申请日2018.11.23
公开(公告)日2019.03.22
IPC分类号C02F3/30; C02F3/32; C02F3/34; C02F101/16; C02F101/10
摘要
本发明提供一种绿顶分区型多级AO一体化污水处理工艺，采用池顶设有改良型人工湿地的三级A/O一体化处理池，包括如下步骤：污水进入调节池进行均质均量;再依次流经一级A1/O1处理池、二级A2/O2处理池、三级A3/O3处理池进行处理;采用实时精细调控系统进行实时监测和远程控制，通过DO和pH监测仪、ORP监测仪实时监测处理池内部状态，并通过NH4+‑N传感器、NO3‑‑N传感器和TP传感器监测各级处理池出水水质情况，将采集到的信号传输至PLC控制系统，根据运行程序计算得到实时控制变量，在线控制系统运行状态。本发明采用多级AO一体化工艺，无需回流混合液，具有占地面积小、投资少、运行简单灵活、能耗低、效率高、维护方便等优点。
权利要求书
1.一种绿顶分区型多级AO一体化污水处理工艺，其特征在于，采用池顶设有改良型人工湿地的三级A/O一体化处理池，包括如下步骤：
1)污水进入调节池进行均质均量;
2)调节池的污水经溢流管进入一级A1/O1处理池的A1处理池，厌氧释磷后，再通过穿孔隔板进入O1处理池，好氧吸磷，并发生硝化反应;调节池部分污水用潜水泵通过配水管分别送至二级A2/O2处理池的A2处理池和三级A3/O3处理池的A3处理池;
3)O1处理池处理后的污水经溢流管进入二级A2/O2处理池的A2处理池，发生反硝化反应，再通过穿孔隔板进入O2处理池，发生硝化反应;A2处理池中的集泥管收集污泥后，一部分回流至A1处理池，另一部分作为剩余污泥排出;
4)O2处理池处理后的污水经溢流管进入三级A3/O3处理池的A3处理池，发生反硝化反应，再通过穿孔隔板进入O3处理池，发生硝化反应。
2.根据权利要求1所述的绿顶分区型多级AO一体化污水处理工艺，其特征在于，所述A1/O1处理池、A2/O2处理池、A3/O3处理池均为上下结构，采用穿孔隔板分隔，下层为厌氧区或缺氧区，上层为好氧区，所述穿孔隔板固定于池体上，设有若干出水孔，所述出水孔上设有控制水流方向的花瓣形止回结构。
3.根据权利要求1所述的绿顶分区型多级AO一体化污水处理工艺，其特征在于，所述A1/O1处理池内的左侧设有溢流管，所述溢流管延伸至所述A1处理池的池底，通过穿孔布水管进行垂直布水;所述A1处理池内设有搅拌器;所述O1处理池内的左右两侧均设有与空气管连通的穿孔曝气管，进行水平布气;所述穿孔管布水管的布水孔与所述穿孔隔板的出水孔相互交错。
4.根据权利要求1所述的绿顶分区型多级AO一体化污水处理工艺，其特征在于，所述A2/O2处理池内的左侧设有固定于池体的溢流管，所述溢流管延伸至所述A2处理池的池底，下端为穿孔管进行水平布水;所述A2处理池设有集泥管、回流污泥管、剩余污泥管、两层导流板，下层导流板的右侧和上层导流板的左侧均设有推流器;所述O2处理池内设有生物膜填料，底部设有穿孔曝气管、底部两侧均设有集泥管，所述穿孔曝气管与穿孔隔板的出水孔交错排布，曝气孔设置在左、右、上三个方向。
5.根据权利要求1所述的绿顶分区型多级AO一体化污水处理工艺，其特征在于，所述A3/O3处理池内的左侧设有固定于池体的溢流管，所述溢流管延伸至所述A3处理池的池底，下端为穿孔管进行水平布水;所述A3处理池设有集泥管、剩余污泥管、两层导流板，下层导流板的右侧和上层导流板的左侧均设有推流器;所述O3处理池内设有生物膜填料，底部设有穿孔曝气管、底部两侧均设有集泥管，所述穿孔曝气管与穿孔隔板的出水孔交错排布，曝气孔设置在左、右两个方向。
