申请日2017.08.25
公开(公告)日2017.11.24
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明涉及一种分散式污水的处理系统，所述系统包括调节池、初沉池、厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池、污泥收集池、污泥浓缩池和污水收集池。本系统为一种以A2/O工艺为基础，结合两点进水、污泥双回流、无泡曝气膜及好氧池特殊分格形式为一体的移动式小型一体化污水处理设备，其可用于处理城市排水管网难以覆盖的城市边缘地带和新区以及经济相对落后的广大农村、小城镇地区，还可以处理与城市生活污水性质类似的部分工业废水和医院、涉外宾馆等城市特种废水。
权利要求书
1.一种分散式污水的处理系统，其特征在于：所述系统包括调节池、初沉池、厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池、污泥收集池、污泥浓缩池和污水收集池，所述调节池的输入端与废水管相连接设置，该调节池的输出端与初沉池的输入端相连接设置，所述初沉池的输出端包括上清液输出端和污泥输出端，所述上清液输出端分别与厌氧池、缺氧池的输入端相连接设置，所述污泥输出端与污泥浓缩池的输入端相连接设置;
所述厌氧池的输出端与缺氧池的输入端相连接设置，该缺氧池的输出端与好氧池的进水端相连接设置，该好氧池的出水端分别与缺氧池、二沉池的输入端相连接设置;
所述二沉池的输出端包括清液外排出口和污泥排出端，二沉池内的上清液通过清液外排出口直接外排，所述污泥排出端与污泥收集池的输入端相连接设置，该污泥收集池的输出端分别与初沉池、厌氧池、污泥浓缩池的输入端相连接设置，该污泥浓缩池的输出端与污水收集池的输入端相连接设置，该污水收集池的输出端与调节池的输入端相连接设置;
所述调节池能够对上游分散排污水、废水进行收集，并对水量和水质进行调节和均质，且所述调节池内设空气搅拌管，并能够间隔曝气;
所述缺氧池内挂设组合填料，该组合填料能够为反硝化细菌提供固定场所;
所述好氧池包括池体、进水端、活性污泥部、池体底部连通管、曝气生物膜部和出水端，所述池体内设有活性污泥部、池体底部连通管和曝气生物膜部，所述活性污泥部设有活性污泥，该活性污泥能够强化除磷，所述曝气生物膜部设有曝气生物膜，所述活性污泥部和曝气生物膜部通过池体底部连通管相连接设置，该池体底部连通管相连通设置于活性污泥部、曝气生物膜部的底部，所述进水端相连通设置于活性污泥部的顶部一侧，所述出水端相连通设置于曝气生物膜部的顶部一侧;
所述进水端出水经活性污泥处理后通过池体底部连通管进入曝气生物膜部，并经曝气生物膜处理后从出水端出水;
所述污泥浓缩池能够对其内部的污泥进行浓缩处理。
2.根据权利要求1所述的分散式污水的处理系统，其特征在于：所述二沉池内的中间布设斜管，二沉池采用间歇式排泥向污泥收集池排泥，每隔2-6h排泥一次;
所述活性污泥部的底部与鼓风机相连接设置。
3.根据权利要求1所述的分散式污水的处理系统，其特征在于：所述污泥收集池通过污泥回流泵将污泥收集池中的污泥分别回流到初沉池和厌氧池。
4.根据权利要求1所述的分散式污水的处理系统，其特征在于：所述浓缩池浓缩处理后的污泥通过粪车抽吸外运。
5.根据权利要求1至4任一项所述的分散式污水的处理系统，其特征在于：所述污水收集池的输出端通过污水泵与调节池的输入端相连接设置。
6.利用如权利要求1至5任一项所述的分散式污水的处理系统的处理方法，其特征在于：步骤如下：
⑴前处理段
前处理段的处理单元是调节池和初沉池：
调节池对上游分散排污水、废水进行收集，并对水量和水质进行调节和均质，以保证后续处理单元的稳定运行，调节池内设空气搅拌管，每隔4h～8h曝气一次;
