CN109399870A - 一种一体化短程高效污水处理装置及水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污水处理技术领域，一种一体化短程高效污水处理装置及水处理方法，所述装置包括进水系统、絮凝系统、生化系统和发酵系统。本发明可实现95％的有机污染物去除率，出水有机物浓度低于20mg‑COD/L；污水总磷的去除率达到97％，出水总磷浓度低于0.2mg/L；污水总氮的去除率可达到80％,出水总氮浓度低于10mg/L，二级出水可满足一级A的污水排放标准。本发明采用的处理工艺可显著减少污水处理时间(小于6小时)，提高污染物去除效率，操作简单，基建、运行及维护成本低。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，一种一体化短程高效污水处理装置及水处理方法。
背景技术
随着我国经济社会的迅速发展，水环境污染日益加剧，严重威胁水体环境。由国家环保部推出的“水十条”计划指出：到2020年，全国所有县城和重点镇具备污水处理收集能力，新增完成环境综合整治的建制村13万个。这意味着污水治理的重心将由工业、城市污染治理逐步转向村镇环境综合治理转移。
然而我国农村环境地形复杂、污水来源分散、管网覆盖极不完善。传统的集中式污水处理技术具有诸多缺点，包括：处理设备占地面积大，能耗高、易堵塞、难以模块化组合；污水处理时间长，运行成本较高，处理效率底下，氮磷难以同时达标杂；且管网建设投资巨大，因此并不适用于包括农村，城镇郊区及景区等污水产量较小但急需处理的地区。
目前市面上的分散化污水处理设备主要是基于“MBR(膜生物反应器)”系统，但是该类产品仍存在后期维护成本高，需要定期进行膜清洗，且氮磷去除率仍然不高等缺点。
又例如现有技术CN1843981A提供了污水悬浮载体生物处理工艺，包括以下步骤：a、强化絮凝沉淀：将生活污水或工业废水及后阶段回流的混合液导入强化絮凝沉淀池，加入絮凝剂混合，反应后的沉淀物经沉淀区底部排出；b、一体化悬浮载体生物反应器的生物处理和固液分离：将悬浮载体生物反应池通过穿孔挡板或挡墙分隔成缺氧区、好氧区和固液分离区，各区均投有悬浮载体生物填料，这样制得一体化悬浮载体生物反应器；步骤a得到的清液依次流入上述三个区域后，固液分离区下层导出沉淀污泥，从上层排出的清水即符合排放标准的水。但是该工艺难以适用于低碳氮比的污水处理，必须补充外加碳源才能达到总氮排放标准。
另外，现有技术CN103359890A一种中和沉淀处理后钢铁酸洗废水的净化方法，用于去除废水中的总氮，即硝酸根离子含量和总硬度即钙离子含量。所述方法，包括中和沉淀后的废水通过混合絮凝池、物化沉淀池、pH调节池、缺氧池、好氧池和生化沉淀池，30～50％缺氧池出水回流至混合絮凝池，其余缺氧池出水流入生化沉淀池。但此方案基于活性污泥法，必须配备沉淀池进行泥水分离，增加了构筑物的占地面积，延长了处理时间。
发明内容
鉴于现有技术存在的问题，本发明提供一种占地面积小，水处理效率高的一体化短程高效污水处理装置及工艺，结合化学法强化除磷，旁路污泥厌氧酸化处理，及酸化液回流强化生物脱氮，实现出水稳定达标。
首先，污水续批式进入快搅池与铁盐或铝混凝剂快速混合，然后经慢搅池进行絮凝，最后进入沉淀池。沉淀池出水进入调节池，用做后续生物处理池的连续进水箱。生物处理池采用推流式缺氧/好氧(A/O)工艺，并填充悬浮及固定填料，达到高效生物脱氮的目的，同时减少污泥产量。初沉池的污泥进入厌氧发酵罐，进行半连续式的水解酸化。发酵罐上清液回流至生物处理池的厌氧区，为反硝化提供有机碳源。通过调控絮凝剂投加量，发酵液回流量，以及生物池回流比，使出水氮磷稳定达标。经生物处理池的二级出水不需二次沉淀即可直接排入自然水体。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种一体化短程高效污水处理装置，包括进水系统、絮凝系统、生化系统和发酵系统，其中：
1)进水系统包括原水池，潜水泵、混凝剂储槽、加药泵和管道混合器：潜水泵置于原水池内，通过管道混合器与絮凝池的入水口连接；同时，混凝剂储槽通过加药泵连接管道混合器，实现进水与混凝剂的快速混合；