6.根据权利要求1所述的绿顶分区型多级AO一体化污水处理工艺，其特征在于，所述改良型人工湿地包括植物和基质，所述O1处理池池顶的植物为给微生物附着提供载体的根系发达植物，基质为除磷材料;所述O2处理池的植物为根系泌氧，保证好氧环境的根系发达植物，基质为脱硝材料;所述O3处理池的植物为营造缺氧环境的根系不发达植物，基质为复合脱硝材料。
7.根据权利要求1或6所述的绿顶分区型多级AO一体化污水处理工艺，其特征在于，所述复合脱硝材料内层为缓释碳源，外层为具有多孔性的吸附剂进行包裹，形状为不规则球体。
8.根据权利要求1所述的绿顶分区型多级AO一体化污水处理工艺，其特征在于，采用实时精细调控系统进行实时监测和远程控制，所述O1处理池、O2处理池、O3处理池内均设有DO和pH监测仪，出水口分别设有TP传感器、NH4+-N传感器、NH4+-N和NO3--N传感器，所述A1处理池、A2处理池、A3处理池内均设有ORP监测仪，通过DO和pH监测仪、ORP监测仪实时监测处理池内部状态，并通过NH4+-N传感器、NO3--N传感器和TP传感器监测各级处理池出水水质情况，将采集到的信号传输至PLC控制系统，根据运行程序计算得到实时控制变量，在线控制系统运行状态，包括曝气量、配水比和回流污泥比。
说明书
一种绿顶分区型多级AO一体化污水处理工艺
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种绿顶分区型多级AO一体化污水处理工艺。
背景技术
我国是农业人口大国，农村地域辽阔，每天产生大量的生活污水，仅部分住户建有化粪池或沼气池处理系统，对生活污水进行简单的沉淀和发酵处理，大部分村庄缺由于缺乏专门的污水收集处理设施，生活污水没有进行处理就直接排放，这使得农村生活污水成为水体污染的又一严重污染源。目前，随着农村经济的快速发展，人们生活水平的提高，对于农村生活污水处理的要求也在不断提高，虽然农村污水处理的问题已经得到社会广泛关注，也有一大批污水处理技术不断涌现，但由于农村聚集形式多样，而大多数污水处理技术的适用对象为人口密集的农户聚集地，却不适用于人口稀疏，不易收集统一处理的散户，这使得污水处理技术的适用性和普及性不高。因此，为加大农村生活污水处理覆盖面，提高农村生活污水处理率，研究开发投资少、运行简单灵活、能耗低、效率高、维护方便的适用于农村散户的污水处理工艺意义重大。
多级AO工艺是将2～5级的缺氧、好氧池串联组成，硝化液从各段的好氧区直接流入下一段的缺氧区，而不需设内回流系统。污水经过多级交替缺氧好氧区实现高效脱氮，具有所需池容小、脱氮效率高、运行调节灵活等优势。但也存在池体数量多、碳源不足和除磷效果差等问题。有中国发明专利利用生物膜海绵填料将同一个处理池分隔为好氧区和缺氧区，实现一体化，同时多阶好氧区和缺氧区串联，有效去除污水中的氨氮，但污水先经过好氧区再进入缺氧区，无法为反硝化作用提供充足的碳源，影响生物脱氮效果。许多中国发明专利会通过分段进水解决碳源问题，但由于缺少厌氧池，对于总磷去除效果不理想，同时需要进入一部分原水为最后一级A/O中的缺氧池提供碳源，对于氨氮有很好的去除效果，出水总氮却难以达标。