调节池的输出端出水流进入初沉池，同步进入污泥收集池的输出端输出的二沉池的回流活性污泥，在初沉池一方面去除一些来水悬浮物，另一方面回流活性污泥具有吸附絮凝作用，在沉降过程中吸附一些磷和大分子有机物，有效降低后续有机物负荷;
初沉池的出水量的50%～90%通过上清液输出端进入厌氧池，初沉池的出水量10%～50%通过上清液输出端进入缺氧池，初沉池的污泥通过污泥输出端排到污泥浓缩池;
其中，控制初沉池的停留时间在0.5h～2.0h之间;
⑵生化处理段
生化处理段的处理单元是厌氧池、缺氧池和好氧池：
初沉池来水和二沉池回流活性污泥同步进入厌氧池，控制厌氧池溶解氧低于0.2mg/L，进行厌氧释磷，并去除部分有机物和氨氮;
其中，厌氧池停留时间在0.5h～2.0h之间;
厌氧池来水、初沉池来水及好气池的输出端输出的回流硝化液同步进入缺氧池，缺氧池内挂组合填料，为反硝化细菌提供固定场所，提高反硝化细菌浓度，增加生物量，缩短水力停留时间，控制缺氧池溶解氧在0.2～0.5mg/L之间，初沉池来水为反硝化细菌补充碳源，将硝化液回流到缺氧池内的硝酸盐氮还原为N2释放至空气，完成脱氮;
其中，控制缺氧池停留时间在1h～4h之间;
缺氧池出水进入好氧池，好氧池为多功能反应池，控制溶解氧大于2mg/L，在好氧池内同时进行去除BOD，硝化和吸收磷;
好氧出水一部分进入二沉池，一部分回流到缺氧池;其中，控制好氧池停留时间在5h～10h之间;混合液回流比在50%～300%之间;
所述活性污泥部：曝气生物膜部的体积比为1-4：5;
⑶泥水分离段
泥水分离段的处理单元是二沉池：
二沉池出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准，二沉池从底部排泥到污泥收集池，其中，控制二沉池停留时间在0.5h～3h之间;
⑷污泥处理
污泥处理段的处理单元是污泥收集池、污泥浓缩池、污水收集池：
将污泥收集池中的污泥分别回流到初沉池和厌氧池，初沉池的回流量为体积总量的10%～50%，厌氧池的回流量为体积总量的50%～90%，其余污泥和初沉池排泥共同进入污泥浓缩池，过程中产生的污泥进入污泥浓缩池经浓缩处理后，抽吸外运;污泥浓缩池的上清液流到污水收集池，然后回流到调节池重新处理;
其中，控制污泥浓缩池的停留时间高于6h。
7.根据权利要求6所述的利用分散式污水的处理系统的处理方法，其特征在于：所述步骤⑴中调节池的输出端出水通过重力流进入初沉池;所述大分子有机物为纤维素;
所述初沉池的出水量的70%～80%通过上清液输出端进入厌氧池，初沉池的出水量的20%～30%通过上清液输出端进入缺氧池;控制初沉池的停留时间在0.5～1.5h之间。
8.根据权利要求6所述的利用分散式污水的处理系统的处理方法，其特征在于：所述步骤⑵中厌氧池停留时间在0.5～1.5h之间;控制缺氧池停留时间在2h～4h;
控制好氧池停留时间在6h～8h之间;混合液回流比在100%～200%之间;曝气池两段划分前后端比例在30%～60%之间。
9.根据权利要求6所述的利用分散式污水的处理系统的处理方法，其特征在于：所述步骤⑶中控制二沉池停留时间在1h～2h之间。
10.根据权利要求6所述的利用分散式污水的处理系统的处理方法，其特征在于：所述步骤⑷中初沉池的回流量为体积总量的20%～40%;厌氧池的回流量为体积总量的60%～75%;过程中产生的污泥进入污泥浓缩池浓缩处理后，采用粪车抽吸外运。
说明书
一种分散式污水的处理系统及利用该处理系统的处理方法
技术领域
本发明属于污水处理设备技术领域，尤其是一种分散式污水的处理系统及利用该处理系统的处理方法。
背景技术
