一种用于脱氮除磷的改良型复合式高效水体处理方法和系统与流程

本发明涉及水处理领域，特别是涉及一种用于脱氮除磷的改良型复合式高效水体处理方法和系统，所述水体处理系统可以作为一种改良型复合式高效脱氮除磷生物反应器。

背景技术：

随着城市发展以及工业化进程的加快，导致污水处理成为人们重点关注的热点环境问题。大量的生活污水、工业废水和农田地表水径流汇入湖水、河流、水库和海湾水域，使藻类等其他植物大量繁殖，从而形成了水体富营养。对于我国这样水资源本来就很紧缺的国家，严格控制氮、磷污水的超标排放是很有必要的，现有技术中的脱氮除磷技术主要包括如下几种：

1)传统AAO

其工艺流程图如下图，生物池通过曝气装置、推进器(厌氧段和缺氧段)及回流渠道的布置分成厌氧段(A1)、缺氧段(A2)、好氧段(O)，如图1-1所示。

在该工艺流程内，BOD5、SS和以各种形式存在的氮和磷将一一被去除。A2O生物脱氮除磷系统的活性污泥中，菌群主要由硝化菌和反硝化菌、聚磷菌组成。废水首先进入厌氧段(A1)，兼性厌氧的发酵细菌将废水中的可生物降解大分子有机物转化为VFA这一类小分子发酵产物。聚磷细菌可将菌体内积贮的聚磷盐分解，所释放的能量可供专性好氧的聚磷细菌在厌氧的环境下维持生存，另一部分能量还可功聚磷细菌主动吸收环境中的VFA一类小分子有机物，并以PHB形式在菌体内贮存起来。随后废水进入缺氧段(A2)，反硝化细菌就利用好氧区中经混合液回流而带来的硝酸盐，以及废水中可生物降解有机物进行反硝化，达到同时去碳与脱氮的目的。接着废水进入曝气的好氧段(O)，聚磷细菌除了吸收利用废水中残剩的可生物降解有机物外，主要是分解体内贮积的PHB，放出的能量可供本身生长繁殖，此外还可主动吸收周围环境中的溶磷，并以聚磷盐的形式在体内贮积起来。这时排放的废水中溶磷浓度已经相当低。进入好氧段(O)中有机物经厌氧段(A1)、缺氧段(A2)分别被聚磷细菌和反硝化细菌利用后，浓度已相当低，这有利于自养的硝化菌生长繁殖，并将氨(NH4+)经硝化作用转化为NO3-。非积磷的好氧性异养菌虽然也能存在，但它在厌氧段(A1)中受到严重的压抑、在好氧段(O)中又得不到充足的营养，因此在与其他生理类群的微生物竞争中处于劣势。排放的剩余污泥中，由于含有大量能过量积贮聚磷盐的聚磷细菌，污泥中磷含量可达到2.5％以上，因此可较一般的好氧活性污泥系统大大地提高磷的去除效果。

2)JHB

传统AAO工艺的变型，即在传统AAO工艺的厌氧池前设置了一个预缺氧池，同时二沉池的污泥回流至预缺氧池，所以JHB工艺处理废水的生物原理基本与传统AAO工艺一致。

废水以一定的分配比例分别进入预缺氧池和厌氧池，预缺氧池的作用是利用进水中的部分有机物为电子供体，通过系统中的反硝化菌将回流污泥携带的大量硝态氮以氮气的形式去除，从而减轻硝酸盐对厌氧池释磷的影响，有利于系统最终的除磷。同时，在预缺氧池中随着进水有机质量的多少可能会发生释磷(当C/N较高时)，也可能发生吸磷(当C/N比较低，会发生反硝化吸磷)；预缺氧池中的混合液和部分进水一起进入后续厌氧池，系统中的聚磷菌利用易生物降解有机物合成胞内的PHB等贮存物，并释放磷；经过厌氧池后进入预缺氧池，与来自好氧池的硝化液混合，这个阶段主要有两个生化过程，一个是常规的利用反硝化菌进行反硝化脱氮过程，一个是以硝态氮为电子受体，利用反硝化聚磷菌进行反硝化聚磷的过程；最后进入好氧池，此阶段与传统AAO工艺作用一致，进行硝化反应和好氧聚磷。

工艺流程见图1-2所示。

3)多段AO

多段AO工艺将生物反应池设计为前端厌氧区/好氧+多级缺氧/好氧区，采用多点配水技术，将污水分多段分别配入到厌氧区和各缺氧区的前端，而回流污泥全部回流到厌氧区前端，创造了更适合聚磷菌、硝化菌及反硝化菌生长繁殖的环境，大大增强了除磷脱氮能力，工艺流程如图1-3所示。

工艺原理：在污水生物处理过程中，总氮的脱除主要依靠反硝化过程来实现，进行反硝化的必要条件是先进行硝化。在硝化反硝化这个连锁反应过程中，硝化速率明显慢于反硝化速率，主要原因是硝化菌的增殖速度缓慢。生物除磷是依靠聚磷菌特殊的生理特性来完成的。在厌氧条件下，聚磷菌利用污水中易降解的有机物，合成贮藏物聚β-羟丁酸(PHB)等贮于胞内。在好氧条件下，聚磷菌氧化胞内贮存的PHB过量地从污水中摄取磷酸盐并将其转化为聚磷，作为能量贮于胞内，通过剩余污泥的排放将磷排出污水处理系统。对于活性污泥工艺来说，提高硝化菌、聚磷菌在活性污泥系统中的比例是高效除磷脱氮效果的技术关键。兼具除磷和脱氮功能的多段A/O工艺根据生态学中的种群优势理论，通过分段配水实现碳源的合理分配并有效的充分利用，使生物池内形成由高到低的污泥浓度梯度，同时提高生物总量，使聚磷菌、硝化菌和反硝化菌处于优势，强化了除磷脱氮效果，形成实质上由一级厌氧好氧(AO)除磷+多级缺氧好氧(MAO)强化脱氮组合而成的新工艺。

