申请日2018.12.14
公开(公告)日2019.02.19
IPC分类号C02F9/14; C02F101/10; C02F101/16; C02F101/30; C02F101/38
摘要
一种城镇生活污水处理的优化组合工艺，包括：一、将生活污水引入一生化处理单元进行生化处理;包括厌氧、好氧生化处理两个环节;厌氧生化处理通过厌氧微生物将污水中的有机氮转换为氨氮，好氧生化处理通过好氧微生物将污水中的有机污染物生化分解，同时氨氮硝化为硝酸盐;二、将经步骤一处理过后的污水引入物化处理单元进行物化处理;包括除磷以及去除污水中的微悬浮物、胶态物以及部分微生物;三、将经步骤二处理过后的污水引入化学处理单元进行化学处理，主要利用离子交换法去除污水中的硝酸盐(NO3‑)。本发明各步骤污水处理环环相扣，实施及运行成本低，污水处理效率高;可在新建污水处理场所实施，也可在现有设施上进行改进，适用性高。
权利要求书
1.一种城镇生活污水处理的优化组合工艺;其特征在于：包括：
步骤一、
将生活污水引入一生化处理单元，通过该生化处理单元进行生化处理;所述生化处理包括厌氧生化处理以及好氧生化处理两个环节;
所述厌氧生化处理环节主要通过厌氧微生物将污水中的有机污染物在厌氧生化反应下分解，其中，有机氮在氨化反应下转化为氨氮，有机磷分解为无机磷;
所述好氧生化处理环节主要通过好氧微生物将污水中的有机污染物在好氧生化反应下进一步分解，同时氨氮硝化为硝酸盐类(NO3-)，无机磷氧化为磷酸盐(PO4³-);好氧生化处理之后的污水经泥水分离，将含磷活性污泥回流至所述厌氧生化处理环节中，在厌氧生化分解下释放磷;所述污水经好氧生化处理之后的出水中包含硝酸盐(NO3-)以及磷酸盐(PO4³-);
步骤二、
将经步骤一处理过后的污水引入一物化处理单元，通过该物化处理单元进行物化处理;所述物化处理包括除磷以及去除污水中的微悬浮物、胶态物及微生物，使出水清晰，此时污水中仍包含物化法去除不了的硝酸盐(NO3-);
步骤三、
将经步骤二处理过后的污水引入一化学处理单元，通过该化学处理单元进行化学处理;所述化学处理主要利用阴离子交换法去除污水中的硝酸盐(NO3-)，使出水中TN达标;离子交换法再生时产生的含有硝酸盐(NO3-)的废液回流至所述生化处理单元的厌氧生化处理环节中，经厌氧微生物反硝化转化为氮气排出，实现生物脱氮。
2.根据权利要求1所述的组合工艺，其特征在于：
所述生化处理中的厌氧生化处理通过一升流式厌氧生化污水处理组合池完成;所述升流式厌氧生化污水处理组合池包括至少一个第一水处理单元，所述第一水处理单元包括一第一池体，该第一池体所形成的内部空间由下至上根据污水处理的功能不同依次区分为涡流反应区、悬浮反应区、过滤反应区及第一出水区;所述污水由所述第一池体最下方的所述涡流反应区进入，并向上依次流经所述悬浮反应区和所述过滤反应区，经处理后从所述第一出水区溢流出水。
3.根据权利要求1所述的组合工艺，其特征在于：
所述生化处理中的好氧生化处理通过一旋推流淹没式好氧生物滤池完成;所述旋推流淹没式好氧生物滤池包括至少一个第二水处理单元，所述第二水处理单元包括一第二池体，该第二池体所形成的内部空间沿其长度方向从前向后依次为导流区和旋推流反应区，两区之间通过一隔板分隔，且该隔板与所述第二池体的底部具有一间隙;其中，
所述导流区中设有一水流入口，该水流入口的入水来自所述升流式厌氧生化污水处理组合池的出水;所述隔板与所述第二池体底部的间隙为该导流区的水流出口;水流通过所述水流入口进入导流区之后，经由所述水流出口向后推送进入所述旋推流反应区的下方;
所述旋推流反应区沿第二池体的高度方向由下至上依次区分为曝气层以及反应区填料层;所述水流经推送，由所述导流区的水流出口向后流入所述旋推流反应区的曝气层，并在继续向后流动的同时向上流经所述反应区填料层，经处理后从第二池体后端上方的一出水口出水。
4.根据权利要求1所述的组合工艺，其特征在于：