随着我国经济的发展和生活水平的日益提高，人们对环境保护的要求越来越高。现今，我国城市已建立起比较完善的污水处理系统，然而，在一些偏远地区及广大农村，污染源众多且分散，污水得不到有效地处理。大部分村庄没有排水渠道和污水处理系统，未经处理的生产生活污水随意排放成为影响农村水环境的重要原因。
分散式污水的主要特点是分布广泛、水量规模小且波动大，主要集中在早晚，每个点单独建造污水处理设施或者大范围的集中处理均不合理。移动式小型一体化污水处理设备就是针对这类水处理而研究的一项新设备，由固有的生化预处理和车载集装箱式高效污水处理设备组成，具有技术含量高、结构紧凑、效果稳定、运行费用低、操作灵活等优点。
一体化污水处理设备迄今已有30多年的研究历史，目前日本、欧美等国家和地区已将其广泛应用于城镇生活污水和部分工业废水处理。我国在这方面也取得了较大的成绩，近年来我国学者对一体化污水处理设备进行了广泛地研究，设备采用的工艺从原来单一的活性污泥法或生物膜法逐渐发展到多种方法结合的复合工艺。
移动式小型一体化污水处理设备主要是以生化反应为基础，将预处理、生化、沉淀、污泥回流等多个功能不同的单元有机地结合在一个设备之中而形成的污水处理组合体。与大型的污水处理厂相比，一体化污水处理设备具有不可替代的优势：
(1)投资和运行费用少：一体化污水处理设备投资少，操作和管理方便，不需对操作人员进行专门的培训，只需适时对设备进行维护和保养，运行费用较低;
(2)节约空间：城市土地资源日益紧缺，大型的污水处理厂占地面积大，增加了城市用地压力。而一体化污水处理设备体积较小，节约空间，搬运灵活，一些设备还可以埋于地下，不占用地表面积;
(3)缓解城市排水管网建设压力：完善的城市排水管网系统是污水处理厂正常运行的基础条件。对于人群聚居较分散的区域，一般离城市中心较远，建设排水管网并不现实，这就给一体化污水处理设备提供了应用的空间。这些地区产生的污水可以经污水处理设备处理后直接排放到附近的接纳水体中，而不需经排水管网收集进行集中处理，极大地缓解了建设市政污水管网的压力;
(4)污水回用效率较高：污水处理厂的污水回用系统一般较复杂，管网规模大，管理维护难度较大。而一体化污水处理设备不需安装大规模的管网系统，可以灵活布置污水回用节点，比传统的大型污水处理系统更具优势。是污水处理最常用的工艺，具有出水水质好，耐冲击能力强，运行成本低，管理容易等优点。
厌氧/缺氧/好氧工艺(A2/O工艺)中厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能。因此，一体化A2/O工艺的这些优点使其特别适用于小区域污水的集中处理。
A2/O工艺是发展较早的一种活性污泥法，是指通过厌氧区、缺氧区和好氧区的各种组合以及不同的污泥回流方式来去除废水中有机污染物和氮、磷等的水处理方法。本发明提出将其用于小型污水处理一体化设备去除有机物和脱氮除磷，然而，尽管A2/O工艺发展多年，但其在实际的应用中还是存在一些缺陷，就是硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在着矛盾和竞争，很难在同一系统中同时获得氮、磷的高效去除，阻碍着生物除磷脱氮技术的应用。其中最主要的问题是厌氧环境下反硝化与释磷对碳源的竞争。根据生物除磷原理，在厌氧条件下，聚磷菌通过菌种间的协作，将有机物转化为挥发酸，借助水解聚磷释放的能量将之吸收到体内，并以聚β羟基丁酸PHB形式贮存，提供后续好氧条件下过量摄磷和自身增殖所需的碳源和能量。如果厌氧区存在较多的硝酸盐，反硝化菌会以有机物为电子供体进行反硝化，消耗进水中有机碳源，影响厌氧产物PHB的合成，进而影响到后续除磷效果。一般而言，要同时达到氮、磷的去除目的，城市污水中碳氮比(COD/N)至少为4～5。当城市污水中碳源低于此要求时，反硝化效果受到碳源量的限制，大量的未被反硝化的硝酸盐随回流污泥进入厌氧区，干扰厌氧释磷的正常进行(有时甚至会导致聚磷菌直接吸磷)，最终影响到整个营养盐去除系统的稳定运行。