4)IFAS

IFAS工艺是将附着生长的生物膜法与悬浮生长的活性污泥法结合的一种工艺(原理如下图1-4所示)，具体即为在活性污泥工艺中投入悬浮填料，通过悬浮填料上的生物膜和悬浮的活性污泥共同去除水中的污染物，并且由于悬浮填料对气泡的切割作用，可提高水中氧转移效率，增强处理效果。

此外，IFAS工艺通过曝气扰动、液体回流等方式，使填料悬浮在反应器中，由于固定在填料上的生物量不增加活性污泥的混合液浓度，而且生物膜的生长会降低系统SVI，因此下游沉淀池的性能不仅不会受到活性污泥反应器内固体负荷增加的负面影响，而且其性能会得以一定程度的提高。

多级A/O工艺由于池容较小、运行能耗较低且操作管理简便而相对CAST优势较为明显，但是多段AO在工艺上没有设置独立的厌氧段，且污水井交替缺氧好氧后出水，从流程上没有为聚磷菌提供适宜的生存环境，使工艺的生物除磷效果不佳；同时整体上呈现出推流的水力流态，易造成溶解氧分布不均、各反应段受冲击负荷能力较差等问题；且由前述可知，通过级数的变化池容减少有限。

体现传统AAO功能基础上，充分结合JHB、多段AO和IFAS三种工艺优势(JHB的高效除磷；IFAS的占地面积小、提高活性污泥混合液浓度、污泥减量且能提高污泥沉降性能、不增加二沉池负荷、缓冲能力强；多段AO污泥浓度高、碳源利用充分、脱氮效率高、抗冲击负荷能力强、运行费用少、工程投资低等优势)，对城镇污水处理厂的原水进行生化处理，以达到较优的出水水质。

传统的脱氮除磷技术虽然均有各自的特点，但这些技术均存在一定的缺陷，从而制约了工艺的高效性与稳定性，而且很多的流程中包含多重污泥和混合液的回流，增加了系统的复杂性，使得基建和运行费用大大提高。因此，仍然有必要进一步进行生物脱氮除磷的研发开发，不断提高生物脱氮除磷的水平。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于脱氮除磷的水体处理方法和系统，用于解决现有技术中的问题。

本发明第一方面提供一种用于脱氮除磷的水体处理方法，包括如下步骤：

(1)将至少部分的待处理水体与污泥混合进行预缺氧处理，预缺氧处理中水体中的溶解氧浓度≤0.5mg/L；

(2)将预缺氧处理所得水体进行厌氧处理，厌氧处理中水体中的溶解氧浓度≤0.2mg/L；

(3)对厌氧处理所得水体交替地进行缺氧处理和好氧处理，交替次数为一次以上，缺氧处理中水体中的溶解氧浓度≤0.5mg/L，好氧处理中反应体系中的溶解氧浓度为2～4mg/L，至少部分次数的所述好氧处理中，在处理时在水体中加入填料和/或在处理时引入至少部分的待处理水体；

(4)对步骤(3)所得水体进行脱气处理，调节水体中的溶解氧浓度至0.2～0.5mg/L；

(5)对脱气处理所得水体进行沉淀处理，沉淀所得的污泥至少一部分被回用于预缺氧处理。

本发明所提供的用于脱氮除磷的水体处理方法的预缺氧处理过程中，待处理水体可以按比例部分地进行预缺氧处理，预缺氧处理过程中，待处理水体与回流污泥(可以是来自沉淀处理所得的污泥)混合，利用进水中的有机物作碳源进行反硝化，去除由回流污泥带入的硝酸盐，进而消除了硝态氮对厌氧除磷的不利影响，提高后续处理过程中的生物除磷能力。

所述待处理水体可以是氮磷含量较高的水体，例如，所述待处理水体中，TN(总氮含量)可以是30～80mg/L，TP(总磷含量)可以是3～15mg/L。再例如，所述待处理水体中，COD_Cr(采用重铬酸钾(K₂Cr₂O₇)作为氧化剂测定出的化学耗氧量)可以是200～1000mg/L；BOD₅(5天生化需氧量BOD的值)可以是100～400mg/L；NH₃-N(水体中氨氮含量)可以是20～45mg/L；SS(水体中悬浮固体的量)可以是140～500mg/L。

通常来说，本领域技术人员可根据预缺氧处理中和/或各好氧处理过程中和/或各缺氧处理过程中水体中的溶解氧浓度，调整预缺氧处理中所使用的待处理水体的量以及各好氧处理过程中所使用的待处理水体的量。在本发明一些实施方式中，所述预缺氧处理中所使用的待处理水体的量与各好氧处理过程中所使用的待处理水体总量的体积比可以为1：5～9，各好氧处理过程中所使用的待处理水体的量可根据需要进行调整，例如，当目标处理物(例如，TN)浓度较低时，则可引入更多的待处理水体，当目标处理物(例如，TN)浓度较高时，则可引入较少的待处理水体。

