申请日2015.06.25
公开(公告)日2017.01.04
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷工艺及装置，所述装置由物理过滤池、缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统、除磷吸附过滤反应系统和PLC控制系统构成，污水进入物理过滤池，物理过滤池出水可先进入缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池系统脱氮，出水再进入除磷吸附反应系统中进行彻底除磷;或先进入除磷吸附反应系统中进行除磷，再进入缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池系统脱氮;脱氮除磷后的污水进入清水区并最终流入到消毒池中，经消毒处理即可排出。本发明工艺及装置不需外加除磷药剂，便可将污水中的磷去除，流程短、投资费用省、运行费用低、污泥易处理。
权利要求书
1.一种集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷装置，主要由物理过滤池、缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统、除磷吸附过滤反应系统和PLC控制系统构成，其特征在于：物理过滤系统与缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统相连接，缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统与除磷吸附过滤反应系统相连接;或者，物理过滤池与除磷吸附过滤反应系统相连接，除磷吸附过滤反应系统与缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统相连接;所述物理过滤池、缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统和除磷吸附过滤反应系统分别与曝气及反冲洗系统、污水回流系统配合相连。
2.如权利要求1所述的集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷装置，其特征在于：物理过滤池内安装有孔隙依次减小的多级格栅。
3.如权利要求2所述的集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷装置，其特征在：所述物理过滤池的池体内依次安装有中格栅、细格栅及精细过滤设施;所述中格栅的空隙为5-20mm，所述细格栅的空隙为2-5mm，所述精细过滤设施的孔径为0.1-2.0mm。
4.如权利要求3所述的集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷装置，其特征在于：所述精细过滤设施为微滤装置。
5.如权利要求1所述的集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷装置，其特征在于：所述缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统由缺氧反硝化生物滤池、好氧硝化生物滤池及回流系统构成，缺氧反硝化生物滤池的出水与好氧硝化生物滤池相连通，好氧硝化生物滤池部分出水经回流系统与缺氧反硝化生物滤池相连通;缺氧反硝化生物滤池、好氧硝化生物滤池分别由配水区、反应区、清水区构成，配水区内安装有滤头和滤板，其上为承托层和陶粒层。
6.如权利要求1所述的集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷装置，其特征在于：除磷吸附过滤反应系统包括除磷吸附滤池，除磷吸附滤池结构分为配水区、反应区和清水区，其反应区自下而上设有下装式抗堵塞长柄滤头、鹅卵石、微碱缓释除磷滤料;滤池下部安装有布水系统，布水系统由下装式抗堵塞长柄滤头和滤板构成，该下装式抗堵塞长柄滤头顶部设置检修帽。
7.如权利要求1所述的集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷装置，其特征在于：还包括曝气及反冲洗系统，曝气系统由鼓风机、空气管路、调节阀门、空气分配器、单孔膜曝气器、在线溶解氧以及PLC控制系统等组成;反冲洗系统包括反冲洗风机、反冲洗水泵、布水和布气管道;所述反冲洗风机和反冲洗水泵与PLC控制系统连接;曝气及反冲洗系统可与好氧硝化生物滤池相连。
8.如权利要求1或5所述的集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷装置，其特征在于：在缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统中设置在线硝酸盐氮监测仪表、在线氨氮监测仪表、在线溶解氧监测仪表，所述监测仪表监测的数据通过PLC控制系统控制回流系统的回流水量和曝气系统的供气量。
