申请日2017.08.31
公开(公告)日2017.12.05
IPC分类号C02F3/30; C02F101/16
摘要
一种集约式强化污水处理装置，包括除磷颗粒污泥反应器、短程硝化‑厌氧氨氧化颗粒污泥反应器、反硝化滤池、清水池、集配水井、进水总管。利用上述集约式强化污水处理装置处理城市污水的方法是，城市污水首先进入所述除磷颗粒污泥反应器强化生物除磷，同时去除大部分有机物;而后污水进入所述短程硝化‑厌氧氨氧化颗粒污泥反应器，主要通过短程硝化‑厌氧氨氧化途径实现自养脱氮;最后污水进入到反硝化滤池，高效去除水中的硝酸盐以及悬浮固体物质，提供高品质的出水。
权利要求书
1.一种集约式强化污水处理装置，包括除磷颗粒污泥反应器、短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器、反硝化滤池、清水池、集配水井、进水总管，其特征在于：
所述除磷颗粒污泥反应器包括第一集配水井、第一潜水泵、进水管、第一液体流量计、第一止回阀、配水管、布气管、第一鼓风机、第一气体调节阀、第一气体止回阀、第一气体流量计、调速搅拌器、出水三角堰、出水廊道、排泥泵、排泥管以及出水口;
所述短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器包括第二集配水井、第二潜水泵、进水管、第二液体流量计、第二止回阀、配水管、布气管、第二鼓风机、第二气体调节阀、第二气体止回阀、第二气体流量计、调速搅拌器、出水三角堰、出水廊道、出水口;
所述反硝化滤池包括第三集配水井、第三潜水泵、进水管、第三液体流量计、第三止回阀、碳源投加泵、管式混合器、配水廊道、溢流堰、布气管、第三鼓风机、第三气体调节阀、第三气体止回阀、第三气体流量计、集水渠、集水管、反冲洗管、反冲洗排水管、集水管电动阀、反冲洗管电动阀、反冲洗排水管电动阀、填料层;
所述清水池内设有第四潜水泵、清水池溢流堰、出水管、反冲洗水泵;
所述集配水井包括有第一集配水井、第二集配水井、第三集配水井，所述第一集配水井设置有第一潜水泵，所述第二集配水井设置有第二潜水泵，所述第三集配水井设置有第三潜水泵。
2.根据权利要求1所述的一种集约式强化污水处理装置，其特征在于：
所述进水总管连接所述第一集配水井，通过设置在第一集配水井的第一潜水泵与所述除磷颗粒污泥反应器底部的配水装置相连通，进水管道上设有第一液体止回阀和第一液体流量计;第一鼓风机通过第一气体流量计、第一气量调节阀和第一气体止回阀与布气装置相联通，所述除磷颗粒污泥反应器的剩余污泥泵，通过剩余污泥排放管与外部相连接;除磷颗粒污泥反应器顶部设有出水廊道，出水廊道上设有三角形出水堰，出水廊道通过出水口与所述第二集配水井相连通。
3.根据权利要求1所述的一种集约式强化污水处理装置，其特征在于：
所述第二集配水井设有第二潜水泵，通过管道与短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器底部的配水装置和配气装置联通，管道上设有第二止回阀和第二液体流量计;第二鼓风机通过第二气体流量计、第二气量调节阀和第二气体止回阀，与布气装置联通;短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器顶部设有出水廊道，出水廊道上设有三角形出水堰，出水廊道通过出水口与第三集配水井相连通。
4.根据权利要求1所述的一种集约式强化污水处理装置，其特征在于：
所述第三集配水井设有第三潜水泵，通过管道与反硝化滤池顶部的配水廊道相连通，管道上设有第三液体止回阀和第三液体流量计;碳源投加泵通过管道与第三潜水泵的压力管道相连接，管道上设有管道混合器;第三鼓风机通过第三气体流量计、第三气量调节阀和第三气体止回阀，与布气布水装置联通;所述反硝化滤池底部设有集水渠，集水渠通过集水管与清水池相连通，管道上设有电动阀;所述第四潜水泵通过反冲洗管道与反硝化滤池的集水渠、集水管连通;所述反硝化滤池的布水廊道同时与第一集配水井通过反冲洗排水管道相连通，管道上同样设有电动阀。