综上所述，现有技术中的缺陷归纳起来主要有以下几个方面：
(1)硝酸盐干扰厌氧释磷;
(2)反硝化碳源不足;
(3)硝化细菌世代时间长，难培养。
另外，目前专利公开文献201710016750.1、201621086402.9、201621217375.4、201710028924.6、201621145179.0、201621309988.0等公开公布了包括斜板沉淀池、曝气装置、厌氧池、缺氧池、加药系统、滤料形式组成等一体化污水处理设备的主要结构形式和特点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，针对小流量难降解废水处理对有机污染物和氮、磷深度处理技术的需求，提供一种分散式污水的处理系统及利用该处理系统的处理方法，该系统为一种以A2/O工艺为基础，结合两点进水、污泥双回流、无泡曝气膜及好氧池特殊分格形式为一体的移动式小型一体化污水处理设备，其可用于处理城市排水管网难以覆盖的城市边缘地带和新区以及经济相对落后的广大农村、小城镇地区，还可以处理与城市生活污水性质类似的部分工业废水和医院、涉外宾馆等城市特种废水。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种分散式污水的处理系统，所述系统包括调节池、初沉池、厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池、污泥收集池、污泥浓缩池和污水收集池，所述调节池的输入端与废水管相连接设置，该调节池的输出端与初沉池的输入端相连接设置，所述初沉池的输出端包括上清液输出端和污泥输出端，所述上清液输出端分别与厌氧池、缺氧池的输入端相连接设置，所述污泥输出端与污泥浓缩池的输入端相连接设置;
所述厌氧池的输出端与缺氧池的输入端相连接设置，该缺氧池的输出端与好氧池的进水端相连接设置，该好氧池的出水端分别与缺氧池、二沉池的输入端相连接设置;
所述二沉池的输出端包括清液外排出口和污泥排出端，二沉池内的上清液通过清液外排出口直接外排，所述污泥排出端与污泥收集池的输入端相连接设置，该污泥收集池的输出端分别与初沉池、厌氧池、污泥浓缩池的输入端相连接设置，该污泥浓缩池的输出端与污水收集池的输入端相连接设置，该污水收集池的输出端与调节池的输入端相连接设置;
所述调节池能够对上游分散排污水、废水进行收集，并对水量和水质进行调节和均质，且所述调节池内设空气搅拌管，并能够间隔曝气;
所述缺氧池内挂设组合填料，该组合填料能够为反硝化细菌提供固定场所;
所述好氧池包括池体、进水端、活性污泥部、池体底部连通管、曝气生物膜部和出水端，所述池体内设有活性污泥部、池体底部连通管和曝气生物膜部，所述活性污泥部设有活性污泥，该活性污泥能够强化除磷，所述曝气生物膜部设有曝气生物膜，所述活性污泥部和曝气生物膜部通过池体底部连通管相连接设置，该池体底部连通管相连通设置于活性污泥部、曝气生物膜部的底部，所述进水端相连通设置于活性污泥部的顶部一侧，所述出水端相连通设置于曝气生物膜部的顶部一侧;
所述进水端出水经活性污泥处理后通过池体底部连通管进入曝气生物膜部，并经曝气生物膜处理后从出水端出水;
所述污泥浓缩池能够对其内部的污泥进行浓缩处理。
而且，所述二沉池内的中间布设斜管，二沉池采用间歇式排泥向污泥收集池排泥，每隔2-6h排泥一次;
所述活性污泥部的底部与鼓风机相连接设置。
而且，所述污泥收集池通过污泥回流泵将污泥收集池中的污泥分别回流到初沉池和厌氧池。
而且，所述浓缩池浓缩处理后的污泥通过粪车抽吸外运。
而且，所述污水收集池的输出端通过污水泵与调节池的输入端相连接设置。
