CN104003586B - 一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统及处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统及处理工艺，包括具有沉砂功能的进水调节池、立体组合平板式格栅、预缺氧池、厌氧池、单沟道氧化沟和设置于氧化沟内的笼式填料系统和具有二沉池功能的MBR系统；进水调节池与立体组合式平板格栅相连，立体组合式平板格栅与预缺氧池和厌氧池相连，预缺氧池和厌氧池连通，厌氧池与单沟道氧化沟相连，具有二沉池功能的MBR系统分别与单沟道氧化沟的曝气区和非曝气区的底部连通。本发明提出立体组合式平板格栅，仅通过一次水力提升，即可完成细格栅和超细格栅的过滤作用；在单沟道氧化沟内部设置笼式填料系统和具有二沉池功能的MBR系统等，并充分考虑膜组件故障时的连续运行要求，确保出水的稳定达标。

Description

一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统及处理工艺

技术领域

本发明涉及一种除磷脱氮污水处理系统，尤其是一种适用于小城镇的一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统及处理工艺，属于污水处理技术领域。

背景技术

近年来，我国城镇污水处理工程建设快速发展，截止2014年1月，我国已建成城镇污水处理厂接近3500座，总处理能力达到1.5亿m³/天，但在城市污水处理事业快速发展的同时，中小城镇污水处理事业发展严重滞后，污水处理适用技术严重匮乏、工程建设和运行维护资金不足、运行团队业务水平普遍低下、市场化运作能力不足、系列化成套设备严重紧缺等一系列问题。

我国的城镇污水处理事业即将步入中小城镇污水处理设施建设时代，全国不同省市“十二五”环境治理相关规划也将中小城镇或建制镇污水处理纳入重要的考核指标，根据住房和城乡建设部村镇建设司2011年统计结果，我国19683个建制镇仅建设有1651座污水处理厂，建成率仅为8%，而全国1887个国家级重点镇，建成污水处理厂的不足1300个，仍有500多个国家级重点镇没有建成污水处理厂。可见，开发一种适合我国城镇发展水平和水质水量特征的一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统及处理工艺，实现出水达标排放，同时使污水处理系统地面积减少，相应的减少动力能耗。

按照本发明提供的技术方案，所述一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统，包括进水调节池，其特征是：所述进水调节池与立体组合平板式格栅的进水口连接，立体组合平板式格栅的出水口与预缺氧池连接，预缺氧池与厌氧池底部连通，厌氧池与单沟道氧化沟连接；所述单沟道氧化沟为矩形池体，池体的四周设置弧形导流板，池体由中间的隔板分隔成一侧的非曝气区和另一侧的曝气区，池体的尾端为MBR区，MBR区底部设置与曝气区底部连通的进水口、以及与非曝气区底部连通的出水口，在曝气区设置笼式填料装置，在曝气区底部设置曝气盘。

进一步的，所述进水调节池的底部分为沉砂区和出水区，在出水区设有曝气管，在进水调节池的底部设置污水提升泵。

进一步的，在所述进水调节池中还设有加温装置。

进一步的，所述立体组合平板式格栅包括安装在格栅箱体内的上部格栅和下部格栅，格栅箱体的上部设置格栅进水口，在格栅箱体的下部设置格栅出水口，格栅进水口内侧设置进水槽，进水槽的侧部槽口由第一导流板与上部格栅连接，上部格栅和下部格栅之间设置朝下部格栅一端倾斜的第二导流板，在下部格栅的另一端端部设置栅渣筒。

进一步的，在所述上部格栅和下部格栅上分别设置刮渣组件，该刮组件包括设置在上部格栅或下部格栅两端的齿轮轴，在齿轮轴上绕设链条，链条上设置刮渣板，刮渣板与上部格栅或下部格栅的表面接触。

进一步的，所述上部格栅的孔径为5~8mm，下部格栅的孔径为1~2mm。

进一步的，所述笼式填料装置包括填料笼，填料笼内部装有悬浮填料，填料笼一侧和底部分别设置第一穿孔曝气管和第二穿孔曝气管，第一穿孔曝气管与设置在填料笼内部的底部曝气管连接，第二穿孔曝气管与设置在填料笼侧部的曝气进气管连接。