5.利用如权利要求1所述的一种集约式强化污水处理装置进行处理城市污水的方法，其特征在于，具体按照以下步骤来完成：
第一步，启动装置;
在所述除磷颗粒污泥反应器接种成熟的好氧颗粒污泥，使所述除磷颗粒污泥反应器内的污泥浓度达到3000～5000mg/L;在所述短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器接种成熟的短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥，污泥浓度6000～8000mg/L;所述反硝化滤池投加均质滤料，滤料密度不低于2.6g/cm3，直径范围2.0～3.0mm，均匀系数小于1.36，莫氏硬度6-7，滤层深度不低于2m;
第二步，运行;
(一)在除磷颗粒污泥反应器中的运行：
1).进水：城市污水首先进入到所述第一集配水井，此时除磷颗粒污泥处于静置状态，颗粒污泥沉积在所述除磷颗粒污泥反应器底部;所述第一潜水泵开启，城市污水通过进水管进入所述布气装置和布水装置，并经过是布气装置和布水装置缓慢进入到所述除磷颗粒污泥反应器，反应器的水位逐渐上升，经所述出水三角堰溢流到所述除磷颗粒污泥反应器的出水廊道，并经所述出水口跌水进入到所述第二集配水井;通过安装在第一潜水泵出水管上的第一液体流量计记录进入到除磷颗粒污泥反应器的水量，当进水量达到所述除磷颗粒污泥反应器有效容积的80%，所述第一潜水泵关闭，完成进水环节;
2).反应：所述除磷颗粒污泥反应器的调速搅拌器开启，搅拌20min，所述调速搅拌器关闭;所述第一鼓风机开启，通过底部配气装置进行曝气，溶解氧浓度在2～3mg/L，曝气40min后所述第一鼓风机关闭;此时所述剩余污泥泵开启10s，通过剩余污泥管道排除剩余污泥;
3.沉淀、静置：在所述除磷颗粒污泥反应器中沉淀5min后进行排水，之后进入到静置期;在下一个反应周期内再次进水;
(二)在短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器中的运行：
1).进水：开启所述第二集配水井内的第二潜水泵，将污水通过布水装置均匀缓慢地进入到短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器，反应器的水位逐渐上升，经所述出水三角堰溢流到短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器的出水廊道，并经出水口跌水进入到所述第三集配水井;通过第二液体流量计记录进入到所述短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器的水量，所述第二集配水井的水位低于最低水位时，所述第二潜水泵关闭，完成进水环节;
2).反应：所述短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器对应的第二鼓风机开启，通过底部配气装置进行曝气，溶解氧浓度在1.5-2.0mg/L，当系统中的氨氮浓度低于3mg/L时，所述第二鼓风机关闭;系统进入到静置沉淀阶段，直到下一个周期进水;
(三)在反硝化滤池中的运行：
