CN108046540A - 一种同步硝化反硝化污水处理方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种同步硝化反硝化污水处理方法及其装置，包含步骤：待处理污水进入化粪固液分离区，进行水解和固液分离，污水流入同步硝化反硝化区；同步硝化反硝化区的曝气机构对污水进行曝气，污水与同步硝化反硝化区内的微生物填料接触，在微生物填料进行同步硝化反硝化反应，进行脱氮以及有机物降解；微生物填料为粒度是20mm至100mm的多孔立体结构，微生物填料在松散状态下的填充比为60％‑90％；污水流入沉淀分离区进行泥水分离，化粪固液分离区和同步硝化反硝化区至少设有一个反应单元。本发明具有可进行同步硝化反硝化反应、出水水质好和工艺流程简单、能耗低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域，更具体地说，涉及一种同步硝化反硝化污水处理方法及其装置。
背景技术
目前，近年来，为适应农村建设和城镇化发展应运而生的小型化生活污水处理设施不断出现，其中膜生物反应器，曝气生物滤池，升流式污泥厌氧床等，虽说处理效率较高，但设备管理复杂，脱氮效果不明显。而采用A/O、A2/O工艺的一体化设备，虽具有一定的脱氮效果，但这类脱氮工艺通常基于传统的生物脱氮理论：总氮的去除必须经过硝化和反硝化两个独立的过程实现，两个过程对环境的要求条件不同，不能够同时进行。在这种理论的指导下，传统的生物脱氮过程将硝化反应与反硝化反应在时间或空间上分开，设置单独的缺氧(或厌氧)及好氧反应器，或者利用间歇式的好氧、缺氧的运行方式。同时，传统脱氮工艺一般都需要进行硝化液回流以提高脱氮效果，能耗较高，而且增加了设备投资和日常的维护管理费用。对于中小型污水除磷脱氮工艺，采取上述回流措施还将使得处理设施占地面积加大、建设投资增加和、系统更加复杂，维护管理不便。
此外，村镇等分散式污水水质水量变化大，处理设施要求结构紧凑、自动化运转等特点，在利用传统的生物脱氮工艺方面还存在稳定性和适应性等问题。因此，对于上述地区来说，由于经济实力及技术手段的欠缺，采用传统的城市污水处理技术存在诸多问题。有必要针对农村和城镇化建设地区水污染特点，开发推广切实可行、因地制宜的较低成本的污水处理技术。
由于村镇等分散式污水水质水量变化大，活性污泥絮体SND(同步硝化反硝化)、好氧颗粒污泥SND、膜生物反应器SND抗冲击负荷能力较差，不能适应其水质水量的变化。固定化微生物技术还多处于研究阶段，且其运行控制要求较高，并不适用于村镇分散式污水处理。
发明内容
本发明所要解决的问题在于，提供一种出水水质好、工艺流程简单的同步硝化反硝化污水处理方法及其装置。
为了解决上述技术问题，本发明的一个方面提供了一种同步硝化反硝化污水处理方法，该方法包含以下步骤：
步骤一，待处理污水进入化粪固液分离区，进行水解和固液分离，以及拦截待处理污水中的漂浮物和沉淀杂质；其中，所述化粪固液分离区至少设有一个反应单元，所述化粪固液分离区相邻两个反应单元之间设有第一过水口；
步骤二，化粪固液分离区处理后的污水流入同步硝化反硝化区；所述同步硝化反硝化区的曝气机构对所述化粪固液分离区处理后的污水进行曝气，使所述化粪固液分离区处理后的污水与所述同步硝化反硝化区内的微生物填料充分接触，在所述微生物填料的外部进行硝化反应，在所述微生物填料的内部进行反硝化反应，进行脱氮以及有机物降解；
其中，所述微生物填料为粒度是20mm至100mm的多孔立体结构，所述同步硝化反硝化区中所述微生物填料在松散状态下的填充比为60％-90％；所述同步硝化反硝化区至少设有一个反应单元，所述同步硝化反硝化区相邻两个反应单元之间设有第二过水口；
