CN102198996B

CN102198996B - 一种分散型村镇污水强化脱氮除磷的一体化装置与方法

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Publication number: CN102198996B
Application number: CN2011100909006A
Authority: CN
Inventors: 彭永臻; 龚灵潇; 霍明昕; 杨庆; 朱云鹏; 赵瑞
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing Drainage Group Co Ltd
Priority date: 2011-04-11
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2031-04-11
Also published as: CN102198996A

Abstract

一种分散型村镇污水强化脱氮除磷的一体化装置与方法属于污水处理领域。该装置进水口(13)和出水口(6)分别位于装置主体(1)的左侧底端和右侧上部；开孔隔板(4)将装置主体(1)分为七个区域，依次为厌氧滤池(A)区，厌氧滤池(B)区，复合区(C)，接触氧化(D)区，接触氧化(E)区，接触氧化(F)区和出水区(G)；其中复合区(C)通过无孔隔板(25)、封闭隔板(27)、带孔隔板(26)分为等容积的两室；厌氧滤池(A)区、厌氧滤池(B)区、厌氧滤池(H)区内布设陶粒(2)作为填料；布设空心球(3)且设有系统；厌氧滤池(A)区及接触氧化(F)区底部设有硝化液回流口(10)硝化液回流。本发明操作简便、卫生低耗，抗冲击负荷能力强。

Description

一种分散型村镇污水强化脱氮除磷的一体化装置与方法

技术领域

本发明涉及一种污水生化处理装置与方法，具体涉及一种分散型村镇污水一体化处理装置和基于此形成的强化脱氮除磷方法。具备高效、简便、卫生的特点，尤其适合需纳入敏感水体的分散型村镇污水的处理。

背景技术

“十一五”期间，城市污水处理规模日益扩大，污染物控制取得良好效果，而针对分散型污水，特别是村镇污水的处理还处于起步阶段。进入“十二五”后，国家对环保领域的政策引导与战略投入进一步提高，村镇污水治理是极具研究和实用价值的领域之一，其工艺设计，运行维护，设备研发，技术经济分析等已成为研究热点。基于生产、生活方式的差异，村镇污水相对于城市污水，其氮、磷含量波动幅度较大，如不有效处理而排放，极易造成水体富营养化，因此当出水需纳入敏感水体时，对其进行强化脱氮除磷十分必要。实际运行中，由于成本、施工等制约因素，在广大农村地区难以进行污水的集中处理，因此采用小型一体化装置就地处理较为可行。

厌氧滤池(Anaerobic Filter)是一种填充有微生物载体的高速厌氧生物反应器。高污泥浓度和长泥龄使其运行稳定，抗冲击负荷能力强；低产泥率减少了污泥处置成本；良好的有机物水解酸化效果为后续生物脱氮提供了碳源，填料的吸附作用则保证了可利用碳源的保存。因此，近20多年来，AF已被广泛应用于处理不同类型的废水，运行效果良好。目前，其急需解决的问题是反应效率的提高及解决滤料的堵塞，而随着富营养化的日趋严重，为控制出水中的氮、磷浓度，需耦合其他生化工艺进行高效、稳定地脱氮除磷。

生物接触氧化(Bio-Contact Oxidation)也叫淹没式生物滤池，是具有活性污泥法特点的生物膜法，污水与附着有生物膜的载体相接触而得到净化。填料上的高生物量保证了反应器的高容积负荷；良好的水流混合特性提高了抗冲击负荷能力；较低的剩余污泥产量则节省了二沉池空间和基建费用；运行管理方便、卫生，十分适合分散型村镇污水的处理。目前，生物接触氧化工艺急需解决的问题之一也是对氮、磷等营养物质的去除及反应效率的进一步提升。