在本发明一些实施方式中，所述预缺氧处理中，污泥负荷为0.05～0.15kgBOD₅/(kgMLSS.d)。本领域技术人员可根据处理过程中的工艺条件(例如，水体中的溶解氧浓度，污泥负荷等)，选择合适种类的污泥。

在本发明一些实施方式中，所述预缺氧处理中，水体中污泥的浓度为8000～14000mg/L。

在本发明一些实施方式中，所述预缺氧处理中，对水体进行搅拌，优选为潜水搅拌，优选的搅拌强度为4～5W/m³。

所述潜水搅拌通常指搅拌时所使用的搅拌装置为潜水搅拌装置(例如，潜水推进器)，所述潜水搅拌装置通常可以在对水体进行搅拌的同时推进水体，使水体向一定的方向流动。

在本发明一些实施方式中，所述预缺氧处理中，水力停留时间为0.3～1h。

在本发明一些实施方式中，所述预缺氧处理中，反应体系中的溶解氧浓度为0.2～0.5mg/L。

本发明所提供的用于脱氮除磷的水体处理方法的厌氧处理过程中，经预缺氧处理的水体可以进一步经受厌氧处理，也可以与至少部分的待处理水体混合，使得水体中的磷可以得到释放，水体中P(磷)的浓度可以得到升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污水中BOD浓度可以下降；另外，NH₃-N因细胞的合成而被去除一部分，使污水中NH₃-N的浓度可以下降，而NO₃-N的含量可以没有明显的变化。

在本发明一些实施方式中，所述厌氧处理中，对水体进行搅拌，优选为潜水搅拌，优选的搅拌强度为4～5W/m³。

在本发明一些实施方式中，所述厌氧处理中，水力停留时间为0.5～2h。

在本发明一些实施方式中，将预缺氧处理所得水体与至少部分的待处理水体混合进行厌氧处理。

在本发明一些实施方式中，所述厌氧处理中，对预缺氧处理所得水体的上清液进行厌氧处理。

本发明所提供的用于脱氮除磷的水体处理方法的缺氧处理过程中，水体可以在经受厌氧处理后进一步经受缺氧处理，利用原污水中的有机物作碳源，可以进行反硝化脱氮，使得至少部分的有机物被降解。水体也可以在经受好氧处理后进一步经受缺氧处理，从而可以使得经受好氧处理后的含较高硝态氮水体与至少部分的待处理水体进行混合，反硝化菌再次利用待处理水体中的有机物作碳源，进行反硝化，待处理水体中至少部分的有机物再次被降解。缺氧处理所得的水体可以进一步经受好氧处理。

在本发明一些实施方式中，所述缺氧处理中，对水体进行搅拌，优选为潜水搅拌，优选的搅拌强度为1～3W/m³。

在本发明一些实施方式中，所述缺氧处理中，水力停留时间可以为0.5～5h，上述的水力停留时间通常指各缺氧处理过程中水力停留时间的总和。本领域技术人员可根据目标处理物(例如，TN等)的含量，调整各缺氧处理过程中的水力停留时间。通常来说，当目标处理物浓度较高时，水力停留时间则较长。

在本发明一些实施方式中，所述缺氧处理中，水体的反硝化负荷值(反硝化速率)为0.03～0.06kgNO₃-N/kgMLSS.d。

在本发明一些实施方式中，所述缺氧处理中，溶解氧的浓度为0.2～0.5mg/L。

本发明所提供的用于脱氮除磷的水体处理方法的好氧处理过程中，经受缺氧处理的水体可以进一步经受好氧处理，从而使得水体中的有机物可以被混合液和悬浮填料区内的高浓度微生物(例如，所述微生物的浓度可以是10000～15000mg/L)生化降解。同时，有机氮等可以被氨化硝化，使NH₃-N的浓度可以持续下降，同时聚磷菌也可以在此过程中进行P的过量摄取，从而使得P含量也以较快的速度下降。

在本发明一些实施方式中，所述好氧处理中，对水体进行曝气搅拌，曝气强度为4～6m³/m².h。

所述曝气搅拌通常指通过曝气装置对水体进行曝气，可以同时使水体形成对流，从而达到搅拌水体的效果。

在本发明一些实施方式中，所述好氧处理中，水力停留时间为3.5～13h，上述的水力停留时间通常指各好氧处理过程中水力停留时间的总和。本领域技术人员可根据目标处理物(例如，COD_Cr等)的含量，调整各好氧处理过程中的水力停留时间。通常来说，当目标处理物浓度较高时，水力停留时间则较长。

在本发明一些实施方式中，所述好氧处理中，填料的材质为高密度聚乙烯(High Density Polyethylene，HDPE)。例如，所述高密度聚乙烯的密度可以为94～98kg/m³。

在本发明一些实施方式中，所述好氧处理中，填料的堆积比重为94～98kg/m³。

在本发明一些实施方式中，所述好氧处理中，填料的比表面积>500m²/m³。

在本发明一些实施方式中，所述好氧处理中，按水体的行进方向，填料位于水体的后4/5段。

在本发明一些实施方式中，所述好氧处理中，填料位于悬浮填料区内。

在本发明一些实施方式中，填料的充填比为30～60％。

所述悬浮填料区可以是各种能够容纳填料、且能够使水体通过的结构和/或装置，例如，所述悬浮填料区可以是由悬浮填料截留装置形成的悬浮填料区，所述悬浮填料截留装置可以是例如多孔截留网等。

