申请日2012.07.25
公开(公告)日2013.02.06
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明提供一种城市污水脱氮除磷的复合处理系统及其处理方法，该复合系统包括污水垂直流人工湿地-除磷膜生物反应器单元—污水水平流人工湿地复合脱氮除磷单元、碳源提高单元、反应池单元、沉淀池和储水池。所述处理方法利用上述复合处理单元可以快速、高效的予以处理，出水氨氮浓度达到国家《污水综合排放标准》(GB8978~96)一级排放标准。并且节约垃圾渗滤液处理费和污水厂投加甲醇等碳源成本，易于操作，具有很好的环境效益、经济效益和社会效益。
权利要求书
1.一种城市污水脱氮除磷的复合处理系统，其特征在于包括污水垂直流人工湿地-除磷膜生物反应器单元—污水水平流人工湿地复合脱氮除磷单元、第一沉淀池、反应池、第二沉淀池、氯化池、储水池，其中污水垂直流人工湿地-除磷膜生物反应器单元—污水水平流人工湿地复合脱氮除磷单元是按照垂直流人工湿地在前，除磷膜生物反应器单元在中间，水平流人工湿地在后的顺序串联起来组成的复合脱氮除磷单元;水平人工湿地采用水泥底的整体水泥池，在水泥底的整体水泥池的一侧设置一个管道，依次连接第一沉淀池和一个反应池;反应池通过管道连接第二沉淀池，第二沉淀池连接氯化池，最后连接储水池。
2.根据权利要求2所述城市污水脱氮除磷的复合处理系统，其特征在于所述除磷膜生物反应器是一体式膜生物反应器，包括调节池和生物反应器;
其中，所述生物反应器包括膜分离单元、鼓气管、空气泵、空气管、导流板、净化水管、净水箱;所述生物反应器中装有膜分离单元;膜分离单元的下部装有鼓气管，用于通过空气泵和空气管通入空气;鼓气管下至生物反应器底部安装有导流板;膜分离单元上连有用于流出净化水的净化水管和净水箱;
所述膜分离单元由膜组件排列组成，所述膜组件由上集水管、下集水管以及膜丝组成;膜丝两端粘接在上集水管、下集水管之间;膜组件自水面起向下布设，使得膜组件的上集水管安装在水面下，下集水管安装在自水面至2.8米水深范围内的水层中。
3.利用权利要求1所述城市污水脱氮除磷的复合处理系统的城市污水处理方法，其特征在于城市污水首先经垂直流人工湿地，然后进入一个除磷膜生物反应器单元，该除磷膜生物反应器单元通过将曝气量集中分布于膜区下方，在膜区局部形成溶解氧大于2mg/L的好氧区，其它区域溶解氧小于1mg/L，并通过形成循环流场形态，形成好氧-兼氧-厌氧的交替分布流场形态，实现好氧吸磷-厌氧释磷的生化反应环境;通过维持系统污泥浓度为13000～20000mg/L，促进活性污泥生菌种消化死亡释磷;磷在厌氧区被微生物释放出来后，在系统中的磷化氢还原菌的作用下，转化为磷化氢释放，并经曝气系统吹脱进入大气;该处理单元排出的水再通过水平流人工湿地，并使部分未经处理的污水直接进入水平流人工湿地以补充碳源;水平人工湿地采用水泥底整体池，在水泥底的整体水泥池的一侧设置一个管道，依次连接一个沉淀池和一个反应池，从水平流人工湿地排出的水进入第一沉淀池，进行第一次沉淀;然后用一个泵抽出上清液，排入反应池;在反应池中按照Mg2+∶NH4+∶PO43-=1～1.5∶1∶0.8～1.5比例首先加入反应全部所需的磷酸盐，待磷酸盐完全溶解后，在30～120分钟内分多次加入所需的全部镁盐，然后再加入氢氧化钠调节反应体系的pH值为8.5～10，采用搅拌桨混合搅拌反应液，然后重力沉降10~20分钟，将上清液和沉淀物进行分离;分离后的沉淀物进行脱水，向脱水后的沉淀物中按照磷酸铵镁与碱性粉煤灰重量比为10∶1~3投加碱性粉煤灰，加水混合搅拌，然后加热分解，加热时间为1.5h～3h，温度控制在65～125℃;加热分解后产生的氨气用酸溶液吸收;从反应池得到的上清液进入第二沉淀池，进行第二次沉淀，沉淀后的上清液排出该单元，进入氯化池，氯化池中按有效氯与氨氮重量比即Cl/N为9～12∶1加入含氯氧化剂，调节pH至7-7.3，搅拌反应15～20min，然后第三次沉淀，沉淀后的上清液通过泵排入最后的储水池。
4.根据权利要求2所述的处理方法，其特征在于所述搅拌桨的叶片为3片，各个叶片之间的夹角为50度;所述镁盐为氯化镁、硫酸镁或氧化镁，磷酸盐为磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠或磷酸二氢钾。
5.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于所述储水池的水用于工业用水、灌溉或卫生间冲洗。
