申请日2021.03.11
公开（公告）日2021.06.29
IPC分类号C02F3/02; C02F3/10; C02F3/28; C02F3/30
摘要
为克服现有地下污水处理厂存在建设成本高、维护困难和污泥龄矛盾的问题，本发明提供了一种泥膜复合污水处理系统，包括AO池、泥膜复合缺氧池、曝气生物滤池和上向流反硝化深床滤池，所述AO池包括厌氧区和好氧区，所述泥膜复合缺氧池包括泥水沉降区和反硝化脱氮区，所述反硝化脱氮区的出水导向至所述曝气生物滤池，所述曝气生物滤池的出水部分回流至所述泥水沉降区，部分导向所述上向流反硝化深床滤池。同时，本发明还公开了一种泥膜复合污水处理方法。本发明提供的泥膜复合污水处理系统有效解决了除磷与硝化过程的泥龄矛盾问题，提高了脱氮除磷效率，显著降低了总停留时间，节省了占地面积。
权利要求书
1.一种泥膜复合污水处理系统，其特征在于，包括AO池、泥膜复合缺氧池、曝气生物滤池和上向流反硝化深床滤池，所述AO池包括厌氧区和好氧区，所述厌氧区的出水导向至所述好氧区，所述泥膜复合缺氧池包括泥水沉降区和反硝化脱氮区，所述反硝化脱氮区位于所述泥水沉降区的上方，所述好氧区的出水导向至所述泥水沉降区，所述反硝化脱氮区的出水导向至所述曝气生物滤池，所述曝气生物滤池的出水部分回流至所述泥水沉降区，部分导向所述上向流反硝化深床滤池。
2.根据权利要求1所述的泥膜复合污水处理系统，其特征在于，所述AO池中，所述厌氧区和所述好氧区并排设置，所述好氧区为顶部出水，所述好氧区顶部出水并重力导向所述泥水沉降区的底部。
3.根据权利要求1所述的泥膜复合污水处理系统，其特征在于，所述泥水沉降区的底部设置有布水排泥装置，所述好氧区的出水经由所述布水排泥装置导向至所述泥水沉降区。
4.根据权利要求1所述的泥膜复合污水处理系统，其特征在于，所述反硝化脱氮区中设置有填料区，所述填料区中填充有第一填料，所述第一填料上附着反硝化细菌，所述填料区的底部设置有冲洗曝气系统。
5.根据权利要求1所述的泥膜复合污水处理系统，其特征在于，所述曝气生物滤池中设置有曝气装置和第二填料，所述第二填料上附着有硝化细菌。
6.根据权利要求1所述的泥膜复合污水处理系统，其特征在于，所述上向流反硝化深床滤池中填充有第三填料，所述第三填料上附着反硝化细菌，所述上向流反硝化深床滤池的进水外加碳源。
7.根据权利要求1所述的泥膜复合污水处理系统，其特征在于，所述曝气生物滤池的水平高度低于所述泥膜复合缺氧池的水平高度，所述反硝化脱氮区顶部出水并重力导向所述曝气生物滤池的底部。
8.根据权利要求1所述的泥膜复合污水处理系统，其特征在于，所述曝气生物滤池的出水和所述泥膜复合缺氧池的进水之间连接有回流管，所述回流管上设置有水泵和流量计。
9.根据权利要求1所述的泥膜复合污水处理系统，其特征在于，所述AO池、所述泥膜复合缺氧池、所述曝气生物滤池和所述上向流反硝化深床滤池均采用钢结构的模块化结构。
10.一种泥膜复合污水处理方法，其特征在于，采用如权利要求1～9任意一项所述的泥膜复合污水处理系统，所述泥膜复合污水处理方法包括以下处理步骤：
将污水导入到AO池的厌氧区中，聚磷菌在厌氧条件下将多聚磷酸盐分解，以无机磷酸盐的形式释放，厌氧区处理后的污水导入至好氧区中，在好氧条件下，聚磷菌超量吸收溶液中的磷酸盐形成含磷污泥；
AO池处理后的污水导入至泥膜复合缺氧池的泥水沉降区中，含磷污泥依靠重力作用进行沉降并定期排放，实现总磷的去除，污水则上升至反硝化脱氮区，反硝化脱氮区控制在缺氧环境下，依靠反硝化细菌对污水进行反硝化处理，将污水中的硝态氮转化为氮气去除，实现脱氮作用；
泥膜复合缺氧池处理后的污水导入至曝气生物滤池中，通过曝气生物滤池中的硝化细菌将污水中的氨氮转化为硝态氮，再将曝气生物滤池处理后的硝化液部分回流至泥膜复合缺氧池进行反硝化处理；
