CN103387311B - 一种污水处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体公开一种污水处理装置和方法。所述装置包括进水系统、污水好氧反应池、污泥厌氧反应池、氮磷处理系统、出水系统、剩余污泥处理系统；所述污泥厌氧反应池包括厌氧主反应区及沉淀交换区；氮磷处理系统为包括药剂混合反应区及沉淀区的鸟粪石氮磷处理系统。所述装置能同时实现剩余污泥的减量及氮磷污染物的高效去除，污泥减量化效果好且稳定，氮磷污染物去除效果明显，建筑成本及运行成本低，具有长远的经济效益、环境效益与社会效益，并能实现全过程的自动化管理。

Description

一种污水处理装置和方法

技术领域

本发明属于污水处理工艺领域，具体涉及一种污水处理装置和方法。

背景技术

活性污泥法因其具有较高的有机污染物去除效果而广泛应用于城市污水处理厂。然而，现行的活性污泥法工艺运行费用相对较高，其中剩余污泥的处理、处置占了很大比重，通常在30%~60%左右，且大部分污泥经过脱水（含水率80%左右）后直接进行填埋处理，这一方面产生了巨大的费用，另一方面也带来了严重的二次污染问题。此外，传统的生物脱氮除磷工艺具有同时脱除碳、氮、磷且处理成本低等优点而得到广泛应用，但脱氮除磷过程中往往无法同时兼顾脱氮和除磷的要求。实际应用中氮和磷的排放量都难以达到国家污水处理的相应标准，严重影响了污水处理效果。

    因此，如何减少污泥处置费用及减轻二次污染问题，并且能够解决同时高效脱氮除磷的矛盾，找到适合经济发展需要和达到排放标准的工艺技术，是目前污水处理工艺中亟待解决的主要问题。

    基于传统脱氮除磷工艺中存在的弊端，近年来国内外研究者提出生物除磷脱氮新工艺，如基于传统工艺的改良A²/O工艺、BICT工艺等，或是基于新理论的反硝化除磷、短程硝化反硝化、厌氧氨氧化工艺等。这些新工艺对数控和运行条件要求比较高，并且其机理、工艺设计及其影响因素仍处在探索阶段，在短期内无法得到有效推广和普及。

    在污泥减量方面，实际工程中通常是在污水处理系统中污泥回流段加入化学（臭氧、酸或碱）或物理（热处理、超声破碎或机械处理）处理单元，剩余污泥可减少60%以上，甚至可以完全去除，但化学或物理处理的成本高昂，同时会增加曝气池有机负荷和曝气能耗，影响工艺的实用性。也可在工艺中加入解偶联剂，污泥减量率可以达到50%~80%，但该方法所投加的解偶联剂可能会对微生物造成过度的毒害作用，影响工艺本身的污染物处理性能，且增加了运行成本。生物污泥减量技术则是通过改变微生物生存环境及其本身的作用实现污泥减化，其中的好氧-沉淀-厌氧(OSA)工艺是在污水处理过程中同时实现污泥减量化的一种新工艺，其实质是在常规活性污泥工艺污泥回流段接入一特定的厌氧污泥反应器，使微生物处于好氧和厌氧交替运行环境中。与化学、物理技术相比，该工艺在不影响出水水质的前提下能够实现污泥的20%~60%减量化效果，且运行费用低、无二次污染。然而，OSA工艺在一定程度上改变了原好氧活性污泥中的微生物种群结构以及污泥性质，在污泥减量化效果的同时，影响了系统污泥活性，进而影响工艺的污水处理效果，如加重了工艺系统氮磷污染物负担，从而使得出水总氮总磷增加。

由此可见，在现有的污水处理工艺中，化学、物理、生物工艺技术处理剩余污泥或者生物除磷脱氮新工艺都普遍存在一些问题，无法在污水处理工艺中同时实现剩余污泥及氮磷污染物的高效去除。而OSA工艺具有较大污泥减量潜能，因此不断地优化改良OSA工艺，完善该工艺各方面的性能，充分发挥OSA污泥减量化效果，并加以改进以实现氮磷污染物的高效去除，对推广OSA污水处理工艺的应用有着极其重要的意义。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种污水处理装置，所述装置能同时实现污水中剩余污泥减量及氮磷高效去除。

