CN107840455B - 一种村镇污水处理一体化装置及处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种村镇污水处理一体化装置及处理方法，所述村镇污水处理一体化装置包括依次相连的预反硝化区、厌氧区、缺氧反硝化协同反硝化聚磷区、螺旋推进好氧硝化吸磷区、泥水分离区及设备控制间；所述的预反硝化区、厌氧区、缺氧反硝化协同反硝化聚磷区和螺旋推进好氧硝化吸磷区为泥膜耦合反应区，其上部均种植挺水植物；所述挺水植物的根系作为生物膜载体；所述预反硝化区、厌氧区、缺氧反硝化协同反硝化聚磷区、螺旋推进好氧硝化吸磷区均通过植物根系上附着的生物膜、悬浮状污泥及植物自身根系吸收营养物质的相互协调作用完成污水的处理；植物茎叶去除污水处理过程中产生的有毒有害、有异味污染的气体。本发明微生物量大，反硝化聚磷作用明显，具有节能、高效的优点。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种村镇污水处理一体化装置及处理方法。
背景技术
党的十八大以来，习近平总书记多次强调要“建设美好乡村”，并且“搞新农村建设要注意生态环境保护”，于是随着生态型新农村的建设，村镇污水处理的环保问题成为关注重点。目前，村镇污水处理多采用一体化设备，但现有一体化设备存在结构单一，纯粹的钢构或混凝土外表都与“美好乡村”格格不入且散发异味，使附近村民难以接受的现状。广大的村镇地区，由于雨污合流的现状，进一步降低了污水的低碳氮比，进而严重影响污水脱氮除磷达标排放。同时，现有一体化设备好氧区多采用全池底部曝气的形式供氧，能耗大，氧多以气泡溢出水面，逸散严重，氧的利用率较低；各反应区易发生死水区或短流，降低处理效果。
为了更好地治理村镇污水，助力“美好乡村”建设，迫切需要一种能耗低、处理效率高及环境友好型的一体化装置。
发明内容
本发明的目的在于解决上述问题，提供一种能耗低、处理效率高、环境友好型的村镇污水处理一体化装置及处理方法。
一种村镇污水处理一体化装置，所述村镇污水处理一体化装置包括依次相连的预反硝化区、厌氧区、缺氧反硝化协同反硝化聚磷区、螺旋推进好氧硝化吸磷区、泥水分离区及设备控制间；所述的预反硝化区、厌氧区、缺氧反硝化协同反硝化聚磷区和螺旋推进好氧硝化吸磷区为泥膜耦合反应区，其上部均种植挺水植物；所述挺水植物的根系作为生物膜载体；所述预反硝化区、厌氧区、缺氧反硝化协同反硝化聚磷区、螺旋推进好氧硝化吸磷区均通过植物根系上附着的生物膜、悬浮状污泥及植物自身根系吸收营养物质的相互协同作用完成污水的处理；所述污泥反硝化区和厌氧区，以及厌氧区和缺氧反硝化协同反硝化聚磷区的圆弧隔板为同心圆；所述螺旋推进好氧硝化吸磷区底部曝气方式为局部正压供气；；所述植物茎叶去除污水处理过程中产生的有毒有害、有异味污染的气体。
所述螺旋推进好氧硝化吸磷区至少为2级区域。
所述的植物覆盖率不低于30％。
所述泥水分离区分为浓缩池和沉淀池，所述浓缩池底部浓缩的泥水作为泥水硝化液，通过第一个气提回流系统回流至缺氧反硝化协同反硝化聚磷区，泥水回流比为150％～300％；所述沉淀池底部泥水作为种泥膜混合液，通过第二个气提回流系统回流至预反硝化区，种泥回流比为10％～60％；所述的缺氧反硝化协同反硝化聚磷区出口段泥水作为驯化菌种水，通过第三个气提回流系统回流至预反硝化区，驯化种泥水回流比为20％～60％。
所述泥水硝化液与厌氧区出水通过混合槽进行充分混合；所述种泥膜混合液与进水在预反硝化区充分混合。
所述的预反硝化区、厌氧区、缺氧反硝化协同反硝化聚磷区、螺旋推进好氧硝化吸磷区的上部的挺水植物通过人工浮岛种植。
所述预反硝化区、厌氧区、缺氧反硝化协同反硝化聚磷区、螺旋推进好氧硝化吸磷区的有效容积比为0.5～1.0：0.8～1.5：1.5～3.0：3.0～5.0。
所述各级的螺旋推进好氧硝化吸磷区进出水连接处可通过穿孔板隔开，或通槽连通。
