本发明属于环境保护中污水处理技术领域，特别涉及一种可适用于不同水质的多功能污水生物处理装置及其运行方法。
背景技术
随着社会经济的快速发展、城镇居民数量的激增和工业企业规模的不断扩大，我国城镇生活污水和工业废水的排放量也逐年递增。各类污废水含有大量的有机物污染物和氮磷等植物性营养盐，是造成水体黑臭、富营养化频发，水生态环境恶化的主要原因，必须加以严格处理并达到排放标准后，方能排放进入环境。
常见的污水处理技术可分为物理化学法和生物法两大类。因生物法具有广谱、高效、运行费用低的优势，已成为污水处理工程与设施的首选方法。针对不同污水水质和处理目标，具有不同功能的污水生物处理工艺也被开发出来。目前，应用最为广泛的典型污水生物处理工艺包括：以有机污染物为处理目标的传统活性污泥法（即推流式活性污泥法）；以有机物去除和脱氮为目标的缺氧-好氧生物脱氮工艺（即a/o生物脱氮工艺）；以有机物去除和除磷为目标的厌氧-好氧生物除磷工艺（即a/o生物除磷工艺）；以有机物去除、脱氮和除磷为目标的厌氧-缺氧-好氧同步脱氮除磷工艺（即a2/o同步脱氮除磷工艺）；以及在这些基础工艺上发展出来的大量改进和变形污水生物处理工艺。
但另一方面，现有的污水生物处理装置往往工艺形式固定、运行方式单一，一套装置仅能实现一种既定的污水处理功能；难以适应水质、水量及处理要求的变化，在实际污水处理应用中的适用性、通用性较差。因此，有必要开发一种可灵活适用于不同水质和处理要求的多功能污水生物处理装置及其运行方法。
技术实现要素：
本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种适用于不同水质处理要求的污水处理装置。
为了达到上述目的，本发明提供了一种多功能污水生物处理装置，该多功能污水生物处理装置包括反应池和二沉池；反应池由头尾两个端面、底面和沿长度方向设置的若干内侧面围成上端开口的长棱柱形，头尾两个端面上分别设置与反应池内部相连通的进水管和出水管，各内侧面和底面的内壁上均设有17个插槽，内侧面和底面对应的插槽围成半环形，当所有的半环形插槽内设置插板时，将反应池内部分隔为18个反应单元；各反应单元对应的反应池上端开口处均设有密封盖板，各密封盖板上均设有搅拌装置和放气阀；各反应单元对应的反应池侧面设有与反应单元相连通的旁路进出水管，旁路进出水管处设有阀门；各反应单元对应的反应池底面均设有曝气装置和对应相连通的进气管；进气管上设有进气阀；反应池的出水管与二沉池相连通；二沉池底部设有排泥口，该排泥口通过污泥回流泵与反应池的进水管或旁路进出水管相连。
通过对反应池进行各反应单元的分隔，以及进气阀、放气阀的设置，方便进行好氧、厌氧、缺氧等不同生物氧化功能反应区的区分，以适应不同水质处理的要求。同时旁路进出水管的设置方便根据需要对各反应区进行回流处理。通过污泥回流泵能有效补充反应池内混合液出流带走的活性污泥，使反应池内的污泥浓度保持稳定，同时对缓冲进水水质的变化也能起到一定的作用。
进一步的，反应池内每个反应单元对应的半环形插槽内设有插板，或每间隔两个反应单元对应的半环形插槽内设有插板，或每间隔三个反应单元对应的半环形插槽内设有插板；相邻插板分别按照上端和下端间隔设置过流孔。
通过不同的隔板和生物氧化类型设置方式，将反应池内的反应区分隔为6个或9个或18个，对每个反应区进行不同功能（如厌氧、缺氧、好氧）的污水生物处理。通过间隔设置的过流孔，形成相邻反应区上下方向的错流，防止水流短路，并保证反应池中混合液流动整体处于理想的推流状态。
优选的，反应池呈长方体，反应池内设置的17个插槽沿长度方向均匀分布，且插槽呈u型。
优选的，二沉池为竖流式二沉池，包括上部柱状筒体和下部锥形污泥斗；柱状筒体中心设有中心管；反应池的出水管通过中心管与二沉池相连通；柱状筒体上方设有出水堰；中心管底部设有伞形导流板。
通过二沉池的设置，反应池中流出的混合液由中心管自上而下进入二沉池内，并通过伞形导流板沿水平方向在二沉池内均匀流动，污泥通过重力沉降进入下部锥形污泥斗中，汇集后由排泥口排出，沉淀后清水上升至筒体上端，沿出水堰进入集水槽出流。