所述物化处理单元包括一一体化轻质滤料滤池，该一体化轻质滤料滤池包括至少一个第三水处理单元，所述第三水处理单元包括一第三池体，该第三池体由上至下由互通水流的清水区、过滤区和第一进水区构成;过滤时，污水经由第一进水区的第一进水口流入进水管中，通过进水管上的透水孔流入第一进水区，上升水流再经过下层滤板进入过滤区中，并经由由轻质弹性滤料颗粒组成的过滤层进行过滤，过滤后的水通过上层滤板进入清水区中，并于清水区的顶部溢流。
5.根据权利要求1所述的组合工艺，其特征在于：
所述化学处理单元包括一重力整流式离子交换法污水处理末端除氮设备，所述末端除氮设备包括至少一个第四水处理单元，所述第四水处理单元包括一第四池体，该第四池体由从下至上互通水流的第二进水区、反应区和第二出水区构成;反应区中设有阴离子交换树脂层，含硝酸盐(NO3-)的污水从第二进水区送入设备中，并由下向上运行，流入反应区中进行除氮的离子交换反应。
6.根据权利要求1所述的组合工艺，其特征在于：
于步骤一中，好氧生化处理后的污水进入二次沉淀池中，泥水分离之后，好氧生化处理产生的含有好氧微生物的含水率大于98%的活性污泥被送回至厌氧生化处理环节中重新处理与利用，所含聚磷菌经厌氧生化反应后可释放磷。
7.根据权利要求1所述的组合工艺，其特征在于：
于步骤二中，好氧生化处理后含有磷酸盐(PO4³-)的污水进入一混凝沉淀池中;向池内投加除磷剂、凝聚剂，经混合反应与沉淀后形成含磷物化污泥排出，该污泥由大部分磷酸钙和悬浮物所组成;
泥水分离之后的污泥排入污泥处理单元的集泥池中，泥水分离之后的污水中尚有微小悬浮物、胶态物和微生物随水带出，其中含有少量磷，进入一体化轻质滤料滤池进行过滤。
8.根据权利要求4所述的组合工艺，其特征在于：污水经过轻质滤料滤池过滤之后，有效截留微小悬浮物、胶态物、微生物，使出水清晰，并使TP、SS指标达标;
若TP指标尚未达标，则用泵压送入重力整流式离子交换法末端除氮设备，通过末端除氮设备利用阴离子交换法也可去除污水中的磷酸盐(PO4³⁻)，使出水中TP达标。
9.根据权利要求1所述的组合工艺，其特征在于：
于步骤三之后，出水先经由消毒处理单元进行消毒处理，再经由监控计量单元监控系统的出水流量和水质指标情况，最终进行排放水。
10.根据权利要求1所述的组合工艺，其特征在于：
还包括污泥处理环节，通过一污泥处理单元收集厌氧生化处理产生的含有厌氧微生物的少量过剩活性污泥以及物化处理时排出的含磷物化污泥并进行脱水处理;脱水产生的分离液送回至生化处理单元。
说明书
城镇生活污水处理的优化组合工艺
技术领域
本发明涉及环境水处理领域，具体涉及一种城镇生活污水处理的优化组合工艺。
背景技术
我国城镇生活污水处理工艺多数是引用国外技术，尽管这些技术基本能够满足在国内的应用，但由于我国的国情和发展需求不同，需要进行结构性改革，因此研发更加高效低耗可行性污水处理工艺与技术势在必行。
城镇生活污水的处理，以生化处理为主，通过培植微生物，利用其生化功能分解污水中的有机污染物，是最经济而有效的处理方法。
通常，生化处理有活性污泥法和生物膜法，可根据构造形式和工艺流程不同细分为：曝气生化法、SBR法、CASS法、氧化沟法、A-A-O法等，业内普遍认为A-A-O同步脱氮除磷法相对较合理。
但是，A-A-O同步脱氮除磷法尚存以下不足：
一、流量分配不合理;
厌氧反应器按日平均时流量再加好氧生化回流活性污泥量计，水力停留时间40分钟，高峰时流量计30分钟;缺氧反应器按日平均时流量再加好氧生化回流混合液量计，水力停留时间17分钟，高峰流量时15分钟;厌氧反应器和缺氧反应器在池内还分别安装搅拌器，存在以下问题：
1、污水管道设计流速要求大于自清流速，所以管道内低流速时沉泥，在高流速时即被冲走，进入终点泵房集水池的污水含厌氧微生物量很少，体现在污水悬浮物100mg/L中的一部分;而相当于污水量50%的回流活性污泥溶解氧约为2mg/L，是连续不断用泵从二沉池抽泥送入厌氧反应器，与生活污水充分混合30~40分钟，此时厌氧反应器内的混合液溶解氧无法达到0mg/L;