厌氧滤池-生物接触氧化是一种耦合生物处理工艺，针对分散型村镇污水，具备良好的脱氮及一定的除磷能力，运行稳定，卫生方便，效果良好。而目前针对小规模污水处理，化学除磷效果及稳定性高于生物除磷，因此进行生化工艺的耦合是村镇污水强化脱氮除磷的最佳选择。

发明内容

针对现有工艺在处理分散型污水时，效率不高，脱氮除磷效果差，运行维护不便等问题，本发明构建了一种分散型村镇污水强化脱氮除磷一体化装置，操作简便、卫生低耗，抗冲击负荷，其特征在于：

①基于厌氧滤池-接触氧化-化学沉淀耦合工艺而构建；②装置主体分为七格，创造出推流状态，提高反应推动力，较好地平衡了反应效率与经济成本；③设置复合区，通过隔板的调节改变区域的功能，增加对特定污染物的冲击负荷；④出水区构造独特，形成斜板沉淀区，化学除磷区和溢流区。

装置结构与平面示意图分别如附图1，2所示，具体特征在于：

进水口13和出水口6分别位于装置主体1的左侧底端和右侧上部。开孔隔板4将装置主体1分为七个区域，沿进水方向依次为厌氧滤池A区，厌氧滤池B区，复合区C，接触氧化D区，接触氧化E区，接触氧化F区和出水区G。其中复合区C通过无孔隔板25、封闭隔板27、带孔隔板26分为等容积的两室，沿进水方向，封闭隔板27左侧为厌氧滤池H区，右侧为接触氧化I区。厌氧滤池A区、厌氧滤池B区、厌氧滤池H区内布设陶粒2作为填料；接触氧化D区、接触氧化E区、接触氧化F区、接触氧化I区内距底面1/15-1/10水深处设置多孔承托板11，用以支撑布设其中的填料——空心球3；接触氧化D区、接触氧化E区、接触氧化F区、接触氧化I区底部中心设有曝气头12，通过布气管15与气体流量计14、进气阀16、空气压缩机17相连接，构成曝气系统。厌氧滤池A区及接触氧化F区底部设有硝化液回流口10，通过硝化液回流管19与硝化液回流泵18、调节阀21相连接形成回路，构成硝化液回流系统。

所述的无孔隔板25和带孔隔板26底部配有使其在水平面上沿垂直进水方向滑动的滑槽；封闭隔板27垂直于开孔隔板4及水平面，固定于复合区C中部。

所述的出水区G，其底面设置清理口9，并与水平成15-45度倾角；底面至距离底面1/8-1/5水深区域为沉淀区，由若干斜板8构成；距离底面1/2-3/5水深位置设L型隔板7，与开孔隔板4密封连接；溢流口5与装置主体1运行时的液面高度齐平，通过弯管与出水口6相连接。L型隔板7中心设有投药口28，通过加药管23连接加药泵22，与储药箱24构成投药系统。所述的陶粒2，规格为

