生物處理水進入澄清區澄清;

　　d. 反應器內厭氧區的部分污泥從反應器底部經污泥回流管回流至反應器上部的好氧區，在好氧區中部突塊上部設排泥口定期適量排泥，其余污泥回落至厭氧區;形成反應器內污泥的循環，

　　e. 反應器好氧區的部分污水經設置在突塊下部的污水回流管回流至反應器下部;

　　f. 污泥、生物處理水、污水處理過程中產生的氣體經位于反應器上部的突塊和三相分離裝置分離后，污泥回到反應器中，生物處理水進入反應器澄清區澄清后直接排放，氣體由氣體收集裝置收集或直接排放，且在單位時間內直接排放的處理水體積與進入反應器的原污水體積相同;

　　以上過程連續進行。

　　2.一種顆粒污泥生物膜耦合一體化污水處理裝置，該裝置包括：

　　一個用于貯存污水的廢水貯箱，該廢水貯箱的出水口通過進水管與位于反應器下部的進水口連接，用于將污水通入反應器中;

　　一個反應器，用于裝填顆粒污泥、懸浮污泥以及用于附著生物膜的填料，對進入反應器內的污水進行處理，在所述反應器的上部設有突塊和三相分離裝置，用于進行反應器內氣液固的分離，反應器上部突塊上方一側設有一個澄清區，所述澄清區底部與反應器連通，用于將處理水收集在澄清區內;

　　曝氣裝置，設置在反應器的中上部，用于向反應器內適度供氧，從而在反應器內形成上部的好氧區和下部的厭氧區，并在厭氧區上部與好氧區連接的區域形成一個缺氧區;

　　污泥回流管，連接在反應器底部與頂部之間，用于將反應器下部厭氧區的污泥提升回流至反應器上部的好氧區，形成污泥循環，保證污泥間歇處于厭氧和好氧狀態;

　　填料，設置在反應器內上部污泥回流管連接進入反應器位置以下，突塊以上的區域，靠近澄清區的一側，用于在填料上形成生物膜，與顆粒污泥、懸浮污泥耦合處理污水，以及截留回流污泥不進入澄清區;

　　污水回流管，設置在反應器突塊下方的好氧區中下部，與反應器下部的進水管連接，用于將好氧區污水回流至反應器下部;

　　排泥管，設置在反應器突塊上方好氧區中部，用于排放剩余污泥;

　　出水管，設在反應器澄清區的頂部，用于排出處理水;

　　以及，

　　在每條管路上均設置有閥門，用于控制和調節該管路內流水的流量。

　　3.根據權利要求2所述的顆粒污泥生物膜耦合一體化污水處理裝置，其特征是所述設置在反應器下部的進水管的高度位置可調。

　　4.根據權利要求2所述的顆粒污泥生物膜耦合一體化污水處理裝置，其特征是在反應器內安裝有布水裝置，所述布水裝置與所述進水口連接，為環形管，環形管上設布水孔并使得進水沿環的水平切線方向流入反應器中。

　　說明書

　　顆粒污泥生物膜耦合一體化污水處理方法及其處理裝置

　　技術領域

　　本發明涉及環保技術領域，具體涉及一種顆粒污泥生物膜耦合一體化污水處理方法及其處理裝置。

　　背景技術

　　傳統的城市污水和工業廢水處理主體工藝——好氧工藝(好氧活性污泥法或好氧生物膜法)面臨著占地面積大，剩余污泥量多，曝氣量大等一系列難題。

　　對于占地面積大的問題，一體化是方向。

　　對于剩余污泥量多和曝氣量大的問題，兩者必須結合起來考慮。好氧系統正是由于曝氣量大，污泥(微生物)生長快，才直接導致剩余污泥量多。為此，解決剩余污泥量多和曝氣量大的根本辦法就是減少曝氣量。采用厭氧處理系統，曝氣和污泥處置費用這兩項與好氧廢水處理有關的大費用將會戲劇化地減少。尤其是新型高速厭氧反應器的出現，使得厭氧技術重新引起環保工作者的關注。高速厭氧反應器雖然能夠大幅減少曝氣量(沒有曝氣)和剩余污泥量(污泥產量是好氧系統的1/5到1/10)，但同時新的問題又出現了：高速厭氧生物處理系統不能解決N、P的去除問題。

