CN107364968B - 一种针对微污染水源的同步脱氮除磷处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对微污染水源的同步脱氮除磷处理系统。其包括第一级絮凝池、第二级絮凝池和第三级絮凝池，每级絮凝池中均设有一个结构相同的搅拌桨，每个搅拌桨包括搅拌轴以及连接于搅拌轴的多个桨叶，每个桨叶上设置有宽桨条组和窄桨条组，宽桨条组包括至少一个宽桨条，窄桨条组包括至少一个窄桨条。三级絮凝池中搅拌桨的搅拌速度按照水流方向依次减小。该系统主要对现有给水处理厂的絮凝池进行合理改造，在池内空间形成不同的溶解氧浓度梯度和大量微小涡旋。不同的溶解氧浓度梯度为微小涡旋内不同功能的微生物提供适宜的反应条件，从而同时实现微污染水源中氨氮、总氮和总磷污染物的去除，确保饮用水的卫生安全，而且运行成本低，管理方便。
Description
技术领域
本发明涉及给水处理技术领域，尤其涉及一种针对微污染水源的同步脱氮除磷处理系统，同时实现微污染水源中污染物氨氮、总氮和总磷的去除。
背景技术
近年来，随着工业和经济的快速发展，大量废水未进行有效处理而直接排放至水体，使众多湖泊、水库等饮用水水源中的氨氮、总氮和总磷等含量超标，成为了微污染水源。目前采用的常规水净化处理工艺(混凝-沉淀-过滤-消毒)难以有效去除这些污染物，出水水质越来越差，而由于人们的健康意识日益提高，出水水质标准要求也变得更加严格，因此，微污染水源的处理越来越受到大家的重视。
目前国内微污染水源一般通过预处理、深度处理或强化常规处理法使出水达标。预处理和深度处理法主要包括吸附、氧化、膜过滤及光催化氧化等，都是通过增加系统的处理工艺来增强对微污染水源中污染物的去除作用；强化常规处理法是通过增大药剂如絮凝剂的投加量来加强污染物的去除效果。由于微污染水源中所含有的污染物浓度相对不高，这些处理方法的使用不仅会增加水处理的投资成本、运行成本，还会增大系统的管理难度，况且从化学原理上看，水中总氮等污染物，是无法通过传统的絮凝-沉降或吸附等物化方法得以有效去除的。因此，如何利用高效而合理的方式对现有的给水处理厂进行直接改造，实现微污染水源中污染物的去除，具有很大的现实意义。
活性污泥法一般应用于生活污水、城市污水及有机工业污水等污水处理，很少用于给水技术领域的处理。近年来，随着水体污染的加剧，传统给水处理工艺的局限性日益突出，污泥回流可以作为强化絮凝的手段之一。
如中国专利文献CN104386808B(申请号201410711009.3)公开了一种针对低氨氮水源的强化絮凝-好氧硝化处理系统，所采取的方法是在絮凝池的底部设置曝气装置，通过污泥回流强化絮凝并去除水中的氨氮。此专利文献中由于絮凝池内设置了曝气装置来强化絮凝效果，水始终处于好氧状态，硝化细菌将氨氮氧化成了硝酸盐或亚硝酸盐，但是并没有适宜的缺氧环境使硝酸盐或亚硝酸盐继续反应生成氮气，只是将氨氮以另外一种状态存在于水中，并未进行有效彻底的去除。因此这种方法也只是针对于水中氨氮的去除，并未考虑总氮的去除目标，而且对于总磷等常见污染物的去除也无法实现，适用范围相对来说较为局限。