9.如权利要求1或2所述的集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷装置，其特征在于：在物理过滤池中设置机械清理装置。
10.如权利要求9所述的集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷装置，其特征在于：在物理过滤池中还设置有在线超声波液位差仪表。
11.一种采用如权利要求1～10任一项所述装置的污水脱氮除磷工艺，其脱氮除磷工艺步骤是：
(1)污水进入物理过滤池，其流速控制在0.2～1.0m/s ;
(2)物理过滤池出水可先进入缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池系统脱氮，出水再进入除磷吸附反应系统中进行彻底除磷;或先进入除磷吸附反应系统中进行除磷，再进入缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池系统脱氮;
(3)污水流经缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统时，首先与好氧硝化生物滤池的部分回流水混合，然后共同进入反硝化生物滤池配水区，回流比为100%-150%;该级反应池滤速控制在5-25m/h;污水流经微碱缓释除磷滤料时，水中的磷酸根离子在微碱缓释除磷滤料的表层微碱环境下与水中的钙离子形成羟基磷酸钙结晶并附着于微碱缓释除磷滤料的表面，从而使污水中的磷酸根得以去除，起到除磷目的;
(4)污水流经除磷吸附反应系统时，采用上向流形式，滤速控制在5-25m/h，污水流经微碱缓释除磷滤料时，水中的磷酸根离子在微碱缓释除磷滤料的表层微碱环境下与水中的钙离子形成羟基磷酸钙结晶并附着于微碱缓释除磷滤料的表面，从而使污水中的磷酸根得以去除，起到除磷目的;
(5)脱氮除磷后的污水进入清水区并最终流入到消毒池中，经消毒处理即可排出;
(6)定期对缺氧反硝化生物滤池和好氧硝化生物滤池进行反冲洗，反冲洗采用快速降水位+气水联合反冲形式;反冲洗的高速空气和水流通过布水布气系统均匀布置于滤池截面上，冲洗气流产生的剪切力使表层老化生物膜脱落，随反冲洗水排出，使得缺氧反硝化生物滤池或好氧硝化生物滤池恢复处理能力;
(7)定期对除磷吸附滤系统进行反冲洗，反冲洗采用快速降水位+气水联合反冲形式，冲洗气流的剪切力使羟基磷酸钙脱落并随反冲洗水流经反冲洗排水管流出，使得除磷吸附反应池恢复吸附能力。
12.如权利要求11所述的污水脱氮除磷工艺，其特征在于：在缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池系统中设有在线硝酸盐氮监测仪表、在线氨氮监测仪、在线溶解氧监测仪表，根据测得的在线监测数据，通过PLC系统控制来调节回流泵的回流水量和鼓风机的供气量，使回流泵供给的回流水和鼓风机供给的曝气量恰好满足脱氮硝化运行要求，在保证出水水质达到要求的前提下最大程度地节约电耗。
13.如权利要求11所述的污水脱氮除磷工艺，其特征在于：反冲洗包括如下步骤：
1)降水位，将滤池清水区的水通过放空管快速排出系统，使得水流对布水系统进行反向冲洗;
2)气冲洗，开启反洗风机和阀门，使滤料层松动;
3)气水联合冲洗，开启反洗风机和阀门及反洗水泵和阀门，对滤料进行空气扰动冲洗及水冲洗;
4)清水漂洗，关闭反洗风机，保持反洗水泵工作状态，将滤料上脱落的生物膜及滤料间截流或吸附的物质冲洗出反应器，使得滤池恢复之前的处理能力。
14.如权利要求11所述的污水脱氮除磷工艺，其特征在于：物理过滤池中设有机械自动清理装置，在线超声波液位差仪表控制进行机械清渣清理。
说明书
一种集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷工艺及装置
技术领域
本发明属于污水处理领域，涉及一种集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷工艺及装置，该污水处理工艺及处理装置具有高效除磷脱氮能力且无需外加任何药剂，能将城镇或小区生活污水处理达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。
背景技术
长期以来，我国污水处理一直注重对污水中有机物的降解控制，而近些年来尤其加强了对引起水体富营养化的“氮”“磷”污染物降解的控制，对污水厂排入水体的水质要求达到《城镇污水厂污染物排放标准》(GB18918——2002)一级A标准。目前大多数城镇污水厂，特别是南方地区的城镇污水厂进场管网都为雨污合流制，且由于地质条件较差而导致管网断裂，进而造成进水水质C：N：P比失调，表现为有机物浓度较低，而氮、磷浓度偏高。处理该种污水的传统工艺中的一般设置混凝沉淀池作为预处理工艺，此工艺过程需投加高聚型铝盐、铁盐等絮凝剂，其将污水中的磷及绝大部分细小悬浮有机物和部分溶解性有机物通过“架桥吸附”形成絮状共沉物，通过排泥而得以去除;同时由于形成的絮体的吸附作用，污水中的部分溶解性有机物也被去除，这样就造成后续反硝化脱氮工艺段的碳源不足;为了保证脱氮效果，则势必需外加如甲醇、醋酸钠等碳源，使得运行费用大大增加，造成能源的浪费。