1).进水及反应：开启所述第三集配水井内的第三潜水泵，第三潜水泵开启的同时，所述碳源投加泵开启，外加碳源乙酸钠通过管道混合器与污水混合后，进入到配水廊道，污水通过溢流堰均匀缓慢地进入到反硝化滤池中，自上而下通过滤料层发生反硝化反应;第三潜水泵的开启由所述第三集配水井的水位决定，当液位低于最低水位时，第三潜水泵关闭，当液位高于标准水位时，第三潜水泵再次开启;反硝化滤池的滤后出水通过底部集水渠进行收集，并经集水管进入到所述清水池;所述清水池中的处理水可进行二次利用或直接排放;
2).反冲洗：反硝化滤池每隔10天进行一次反冲洗操作;此时所述第三潜水泵关闭;所述第三鼓风机首先开启，通过所述布气装置对滤池进行气体反冲洗;第三鼓风机开启30s后关闭;此时关闭集水管电动阀，开启反冲洗管电动阀，并开启所述清水池中的第四潜水泵，将清水池中的滤后水通过集水渠泵入到反硝化滤池，自下而上进行滤池反冲洗，第四潜水泵开启2min后关闭，完成反冲洗过程;反冲洗产生的废水通过溢流堰进入到配水廊道，开启反冲洗排水管电动阀，反冲洗水进入到所述第一集配水井与城市污水混合，进行再次处理。
说明书
一种集约式强化污水处理装置及处理城市污水的方法
技术领域
本发明涉及污水处理领域，更具体地说，特别涉及一种集约式强化污水处理装置及处理城市污水的方法。
背景技术
伴随着我国经济的快速发展，我国的水环境污染问题日益严重，由于过量的氮磷元素排入受纳水体是引发水体富营养化日益突出，在城市水系中由于污水处理程度不够，导致的黑臭水体的问题依然难以妥善解决，因为无论是自然水体还是城市水体，都受到了国家和社会公众的高度重视。为进一步改善我国的城市水生态，构建生态文明社会，我国颁布了更加严格的污水处理标准。其中于2002年颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准规定城镇污水厂出水氨氮<5mg/L，总氮<15mg/L，新建污水厂总磷<0.5mg/L。但是常规的污水脱氮除磷工艺，已经难以适应目前污水处理的新形势。
目前常规的污水处理工艺，普遍采用生物脱氮除磷技术，生物除磷是由聚磷菌完成。聚磷菌可以将磷以聚磷酸盐的形式储存在细胞中作为能源物质。生物除磷工艺采用厌氧/好氧交替运行，厌氧条件下聚磷菌吸收挥发性有机酸合成聚羟基丁酸盐，分解体内的聚磷酸盐并释放到胞外;随后在好氧条件下聚磷菌会过量地摄取磷酸盐并以聚磷酸盐的形式储存在胞内，通过排放富含磷的剩余污泥实现将磷从污水中去除的目的。而常规生物脱氮工艺主要利用的是硝化-反硝化生物脱氮技术。在好氧条件下硝化细菌将氨氮氧化为硝态氮，随后在缺氧条件下反硝化细菌利用污水中有机物作为电子供体将硝态氮还原为氮气，从而达到脱氮的目的。但是目前常规的污水处理工艺存在占地面积大、出水水质不稳定等问题，主要体现在以下几方面：
(1)常规污水处理工艺的受进水碳氮比的限制明显，系统稳定性有待提高。
脱氮工艺中的反硝化过程和以及除磷工艺中的聚磷菌的释磷过程都需要有机物，由于竞争进水中的碳源，污水中难以同步实现良好的脱氮除磷效果。尤其是我国城市污水厂进水碳氮比(C/N)普遍偏低，生物脱氮、除磷不能同时兼顾，出水水质很难达标。其次，传统生物脱氮除磷工艺中除磷和脱氮在污泥龄上，存在着难以避免的矛盾。为实现良好的除磷效果，污水处理工艺需采取较低的污泥龄。而硝化菌是自养菌，其生长速率较慢，低污泥龄影响系统的脱氮效果。
厌氧氨氧化脱氮工艺是一种新型的脱氮技术，该工艺利用厌氧氨氧化菌特殊的代谢途径，以亚硝酸盐作为电子受体氧化氨氮，同时转化为氮气实现生物脱氮。短程硝化-厌氧氨氧化脱氮途径具有无需有机碳源、节省曝气量、污泥产量少等优势，日益受到研究人员的重视。短程硝化-厌氧氨氧化工艺用于城市污水的处理，可以解决城市污水碳源不足的难题、同步实现良好的脱氮除磷效果、节省曝气能耗等。城市污水氨氮浓度低、冬季水温低，短程硝化-厌氧氨氧化脱氮工艺还需要进一步的研究，包括厌氧氨氧化菌的富集和有效持留，抑制硝酸盐氧化菌的活性以保证系统的稳定运行等。
(2)城市污水常规污水处理工艺的占地面积大，提标改造实施困难。
