CN105254129A - 一种城市污水再生处理装置及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种城市污水再生处理装置及其处理方法，包括鼓风曝气系统和污水处理系统；鼓风曝气系统包括膜法空气分离机、氧气压缩罐和氮气压缩罐；污水处理系统包括氧气精炼器、臭氧发生器、曝气池、沉淀池、自氧脱氮池、二沉池、臭氧接触池；城市污水通过进水管依次经过依序连接的曝气池、沉淀池、自氧脱氮池、二沉池、臭氧接触池处理后通过出水管得到再生水；臭氧发生器分别通过阀门与氧气精炼器和臭氧接触池底部的臭氧曝气盘相连接。该处理装置及处理方法具有：结构简单、设计合理、操作使用灵活方便、处理效率高、出水水质高、装置运行稳定及安全可靠等优点。

Description

一种城市污水再生处理装置及其处理方法

技术领域

本发明涉及城市污水处理技术领域，尤其涉及一种城市污水再生处理装置及其处理方法，该装置包括高负荷去除有机物反应器，短程硝化-厌氧氨氧化脱氮反应器和臭氧氧化反应器，通过空气分离实现不同反应器的充氧和混合要求，能适用于城市污水处理，工艺流程简单，控制操作灵活，出水水质高。

背景技术

城市污水处理最普遍的工艺为活性污泥法。传统活性污泥法通过活性污泥在缺氧-好氧的环境下交替运行，可同时实现多种污染物去除。在好氧环境中微生物进行硝化反应并去除部分有机物、缺氧条件下利用有机物进行反硝化反应实现脱氮。常规硝化反硝化工艺的脱氮效果受有机物的影响显著，在低碳氮比条件下脱氮效率普遍不高。我国的城市污水碳氮比普遍偏低，而且进水中的有机物未能高效利用，导致出水氮元素难以稳定达标，不符合再生水回用的基本要求。

厌氧氨氧化工艺的出现为城市污水处理和再生回用提供了新的思路。厌氧氨氧化工艺可直接将氨氮和亚硝酸盐转换为氮气。而且厌氧氨氧化菌为化能自养型，脱氮过程中不需要有机碳源为电子供体，污泥产量相应减少。基于厌氧氨氧化技术的脱氮工艺相较于常规的硝化反硝化工艺可以节省曝气能耗，不需要额外的有机物作为碳源，具有显著地优势。厌氧氨氧化工艺实现碳和氮污染物去除的分离，改变了污水处理工艺流程。

基于厌氧氨氧化技术的工艺流程对曝气方式也提出了新的要求。曝气系统的合理设计和稳定运行，是活性污泥法实现污染物去除的重要条件。曝气可以为活性污泥的微生物提供氧气，用以氧化有机物和氨氮；此外，曝气可以实现良好的气液固三相混合，强化传质，提高污染物去除效率。在传统的活性污泥法中，氧气传质效率普遍受限，因此一般通过增加曝气量和提高充氧效率实现充足的供氧，而该条件下系统的混合强度不属于受限制条件。因此常规的曝气方式可以同时实现良好的充氧和混合作用，有效的去除污水中的污染物。基于厌氧氨氧化技术的城市污水处理工艺流程，承担有机物去除的反应系统需要足够的溶解氧，曝气量增加。有机去除反应器进行纯氧曝气，可以提高反应效率，降低曝气能耗。而短程硝化-厌氧氨氧化反应器主要实现氮污染的去除过程，需氧量显著降低，整个系统需要维持在低溶解氧条件下。采用传统的曝气方式难以满足脱氮要求。在较高的曝气量下，虽然可以实现良好的充氧效果，但是无法控制合理的溶解氧浓度。当降低曝气量后，低溶解氧条件下系统的混合效果减弱，导致系统的去除负荷降低。针对厌氧氨氧化技术在污水处理应用中存在的问题，应考虑如何优化曝气方式，为有机物和氮污染物的去除提供合理的曝气量和混合强度，并进一步的优化其控制策略，通过与深度处理系统的协同运行，实现高品质的再生水出水要求。因此，研究一种城市污水再生处理装置具有重要的研究意义。