　　厭氧膨脹顆粒污泥床(EGSB)反應器具有污泥濃度高、傳質效果好等特點，而且不需要曝氣，剩余污泥量很少，并能夠高效去除有機污染物，對毒性難降解污染物質也有很好的去除效果，但對N和P幾乎沒有去除，SS的去除效果也不理想。有研究者提出在EGSB反應器后另加好氧膜生物反應器來強化N、P、色度和濁度等的去除，但又存在大量曝氣需要大量耗能的不足，且N、P的去除效果也不理想(因為兩級反應器間存在代謝產物的累積，繼而影響整個系統的處理效果)。也有研究者提出，在EGSB反應器內加一膜組件，形成厭氧膜生物反應器，并通過微氧曝氣來強化N的去除，但該方法終也沒有解決P的去除問題。還有研究者提出通過微氧曝氣，依托EGSB反應器內顆粒污泥，形成好氧-缺氧-厭氧復合環境，達到同步去除COD、N和P的目的，但N和P，尤其是P的去除效果仍然不佳。

　　對于N的去除，雖然目前提出了同步硝化反硝化、短程硝化反硝化等各種反應機理，缺氧、好氧環境的充分保證仍是關鍵;對于P的去除，目前也出現了反硝化除磷、厭氧除磷等各種機理，但仍需與除磷菌的厭氧釋磷、好氧吸磷相結合才能達到理想的效果。

　　發明內容

　　本發明的目的是提供一種顆粒污泥生物膜耦合一體化污水處理方法及其處理裝置，以達到同步高效去除污水中COD、N和P的目的。

　　本發明的顆粒污泥生物膜耦合一體化污水處理方法在對污水的處理過程中利用顆粒污泥的高效性，并與生物膜耦合;同時在反應器內適當位置提供微氧曝氣環境，在反應器內形成厭氧區和好氧區，實現厭氧微環境與好氧微環境的耦合;同時還保證了系統內污泥從厭氧區至好氧區循環、污水從好氧區至厭氧區循環的雙循環，以及好氧區的適量排泥，終實現了污水中COD、N、P等的同步高效去除。

　　本發明的顆粒污泥生物膜耦合一體化污水處理方法是：

　　a. 在一個上部設有突塊和三相分離裝置，并在一側帶有澄清區的反應器內裝填顆粒污泥和懸浮污泥，在反應器上半部靠近澄清區的一側、突塊以上部分裝有填料，在填料上形成生物膜，用于降解污染物質，同時形成生物膜的填料用于幫助污泥沉降，強化出水水質;

　　b. 通過設于反應器中上部的曝氣裝置向反應器內供氧，以在反應器內形成下部的厭氧區和上部的好氧區，以及位于好氧區與厭氧區之間過渡的缺氧區，所述填料位于好氧區的上半部分，以在反應器內形成厭氧區、缺氧區與好氧區的耦合，顆粒污泥、懸浮污泥與生物膜的耦合，顆粒污泥內外厭氧菌、好氧菌和兼性菌的耦合，生物膜內外厭氧菌、好氧菌和兼性菌的耦合;

　　c. 原污水、好氧區回流水由反應器下部厭氧區經布水裝置進入反應器中，依次經過反應器內的厭氧區、缺氧區和好氧區，顆粒污泥、懸浮污泥與生物膜共同作用，將水中污染物降解后，生物處理水進入澄清區澄清;

　　d. 反應器內厭氧區的部分污泥從反應器底部經污泥回流管回流至反應器上部的好氧區，在好氧區中部突塊上部設排泥口定期適量排泥，其余污泥回落至厭氧區;形成反應器內污泥的循環，

　　e. 反應器好氧區的部分污水經設置在突塊下部的污水回流管回流至反應器下部以使顆粒污泥床充分膨脹，強化傳質;

　　f. 污泥、生物處理水、污水處理過程中產生的氣體經位于反應器上部的突塊和三相分離裝置分離后，污泥回到反應器中，生物處理水進入反應器澄清區澄清后直接排放，氣體由氣體收集裝置收集或直接排放，且在單位時間內直接排放的處理水體積與進入反應器的原污水體積相同;

　　以上過程連續進行。

　　本發明同時還提供了一種適用于上述顆粒污泥生物膜耦合一體化污水處理方法的處理裝置，該裝置包括：

　　一個用于貯存污水的廢水貯箱，該廢水貯箱的出水口通過進水管與位于反應器下部的進水口連接，用于將污水通入反應器中;

　　一個反應器，用于裝填顆粒污泥、懸浮污泥以及用于附著生物膜的填料，對進入反應器內的污水進行處理，在所述反應器的上部設有突塊和三相分離裝置，用于進行反應器內氣液固的分離，反應器上部突塊上方一側設有一個澄清區，所述澄清區底部與反應器連通，用于將處理水收集在澄清區內;