2、缺氧反应器水力停留时间仅15~17分钟，假设厌氧反应器出水溶解氧0mg/L，与来自好氧反应器、用泵压送两倍于日平均时流量、溶解氧>2mg/L的混合液进行混合反应，此时缺氧反应器内溶解氧无法达到0-0.5mg/L;
3、在大量回流活性污泥的过程中，好氧兼性菌是优势菌，而好氧反应器的后半部要求有充足的硝化菌，其世代时间长、需氧要求高，是纯好氧菌，在好氧反应器的实际水力停留时间仅90~100分钟的条件下，其后半部(硝化区)推出去的是硝化菌，进入的是兼性菌，会影响其硝化反应功能;
二、脱氮过程不稳定;
通常，脱氮过程包括：
1、含有机氮的污水进入厌氧反应器，在厌氧菌的生化、氨化反应下转化为氨氮(NH3-N);
2、含氨氮污水进入好氧反应器在好氧硝化菌的生化硝化反应下转化为硝酸盐氮(NO3--N);
3、含NO3-混合液回流入缺氧反应器，在厌氧反硝化菌的生化还原反应下转化为氮气(N2↑)，从而达到脱氮的目的;
4、如果厌氧反应器内没有足够的厌氧菌、缺氧反应器内没有足够的厌氧反硝化菌、好氧反应器内好氧硝化菌受到干扰的状态下，则无法有效实现上述脱氮过程;
三、A-A-O法除磷效果欠佳;
据了解采用A-A-O法工艺的污水处理厂有不少，大多是靠投加除磷剂、凝聚剂物化法达到总磷达标的要求，说明其生物除磷效果也有问题。
因此，如何解决上述现有技术存在的不足，便成为本发明所要研究解决的课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种城镇生活污水处理的优化组合工艺。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种城镇生活污水处理的优化组合工艺;包括：
步骤一、
将生活污水引入一生化处理单元，通过该生化处理单元进行生化处理;所述生化处理包括厌氧生化处理以及好氧生化处理两个环节;
所述厌氧生化处理环节主要通过厌氧微生物将污水中的有机污染物在厌氧生化反应下分解，其中，有机氮在氨化反应下转化为氨氮，有机磷分解为无机磷;
所述好氧生化处理环节主要通过好氧微生物将污水中的有机污染物在好氧生化反应下进一步分解，同时氨氮硝化为硝酸盐类(NO3-)，无机磷氧化为磷酸盐(PO4³-);好氧生化处理之后的污水经泥水分离，将含磷活性污泥回流至所述厌氧生化处理环节中，在厌氧生化分解下释放磷;所述污水经好氧生化处理之后的出水中包含硝酸盐(NO3-)以及磷酸盐(PO4³-);
步骤二、
将经步骤一处理过后的污水引入一物化处理单元，通过该物化处理单元进行物化处理;所述物化处理包括除磷以及去除污水中的微悬浮物、胶态物及微生物，使出水清晰，此时污水中仍包含物化法去除不了的硝酸盐(NO3-);
步骤三、
将经步骤二处理过后的污水引入一化学处理单元，通过该化学处理单元进行化学处理;所述化学处理主要利用阴离子交换法去除污水中的硝酸盐(NO3-)，使出水中TN达标;离子交换法再生时产生的含有硝酸盐(NO3-)的废液回流至所述生化处理单元的厌氧生化处理环节中，经厌氧微生物反硝化转化为氮气排出，实现生物脱氮。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1.上述方案中，所述生化处理中的厌氧生化处理通过一升流式厌氧生化污水处理组合池完成;所述升流式厌氧生化污水处理组合池包括至少一个第一水处理单元，所述第一水处理单元包括一第一池体，该第一池体所形成的内部空间由下至上根据污水处理的功能不同依次区分为涡流反应区、悬浮反应区、过滤反应区及第一出水区;所述污水由所述第一池体最下方的所述涡流反应区进入，并向上依次流经所述悬浮反应区和所述过滤反应区，经处理后从所述第一出水区溢流出水。
2.上述方案中，所述生化处理中的好氧生化处理通过一旋推流淹没式好氧生物滤池完成;所述旋推流淹没式好氧生物滤池包括至少一个第二水处理单元，所述第二水处理单元包括一第二池体，该第二池体所形成的内部空间沿其长度方向从前向后依次为导流区和旋推流反应区，两区之间通过一隔板分隔，且该隔板与所述第二池体的底部具有一间隙;其中，