本发明的另一个目的是提供一种污水处理的方法。

本发明通过以下技术方案实现上述目的：

一种污水处理装置，包括进水系统、污水好氧反应池、污泥厌氧反应池、氮磷处理系统、出水系统、剩余污泥处理系统；

进水系统与污水好氧反应池相连，污水好氧反应池与污泥厌氧反应池、剩余污泥处理系统及出水系统相连，污泥厌氧反应池与氮磷处理系统及剩余污泥处理系统相连；为了保证污泥厌氧反应池的厌氧反应效果以及后续工艺脱氮除磷的反应条件，所述污泥厌氧反应池包括厌氧主反应区及沉淀交换区；为了保证氮磷处理系统能同时高效脱氮除磷并回收富磷污泥，所述氮磷处理系统为包括药剂混合反应区及沉淀区的鸟粪石氮磷处理系统。

优选地，为了提供较好的厌氧反应条件并为后续工艺脱氮除磷提供较好的反应环境，所述污泥厌氧反应池分为两格。第一格为厌氧主反应区，设置搅拌装置进行搅拌，使厌氧污泥混合均匀；第二格为沉淀交换区，从第一格底部流出的厌氧污泥进入第二格进行沉淀，停留时间为60min以上，经第二格沉淀的污泥从底部流出交换至所述污水好氧反应池继续反应。

优选地，为了消除表层浮渣对剩余污泥处理的影响，所述污泥厌氧反应池顶部设置表层浮渣去除装置，将浮渣刮除后再进行污泥厌氧反应池剩余污泥的处理；为了实现泥水分离以达到较好的鸟粪石氮磷处理效果，所述污泥厌氧反应池沉淀交换区中上部设置筛网，将经筛网过滤后的污泥上清液从沉淀交换区中上部排入所述氮磷处理系统中；为了保持筛网不堵塞，所述污泥厌氧反应池设置反冲洗管道，利用过滤后的上清液定期反向冲洗筛网。

优选地，为了实现污水高效脱氮除磷效果并回收富磷污泥，所述氮磷处理系统为鸟粪石氮磷处理系统，经污泥厌氧反应池处理后的污泥上清液进入氮磷处理系统，系统分为两格。第一个格为药剂混合反应区域，设置搅拌装置进行搅拌，使药剂混合均匀；第二个格为沉淀区，同时回收经污泥脱水的富含鸟粪石的沉淀区污泥，脱水滤液以及沉淀区上清液均回流至所述污水好氧反应池继续反应。

优选地，为了调节污水好氧反应池曝气量并且使其中的污泥处于充分混合状态，所述污水好氧反应池设有风机、搅拌装置和曝气装置。

优选地，为了缩小污泥体积并实现污泥脱水达到脱泥的目的，所述剩余污泥处理系统包括相互连接的污泥浓缩池和污泥脱水池。

优选地，为了控制进出水以及反应器内污泥的流量，所述进水系统通过进水泵与污水好氧反应池相连，出水系统通过出水泵与污水好氧反应池相连，出水系统还通过管路进行出水排放；污水好氧反应池与污泥厌氧反应池的出流污泥通过管路进入剩余污泥处理系统，污水好氧反应池中的好氧沉降污泥通过好氧污泥回流泵进入污泥厌氧反应池，污泥厌氧反应池的厌氧污泥通过厌氧污泥回流泵从底部交换污泥至污水好氧反应池继续反应，通过好氧污泥回流泵及厌氧污泥回流泵实现污泥在好氧-厌氧两反应池之间的循环交换流动，从而起到高效去除污泥的作用；污泥厌氧反应池污泥上清液通过管路进入氮磷处理系统，氮磷处理系统通过管路回流污泥脱水滤液以及沉淀区上清液至污水好氧反应池继续反应，氮磷处理系统还通过管路进行污泥脱水并回收富含鸟粪石的沉淀区污泥，从而获得高效脱氮除磷效果。

    优选地，为了实现自动化控制和智能管理，所述进水系统、污水好氧反应池、污泥厌氧反应池和出水系统分别与微电子时序自动控制系统相连。

一种污水处理方法，包括如下步骤：

S1.污水通过进水系统及进水泵进入污水好氧反应池。污水好氧反应池出流污泥混合液引入污泥厌氧反应池时，首先进入污泥厌氧反应池第一格---厌氧主反应区，通过搅拌装置使厌氧污泥混合均匀，保证污泥厌氧反应池的厌氧效果。然后厌氧污泥进入污泥厌氧反应池第二格---沉淀交换区，从第一格底部流出的厌氧污泥进入第二格进行沉淀，停留时间为60min以上，经第二格沉淀的污泥从底部流出交换至污水好氧反应池继续反应，交换时间从好氧反应池进水时开始进行。当污泥进入污泥厌氧反应池时，有机底物已消耗殆尽，且污泥浓度较高(>10000mg/L)，污泥处于完全饥饿状态，以达到改变污泥性质的目的，从而实现污泥产率的降低，而通过改良污泥厌氧反应池并增加沉淀交换区这一运行方式进一步强化了工艺污泥厌氧反应池的厌氧效果。出水通过与污水好氧反应池相连接的出水系统及出水泵进行排放。