利用如上所述的分散式污水的处理系统的处理方法，步骤如下：
⑴前处理段
前处理段的处理单元是调节池和初沉池：
调节池对上游分散排污水、废水进行收集，并对水量和水质进行调节和均质，以保证后续处理单元的稳定运行，调节池内设空气搅拌管，每隔4h～8h曝气一次;
调节池的输出端出水流进入初沉池，同步进入污泥收集池的输出端输出的二沉池的回流活性污泥，在初沉池一方面去除一些来水悬浮物，另一方面回流活性污泥具有吸附絮凝作用，在沉降过程中吸附一些磷和大分子有机物，有效降低后续有机物负荷;
初沉池的出水量的50%～90%通过上清液输出端进入厌氧池，初沉池的出水量10%～50%通过上清液输出端进入缺氧池，初沉池的污泥通过污泥输出端排到污泥浓缩池;
其中，控制初沉池的停留时间在0.5h～2.0h之间;
⑵生化处理段
生化处理段的处理单元是厌氧池、缺氧池和好氧池：
初沉池来水和二沉池回流活性污泥同步进入厌氧池，控制厌氧池溶解氧低于0.2mg/L，进行厌氧释磷，并去除部分有机物和氨氮;
其中，厌氧池停留时间在0.5h～2.0h之间;
厌氧池来水、初沉池来水及好气池的输出端输出的回流硝化液同步进入缺氧池，缺氧池内挂组合填料，为反硝化细菌提供固定场所，提高反硝化细菌浓度，增加生物量，缩短水利停留时间，控制缺氧池溶解氧在0.2～0.5mg/L之间，初沉池来水为反硝化细菌补充碳源，将硝化液回流到缺氧池内的硝酸盐氮还原为N2释放至空气，完成脱氮;
其中，控制缺氧池停留时间在1h～4h之间;
缺氧池出水进入好氧池，好氧池为多功能反应池，控制溶解氧大于2mg/L，在好氧池内同时进行去除BOD，硝化和吸收磷;
好氧出水一部分进入二沉池，一部分回流到缺氧池;其中，控制好氧池停留时间在5h～10h之间;混合液回流比在50%～300%之间;
所述活性污泥部：曝气生物膜部的体积比为1-4：5;
⑶泥水分离段
泥水分离段的处理单元是二沉池：
二沉池出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级B标准，二沉池从底部排泥到污泥收集池，其中，控制二沉池停留时间在0.5h～3h之间;
⑷污泥处理
污泥处理段的处理单元是污泥收集池、污泥浓缩池、污水收集池：
将污泥收集池中的污泥分别回流到初沉池和厌氧池，初沉池的回流量为体积总量的10%～50%，厌氧池的回流量为体积总量的50%～90%，其余污泥和初沉池排泥共同进入污泥浓缩池，过程中产生的污泥进入污泥浓缩池经浓缩处理后，抽吸外运;污泥浓缩池的上清液流到污水收集池，然后回流到调节池重新处理;
其中，控制污泥浓缩池的停留时间高于6h。
而且，所述步骤⑴中调节池的输出端出水通过重力流进入初沉池;所述大分子有机物为纤维素;
所述初沉池的出水量的70%～80%通过上清液输出端进入厌氧池，初沉池的出水量的20%～30%通过上清液输出端进入缺氧池;控制初沉池的停留时间在0.5～1.5h之间。
而且，所述步骤⑵中厌氧池停留时间在0.5～1.5h之间;控制缺氧池停留时间在2h～4h;
控制好氧池停留时间在6h～8h之间;混合液回流比在100%～200%之间;曝气池两段划分前后端比例在30%～60%之间。
而且，所述步骤⑶中控制二沉池停留时间在1h～2h之间。
而且，所述步骤⑷中初沉池的回流量为体积总量的20%～40%;厌氧池的回流量为体积总量的60%～75%;
过程中产生的污泥进入污泥浓缩池浓缩处理后，采用粪车抽吸外运。
本发明取得的优点和积极效果是：
1、本系统针对小流量难降解废水处理对有机污染物和氮、磷深度处理技术的需求，该系统为一种以A2/O工艺为基础，结合两点进水、污泥双回流、无泡曝气膜及好氧池特殊分格形式为一体的移动式小型一体化污水处理设备，其可用于处理城市排水管网难以覆盖的城市边缘地带和新区以及经济相对落后的广大农村、小城镇地区，还可以处理与城市生活污水性质类似的部分工业废水和医院、涉外宾馆等城市特种废水。
