申请日2017.11.24
公开(公告)日2018.03.06
IPC分类号C02F9/14; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种用于农村生活污水脱氮除磷的处理方法及装置，其中方法包括：1)利用调节池收集生活污水，同时作水量均质调节，2)降解有机物及脱氮除磷，利用控制系统控制生化反应池对进入其内部的污水作进水/排水‑缺氧‑好氧的步骤顺序运行，实现降解有机物及脱氮除磷，3)排泥处理，在好氧阶段后期进行强制排泥方法，通过污泥泵将生化反应池内好氧阶段后期形成的高含磷的活性污泥排至污泥池进行储存，定期由吸泥罐车送至污泥处理厂进行处理;4)进水/排水骤步中生化反应池顶部的清水排至清水池，清水池内的清水经过消毒装置后由外排泵排出使用。该用于农村生活污水脱氮除磷的方法由于动设备少，维修费用低，运行费用低至0.25元/吨。
摘要附图
权利要求书
1.一种用于农村生活污水脱氮除磷的处理方法，包括有以下步骤：
(1)生活污水的收集、水量均质处理
利用调节池收集生活污水，并利用调节池进水入口处安装的粗格栅、细格栅去除、拦截污水中的头发、大颗粒杂物，同时作水量均质调节，均质调节后的污水经由污水提升泵进入到生化反应池内;
(2)降解有机物及脱氮除磷
利用控制系统控制生化反应池对进入其内部的污水作进水/排水-缺氧-好氧的步骤顺序运行，实现降解有机物及脱氮除磷，具体过程包括：
a)进水/排水步骤：步骤(1)中经由污水提升泵将均质调节后的污水均匀地进入到从所述生化反应池底部的同时，前一周期的上清液通过生化反应池顶部的进口堰门进入生化反应池顶部的出水槽，并从出水槽进入清水池内;在进水/排水的同时不曝气，进水/排水前期在生化反应池内部形成缺氧状态，前一周期形成在污泥中的硝酸盐/亚硝酸盐随着后一周期不断流入的污水与污水中的COD进行反硝化反应，所述生化反应池底部污泥层中的硝酸根经反硝化反应后形成厌氧环境，大分子有机物被分解成低分子脂肪酸，聚磷菌和反硝化聚磷菌(DPB)在厌氧条件下分解体内的聚磷酸产生能量ATP，以主动运输的方式吸收脂肪酸并合成聚B-羟基丁酸盐，与此同时释放出PO43-，进行厌氧释磷;
b)缺氧状态的反硝化聚磷菌进行反硝化脱氮除磷步骤：进水/排水步骤完成后进入缺氧步骤时间为60～180分钟，缺氧环境采用曝气3～10分钟、停止5～15分钟的周期间歇曝气处理来实现，在所述生化反应池内部形成缺氧环境，积累了大量的聚B-羟基丁酸盐的反硝化聚磷菌进入缺氧状态后，以硝酸盐(NO3--N)和亚硝酸盐(NO2--N)作为氧化聚B-羟基丁酸盐的电子受体，利用降解的聚B-羟基丁酸盐以产生能量并提供还原力尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)，并以NADH+H作为电子运输链的载体以排除质子，从而形成质子推动力;质子推动力将体外的磷酸盐输送到体内，在ATP酶的作用下合成ATP，将过剩的PO43-聚合成多聚磷酸盐;DPB在缺氧条件下通过电子传输链产生的ATP超过在厌氧条件下通过分解体内的磷酸盐产生的ATP，所以在缺氧条件下摄取的磷多于厌氧释放的磷，多余的磷通过排泥方式除去，并将硝酸盐和亚硝酸盐转变为一氧化二氮气体进行去除;
c)好氧阶段：缺氧阶段完成后，进行连续曝气处理，曝气时间为30～120分钟，在此阶段，COD得到进一步降解，硝化菌发生硝化作用和聚磷菌发生好氧吸磷，并吹脱一氧化二氮和氮气，保证活性污泥的沉降性能并使活性污泥再生;
(3)排泥处理
在好氧阶段后期进行强制排泥方法处理，通过污泥泵将所述生化反应池内缺氧和好氧阶段形成的高含磷的活性污泥排至污泥池进行储存，并在污泥池内间歇地通入空气，防止在污泥池内形成厌氧环境进行厌氧释磷，污泥池内的上清液回流至调节池，而污泥池内的污泥定期由吸泥罐车送至污泥处理厂进行处理;