　　曝氣裝置，設置在反應器的中上部，用于向反應器內適度供氧，從而在反應器內形成上部的好氧區和下部的厭氧區，并在厭氧區上部與好氧區連接的區域形成一個缺氧區;

　　污泥回流管，連接在反應器底部與頂部之間，用于將反應器下部厭氧區的污泥提升回流至反應器上部的好氧區，形成污泥循環，保證污泥間歇處于厭氧和好氧狀態;

　　填料，設置在反應器內上部污泥回流管連接進入反應器位置以下，突塊以上的區域，靠近澄清區的一側，用于在填料上形成生物膜，與顆粒污泥、懸浮污泥耦合處理污水，以及截留回流污泥不進入澄清區;

　　污水回流管，設置在反應器突塊下方的好氧區中下部，與反應器下部的進水管連接，用于將好氧區污水回流至反應器下部;

　　排泥管，設置在反應器突塊上方好氧區中部，用于排放剩余污泥;

　　出水管，設在反應器澄清區的頂部，用于排出處理水;

　　以及，

　　在每條管路上均設置有閥門，用于控制和調節該管路內流水的流量。

　　其中，所述設置在反應器下部的進水管的高度位置可調，以用于控制反應器內厭氧區的位置。

　　進而，本發明還在反應器內安裝有布水裝置，所述布水裝置與所述進水口連接，為環形管，環形管上設布水孔并使得進水沿環的水平切線方向流入反應器中，以保證顆粒污泥不受到破壞。

　　本發明使用上述顆粒污泥生物膜耦合一體化污水處理方法和處理裝置，通過向高速上升流厭氧顆粒污泥反應器內適量曝氣、裝填填料并結合下部污泥回流、中上部污水回流等措施，在單一反應器內實現了厭氧區、好氧區和缺氧區的耦合，厭氧、缺氧和好氧微環境的耦合，顆粒污泥、生物膜和懸浮污泥的耦合，厭氧+好氧與厭氧+缺氧+好氧雙工藝流程的耦合，從而在一個反應器內建立了一個污水生物處理系統，既能節能(減少曝氣量)減排(減少污泥排放量)，同時又能高效同步去除COD、N和P，實現了多種毒性難降解污染物質廢水的同步高效去除。

　　本發明整體系統結構緊湊、占地面積小，反應器內污染物降解能力強，去除效率高，停留時間短，克服了傳統污水脫氮除磷工藝流程復雜，能耗高，不符合低碳經濟要求的不足。

　　本發明的特點之一是顆粒污泥與生物膜的耦合。

　　顆粒污泥是菌群高度豐富，排列足夠緊密，代謝物質傳遞足夠快的微生物聚集體。采用顆粒污泥反應器，并結合上升流運行方式，保證了顆粒污泥的良好沉淀性能，進而保證了反應器內足夠高的污泥濃度和污泥活性。許多研究表明，顆粒污泥反應器，尤其是高速顆粒污泥反應器能夠高效去除污染物質，尤其是一些毒性難降解污染物質。但是，傳統的上升流顆粒污泥反應器在保證高污泥負荷率和高處理效率的同時，往往難以保證SS的高效去除，甚至出水中SS含量偏高(尤其是上升流速高時)，出水水質難以保證。本發明實現了生物膜與顆粒污泥的耦合，一方面進一步強化去除污水中的污染物質(尤其是一些毒性難降解污染物質)，另一方面能夠充分保證出水中SS的高效去除。

　　同時，也正是由于反應器上部填料和生物膜的存在，使得本發明在反應器底部污泥回流至反應器頂部，整個反應器中上部也大量存在顆粒污泥和懸浮污泥的情況下，澄清區的出水水質(主要是SS)仍然能夠保證。

　　本發明的特點之二是好氧與厭氧的耦合。

　　耦合之一(異位耦合)：厭氧區與好氧區的耦合。本發明通過在反應器中上部曝氣，在反應器的上部形成好氧區，中下部形成厭氧區，而且這兩個區之間有充分的污泥混合、代謝產物的及時傳遞，從而保證了污水中污染物質的高效去除。此耦合在結構上實現了好氧和厭氧的一體化(其實好氧和厭氧中間有缺氧區)，具有A2/O功能，使得本發明具有同步去除有機污染物和脫氮除磷的功能，也具有同步去除很多毒性難降解污染物質的功能，而且，本發明在各個區之間的物質傳遞更及時，處理效率更高。