S2. 氮磷处理系统通过投加碱和镁盐而生成鸟粪石沉淀的方式实现同时脱氮除磷的效果。经污泥厌氧反应池中上部的筛网过滤后的污泥上清液排入氮磷处理系统，氮磷处理系统为包括药剂混合反应区及沉淀区的鸟粪石氮磷处理系统。污泥上清液首先进入氮磷处理系统第一格---药剂混合反应区，药剂投加在污泥厌氧反应池至氮磷处理系统之间的管道中，同时设置搅拌装置进行搅拌，使药剂混合均匀。然后进入氮磷处理系统第二格---沉淀区，沉淀区的沉淀污泥富含鸟粪石，经单独污泥脱水后可作为磷肥回用于农业，脱水滤液以及沉淀区上清液均回流至污水好氧反应池继续反应，从污水好氧反应池曝气时段开始进行交换回流，从而消除滤液中相对较高的pH对好氧反应池的不利影响。

S3.周期性地抽取污水好氧反应池中约5%-10%的好氧沉降污泥进入污泥厌氧反应池中，在厌氧条件下进行反应，并且抽取等量污泥厌氧反应池的污泥进入污水好氧反应池内，通过好氧污泥回流泵及厌氧污泥回流泵实现污泥在好氧-厌氧两反应池之间的循环交换流动，从而起到高效去除污泥的作用。

S4.污水好氧反应池与污泥厌氧反应池中的剩余污泥通过剩余污泥处理系统处理后进行排放。污泥厌氧反应池顶部设置表层浮渣去除装置，将浮渣刮除后再进行污泥厌氧反应池剩余污泥的处理，从而消除表层浮渣对剩余污泥处理的影响；污泥厌氧反应池沉淀交换区中上部设置筛网，将经筛网过滤后的污泥上清液从沉淀交换区中上部排入氮磷处理系统，从而实现泥水分离以达到较好的鸟粪石氮磷处理效果；污泥厌氧反应池设置反冲洗管道，利用过滤后的上清液定期反向冲洗筛网，以保持筛网不堵塞。

本发明所述的新型污水处理装置，是在原有的SBR型OSA工艺的基础上进行改良优化。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

（1）污泥减量化效果好且稳定。

通过改良污泥厌氧反应池并增加沉淀交换区这一运行方式强化了污泥厌氧反应池的厌氧效果，泥水分离的实现为后续工艺脱氮除磷提供了良好的反应条件，并通过定期进行污泥厌氧反应池与污水好氧反应池之间的污泥交换，增加了OSA工艺污泥减量化效能，降低工艺运行费用，减少污泥二次污染。

（2）氮磷污染物去除效果明显。

经污泥厌氧反应池处理后的污泥上清液进入鸟粪石氮磷处理系统，同时回收经污泥脱水的富磷污泥，脱水滤液以及沉淀区上清液回流至污水好氧反应池继续反应。工艺可实现同时脱氮除磷，以减轻污水好氧反应池内氮素的负担和污泥厌氧反应池磷素的累积，改善提高OSA工艺系统污水处理性能，使氮磷污染物的排放量都能达到国家污水处理的相应标准，并能形成可回用于农业的富磷污泥，具有经济效益和环境效益。

（3）工艺的自动化智能管理。

增加了微电子时序自动控制系统，通过设定进出水、曝气搅拌、污泥交换等的时序，从而可实现工艺的自动化控制和智能管理。

（4）广阔的发展前景。

改良OSA工艺能同时实现剩余污泥的减量及氮磷污染物的高效去除，建筑成本及运行成本低，可有效改善市政污水及污泥的现状，其可靠性强且适用范围广，具有长远的经济效益、环境效益与社会效益，在实际应用中显示出广阔的发展前景。

附图说明

图1.本发明污水处理装置的结构示意图。

附图标记表：1进水系统；2污水好氧反应池；3污泥厌氧反应池；4氮磷处理系统；5出水系统；6剩余污泥处理系统；7厌氧主反应区；8沉淀交换区；9污泥浓缩池；10污泥脱水池；11进水泵；12好氧污泥回流泵；13厌氧污泥回流泵；14出水泵；15微电子时序自动控制系统；16搅拌装置；17曝气装置；18风机；19药剂混合反应区；20沉淀区；21表层浮渣去除装置；22、筛网；23反冲洗管道；24富磷污泥脱水池。

图2.本发明污水处理工艺示意图。

图3.本发明OSA工艺时序设定示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作出进一步地详细阐述，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。