密度1.8-2.0g/cm³、比表面积2500-3980m²/m³、孔隙率38-53％；所述的空心球3，规格为

比表面积300-460m²/m³。

基于构建的一体化处理装置，通过试验，形成一种分散型村镇污水强化脱氮除磷方法，采用的技术路线可分为以下3步：

①调节原污水的磷负荷，改变控制参数，确定合适的化学药剂，最佳投药浓度和投加量，测试除磷效果。

②调节原污水的氮负荷，合理控制硝化液回流体积比，曝气量，水力停留时间等参数，确定一体化装置的最佳运行方式，测试脱氮效果。

③模拟分散型村镇污水的实际排放情况，改变污染物负荷，测试复合区功能的改变对冲击负荷的适应性，增加应用可行性。

本发明产生的分散型村镇污水强化脱氮除磷方法的技术原理：

分格后的装置主体避免了进水后完全混合流态的出现，创造出推流状态，提升反应推动力，分为七格较好地做到了反应效率与经济成本间的平衡。原水在厌氧滤池中实现水解酸化；通过陶粒的吸附实现碳源的保存，为反硝化提供电子供体；在陶粒间的过滤可有效截留悬浮物；在接触氧化池中实现有机物的进一步降解及硝化，产生的硝化液回流至厌氧滤池反硝化，控制回流体积比可实现深度脱氮；合理控制接触氧化池的溶解氧浓度，可利用空心球上附着的生物膜形成的“微环境”实现同步硝化反硝化脱氮。磷的去除有两种途径，少量通过微生物的同化作用，靠水力冲刷使生物膜脱落，沉积在沉淀区，定期清除；绝大多数通过在化学除磷区投药，形成沉淀去除。

具体方法为：原水由进水口13流入装置主体1，在厌氧滤池A区，厌氧滤池B区共停留2.0-3.0h，进行有机物的水解酸化，原水在陶粒2间过滤，部分悬浮物被截留，同时部分短链有机物被吸附，作为反硝化的碳源，完成原d水中以化学需氧量COD计的20-30％的有机物降解后，污水进入复合区C。当原水氨氮质量浓度超过45mg/L时，将无孔隔板25与带孔隔板26沿各自对应的底部滑槽移动，使其位置沿进水方向分别与厌氧滤池H区和接触氧化I区相重合，复合区C转换为接触氧化I区，控制水力停留时间在30-40min，调节供气量，控制溶解氧(DO)浓度在1.5-2.0mg/L，增加硝化效果。当原水COD质量浓度超过500mg/L，或者氨氮质量浓度超过45mg/L同时COD质量浓度超过500mg/L时，将无孔隔板25与带孔隔板26沿各自对应的底部滑槽在水平面上沿垂直进水方向移动，使其位置沿进水方向分别与接触氧化I区和厌氧滤池H区相重合，复合区C转换为厌氧滤池H区，控制水力停留时间在30-45min，强化水解酸化效果，降低后续处理负荷。流经复合区C后，污水依次经过接触氧化D区，接触氧化E区，接触氧化F区，通过渐减曝气的方式，控制这三个区域的DO浓度依次为1.4-1.6，0.9-1.1，0.4-0.6mg/L，水力停留时间均为60-80min，接触氧化D区完成有机物的进一步降解及硝化，接触氧化E区、接触氧化F区可利用空心球3上的生物膜内部缺氧，外部好氧的“微环境”实现同步硝化反硝化脱氮，在水力冲刷下，部分生物膜的脱落及微生物的同化作用实现了少量的生物除磷，硝化液自接触氧化F区底部回流至厌氧滤池A区，利用后者内丰富的碳源完成反硝化，回流体积比控制在100％-300％(脱氮率随回流体积比增加而上升，但大于300％时脱氮效果增加不明显，同时增加中间水箱的体积，经济性不佳)，控制接触氧化F区较低的DO浓度显著减少了回流对厌氧滤池A区、厌氧滤池B区运行状态的破坏。经过上述处理后，水流进入出水区G，先在由若干斜板8构成的沉淀区完成初步的固液分离，控制该区的水力停留时间在40-60min，当原水含磷浓度超过0.5mg/L时，启动加药泵22，通过加药管23向投药口28中泵送质量浓度为10-15mg/L的聚合氯化铝溶液，生成的沉淀进入沉淀区，液流上升，通过溢流口5经出水口6排出装置主体1。通过清理口9可定期清理装置内积聚的沉淀物，当实际水力停留时间超过预设值的130％时，认为运行中发生堵塞，对陶粒2和空心球3进行反冲洗。

附图说明

图1为一体化装置的结构示意图。

1-装置主体、2-陶粒、3-空心球、4-多孔隔板、5-溢流口、6-出水口、7-L型隔板、8-斜板、9-清理口、10-硝化液回流口、11-带孔承托板、12-曝气头、13-进水口、14-气体流量计、15-布气管、16-进气阀、17-空气压缩机、18-硝化液回流泵、19-硝化液回流管、20-中间水箱、21-调节阀、22-加药泵、23-加药管、24-储药箱。