所述的预反硝化区、厌氧区、缺氧反硝化协同反硝化聚磷区、螺旋推进好氧硝化吸磷区可根据功能强化需要设置其他载体填料；所述的各区污泥浓度为1000mg/L～8000mg/L。
一种村镇污水处理一体化装置处理方法，其特征在于：采用本发明的一种村镇污水处理一体化装置对村镇污水进行处理。
本发明村镇污水处理一体化装置处理方法的有益效果是：
1、在污泥反硝化区、厌氧区、缺氧反硝化协同反硝化聚磷区、螺旋推进好氧硝化吸磷区的上部种植挺水植物，其发达的根系成为一种载体类型，较大的比表面积，使生物附着量非常大，形成具有活性污泥和生物膜的泥膜耦合反应区，极大提高有效生物量，提高脱氮除磷效率；植物根系蓬松、漂浮的状态更是有利于氧的渗透传递，提高氧的利用率；同时污泥产量降低25％及以上，氧的利用率可提高10％以上；
2、在螺旋推进好氧硝化吸磷区设置局部正压供气，形成正负压循环，利用水流推力，使水流成螺旋流形式向前推进，实现在进出口距离相同的情况下水流沿程最大的目的，气泡随水流不断螺旋推进，形成复氧再利用，提高氧的利用效率，从而可降低曝气量，减少能耗；同时增加了微生物和污染物间的传质效率，从，进而缩短水力停留时间、缩小池容，降低吨水处理成本；采用该技术氧利用率可提高25％及以上，能耗降低25％及以上，处理效率可提高10％及以上；
3、泥水硝化液回流至缺氧反硝化协同反硝化聚磷区，保证反硝化效率；缺氧反硝化协同反硝化聚磷区出口段泥水作为驯化菌种水回流至污泥反硝化区，强化了厌氧/缺氧环境，使系统内存在大量的反硝化聚磷菌发挥反硝化聚磷作用，进一步提高脱氮除磷效率，且反硝化聚磷脱氮除磷无需投加碳源，解决了村镇污水低碳氮比难以达标及管控现状；
4、通过设置圆形隔断，在隔断上部或下部开孔，使水流成放射状进入下一级反应池，在池内形成微动力，避免了出现布水不均匀及死水区域和短流等问题；
5、在一体化设备上种植挺水植物有效吸收及掩蔽了污水处理过程中产生的异味，植物茎叶去除污水处理过程中产生的有毒有害、有异味污染的气体，并且植物美化环境的功能改善了村镇污水处理设备整体单一的现状，使一体化设备与“美好乡村”环境完美融合，同时植物的根系可吸收污水中大量的污染营养物质，将水中污染物转化为植物本体，进一步降低剩余污泥量的产生。
附图说明
图1是一种村镇污水处理一体化装置结构示意图；
图2是一种村镇污水处理一体化装置剖面示意图。
图中：1-污泥反硝化区，2-厌氧区，3-缺氧反硝化协同反硝化聚磷区，4-螺旋推进好氧硝化吸磷区，41-一级螺旋推进好氧硝化吸磷区，42-二级螺旋推进好氧硝化吸磷区，43-三级螺旋推进好氧硝化吸磷区，5-泥水分离区，51-浓缩池，52-沉淀池，6-设备控制间，7-人工浮岛，8-植物，9-根系，10-圆弧隔板，11-混合槽。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一种村镇污水处理一体化装置及处理方法作进一步描述：
实施例1
如图1-图2，本实施例提供的一种村镇污水处理一体化装置，包括依次相连的污泥反硝化区1、厌氧区2、缺氧反硝化区协同反硝化聚磷区3、螺旋推进好氧硝化吸磷区4、泥水分离区5及设备控制间6。污泥反硝化区1、厌氧区2、缺氧反硝化区协同反硝化聚磷区3、螺旋推进好氧硝化吸磷区4的有效容积比为3:4:8:15，上部均通过人工浮岛7种植挺水植物8。