对我国中小城镇来说，生物滤池污水处理技术有着广泛的应用前景。然而，生物滤池作为一种好氧生物膜污水处理工艺，其除磷能力有一定的局限性，无法有效地去除污水中存在的磷。此外，生物滤池对进水的悬浮物有严格的要求，所以传统工艺常将混凝沉淀池和生物滤池组合使用，并通过化学药剂的投加来达到除磷的目的。但是随着药剂的投入使得原水中大量有机物被去除，无形中降低了反硝化可利用的碳源量，导致碳源不足而需外加碳源，同时形成的化学污泥的处理、处置难度，这些均会大幅度增加水处理成本。为此，针对以生物滤池为主的生物过滤工艺，如何保证其正常运行对纤维状物质的控制要求和对碳源的需求;同时针对该工艺除磷效果弱的缺陷，如何寻找更好的除磷方式来代替工艺中的化学除磷，上述这些均直接影响着生物滤池的应用与推广。寻找一种简单又合适的处理工艺来解决上述问题，使得生物滤池工艺接近完美，对推动生物膜法技术的发展至关重要。
面对我国污水处理厂普遍存在的脱氮除磷效率不高的现状，积极探索具有高效除磷脱氮能力又节能降耗的新工艺、新技术来满足越来越高的排放标准是污水处理行业发展的必然趋势，这也是符合我国构建节约型社会和循环经济的需要。
发明内容
本发明的目的是提供一种集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷工艺及装置，即3F污水脱氮除磷工艺及装置。“3F”是将三种不同功能的过滤(FILTER)方式串联组合的水处理新工艺，即：物理过滤(Physical Filter)+生物过滤(Biological Filter)+化学诱导结晶过滤(Chemical Filter)的组合工艺。能够不外加任何药剂可将城镇或小区生活污水处理达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。该工艺很好的保留了原污水中的有机物使得脱氮完全，并且通过一种诱导结晶除磷技术实现磷的去除，在整个工艺工程无需外加任何药剂即可满足一级A标准的要求，其具有较高的脱氮、除磷效率，且占地小、投资省、运营成本低。
本发明提供的集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷装置，主要由物理过滤池、缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统、除磷吸附过滤反应系统和PLC控制系统构成，物理过滤系统与缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统相连接，缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统与除磷吸附过滤反应系统相连接;或者，物理过滤池与除磷吸附过滤反应系统相连接，除磷吸附过滤反应系统与缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统相连接。所述物理过滤池、缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统和除磷吸附过滤反应系统分别与曝气及反冲洗系统、污水回流系统配合相连。污水首先经过物理过滤池，然后进入缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统，最后进入除磷吸附过滤反应系统;或者污水首先经过物理过滤系统，然后进入除磷吸附过滤反应系统，最后进入缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统。
物理过滤池内安装有孔隙依次减小的多级格栅;优选地，物理过滤池是由安装在物理过滤池内的粗格栅、中格栅、细格栅及精细过滤设施构成;所述中格栅的空隙优选为5-20mm，所述细格栅的空隙优选为2-5mm，所述精细过滤设施的孔径为0.1-2.0mm;所述精细过滤设施可选为微滤装置。
缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统由缺氧反硝化生物滤池、好氧硝化生物滤池及回流系统构成，缺氧反硝化生物滤池的出水流入好氧硝化生物滤池，好氧硝化生物滤池部分出水经回流至缺氧反硝化生物滤池。缺氧反硝化生物滤池、好氧硝化生物滤池分别由配水区、反应区、清水区构成，配水区内安装有滤头和滤板，其上为承托层和陶粒层。
除磷吸附过滤反应系统为除磷吸附滤池，滤池下部安装有布水系统，布水系统由下装式抗堵塞长柄滤头和滤板构成，该下装式抗堵塞长柄滤头顶部设置检修帽。除磷吸附滤池结构分为配水区、反应区和清水区，其反应区自下而上设有：下装式抗堵塞长柄滤头、鹅卵石、微碱缓释除磷滤料。