进一步的，所述MBR区包括MBR池体和设置在MBR池体中的MBR装置，MBR装置的上部设置MBR出水口和MBR进气口，在MBR池体上部设置溢流口。

所述一体化短流程高效除磷脱氮污水处理工艺，其特征是，包括以下步骤：

a、污水进入进水调节池，在进水调节池的沉砂区进行沉砂；

b、将步骤a得到的污水通过污水提升泵进入立体组合平板式格栅，通过上部格栅孔径为5~8mm的孔板过滤后，再通过孔径为1~2mm的下部格栅；

c、将步骤b所得的污水的10%~30%与单沟道氧化沟的回流污泥共同进入预缺氧池，搅拌并停留0.5～1小时，外回流比为100%~300%；

d、将步骤c所得的混合液与步骤b所得的70%~90%的污水共同进入厌氧池4，停留0.5～1小时，进行厌氧释磷；

e、在厌氧池完成厌氧释磷得到的混合液，进入单沟道氧化沟的非曝气区，再由水力推进进入曝气区，非曝气区和曝气区停留时间为5～6小时；其中曝气区的溶解氧浓度为2~3mg/L，非曝气区的溶解氧浓度为0.1~0.5mg/L；

f、单沟道氧化沟的曝气区的混合液进入MBR装置，MBR装置底部的曝气间歇式运行，MBR装置由MBR出水口出水。

所述步骤f中，在曝气停曝时间段，混合液进行沉淀；当停止曝气时，MBR区作为二沉池运行。

本发明具有以下有益效果：（1）本发明针对我国小城镇污水水质水量波动性较强昼夜变化大的特征，采用兼具沉砂效果的进水调节池，缓冲水质水量波动同时，通过曝气旋流实现沉砂除砂效果，在冬季低温条件下，可考虑太阳城水循环系统等加温措施；（2）本发明采用立体组合平板式拦污格栅，细格栅和超细格栅层叠设置，中部通过法兰连接，减少了常规格栅渠道设置的需求；格栅栅板采用孔板结构，实现颗粒物和缠绕物的全拦截，其中上部格栅采用5~8mm孔板，下部格栅采用1~2mm孔板，通过一台设备实现各种类型格栅的全拦截；（3）本发明采用笼式填料系统，填充率和设置点可灵活调整，并可通过预挂膜模式实现填料系统的快速启动，同时将悬浮填料填充在一个笼子里，减少对设备、仪表的磨损；（4）本发明采用兼具二沉池功能的MBR系统，在膜组件故障或更换时，可按二沉池模式运行，实现故障下的装置不间断运行目标，膜组件底部有穿孔曝气系统，按间歇模式运行，实现对膜表面水力冲刷作用，停曝时，通过系统的预沉淀作用实现膜组件的低污泥浓度出水，减轻对膜组件的磨损，提高MBR系统寿命。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为所述进水调节池的立面图。

图3为所述立体组合平板式格栅的立面图。

图4为所述笼式填料装置的立面图。

图5为所述MBR装置的立面图。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

如图1所示：所述一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统包括进水调节池1、立体组合平板式格栅2、预缺氧池3、厌氧池4、单沟道氧化沟5、导流板6、曝气盘7、曝气管8、污水提升泵9、第一导流板10、第二导流板11、齿轮轴12、链条13、刮渣板14、填料笼15、悬浮填料16、非曝气区a、曝气区b、MBR（膜生物反应器）区c、笼式填料装置d、沉砂区A、出水区B、曝气进气管C、第一穿孔曝气管D、底部曝气管E、第二穿孔曝气管F、MBR装置G、MBR进气口H、格栅进水口K1、栅渣筒K2、格栅出水口K3、MBR出水口K、溢流口L、上部格栅M、下部格栅N、MBR池体P、进水槽R等。