在污泥反硝化区1、厌氧区2、缺氧反硝化区协同反硝化聚磷区3和螺旋推进好氧硝化吸磷区4上部种植挺水植物8，植物覆盖率为70％-90％，使一体化设备几乎全部掩映在植物中，改善了一体化设备整体单一的现状，使一体化设备与当地“美好乡村”环境完美融合。通过挺水植物8吸收或掩蔽作用，消除了一体化设备在污水处理过程中产生的异味。挺水植物8庞大的根系9比表面积较大，成为很好的微生物附着的载体，使污泥反硝化区1、厌氧区2、缺氧反硝化区协同反硝化聚磷区3和螺旋推进好氧硝化吸磷区4内既有悬浮的活性污泥，又有附着在根系9上的生物膜，成为泥膜耦合反应区，极大提高了有效生物量，提高污水处理效率。而且植物根系9松散蓬松，有利于氧的传递，提高了氧的利用率。再者植物自身生长吸收消耗了污水中的营养物质，起到净化水质作用。故而种植挺水植物8不仅消除异味，植物茎叶去除了污水处理过程中产生的有毒有害、有异味污染的气体，使一体化设备与当地乡村环境完美融合了，提高了村民对设备的接受程度，而且还强化了一体化设备单位体积处理效率，缩小池容，降低产泥量，减少设备投资及后期的运维费用。
污泥反硝化区1和厌氧区2之间，厌氧区2和缺氧反硝化协同反硝化聚磷区3之间均通过圆弧隔板9分隔，两圆弧隔板9为同心圆布置。通过圆弧形隔板过水，使水流成射流状进入下一级池，在池内形成分散扰动的微动力，有效避免布水不均匀和出现死水区域等问题，提高污水净化效率。
螺旋推进好氧硝化吸磷区4为三级区域，进出水连接处通过穿孔板隔开，污泥浓度为5000mg/L～8000mg/L。为了更高效地利用氧气，引入螺旋推进流的概念，即在螺旋推进好氧硝化吸磷区4采用底部局部正压供气，在进水推动力和底部局部正压供气上下循环力的共同作用下形成螺旋推进流。在进出口距离相同的情况下，螺旋推进流具有水流沿程最大的特点，增加了微生物与氧气的接触，提高了传质效果，从而具有降低曝气量，缩短水力停留时间、缩小池容，降低成本等诸多优势。
泥水分离区5分为浓缩池51和沉淀池52。浓缩池51底部浓缩的泥水作为泥水硝化液，通过第一个气提回流系统回流至缺氧反硝化协同反硝化聚磷区3上部的混合槽10，与厌氧区2出水充分混合后进入缺氧反硝化协同反硝化聚磷区3。沉淀池52底部泥水作为种泥膜混合液，通过第二个气提回流系统回流至污泥反硝化区1。缺氧反硝化协同反硝化聚磷区3出口段泥水作为驯化菌种水，通过第三个气提回流系统回流至污泥反硝化区1。以上回流系统的设置，强化了厌氧/缺氧环境，驯化了以反硝化聚磷菌为优势菌种的菌落，具体的：第一个气提回流系统的设置，为反硝化聚磷提供充足硝态氮，并有效避免了硝化液回流至厌氧区2时对厌氧环境造成的不良影响，保证绝对厌氧环境，使反硝化聚磷菌在厌氧环境中绝对释磷，保证后续好氧/缺氧环境中的吸磷效果；第二个气提回流系统的设置，使反硝化聚磷菌种泥回到系统前端，并在第三个气提回流系统强化厌氧/缺氧环境的作用下，驯化了以反硝化聚磷菌为优势菌种的菌落，发挥反硝化聚磷作用。以上回流系统均采用气提回流，替代传统的多台泵回流，降低设备投入，且多泵合一，便于维护管理。
一种村镇污水处理一体化装置处理方法为：
依次使原污水流经污泥反硝化区1、厌氧区2、缺氧反硝化区协同反硝化聚磷区3、一级螺旋推进好氧硝化吸磷区41、二级螺旋推进好氧硝化吸磷区42、三级螺旋推进好氧硝化吸磷区43、浓缩池51和沉淀池52，经处理的污水从沉淀池52出水，反硝化聚磷菌摄取大量磷后作为剩余污泥排出系统。工艺中不投加碳源。工艺设置从浓缩池51底部至缺氧反硝化协同反硝化聚磷区3的第一个气提回流系统，从沉淀池52底部至污泥反硝化区1的第二个气提回流系统(污泥回流)，从缺氧反硝化协同反硝化聚磷区3出口段至污泥反硝化区1的第三个气提回流系统，回流比分别为100％、30％、40％。
对比例1
本对比例提供的一种一体化污水处理装置，其结构与实施例1所述的一种村镇污水处理一体化装置基本相同，不同之处在于：污泥反硝化区和厌氧区之间，厌氧区和缺氧反硝化协同反硝化聚磷区之间用平直隔板替代圆弧形布水隔板。
污水处理方法同实施例。
对比例2
本对比例提供的一种一体化污水处理装置，其结构与实施例1所述的一种村镇污水处理一体化装置基本相同，不同之处在于：好氧硝化吸磷区采用底部全池曝气方式，取消螺旋推进作用。
污水处理方法同实施例。
对比例3
本对比例提供的一种一体化污水处理装置，其结构与实施例1所述的一种村镇污水处理一体化装置基本相同，不同之处在于：取消第三个回流系统。