本发明所提供的用于脱氮除磷的水体处理方法的脱气处理过程中，经受至少一次交替的缺氧处理和好氧处理的水体可以进一步经受脱气处理，从而可以降低水体中携带的过量溶解氧，在污泥回流后，可以降低对于预缺氧处理以及后续反硝化处理的碳源消耗。

在本发明一些实施方式中，所述脱气处理中，对水体进行搅拌，优选为潜水搅拌。

本发明所提供的用于脱氮除磷的水体处理方法的沉淀处理过程中，经受脱气处理的水体可以进一步经受沉淀处理，使得水体中的泥水分离，分离所得的净化水(例如，可以是上清液)可以被排出，沉淀所得的浓缩污泥至少一部分被回流至预缺氧区，剩余部分可以进一步进入污泥浓缩脱水系统。

在本发明一些实施方式中，所述沉淀处理中，沉淀所得的污泥50％以上被用于预缺氧处理，优选的，对剩余的污泥进行浓缩脱水处理。

在本发明一些实施方式中，所述沉淀处理中，表面负荷为0.7～1.8m3/m2.h。

在本发明一些实施方式中，所述沉淀处理中，沉淀处理所得上清液符合GB18918-2002一级A标准主要水质指标要求。

本发明第二方面提供一种用于脱氮除磷的水体处理系统，包括依次流体连通的预缺氧处理装置、厌氧处理装置、缺氧和好氧交替处理装置、脱气处理装置和沉淀处理装置，所述缺氧和好氧交替处理装置中包括一组以上交替流体连通的缺氧处理装置和好氧处理装置，还包括进水管道，所述进水管道与预缺氧处理装置和/或至少部分的好氧处理装置流体连通，所述好氧处理装置中设有填料，所述沉淀处理装置与预缺氧处理装置通过污泥回流管道流体连通。

所述流体连通通常指在装置之间可将一装置中的流体引入另一装置中。所述流体通常可以是例如气体、液体等。

在本发明一些实施方式中，所述预缺氧处理装置中设有污泥，污泥负荷为0.05～0.15kgBOD₅/(kgMLSS.d)。

在本发明一些实施方式中，所述预缺氧处理装置中，污泥相对于水体的浓度为8000～14000mg/L。

在本发明一些实施方式中，所述预缺氧处理装置中，设有搅拌装置，优选为潜水搅拌装置。

在本发明一些实施方式中，所述预缺氧处理装置中还设有导流隔墙。

在本发明一些实施方式中，所述预缺氧处理装置与进水管道流体连通。

在本发明一些实施方式中，所述厌氧处理装置中，设有搅拌装置，优选为潜水搅拌装置。

在本发明一些实施方式中，所述厌氧处理装置与进水管道流体连通。

在本发明一些实施方式中，所述厌氧处理装置通过溢流装置或过水孔与预缺氧处理装置流体连通。

在本发明一些实施方式中，所述厌氧处理装置中还设有导流隔墙。

在本发明一些实施方式中，所述缺氧处理装置中，设有搅拌装置，优选为潜水搅拌装置。

在本发明一些实施方式中，所述缺氧处理装置中设有曝气装置。

在本发明一些实施方式中，所述缺氧处理装置与进水管道流体连通。

在本发明一些实施方式中，所述好氧处理装置中，设有曝气装置和/或搅拌装置，优选设有曝气搅拌装置。

在本发明一些实施方式中，所述好氧处理装置中，填料的材质为高密度聚乙烯。

在本发明一些实施方式中，所述好氧处理装置中，填料的堆积比重为94～98kg/m³。

在本发明一些实施方式中，所述好氧处理装置中，填料的比表面积>500m²/m³。

在本发明一些实施方式中，所述好氧处理装置中，按水体的行进方向，填料位于好氧处理装置的后4/5段。

在本发明一些实施方式中，所述好氧处理装置中，填料位于悬浮填料区内，优选的，所述悬浮填料区由悬浮填料截留装置构成。

在本发明一些实施方式中，所述好氧处理装置中，填料的充填比为30～60％。

在本发明一些实施方式中，所述好氧处理装置中还设有导流隔墙。

在本发明一些实施方式中，所述脱气处理装置中，设有搅拌装置，优选为潜水搅拌装置。

在本发明一些实施方式中，还包括污泥排出管道，所述污泥排出管道与沉淀处理装置流体连通，优选还包括污泥浓缩脱水处理装置，所述污泥浓缩脱水处理装置通过污泥排出管道与沉淀处理装置流体连通。

在本发明一些实施方式中，所述沉淀处理装置包括出水管道，所述出水管道上设有溢流装置。

如上所述，与现有技术相比，本发明所提供的用于脱氮除磷的水体处理方法和系统具有如下显著特点：

(1)本发明所提供的水处理方法和系统设置了前置预脱氮工艺段，可以减少回流污泥中硝酸盐的含量，更好地维护厌氧段的厌氧环境，从而更加有利于除磷，处理后主要出水水质均可达至《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准以下；

(2)采用了多种处理工艺，并通过污染物多级分布、水力流态等反应条件的优化控制，使反应器运行方式更加灵活、脱氮除磷效率高；

(3)采用特定的微生物载体，使反应器抗冲击能力提高、污泥沉降性能增强、剩余污泥产量减小、有效池容以及工程投资得以降低，有效池容降低约40％，工程投资降低约4～8％；

(4)采用不同池体、管道系统结构形式的优化设计，使反应器流态更为顺畅，能耗得以降低；采用微孔曝气设备，动力消耗远低于氧化沟工艺或中孔曝气系统，并结合推流，解决了充氧和搅拌之间的矛盾；较常规工艺可节约能耗约0.05～0.1kW.h/m³。

