的强化脱氮除磷的sbr水处理方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下。
一种强化脱氮除磷的sbr水处理装置，按水流方向依次包括污水进水装置、sbr反应池和出水装置；所述sbr反应池包括预反应池和主反应池；
预反应池有利于进入sbr池污水与内回流混合液的混合，缓冲对生化系统的冲击，并在线监测进水污染物的浓度，进水污染物浓度突然升高，则可增加污水在预反应池中的停留时间减缓来水对系统的冲击；
所述预反应池的前端连接污水进水装置，预反应池的后端通过设置有阀门的管道连接主反应池，所述主反应池的后端连接出水装置；所述预反应池还通过污泥回流管道与主反应池连通；
所述预反应池内设置有第一曝气装置；所述预反应池内还设置有第一ph传感器、第一溶解氧传感器、第一温度传感器和第一液位传感器；所述第一ph传感器、第一溶解氧传感器、第一温度传感器和第一液位传感器分别与各自对应的plc连接并通过电脑软件控制；
所述主反应池内设置有第二曝气装置和第二潜水搅拌器；所述主反应池内还设置有第二ph传感器、第二溶解氧传感器、第二温度传感器、第二曝气传感器、第二液位传感器和氧化还原传感器；所述第二ph传感器、第二溶解氧传感器、第二温度传感器、第二曝气传感器、第二液位传感器和氧化还原传感器分别与各自对应的plc连接并通过电脑软件控制；
所述主反应池的底部还设置有污泥排出管道。
进一步地，所述污水进水装置为进水泵通过进水管连接预反应池，且进水管上设置有进水阀门。
进一步地，所述第二曝气装置设置在主反应池的池底，所述曝气装置包括
鼓风机和曝气头，所述鼓风机与曝气头通过进气管进行连接，进气管上设置有进气阀门。
进一步地，所述出水装置为通过出水管连接滗水器，且出水管上设置有出水阀门；滗水器是一种能随水位变化而调节的出水堰，排水口淹没在水面下深度，可防止浮渣进入；
所述出水装置前端设置有溢流装置，所述溢流装置包括溢流壁和调节金属板，所述溢流壁位于主反应池内并且固定到主反应池的内壁上；所述调节金属板固定在溢流壁的内侧面上，且调节金属板的顶表面高于所述溢流壁的顶表面。
进一步地，所述预反应池内的第一曝气装置连接在进水装置中的进水管的末端。
进一步地，所述第二曝气装置和第二潜水搅拌器设置在主反应池的底部，，所述第二曝气装置的曝气口呈t字型分布，有利于sbr主反应池处于完全充氧状态。
进一步地，所述预反应池中微生物组成为聚磷菌(pao)、和反硝化细菌。
进一步地，所述主反应池中微生物组成为聚磷菌(pao)、和反硝化细菌及硝化细菌。
基于上述任一项所述装置的一种强化脱氮除磷的sbr水处理方法，包括如下步骤：
（1）将经过粗细格栅过滤和钟式沉淀池沉淀处理的污水通过污水进水装置进入预反应池，开启第一曝气装置，对进入预反应池的污水完成进水曝气，完成好氧硝化反应和好氧吸磷反应；并在预反应池中完成对污水的在线监测后，再排入主反应池中；
（2）开启第二曝气装置，对进入主反应池的污水持续曝气进行延长曝气，完成过量吸磷反应；
（3）完成过量吸磷反应后，关闭第二曝气装置，开启潜水搅拌器，对主反应池中的污水进行搅拌；关闭潜水搅拌器，静置沉淀，完成缺氧反硝化脱氮反应和厌氧释磷反应；
（4）完成缺氧反硝化脱氮反应和厌氧释磷反应后，将沉淀后的上清液通过出水装置的滗水器滗水排出至紫外消毒池，沉淀的污泥通过污泥排出管排出、静压后进入污泥储存池。
进一步地，步骤（3）中，所述搅拌的时间为0.5小时。
进一步地，所述进水曝气的时间、延长曝气的时间、静置沉淀的时间和滗水的时间根据污水中的污染物浓度设置。
更进一步地，在进水cod为100～110mg/l，进水氨氮为15～20mg/l，进水总磷为2～3mg/l时，所述进水曝气的时间为45～60分钟，所述延长曝气的时间为15～20分钟，所述静置沉淀的时间为0.5~1小时，所述滗水的时间为1小时。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
（1）本发明方法通过调整进水的时序及增加曝气时长能够有效脱氮除磷，同时利用碳源少甚至无需外加碳源即实现污水的高效生物脱氮突破了低c/n污水脱氮效率难以提高的难题，且出水氨氮和总磷均低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》gb18918-2002的一级a标准；
（2）本发明方法采用在线实时监控，在进水负荷相同的情况下，控制了各个工序的反应时间以及最大化的利用了污水中的碳源，提高了污水的处理效率以及提高了进水的有机负荷，svi值较低，污泥易于沉淀，不产生污泥膨胀现象，工艺流程简单、运营成本低；