如图1所示，本发明包括进水调节池1，进水调节池1与立体组合平板式格栅2的进水口连接，立体组合平板式格栅2的出水口与预缺氧池3连接，预缺氧池3与厌氧池4底部连通，厌氧池4与单沟道氧化沟5连接；所述单沟道氧化沟5为矩形池体，池体的四周设置弧形导流板6，池体由中间的隔板分隔成一侧的非曝气区a和另一侧的曝气区b，池体的尾端为MBR区c，MBR区c底部设置与曝气区b底部连通的进水口、以及与非曝气区a底部连通的出水口，在曝气区b设置笼式填料装置d，在曝气区b底部设置曝气盘7；在所述单沟道氧化沟5中设置水下推进器，以实现水流由MBR区c出水口进入非曝气区、由非曝气区a流向曝气区b、再由曝气区b流向MBR区c进水口（如图1中箭头所示）；也可以在所述单沟道氧化沟5中采用带有曝气功能的转碟或转刷；采用水下推进器时，需要配置水下微孔曝气器；

所述非曝气区a的DO值（溶解氧）为0.1~0.5mg/L，非曝气区a的容积占单沟道氧化沟5容积的40%~45%；所述曝气区b的DO值为2~3mg/L，曝气区b的容积占单沟道氧化沟5容积的40%~45%；所述笼式填料装置d的容积占曝气区b容积的60%~80%；所述MBR区c的容积占单沟道氧化沟5容积的10%~20%；

如图2所示，所述进水调节池1的底部分为沉砂区A和出水区B，在出水区B设有曝气管8，通过曝气达到旋流效果，通过旋流作用达到沉砂效果；在所述进水调节池1的底部设置污水提升泵9，污水经提升后进入立体组合平板式格栅2；如果冬季来水水温较低，可考虑在进水调节池1中增设太阳能水循环系统等加温装置；

如图3所示，所述立体组合平板式格栅2包括安装在格栅箱体内的上格栅M和下格栅N，格栅箱体的上部设置格栅进水口K1，在格栅箱体的下部设置格栅出水口K3，格栅进水口K1内侧设置进水槽R，进水槽R的侧部槽口由第一导流板10与上部格栅M连接，上部格栅M和下部格栅N之间设置朝下部格栅N一端倾斜的第二导流板11，在下部格栅N的另一端端部设置栅渣筒K2；在所述上部格栅M和下部格栅N上分别设置刮渣组件，该刮组件包括设置在上部格栅M或下部格栅N两端的齿轮轴12，在齿轮轴12上绕设链条13，链条13上设置刮渣板14，刮渣板14与上部格栅M或下部格栅N的表面接触；在工作时，进水通过污水提升泵9的提升作用进入格栅箱体内的进水槽R，之后顺序通过上部格栅M和下部格栅N，上部格栅M的孔径为5~8mm，下部格栅N的孔径为1~2mm，对进水的悬浮颗粒、杂质等进行有效去除，上部格栅M和下部格栅N的栅渣共同被刮渣板刮入栅渣筒K2，由螺旋压榨脱水机进行脱水处理，实现对进水悬浮固体的有效去除和栅渣脱水同时完成；

如图4所示，所述笼式填料装置d包括填料笼15，填料笼15内部装有悬浮填料16，填料笼15一侧和底部分别设置第一穿孔曝气管D和第二穿孔曝气管F，第一穿孔曝气管D与设置在填料笼15内部的底部曝气管E连接，第二穿孔曝气管F与设置在填料笼15侧部的曝气进气管C连接；所述第一穿孔曝气管D和底部曝气管E用于向填料笼15中进行曝气，使悬浮填料16和水充分接触；所述第二穿孔曝气管F和曝气管C用于对曝气区b进行曝气；

如图5所示，所述MBR区c包括MBR池体P和设置在MBR池体P中的MBR装置G，MBR装置G的上部设置MBR出水口K和MBR进气口H，在MBR池体P上部设置溢流口L。