图2为一体化装置平面图。

25-无孔隔板、26-带孔隔板、27-封闭隔板、28-投药口。

本发明的有益效果

针对分散型村镇污水的处理，关键问题在于如何实现稳定，经济，卫生，简便的运行效果，与现有装置及方法相比，本发明具有下列优点：

(1)厌氧滤池-接触氧化耦合工艺低产泥率及一体化装置封闭式的特点满足了卫生，简便的管理要求；反应装置内的高生物量缩短了水力停留时间，减少反应区容积，节约基建成本，经济性良好。

(2)装置主体的合理分格创造了反应区内的推流状态，提高了反应效率，单独设置的出水区强化了沉淀作用，可保证出水悬浮物的控制。针对进水的负荷变化，调整隔板位置可实现指定区域的功能改变，强化特定污染物的去除，增加抗冲击负荷能力，无需更换填料，操作简便。

(3)接触氧化区内，合理控制DO浓度，利用载体生物膜形成的内部缺氧外部好氧的“微环境”，可发生同步硝化反硝化脱氮，节约碳源、供气能耗、反应器容积，减少剩余污泥产量。

(4)当原污水磷负荷增大时，设置化学除磷方案，使水流通过化学反应区，与外加药液反应生成沉淀，强化除磷效果，简便易行，高效快捷。

具体实施方式

本发明通过如附图1，2所示的装置实施，容积144L，投加填料后的有效水容积约100L。原水通过泵送由位于装置主体1左侧底端的进水口13进入；出水口6位于装置主体1的右侧上部，与溢流口5通过弯管相连接。带孔隔板4将装置分为七个区域，沿进水方向依次为厌氧滤池A区，厌氧滤池B区，复合区C，接触氧化D区，接触氧化E区，接触氧化F区和出水区G，其中复合区C通过无孔隔板25，封闭隔板27和带孔隔板26分为等容积的两室，沿进水方向，封闭隔板27左侧为厌氧滤池H区，右侧为接触氧化I区，无孔隔板25和带孔隔板26底部配有使其在水平面上沿垂直进水方向滑动的滑槽。厌氧滤池A区、厌氧滤池B区、厌氧滤池H区内布设陶粒2作为填料，规格为

密度1.8-2.0g/cm³，比表面积2500-3980m²/m³，孔隙率38-53％；接触氧化D区、接触氧化E区、接触氧化F区、接触氧化I区内距底面1/12水深处设置多孔承托板11，用以支撑布设其中的填料——空心球3，规格为

比表面积300-460m²/m³，底部中心设有曝气头12，通过布气管15与气体流量计14、进气阀16、空气压缩机17相连接，构成曝气系统。出水区G底面设置清理口9，并与水平成30度倾角，自底面向上1/6水深区域为沉淀区，由若干斜板8构成，距离底面1/2水深位置设L型隔板7，与开孔隔板4密封连接，溢流口5与装置主体1运行时的液面高度齐平，通过弯管与出水口6连接。厌氧滤池A区及接触氧化F区底部设有硝化液回流口10，通过硝化液回流管19与硝化液回流泵18、中间水箱20、调节阀21相连接形成回路，构成硝化液回流系统。L型隔板7中心设有投药口28，通过加药管23连接加药泵22，与储药箱24一起构成投药系统。

试验过程中，通过流量及浓度的变化模拟分散型村镇污水的排放，合理控制参数如供气量，硝化液回流体积比，水力停留时间，好、厌氧区体积比，化学投药量及浓度等，形成有效的强化脱氮除磷方法。