附图说明

图1-1显示为A2/O工艺流程图。

图1-2显示为JHB工艺流程图。

图1-3显示为多段AO工艺流程图。

图1-4显示为IFAS工艺流程图。

图2显示为本发明的整体工艺流程示意图。

图3显示为本发明一实施方式的结构示意图。

元件标号说明

101 预缺氧处理装置

102 厌氧处理装置

103 缺氧和好氧交替处理装置

104 缺氧处理装置

1041 第一缺氧处理装置

104n 第n缺氧处理装置

105 好氧处理装置

1051 第一好氧处理装置

105n 第n好氧处理装置

106 脱气处理装置

107 沉淀处理装置

108 进水管道

109 出水管道

110 污泥回流管道

111 污泥排出管道

1 预缺氧区

2 厌氧区

3 第一缺氧区

4 第一好氧区

5 第二缺氧区

6 第二好氧区

7 脱气区

8 沉淀区

9 进水渠

10 出水口

11 出泥渠道

11a 回流污泥渠

11b 剩余污泥排出渠

12 预缺氧区导流隔墙

13 预缺氧区和厌氧区之间导流隔墙

14 厌氧区导流隔墙

15 厌氧区和第一缺氧区之间隔墙

16 第一缺氧区导流隔墙

17 第一缺氧区和第一好氧区之间隔墙

18 第一好氧区导流隔墙

19 第一好氧区和第二缺氧区之间隔墙

20 第二缺氧区导流隔墙

21 第二缺氧区和第二好氧区之间隔墙

22 第二好氧区导流隔墙

23 第二好氧区与脱气区之间隔墙

24 脱气区与沉淀区之间隔墙

25 预缺氧区导流孔

26 预缺氧区导流孔

27 预缺氧区至厌氧区过水孔

28 厌氧区导流孔

29 厌氧区导流孔

30 厌氧区至第一缺氧区过水孔

31 第一缺氧区导流孔

32 第一缺氧区导流孔

33 第一缺氧区至第一好氧区过水孔

34 第一好氧区导流孔

35 第一好氧区导流孔

36 第一好氧区至第二缺氧区过水孔

37 第二缺氧区导流孔

38 第二缺氧区导流孔

39 第二缺氧区至第二好氧区过水孔

40 第二好氧区导流孔

41 第二好氧区导流孔

42 第二好氧区至脱气区出水孔

43 脱气区至沉淀区出水孔

44 悬浮填料

45 悬浮填料截留装置

46 潜水搅拌机

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

须知，下列实施例中未具体注明的工艺设备或装置均采用本领域内的常规设备或装置。

此外应理解，本发明中提到的一个或多个方法步骤并不排斥在所述组合步骤前后还可以存在其他方法步骤或在这些明确提到的步骤之间还可以插入其他方法步骤，除非另有说明；还应理解，本发明中提到的一个或多个设备/装置之间的组合连接关系并不排斥在所述组合设备/装置前后还可以存在其他设备/装置或在这些明确提到的两个设备/装置之间还可以插入其他设备/装置，除非另有说明。而且，除非另有说明，各方法步骤的编号仅为鉴别各方法步骤的便利工具，而非为限制各方法步骤的排列次序或限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容的情况下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图2所示，本发明更提供一种用于脱氮除磷的水体处理系统，包括依次流体连通的预缺氧处理装置101、厌氧处理装置102、缺氧和好氧交替处理装置103、脱气处理装置106和沉淀处理装置107，所述缺氧和好氧交替处理装置103中包括一组以上交替流体连通的缺氧处理装置104和好氧处理装置105，例如，可以是交替n次，n为正整数，具体交替的次数可以是1次、2次、3次、4次或更多的次数。所述水体处理系统还包括进水管道108，所述进水管道108与预缺氧处理装置104和/或至少部分的好氧处理装置105流体连通，所述好氧处理装置105中设有填料，所述沉淀处理装置107与预缺氧处理装置101通过污泥回流管道110流体连通。

本发明所提供的水体处理系统中，所述预缺氧处理装置101可以是本领域各种可用于水处理的反应容器，例如可以是反应池、反应罐等，所述预缺氧处理装置101中还可以设有搅拌装置，例如，可以是潜水搅拌装置(具体可以是潜水搅拌器等)，从而可以对水体进行搅拌，使得水体能够分布均匀，且按一定方向流动，搅拌强度可以为4～5W/m³。所述预缺氧处理装置101中还可以设有导流隔墙，所述导流隔墙通常可以对装置内部的空间进行分隔，从而使得水体能够按一定方向流动。

本发明所提供的水体处理系统的预缺氧处理装置101中，待处理水体可以按比例部分地被引入预缺氧处理装置101并经受预缺氧处理，预缺氧处理过程中，待处理水体与回流污泥(可以是来自沉淀处理所得的污泥)混合，利用进水中的有机物作碳源进行反硝化，去除由回流污泥带入的硝酸盐，进而消除了硝态氮对厌氧除磷的不利影响，提高后续处理过程中的生物除磷能力。所述预缺氧处理装置中，水体中的溶解氧浓度可以≤0.5mg/L，水体中的溶解氧浓度也可以为0.2～0.5mg/L。所述预缺氧处理装置中可以设有污泥，所使用的污泥负荷可以为0.05～0.15kgBOD₅/(kgMLSS.d)，使用时污泥相对于水体的浓度为8000～14000mg/L。所述预缺氧处理装置中，水力停留时间通常可以为0.3～1h。