进一步的，本发明多功能污水生物处理装置还包括充氧泵；充氧泵通过对应的空气管与对应的曝气装置相连。由此形成曝气系统，并通过进气阀控制曝气量。
本发明还提供了上述多功能污水生物处理装置进行污水处理的方法，该方法根据污水水质情况进行不同处理：
1、进行污水中有机污染物处理时，所述反应池内每间隔三个反应单元设置对应的半环形插槽内设有插板，将反应池分隔为6个生化功能反应区，打开每个生化功能反应区底部的进气阀和顶部的放气阀，将6个生化功能反应区均设置为好氧区，待处理的污水和由二沉池回流的回流污泥形成的混合液由首段好氧区顺序流经各段好氧区，最后由末段好氧区进入二沉池，经二沉池泥水分离后，处理后的水和剩余污泥排出，回流污泥回流至首段好氧区。
2、进行含氮污水处理或去除污水中有机污染物及氮时：
当污水中碳氮比大于7时，所述反应池内每间隔三个反应单元设置对应的半环形插槽内设有插板，将反应池分隔为6个生化功能反应区，由首段至尾段依次为缺氧区、缺氧区、好氧区、好氧区、好氧区、好氧区，好氧区底部的进气阀和顶部的放气阀开启，缺氧区底部的进气阀关闭、顶部的放气阀开启，待处理的污水和由二沉池回流的回流污泥形成的混合液由首段缺氧区顺序流经各段反应区，最后由末段好氧区进入二沉池，经二沉池泥水分离后，处理后的水和剩余污泥排出，回流污泥回流至首段缺氧区，同时末段好氧区中的混合液通过混合液回流泵回流至首段缺氧区；
当污水中碳氮比在5至7之间时，所述反应池内每间隔三个反应单元设置对应的半环形插槽内设有插板，将反应池分隔为6个生化功能反应区，由首段至尾段依次为缺氧区、好氧区、好氧区、缺氧区、好氧区、好氧区，好氧区底部的进气阀和顶部的放气阀开启，缺氧区底部的进气阀关闭、顶部的放气阀开启，待处理的污水分别由进水管和旁路进出水管进入首段缺氧区和中部缺氧区，反应池中的混合液依次流经各反应区，最后由末段好氧区进入二沉池，经二沉池泥水分离后，处理后的水和剩余污泥排出，回流污泥回流至首段缺氧区；
当污水中碳氮比在3至5之间时，所述反应池内每间隔两个反应单元设置对应的半环形插槽内设有插板，将反应池分隔为9个生化功能反应区，由首段至尾段依次为缺氧区、好氧区、好氧区、缺氧区、好氧区、好氧区、缺氧区、好氧区、好氧区，好氧区底部的进气阀和顶部的放气阀开启，缺氧区底部的进气阀关闭、顶部的放气阀开启，待处理的污水分别由进水管和旁路进出水管进入首段缺氧区和中部两个缺氧区，反应池中的混合液依次流经各反应区，最后由末段好氧区进入二沉池，经二沉池泥水分离后，处理后的水和剩余污泥排出，回流污泥回流至首段缺氧区。
3、进行污水除磷处理或去除污水总有机污染物和磷时，所述反应池内每间隔三个反应单元设置对应的半环形插槽内设有插板，将反应池分隔为6个生化功能反应区，由首段至尾段依次为厌氧区、厌氧区、好氧区、好氧区、好氧区、好氧区，好氧区底部的进气阀和顶部的放气阀开启，厌氧区底部的进气阀和顶部的放气阀关闭，待处理的污水和由二沉池回流的回流污泥形成的混合液由首段厌氧区顺序流经各反应区，最后由末段好氧区进入二沉池，经二沉池泥水分离后，处理后的水和剩余污泥排出，回流污泥回流至首段厌氧区。
4、当进行污水同步去除有机物、氮、磷处理时，所述反应池内每间隔两个反应单元设置对应的半环形插槽内设有插板，将反应池分隔为9个生化功能反应区，由首段至尾段依次为厌氧区、厌氧区、缺氧区、缺氧区、好氧区、好氧区、好氧区、好氧区、好氧区，好氧区底部的进气阀和顶部的放气阀开启，缺氧区底部的进气阀关闭、顶部的放气阀开启，厌氧区底部的进气阀和顶部的放气阀关闭，待处理的污水和由二沉池回流的回流污泥形成的混合液由首段厌氧区顺序流经各反应区，最后由末段好氧区进入二沉池，经二沉池泥水分离后，处理后的水和剩余污泥排出，回流污泥回流至首段厌氧区，同时末段好氧区中的混合液通过混合液回流泵回流至第三段缺氧区。
当采用上述方法仍不能有效进行有机物、氮、磷同步去除时，将反应池内9个生化功能反应区中第四段缺氧区中的混合液通过混合液回流泵回流至首段厌氧区。