所述导流区中设有一水流入口，该水流入口的入水来自所述升流式厌氧生化污水处理组合池的出水;所述隔板与所述第二池体底部的间隙为该导流区的水流出口;水流通过所述水流入口进入导流区之后，经由所述水流出口向后推送进入所述旋推流反应区的下方;
所述旋推流反应区沿第二池体的高度方向由下至上依次区分为曝气层以及反应区填料层;所述水流经推送，由所述导流区的水流出口向后流入所述旋推流反应区的曝气层，并在继续向后流动的同时向上流经所述反应区填料层，经处理后从第二池体后端上方的一出水口出水。
3.上述方案中，所述物化处理单元包括一一体化轻质滤料滤池，所述轻质滤料滤池包括至少一个第三水处理单元，所述第三水处理单元包括一第三池体，该第三池体由上至下由互通水流的清水区、过滤区和第一进水区构成;过滤时，污水经由第一进水区的第一进水口流入进水管中，通过进水管上的透水孔流入第一进水区，上升水流再经过下层滤板进入过滤区中，并经由由轻质弹性滤料颗粒组成的过滤层进行过滤，过滤后的水通过上层滤板进入清水区中，并于清水区的顶部溢流。
4.上述方案中，所述化学处理单元包括一重力整流式离子交换法污水处理末端除氮设备，所述末端除氮设备包括至少一个第四水处理单元，所述第四水处理单元包括一第四池体，该第四池体由从下至上互通水流的第二进水区、反应区和第二出水区构成;反应区中设有阴离子交换树脂层，含硝酸盐(NO3-)的污水从第二进水区送入设备中，并由下向上运行，流入反应区中进行除氮的离子交换反应。
5.上述方案中，于步骤一中，好氧生化处理后的污水进入二次沉淀池中，泥水分离之后，好氧生化处理产生的含有好氧微生物的含水率大于98%的活性污泥被送回至厌氧生化处理环节中重新处理与利用，所含聚磷菌经厌氧生化反应后可释放磷。
6.上述方案中，于步骤二中，好氧生化处理后含有磷酸盐(PO4³-)的污水进入一混凝沉淀池中;向池内投加除磷剂、凝聚剂，经混合反应与沉淀后形成含磷物化污泥排出，该污泥由大部分磷酸钙和悬浮物所组成;
泥水分离之后的污泥排入污泥处理单元的集泥池中，泥水分离之后的污水中尚有微小悬浮物、胶态物和微生物随水带出，其中含有少量磷，进入一体化轻质滤料滤池进行过滤。
7.上述方案中，污水经过轻质滤料滤池过滤之后，有效截留微小悬浮物、胶态物、微生物，使出水清晰，并使TP、SS指标达标;
若TP指标尚未达标，则用泵压送入重力整流式离子交换法末端除氮设备，通过末端除氮设备利用阴离子交换法也可去除污水中的磷酸盐(PO4³⁻)，使出水中TP达标。
8.上述方案中，于步骤三之后，出水先经由消毒处理单元进行消毒处理，再经由监控计量单元监控系统的出水流量和水质指标情况，最终进行排放水。
9.上述方案中，还包括污泥处理环节，通过一污泥处理单元收集厌氧生化处理产生的含有厌氧微生物的少量过剩活性污泥以及物化处理时排出的含磷物化污泥并进行脱水处理;脱水产生的分离液送回至生化处理单元。
借此设计，可使污泥大幅度减量，如：①好氧生化剩余活性污泥量多、难脱水，全部回流至厌氧生化再处理;②厌氧生化过剩的污泥具有接种与施肥的利用价值，只有少量排出，物化污泥和少量厌氧污泥容易脱水，可提高污泥处理的效率。
因此，既降低了污水处理的负荷，又节省了污泥处理后泥饼(浓缩与脱水后含水率约为70%)的外运处置费用。
10.上述方案中，还包括对工业废水的预处理，在进行城镇生活污水处理时，有时会发生工业废水偷排通过污水管网进入而引起冲击负荷，影响处理效果，严重时会破坏污水处理系统的正常运行;
通过对工业废水进行预处理，本方案可对预处理之后的工业废水的冲击负荷有一定的兼容能力。在污水处理厂设计之初，先调查清楚服务区内有哪些企业有工业废水要排入，分别查清其水量与水质，并要求其采取针对性的建设预处理设施，预处理出水排入集水池，池内安装自动计量与检测装置，水质指标达到污水厂的接纳要求时自动开阀排入污水管网，根据兼容量适当调整工艺设计参数。