2)絮凝系统包括絮凝池、快速沉淀池、污泥泵和污泥管：絮凝池的入水口与进水系统连接，出水口与快速沉淀池连接；絮凝池采用机械搅拌的方式；沉淀池采用单层或双层斜板或斜管设计，沉淀池下端的污泥口连接污泥管，通过污泥泵与发酵系统的厌氧发酵罐的入口连接；
作为本发明的一种优选技术方案，所述絮凝系统中，机械搅拌的搅拌装置采用桨板式，根据处理水量可设置多组搅拌桨。
3)生化系统包括调节池，潜水泵、生物膜反应池、搅拌桨、填料、曝气风机和多孔管：调节池的入水口与沉淀池的出水口连接，潜水泵置于调节池中，通过管路与生物膜反应池的入水口连接，连续进水；生物膜反应池采用推流式，依次分为缺氧区和好氧区；生物膜反应池内部采用悬浮或固定填料进行填充；缺氧区采用机械搅拌的方式混合填料；好氧区底部安置多孔管，外部连接多个曝气风机进行鼓风曝气，且曝气量沿水流方向逐渐减少；好氧区的部分出水(优选50-80％)回流至缺氧区入水口，其余排入自然水体(优选20-50％)；
作为本发明的一种优选技术方案，所述生化系统中，缺氧区和好氧区的体积比例为1：2，1：3或1：4，以充分实现生物硝化和反硝化过程。
作为本发明的一种优选技术方案，所述生化系统中，填料所占生物膜反应池的体积比在20-60％之间，尽可能增加水流与生物膜的有效接触面积。
4)发酵系统包括：厌氧发酵罐、污泥泵、污泥管、澄清池，蠕动泵：发酵罐的入口与絮凝系统的快速沉淀池的污泥泵连接，底部的污泥口连接污泥管，通过污泥泵与澄清池入口连接；发酵罐内置悬挂式的搅拌桨，对污泥进行机械混合；澄清池采用斜管式，出水口通过蠕动泵与生物膜反应池的缺氧区入口相连接；此外，澄清池的底部设有污泥泵，定期排泥。
作为本发明的一种优选技术方案，发酵罐采用半连续的方式运行，即进泥和排泥操作同时进行，污泥停留时间为2-6天，尽可能提高污泥上清液的有机物浓度，从而为生物膜反应池的厌氧区提供足够的碳源。
本发明另一目的在于还提供了一体化短程高效污水处理工艺，采用前述的一种一体化短程高效污水处理装置，针对当前市政污水氮磷去除效率不高，污泥产量大、难处理等问题而开发的一种短程高效的“混凝-旁路发酵-生物膜”水处理工艺，包括进水工序、絮凝沉淀工序、生化处理工序和污泥发酵工序：
1)进水工序：原水池中的原水经潜水泵进入絮凝池；同时，采用氯化铁、硫酸铝或者聚合氯化铝/铁为混凝剂，溶解后存于混凝剂储槽内，通过加药泵在管道混合器内与原水进行充分混合；优选混凝剂投加量为10-20mg Fe/L或10-20mg Al/L，保证污水中90％以上的TP可以有效去除。
2)絮凝沉淀工序：原水在絮凝池中进行慢速絮凝，搅拌速度为20-50r/min，水力停留时间为10-20min,以实现絮体的充分形成；然后进入快速沉淀池；沉淀池的水力停留时间为40-60min,出水进入调节池；沉淀池底部的污泥经过污泥泵进入污泥发酵罐；经过絮凝处理之后的出水:悬浮颗粒(SS)<100mg/L,化学需氧量(COD)<100mg/L,总磷(TP)<1mg/L，总氮(TN)<30mg/L；
3)生物处理工序：调节池的出水采用连续推流方式进入生物膜反应池，先后经过缺氧区和好氧区，最后以溢流的方式排水；缺氧区的搅拌速度为50-100r/min，好氧区溶氧量维持在1-4mg/L；好氧区的出水部分回流至缺氧区的入水口，为生物反硝化过程提供硝酸盐氮，其余部分排出系统；根据水质和当地污水排放标准，优选在缺氧区的入水口，回流水量与调节池出水量比例控制在2：1-5：1之间；最终好氧区出水水质达到COD<20mg/L,TP<0.2mg/L,TN<10mg/L。
4)污泥发酵工序：经沉淀池排出的污泥浓度维持在6-20g/L的MLSS(混合液悬浮固体浓度)，经污泥泵进入发酵罐进行厌氧水解酸化，进泥的同时发酵罐底部排同等体积的泥，保证污泥停留时间在2-6天；发酵罐的出水进入澄清池，经1-2h的澄清后，上清液含有4000-10000mg/L的COD；经蠕动泵持续进入生物膜反应池的缺氧区，上清液流量维持在调节池出水流量的1/20-1/50，为反硝化脱氮提供补充碳源。
本发明可以广泛应用在水处理技术领域，涉及一种污水处理的分散化、模块化组合水处理装置及工艺。本发明相对于现有技术的主要优点包括：