城市污水常规处理工艺以活性污泥法为主，处理效率偏低，因此常规工艺普遍占地面积较大。而随着城市化进程的加快，城市用地面积日益紧张，在不增加占地的条件下，提高污水处理的负荷，成为污水处理厂升级改造工程的重要目标。此外，在农村废水处理领域，对结构紧凑、占地面积小的污水处理一体化设备也有重大需求，也是目前水处理工艺的发展方向之一。
(3)常规污水处理工艺的出水水质难以适应水污染防治的新形势。
目前城镇污水处理厂的处理标准日益提高。我国现行的GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》，对城镇污水厂出水水质设定了三级标准，其中一级标准分为A标准和B标准。在水环境敏感区域，行业专家已经开始论证将城镇污水处理厂的出水水质标准提高到地表四类水的标准。与之相对应的，主要污染物排放标准由原来的污水处理厂一级A(化学需氧量COD≤50mg/L、氨氮≤5mg/L)提升至Ⅳ类地表水标准(COD≤30mg/L、氨氮≤1.5mg/L、总磷≤0.3mg/L)。针对污水处理标准的提高，常规的污水处理工艺需要增加强化处理单元，才能保证出水化学需氧量(COD)和氮磷指标的达标。
发明内容
(1)技术问题
因此，如何解决现有处理城市污水的装置及方法存在处理城市污水的占地面积大，处理污水的系统稳定性差和处理后的出水水质不稳定的问题，成了本领域技术人员亟待解决的问题。
(2)技术方案
针对上述问题，本发明的内容是提供一种集约式强化污水处理装置及处理城市污水的方法。
一种集约式强化污水处理装置，包括除磷颗粒污泥反应器、短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器、反硝化滤池、清水池、集配水井、进水总管。
所述除磷颗粒污泥反应器包括第一集配水井、第一潜水泵、进水管、第一液体流量计、第一止回阀、配水管、布气管、第一鼓风机、第一气体调节阀、第一气体止回阀、第一气体流量计、调速搅拌器、出水三角堰、出水廊道、排泥泵、排泥管以及出水口。所述短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器包括第二集配水井、第二潜水泵、进水管、第二液体流量计、第二止回阀、配水管、布气管、第二鼓风机、第二气体调节阀、第二气体止回阀、第二气体流量计、调速搅拌器、出水三角堰、出水廊道、出水口。所述反硝化滤池包括第三集配水井、第三潜水泵、进水管、第三液体流量计、第三止回阀、碳源投加泵、管式混合器、配水廊道、溢流堰、布气管、第三鼓风机、第三气体调节阀、第三气体止回阀、第三气体流量计、集水渠、集水管、反冲洗管、反冲洗排水管、集水管电动阀、反冲洗管电动阀、反冲洗排水管电动阀、填料层。所述集配水井包括有第一集配水井、第二集配水井、第三集配水井。所述第一集配水井设置有第一潜水泵，所述第二集配水井设置有第二潜水泵，所述第三集配水井设置有第三潜水泵。所述清水池内设有第四潜水泵、清水池溢流堰和出水管、反冲洗水泵。
所述进水总管连接所述第一集配水井，通过设置在第一集配水井的第一潜水泵与所述除磷颗粒污泥反应器底部的配水装置相连通，进水管道上设有第一液体止回阀和第一液体流量计。第一鼓风机通过第一气体流量计、第一气量调节阀和第一气体止回阀与布气装置相联通，所述除磷颗粒污泥反应器的剩余污泥泵，通过剩余污泥排放管与外部相连接。除磷颗粒污泥反应器顶部设有出水廊道，出水廊道上设有三角形出水堰，出水廊道通过出水口与所述第二集配水井相连通;