发明内容

针对现有技术中城市污水再生处理装置的不足，本发明的目的在于：提供一种城市污水再生处理装置及其处理方法，该处理装置及处理方法具有：结构简单、设计合理、操作使用灵活方便、处理效率高、出水水质高、装置运行稳定及安全可靠等优点。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种城市污水再生处理装置，该再生处理装置包括鼓风曝气系统和污水处理系统；所述鼓风曝气系统包括膜法空气分离机、氧气压缩罐和氮气压缩罐；所述膜法空气分离机上还设置有氧气出口阀和氮气出口阀，所述氧气出口阀和氮气出口阀分别通过压力管与所述氧气压缩罐和氮气压缩罐相连接；所述污水处理系统包括氧气精炼器、臭氧发生器、曝气池、沉淀池、自氧脱氮池、二沉池、臭氧接触池；所述氧气压缩罐分别通过压力管和阀门连接所述氧气精炼器和所述曝气池底部的曝气盘；所述氮气压缩罐通过阀门与所述自氧脱氮池中底部的微孔曝气盘相连接；城市污水通过进水管依次经过依序连接的所述曝气池、沉淀池、自氧脱氮池、二沉池、臭氧接触池处理后通过出水管得到再生水；所述沉淀池通过沉淀池回流污泥管与所述进水管连接；所述二沉池通过二沉池回流污泥管与所述自氧脱氮池的进水口相连；所述臭氧发生器分别通过阀门与所述氧气精炼器和所述臭氧接触池底部的臭氧曝气盘相连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述膜法空气分离机、氧气压缩罐、氮气压缩罐、氧气精炼器和臭氧发生器均设置有气体压力计和气体流量计，通过阀门来调节气压值和气体流量值。

作为上述技术方案的进一步改进，所述再生处理装置还包括自动控制系统，所述氧气压缩罐、氮气压缩罐中还设置有气体浓度检测仪；所述出水管还设置有COD浓度检测仪；所述自动控制系统与所述气体浓度检测仪、COD浓度检测仪、NH₄ ⁺浓度检测仪、气体压力机和气体流量计数据控制连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述再生处理装置包括二级处理出水装置，所述臭氧接触池通过可控变频泵和在线液体流量计管道与所述二级处理出水装置连通。

作为上述技术方案的进一步改进，所述再生处理装置还包括污泥回收利用系统，所述污泥回收利用系统包括污泥预处理系统和污泥干燥杀菌系统；其中所述污泥预处理系统用于将所述沉淀池和所述二沉池中的污泥添加植物秸秆搅拌均匀；所述污泥干燥系统用于将经过污泥预处理系统处理得到的污泥进行烘干并杀菌。

上述城市污水再生处理装置的处理方法，其特征在于，该处理方法包括如下步骤：

该处理方法包括如下步骤：

1)启动膜法空气分离机分别制取高浓度的氧气和氮气，并将所述高浓度的氧气和氮气分别经过压力管输送至氧气压缩罐和氮气压缩罐中备用；氧气的浓度为90％－98％；氮气的浓度为80％－98％，当氧气压缩罐和氮气罐的压力达到1Mpa，该分离机停止运行；当压力减少到0.5Mpa重新启动。

2)将城市污水经进水管引至曝气池，调节氧气压缩罐向曝气池输送氧气的阀门开启，将氧气压缩罐中60％的高浓度的氧气输送至曝气池以控制曝气池的曝气量，使其维持在既能将城市污水中的COD去除，又不会对氨氮进行降解的范围内；所剩40％的氧气通过压力管输送至氧气精炼器中进行精炼提纯，提纯后的氧气浓度达到99.8％，将精炼提纯后得到的氧气输送至臭氧发生器中制备臭氧；制备的臭氧送到臭氧储蓄罐22中进行储存备用。

3)城市污水经过曝气池曝气处理后，出水COD浓度低于50mg/L，之后流至沉淀池中进行沉淀处理，沉淀3小时，沉淀池处理过程中得到的污泥经过沉淀池回流污泥管引至进水管中，回流量为进水流量的300％-400％，用于强化除磷；经过沉淀池沉淀处理后的城市污水再通过重力流至自氧脱氮池中；此时调节氮气压缩罐的阀门，控制气压为0.1Mpa，将高浓度的氮气输送至自氧脱氮池底部的微孔曝气盘进行曝气处理。自养脱氮池是该工艺中最关键的单元由于该池体中接种的是厌氧氨氧化菌，因此要求池体内呈缺氧状态，而氮气压缩罐中纯度为90％的氮气既可以使自养脱氮池返混效果提高，又可以增加氧气传质速率，使池体内部溶解氧维持在0.5mg/L以下，去除污水中的氨氮。