生态处理是污水处理手段中非常经济的一种方式，不会对环境造成二次污染。但是它处理效率不高，处理效果不稳定，受季节影响较大，往往作为污水处理工艺中一种的辅助手段。目前大多数污水处理技术中污水会先经过生物处理后排入人工湿地，进行深度处理，但是许多植物对于低浓度氮磷的处理效果并不明显，人工湿地作为尾水处理往往无法将其处理能力完全发挥出来。而有中国发明专利在池本体的上部设置植物种植区，以特殊材料和植物根系作为生物载体，通过构建多样化的生态系统，提高对水体中污染物的降解能力，若该技术能对植物功能进行细化，同时考虑到植物对于生物脱氮除磷环境的影响，便能充分发挥植物自身净化能力，优化植物与微生物之间的协作模式，进一步提高脱氮除磷效果。
污水处理中要想达到更高的排放标准，需要对污水进行深度处理，一般会采用化学、物化手段，如添加化学药剂、填料吸附等。填料吸附主要通过填料的吸附等物化作用将污水中的污染物去除，但往往存在填料吸附容量不高，需要经常更换，更换下来的填料需经过一系列处理才能实现可再生，同时而再生过程会产生废液，又需要对废液进行处理等一系列问题。如有中国发明专利利用树脂将污水中的硝酸根通过离子交换固定于树脂上，定期淋洗氯化钠溶液，使氯离子与树脂表面的硝酸根离子进行交换再生，所产生废液依次进入反硝化池和MBR膜反应器进行后续处理。
因此，针对现有技术的不足，开发出一套适用于农村散户的分散式污水处理工艺势在必行。
发明内容
本发明的目的是提供一种绿顶分区型多级AO一体化污水处理工艺，采用多级AO一体化工艺，无需回流混合液，具有占地面积小、投资少、运行简单灵活、能耗低、效率高、维护方便等优点。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种绿顶分区型多级AO一体化污水处理工艺，采用池顶设有改良型人工湿地的三级A/O一体化处理池，包括如下步骤：
1)污水进入调节池进行均质均量;
2)调节池的污水经溢流管进入一级A1/O1处理池的A1处理池，厌氧释磷后，再通过穿孔隔板进入O1处理池，好氧吸磷，并进行硝化反应;调节池的部分污水用潜水泵通过配水管分别送至二级A2/O2处理池的A2处理池和三级A3/O3处理池的A3处理池，为反硝化作用提供碳源;
3)O1处理池处理后的污水经溢流管进入二级A2/O2处理池的A2处理池，发生反硝化反应，再通过穿孔隔板进入O2处理池，发生硝化反应;A2处理池中的集泥管收集污泥后，一部分回流至A1处理池，另一部分作为剩余污泥排出;
4)O2处理池处理后的污水经溢流管进入三级A3/O3处理池的A3处理池，发生反硝化反应，再通过穿孔隔板进入O3处理池，发生硝化反应。
根据以上方案，所述A1/O1处理池、A2/O2处理池、A3/O3处理池均为上下结构，采用穿孔隔板分隔，下层为厌氧区或缺氧区，上层为好氧区，所述穿孔隔板固定于池体上，设有若干出水孔，所述出水孔上设有控制水流方向的花瓣形止回结构。
根据以上方案，所述A1/O1处理池内的左侧设有溢流管，所述溢流管延伸至所述A1处理池的池底，通过穿孔布水管进行垂直布水;所述A1处理池内设有搅拌器;所述O1处理池内的左右两侧均设有与空气管连通的穿孔曝气管，进行水平布气;所述穿孔管布水管的布水孔与所述穿孔隔板的出水孔相互交错。