步骤三，所述同步硝化反硝化区处理后的污水流入沉淀分离区进行泥水分离，并得到沉淀在底部的污泥以及分离在上部的清液；
步骤四，将所述步骤三得到污泥送回至所述化粪固液分离区，并重复上述步骤，以及，将所述步骤三得到的清液送入消毒区，进行消毒杀菌。
作为本发明的一种同步硝化反硝化污水处理方法优选的方案，在所述步骤一之前，还包括设计步骤，根据污水进出水的水质，设计所述化粪固液分离区和同步硝化反硝化区的反应单元的数量和容积，以及，所述化粪固液分离区流入所述同步硝化反硝化区的流量。
本发明的另一个方面提供了一种同步硝化反硝化污水处理装置，其包括依次连通的化粪固液分离区、同步硝化反硝化区、沉淀分离区和消毒区，所述化粪固液分离区和同步硝化反硝化区均设有至少一个反应单元；
所述化粪固液分离区反应单元设有进水口，所述化粪固液分离区的反应单元之间设有第一过水口，所述化粪固液分离区末端的反应单元与所述同步硝化反硝化区首端的反应单元连通，所述同步硝化反硝化区的反应单元之间设有第二过水口；
所述同步硝化反硝化区的各反应单元的底部均设有曝气机构，所述同步硝化反硝化区的各反应单元均填充有微生物填料，所述微生物填料为粒度是20mm至100mm的多孔立体结构，所述同步硝化反硝化区中所述微生物填料在松散状态下的填充比为60％-90％；
所述同步硝化反硝化区末端的反应单元与所述沉淀分离区连通，所述沉淀分离区与所述化粪固液分离区之间设有回流机构，所述回流机构的进水口与所述沉淀分离区的底部连通，所述回流机构的出水口与所述化粪固液分离区首端的反应单元连通；
所述沉淀分离区与所述消毒区连通，所述消毒区设有出水口。
作为本发明的一种同步硝化反硝化污水处理装置优选的方案，所述第一过水口位于所述化粪固液分离区的反应单元之间的中部，所述第二过水口位于所述同步硝化反硝化区的反应单元之间的上部。
作为本发明的一种同步硝化反硝化污水处理装置优选的方案，所述化粪固液分离区与所述同步硝化反硝化区之间设有气提机构，所述气提机构的进水口与所述化粪固液分离区末端的反应单元连通，所述气提机构的出水口与所述同步硝化反硝化区首端的反应单元连通；且所述化粪固液分离区末端的反应单元与所述同步硝化反硝化区首端的反应单元之间的上部设有溢流口。
作为本发明的一种同步硝化反硝化污水处理装置优选的方案，所述同步硝化反硝化区中所述微生物填料在松散状态下的填充比为75％。
作为本发明的一种同步硝化反硝化污水处理装置优选的方案，所述微生物填料为粒度是40mm至60mm的多孔立体结构，所述微生物填料的比表面积大于或等于3000m2/m3。
作为本发明的一种同步硝化反硝化污水处理装置优选的方案，所述微生物填料的内部呈肋条状结构，微生物在所述肋条状结构上附着生长并挂膜形成生物膜结构。
作为本发明的一种同步硝化反硝化污水处理装置优选的方案，所述微生物填料充水状态时处于固定状态。
作为本发明的一种同步硝化反硝化污水处理装置优选的方案，所述同步硝化反硝化区末端的反应单元内设有电解除磷机构。
实施本发明的一种同步硝化反硝化污水处理方法及其装置，与现有技术相比较，具有如下有益效果：
(1)本发明所提供的同步硝化反硝化污水处理方法及其装置，由于微生物填料为粒度是20mm-100mm的多孔立体结构，使得溶解氧在微生物填料的外部到内部的传质受到限制，使微生物填料的内部形成缺氧区域，而在外部形成好氧区域，在单个微生物填料上硝化反应和反硝化反应同步进行，污水在同步硝化反硝化区能实现脱氮以及有机物的降解，污泥减量处理，并可提高脱氮效果。
(2)本发明的方法经过实验结果表明，调整微生物填料在松散状态下的填充比可影响氨氮和总氮的去除效果，微生物填料在松散状态下的填充比为60％-90％污水处理效果较好。