4)经过上一步自氧脱氮池处理后的城市污水氨氮浓度小于5mg/L，之后流至二沉池中再次进行沉淀处理，二沉池底部沉积污泥经过回流污泥管引至自氧脱氮池的进水口，回流量为50％-100％。

5)经过二沉池沉淀处理后的城市污水经重力流至臭氧接触池，调节臭氧储蓄罐向臭氧接触池输送臭氧的阀门的开启量，控制臭氧输出压为0.2Mpa，将臭氧输送中臭氧接触池底部的臭氧曝气盘进行脱色消毒处理。

6)经过臭氧接触池脱色消毒处理后的城市污水，其部分指标达地表四类水标准，总体达一级A排放标准。最终处理完的污水经过出水管排出至河流。

7)以上2)－6)步骤持续进行，该工艺为连续流进水。

与现有技术中城市污水再生处理装置相比，采用本发明的再生处理装置及其处理方法具有如下优点：

(1)高负荷活性污泥系统利用纯氧曝气，提高了COD的去除效率，降低池容。

(2)自养脱氮系统利用富含氮气的气体进行重演混合，在保证混合效果的情况下可维持降低的溶解氧，有利于抑制系统内亚硝酸盐氧化菌的生长，从而保证厌氧氨氧化工艺的稳定运行。

(3)空气分离后的氧气源进一步制备成臭氧，对污水进行高级氧化处理，可有效降低出水的微生物学风险，降低出水色度，增加回用的可行性。

附图说明

附图1为本发明城市污水再生处理装置的结构示意图。

上述附图中，各个附图标记的具体含义如下：

1膜法空气分离机；2氧气出口阀；3氮气出口阀；4压力管；5氧气压缩罐；6氮气压缩罐、7氧气精炼器；8臭氧发生器；9阀门；10沉淀池回流污泥管；11二沉池回流污泥管；12曝气盘；13微孔曝气盘；14臭氧曝气盘；15进水管；16曝气池；17沉淀池；18自养脱氮池；19二沉池；20臭氧接触池；21出水管；22臭氧储蓄罐。

具体实施方式

下面结合附图1对本发明城市污水再生处理装置的结构及其方法作以详细说明。

一种城市污水再生处理装置，该再生处理装置包括鼓风曝气系统和污水处理系统；所述鼓风曝气系统包括膜法空气分离机1、氧气压缩罐5和氮气压缩罐6；所述膜法空气分离机1上还设置有氧气出口阀2和氮气出口阀3，所述氧气出口阀2和氮气出口阀3分别通过压力管4与所述氧气压缩罐5和氮气压缩罐6相连接；所述污水处理系统包括氧气精炼器7、臭氧发生器8、曝气池16、沉淀池17、自氧脱氮池18、二沉池19、臭氧接触池20；所述氧气压缩罐5分别通过压力管4和阀门9连接所述氧气精炼器和所述曝气池底部的曝气盘12；所述氮气压缩罐通过阀门9与所述自氧脱氮池中底部的微孔曝气盘13相连接；城市污水通过进水管15依次经过依序连接的所述曝气池、沉淀池、自氧脱氮池、二沉池、臭氧接触池处理后通过出水管21得到再生水；所述沉淀池通过沉淀池回流污泥管10与所述进水管连接；所述二沉池通过二沉池回流污泥管11与所述自氧脱氮池的进水口相连；所述臭氧发生器分别通过阀门与所述氧气精炼器和所述臭氧接触池底部的臭氧曝气盘14相连接。所述膜法空气分离机、氧气压缩罐、氮气压缩罐、氧气精炼器和臭氧发生器均设置有气体压力计和气体流量计，通过阀门来调节气压值和气体流量值。所述再生处理装置还包括自动控制系统，所述氧气压缩罐、氮气压缩罐中还设置有气体浓度检测仪；所述出水管还设置有COD浓度检测仪和NH₄ ⁺浓度检测仪；所述自动控制系统与所述气体浓度检测仪、COD浓度检测仪、NH₄ ⁺浓度检测仪、气体压力机和气体流量计数据控制连接。所述再生处理装置包括二级处理出水装置，所述臭氧接触池通过可控变频泵和在线液体流量计管道与所述二级处理出水装置连通。所述再生处理装置还包括污泥回收利用系统，所述污泥回收利用系统包括污泥预处理系统和污泥干燥杀菌系统；其中所述污泥预处理系统用于将所述沉淀池和所述二沉池中的污泥添加植物秸秆搅拌均匀；所述污泥干燥系统用于将经过污泥预处理系统处理得到的污泥进行烘干并杀菌。