根据以上方案，所述A2/O2处理池内的左侧设有固定于池体的溢流管，所述溢流管延伸至所述A2处理池的池底，下端为穿孔管进行水平布水;所述A2处理池设有集泥管、回流污泥管、剩余污泥管、两层导流板，下层导流板的右侧和上层导流板的左侧均设有推流器;所述O2处理池内设有生物膜填料，底部设有穿孔曝气管、底部两侧均设有集泥管，所述穿孔曝气管与穿孔隔板的出水孔交错排布，曝气孔设置在左、右、上三个方向。
根据以上方案，所述A3/O3处理池内的左侧设有固定于池体的溢流管，所述溢流管延伸至所述A3处理池的池底，下端为穿孔管进行水平布水;所述A3处理池设有集泥管、剩余污泥管、两层导流板，下层导流板的右侧和上层导流板的左侧均设有推流器;所述O3处理池内设有生物膜填料，底部设有穿孔曝气管、底部两侧均设有集泥管，所述穿孔曝气管与穿孔隔板的出水孔交错排布，曝气孔设置在左、右两个方向，曝气量小于O2区。
根据以上方案，所述改良型人工湿地包括植物和基质，所述O1处理池池顶的植物为给微生物附着提供载体的根系发达植物，基质为除磷材料;所述O2处理池的植物为根系泌氧，保证好氧环境的根系发达植物，基质为脱硝材料;所述O3处理池的植物为营造缺氧环境的根系不发达植物，基质为复合脱硝材料。
根据以上方案，所述复合脱硝材料内层为缓释碳源，外层为具有多孔性的吸附剂进行包裹，形状为不规则球体。
根据以上方案，所述配水管、溢流管、穿孔布水管、空气管、穿孔曝气管、集泥管、回流污泥管、剩余污泥管均为PE材质;所述回流污泥管和剩余污泥管中污泥通过污泥泵实现回流和排出;所述空气管和穿孔曝气管通过鼓风机输送空气。
根据以上方案，采用实时精细调控系统进行实时监测和远程控制，所述O1处理池、O2处理池、O3处理池内均设有DO和pH监测仪，出水口分别设有TP传感器、NH4+-N传感器、NH4+-N和NO3--N传感器，所述A1处理池、A2处理池、A3处理池内均设有ORP监测仪，通过DO和pH监测仪、ORP监测仪实时监测处理池内部状态，并通过NH4+-N传感器、NO3--N传感器和TP传感器监测各级处理池出水水质情况，将采集到的信号传输至PLC控制系统，根据运行程序计算得到实时控制变量，在线控制系统运行状态，包括曝气量、配水比和回流污泥比。
本发明的穿孔隔板出水孔的止回结构为花瓣形，当无水流通过时处于闭合状态，当污水向上产生冲力时止回结构打开，污水由下向上流过，而污水向下产生冲力时止回结构始终处于闭合状态，实现水流方向的控制。
本发明的A1处理池池底的穿孔布水管布水孔位置与穿孔隔板出水孔位置相交错，防止水流沿直线路径经过厌氧区A1处理区，一定程度上可延长水力停留时间，充分厌氧释磷。O1处理池穿孔曝气管设置在池体左右两侧，水平曝气，污水水流方向与曝气方向垂直，污水经过穿孔隔板产生较大流速，将大气泡冲击为小气泡，提高氧传质效率和氧利用率，同时缓冲水流，防止污水过快流出。
本发明的A2处理池池底设置排泥管，污泥部分回流至A1处理池，消除硝酸盐对厌氧释磷的不利影响，部分作为剩余污泥排出。
本发明的A2处理池、A3处理池内设置的两层导流板和推流器，使污水在进水水流推力和推流器的双重作用下，沿着导流板在区内发生内循环，延长水力停留时间，提高污泥泥龄，充分反硝化。
本发明的O2处理池、O3处理池设置的生物膜填料与池壁相连，延长O2区污泥泥龄，为硝化反应创造有利条件;池内的穿孔曝气管与穿孔隔板上进水孔相间分布，O2处理池的穿孔曝气管可在左、右、上三个方向进行曝气，O3处理池的穿孔曝气管可在左、右两个方向进行曝气，曝气量小于O2处理池，左右曝气方向与污水水流方向垂直，污水经过穿孔隔板时产生较大流速，污水将大气泡冲击为小气泡，提高氧传质效率和氧利用率，同时缓冲水流，防止水流对上方生物膜的冲击作用。