本发明相比现有技术具有以下优点：
本发明提出的一种多功能污水生物处理装置结构紧凑、简捷，运行方法灵活，功能丰富、可高度扩展；无需改变装置整体构型，仅通过内部插板的分隔、生物功能区的设置和外部回流系统的连接，即可实现多种经典污水处理工艺的运行。一套装置就可灵活适应于不同污水水质和处理目标的需求，与传统单一功能的污水处理装置相比，具有了极强的实用性和应用价值。
附图说明
图1为本发明生化反应池结构图；
图2为本发明传统推流式活性污泥法工艺运行方法图；
图3为本发明缺氧/好氧（a/o）生物脱氮工艺运行方法图；
图4为本发明2段进水a/o生物脱氮工艺运行方法图；
图5为本发明3段进水a/o生物脱氮工艺运行方法图；
图6为本发明厌氧/好氧（a/o）生物除磷工艺运行方法图；
图7为本发明厌氧/缺氧/好氧（a2/o）同步脱氮除磷工艺运行方法图；
图8为本发明uct工艺运行方法图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明提供了一种能适用于不同水质的多功能污水生物处理装置及其运行方法。装置主体由生化反应池、二沉池，及附属的充氧泵18、混合液回流泵20和污泥回流泵17等设备和连接管路构成。
如图1所示，生化反应池是装置的核心，为长棱柱形，头尾分别设置进水管1和出水管7。生化反应池内部沿长度方向设置17个插槽5，可通过插入插板16将反应池均分为18个反应单元；相邻的插板分别按上部和下部间隔设置过流孔19，形成上下方向的错流，防止水流短路，并保证生化反应池中混合液流动整体处于理想的推流状态。每个反应单元侧方（对应反应池的侧壁处）设置旁路进出水管6；每个反应单元上方设置密封盖板2，密封盖板上设置可拆卸的搅拌装置4和放气阀3；每个反应单元底部设置可拆卸的曝气装置8和进气阀9。
如图2所示，二沉池为竖流式二沉池，主体由柱状筒体12和锥形污泥斗14两部分构成；筒体中心设有中心管10，生化反应池出水管7中流出的混合液由中心管自上而下进入二沉池内；中心管下部设伞形导流板13，使中心管内混合液沿水平方向在池中均匀流动；污泥通过重力沉降进入下部锥形污泥斗14中，汇集后由排泥口15排出；沉淀后清水上升至筒体上端，沿出水堰溢出进入集水槽11出流。
充氧泵18通过空气管和进气阀9连接生化反应池底部的曝气装置8，形成曝气系统，并通过进气阀9控制曝气量。
生化反应池中的反应单元可以通过调整密封盖板上放气阀3的状态（开启或关闭）和底部曝气装置8的状态（通过进气阀9开启或关闭进行控制），设置为具有不同生物氧化功能的生化反应区：当放气阀3和曝气装置8同时关闭时，为厌氧区；当放气阀3开启、曝气装置8关闭时，为缺氧区；当放气阀3和曝气装置8同时开启时，为好氧区。
不同反应单元侧方的旁路进出水管6间可通过混合液回流泵20连接，形成混合液回流系统。从好氧区到缺氧区的混合液回流的主要目的是把好氧区生成的硝酸盐回流到缺氧区，为反硝化细菌提供氮源，以进行反硝化脱氮。从缺氧区到厌氧区的混合液回流既可减少回流混合液中的硝酸盐含量，减弱厌氧段的反硝化作用，降低反硝化菌对聚磷菌的碳源竞争；又可使回流液中的溶解氧降低，保证了厌氧段的厌氧环境，保障了厌氧释磷过程的进行。
二沉池污泥斗底部排泥口15可通过污泥回流泵17将部分污泥回流至生化反应池，形成污泥回流系统。污泥回流的主要目的是补充反应池混合液出流带走的活性污泥，使反应池内的污泥浓度保持稳定，同时对缓冲进水水质的变化也能起到一定的作用。
装置运行时，可将多个相邻的反应单元设置为相同的生物处理功能区，并通过不同功能区间、不同功能区与二沉池间的管路的连接形成不同的混合液回流系统和污泥回流系统，实现各类污水生化处理工艺流程，以满足不同水质污水或不同水质净化目标的污水处理需要。
下面结合不同处理工艺实施例来具体介绍：
实施例1：