所述物理过滤池、缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统和除磷吸附过滤反应系统分别与曝气及反冲洗系统、污水回流系统配合相连。曝气系统由鼓风机、空气管路、调节阀门、空气分配器、单孔膜曝气器、在线溶解氧以及PLC控制系统等组成。反冲洗系统由反冲洗风机、反冲洗水泵、布水和布气管路以及PLC控制系统组成。反冲洗风机和反冲洗水泵与PLC控制系统连接。曝气及反冲洗系统可与好氧生物滤池相连。污水回流系统由回流水泵、回流水管道、流量计、硝酸盐氮监测仪表以及PLC控制系统组成。
在缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统中设置在线硝酸盐氮监测仪表、在线氨氮监测仪和/或在线溶解氧监测仪表，利用这些仪表监测的数据通过PLC系统控制回流系统的回流水量和曝气系统的供气量。
在物理过滤系统中设置机械清理装置，或还可以设置有在线超声波液位差仪表，利用在线超声波液位差仪表监测的数据通过PLC系统控制机械清渣清理。
本发明集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷工艺步骤是：
(1)污水进入物理过滤池，其流速控制在0.2～1.0m/s ;
(2)物理过滤池出水可先进入缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池系统脱氮，出水再进入除磷吸附反应系统中进行彻底除磷;或先进入除磷吸附反应系统中进行除磷，再进入缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池系统脱氮;
(3)污水流经缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池脱氮系统时，首先与好氧硝化生物滤池的部分回流水混合，然后共同进入反硝化生物滤池配水区，回流比为100%-150%;该级反应池滤速控制在5-25m/h;污水流经微碱缓释除磷滤料时，水中的磷酸根离子在微碱缓释除磷滤料的表层微碱环境下与水中的钙离子形成羟基磷酸钙结晶并附着于微碱缓释除磷滤料的表面，从而使污水中的磷酸根得以去除，起到除磷目的;
(4)污水流经除磷吸附反应系统时，采用上向流形式，滤速控制在5-25m/h，污水流经微碱缓释除磷滤料时，水中的磷酸根离子在微碱缓释除磷滤料的表层微碱环境下与水中的钙离子形成羟基磷酸钙结晶并附着于微碱缓释除磷滤料的表面，从而使污水中的磷酸根得以去除，起到除磷目的;
(5)脱氮除磷后的污水进入清水区并最终流入到消毒池中，经消毒处理即可排出;
(6)定期对缺氧反硝化生物滤池和好氧硝化生物滤池进行反冲洗，反冲洗采用快速降水位+气水联合反冲形式;反冲洗的高速空气和水流通过布水布气系统均匀布置于滤池截面上，冲洗气流产生的剪切力使表层老化生物膜脱落，随反冲洗水排出，使得缺氧反硝化生物滤池或好氧硝化生物滤池恢复处理能力;
(7)定期对除磷吸附滤系统进行反冲洗，反冲洗采用快速降水位+气水联合反冲形式，冲洗气流的剪切力使羟基磷酸钙脱落并随反冲洗水流经反冲洗排水管流出，使得除磷吸附反应池恢复吸附能力。
在缺氧反硝化生物滤池\好氧硝化生物滤池系统中设置在线硝酸盐氮监测仪表、在线氨氮监测仪以及在线溶解氧监测仪表，由专门开发的控制程序根据测得的在线监测数据，通过PLC计算机工作站系统控制来调节回流泵的回流水量和鼓风机的供气量，使回流泵供给的回流水和鼓风机供给的曝气量恰好满足脱氮硝化运行要求，在保证出水水质达到要求的前提下最大程度地节约电耗。
物理过滤池中的过滤系统含有机械自动清理装置，根据设置的在线超声波液位差仪表控制进行机械清渣清理。
本发明所提出的一种集物理生物化学过滤于一体的污水脱氮除磷工艺及装置与传统污水处理工艺相比较，其创新点为预处理部分只采用物理过滤，省去了传统流程中的混凝沉淀池，同时也避免了加药产生的絮凝作用，这样能最大程度的保留污水中的有机物，满足后续生物处理脱氮的需要;生物处理单元采用缺氧反硝化生物滤池和好氧硝化生物滤池串联工艺组，能高效的完成脱氮反应，其处理负荷高、能耗低、水力停留时间短;针对生物滤池工艺传统的投加絮凝剂的化学除磷方式，找出更经济、环保的新型除磷方法，即设置了除磷吸附滤池，不需外加除磷药剂，便可将污水中的磷去除，其原理为利用微碱缓释除磷滤料诱导结晶去除污水中的磷，具有高效吸附除磷性能。由于结晶，使得除磷滤料表面不断增大，当吸附达到饱和时即要进行反冲洗再生。再生时可以将吸附的羟基磷酸钙磷酸钙收集，用于涂料、水泥、空心砖等材料的制备。整个系统不加药除磷使得产生的污泥更易于污泥处理和处置。
本发明污水脱氮除磷新工艺及装置具有流程短、投资费用省、运行费用低、污泥易处理等显著特点，CODcr、BOD5、NH3-N、SS、TN、TP去除率分别达到92%，95%，95%，95%，90%，95%。整个工艺无需任何外加药剂即可达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准，实现既治理了水污染又节约了能耗，也符合节约型社会的要求。