　　耦合之二(同位耦合)：厭氧微環境和好氧微環境的耦合。本發明反應器內污泥的主要存在狀態是顆粒污泥和生物膜，但是此顆粒污泥和生物膜經過兩種措施能夠適當獲得氧，從而使其在一定程度上處于微氧環境中，終實現了顆粒污泥表面和內部好氧與厭氧微環境的耦合(措施一：反應器中上部曝氣及曝氣位置上部污水回流至反應器下部;措施二：反應器下部污泥經污泥回流管回流至反應器上部，并自動回落至反應器下部，中間經歷好氧曝氣階段)。此耦合在微環境上實現了好氧與厭氧(以及缺氧)的一體化，即功能上的一體化(能夠實現一些污染物質的同步高效去除)。而且，此耦合使得本發明反應器內能夠實現一些特殊的生物作用：短程同步硝化反硝化作用，厭氧氨氧化菌和好氧氨氧化菌的協同作用，厭氧氨氧化菌、甲烷菌和反硝化菌的協同作用，反硝化除磷作用，厭氧除磷作用等。

　　本發明的特點之三是污水與污泥的雙回流。

　　污水回流：經曝氣顆粒污泥處理后的污水從反應器中上部及時回流至反應器下部。污水回流的作用一是提高反應器內液體上升流速，強化傳質效果，提高污染物質去除率，尤其是一些難降解污染物質;二是讓污水依次經歷厭氧(區)+好氧(區)+厭氧(區)+好氧(區)+……的循環，有效去除各種污染物質(單純在厭氧或好氧條件下難以去除的污染物質，比如一些難降解污染物質、N、P等)。

　　污泥回流：將反應器底部厭氧區污泥提升回流至反應器頂部。這樣能將底部經過厭氧充分釋磷的污泥提升至反應器頂部經歷好氧充分吸磷，并及時排除，進一步強化P的去除。同時使得污泥依次經歷厭氧(區)+好氧(區)+厭氧(區)+好氧(區)+……的循環，有效去除各種污染物質。

　　本發明的特點之四是顆粒污泥先后經歷了厭氧-好氧-缺氧環境的循環，充分借鑒了SBR的概念，相當于是連續SBR反應器運行模式，但反應器內不是活性污泥而是顆粒污泥。

　　本發明反應器通過污泥循環(反應器底部顆粒污泥循環至反應器頂部)及污泥回落(反應器上部顆粒污泥自動回落至反應器底部)，并結合反應器內適當位置的適當曝氣，使得顆粒污泥先后經歷了厭氧-好氧-缺氧的環境。

　　SBR技術是污泥在時間上經歷厭氧+缺氧+好氧環境，但在運行中另外還需要有沉淀時間和排水時間，所以本發明提出的工藝更有優勢(連續運行，不需要污泥沉淀時間和排水時間，效率更高)，兼具了傳統A2/0的連續運行優勢和SBR技術污泥在時間上厭氧-缺氧-好氧循環運行的優勢，同時又結合了顆粒污泥的優勢。

　　本發明的特點之五是污水可以在同一反應器內經歷兩種工藝流程：厭氧+好氧、厭氧+缺氧+好氧。

　　污水從反應器下部進入反應器后，一部分可以經過反應器底部的厭氧污泥處理，連同污泥回流至好氧區，再經歷好氧區生物膜和顆粒污泥協同處理。另一部分污水可以上升經歷厭氧處理+缺氧+好氧處理。終都在反應器上部的澄清區排放。

　　對于工藝一，厭氧+好氧，污泥濃度相對較高，而且污泥以顆粒污泥、生物膜和懸浮污泥三種狀態存在，生物相相對豐富。

　　對于工藝二，厭氧+缺氧+好氧，污水真正經歷了厭氧+缺氧+好氧三個階段，隨著進水口位置的調整和污泥性能的改變，厭氧階段的時間長短可調;對于缺氧段，隨著曝氣量大小的調整，此階段也可調。

　　本發明的特點之六是進水口位置可以選擇調整。

　　進水口選在反應器下部而不是底部，是為了提供一個污泥純粹的厭氧環境，保證在此區域內污泥的充分釋磷，從而保證下一階段污泥回流到反應器頂部好氧區時污泥的充分吸磷，進而保證后續排泥時污泥的高含磷量，保證系統的高除磷率。而且反應器下部進水口的位置可調，以根據運行效果和需求提供厭氧區污泥不同的釋磷時間和釋磷效果，進而保證好氧區污泥的充分吸磷效果，終決定整個系統的除磷效果。