(3)由于微生物填料自身由外往内构成好氧区和缺氧区，由此无需向缺氧池进行硝化液回流，提高污水处理效率，能降低整个系统的能耗。
(4)污水流经化粪固液分离区的多个反应单元和同步硝化反硝化区的多个反应单元，能进一步加强系统的抗冲击能力，提升出水水质。
(5)本发明集化粪固液分离、同步硝化反硝化、沉淀分离、消毒于一体，工艺流程简单，系统运行维护简便，更加适用于村镇分散式污水处理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍。
图1是本发明提供的一种同步硝化反硝化污水处理方法的工艺流程图；
图2是本发明提供的一种同步硝化反硝化污水处理装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本实施例提供了一种同步硝化反硝化污水处理方法，其包含以下步骤：
步骤一，待处理污水进入化粪固液分离区1，进行水解和固液分离，以及拦截待处理污水中的漂浮物和沉淀杂质；其中，所述化粪固液分离区1至少设有一个反应单元，所述化粪固液分离区1相邻两个反应单元之间设有第一过水口7；
步骤二，化粪固液分离区1处理后的污水流入同步硝化反硝化区2；所述同步硝化反硝化区2的曝气机构13对所述化粪固液分离区1处理后的污水进行曝气，使所述化粪固液分离区1处理后的污水与所述同步硝化反硝化区2内的微生物填料5充分接触，在所述微生物填料5的外部进行硝化反应，在所述微生物填料5的内部进行反硝化反应，进行脱氮以及有机物降解；
其中，所述微生物填料5为粒度是20mm至100mm的多孔立体结构，所述同步硝化反硝化区2中所述微生物填料5在松散状态下的填充比为60％-90％；所述同步硝化反硝化区2至少设有一个反应单元，所述同步硝化反硝化区2相邻两个反应单元之间设有第二过水口8；
步骤三，所述同步硝化反硝化区2处理后的污水流入沉淀分离区3进行泥水分离，并得到沉淀在底部的污泥以及分离在上部的清液；
步骤四，将所述步骤三得到污泥送回至所述化粪固液分离区1，并重复上述步骤，以及，将所述步骤三得到的清液送入消毒区4，进行消毒杀菌。
更佳地，在所述步骤一之前，还包括设计步骤，根据污水进出水水质，设计所述化粪固液分离区1和同步硝化反硝化区2的反应单元的数量和容积，以及，所述化粪固液分离区1流入所述同步硝化反硝化区2的流量，可将资源最大化利用。
本发明集化粪固液分离、同步硝化反硝化、沉淀分离、消毒于一体，工艺流程简单，系统运行维护简便，更加适用于村镇分散式污水处理。此外，污水流经化粪固液分离区1的多个反应单元和同步硝化反硝化区2的多个反应单元，能进一步加强系统的抗冲击能力，提升出水水质；无需向缺氧池进行硝化液回流，提高污水处理效率，能降低整个系统的能耗。
本发明所提供的同步硝化反硝化污水处理方法，由于微生物填料5为粒度是20mm-100mm的多孔立体结构，使得溶解氧在微生物填料5的外部到内部的传质受到限制，使微生物填料5的内部形成缺氧区域，而在外部形成好氧区域，在单个微生物填料5上硝化反应和反硝化反应同步进行，污水在同步硝化反硝化区2能实现脱氮以及有机物的降解，污泥减量处理，并可提高脱氮效果。此外，经过实验结果表明，调整微生物填料5在松散状态下的填充比可影响氨氮和总氮的去除效果，微生物填料5在松散状态下的填充比为60％-90％污水处理效果较好。
如图2所示，本发明基于上述同步硝化反硝化污水处理方法还提供了一种同步硝化反硝化污水处理装置，其包括依次连通的化粪固液分离区(池)1、同步硝化反硝化区(池)2、沉淀分离区(池)3和消毒区(池)4，所述化粪固液分离区1和同步硝化反硝化区2均设有至少一个反应单元。
下面以所述化粪固液分离区1设置3个化粪固液分离池和所述同步硝化反硝化区2设置6个同步硝化反硝化池为例进行说明。