实施方式1

采用含磷浓度较高的村镇污水作为处理对象(pH＝6-8，COD＝300-400mg/L，NH₄ ⁺-N＝35-45mg/L，TN＝40-50mg/L，TP＝3-5mg/L)。无孔隔板25与带孔隔板26的位置沿进水方向分别与厌氧滤池H区和接触氧化I区相重合，复合区C转换为接触氧化I区，装置主体1沿进水方向依次为厌氧滤池A，B区，接触氧化I，D，E，F区和出水区G。根据填料滤速，调节进水流量，控制接触氧化I区、出水区G的水力停留时间分别为30min，40min，厌氧滤池A，B区各为80min，接触氧化D，E，F各为60min，反应的总水力停留时间约为6.83h。控制接触氧化I，D，E，F区内DO浓度依次为2.0，1.5，1.0，0.5mg/L，硝化液回流体积比为100％-200％。在出水区G中部的化学反应区投加质量浓度为10-15mg/L的聚合氯化铝溶液，强化除磷，运行期间不设置反冲洗，定期打开清理口9进行沉淀清理。

实施方式2

采用含有机物、磷浓度较高的村镇污水作为处理对象(pH＝6-8，COD＝500-600mg/L，NH₄ ⁺-N＝35-45mg/L，TN＝40-50mg/L，TP＝3-5mg/L)。无孔隔板25与带孔隔板26的位置沿进水方向分别与接触氧化I区和厌氧滤池H区相重合，复合区C转换为厌氧滤池H区，装置主体1沿进水方向依次为厌氧滤池A，B，H区，接触氧化D，E，F区和出水区G，根据填料滤速，调节进水流量，控制厌氧滤池H区、出水区G的水力停留时间均为40min，厌氧滤池A，B区各为80min，接触氧化D，E，F区各为60min，反应的总水力停留时间为7.0h。控制接触氧化I，D，E，F区内DO浓度依次为2.0，1.5，1.0，0.5mg/L左右，硝化液回流体积比为100％-200％。在出水区G中部的化学反应区投加质量浓度为10-15mg/L的聚合氯化铝溶液，强化除磷，运行期间不设置反冲洗，定期打开清理口9进行沉淀清理。

实施方式3

采用含氨氮、磷浓度较高的村镇污水作为处理对象(pH＝6-8，COD＝300-400mg/L，NH₄ ⁺-N＝50-55mg/L，TN＝55-60mg/L，TP＝3-5mg/L)。无孔隔板25与带孔隔板26的位置沿进水方向分别与厌氧滤池H区和接触氧化I区相重合，复合区C转换为接触氧化I区，装置主体1沿进水方向依次为厌氧滤池A，B区，接触氧化I，D，E，F区和出水区G。根据填料滤速，调节进水流量，控制接触氧化I区、出水区G的水力停留时间分别为30min，40min，厌氧滤池A，B区各为80min，接触氧化D，E，F区各为60min，反应的总水力停留时间为6.83h。控制接触氧化I，D，E，F区内DO浓度依次为2.5，2.0，1.5，0.5mg/L，硝化液回流体积比为300％。在出水区G中部的化学反应区投加质量浓度为10-15mg/L的聚合氯化铝溶液，强化除磷，运行期间不设置反冲洗，定期打开清理口9进行沉淀清理。

在3种实施方式下，利用该种一体化处理装置，合理调节运行参数，可强化脱氮除磷，出水TN小于15mg/L，COD小于50mg/L，TP小于0.5mg/L，符合《城镇污水厂排放标准(GB18918-2002)》的一级A水质要求。