曝气生物滤池处理后的硝化液导入上向流反硝化深床滤池中，依靠反硝化细菌对污水进行反硝化处理，将污水中的硝态氮转化为氮气去除，实现脱氮作用，同时，污水中的SS和TP可被滤料物理拦截作用去除，进一步保障出水达标排放。
说明书
一种泥膜复合污水处理系统及方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种泥膜复合污水处理系统及方法。
背景技术
随着城市发展速度越来越快，国内经济发达地区的城市污水处理厂逐渐被周边高楼包围，邻避困境越来越突出，于是提出了地下污水处理厂建设模式。
地下污水处理厂最大的优点是节约土地资源，除此之外，可有效隔绝臭气、噪声等二次污染，将污水厂上方地面建设成生态景观公园，能为市民提供体育健身、休闲娱乐和科普教育等舒适空间。
目前，地下污水处理厂多采用全地下式污水厂，多采用AAO工艺及其衍生工艺(比如AAO+MBBR，AAO+MBR组合工艺)，将各处理单元集成化，相比于传统地上污水厂更加紧凑，节约占地面积。
全地下式污水处理厂埋深大，基坑开挖难度高(一般地下开挖深度高达14～16m)，施工复杂，投资建设成本高；受地下空间限制，设备的检修、维护、安装受到一定影响；需采用专门的通风口对地下空间进行通风换气，设备设施较复杂。
AAO工艺是活性污泥中比较经典的污水处理技术，通常包括厌氧池和好氧池。其中厌氧池活性污泥中的聚磷菌将胞内多聚磷酸盐(PolyP)分解，以无机磷酸盐的形式释放出去。缺氧池存在反硝化细菌(污泥龄为3～5d)，将硝态氮转化为氮气实现脱除总氮。好氧池中聚磷菌(污泥龄短，仅3.5～7d)超量吸收溶液中的磷酸盐来合成Poly-p；另外，好氧池内还存在硝化细菌(污泥龄长达10～20d)，主要是将污水中的氨氮转化为硝态氮，为了提高系统脱氮效率，需要将好氧池出水回流至厌氧池，增强反硝化脱氮效率。从生物除磷角度分析，富磷污泥的排放是实现系统磷减量化的唯一渠道。若排泥不及时，聚磷菌内源消耗胞内糖原，影响厌氧区聚磷菌对聚-β-羟基烷酸(PHAs)的贮存，导致系统除磷效率下降，甚至会造成磷酸盐的二次释放。而硝化菌的世代周期较长，欲使其成为优势菌群，需控制系统在长泥龄状态下运行。
综合上述分析可知，AAO系统中主要存在聚磷菌与硝化菌之间的污泥龄矛盾，导致硝化与除磷相互制约，若污泥龄太高，不利于除磷，若污泥龄太低，则不利于硝化细菌的生长，影响硝化反应，进而降低脱氮效率。为了保障AAO系统硝化充分，通常将好氧池停留时间设计得比较大，使得系统总停留时间长，占地面积大。
另外，通常在好氧池后面设置一个二沉池，目的是将好氧池的含活性污泥的混合液进行沉淀分离，然后通过外排剩余污泥实现总磷去除，为了保持系统活性污泥的浓度，需要回流一部分污泥。
发明内容
针对现有地下污水厂处理存在建设成本高、维护困难和污泥龄矛盾的问题，本发明提供了一种泥膜复合污水处理系统及方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种泥膜复合污水处理系统，包括AO池、泥膜复合缺氧池、曝气生物滤池和上向流反硝化深床滤池，所述AO池包括厌氧区和好氧区，所述厌氧区的出水导向至所述好氧区，所述泥膜复合缺氧池包括泥水沉降区和反硝化脱氮区，所述反硝化脱氮区位于所述泥水沉降区的上方，所述好氧区的出水导向至所述泥水沉降区，所述反硝化脱氮区的出水导向至所述曝气生物滤池，所述曝气生物滤池的出水部分回流至所述泥水沉降区，部分导向所述上向流反硝化深床滤池。
可选的，所述AO池中，所述厌氧区和所述好氧区并排设置，所述好氧区为顶部出水，所述好氧区顶部出水并重力导向所述泥水沉降区的底部。