如图2所示，处理含有机污染物的废水或以去除污水中有机污染物为主要目标时，本发明装置可设置为传统推流式活性污泥法工艺。生化反应池的18个反应单元通过插板设置形成6个生化功能反应区，这些生化反应功能区均设置成好氧区。待处理的污水和由二沉池回流的回流污泥从首段生化反应区进入。污水与回流污泥形成的混合液在系统内整体呈推流状态，由首段好氧反应区顺序流经各段好氧反应区，最后由末段好氧反应区进入二沉池，经二沉池泥水分离后，处理后出水和剩余污泥排出系统，回流污泥回流至首段好氧反应区。
实施例2：
如图3所示，处理含氮废水或以有机污染物和氮为污水处理主要目标时，本发明装置可设置为缺氧/好氧（a/o）生物脱氮工艺。生化反应池的18个反应单元通过插板设置成6个生化反应功能区，即缺氧/缺氧/好氧/好氧/好氧/好氧。原污水从首段缺氧反应区进入，由二沉池回流的回流污泥也同步注入。污水与回流污泥形成的混合液由首段缺氧区流入第2段缺氧区，然后依次流入4段好氧区，最后进入二沉池，经二沉池泥水分离，处理后出水和剩余污泥排出系统，回流污泥至第一段缺氧区。同时，含硝态氮的好氧区混合液由末段好氧区通过混合液回流系统回流至首段缺氧区。
实施例3：
如图4所示，当原污水中，5<碳氮比（cod/总氮）<7时，本发明装置可设置为2段进水缺氧/好氧（a/o）生物脱氮工艺。生化反应池中的18个反应单元设为6个生化反应功能区，即缺氧/好氧/好氧/缺氧/好氧/好氧排列。原污水按设定比例分别由2个缺氧区进入系统，由二沉池回流的回流污泥从首段缺氧区进入。系统中的混合液依次流经各反应区，由末段好氧区出流进入二沉池，泥水分离后，处理后出水和剩余污泥排出系统，回流污泥回流至首段缺氧反应区。
实施例4：
如图5所示，当原污水中，3<碳氮比（cod/总氮）<5时，本发明装置可设置为3段进水缺氧/好氧（a/o）生物脱氮工艺。生化反应池中的18个反应单元设为9个生化反应功能区，即缺氧/好氧/好氧/缺氧/好氧/好氧/缺氧/好氧/好氧排列。原污水按设定比例分别由3个缺氧区进入系统，由二沉池回流的回流污泥从首段缺氧区进入。系统中的混合液依次流经各反应区，由末段好氧区出流进入二沉池，泥水分离后，处理后出水和剩余污泥排出系统，回流污泥回流至首段缺氧反应区。
实施例5：
如图6所示，处理含磷废水或以有机污染物和磷为污水处理主要目标时，本发明装置可设置为厌氧/好氧（a/o）除磷工艺。生化反应池中的18个反应单元设为6个生化反应功能区，即厌氧/厌氧/好氧/好氧/好氧/好氧排列。原污水和回流污泥由首段厌氧反应区进入，混合液依次流经各反应区，并由末段好氧区流出进入二沉池，泥水分离后，处理后出水和剩余污泥排出系统，回流污泥回流至首段厌氧反应区。
实施例6：
如图7所示，当同时以有机物、氮和磷为污水处理主要目标时，本发明装置可设置为厌氧/缺氧/好氧（a2/o）同步脱氮除磷工艺，生化反应池中的18个反应单元设为9个生化反应功能区，即厌氧/厌氧/缺氧/缺氧/好氧/好氧/好氧/好氧/好氧排列。原污水由首段厌氧反应区进入生化反应池，由二沉池回流的回流污泥也同步注入；混合液依次流经2个厌氧区、2个缺氧区和5个好氧区；后流出生化反应池，进入二沉池；经二沉池泥水分离，处理后出水和剩余污泥排出系统，回流污泥回流至首段厌氧反应区；末端好氧区中的混合液由旁路进出水管部分回流至首段缺氧区，形成混合液回流系统，为缺氧反硝化阶段提供硝酸盐氮。
实施例7：
如图8所示，因污水水质和运行等原因，导致a2/o工艺氮磷去除效能不佳时，本发明装置可设置为a2/o工艺的改进工艺—uct工艺，以进一步提升水质净化效果。按uct工艺运行时。生化反应池中的18个反应单元设为9个生化反应功能区，即厌氧/厌氧/缺氧/缺氧/好氧/好氧/好氧/好氧/好氧排列。原污水由首段厌氧反应区进入生化反应池，混合液依次流经2个厌氧区、2个缺氧区和5个好氧区后，流出生化反应池；生化反应池出流混合液进入二沉池，经二沉池泥水分离，处理后出水和剩余污泥排出系统，回流污泥回流至首段缺氧反应区；末端好氧区中的混合液由旁路进出水管部分回流至首段缺氧区，形成混合液回流1，为缺氧反硝化阶段提供硝酸盐氮；第二段缺氧反应区中的混合液由旁路进出水管部分回流至首段厌氧反应区，形成混合液回流2，回流溶解氧和硝酸盐氮含量较低的混合液，为厌氧反应区补充聚磷细菌。