Claims

1.一种应用分散型村镇污水强化脱氮除磷的一体化装置的方法，所述一种分散型村镇污水强化脱氮除磷的一体化装置，结构如下：

进水口和出水口分别位于装置主体的左侧底端和右侧上部；开孔隔板将装置主体分为七个区域，沿进水方向依次为厌氧滤池A区，厌氧滤池B区，复合区C，接触氧化D区, 接触氧化E区, 接触氧化F区和出水区G；其中复合区C通过无孔隔板、封闭隔板、带孔隔板分为等容积的两室，沿进水方向，封闭隔板左侧为厌氧滤池H区，右侧为接触氧化I区；厌氧滤池A区、厌氧滤池B区、厌氧滤池H区内布设陶粒作为填料；接触氧化D区、接触氧化E区、接触氧化F区、接触氧化I区内距底面1/15-1/10水深处设置多孔承托板，用以支撑布设其中的填料——空心球；接触氧化D区、接触氧化E区、接触氧化F区、接触氧化I区底部中心设有曝气头，通过布气管与气体流量计、进气阀、空气压缩机相连接，构成曝气系统；厌氧滤池A区及接触氧化F区底部设有硝化液回流口，通过硝化液回流管与硝化液回流泵、调节阀相连接形成回路，构成硝化液回流系统；

所述的无孔隔板和带孔隔板底部配有使其在水平面上沿垂直进水方向滑动的滑槽；封闭隔板垂直于开孔隔板及水平面，固定于复合区C中部；

所述的出水区G，其底面设置清理口，并与水平成15-45度倾角；底面至距离底面1/8-1/5水深区域为沉淀区，由若干斜板构成；距离底面1/2-3/5水深位置设L型隔板，与开孔隔板密封连接；溢流口与装置主体运行时的液面高度齐平，通过弯管与出水口相连接；L型隔板中心设有投药口，通过加药管连接加药泵，与储药箱构成投药系统；

所述的陶粒，规格为φ4-8mm、密度1.8-2.0g/cm³、比表面积2500-3980m²/m³、孔隙率38-53%；所述的空心球，规格为φ25-38mm、比表面积300-460 m²/m³；

其特征在于：

原水由进水口流入装置主体，在厌氧滤池A区，厌氧滤池B区共停留2.0-3.0h，进行有机物的水解酸化，原水在陶粒间过滤，部分悬浮物被截留，同时部分短链有机物被吸附，作为反硝化的碳源，完成原水中以化学需氧量COD计的20-30%的有机物降解后，污水进入复合区C；

当原水氨氮质量浓度超过45mg/L时，将无孔隔板与带孔隔板沿各自对应的底部滑槽移动，使其位置沿进水方向分别与厌氧滤池H区和接触氧化I区相重合，复合区C转换为接触氧化I区，控制水力停留时间在30-40min，调节供气量，控制溶解氧DO浓度在1.5-2.0mg/L；当原水COD质量浓度超过500mg/L，或者氨氮质量浓度超过45mg/L同时COD质量浓度超过500mg/L时，将无孔隔板与带孔隔板沿各自对应的底部滑槽在水平面上沿垂直进水方向移动，使其位置沿进水方向分别与接触氧化I区和厌氧滤池H区相重合，复合区C转换为厌氧滤池H区，控制水力停留时间在30-45min；

经过厌氧滤池A区，厌氧滤池B区处理的污水流经复合区C后，依次经过接触氧化D区，接触氧化E区，接触氧化F区，通过渐减曝气的方式，控制这三个区域的DO浓度依次为1.4-1.6，0.9-1.1，0.4-0.6mg/L，水力停留时间均为60-80min，接触氧化D区完成有机物的进一步降解及硝化，接触氧化E区、接触氧化F区利用空心球上的生物膜实现同步硝化反硝化脱氮，在水力冲刷下，部分生物膜的脱落及微生物的同化作用实现少量的生物除磷，硝化液自接触氧化F区底部回流至厌氧滤池A区，利用后者内丰富的碳源完成反硝化，回流体积比控制在100%-300%；

污水进入出水区G，先在由若干斜板构成的沉淀区完成初步的固液分离，控制该区的水力停留时间在40-60min，当原水含磷浓度超过0.5mg/L时，启动加药泵，通过加药管向投药口中泵送质量浓度为10-15mg/L的聚合氯化铝溶液，生成的沉淀进入沉淀区，液流上升，通过溢流口经出水口排出装置主体。