本发明的工作原理及优点如下：
本发明包括生化处理、物化处理、化学处理，三者按从前向后的顺序对生活污水进行逐一处理，且各处理之间环环相扣。其中，
生化处理单元对污水进行生化处理，主要用于将污水中的有机污染物在厌氧微生物与好氧微生物的生化反应下深度分解;具体的，生化处理单元包括厌氧生化处理和好氧生化处理;其中，厌氧生化处理通过升流式厌氧生化污水处理组合池完成，厌氧生化污水处理组合池为厌氧生化各类厌氧菌、厌氧兼性菌提供了良好的生存与繁衍条件，在分解污水有机污染物的处理过程中可充分发挥其链锁反应作用，同时为好氧生化处理创造有利条件;污水中含有机氮经生化与氨化反应后转化为氨氮，有机磷经生化反应后转化为无机磷;好氧生化处理通过旋推流淹没式好氧生物滤池完成，旋推流淹没式好氧生物滤池为好氧菌、好氧兼性菌构建了良好的生存与繁衍的环境，污水中富含好氧微生物所需的有机物以及通过鼓风机送入的氧气;填料表面形成生物膜后，在气水旋流条件下会不断更新，保持其生物接触氧化分解有机污染物的效果，兼具活性污泥法和生物膜法这两种处理方法的优点，有利于世代时间较长的硝化菌类生存繁衍，使水流中氨氮硝化为亚硝酸盐、硝酸盐，为生物脱氮创造条件，其中的聚磷菌具有过量吸附磷特性，使生化出水减少含磷量;
物化处理单元对污水进行物化处理，主要用于将经过生化处理之后的污水进行除磷处理(除去磷酸盐)，同时去除污水中的微悬浮物、胶态物以及部分微生物;具体的，通过在混凝沉淀池中投入除磷剂、凝聚剂可进行除磷并凝聚悬浮物使之泥水分离;通过轻质滤料滤池在过滤过程中可有效截留细微悬浮物、有机污染物和微生物，形成滤膜较快，具有进一步去除COD、SS、TP的功能，使出水清澈，为后续化学处理创造有利条件;混凝沉淀池与一体化轻质滤料滤池进行组合可以减少投加除磷剂、凝聚剂的用量，同时还减少污泥量，节省运行费用;
化学处理单元对污水进行化学处理，将经过物化处理之后的污水中的硝酸盐氮(NO3-)(以及PO43-)去除;具体的，重力整流式离子交换法污水处理末端除氮设备可显著降低出水中TN(总氮)含量;采用重力式离子交换法，通过Cl-型强碱性(或弱碱性)阴离子交换树脂颗粒对污水中的NO3-进行离子交换，同时采用水流整流装置并提高离子交换树脂层的容积率，避免运行或再生过程中因离子交换树脂乱层而影响离子交换反应的效果。
污泥处理单元用于收集厌氧生化处理少量过剩的含有厌氧微生物的活性污泥以及混凝沉淀池排出的含磷物化污泥并进行浓缩脱水处理。脱水后形成的泥饼体积较小，外运处置较为方便;脱水产生的分离液可送回至厌氧生化处理环节重新处理。
其中，轻质滤料滤池的反洗排水通过管路回流至升流式厌氧生化污水处理组合池中，进行重新处理。
本发明的生化处理、物化处理、化学处理对生活污水的处理环环相扣，缺一不可。其中，升流式厌氧生化污水处理组合池、旋推流淹没式好氧生物滤池、一体化轻质滤料滤池以及重力整流式离子交换法污水处理末端除氮设备均为高效低耗的工艺设计方案，便于推广和实施。
污水经水泵一次提升后，依次经厌氧生化池、好氧生化池、二次沉淀池、混凝沉淀池、轻质滤料滤池、贮水池处理构筑物，可按位差自流进行高程布置，在TN、TP指标不达标时，用低扬程清水泵第二次提升至末端除氮设备，既省水泵电费又操作简便。
好氧生化混合液不回流，既省回流的设施投资还省电费，同时减轻了鼓风机供气负荷，也省不少电费;经一体化轻质滤料滤池高效过滤，出水清晰，可直接泵入末端除氮设备，能够节省消毒费用;综上，本发明对生活污水的处理效果提高了，运行费用却降低了。
本发明各主要单元的构筑物都考虑到操作运行的因素，所以操作管理简便，必要时可以实现自动化运行，总控室集中控制全过程的正常运行。
已运行多年的污水处理厂因处理工艺或构筑物在技术上有问题，处理效果不稳定，若推倒重建成本很高，可参照本发明的方案，采取必要的弥补或局部技术改造，可减少工程投资、节省运行费用、方便操作管理、达标排放。