（3）本发明装置主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统、调节池、初沉池，布置紧凑、占地面积小、造价低；
（4）本发明方法采用静止沉淀，出水效果好、厌/缺氧和好氧过程交替发生、泥龄短、活性高，有很好的脱氮除磷效果；
（5）由于聚磷菌必须在厌氧条件下进行释磷，并进入下一阶段进行充分的好氧吸磷，本发明方法中的沉淀时间较长，有利于厌氧除磷环境的建立；
（6）本发明装置设置预反应池，耐冲击负荷，池内有滞留的处理水，对污水有稀释、缓冲作用，有效抵抗水量和有机污物的冲击。
附图说明
图1为具体实施方式中强化脱氮的逆序sbr水处理装置的结构示意图；
图2为具体实施方式中强化脱氮的逆序sbr水处理的完整工艺流程图；
图3为实施例1基于本发明装置的sbr水处理的氨氮去除效果图；
图4为实施例1基于本发明装置的sbr水处理的cod去除效果图；
图5为实施例1基于本发明装置的sbr水处理的总磷的去除效果图。
具体实施方式
以下结合附图以及实施例对本发明作进一步说明，但本发明不限于以下实施例。
本实施例一种强化脱氮除磷的sbr水处理装置结构示意图如图1所示，按水流方向依次包括污水进水装置3、sbr反应池、溢流装置和出水装置4；sbr反应池包括预反应池1和主反应池2；
预反应池1的前端连接污水进水装置3，预反应池1的后端通过设置有阀门的管道连接主反应池，连接主反应池2，主反应池2的后端连接出水装置4；出水装置4与紫外消毒池连接；预反应池1还通过污泥回流管道与主反应池2连通；
污水进水装置3为进水泵3-1通过进水管3-2连接预反应池1，且进水管3-2上设置有进水阀门3-3；
出水装置4为通过出水管4-1连接滗水器4-2，且出水管4-1上设置有出水阀门4-3；出水装置4前端设置有溢流装置，溢流装置包括溢流壁和调节金属板，溢流壁位于主反应池2内并且固定到主反应池2的内壁上；调节金属板固定在溢流壁的内侧面上，且调节金属板的顶表面高于所述溢流壁的顶表面；
预反应池1内设置有第一曝气装置1-5；预反应池1内还设置有第一ph传感器1-1、第一溶解氧传感器1-2、第一温度传感器1-3和第一液位传感器1-4；第一ph传感器1-1、第一溶解氧传感器1-2、第一温度传感器1-3和第一液位传感器1-4分别与各自对应的plc连接并通过电脑软件控制；
主反应池2内设置有第二曝气装置2-1和第二潜水搅拌器2-2；主反应池2内还设置有第二ph传感器2-3、第二溶解氧传感器2-4、第二温度传感器2-5、第二曝气传感器2-6、第二液位传感器2-7和氧化还原传感器2-8；第二ph传感器2-3、第二溶解氧传感器2-4、第二温度传感器2-5、第二曝气传感器2-6、第二液位传感器2-7和氧化还原传感器2-8分别与各自对应的plc连接并通过电脑软件控制；
第二曝气装置2-1设置在主反应池2的池底，曝气装置包括鼓风机和曝气头，鼓风机与曝气头通过进气管进行连接，进气管上设置有进气阀门；
预反应池1内的第一曝气装置1-5连接在进水装置3中的进水管3-2的末端；第二曝气装置2-1和第二潜水搅拌器2-2设置在主反应池2的底部，第二曝气装置2-1的曝气口呈t字型分布；
主反应池2的底部还设置有污泥排出管道2-9。
实施例1
采用上述装置进行强化脱氮除磷的sbr水处理，设计处理水量5000t/d，单个sbr池体积为150m3，总长12m，宽为5m，高2.5m，有效水深2m，采用时间分割的操作方式替代空间分割的操作方式，非稳定生化反应替代稳态生化反应，静置理想沉淀替代传统的动态沉淀。
强化脱氮除磷的sbr水处理的工艺流程图如图3所示，首先将通过格栅预处理的废水，进入集水井，由潜污泵（提升泵房）提升，经钟式沉砂池加速沙粒的沉淀，沉淀池的污水进入本发明装置进行污水处理，处理后的水经过紫外消毒池或者其它消毒方式的消毒处理后排出，剩余污泥静压后进入污泥贮存池，最后通过污泥脱水间进行污泥外运处置。
污水进水参数为：进水cod为100mg/l，进水氨氮为15mg/l，进水总磷为2mg/l。
具体步骤如下：
（1）将经过粗细格栅过滤和钟式沉淀池沉淀处理后的污水通过污水进水装置3进入预反应池1，开启第一曝气装置1-5，对进入预反应池1的污水完成进水曝气，完成好氧硝化反应和好氧吸磷反应；并在预反应池1中完成对污水的在线监测后，再排入主反应池2中；进水曝气的时间为45分钟；