所述化粪固液分离区1首端的反应单元设有进水口6，所述化粪固液分离区1的反应单元之间设有第一过水口7，所述化粪固液分离区1末端的反应单元与所述同步硝化反硝化区2首端的反应单元连通，所述同步硝化反硝化区2的反应单元之间设有第二过水口8。
所述同步硝化反硝化区2的各反应单元的底部均设有曝气机构13，所述同步硝化反硝化区2的各反应单元均填充有微生物填料5，所述微生物填料5为粒度是20mm至100mm的多孔立体结构，优选的，所述微生物填料5为粒度是40mm至60mm的多孔立体结构，且所述微生物填料5的比表面积大于或等于3000m2/m3。所述微生物填料5可选用多面体或球体，优选为正方体。此外，曝气机构13的设置能使所述化粪固液分离区1处理后的污水与所述同步硝化反硝化区2内的微生物填料5充分接触，在所述微生物填料5的外部进行硝化反应，在所述微生物填料5的内部进行反硝化反应，进行脱氮以及有机物降解。还需要说明的是，由于微生物填料5自身由外往内构成好氧区和缺氧区，由此无需向缺氧池进行硝化液回流，提高污水处理效率，能降低整个系统的能耗。
所述同步硝化反硝化区2中所述微生物填料5在松散状态下的填充比为60％-90％，优选为75％，能有效提高氨氮和总氮去除率。
所述同步硝化反硝化区2末端的反应单元与所述沉淀分离区3连通，所述沉淀分离区3与所述化粪固液分离区1之间设有回流机构14，所述回流机构的进水口141与所述沉淀分离区3的底部连通，所述回流机构的出水口142与所述化粪固液分离区1首端的反应单元连通。由此，能够对污水进行重复处理，保证出水水质的质量。
所述沉淀分离区3与所述消毒区4连通，其中，在所述消毒区4内通过固体消毒药剂进行消毒灭菌，所述消毒区4设有出水口11，可通过出水口11自流出水，或者通过泵提升的方式出水。
本装置集化粪固液分离、同步硝化反硝化、沉淀分离、消毒于一体，工艺流程简单，系统运行维护简便，更加适用于村镇分散式污水处理。此外，化粪固液分离区1和同步硝化反硝化区2由多个反应单元组成，提高系统的抗冲击能力，提升出水水质。
此外，选取粒度为20mm-100mm的多孔立体结构为微生物填料5，使得溶解氧在微生物填料5的外部到内部的传质受到限制，使微生物填料5的内部形成缺氧区域，而外部形成好氧区域，在单个微生物填料5上硝化反应和反硝化反应同步进行，污水在同步硝化反硝化区2能实现脱氮以及有机物的降解，污泥减量处理，并可提高脱氮效果。
其中，将同步硝化反硝化区2内的微生物填料5的填充比设置为60％-90％，能提高污水中氨氮和总氮的去除率。
更佳地，所述第一过水口7位于所述化粪固液分离区1的反应单元之间的中部；所述第二过水口8位于所述同步硝化反硝化区2的反应单元之间的上部；所述同步硝化反硝化区2末端的反应单元与所述沉淀分离区3通过第三过水口9连通，所述第三过水口9位于所述同步硝化反硝化区2末端的反应单元的上部；所述沉淀分离区3与所述消毒区4通过第四过水口10连通，所述第四出水口位于所述沉淀分离区3的上部；所述出水口11位于消毒区4的上部。
需要说明的是，由于化粪固液分离区1的第一过水口7设置在其反应单元之间的中部，使得所述化粪固液分离区1具有水量调节的功能，各个化粪固液分离池的上部容的上部容积能作为水量调节区域，可避免化粪固液分离区1出水不均匀，且能够降低系统中的污泥量，有效应对污水水量和水质的突变，加强系统的抗冲击能力。
更佳地，所述化粪固液分离区1与所述同步硝化反硝化区2之间设有气提机构12，气提机构的进水口121与所述化粪固液分离区1末端的反应单元连通，气提机构的出水口122与所述同步硝化反硝化区2首端的反应单元连通。这样，气提机构12将污水定量泵入能够实现化粪固液分离后的污水以恒定的流速进入同步硝化反硝化区2，保证系统运行的稳定性，避免水量变化对整个系统造成冲击。