6.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，其特征在于所述垂直流人工湿地填充富含铁、钙、硅和铝氧化物的高炉渣，水平流人工湿地填充富含钙的大理石或石灰石和煤渣。
7.根据权利要求3所述的处理方法，其特征在于，垂直流人工湿地栽种花卉;水平流人工湿地栽种蔬菜。
8.根据权利要求3-7所述的处理方法，其特征在于，所述城市污水包括各种含磷废水或各种同时含氨氮和磷的废水。
9.根据权利要求3~8所述的处理方法，其特征在于，还将所述反应池的沉淀物回收利用，用作农业肥料。
说明书
一种城市污水脱氮除磷的复合处理系统及其处理方法
技术领域
本发明属于环境工程水处理技术领域，具体为一种城市污水脱氮除磷的复合处理系统及处理方法。
背景技术
由于受地域、气候和生活习惯的影响，我国某些城市人均生活用水量较大，而且这些城市降雨较多造成地下水位较高，以及多为合流制的排水体系和不甚合理的化粪池设置等因素，总体上造成这些城市的生活污水具有有机物浓度低、氮磷含量并不低的现象，通常把这种有机物含量低而氮、磷含量相对较高的城市污水称为低碳高氮磷城市污水，简称低碳氮比污水。城市污水处理工艺通常是以普通活性污泥法为基础，采用AB法、A/O、A2/O法、SBR、氧化沟等多种污水处理工艺。随着城市周围水体富营养化程度的加剧，具有脱氮除磷的这些工艺逐步需要强化实施，另外，出台的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)对氮、磷排放指标要求均相应进行了提高。
现有技术存在的不足：不能将氨氮浓度降到很低，当浓度不高是，吹脱效果不是很好，得到的净化水质量也不好。为了得到清澈合格的干净水，减少污水处理的成本，充分利用污水处理后的污泥，本发明进行了改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种城市污水脱氮除磷的复合处理系统及其处理方法，具体技术方案如下。
一种城市污水脱氮除磷的复合处理系统，包括污水垂直流人工湿地-除磷膜生物反应器单元—污水水平流人工湿地复合脱氮除磷单元、第一沉淀池、反应池、第二沉淀池、氯化池、储水池，其中污水垂直流人工湿地-除磷膜生物反应器单元—污水水平流人工湿地复合脱氮除磷单元是按照垂直流人工湿地在前，除磷膜生物反应器单元在中间，水平流人工湿地在后的顺序串联起来组成的复合脱氮除磷单元;水平人工湿地采用水泥底的整体水泥池，在水泥底的整体水泥池的一侧设置一个管道，依次连接第一沉淀池和一个反应池;反应池通过管道连接第二沉淀池，第二沉淀池连接氯化池，最后连接储水池。
进一步的，所述除磷膜生物反应器是一体式膜生物反应器，包括调节池和生物反应器;
其中，所述生物反应器包括膜分离单元、鼓气管、空气泵、空气管、导流板、净化水管、净水箱;所述生物反应器中装有膜分离单元;膜分离单元的下部装有鼓气管，用于通过空气泵和空气管通入空气;鼓气管下至生物反应器底部安装有导流板;膜分离单元上连有用于流出净化水的净化水管和净水箱;
所述膜分离单元由膜组件排列组成，所述膜组件由上集水管、下集水管以及膜丝组成;膜丝两端粘接在上集水管、下集水管之间;膜组件自水面起向下布设，使得膜组件的上集水管安装在水面下，下集水管安装在自水面至2.8米水深范围内的水层中。
进一步的，城市污水首先经垂直流人工湿地，然后进入一个除磷膜生物反应器单元，该除磷膜生物反应器单元通过将曝气量集中分布于膜区下方，在膜区局部形成溶解氧大于2mg/L的好氧区，其它区域溶解氧小于1mg/L，并通过形成循环流场形态，形成好氧-兼氧-厌氧的交替分布流场形态，实现好氧吸磷-厌氧释磷的生化反应环境;通过维持系统污泥浓度为13000～20000mg/L，促进活性污泥生菌种消化死亡释磷;磷在厌氧区被微生物释放出来后，在系统中的磷化氢还原菌的作用下，转化为磷化氢释放，并经曝气系统吹脱进入大气;该处理单元排出的水再通过水平流人工湿地，并使部分未经处理的污水直接进入水平流人工湿地以补充碳源;水平人工湿地采用水泥底整体池，在水泥底的整体水泥池的一侧设置一个管道，依次连接一个沉淀池和一个反应池，从水平流人工湿地排出的水进入第一沉淀池，进行第一次沉淀;然后用一个泵抽出上清液，排入反应池;在反应池中按照Mg2+∶NH4+∶PO43-=1～1.5∶1∶0.8～1.5比例首先加入反应全部所需的磷酸盐，待磷酸盐完全溶解后，在30～120分钟内分多次加入所需的全部镁盐，然后再加入氢氧化钠调节反应体系的pH值为8.5～10，采用搅拌桨混合搅拌反应液，然后重力沉降10~20分钟，将上清液和沉淀物进行分离;分离后的沉淀物进行脱水，向脱水后的沉淀物中按照磷酸铵镁与碱性粉煤灰重量比为10∶1~3投加碱性粉煤灰，加水混合搅拌，然后加热分解，加热时间为1.5h～3h，温度控制在65～125℃;加热分解后产生的氨气用酸溶液吸收;从反应池得到的上清液进入第二沉淀池，进行第二次沉淀，沉淀后的上清液排出该单元，进入氯化池，氯化池中按有效氯与氨氮重量比即Cl/N为9～12∶1加入含氯氧化剂，调节pH至7-7.3，搅拌反应15～20min，然后第三次沉淀，沉淀后的上清液通过泵排入最后的储水池。