实施例一：一种一体化短流程高效除磷脱氮污水处理工艺，包括以下步骤：

a、污水进入进水调节池1，在进水调节池1的沉砂区A进行沉砂作用去除进水中的悬浮固体、泥沙等无机物质，并对进水的水质水量进行有效调节、缓冲；

b、将步骤a得到的污水通过污水提升泵9的提升作用进入立体组合平板式格栅2的进水槽R，由进水槽R槽口的第一导流板10导流跌水至上部格栅M，通过上部格栅M孔径为5mm的孔板过滤作用后，在重力下由第二导流板11引导通过孔径为1mm的下部格栅N，进一步去除进水中的颗粒物和缠绕物；

c、将步骤b所得的污水的10%与单沟道氧化沟5的回流污泥共同进入预缺氧池3，搅拌并停留0.5小时，以去除回流污泥中的硝酸盐氮，外回流比（即回流污泥量与原水进水流量之比）为100%；

d、将步骤c所得的混合液与步骤b所得的90%的污水共同进入厌氧池4，停留1小时，进行厌氧释磷；

e、在厌氧池4完成厌氧释磷得到的混合液，进入单沟道氧化沟5的非曝气区a，利用厌氧池4出水中的慢速碳源或污泥的內源实现对单沟道氧化沟5中硝酸盐氮的去除，之后利用水力推进作用，进入单沟道氧化沟5的曝气区b，进行同时硝化反硝化和部分短程硝化反硝化反应，进行生物脱氮，同时进行好氧吸磷和有机物的去除，非曝气区a和曝气区b停留时间为5小时；其中单沟道氧化沟5曝气区b的溶解氧浓度为2~3mg/L，非曝气区a的溶解氧浓度为0.1~0.5mg/L，曝气区b的笼式填料装置d中设置比表面积大于400m²/m³的悬浮填料，进行挂膜作用，实现硝化菌的有效富集，促进硝化效果；

f、单沟道氧化沟5的曝气区b的混合液进入MBR装置G，MBR装置G底部的曝气间歇式运行，起到对MBR装置G的膜表面的有效冲刷作用，在曝气停曝时间段时，通过混合液的沉淀作用，实现MBR装置G在低污泥浓度下的膜出水，减小对膜组件的磨损，当膜组件出现故障时，可按二沉池模式运行；

g、MBR装置G与单沟道氧化沟5曝气区b的底部连接进口和与非曝气区a的连接出口，实现单沟道氧化沟5的水力循环；

i、MBR区c底部的沉泥按泥龄要求进行排放，进行污泥处理。

实施例二：一种一体化短流程高效除磷脱氮污水处理工艺，包括以下步骤：

a、污水进入进水调节池1，在进水调节池1的沉砂区A进行沉砂作用去除进水中的悬浮固体、泥沙等无机物质，并对进水的水质水量进行有效调节、缓冲；

b、将步骤a得到的污水通过污水提升泵9的提升作用进入立体组合平板式格栅2的进水槽R，由进水槽R槽口的第一导流板10导流跌水至上部格栅M，通过上部格栅M孔径为8mm的孔板过滤作用后，在重力下由第二导流板11引导通过孔径为2mm的下部格栅N，进一步去除进水中的颗粒物和缠绕物；

c、将步骤b所得的污水的30%与单沟道氧化沟5的回流污泥共同进入预缺氧池3，搅拌并停留1小时，以去除回流污泥中的硝酸盐氮，外回流比（即回流污泥量与原水进水流量之比）为300%；

d、将步骤c所得的混合液与步骤b所得的70%的污水共同进入厌氧池4，停留0.5小时，进行厌氧释磷；

e、在厌氧池4完成厌氧释磷得到的混合液，进入单沟道氧化沟5的非曝气区a，利用厌氧池4出水中的慢速碳源或污泥的內源实现对单沟道氧化沟5中硝酸盐氮的去除，之后利用水力推进作用，进入单沟道氧化沟5的曝气区b，进行同时硝化反硝化和部分短程硝化反硝化反应，进行生物脱氮，同时进行好氧吸磷和有机物的去除，非曝气区a和曝气区b停留时间为6小时；其中单沟道氧化沟5曝气区b的溶解氧浓度为2~3mg/L，非曝气区a的溶解氧浓度为0.1~0.5mg/L，曝气区b的笼式填料装置d中设置比表面积大于400m²/m³的悬浮填料，进行挂膜作用，实现硝化菌的有效富集，促进硝化效果；