所述第二集配水井设有第二潜水泵，通过管道与短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器底部的配水装置和配气装置联通，管道上设有第二止回阀和第二液体流量计;第二鼓风机通过第二气体流量计、第二气量调节阀和第二气体止回阀，与布气装置联通。短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器顶部设有出水廊道，出水廊道上设有三角形出水堰，出水廊道通过出水口与第三集配水井相连通。
所述第三集配水井设有第三潜水泵，通过管道与反硝化滤池顶部的配水廊道相连通，管道上设有第三液体止回阀和第三液体流量计;碳源投加泵通过管道与第三潜水泵的压力管道相连接，管道上设有管道混合器;第三鼓风机通过第三气体流量计、第三气量调节阀和第三气体止回阀，与布气布水装置联通。反硝化滤池底部设有集水渠，集水渠通过集水管与清水池相连通，管道上设有电动阀;清水池内设有第四潜水泵，第四潜水泵通过反冲洗管道与反硝化滤池的集水渠、集水管连通，管道上设置有电动阀用于反冲洗。反硝化滤池的布水廊道同时与第一集配水井通过反冲洗排水管道相连通，管道上同样设有电动阀，用于反冲洗水的排水。
利用上述集约式强化污水处理装置进行城市污水处理的方法，具体按照以下步骤来完成：
第一步，启动装置。
在所述除磷颗粒污泥反应器接种成熟的好氧颗粒污泥，使所述除磷颗粒污泥反应器内的污泥浓度达到3000～5000mg/L;在所述短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器接种成熟的短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥，污泥浓度6000～8000mg/L;所述反硝化滤池投加均质滤料，滤料密度不低于2.6g/cm3，直径范围2.0～3.0mm，均匀系数小于1.36，莫氏硬度6-7，滤层深度不低于2m。
第二步，运行。
(一)在除磷颗粒污泥反应器中的运行。
1.进水：城市污水首先进入到所述第一集配水井，此时除磷颗粒污泥处于静置状态，颗粒污泥沉积在所述除磷颗粒污泥反应器底部。所述第一潜水泵开启，城市污水通过进水管进入所述布气装置和布水装置，并经过是布气装置和布水装置缓慢进入到所述除磷颗粒污泥反应器，反应器的水位逐渐上升，经所述出水三角堰溢流到所述除磷颗粒污泥反应器的出水廊道，并经所述出水口跌水进入到所述第二集配水井。通过安装在第一潜水泵出水管上的第一液体流量计记录进入到除磷颗粒污泥反应器的水量，当进水量达到所述除磷颗粒污泥反应器有效容积的80%，所述第一潜水泵关闭，完成进水环节。
2.反应：所述除磷颗粒污泥反应器的调速搅拌器开启，搅拌20min，所述调速搅拌器关闭;所述第一鼓风机开启，通过底部配气装置进行曝气，溶解氧浓度在2～3mg/L，曝气40min后所述第一鼓风机关闭。此时所述剩余污泥泵开启10s，通过剩余污泥管道排除剩余污泥。
3.沉淀、静置：在所述除磷颗粒污泥反应器中沉淀5min后进行排水，之后进入到静置期。在下一个反应周期内再次进水。
(二)在短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器中的运行。
1.进水：开启所述第二集配水井内的第二潜水泵，将污水通过布水装置均匀缓慢地进入到短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器，反应器的水位逐渐上升，经所述出水三角堰溢流到短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器的出水廊道，并经出水口跌水进入到所述第三集配水井。通过第二液体流量计记录进入到所述短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器的水量，所述第二集配水井的水位低于最低水位时，所述第二潜水泵关闭，完成进水环节。