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述微污染水源处理方法的不足，以现有的给水处理厂设施为基础，提供一种能够有效絮凝、投资成本低、管理便利的对现有给水处理厂进行改造的针对微污染水源的同步脱氮除磷处理系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种针对微污染水源的同步脱氮除磷处理系统，其包括第一级絮凝池、第二级絮凝池和第三级絮凝池，每级絮凝池中均设有一个结构相同的搅拌桨，每个搅拌桨包括搅拌轴以及连接于所述搅拌轴的多个桨叶，每个桨叶上设置有宽桨条组和窄桨条组，宽桨条组包括至少一个宽桨条，窄桨条组包括至少一个窄桨条，三级絮凝池中搅拌桨的搅拌速度按照水流方向依次减小。
上述方案中，每个桨叶包括至少一根连接杆，所述至少一根连接杆的一端与所述搅拌轴连接，所述至少一根连接杆的另一侧与所述宽桨条组和窄桨条组连接。
上述方案中，宽桨条与窄桨条的高度方向与搅拌轴的轴向方向平行，宽桨条与窄桨条的高度相同。
上述方案中，桨条的厚度范围为20～50mm，桨条的宽度范围为100～250mm。
上述方案中，宽桨条与窄桨条的厚度之比为1.5～2.5。
上述方案中，宽桨条与窄桨条的宽度之比为1.5～2.5。
上述方案中，宽桨条组包括多个间隔设置的宽桨条，窄桨条组包括多个间隔设置的窄桨条，多个宽桨条之间的间距相同，多个窄桨条之间的间距相同，宽桨条之间的间距与窄桨条之间的间距之比为1.5～2.5。
上述方案中，所述同步脱氮除磷处理系统还包括三个对应于三级絮凝池设置的碳源投加装置，碳源投加量按照水流方向依次减小。
上述方案中，所述同步脱氮除磷处理系统还包括与絮凝池连通的过渡区及与所述过渡区连通的沉淀池，以及储泥池、污泥排出管道和污泥回流管道；水流与污泥形成的混合液通过絮凝池处理后进入过渡区，部分混合液回流至第一级絮凝池，剩余部分混合液进入沉淀池；所述沉淀池分离出的污泥进入污泥排出管道，所述储泥池储存由污泥排出管道排出的污泥，所述污泥回流管道将一部分污泥回流至絮凝池的进水口。
上述方案中，所述过渡区和第一级絮凝池之间设有虹吸管，虹吸管的下方设置有集水坑。
本发明中，每个桨叶上设置有宽和窄两种不同的桨条，每种桨条之间的间距不同。随着搅拌桨的转动，絮凝池内的溶解氧浓度产生一定的梯度，以搅拌轴为中心，沿着半径增大的方向，溶解氧浓度逐渐降低，形成“好氧-缺氧-厌氧”的微环境。由于宽桨条和窄桨条的宽度以及间距的不同，混合液中会形成大量的微小漩涡，且这些漩涡以搅拌轴为中心，随着搅拌桨的转动沿着半径增大的方向不断迁移。这些运动着的漩涡携带着混合液不断经历“好氧-缺氧-厌氧”的微环境。在好氧环境下，混合液中的硝化细菌将氨氮氧化成硝酸盐或亚硝酸盐，聚磷菌大量吸收磷；在缺氧环境下，反硝化细菌将硝酸盐或亚硝酸盐还原成氮气，逸出进入空气；在厌氧环境中，聚磷菌释放磷，为好氧环境下磷的过量吸收创造良好的条件和提供反应势能。因此，氨氮最终转化成氮气进入空气，能够被彻底去除，而磷由于储存在聚磷菌的体内，随着沉淀池的剩余污泥一起排出，因而系统能够完成同步脱氮除磷。
本发明的有益效果：
1、系统直接利用给水处理厂中现有的工艺进行改进，同时实现了水中氨氮、总氮和总磷污染物的高效去除，确保了饮用水水源的有效处理和卫生安全，且运行成本低，管理方便。
2、絮凝池中投加活性污泥，一方面污泥中的菌胶团具有很高的活性和粘性，能够增大絮凝体的密度，改善絮凝效果；另一方面为系统提供大量的微生物，利用系统条件完成同步脱氮除磷。同时，污泥的回流又可以保证系统中污泥浓度的稳定。