实施例1

装置的构建：一种污水处理装置（参照说明书附图1）。所述装置包括进水系统1、污水好氧反应池2、污泥厌氧反应池3、氮磷处理系统4、出水系统5、剩余污泥处理系统6及微电子时序自动控制系统15。

所述进水系统1通过进水泵11与污水好氧反应池2相连，出水系统5通过出水泵14与污水好氧反应池2相连，污水好氧反应池2与污泥厌氧反应池3的出流污泥通过管路进入剩余污泥处理系统6，污水好氧反应池2中的好氧沉降污泥通过好氧污泥回流泵12进入污泥厌氧反应池3，污泥厌氧反应池3的厌氧污泥通过厌氧污泥回流泵13从底部交换污泥至污水好氧反应池2继续反应；污泥厌氧反应池3的污泥上清液通过管路进入氮磷处理系统4，氮磷处理系统4通过管路回流污泥脱水滤液以及沉淀区上清液至污水好氧反应池2继续反应，氮磷处理系统4还通过富磷污泥脱水池24进行单独污泥脱水并回收富含鸟粪石的沉淀区污泥。

为了保证污泥厌氧反应池的厌氧反应效果以及后续工艺脱氮除磷的反应条件，所述污泥厌氧反应池3包括厌氧主反应区7及沉淀交换区8；第一格为厌氧主反应区7，设置搅拌装置16进行搅拌，使厌氧污泥混合均匀；第二格为沉淀交换区8，从第一格底部流出的厌氧污泥进入第二格进行沉淀，停留时间为60min以上，经第二格沉淀的污泥从底部流出交换至所述污水好氧反应池2继续反应。

为了消除表层浮渣对剩余污泥处理的影响，所述污泥厌氧反应池3顶部设置表层浮渣去除装置21，将浮渣刮除后再进行污泥厌氧反应池剩余污泥的处理；为了实现泥水分离以达到较好的鸟粪石氮磷处理效果，所述污泥厌氧反应池的沉淀交换区8中上部设置筛网22，将经筛网过滤后的污泥上清液从沉淀交换区8中上部排入所述氮磷处理系统4；为了保持筛网22不堵塞，所述污泥厌氧反应池3设置反冲洗管道23，利用过滤后的上清液定期反向冲洗筛网22。

为了实现污水高效脱氮除磷效果并回收富磷污泥，所述氮磷处理系统4为包括药剂混合反应区19及沉淀区20的鸟粪石氮磷处理系统，经污泥厌氧反应池3处理后的污泥上清液进入氮磷处理系统4。氮磷处理系统4第一个格为药剂混合反应区19，设置搅拌装置16进行搅拌，使药剂混合均匀；第二个格为沉淀区20，同时回收经富磷污泥脱水池24进行单独污泥脱水后的富含鸟粪石的沉淀区污泥，脱水滤液以及沉淀区上清液均回流至所述污水好氧反应池2继续反应。

为了调节污水好氧反应池曝气量并且使其中的污泥处于充分混合状态，所述污水好氧反应池设有风机18、搅拌装置16和曝气装置17。

为了缩小污泥体积并实现污泥脱水达到脱泥的目的，所述剩余污泥处理系统6包括污泥浓缩池9和污泥脱水池10。

为了实现工艺的自动化控制和智能管理，所述进水系统1、污水好氧反应池2、污泥厌氧反应池3和出水系统5分别与微电子时序自动控制系统15相连。

实施例2

使用实施例1构建的装置，进行能同时实现剩余污泥减量及氮磷高效去除的污水处理方法，处理流程见图2。具体方法如下：

（1）污水通过进水系统1及进水泵11进入污水好氧反应池2，通过风机18及曝气装置17调节曝气量，通过搅拌装置16使污水好氧反应池2反内污泥处于充分混合状态。

（2）污水好氧反应池2出流污泥混合液引入污泥厌氧反应池3内，首先进入污泥厌氧反应池第一格---厌氧主反应区7，然后进入污泥厌氧反应池第二格---沉淀交换区8，经第二格沉淀的污泥从底部流出交换至污水好氧反应池2继续反应，通过改良污泥厌氧反应池并增加沉淀交换区这一运行方式进一步强化了工艺污泥厌氧反应池的厌氧效果。污泥厌氧反应池3设置表层浮渣去除装置21、筛网22以及反冲洗管道23。