上述城市污水再生处理装置的处理方法，该处理方法包括如下步骤：

1)启动膜法空气分离机1分别制取高浓度的氧气和氮气，并将所述高浓度的氧气和氮气分别经过压力管4输送至氧气压缩罐5和氮气压缩罐6中备用；氧气的浓度为90％－98％；氮气的浓度为80％－98％，当氧气压缩罐和氮气罐的压力达到1Mpa，该分离机停止运行；当压力减少到0.5Mpa重新启动。

2)将城市污水经进水管15引至曝气池16，调节氧气压缩罐向曝气池输送氧气的阀门9开启，将氧气压缩罐中60％的高浓度的氧气输送至曝气池以控制曝气池16的曝气量，使其维持在既能将城市污水中的COD去除，又不会对氨氮进行降解的范围内；所剩40％的氧气通过压力管4输送至氧气精炼器7中进行精炼提纯，提纯后的氧气浓度达到99.8％，将精炼提纯后得到的氧气输送至臭氧发生器8中制备臭氧；制备的臭氧送到臭氧储蓄罐22中进行储存备用。

3)城市污水经过曝气池16曝气处理后，出水COD浓度低于50mg/L，之后流至沉淀池17中进行沉淀处理，沉淀3小时，沉淀池17处理过程中得到的污泥经过沉淀池回流污泥管10引至进水管中，回流量为进水流量的350％，用于强化除磷；经过沉淀池17沉淀处理后的城市污水再通过重力流至自氧脱氮池18中；此时调节氮气压缩罐6的阀门9，控制气压为0.1Mpa，将高浓度的氮气输送至自氧脱氮池底部的微孔曝气盘13进行曝气处理。自养脱氮池18是该工艺中最关键的单元由于该池体中接种的是厌氧氨氧化菌，因此要求池体内呈缺氧状态，而氮气压缩罐6中纯度为90％的氮气既可以使自养脱氮池返混效果提高，又可以增加氧气传质速率，使池体内部溶解氧维持在0.5mg/L以下，去除污水中的氨氮。

4)经过上一步自氧脱氮池处理后的城市污水氨氮浓度小于5mg/L，之后流至二沉池19中再次进行沉淀处理，二沉池底部沉积污泥经过回流污泥管11引至自氧脱氮池的进水口，回流量为80％。

5)经过二沉池沉淀处理后的城市污水经重力流至臭氧接触池20，调节臭氧储蓄罐22向臭氧接触池输送臭氧的阀门9的开启量，控制臭氧输出压为0.2Mpa，将臭氧输送中臭氧接触池底部的臭氧曝气盘14进行脱色消毒处理。

6)经过臭氧接触池脱色消毒处理后的城市污水，其部分指标达地表四类水标准，总体达一级A排放标准。最终处理完的污水经过出水管21排出至河流。

7)以上2)－6)步骤持续进行，该工艺为连续流进水。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种城市污水再生处理装置，其特征在于：该再生处理装置包括鼓风曝气系统和污水处理系统；所述鼓风曝气系统包括膜法空气分离机(1)、氧气压缩罐(5)和氮气压缩罐(6)；所述膜法空气分离机(1)上还设置有氧气出口阀(2)和氮气出口阀(3)，所述氧气出口阀(2)和氮气出口阀(3)分别通过压力管(4)与所述氧气压缩罐(5)和氮气压缩罐(6)相连接；所述污水处理系统包括氧气精炼器(7)、臭氧发生器(8)、曝气池(16)、沉淀池(17)、自氧脱氮池(18)、二沉池(19)、臭氧接触池(20)；所述氧气压缩罐(5)分别通过压力管(4)和阀门(9)连接所述氧气精炼器和所述曝气池底部的曝气盘(12)；所述氮气压缩罐通过阀门(9)与所述自氧脱氮池中底部的微孔曝气盘(13)相连接；城市污水通过进水管(15)依次经过依序连接的所述曝气池、沉淀池、自氧脱氮池、二沉池、臭氧接触池处理后通过出水管(21)得到再生水；所述沉淀池通过沉淀池回流污泥管(10)与所述进水管连接；所述二沉池通过二沉池回流污泥管(11)与所述自氧脱氮池的进水口相连；所述臭氧发生器分别通过阀门与所述氧气精炼器和所述臭氧接触池底部的臭氧曝气盘(14)相连接。