本发明所提供的水体处理系统中，所述厌氧处理装置102可以是本领域各种可用于水处理的反应容器，例如可以是反应池、反应罐等，所述厌氧处理装置102中还可以设有搅拌装置，例如，可以是潜水搅拌装置(具体可以是潜水搅拌器等)，从而可以对水体进行搅拌，使得水体能够分布均匀，且按一定方向流动，搅拌强度可以为4～5W/m³。所述厌氧处理装置102还可以与进水管道108流体连通，使得预缺氧处理所得水体可以与至少部分的待处理水体混合进行厌氧处理。所述厌氧处理装置102可以通过溢流装置或过水孔与预缺氧处理装置101流体连通，从而可以使得预缺氧处理所得水体的上清液可以被引入厌氧处理装置102中，进一步经受厌氧处理，所述溢流装置可以是例如溢流堰等。所述厌氧处理装置102中还可以设有导流隔墙，所述导流隔墙通常可以对装置内部的空间进行分隔，从而使得水体能够按一定方向流动。

本发明所提供的水体处理系统的厌氧处理装置102中，经预缺氧处理的水体可以进一步被引入厌氧处理装置102经受厌氧处理，处理过程中也可以引入至少部分的待处理水体混合，使得水体中的磷可以得到释放，水体中P(磷)的浓度可以得到升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收而使污水中BOD浓度可以下降；另外，NH₃-N因细胞的合成而被去除一部分，使污水中NH₃-N的浓度可以下降，而NO₃-N的含量可以没有明显的变化。所述厌氧处理装置102中，水体中的溶解氧浓度可以是≤0.2mg/L，水力停留时间可以为0.5～2h。

本发明所提供的水体处理系统中，所述缺氧处理装置104可以是本领域各种可用于水处理的反应容器，例如可以是反应池、反应罐等，所述缺氧处理装置104中还可以设有搅拌装置，例如，可以是潜水搅拌装置(具体可以是潜水搅拌器等)，从而可以对水体进行搅拌，使得水体能够分布均匀，且按一定方向流动，搅拌强度为1～3W/m³。所述缺氧处理装置104中还可以设有曝气装置(例如，曝气器等)，从而可以对水体中的含氧量进行调节，缺氧处理装置104中曝气装置数量(曝气强度)通常可以为好氧处理装置105中曝气装置数量(曝气强度)的10～20％。

本发明所提供的水体处理系统的缺氧处理装置104中，第一级的缺氧处理装置(例如，第一缺氧处理装置1041)的进水口通常与厌氧处理装置102相连，经受厌氧处理的水体可以进一步被引入缺氧处理装置104经受缺氧处理，利用原污水中的有机物作碳源，可以进行反硝化脱氮，使得至少部分的有机物被降解。本发明所提供的水体处理系统的缺氧处理装置104中，除第一级的缺氧处理装置以外的缺氧处理装置(例如，可以是1042～104n)的进水口通常与上一级所对应的好氧处理装置105的出水口相连(例如，1042对应1051、1043对应1052)，水体也可以在经受好氧处理后进一步经受缺氧处理，从而可以使得经受好氧处理后的含较高硝态氮水体与至少部分的待处理水体进行混合，反硝化菌再次利用待处理水体中的有机物作碳源，进行反硝化，待处理水体中至少部分的有机物再次被降解。缺氧处理所得的水体可以进一步经受好氧处理。所述缺氧处理装置104中，水力停留时间通常可以根据目标物质的浓度进行调整，例如，水力停留时间可以为0.5～5h，上述的水力停留时间通常指各缺氧处理过程中水力停留时间的总和。本领域技术人员可根据目标处理物(例如，TN等)的含量，调整各缺氧处理过程中的水力停留时间。通常来说，当目标处理物浓度较高时，水力停留时间则较长。所述缺氧处理装置中，水体的反硝化负荷值可以为0.03～0.06kgNO₃-N/kgMLSS.d，溶解氧的浓度可以为0.2～0.5mg/L。

本发明所提供的水体处理系统中，所述好氧处理装置105可以是本领域各种可用于水处理的反应容器，例如可以是反应池、反应罐等，所述好氧处理装置105中还可以是曝气装置和/或搅拌装置，从而可以对水体进行曝气和/或搅拌，在对水体进行充氧的同时保证水体的均匀分布。例如，可以使用曝气搅拌装置对水体进行曝气搅拌，所述曝气搅拌装置可以是曝气器等，曝气强度可以为4～6m³/m².h。所述曝气搅拌装置的位置通常与填料相配合，例如可以是位于填料布置的位置或在填料所在位置的周围。所述曝气搅拌装置通常距离好氧处理装置105底部有一定的距离。所述好氧处理装置105中还可以设有导流隔墙，所述导流隔墙通常可以对装置内部的空间进行分隔，从而使得水体能够按一定方向流动。所述好氧处理装置105中还可以设有悬浮填料区，按水体的行进方向，填料位于水体的后4/5段(例如，前1/5段不设有悬浮填料区，后4/5段为悬浮填料区)，也可以位于水体的2/5-4/5段(例如，前2/5段不设有悬浮填料区，2/5-4/5为悬浮填料区，最后1/5段不设悬浮填料区)，所述悬浮填料区可以由悬浮填料截留装置构成，所述悬浮填料区可以是各种能够容纳填料、且能够使水体通过的结构和/或装置，例如，所述悬浮填料区可以是由悬浮填料截留装置形成的悬浮填料区，所述悬浮填料截留装置可以是例如多孔截留网等，截留网的孔径可以是8mm±0.5mm，孔中心距可以是10mm±0.5mm，截留网的网孔形状可以是圆形或方形等。