3、三级絮凝池内搅拌桨的搅拌速度按照水流方向依次减小，不仅防止了初期形成的絮凝体破碎，还使各级絮凝池的平均溶解氧浓度按照水流方向形成梯度，形成“好氧-缺氧”的环境，总体上提高了彻底脱氮的效率。
4、三级絮凝池内搅拌桨的转动使各自池内的溶解氧浓度以搅拌轴为中心形成一定的梯度，创造出“好氧-缺氧-厌氧”的微环境，同时，由于搅拌桨上桨条的特殊设计，混合液中大量形成的微小漩涡在絮凝池空间内不断迁移运动，并携带着混合液不断经历“好氧-缺氧-厌氧”的微环境，为混合液中的微生物完成同步脱氮除磷提供了充足的条件。
5、过渡区和第一级絮凝池之间设置有虹吸管，将混合液中未进行有效反应的污染物再回流至第一级絮凝池中继续反应，不仅增强了系统对污染物有效去除的保障，而且增大了系统对水质波动的适应性。
6、根据不同的水质，可以根据实际需要通过改变搅拌速度、污泥回流量以及碳源的投加量来提高效果，系统运行灵活、适应性强。
附图说明
图1为系统实施的平面图。
图2为图1的工艺流程图。
图3为图1中搅拌桨的俯视图。
图4为图3中搅拌桨的一个桨叶的结构示意图。
其中，1、进水管道；2、进水口；3、碳源投加装置；4、第一级絮凝池；5、第二级絮凝池；6、第三级絮凝池；7、搅拌桨；8、过流孔；9、过渡区；10、沉淀池；11、斜管沉淀装置；12、出水渠；13、出水管道；14、污泥排出口；15、污泥排出管道；16、储泥池；17、污泥回流管道；18、污泥回流泵；19、虹吸管；20、集水坑；21、搅拌轴；22、桨叶；23、宽桨条；24、窄桨条。
具体实施方式
为了能够更好的理解本发明，下面结合附图和实施案例对本发明作进一步的说明和分析。
实施例1
如图1所示，其为本发明提供的一种针对微污染水源的同步脱氮除磷处理系统。结合图2，水流通过进水管1进入进水口2，与污泥进行混合形成混合液，然后依次通过第一级絮凝池4、第二级絮凝池5和第三级絮凝池6，同时利用碳源投加装置3向此三级絮凝池中加入碳源，通过三级絮凝池中搅拌桨7的搅拌作用完成絮凝和微生物的代谢活动。然后，混合液通过过流孔8进入到过渡区9，部分混合液通过虹吸管19回流至第一级絮凝池4，继续进行反应，剩余部分的混合液则进入到沉淀池10中，利用其内部的斜管沉淀装置11对混合液进行沉淀和固液分离。所分离出的上清液进入到出水渠12中，并通过出水管13进入后续处理单元。所分离出的污泥通过污泥排出口14进入污泥排出管道15，并进入到储泥池16中，然后一部分污泥通过污泥回流管道17回流至进水口2，以保持系统中的污泥浓度，剩余部分的污泥则作为剩余污泥进行处理。
所述第一级絮凝池4、第二级絮凝池5和第三级絮凝池6的内部均设置有一个搅拌桨7，结构设置相同。三级絮凝池中搅拌桨的搅拌速度按照水流方向依次减小，不仅防止初期形成的絮凝体破碎，还能使各级絮凝池的平均溶解氧浓度按照水流方向形成梯度，以形成“好氧-缺氧”环境，总体上实现脱氮。