(1)污水处理效果好，氮磷去除率稳定；
(2)污水处理时间短，系统短程高效；
(3)处理运行成本低，后期维护简单；
(4)处理设备占地少，建设投资成本低；
(5)污水设备模块化，易于运输组装；
(6)一级污泥易脱水，生物污泥产量低；
(7)处理水量范围广，大中小均可。
本发明可实现95％的有机污染物去除率，出水有机物浓度低于20mg-COD/L；污水总磷的去除率达到97％，出水总磷浓度低于0.2mg/L；污水总氮的去除率可达到80％,出水总氮浓度低于10mg/L，二级出水可满足一级A的污水排放标准。本发明采用的处理工艺可显著减少污水处理时间(小于6小时)，提高污染物去除效率，操作简单，基建、运行及维护成本低。
附图说明
图1，本发明提供的一体化短程高效污水处理装置的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式做进一步说明，但本发明不局限于此：
实施例1
参照图1所示，某镇生活污水进入原水池储存，由潜水泵抽入管道混合器；同时，FeCl3混凝剂溶解于混凝剂储槽，通过加药泵连接管道混合器，实现进水与混凝剂的快速混合，混凝剂投加量为10mg Fe/L。管道混合器的出水口与絮凝器的入水口连接，絮凝池采用一组机械搅拌桨，搅拌速度为20r/min,水力停留时间20min。然后进入单层斜板沉淀池，水力停留时间60min,出水通过溢流方式进入调节池，调节池的出水经潜水泵连续进入生物膜反应池，依次经过体积比1：4的缺氧区和好氧区。缺氧区采用体积比60％的悬浮填料填充，并以50r/min的速度进行机械浆搅拌；好氧区采用体积比50％的固定纤维填料填充，溶氧控制在3mg/L,维持好氧区回流水量与调节池出水量比例在5：1之间。此外，沉淀池下端的污泥口连接污泥管，通过污泥泵与发酵系统的厌氧发酵罐的入口连接，污泥停留时间为3天，发酵罐的出水进入澄清池，经2h的澄清后，上清液含有6000mg/L的COD；经蠕动泵持续抽入生物膜反应池的缺氧区，上清液流量维持在调节池出水流量的1/50，为反硝化脱氮提供补充碳源。
经过上述步骤的最终出水水质可稳定达到COD 20mg/L,TP 0.2mg/L,TN 8mg/L，SS小于20mg/L。
实施例2
参照图1所示，某城市大型小区生活污水进入原水池储存，由潜水泵抽入管道混合器；同时，聚合氯化铝(PACl)混凝剂溶解于混凝剂储槽，通过加药泵连接管道混合器，实现进水与混凝剂的快速混合，混凝剂投加量为16mg Al/L。管道混合器的出水口与絮凝器的入水口连接，絮凝池采用2组机械搅拌桨，搅拌速度为50r/min,水力停留时间10min。然后进入双层斜板沉淀池，水力停留时间40min,出水通过溢流方式进入调节池，调节池的出水经潜水泵连续进入生物膜反应池，依次经过体积比1：2的缺氧区和好氧区。缺氧区采用体积比40％的悬浮填料填充，并以100r/min的速度进行机械浆搅拌；好氧区采用体积比60％的固定纤维填料填充，溶氧控制在2-3mg/L,维持好氧区回流水量与调节池出水量比例在2：1之间。此外，沉淀池下端的污泥口连接污泥管，通过污泥泵与发酵系统的厌氧发酵罐的入口连接，污泥停留时间为6天，发酵罐的出水进入澄清池，经2h的澄清后，上清液含有10000mg/L的COD；经蠕动泵持续抽入生物膜反应池的缺氧区，上清液流量维持在调节池出水流量的1/30，为反硝化脱氮提供补充碳源。
经过上述步骤的最终出水水质可稳定达到COD 20mg/L,TP 0.1mg/L,TN 10mg/L，SS小于30mg/L。
对比实施例1
与实施例1的区别在于，不投加混凝剂，系统出水水质COD 50mg/L,TP 1.5mg/L,TN15mg/L,SS 50mg/L，总磷难以达标。
对比实施例2
与实施例1的区别在于，不回流污泥发酵上清液，系统出水水质COD 30mg/L,TP0.2mg/L,TN 25mg/L,SS 40mg/L，总氮难以达标。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种一体化短程高效污水处理装置，其特征在于，包括进水系统、絮凝系统、生化系统和发酵系统，其中：