f、单沟道氧化沟5的曝气区b的混合液进入MBR装置G，MBR装置G底部的曝气间歇式运行，起到对MBR装置G的膜表面的有效冲刷作用，在曝气停曝时间段时，通过混合液的沉淀作用，实现MBR装置G在低污泥浓度下的膜出水，减小对膜组件的磨损，当膜组件出现故障时，可按二沉池模式运行；

g、MBR装置G与单沟道氧化沟5曝气区b的底部连接进口和与非曝气区a的连接出口，实现单沟道氧化沟5的水力循环；

e、MBR区c底部的沉泥按泥龄要求进行排放，进行污泥处理。

实施例三：太湖流域某小城镇排放标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准，在小城镇水质水量昼夜波动大、技术人员短缺、运行维护水平不足等情况下，如何保证出水稳定达标，实现装置无人值守的目标，成为亟待解决的难题。为此提出小城镇一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统，根据工程实际情况，进行试验模拟，具体模拟情况如下：

模拟实验装置由不锈钢材料制成，进水、污泥回流由轴流泵完成，装置设计处理量200m³/天，整个装置原水来自小城镇污水管网末端，整个装置的构筑物主要包括五个区域：具有沉砂功能的进水调节池、立体组合平板式格栅、预缺氧池、厌氧池、单沟道氧化沟，其中预缺氧池停留时间1小时，外回流比100%~300%，回流污泥全部进入预缺氧池，与原水混合、搅拌，去除回流污泥中过量的硝酸盐氮；厌氧池停留时间1小时，预缺氧池混合液和剩余原水在此混合，完成厌氧释磷；而后厌氧池的混合液进入单沟道氧化沟，单沟道氧化沟停留时间为6小时，分为曝气区和非曝气区以及MBR区，非曝气区停留时间为3小时，采用亏氧曝气的运行模式，实现了溶解氧浓度的梯度变化，完成同时硝化反硝化和部分短程硝化反硝化；曝气区停留时间为3小时，完成有机物的去除、生物硝化以及好氧吸磷反应，MBR区停留时间为1h，完成装置的最终过滤出水。

模拟试验结果表明：该模拟工艺在短水力停留时间条件下实现了出水稳定达标，较传统A2/O工艺，停留时间节省20%以上；通过兼具沉砂功能调节池较好的实现了对进水的水质水量条件和除砂，立体组合平板式拦污格栅较传统格栅节省了占地和备用量，运行维护简单，对进水颗粒物和缠绕物去除效果明显；单沟道氧化沟实现了同时硝化反硝化和部分短程硝化反硝化，不仅节省了碳源，而且提高了进水中慢速碳源的利用率，笼式填料系统强化了系统的硝化能力，兼具二沉池功能的MBR系统，保障了出水的连续性和稳定性；小城镇一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统较好的解决了进水水质水量波动对工艺的冲击负荷，在进水水质平均日变化系数3，水量平均日变化系数2的情况下，工艺出水稳定达到一级标准A标准的要求。

本发明提出兼具沉砂功能的调节池、立体组合平板式拦污格栅、配套笼式填料系统和兼具二沉池功能的MBR系统等，在生物系统总停留时间不足8小时的情况下，实现了出水一级A达标排放，同时实现使污水处理系统地面积减小20%以上，同时相应的减少了动力能耗。

Claims (7)

1.一种一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统，包括进水调节池（1），其特征是：所述进水调节池（1）与立体组合平板式格栅（2）的进水口连接，立体组合平板式格栅（2）的出水口与预缺氧池（3）连接，预缺氧池（3）与厌氧池（4）底部连通，厌氧池（4）与单沟道氧化沟（5）连接；所述单沟道氧化沟（5）为矩形池体，池体的四周设置弧形导流板（6），池体由中间的隔板分隔成一侧的非曝气区（a）和另一侧的曝气区（b），池体的尾端为MBR区（c），MBR区（c）底部设置与曝气区（b）底部连通的进水口、以及与非曝气区（a）底部连通的出水口，在曝气区（b）设置笼式填料装置（d），在曝气区（b）底部设置曝气盘（7）；