参照附图3，在本实施例中，每个搅拌桨7包含1个搅拌轴21和4个桨叶22，4个桨叶互成90°。所述搅拌桨7的桨叶22上的桨条数量根据所用机械搅拌池的桨叶22长度布置，且宽桨条23和窄桨条24的个数设置相同。所述宽桨条23和窄桨条24的高度相同，桨条厚度范围为20～50mm，宽桨条23厚度：窄桨条24厚度为1.5～2.5。桨条的宽度范围为100～250mm，宽桨条23宽度：窄桨条24宽度为1.5～2.5。桨条的间距为100～200mm，宽桨条23之间间距：窄桨条24之间间距为1.5～2.5，相邻的一个宽桨条23和窄桨条24的间距与宽桨条之间的间距相同。在本实施例中，如图4所示，每个桨叶22包括两根连接杆，两根连接杆的一端与搅拌轴21连接，两根连接杆的另一侧与宽桨条和窄桨条连接。
随着搅拌桨7的桨叶22的转动，每级絮凝池内的溶解氧浓度产生一定的梯度，以搅拌轴21为中心，沿着半径增大的方向，溶解氧浓度逐渐降低，形成“好氧-缺氧-厌氧”的微环境。又由于宽桨条23和窄桨条24宽度以及间距的不同，使混合液中形成大量的微小漩涡，且这些漩涡以搅拌轴21为中心，随着搅拌桨7的转动沿着半径增大的方向不断迁移。这些运动着的漩涡携带着混合液不断经历“好氧-缺氧-厌氧”的微环境。在好氧环境下，混合液中的硝化细菌将氨氮氧化成硝酸盐或亚硝酸盐，聚磷菌大量吸收磷；在缺氧环境下，反硝化细菌将硝酸盐或亚硝酸盐还原成氮气，逸出进入空气；在厌氧环境中，聚磷菌释放磷，为好氧环境下磷的过量吸收创造良好的条件和提供反应势能。因此，氨氮最终转化成氮气进入空气，能够被彻底去除，而磷由于储存在聚磷菌的体内，随着沉淀池的剩余污泥一起排出，因而系统能够完成同步脱氮除磷。
所述第一级絮凝池4、第二级絮凝池5和第三级絮凝池6中均设有碳源投加装置3，利用该装置向系统中投加碳源，促进系统中微生物的代谢活动。三级絮凝池中碳源的投加量按照水流方向依次减小，可以根据三个池中的实际水质情况进行调节。
所述污泥回流管道17上设有污泥回流泵18，污泥回流比(回流污泥与待处理污水的流量比)根据实际情况进行调节。
所述虹吸管19通过虹吸作用从过渡区9中抽取部分混合液至第一级絮凝池4，使混合中的污染物反应更加彻底。虹吸管19中混合液的回流比(混合液回流量与待处理污水的流量比)根据实际水质情况进行确定。虹吸管19正下方设有一个集水坑20，以便于虹吸管进水。
如图2所示的一种针对微污染水源的同步脱氮除磷处理系统，其系统设置如上所述一致，其中：
系统进水处理流量10000m3/d，进水管道1为DN350mm，第一级絮凝池4、第二级絮凝池5和第三级絮凝池6的尺寸均为(长×宽×深)3000×2800×5000mm，过流孔8尺寸为1000×1000mm，过渡区9尺寸为2000×11200×5000mm，沉淀池10尺寸为12900×11200×5000mm，出水渠12尺寸为600×11200mm，出水管道13为DN500mm，污泥排出管道15为DN200mm，储泥池16尺寸为6000×6000×5000mm，污泥回流管道17为DN150mm，虹吸管19为DN200mm。其中，第一级絮凝池4、第二级絮凝池5和第三级絮凝池6中的搅拌桨7的半径(桨叶22的长度)均为1200mm。每个桨叶22上布置有3个宽桨条23和3个窄桨条24，宽桨条23厚度为30mm，宽度为200mm，间距为200mm；窄桨条24厚度为20mm，宽度为100mm，间距为120mm。
此外，第一级絮凝池4、第二级絮凝池5和第三级絮凝池6中搅拌桨7的搅拌速度分别为20rad/min，15rad/min，10rad/min；第一级絮凝池4、第二级絮凝池5和第三级絮凝池6中通过碳源投加装置3分别投加甲醇250mg/L，200mg/L，150mg/L；污泥回流比为15％；虹吸管19回流比为50％。