（3）经污泥厌氧反应池3中上部的筛网22过滤后的污泥上清液排入氮磷处理系统4进行脱氮除磷处理。污泥上清液首先进入氮磷处理系统4第一格---药剂混合反应区19，药剂投加在污泥厌氧反应池3至氮磷处理系统4之间的管道中，通过搅拌装置16搅拌使药剂混合均匀。然后进入氮磷处理系统4第二格---沉淀区20，沉淀污泥经富磷污泥脱水池24进行单独污泥脱水后可作为磷肥回用于农业，脱水滤液以及沉淀区上清液均回流至污水好氧反应池2继续反应。

（4）周期性抽取污水好氧反应池2中约5%-10%的好氧沉降污泥进入污泥厌氧反应池3中，在厌氧条件下进行反应，并且抽出等量污泥厌氧反应池3的污泥进入污水好氧反应池2内，实现污泥在好氧-厌氧两反应池之间的循环交换流动，两反应池的污泥交换通过好氧污泥回流泵12及厌氧污泥回流泵13完成。

（5）污水好氧反应池2与污泥厌氧反应池3中的剩余污泥进入剩余污泥处理系统6，通过污泥浓缩池9和污泥脱水池10进行处理后排放；出水通过与污水好氧反应池2相连接的出水系统5及出水泵14进行排放。

（6）改良SBR-OSA工艺系统在相同的时序设置及同一人工污水水源的条件下，采用24小时连续动态运行方式，系统进水、静沉、出水、泥交换每日循环4个周期，每个运行周期为6 h。每周期进水时间为50 min，进水量1250 mL，流量25 mL/min。每套工艺系统每日进水总量均为5 L。每周期出水时间为10 min，出水量1250 mL，流量125 mL/min。每套系统同时同步运行，从而实现进水、出水、曝气搅拌、静沉、闲置和污泥交换的全程自动化运行（见图3）。

通过实际应用工艺进一步说明本发明方法的实施效果。

（1）减量化效果

采用本发明实施例所述的装置和方法进行处理，原工艺的表观产泥率0.288KG-MLSS/KG-COD，加入新型OSA工艺后下降到0.151KG-MLSS/KG-COD，得到48%的减量化效果；而考虑出水SS累计后计算所得的原工艺和新型OSA工艺的实际产泥率分别为0.336和0.211 KG-MLSS/KG-COD，取得了38%的减量化效果。两种条件下计算得到的减量化效果都说明基于本发明方法的工艺发生了明显的减量化效果。

（2）氮磷去除效果

采用本发明的装置和工艺后，出水氨氮浓度平均在1mg/L左右，系统对氨氮达到94%以上的去除率，氨氮的出水水质能完全达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。工艺运行期间，TN平均进水浓度为22.89mg/L，TN平均出水浓度为12.86mg/L，工艺对TN的去除率都保持在50%左右，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

工艺运行期间，TP平均进水浓度达到2.9mg/L， 新型OSA反应器中污泥上清液TP浓度基本在60mg/L左右，排出的剩余污泥上清液TP在1.5mg/L左右，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级标准。

Claims (1)

1.一种污水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1.污水通过进水系统及进水泵进入污水好氧反应池进行好氧反应后，污水好氧反应池出流污泥混合液引入污泥厌氧反应池时，首先进入厌氧主反应区，通过搅拌装置使厌氧污泥混合均匀，保证污泥厌氧反应池的厌氧效果；然后厌氧污泥进入沉淀交换区进行沉淀，停留时间为60min以上，经沉淀交换区沉淀的污泥交换至污水好氧反应池继续反应，交换时间从污水好氧反应池进水时开始进行；

S2. 经污泥厌氧反应池中上部的筛网过滤后的污泥上清液排入鸟粪石氮磷处理系统，污泥上清液首先进入药剂混合反应区，药剂投加在污泥厌氧反应池至鸟粪石氮磷处理系统之间的管道中，所述药剂为碱和镁盐，同时设置搅拌装置进行搅拌，使药剂混合均匀；然后进入沉淀区，沉淀区的沉淀污泥富含鸟粪石，经单独污泥脱水后可作为磷肥回用于农业，脱水滤液以及沉淀区上清液均回流至污水好氧反应池继续反应，从污水好氧反应池曝气时段开始进行交换回流，从而消除滤液中相对较高的pH对好氧反应池的不利影响；

S3.周期性地抽取污水好氧反应池中5～10%的好氧沉降污泥进入污泥厌氧反应池中，并且抽取等量污泥厌氧反应池的污泥进入污水好氧反应池内，通过好氧污泥回流泵及厌氧污泥回流泵实现污泥在好氧-厌氧两反应池之间的循环交换流动，从而起到去除污泥的作用；

S4.污水好氧反应池与污泥厌氧反应池中的剩余污泥通过剩余污泥处理系统处理后进行排放。