进一步的，所述搅拌桨的叶片为3片，各个叶片之间的夹角为50度;所述镁盐为氯化镁、硫酸镁或氧化镁，磷酸盐为磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钠、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠或磷酸二氢钾。
进一步的，所述储水池的水用于工业用水、灌溉或卫生间冲洗。
进一步的，所述垂直流人工湿地填充富含铁、钙、硅和铝氧化物的高炉渣，水平流人工湿地填充富含钙的大理石或石灰石和煤渣。
进一步的，垂直流人工湿地栽种花卉;水平流人工湿地栽种蔬菜。
进一步的，所述城市污水包括各种含磷废水或各种同时含氨氮和磷的废水。
进一步的，还将所述反应池的沉淀物回收利用，用作农业肥料。进一步，搅拌桨的叶片为3片，各个叶片之间的夹角为50度;
更进一步，垂直流人工湿地栽种的花卉为荷花、美人蕉、芦苇;水平流人工湿地所栽种的蔬菜为空心菜、韭菜、生菜、黄瓜、西红柿、慈姑和茭白;
更进一步，所述城市污水脱氮除磷的复合处理系统的应用，该系统应用到供水不足的郊区，直接连接种植区;
更进一步，该复合系统用于处理各种含磷废水或各种同时含氨氮和磷的废水。
更进一步，将所述反应池的沉淀物回收利用，用作农业肥料。
更进一步，将所述储水池通过管道连接到一个生活区，用于清洁用水。
更进一步，将所述储水池通过管道连接到一个小型发电厂，用于工业用水。
更进一步，将所述储水池通过管道连接一个化工厂或者一个焦化厂，用于工业用水。
进一步的，本发明的除磷膜生物反应器可以是现有一般污水处理的膜反应器，也可以是一体式膜生物反应器，包括调节池和生物反应器;其中，生物反应器中装有膜单元;膜单元的下部装有鼓气管，用于通过空气泵和空气管通入空气;鼓气管下至生物反应器底部安装有导流板;膜单元上连有用于流出净化水的净化水管和净水箱;所述膜分离单元安装于生物反应器中池水的上部，膜组件自水面起向下布设，使膜组件上集水管安装在水面下，下集水管安装在自水面至2.5米水深范围内的水层中。
除磷膜生物反应器通过微滤膜的截留作用，实现了磷化氢还原菌在系统的富集生长，为磷的气化去除提供了条件，形成如下的连续式生化反应：磷的吸收：ADP+H3PO4+能量→ATP+H2O (好氧环境)
磷的释放：ATP+H2O→ADP+H3PO4+能量 (厌氧环境)
磷的气化转化：H3PO4+磷酸盐还原菌→磷化氢 (厌氧环境)
磷酸铵镁沉淀法(俗称鸟粪石沉淀法)是化学中较多采用的一种同时沉淀较高浓度氨氮和磷酸根的方式，而且磷酸铵镁作为一种重要的缓效性复合肥料可以得到利用。其基本原理为，在含NH4+和PO43-的水中添加镁盐，发生以下的化学反应：
Mg2++HPO42-+NH4++6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓+H+ (1)
Mg2++PO43-+NH4++6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓ (2)
Mg2++H2PO4-+NH4++6H2O→MgNH4PO4·6H2O↓+2H+ (3)
沉淀过滤后即可得到MAP(magnesium-ammonium-phosphate)，其分子式是MgNH4PO4·6H2O，其溶度积为2.5×10-13。
发明目的：利用多种污水处理技术的组合形成一套完整有效的污水处理系统，所有环节没有浪费，沉淀物有的回收作为肥料，有的直接沉淀在人工湿地中用来培育蔬菜或者花卉，最后蓄水池的水可以有多种用途。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
该城市污水脱氮除磷的复合处理系统提供了一种环保的、节约的、可持续发展的污水处理系统。改系统有效地降低了冲刷膜组件的鼓气压力，使得刷膜组件的鼓气压力与膜的工作压力实现了有效分离。在不增加总鼓气能耗得前提下，可提高鼓气强度，可有效地解决一体式膜生物反应器膜的冲洗强度弱、膜的污染较重、膜透水率较低且难以稳定的问题。突破了现有技术中一体莫生物反应器单位水处理能耗高，水处理规模多为中小规模，规模不宜过大的限制，使得实现大规模生物反应器水处理系统的建设成为可能，可减低膜生物反应器的工程造价。