(4)消毒
进水/排水骤步中生化反应池顶部的清水排至清水池，清水池内的清水经过消毒装置后由外排泵排出使用。
2.根据权利要求1所述的用于农村生活污水脱氮除磷的处理方法，其特征在于，所述进水/排水步骤中，在进水/排水的同时不曝气，并且进水时间是在上个周期连续曝气阶段结束后，所述生化反应池中的微生物都经过沉降分离后聚集在池底，形成清晰泥水分界面的同时进行进水/排水步骤。
3.根据权利要求1所述的用于农村生活污水脱氮除磷的处理方法，其特征在于，所述进水/排水步骤结束后，静止15-30min，巩固厌氧环境，聚磷菌和反硝化聚磷菌最大限度的进行释磷。
4.根据权利要求1所述的用于农村生活污水脱氮除磷的处理方法，其特征在于，所述进水/排水步骤是利用流体力学的平推流原理，通过进水的推流作用将上个周期处理完后的清水排出生化反应池。
5.一种用于上述任意一项权利要求所述的用于农村生活污水脱氮除磷的处理装置，包括有调节池、污水提升泵、生化反应池、清水池、污泥池、污泥泵、风机曝气系统、消毒装置、外排泵和自控系统，其特征在于，
所述调节池内接近污水入口处依次设置有用于除去大颗粒杂物、毛发的粗格栅、细格栅，所述污水提升泵固定安装在所述调节池的内底部，经管道连接所述生化反应池内部的布水器，所有生化反应都在所述生化反应池中完成;
所述生化反应池的顶部经通过溢流堰的结构连接出槽，所述出水槽顶部与所述清水池连通;
所述风机曝气系统通过曝气管道分别连接设在所述调节池、所述生化反应池和排泥池内底部的曝气头;
所述污泥泵通过污泥管连通所述生化反应池的内底部;
排气装置为一排气筒，直接固定安装在所述生化反应池和所述清水池的顶部，直接连通大气;
所述清水池内部的水经所述消毒装置和所述排外泵输出。
6.根据权利要求5所述的用于农村生活污水脱氮除磷的处理装置，其特征在于，所述布水器包括有多根平行设置有管道，在每根管道上开有直径为3～10mm的小孔，进入布水器从所述布水器小孔流出的污水流态处于层流状态，且Re≤1500。
7.根据权利要求6所述的用于农村生活污水脱氮除磷的处理装置，其特征在于，所述小孔的开孔方式是沿着管道管轴线斜下15～60°开设。
8.根据权利要求5所述的用于农村生活污水脱氮除磷的处理装置，其特征在于，所述出水槽的底部开设有与所述生化反应池连通的污泥出口。
说明书
用于农村生活污水脱氮除磷的处理方法及装置
技术领域
本发明涉及一种污水处理方法及装置，具体地说，涉及一种用于农村生活污水脱氮除磷处理的方法及装置。
背景技术
由于农村生活习惯及地下水和雨水通过污水收集管网进行污水处理系统，导致有机物(即碳源)浓度低、氮磷超标(不能满足C：N：P=100:5:1即C/N<20， C/P<100)，而氮、磷元素超标会加速水体的富营养化，给农村居民的宜居生活环境带来极大的危害。氮、磷等营养物质的升高，会造成藻类大量繁殖，重则造成水华或赤潮现象，其中磷又起到了关键性作用。因此，如何降低生活污水中磷的含量，对降低甚至消除污染，保护环境，建设美丽的新农村具有重要意义。
目前的农村生活污水处理工艺中，由于碳源低，绝大多数工艺只能去除有机物和氨氮，并且脱氮效率低，磷的去除率则更低。常规的生物脱氮除磷方法主要有AAO(Anaerobic-Anoxic-Oxic，称为厌氧-缺氧-好氧法)、生物接触氧化、曝气生物滤池、SBR(序列间歇式活性污泥法，英文全称为Sequencing Batch Reactor Activated SludgeProcess)等工艺。