污水处理方法同实施例。
对比例4
本对比例提供的一种一体化污水处理装置，其结构与实施例1所述的一种村镇污水处理一体化装置基本相同，不同之处在于：取消污泥反硝化区1、厌氧区2、缺氧反硝化区协同反硝化聚磷区3、螺旋推进好氧硝化吸磷区4上部的人工浮岛7及挺水植物8。
污水处理方法同实施例。
上述对比例硝化液回流比为100％-400％，污泥回流比为10％-150％；对比数据显示：本发明装置优势明显。处理前后出水水质以及氧利用率、产泥量对比如下表：
注：实施例与对比例所使用一体化设备各区域有效容积相同，设备控制间设备仪表相同，日处理水量约400t。
本发明提供了一种思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围，本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。
Claims (9)
1.一种村镇污水处理一体化装置，其特征在于：所述村镇污水处理一体化装置包括依次相连的预反硝化区、厌氧区、缺氧反硝化协同反硝化聚磷区、螺旋推进好氧硝化吸磷区、泥水分离区及设备控制间；所述的预反硝化区、厌氧区、缺氧反硝化协同反硝化聚磷区和螺旋推进好氧硝化吸磷区为泥膜耦合反应区，其上部均种植挺水植物；所述挺水植物的根系作为生物膜载体；所述预反硝化区、厌氧区、缺氧反硝化协同反硝化聚磷区、螺旋推进好氧硝化吸磷区均通过植物根系上附着的生物膜、悬浮状污泥及植物自身根系吸收营养物质的相互协同作用完成污水的处理；所述污泥反硝化区和厌氧区及厌氧区和缺氧反硝化协同反硝化聚磷区的圆弧隔板为同心圆；所述螺旋推进好氧硝化吸磷区底部曝气方式为局部正压供气；所述植物茎叶去除污水处理过程中产生的有毒有害、有异味污染的气体；
所述泥水分离区分为浓缩池和沉淀池，所述浓缩池底部浓缩的泥水作为泥水硝化液，通过第一个气提回流系统回流至缺氧反硝化协同反硝化聚磷区，泥水回流比为150％～300％；所述沉淀池底部泥水作为种泥膜混合液，通过第二个气提回流系统回流至预反硝化区，种泥回流比为10％～60％；所述的缺氧反硝化协同反硝化聚磷区出口段泥水作为驯化菌种水，通过第三个气提回流系统回流至预反硝化区，驯化种泥水回流比为20％～60％。
2.根据权利要求1所述的村镇污水处理一体化装置，其特征在于：所述螺旋推进好氧硝化吸磷区至少为2级区域。
3.根据权利要求1所述的村镇污水处理一体化装置，其特征在于：所述的植物覆盖率不低于30％。
4.根据权利要求1所述的村镇污水处理一体化装置，其特征在于：所述泥水硝化液与厌氧区出水在混合槽内充分混合；所述种泥膜混合液与进水在预反硝化区充分混合。
5.根据权利要求1所述的村镇污水处理一体化装置，其特征在于：所述的预反硝化区、厌氧区、缺氧反硝化协同反硝化聚磷区、螺旋推进好氧硝化吸磷区的上部的挺水植物种植在人工浮岛上。
6.根据权利要求1所述的村镇污水处理一体化装置，其特征在于：所述预反硝化区、厌氧区、缺氧反硝化协同反硝化聚磷区、螺旋推进好氧硝化吸磷区的有效容积比为0.5～1.0：0.8～1.5：1.5～3.0：3.0～5.0。
7.根据权利要求1所述的村镇污水处理一体化装置，其特征在于：所述各级的螺旋推进好氧硝化吸磷区进出水连接处可通过穿孔板隔开，或通槽连通。
8.根据权利要求1所述的村镇污水处理一体化装置，其特征在于：所述的预反硝化区、厌氧区、缺氧反硝化协同反硝化聚磷区、螺旋推进好氧硝化吸磷区可根据功能强化需要设置其他载体填料；所述的各区污泥浓度为1000mg/L～8000mg/L。
9.一种村镇污水处理一体化装置处理方法，其特征在于：采用权利要求1～8任一项权利要求所述的一种村镇污水处理一体化装置对污水进行处理。
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