可选的，所述泥水沉降区的底部设置有布水排泥装置，所述好氧区的出水经由所述布水排泥装置导向至所述泥水沉降区。
可选的，所述反硝化脱氮区中设置有填料区，所述填料区中填充有第一填料，所述第一填料上附着反硝化细菌，所述填料区的底部设置有冲洗曝气系统。
可选的，所述曝气生物滤池中设置有曝气装置和第二填料，所述第二填料上附着有硝化细菌。
可选的，所述上向流反硝化深床滤池中填充有第三填料，所述第三填料上附着反硝化细菌，所述上向流反硝化深床滤池的进水外加碳源。
可选的，所述曝气生物滤池的水平高度低于所述泥膜复合缺氧池的水平高度，所述反硝化脱氮区顶部出水并重力导向所述曝气生物滤池的底部。
可选的，所述曝气生物滤池的出水和所述泥膜复合缺氧池的进水之间连接有回流管，所述回流管上设置有水泵和流量计。
可选的，所述AO池、所述泥膜复合缺氧池、所述曝气生物滤池和所述上向流反硝化深床滤池均采用钢结构的模块化结构。
另一方面，本发明提供了一种泥膜复合污水处理方法，采用如上所述的泥膜复合污水处理系统，所述泥膜复合污水处理方法包括以下处理步骤：
将污水导入到AO池的厌氧区中，聚磷菌在厌氧条件下将多聚磷酸盐分解，以无机磷酸盐的形式释放，厌氧区处理后的污水导入至好氧区中，在好氧条件下，聚磷菌超量吸收溶液中的磷酸盐形成含磷污泥；
AO池处理后的污水导入至泥膜复合缺氧池的泥水沉降区中，含磷污泥依靠重力作用进行沉降并定期排放，实现总磷的去除，污水则上升至反硝化脱氮区，反硝化脱氮区控制在缺氧环境下，依靠反硝化细菌对污水进行反硝化处理，将污水中的硝态氮转化为氮气去除，实现脱氮作用；
泥膜复合缺氧池处理后的污水导入至曝气生物滤池中，通过曝气生物滤池中的硝化细菌将污水中的氨氮转化为硝态氮，再将曝气生物滤池处理后的硝化液部分回流至泥膜复合缺氧池进行反硝化处理；
曝气生物滤池处理后的硝化液导入上向流反硝化深床滤池中，依靠反硝化细菌对污水进行反硝化处理，将污水中的硝态氮转化为氮气去除，实现脱氮作用。同时，污水中的SS和TP可被滤料物理拦截作用去除，进一步保障出水达标排放。
根据本发明提供的泥膜复合污水处理系统，采用AO池进行活性污泥除磷，使AO池中聚磷菌成为优势菌种，同时设计了一种包括泥水沉降区和反硝化脱氮区的泥膜复合缺氧池，其中泥水沉降区用于含磷污泥的沉降，最终通过排放剩余污泥达到总磷去除的目的，反硝化脱氮区中形成反硝化细菌占优势的生物膜，用于进行反硝化处理，将反硝化过程与磷去除的过程分隔在不同的分区中，同时，在泥膜复合缺氧池后设置了曝气生物滤池形成硝化细菌占优势的生物膜，进行硝化处理，硝化处理后的硝化液回流至泥膜复合缺氧池中可强化反硝化脱氮的过程，提高脱氮效果，针对污水处理厂高排放标准，在曝气生物滤池后还设置了上向流反硝化深床滤池，可进一步保障出水SS、TP和TN达标排放，且在上向流反硝化深床滤池进水端投加碳源，能够在填料上培养出反硝化细菌占优势的生物膜，实现深度脱氮。本泥膜复合污水处理系统充分利用了活性污泥法与生物膜法各自优势，将聚磷菌、硝化菌和反硝化细菌的处理系统完全分离，进而便于对不同优势菌种处理单元进行控制，保持其泥龄要求，有效解决了除磷与硝化过程的泥龄矛盾问题；同时，利用固定床生物膜法培养硝化、反硝化细菌，不存在活性污泥法中微生物随污泥排放流失的情况，且其单位体积微生物量大，脱氮效率更高。另外，本泥膜复合污水处理系统的AO池好氧区主要完成吸收磷，硝化反应主要在曝气生物滤池中完成，从而缩短了AO池的好氧区停留时间。由于曝气生物滤池和上向流深床滤池均属于生物膜法工艺，其停留时间仅是传统活性污泥法的十分之一到五分之一，故本泥膜复合污水处理系统的停留时间短，显著节约了占地面积。
（发明人：叶昌明;伍波;王小林;彭金城;赖正泉）