（2）开启第二曝气装置2-1，对进入主反应池2的污水持续曝气进行延长曝气15分钟，完成过量吸磷反应；
（3）完成过量吸磷反应后，关闭第二曝气装置2-1，开启潜水搅拌器2-2，对主反应池2中的污水进行搅拌；关闭潜水搅拌器2-2，静置沉淀1小时；完成缺氧反硝化脱氮反应和厌氧释磷反应；
（4）完成缺氧反硝化脱氮反应和厌氧释磷反应后，将沉淀后的上清液通过出水装置4的滗水器4-2滗水排出至紫外消毒池，滗水时间为1小时，沉淀的污泥通过污泥排出管2-9排出、静压后进入污泥储存池。
实施效果
1、氨氮的去除效果
污水的氨氮去除效果图如图4所示，由图4可以看出，进入装置的污水的总氮以氨氮为主，其中进水最高氨氮浓度为21.31mg/l，进水最低氨氮浓度为7.543mg/l，平均进水氨氮浓度为14.345mg/l；进过好氧池活性污泥中硝化细菌的硝化作用后，出水氨氮最高浓度为0.581mg/l，最低氨氮浓度为0.106mg/l，平均出水氨氮浓度为0.27mg/l，平均氨氮去除率为98.12％，远优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级a标准。
2、cod的去除效果
cod是污水处理工艺中微生物生长的碳源，在进行污水的脱氮除磷作用时，反硝化脱氮菌属于异养型兼性厌氧菌，在缺氧条件时，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应，而实现除磷作用的聚磷菌需要主动吸收由厌氧发酵产酸菌转化水中有机物成为的乙酸苷，这也会消耗碳源。
污水的cod去除效果如图5所示，由图5可以看出，基于本发明装置的sbr水处理对于cod具有非常好的去除效果，其中的碳源已经被高效的利用。进入装置的污水中cod浓度较低，其中进水最高cod浓度为161mg/l，进水最低cod浓度为47mg/l，平均进水cod浓度为79mg/l，其出水cod最高浓度为24mg/l，最低cod浓度为9mg/l，平均出水cod浓度为16.5mg/l，平均去除率为79.1％，远优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级a标准。
3、总磷的去除效果
污水的总磷去除效果如图5所示，由图5可以看出，基于本发明装置的sbr水处理对于总磷具有非常好的去除效果。进入装置的污水中总磷浓度波动较大，其中进水最高总磷浓度为1.77mg/l，进水最低总磷浓度为0.634mg/l，平均进水总磷浓度为1.04mg/l，其出水总磷最高浓度为0.492mg/l，最低总磷浓度为0.217mg/l，平均出水总磷浓度为0.381mg/l，平均去除率为63.4％，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级a标准。
综上所述本发明脱氮除磷sbr工艺对目标污染物cod、氨氮、总磷有很好的去除效果，其中平均出水cod浓度为16.5mg/l，平均出水氨氮浓度为0.27mg/l，平均出水总磷浓度为0.381mg/l，各项出水达到并优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级a标准。
技术特征：
技术总结
本发明公开了一种强化脱氮除磷的SBR处理装置及方法。该装置按水流方向依次包括污水进水装置（3）、SBR反应池、溢流装置和出水装置（4）；所述SBR反应池包括预反应池（1）和主反应池（2）。该处理方法包括如下步骤：（1）污水在预反应池进行进水曝气；（2）污水在主反应池延长曝气；（3）污水在主反应池静置沉淀；（4）沉淀后的上清液滗水排出。本发明装置主体设备只有一个序批式间歇反应器，无二沉池、污泥回流系统、调节池、初沉池，布置紧凑、占地面积小、造价低；本发明方法采用静止沉淀，出水效果好、厌/缺氧和好氧过程交替发生、泥龄短、活性高，有很好的脱氮除磷效果。
技术研发人员：周少奇;陈轩;周伟
受保护的技术使用者：华南理工大学;广州奥蕾湾环保科技有限公司;贵州科学院
技术研发日：2017.07.19
技术公布日：2017.12.05
声明：
“强化脱氮除磷的SBR水处理装置及方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：华南理工大学;广州奥蕾湾环保科技有限公司;贵州科学院
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2024年07月25日 ~ 27日 