AAO法是最常规的生活污水处理方法，也是目前城市污水处理厂应用最多的一种脱氮除磷工艺，由于AAO工艺中硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄及碳源需求上存在矛盾和竞争，很难同时达到氮、磷较高的除去率，且动设备多，能耗高;生物接触氧化法兼有活性污泥法及生物膜法的特点，生物接触氧化法不需要污泥回流，无污泥膨胀问题而被行业所采用，但是由于池内填充大量的填料，维修十分麻烦，填料容易老化，前端处理后的污水中SS含量较低，生物膜固着的载体较少，导致生物膜比重较小，容易脱膜，具有脱氮能力，但是磷的去除率很低，需要采取化学除磷方法加以补充。曝气生物滤池是由滴滤池发展而来，是生物膜法技术的一种，其主要缺点要求原水中的SS低于100mg/L，最好是SS低于60mg/L，否则造成生物滤料阻塞而不能正常运行;另外，曝气生物滤池磷的去除率低，也需要采取化学处理方法进行去除。SBR法即序列间歇式活性污泥法，该法集曝气池、沉淀池为一体，连续进水，间歇曝气，停气时污水沉淀，憋出上清液，为一个周期。SBR法不设沉淀池，无污泥回流设备，池内厌氧、好氧处于交替状态，从时间上看，不存在返混现象，净化效果好;但SBR间歇运行，需设多个处理单元，进水与曝气相互切换，并且排水需要滗水器，设备价格昂贵。
国家正在持续稳进的推动建设美丽乡村这座大厦的蓝图，提高农村人宜居环境。处理农村生活污水的技术也百花齐放，这些技术都是套用城市污水厂的工艺，或者直接把国外产品引进。这两种做法虽然在一定程度上加快了农村生活污水治理的步伐，但是没有考虑中国农村的实际情况，水质水量四季变化较大，这就造成大多数设备的出水水质不能达到要求，其中主要是指总磷和总氮两个指标，即使一些工艺为了弥补出水总磷不达标，采用化学除磷的方法，但是采用化学除磷不仅增加了运行成本，而且产生的化学污泥属于危废，增加污泥处置费用。
针对农村生活污水的特性和目前各种方法的特点，开发一套适合农村污水水质和水量且运行成本低的污水处理工艺，并且出水水质达到GB18918-2002中的一级A，也是各行从业人员和学者们一直研究的课题。
发明内容
本发明的目的是针对上述现状，提供一种适合于农村生活污水特点的，即在碳源相对不足的情况下，不仅具有高效降解有机物，高效脱氮除磷能力，而且运行费用低的农村生活污水处理方法及装置。
本发明中用于农村生活污水脱氮除磷的处理方法，包括有以下步骤：
(1)生活污水的收集、水量均质处理
利用调节池收集生活污水，并利用调节池进水入口处安装的粗格栅、细格栅去除、拦截污水中的头发、大颗粒杂物，同时作水量均质调节，均质调节后的污水经由污水提升泵进入到生化反应池内;
(2)降解有机物及脱氮除磷
利用控制系统控制生化反应池对进入其内部的污水作进水/排水-缺氧-好氧的步骤顺序运行，实现降解有机物及脱氮除磷，具体过程包括：
a)进水/排水步骤：步骤(1)中经由污水提升泵将均质调节后的污水均匀地进入到从所述生化反应池底部的同时，前一周期的上清液通过生化反应池顶部的进口堰门进入生化反应池顶部的出水槽，并从出水槽进入清水池内;在进水/排水的同时不曝气，进水/排水前期在生化反应池内部形成缺氧状态，前一周期形成在污泥中的硝酸盐/亚硝酸盐随着后一周期不断流入的污水与污水中的 COD进行反硝化反应，所述生化反应池底部污泥层中的硝酸根经反硝化反应后形成厌氧环境，大分子有机物被分解成低分子脂肪酸，聚磷菌和反硝化聚磷菌 (DPB)在厌氧条件下分解体内的聚磷酸产生能量ATP，以主动运输的方式吸收脂肪酸并合成聚B-羟基丁酸盐，与此同时释放出PO43-，进行厌氧释磷;