1)进水系统包括原水池，潜水泵、混凝剂储槽、加药泵和管道混合器：潜水泵置于原水池内，通过管道混合器与絮凝池的入水口连接；同时，混凝剂储槽通过加药泵连接管道混合器，实现进水与混凝剂的快速混合；
2)絮凝系统包括絮凝池、快速沉淀池、污泥泵和污泥管：絮凝池的入水口与进水系统连接，出水口与快速沉淀池连接；絮凝池采用机械搅拌的方式；沉淀池采用单层或双层的斜板或斜管设计，沉淀池下端的污泥口连接污泥管，通过污泥泵与发酵系统的厌氧发酵罐的入口连接；
作为本发明的一种优选技术方案，所述絮凝系统中，机械搅拌的搅拌装置采用桨板式，根据处理水量可设置多组搅拌桨。
3)生化系统包括调节池，潜水泵、生物膜反应池、搅拌桨、填料、曝气风机和多孔管：调节池的入水口与沉淀池的出水口连接，潜水泵置于调节池中，通过管路与生物膜反应池的入水口连接，连续进水；生物膜反应池采用推流式，依次分为缺氧区和好氧区；生物膜反应池内部采用悬浮或固定填料进行填充；缺氧区采用机械搅拌的方式混合填料；好氧区底部安置多孔管，外部连接多个曝气风机进行鼓风曝气，且曝气量沿水流方向逐渐减少；好氧区的部分出水(优选50-80％)回流至缺氧区入水口，其余排入自然水体(优选20-50％)；
4)发酵系统包括：厌氧发酵罐、污泥泵、污泥管、澄清池，蠕动泵：发酵罐的入口与絮凝系统的快速沉淀池的污泥泵连接，底部的污泥口连接污泥管，通过污泥泵与澄清池入口连接；发酵罐内置悬挂式的搅拌桨，对污泥进行机械混合；澄清池采用斜管式，出水口通过蠕动泵与生物膜反应池的缺氧区入口相连接；此外，澄清池的底部设有污泥泵，定期排泥。
2.根据权利要求1所述的一种一体化短程高效污水处理装置，其特征在于，所述生化系统中，缺氧区和好氧区的体积比例为1：2，1：3或1：4。
3.根据权利要求1所述的一种一体化短程高效污水处理装置，其特征在于，所述生化系统中，填料所占生物膜反应池的体积比在20-60％之间。
4.根据权利要求1所述的一种一体化短程高效污水处理装置，其特征在于，发酵罐采用半连续的方式运行，即进泥和排泥操作同时进行，污泥停留时间为2-6天。
5.一种一体化短程高效污水处理工艺，其特征在于，采用前述权利要求1-4任一项所述的一种一体化短程高效污水处理装置，包括进水工序、絮凝沉淀工序、生化处理工序和污泥发酵工序：
1)进水工序：原水池中的原水经潜水泵进入絮凝池；同时，采用氯化铁、硫酸铝或者聚合氯化铝/铁为混凝剂，溶解后存于混凝剂储槽内，通过加药泵在管道混合器内与原水进行充分混合；
2)絮凝沉淀工序：原水在絮凝池中进行慢速絮凝，搅拌速度为20-50r/min；水力停留时间为10-20min,然后进入快速沉淀池；沉淀池的水力停留时间为40-60min,出水进入调节池；沉淀池底部的污泥经过污泥泵进入污泥发酵罐；经过絮凝处理之后的出水:悬浮颗粒(SS)<100mg/L,化学需氧量(COD)<100mg/L,总磷(TP)<1mg/L，总氮(TN)<30mg/L；
3)生物处理工序：调节池的出水采用连续推流方式进入生物膜反应池，先后经过缺氧区和好氧区，最后以溢流的方式排水；缺氧区的搅拌速度为50-100r/min，好氧区溶氧量维持在1-4mg/L；好氧区的出水部分回流至缺氧区的入水口，其余部分排出系统；
4)污泥发酵工序：经沉淀池排出的污泥浓度维持在6-20g/L的MLSS，经污泥泵进入发酵罐进行厌氧水解酸化，进泥的同时发酵罐底部排同等体积的泥，保证污泥停留时间在2-6天；发酵罐的出水进入澄清池，经1-2h的澄清后，上清液含有4000-10000mg/L的COD；经蠕动泵持续进入生物膜反应池的缺氧区，上清液流量维持在调节池出水流量的1/20-1/50，为反硝化脱氮提供补充碳源。
6.根据权利要求5所述的一种一体化短程高效污水处理工艺，其特征在于，所述进水工序中，混凝剂投加量为10-20mg Fe/L或10-20mg Al/L。
7.根据权利要求5所述的一种一体化短程高效污水处理工艺，其特征在于，在缺氧区的入水口，回流水量与调节池出水量比例控制在2：1-5：1之间；最终好氧区出水水质达到COD<20mg/L,TP<0.2mg/L,TN<10mg/L。
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