更佳地，所述化粪固液分离区1末端的反应单元与所述同步硝化反硝化区2首端的反应单元之间的上部设有溢流口16，避免进入化粪固液分离区1的水量过大时污水溢出设备。并且所述溢流口16的位置高于第二过水口8的位置，可避免所述同步硝化反硝化区2内的污水从所述溢流口16回流到所述化粪固液分离区1内。
更佳地，所述气提机构12、曝气机构13和回流机构14的供气管连接同一气泵15，所述气泵15作为整个系统中唯一动力设备，动力设备少，能够有效减少运行能耗。
更佳地，所述微生物填料5的内部呈肋条状结构，微生物在所述肋条状结构上附着生长并挂膜形成生物膜结构。该肋条状结构能为微生物提供更多的附着生长的位置，并且有效的比表面积大，可提高填料上的微生物浓度，可进一步提高反应效率，从而降低反应容器的体积，降低生产成本。
更佳地，所述微生物填料5工作状态(充水状态)时处于固定状态，这样，相对流体状态的微生物填料5，固定状态的微生物填料5磨损率更低，延长使用寿命，且后期维护成本低。
更佳地，所述同步硝化反硝化区2末端的反应单元内设有电解除磷机构，可降低污水中的含磷量，提高出水水质。
本实施例中出水COD(化学需氧量)、氨氮含量、总氮含量、SS(固体悬浮物浓度)基本可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B排放标准。本实施例中SND区对于氨氮的去除率可达到95％以上，对总氮的去除率可达到60％以上，具有较好的同步硝化反硝化效果。
下面，通过本发明的同步硝化反硝化污水处理方法及其装置进行污水处理实验，以进水水质为：COD＝220-450mg/L,氨氮＝35-45mg/L，总氮＝45-52mg/L的生活污水为处理对象，微生物填料5为正方体结构。
在其他条件相同的情况下，分别更改化粪固液分离池单元数，同步硝化反硝化池单元数，微生物填料5的粒度，微生物填料5在同步硝化反硝化池中的填充比，以COD、氨氮和总氮的去除率作为监测指标，实验条件设计和实验结果如下：
从实验组1和实验组2的试验结果可以看出，合理设计化粪调节池单元数和同步硝化反硝化池单元数可提高COD、氨氮和总氮的去除率，提高整体的处理效果。
从实验组1、实验组3和实验组4的试验结果可以看出，同步硝化反硝化池中的微生物填料5的粒度是影响氨氮和总氮去除效果的重要参数，微生物填料5的粒度在20mm-100mm的范围处理效果相对较好，微生物填料5的粒度为50mm时效果最佳，可知微生物填料5的粒度在40mm-60mm时去除氨氮和总氮的效果最佳。微生物填料5的粒度过大或者过小都会影响填料上形成的溶解氧梯度，影响微生物填料5内部和外部的硝化和反硝化菌的菌群结构，从而影响同步硝化反硝化区2的脱氮的效果。
从实验组1和实验组5、实验组6的试验结果可以看出，同步硝化反硝化区2的微生物填料5的填充比是影响氨氮和总氮去除效果的重要参数，在填充比在60％-90％处理效果较好，其中从实验结果中得出填充比在75％时的处理效果最佳。
以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种同步硝化反硝化污水处理方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤一，待处理污水进入化粪固液分离区，进行水解和固液分离，以及拦截待处理污水中的漂浮物和沉淀杂质；其中，所述化粪固液分离区至少设有一个反应单元，所述化粪固液分离区相邻两个反应单元之间设有第一过水口；