2.根据权利要求1所述的一种城市污水再生处理装置，其特征在于：所述膜法空气分离机、氧气压缩罐、氮气压缩罐、氧气精炼器和臭氧发生器均设置有气体压力计和气体流量计，通过阀门来调节气压值和气体流量值。

3.根据权利要求1所述的一种城市污水再生处理装置，其特征在于：所述再生处理装置还包括自动控制系统，所述氧气压缩罐、氮气压缩罐中还设置有气体浓度检测仪；所述出水管还设置有COD浓度检测仪；所述自动控制系统与所述气体浓度检测仪、COD浓度检测仪、NH₄ ⁺浓度检测仪、气体压力机和气体流量计数据控制连接。

4.根据权利要求1所述的一种城市污水再生处理装置，其特征在于：所述再生处理装置包括二级处理出水装置，所述臭氧接触池通过可控变频泵和在线液体流量计管道与所述二级处理出水装置连通。

5.根据权利要求1所述的一种城市污水再生处理装置，其特征在于：所述再生处理装置还包括污泥回收利用系统，所述污泥回收利用系统包括污泥预处理系统和污泥干燥杀菌系统；其中所述污泥预处理系统用于将所述沉淀池和所述二沉池中的污泥添加植物秸秆搅拌均匀；所述污泥干燥系统用于将经过污泥预处理系统处理得到的污泥进行烘干并杀菌。

6.一种根据权利要求1-5中任一项所述的一种城市污水再生处理装置的处理方法，其特征在于，该处理方法包括如下步骤：

1)启动膜法空气分离机(1)分别制取高浓度的氧气和氮气，并将所述高浓度的氧气和氮气分别经过压力管(4)输送至氧气压缩罐(5)和氮气压缩罐(6)中备用；氧气的浓度为90％－98％；氮气的浓度为80％－98％，当氧气压缩罐和氮气罐的压力达到1Mpa，该分离机停止运行；当压力减少到0.5Mpa重新启动；

2)将城市污水经进水管(15)引至曝气池(16)，调节氧气压缩罐向曝气池输送氧气的阀门(9)开启，将氧气压缩罐中60％的高浓度的氧气输送至曝气池以控制曝气池(16)的曝气量，使其维持在既能将城市污水中的COD去除，又不会对氨氮进行降解的范围内；所剩40％的氧气通过压力管(4)输送至氧气精炼器(7)中进行精炼提纯，提纯后的氧气浓度达到99.8％，将精炼提纯后得到的氧气输送至臭氧发生器(8)中制备臭氧；制备的臭氧送到臭氧储蓄罐22中进行储存备用；

3)城市污水经过曝气池(16)曝气处理后，出水COD浓度低于50mg/L，之后流至沉淀池(17)中进行沉淀处理，沉淀3小时，沉淀池(17)处理过程中得到的污泥经过沉淀池回流污泥管(10)引至进水管中，回流量为进水流量的300％-400％，用于强化除磷；经过沉淀池(17)沉淀处理后的城市污水再通过重力流至自氧脱氮池(18)中；此时调节氮气压缩罐(6)的阀门(9)，控制气压为0.1Mpa，将高浓度的氮气输送至自氧脱氮池底部的微孔曝气盘(13)进行曝气处理；自养脱氮池(18)是该工艺中最关键的单元由于该池体中接种的是厌氧氨氧化菌，因此要求池体内呈缺氧状态，而氮气压缩罐(6)中纯度为90％的氮气既可以使自养脱氮池返混效果提高，又可以增加氧气传质速率，使池体内部溶解氧维持在0.5mg/L以下，去除污水中的氨氮；

4)经过上一步自氧脱氮池处理后的城市污水氨氮浓度小于5mg/L，之后流至二沉池(19)中再次进行沉淀处理，二沉池底部沉积污泥经过回流污泥管(11)引至自氧脱氮池的进水口，回流量为50％-100％；

5)经过二沉池沉淀处理后的城市污水经重力流至臭氧接触池(20)，调节臭氧储蓄罐(22)向臭氧接触池输送臭氧的阀门(9)的开启量，控制臭氧输出压为0.2Mpa，将臭氧输送中臭氧接触池底部的臭氧曝气盘(14)进行脱色消毒处理；

6)经过臭氧接触池脱色消毒处理后的城市污水，其部分指标达地表四类水标准，总体达一级A排放标准。最终处理完的污水经过出水管(21)排出至河流；

7)以上2)－6)步骤持续进行，该工艺为连续流进水。