2.反应：所述短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器对应的第二鼓风机开启，通过底部配气装置进行曝气，溶解氧浓度在1.5-2.0mg/L，当系统中的氨氮浓度低于3mg/L时，所述第二鼓风机关闭。系统进入到静置沉淀阶段，直到下一个周期进水。
(三)在反硝化滤池中的运行。
1.进水及反应：开启所述第三集配水井内的第三潜水泵，第三潜水泵开启的同时，所述碳源投加泵开启，外加碳源乙酸钠通过管道混合器与污水混合后，进入到配水廊道，污水通过溢流堰均匀缓慢地进入到反硝化滤池中，自上而下通过滤料层发生反硝化反应。第三潜水泵的开启由所述第三集配水井的水位决定，当液位低于最低水位时，第三潜水泵关闭，当液位高于标准水位时，第三潜水泵再次开启;反硝化滤池的滤后出水通过底部集水渠进行收集，并经集水管进入到所述清水池。所述清水池中的处理水可进行二次利用或直接排放。
2.反冲洗：
反硝化滤池每隔10天进行一次反冲洗操作。此时所述第三潜水泵关闭。所述第三鼓风机首先开启，通过所述布气装置对滤池进行气体反冲洗;第三鼓风机开启30s后关闭;此时关闭集水管电动阀，开启反冲洗管电动阀，并开启所述清水池中的第四潜水泵，将清水池中的滤后水通过集水渠泵入到反硝化滤池，自下而上进行滤池反冲洗，第四潜水泵开启2min后关闭，完成反冲洗过程。反冲洗产生的废水通过溢流堰进入到配水廊道，开启反冲洗排水管电动阀，反冲洗水进入到所述第一集配水井与城市污水混合，进行再次处理。
本发明中城市污水首先进入所述除磷颗粒污泥反应器强化生物除磷，同时去除大部分有机物;而后污水进入所述短程硝化-厌氧氨氧化颗粒污泥反应器，主要通过短程硝化-厌氧氨氧化途径实现自养脱氮;最后污水进入到反硝化滤池，高效去除水中的硝酸盐以及悬浮固体物质，提供高品质的出水。
(3)有益效果
本发明的有益效果是：
①节约占地面积。
首先，本发明的脱氮除磷工艺都采用了颗粒污泥技术。颗粒污泥中的微生物质量浓度可达到活性污泥的10倍以上，大幅度提高反应器的去除负荷，有利于减少占地面积，而且颗粒污泥具有很好的沉降性，有利于降低沉淀时间，缩小沉淀区容积和沉淀时间。其次，本发明中利用底部进水、顶部溢流出水的方式，代替传统序批式工艺中的滗水器，减少了系统运行所需的设备，提高了系统运行的稳定性。最后，本发明还通过集配水井和反应池的顺序连接，通过共同池壁和重力流出水等方式，进一步节省了占地面积和工程造价。
②高品质出水。
本发明可实现低碳氮比城市污水的同步脱氮除磷，解决了传统工艺因碳源不足出水氮和磷难以达标的难题。本发明中，进水有机物可被充分利用，进行强化生物除磷，出水总磷可稳定在0.5mg/L以下;此外，利用短程硝化-厌氧氨氧化途径可以实现氮素的高效去除，该过程不需要有机物的参与，相比常规工艺相比不受进水碳氮比的限制，脱氮效率可显著提高;最后利用反硝化滤池，通过适当投加碳源可以实现高品质水质，反硝化滤池可以去除厌氧氨氧化反应产生的硝酸盐，进一步提高系统的总氮去除率;同时进一步降低出水的悬浮固体物质和浊度，提高出水回用的价值，拓展出水回用的范围。
③降低运行能耗。
本发明在处理城市污水在提高出水水质的同时，可以进一步降低运行能耗。首先利用除磷颗粒污泥反应器，大部分有机物可以通过吸附去除，节省了曝气能耗，除磷除有机物反应器在高负荷下更多的有机物质转移到污泥中，提高了能量回收率;其次，利用自养脱氮工艺，只需要将50%的氨氮氧化成亚硝酸，与常规脱氮工艺相比，可以节省57.5～60%的供氧量。综上该工艺的实施，可以进一步降低运行能耗，并增加可回收的能量。
综上所述，本发明适用于新建污水厂及已有污水厂的升级改造。本发明用于处理城市污水时，处理效果好，各项指标均可达到污水厂出水一级A标准，部分指标可以达到地表四类水标准，系统稳定性强，能耗低。