本发明所提供的水体处理系统的好氧处理装置105中，各级好氧处理装置105的进水口通常与上一级所对应的缺氧处理装置104的出水口相连(例如，1051对应1041、1052对应1042)，经受缺氧处理的水体可以进一步被引入好氧处理装置105经受好氧处理，从而使得水体中的有机物可以被混合液和悬浮填料区内的高浓度微生物生化降解。同时，有机氮等可以被氨化硝化，使NH₃-N的浓度可以持续下降，同时聚磷菌也可以在此过程中进行P的过量摄取，从而使得P含量也以较快的速度下降。所述好氧处理装置105中，水力停留时间通常可以根据目标物质的浓度进行调整，例如，水力停留时间可以为3.5～13h，上述的水力停留时间通常指各好氧处理过程中水力停留时间的总和。本领域技术人员可根据目标处理物(例如，COD_Cr等)的含量，调整各好氧处理过程中的水力停留时间。通常来说，当目标处理物浓度较高时，水力停留时间则较长。所述好氧处理装置105中，所述填料的材质可以为高密度聚乙烯，所述填料的堆积比重可以为94～98kg/m³，所述填料的比表面积通常>500m²/m³。所述填料的形状没有特殊限定，例如，填料的粒径可以是25mm±0.5mm，填料的壁厚可以是0.4mm±5％，填料的长度可以是10m±0.5mm。按水体的行进方向，填料通常位于好氧处理装置水体的后4/5段，也可以位于水体的2/5～4/5段。所述填料通常可以位于悬浮填料区内，填料的充填比为30～60％。所述填料的填充比通常指填料占水体体积的百分数。

本发明所提供的水体处理系统中，所述脱气处理装置106可以是本领域各种可用于水处理的反应容器，例如可以是反应池、反应罐等，所述脱气处理装置106中还可以设有搅拌装置，例如，可以是潜水搅拌装置(具体可以是潜水搅拌器等)，从而可以对水体进行搅拌，使得水体能够分布均匀，且按一定方向流动。

本发明所提供的水体处理系统的脱气处理装置106中，经受至少一次交替的缺氧处理和好氧处理的水体可以进一步被引入脱气处理装置106经受脱气处理，从而可以降低水体中携带的过量溶解氧，在污泥回流后，可以降低对于预缺氧处理以及后续反硝化处理的碳源消耗。

本发明所提供的水体处理系统中，所述沉淀处理装置107可以是本领域各种可用于水处理的反应容器，例如可以是反应池、反应罐等。所述系统还可以包括污泥排出管道111，所述污泥排出管道111可以与沉淀处理装置107流体连通，一部分污泥被引入预缺氧处理装置101中，剩余的污泥可以被引出沉淀处理装置107。所述水体处理系统还可以包括污泥浓缩脱水处理装置，所述污泥浓缩脱水处理装置可以通过污泥排出管道111与沉淀处理装置107流体连通，从而可以对沉淀处理装置107中引出的污泥进行脱水，所述污泥浓缩脱水处理装置可以是例如污泥脱水机等。所述沉淀处理装置107通常包括出水管道109，所述出水管道109上可以设有溢流装置，从而可以使沉淀处理所得上清液被引出沉淀处理装置107，所述溢流装置可以是例如溢流堰等。