所述进水调节池（1）的底部分为沉砂区（A）和出水区（B），在出水区（B）设有曝气管（8），在进水调节池（1）的底部设置污水提升泵（9）；

所述笼式填料装置（d）包括填料笼（15），填料笼（15）内部装有悬浮填料（16），填料笼（15）一侧和底部分别设置第一穿孔曝气管（D）和第二穿孔曝气管（F），第一穿孔曝气管（D）与设置在填料笼（15）内部的底部曝气管（E）连接，第二穿孔曝气管（F）与设置在填料笼（15）侧部的曝气进气管（C）连接；

所述立体组合平板式格栅（2）包括安装在格栅箱体内的上部格栅（M）和下部格栅（N），格栅箱体的上部设置格栅进水口（K1），在格栅箱体的下部设置格栅出水口（K3），格栅进水口（K1）内侧设置进水槽（R），进水槽（R）的侧部槽口由第一导流板（10）与上部格栅（M）连接，上部格栅（M）和下部格栅（N）之间设置朝下部格栅（N）一端倾斜的第二导流板（11），在下部格栅（N）的另一端端部设置栅渣筒（K2）。

2.如权利要求1所述的一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统，其特征是：在所述进水调节池（1）中还设有加温装置。

3.如权利要求1所述的一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统，其特征是：在所述上部格栅（M）和下部格栅（N）上分别设置刮渣组件，该刮渣组件包括设置在上部格栅（M）或下部格栅（N）两端的齿轮轴（12），在齿轮轴（12）上绕设链条（13），链条（13）上设置刮渣板（14），刮渣板（14）与上部格栅（M）或下部格栅（N）的表面接触。

4.如权利要求1所述的一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统，其特征是：所述上部格栅（M）的孔径为5~8mm，下部格栅（N）的孔径为1~2mm。

5.如权利要求1所述的一体化短流程高效除磷脱氮污水处理系统，其特征是：所述MBR区（c）包括MBR池体（P）和设置在MBR池体（P）中的MBR装置（G），MBR装置（G）的上部设置MBR出水口（K）和MBR进气口（H），在MBR池体（P）上部设置溢流口（L）。

6.一种一体化短流程高效除磷脱氮污水处理工艺，其特征是，包括以下步骤：

a、污水进入进水调节池（1），在进水调节池（1）的沉砂区（A）进行沉砂；

b、将步骤a得到的污水通过污水提升泵（9）进入立体组合平板式格栅（2），通过上部格栅（M）孔径为5~8mm的孔板过滤后，再通过孔径为1~2mm的下部格栅（N）；

c、将步骤b所得的污水的10%~30%与单沟道氧化沟（5）的回流污泥共同进入预缺氧池（3），搅拌并停留0.5～1小时，外回流比为100%~300%；

d、将步骤c所得的混合液与步骤b所得的70%~90%的污水共同进入厌氧池4，停留0.5～1小时，进行厌氧释磷；

e、在厌氧池（4）完成厌氧释磷得到的混合液，进入单沟道氧化沟（5）的非曝气区（a），再由水力推进进入曝气区（b），非曝气区（a）和曝气区（b）停留时间为5～6小时；其中曝气区（b）的溶解氧浓度为2~3mg/L，非曝气区（a）的溶解氧浓度为0.1~0.5mg/L；

f、单沟道氧化沟（5）的曝气区（b）的混合液进入MBR装置（G），MBR装置（G）底部的曝气间歇式运行，MBR装置（G）由MBR出水口（K）出水。

7.如权利要求6所述的一体化短流程高效除磷脱氮污水处理工艺，其特征是：所述步骤f中，在曝气停曝时间段，混合液进行沉淀；当停止曝气时，MBR区（c）作为二沉池运行。