本发明处理池池顶的改良型人工湿地，通过植物和基质实现功能分区，生物和生态作用结合脱氮除磷，同时从外观上看该处理工艺整体为一景观生态花园。改良型人工湿地的功能分区包括植物和基质功能分区。植物功能分区：O1处理池植物生长吸收氮磷，发达的植物根系为微生物附着提供载体;O2处理池植物生长吸收氮磷，发达的植物根系与生物膜填料共同为微生物附着提供载体，根系泌氧，保证O2处理池整体好氧环境;O3处理池植物生长吸收氮磷，植物根系不发达，同时池内曝气量较小，为O3处理池上层营造缺氧环境。基质功能分区：O1处理池改良型人工湿地填料为除磷材料，通过物化作用吸附A1/O1处理池出水中磷;O2处理池改良型人工湿地填料为脱硝材料，通过物化作用吸附A2/O2处理池出水中硝氮;O3处理池人工湿地填料为复合脱硝材料，通过生物和物化作用去除A3/O3处理池出水中硝氮。
本发明的复合脱硝材料内层为缓释碳源，外层为吸附剂进行包裹，形状为不规则球体，增大比表面积。吸附剂具有多孔性，以便于缓释碳源释放碳源。吸附剂将污水中的硝态氮吸附在表面，同时缓释碳源释放的碳源在吸附剂表面浓度较高，反硝化菌在吸附剂表面发生反硝化作用，去除硝氮。吸附剂所吸附在表面的硝酸根会被反硝化菌立即消耗，而当填料被生物膜完全覆盖后，外层生物膜缺少碳源，内层生物膜缺少硝态氮，活性降低，发生脱落，因此吸附剂可长期使用仍具有较强吸附效果。
本发明的实时精细调控系统对该处理过程进行实时监测和远程控制：
1)好氧池均设置的DO和pH监测仪，实时监测DO、pH变化，调整曝气量，保证硝化反应和好氧吸磷的最佳条件;
2)缺氧池和厌氧池设置的ORP监测仪，实时监测氧化还原电位，调整配水比和回流污泥比，保证反硝化反应和厌氧释磷的最佳条件;
3)A1/O1处理池出水设置TP传感器，A2/O2处理池出水设置NH4+-N传感器，A3/O3处理池出水设置NO3--N传感器和NH4+-N传感器，根据出水情况调整处理池内部运行状态，保证处理后出水水质达标。
本发明的有益效果是：
1)本发明的AO一体化处理池，占地面积少，适宜处理水量较小的分散式农村生活污水;
2)本发明的池顶为改良型人工湿地，通过植物和基质实现功能分区，外观为景观生态花园;
3)本发明按合理比例多点进水，无需外加碳源;
4)本发明的曝气采用穿孔曝气，曝气方向与水流方向以多种形式垂直，将大气泡冲击为小气泡，提高氧传质效率和氧利用率，节约运行成本;
5)本发明的缺氧池中污水在进水和推流器的作用下，沿着导流板在池体内发生内循环，类似两层立体式氧化沟形式，延长水力停留时间，提高污泥泥龄，充分反硝化;
6)本发明的多级AO串联，省去混合液回流，设备操作简单，运行维护需要量少，运行成本低;
7)本发明的活性污泥与生物膜以多种耦合方式处理污水，可解决生物脱氮除磷中污泥泥龄的矛盾;
8)本发明的生物除磷与生物脱氮相互独立，避免相互影响，提高脱氮除磷效果;
9)本发明的复合脱硝材料将生物和化学作用相结合，实现深度脱氮，同时该材料可直接实现再生，反复利用;
10)本发明通过DO、pH和ORP监测仪对各池内部状况的监测，TP传感器、NO3--N传感器和NH4+-N传感器对出水水质的监测，实时调整系统运行状态，为生物脱氮除磷提供最佳反应条件，即节约运行成本，又能保证出水水质达标。