本发明所提供的水体处理系统的沉淀处理装置107中，经受脱气处理的水体可以进一步被引入沉淀处理装置107经受沉淀处理，表面负荷为0.7～1.8m³/m².h。

本发明中，各指标含量所参照的检测方法如下：

TN：过硫酸钾—紫外分光光度法；

TP：过硫酸钾消解法；

COD_Cr：重铬酸钾法；

BOD₅：标准稀释法；

NH₃-N：纳氏试剂光度法；

SS：重量法。

实施例1

图3为本发明一具体实施例，如图3所示一种改良型复合式高效脱氮除磷生物反应器处理，反应器包括：预缺氧区1和厌氧区2、第一缺氧区3、第一好氧区4(含悬浮填料区)、第二缺氧区5、第二好氧区6(含悬浮填料区)、脱气区7、沉淀区8、进水渠9、出水口10、出泥渠道11(包含回流污泥渠11a和剩余污泥排出渠11b)；反应器整体为长方型，各反应去也均为长方形；进水渠9上分别设置进水堰和控制闸门将污水分配至预缺氧区1、厌氧区2、第一缺氧区3和第二缺氧区5；预缺氧区1通过预缺氧区导流隔墙12分隔，水流则通过预缺氧区导流孔25和预缺氧区导流孔26连通，内部设置潜水搅拌器46搅拌推动；厌氧区2通过厌氧区导流隔墙14分隔，水流则通过厌氧区导流孔28和厌氧区导流孔29连通，内部设置潜水搅拌器46搅拌推动；预缺氧区1和厌氧区2通过预缺氧区和厌氧区之间导流隔墙13分隔，厌氧区2和第一缺氧区3通过厌氧区和缺氧区1之间隔墙15分隔，预缺氧区1和厌氧区2通过预缺氧区至厌氧区过水孔27连通，厌氧区2水体可以通过厌氧区至第一缺氧区过水孔30被引入第一缺氧区3；第一缺氧区3通过第一缺氧区导流隔墙16分隔，水流则通过第一缺氧区导流孔31和第一缺氧区导流孔32连通，内部设置潜水搅拌器46搅拌推动，内部还可以设置微孔曝气设备(未示出)对水体的含氧量进行控制；第一缺氧区3和第一好氧区4通过第一缺氧区和第一好氧区之间隔墙17分隔，第一缺氧区3通过第一缺氧区至第一好氧区过水孔33与第一好氧区4连通；第一好氧区4通过第一好氧区导流隔墙18分隔，水流通过第一好氧区导流孔34和第一好氧区导流孔35连通，同时围绕第一好氧区导流隔墙18循环流动；第一好氧区4内设置悬浮填料44和微孔曝气设备(未示出)，从而可以对水体进行充氧和搅拌，悬浮填料44通过悬浮填料截留装置45固定在指定区域；第一好氧区5和第二缺氧区6通过第二缺氧区和第二好氧区之间隔墙21分隔，第一好氧区6污水通过第二缺氧区至第二好氧区过水孔39与第二缺氧区5连通；第二缺氧区5通过第二缺氧区导流隔墙20分隔，水流通过第二缺氧区导流孔37和第二缺氧区导流孔38连通，内部设置潜水搅拌器46搅拌推动，内部还可以设置微孔曝气设备(未示出)对水体的含氧量进行控制；第二缺氧区5和第二好氧区6通过第二缺氧区和第二好氧区之间隔墙21分隔，第二缺氧区5通过第二缺氧区至第二好氧区过水孔39与第二好氧区6连通；第二好氧区6通过第二好氧区导流隔墙22分隔，水流通过第二好氧区导流孔40和第二好氧区导流孔41连通，同时围绕第二好氧区导流隔墙22循环流动；第二好氧区6内设置悬浮填料44和微孔曝气设备(未示出)，从而可以对水体进行充氧和搅拌，悬浮填料44通过悬浮填料截留装置45固定在指定区域；第二好氧区6和脱气区7通过第二好氧区与脱气区之间隔墙23分隔；脱气区7和沉淀区8通过脱气区与沉淀区之间隔墙24分隔，第二好氧区6污水通过第二好氧区至脱气区出水孔42可以被引入脱气区7；脱气区7污水通过脱气区至沉淀区出水孔43可以被引入沉淀区8；沉淀区8沉淀获得的浓缩污泥通过回流污泥渠11a回流至预缺氧区1，回流污泥渠11a设置有控制闸门。

悬浮填料44填充比为35％(悬浮填料的体积相对于反应器容积的比例)；悬浮填料44材质为高密度聚乙烯、粒径25mm，壁厚0.4mm，长度10mm，堆积比重96±2kg/m³、比表面积>500m²/m³；悬浮填料截留装置45由不锈钢多孔截留网组成，截留网圆孔直径8mm，圆孔中心距为10mm，截留网两侧基部各安装一排粗气泡扩散器，并距反应器底部0.9～1.5m；厌氧区和脱气区潜水搅拌器为搅拌型；预缺氧区、缺氧区和好氧区潜水搅拌器为推流型；缺氧区和好氧区曝气系统由盘式曝气器组成，直径D250，单个最大通气量为4m³/h；曝气器包含支架，材质ABS，附带双边卡扣。

反应器结构尺寸(沉淀区除外)：L(长)×B(宽)×H(高)＝110×40×7m(有效水深6m)，长度方向为图3中从右至左方向。其中，预缺氧区和厌氧区L(长)×B(宽)×H(高)＝(40×13.5×7m)；第一缺氧区和第一好氧区L(长)×B(宽)×H(高)＝(50×40×7m)；第二缺氧区和第二好氧区L(长)×B(宽)×H(高)＝(42×40×7m)；脱气区L(长)×B(宽)×H(高)＝(4.5×40×7m)。实际处理时，分两组反应器同时运行，图3中所示为1组反应器的俯视图。

进水水体处理总量为50000m³/d，水体为城镇污水(中高浓度)，具体水质信息如下：COD_Cr：500mg/L；BOD₅：250mg/L；TN：60mg/L；NH₃-N：40mg/L；SS：300mg/L；TP：6mg/L。

处理时，预缺氧区原水流量分配比为10％，第一缺氧区及其前段与第二段缺氧区进水流量比为7：3，反应区污泥回流比50～100％(按需调节，可以是100％)；反应区平均污泥浓度7000～12000mg/L(按需调节，可以是8170mg/L；预缺氧区搅拌强度约5W/m³，配置4台搅拌机，单台功率1.5kW；厌氧区搅拌强度约5W/m³，配置4台搅拌机，单台功率3kW；缺氧区搅拌强度约2.5W/m³，配置8台搅拌机，单台功率3kW；好氧区曝气强度4～6m³/m².h，布置微孔曝气盘3500个，第一缺氧区和第二缺氧区中也预留设有曝气器，曝气能力为好氧区的10～20％(还原成常规A²O工艺状态此区按好氧运行)。

预缺氧区水力停留时间为0.5h，厌氧区水力停留时间为1h，缺氧区水力停留时间为4h，好氧区水力停留时间为6.6h，脱气区0.5h；缺氧区的反硝化负荷取值范围为0.03～0.05kgNO₃-N/kgMLSS.d(按需调节，可以是0.03kgNO₃-N/kgMLSS.d)；污泥负荷取值为0.05～0.15kgBOD₅/(kgMLSS.d)(按需调节，0.108kgBOD₅/可以是(kgMLSS.d))。

处理所得水体符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，运行能耗为0.20～0.22kW.h/m³。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。