实施例2
与实施例1大致相同，不同之处在于：搅拌桨7搅拌速度分别设置为15rad/min，10rad/min，5rad/min。
实施例3
与实施例1大致相同，不同之处在于：污泥回流比为5％。
实施例4
与实施例1大致相同，不同之处在于：第一级絮凝池4、第二级絮凝池5和第三级絮凝池6中通过碳源投加装置3分别投加甲醇200mg/L，150mg/L，100mg/L。
实施例5
与实施例1大致相同，不同之处在于：虹吸管19回流比25％。
实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5对微污染水处理前后微污染水中氨氮和总磷的含量，见表1。
表1实施例去氮处理前后污水中氨氮和总磷含量
以上所述仅为本发明的实例，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种针对微污染水源的同步脱氮除磷处理系统，其特征在于，其包括第一级絮凝池、第二级絮凝池和第三级絮凝池，每级絮凝池中均设有一个结构相同的搅拌桨，每个搅拌桨包括搅拌轴以及连接于所述搅拌轴的多个桨叶，每个桨叶上设置有宽桨条组和窄桨条组，宽桨条组包括至少一个宽桨条，窄桨条组包括至少一个窄桨条，三级絮凝池中搅拌桨的搅拌速度按照水流方向依次减小，宽桨条与窄桨条的宽度之比为1.5~2.5，宽桨条组包括多个间隔设置的宽桨条，窄桨条组包括多个间隔设置的窄桨条，多个宽桨条之间的间距相同，多个窄桨条之间的间距相同，宽桨条之间的间距与窄桨条之间的间距之比为1.5~2.5。
2.如权利要求1所述的针对微污染水源的同步脱氮除磷处理系统，其特征在于，每个桨叶包括至少一根连接杆，所述至少一根连接杆的一端与所述搅拌轴连接，所述至少一根连接杆的另一侧与所述宽桨条组和窄桨条组连接。
3.如权利要求1所述的针对微污染水源的同步脱氮除磷处理系统，其特征在于，宽桨条与窄桨条的高度方向与搅拌轴的轴向方向平行，宽桨条与窄桨条的高度相同。
4.如权利要求1所述的针对微污染水源的同步脱氮除磷处理系统，其特征在于，桨条的厚度范围为20~50mm，桨条的宽度范围为100~250mm。
5.如权利要求1所述的针对微污染水源的同步脱氮除磷处理系统，其特征在于，宽桨条与窄桨条的厚度之比为1.5~2.5。
6.如权利要求1所述的针对微污染水源的同步脱氮除磷处理系统，其特征在于，所述同步脱氮除磷处理系统还包括三个对应于三级絮凝池设置的碳源投加装置，碳源投加量按照水流方向依次减小。
7.如权利要求1所述的针对微污染水源的同步脱氮除磷处理系统，其特征在于，所述同步脱氮除磷处理系统还包括与絮凝池连通的过渡区及与所述过渡区连通的沉淀池，以及储泥池、污泥排出管道和污泥回流管道；水流与污泥形成的混合液通过三级絮凝池处理后进入过渡区，部分混合液回流至第一级絮凝池，剩余部分混合液进入沉淀池；所述沉淀池分离出的污泥进入污泥排出管道，所述储泥池储存由污泥排出管道排出的污泥，所述污泥回流管道将一部分污泥回流至絮凝池的进水口。
8.如权利要求7所述的针对微污染水源的同步脱氮除磷处理系统，其特征在于，所述过渡区和第一级絮凝池之间设有虹吸管，虹吸管的下方设置有集水坑。
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