步骤二，化粪固液分离区处理后的污水流入同步硝化反硝化区；所述同步硝化反硝化区的曝气机构对所述化粪固液分离区处理后的污水进行曝气，使所述化粪固液分离区处理后的污水与所述同步硝化反硝化区内的微生物填料充分接触，在所述微生物填料的外部进行硝化反应，在所述微生物填料的内部进行反硝化反应，进行脱氮以及有机物降解；
其中，所述微生物填料为粒度是20mm至100mm的多孔立体结构，所述同步硝化反硝化区中所述微生物填料在松散状态下的填充比为60％-90％；所述同步硝化反硝化区至少设有一个反应单元，所述同步硝化反硝化区相邻两个反应单元之间设有第二过水口；
步骤三，所述同步硝化反硝化区处理后的污水流入沉淀分离区进行泥水分离，并得到沉淀在底部的污泥以及分离在上部的清液；
步骤四，将所述步骤三得到污泥送回至所述化粪固液分离区，并重复上述步骤，以及，将所述步骤三得到的清液送入消毒区，进行消毒杀菌。
2.如权利要求1所述的同步硝化反硝化污水处理方法，其特征在于，在所述步骤一之前，还包括设计步骤，根据污水进出水的水质，设计所述化粪固液分离区和同步硝化反硝化区的反应单元的数量和容积，以及，所述化粪固液分离区流入所述同步硝化反硝化区的流量。
3.一种基于权利要求1或2所述的同步硝化反硝化污水处理方法的同步硝化反硝化污水处理装置，其特征在于，包括依次连通的化粪固液分离区、同步硝化反硝化区、沉淀分离区和消毒区，所述化粪固液分离区和同步硝化反硝化区均设有至少一个反应单元；
所述化粪固液分离区首端的反应单元设有进水口，所述化粪固液分离区的反应单元之间设有第一过水口，所述化粪固液分离区末端的反应单元与所述同步硝化反硝化区首端的反应单元连通，所述同步硝化反硝化区的反应单元之间设有第二过水口；
所述同步硝化反硝化区的各反应单元的底部均设有曝气机构，所述同步硝化反硝化区的各反应单元均填充有微生物填料，所述微生物填料为粒度是20mm至100mm的多孔立体结构，所述同步硝化反硝化区中所述微生物填料在松散状态下的填充比为60％-90％；
所述同步硝化反硝化区末端的反应单元与所述沉淀分离区连通，所述沉淀分离区与所述化粪固液分离区之间设有回流机构，所述回流机构的进水口与所述沉淀分离区的底部连通，所述回流机构的出水口与所述化粪固液分离区首端的反应单元连通；
所述沉淀分离区与所述消毒区连通，所述消毒区设有出水口。
4.如权利要求3所述的同步硝化反硝化污水处理装置，其特征在于，所述第一过水口位于所述化粪固液分离区的反应单元之间的中部，所述第二过水口位于所述同步硝化反硝化区的反应单元之间的上部。
5.如权利要求3所述的同步硝化反硝化污水处理装置，其特征在于，所述化粪固液分离区与所述同步硝化反硝化区之间设有气提机构，所述气提机构的进水口与所述化粪固液分离区末端的反应单元连通，所述气提机构的出水口与所述同步硝化反硝化区首端的反应单元连通；且所述化粪固液分离区末端的反应单元与所述同步硝化反硝化区首端的反应单元之间的上部设有溢流口。
6.如权利要求3所述的同步硝化反硝化污水处理装置，其特征在于，所述同步硝化反硝化区中所述微生物填料在松散状态下的填充比为75％。
7.如权利要求3所述的同步硝化反硝化污水处理装置，其特征在于，所述微生物填料为粒度是40mm至60mm的多孔立体结构，所述微生物填料的比表面积大于或等于3000m2/m3。
8.如权利要求3所述的同步硝化反硝化污水处理装置，其特征在于，所述微生物填料的内部呈肋条状结构，微生物在所述肋条状结构上附着生长并挂膜形成生物膜结构。
9.如权利要求3所述的同步硝化反硝化污水处理装置，其特征在于，所述微生物填料充水状态时处于固定状态。
10.如权利要求3-9任一项所述的同步硝化反硝化污水处理装置，其特征在于，所述同步硝化反硝化区末端的反应单元内设有电解除磷机构。
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