2、本发明提供的方法及装置解决能够在源头上满足分散式污水处理过程中对有机物和氮磷深度去除技术的需求，同时彻底改变分散式污水处理过程中建不起、运营不起以及维护不了的现状。经移动式小型一体化污水处理设备处理后，可使农村或偏远地区分散式污水排放水质指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级B标准，有效降低对地表水体的污染;该法实施过程中，减少污水在反应器内的停留时间，节省了反应器的占地面积，搬运灵活，显著提高了处理效率，具有极大的市场前景和经济价值。
3、本发明的方法过程简单，连续运行中不需要添加任何药剂，尤其适合突发性水污染事件的处理。
4、针对A2/O工艺作为移动式小型一体化污水处理设备中存在的问题(主要是硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄以及碳源需求上存在着矛盾和竞争及其导致系列问题)，本系统将两点进水、污泥双回流、无泡曝气膜及好氧池特殊分格技术与A2/O工艺结合起来，同时满足不同细菌的需求，进而达到污染物降解效果好、效率高、曝气量小(节约成本)、目的使得所提出的小型污水处理一体化技术高效、实用。
两点进水主要是指一部分污水正常进入厌氧池，另一部分污水跨越厌氧池直接进入缺氧池，补充反硝化阶段所需的碳源，保证了对总氮的脱除效果。
污泥双回流技术是指将二沉池污泥分两部分回流，一路回流到厌氧池释磷，另一部分回流到初沉池短时间停留，充分发挥其生物絮凝作用，吸附沉降来水中的固体悬浮颗粒与有机污染物，有效降低减轻后续处理的负荷，还可以抑制丝状膨胀，做到废物再次利用。
膜曝气技术是一种有机地融合了气体分离膜技术和生物膜水处理技术的新型污水处理技术。微生物膜附着生长在透氧中空纤维膜表面，污水在透氧膜周围流动时，水体中的污染物在浓差驱动和微生物吸附等作用下进入生物膜内，经过生物代谢和增殖被微生物利用，使水体中的污染物同化为微生物菌体固定在生物膜上或分解成无机代谢产物，从而实现对水体的净化，是一种人工强化的微生物水处理技术，就是系统在进行无泡曝气的同时为微生物提供附着的场所，既能提高氧利用率，又能富集微生物延长污泥龄，提高对有机物和总氮去除。
好氧池特殊分格形式是指将好氧池分为前后两部分，前端采用活性污泥法有利于系统除磷，后端采用曝气生物膜法在充氧的同时负载微生物有利于去除氨氮，通过以上设计强化了脱氮除磷效果。
5、本发明为了强化氮磷的去除，综合考虑氮磷的去除原理以及活性污泥法和生物膜法的本质特性，本发明创造性的将好氧池分为前后两部分，前端采用活性污泥强化除磷。后端在曝气池内悬挂曝气膜，一方面进行无泡曝气提高氧气的利用率，另一方面为硝化细菌提供固定场所延长硝化细菌的污泥龄，从而强化生物脱氮。
6、本发明：
(1)思想方法上，将脱氮效果好的曝气生物膜技术和除磷较好的活性污泥法与A2O工艺结合起来，成功地解决了传统工艺中硝化细菌与除磷菌之间的泥龄矛盾问题，并且将二沉池污泥回流到初沉池，去除来水中的磷和纤维素等难降解有机物，解决了该类水处理过程中部分难降解物质的处理，为后续处理单元营造良好的进水条件。
(2)装置流程上，为方法的实现提出了切实可行的主要装置流程。
(3)装置构造上，为了方便运输，设备外形尺寸完全是按照标准集装箱尺寸加工;为了在确定集装箱体积后实现最大处理量，设备内部组合是综合考虑每一个处理单元的性能、大小以及相互联通等参数，提出了高效简洁的设备布局，在有限的空间内实现功能最大化。
(4)技术参数上，提出了主要构筑物的停留时间、进水分配比例、污泥双回流的分配比例、混合液回流比以及好氧池分格比例等主要参数的控制范围，这些参数对实现处理目标十分关键。