b)缺氧状态的反硝化聚磷菌进行反硝化脱氮除磷步骤：进水/排水步骤完成后进入缺氧步骤时间为60～180分钟，其缺氧环境采用曝气3～10分钟、停止5～15 分钟的周期间歇曝气处理来实现，在所述生化反应池内部形成缺氧环境，积累了大量的聚B-羟基丁酸盐的反硝化聚磷菌进入缺氧状态后，以硝酸盐(NO3--N) 和亚硝酸盐(NO2--N)作为氧化聚B-羟基丁酸盐的电子受体，利用降解的聚 B-羟基丁酸盐以产生能量并提供还原力尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)，并以NADH+H作为电子运输链的载体以排除质子，从而形成质子推动力;质子推动力将体外的磷酸盐输送到体内，在ATP酶的作用下合成ATP，将过剩的PO43- 聚合成多聚磷酸盐;DPB在缺氧条件下通过电子传输链产生的ATP超过在厌氧条件下通过分解体内的磷酸盐产生的ATP，所以在缺氧条件下摄取的磷多于厌氧释放的磷，多余的磷通过排泥方式除去，并将硝酸盐和亚硝酸盐转变为一氧化二氮气体进行去除;
c)好氧阶段：缺氧阶段完成后，进行连续曝气处理，曝气时间为30～120 分钟，在此阶段，COD得到进一步降解，硝化菌发生硝化作用和聚磷菌发生好氧吸磷，并吹脱一氧化二氮和氮气，保证活性污泥的沉降性能并使活性污泥再生;
(3)排泥处理
在好氧阶段后期进行强制排泥方法处理，通过污泥泵将所述生化反应池内缺氧和好氧阶段形成的高含磷的活性污泥排至污泥池进行储存，并在污泥池内间歇地通入空气，防止在污泥池内形成厌氧环境进行厌氧释磷，污泥池内的上清液回流至调节池，而污泥池内的污泥定期由吸泥罐车送至污泥处理厂进行处理;
(4)消毒
进水/排水骤步中生化反应池顶部的清水排至清水池，清水池内的清水经过消毒装置后由外排泵排出使用。
所述进水/排水步骤中，在进水/排水的同时不曝气，并且进水时间是在上个周期连续曝气阶段结束后，所述生化反应池中的微生物都经过沉降分离后聚集在池底，形成清晰泥水分界面的同时进行进水/排水步骤。
所述进水/排水步骤结束后，静止15-30min，巩固厌氧环境，聚磷菌和反硝化聚磷菌最大限度的进行释磷。
所述进水/排水步骤是利用流体力学的平推流原理，通过进水的推流作用将上个周期处理完后的清水排出生化反应池。
本发明中用于农村生活污水脱氮除磷的处理装置包括有调节池、污水提升泵、生化反应池、清水池、污泥池、污泥泵、风机曝气系统、消毒装置、外排泵和自控系统，
所述调节池内接近污水入口处依次设置有用于除去大颗粒杂物、毛发的粗格栅、细格栅，所述污水提升泵固定安装在所述调节池的内底部，经管道连接所述生化反应池内部的布水器，所有生化反应都在所述生化反应池中完成;
所述生化反应池的顶部经通过溢流堰的结构连接出槽，所述出水槽顶部与所述清水池连通;
所述风机曝气系统通过曝气管道分别连接设在所述调节池、所述生化反应池和排泥池内底部的曝气头;
所述污泥泵通过污泥管连通所述生化反应池的内底部;
排气装置为一排气筒，直接固定安装在所述生化反应池和所述清水池的顶部，直接连通大气;
所述清水池内部的水经所述消毒装置和所述排外泵输出。
所述布水器包括有多根平行设置有管道，在每根管道上开有直径为3～10mm 的小孔，进入布水器从所述布水器小孔流出的污水流态处于层流状态，且Re≤ 1500。
所述小孔的开孔方式是沿着管道管轴线斜下15～60°开设。
所述出水槽的底部开设有与所述生化反应池连通的污泥出口。
本发明的优点和效果是：
采用独特的进水方式，利用平推流原理进行排水，取代了传统SBR系统的滗水器，节约了运行和维护费用。
采用周期时序控制，根据水质水量特征调节运行周期和周期内各个阶段的运行参数，提高了污水处理效率，对水质水量适应性大，并且控制灵活。
采用反硝化和生物强化脱氮除磷相结合，解决了农村生活污水中碳源不足的问题。
采用反硝化和强化除磷，除磷效率高，总磷(TP，total phosphorus)的除去率达到95%以上，其出水水质达到GB18918-2002中的一级A。
所有生化反应在一个池中进行，节约设备成本。并且所有微生物共存在一个池中友好相存、相互协调，且在进水时，污水与所有微生物都进行亲密接触，处理效率高。