CN110467263A - 一种同步短程硝化反硝化水处理装置及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种同步短程硝化反硝化水处理装置及工艺，装置包括水处理仓筒和中控系统，水处理仓筒包括内圈层和外圈层，内圈层设有内曝气装置和三相分离区，三相分离区的出口连接有回流管，回流管伸入外圈层中，内圈层上设有第一穿墙泵。污水在内圈层的第一好氧区中与活性污泥进行硝化反应，反应后的混合物进入三相分离区，气体与部分泥水混合液通过回流管进入到外圈层中，余下的泥水混合液向上溢流，经沉淀后出水。回流到外圈层的泥水混合液在外圈层中进行反硝化，再通过第一穿墙泵进入到内圈层中硝化。本发明使污水能在水处理仓筒中进行同步硝化反硝化及短程硝化反硝化，污水的除氮效果好、效率高，减少了过程中所需的氧气及活性污泥量。

Description

一种同步短程硝化反硝化水处理装置及工艺

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域中的一种水处理装置，特别是一种同步短程硝化反硝化水处理装置，以及一种同步短程硝化反硝化水处理工艺。

背景技术

水环境治理中，利用活性污泥法处理水中有机物等属最保障、安全的处理方式。活性污泥法的处理过程中，为去除水中氮元素，通常通过硝化与反硝化反应实现。传统的硝化与反硝化方式是通过一级曝气硝化后再回流至缺氧区进行反硝化，在物质转换过程中，形成一定量消耗，使得硝化与反硝化除氮效果不佳。

现有技术中采用活性污泥法或其改良工艺的水处理设备，主要由厌氧池、好氧池、沉淀池以及污泥回流系统等水处理单元组成，各个单元分别具有特定功能。随着技术的进步，污水常通过采用同步硝化反硝化技术进行处理，其通常是采用以下的途径实现：一、在一容器或空间中设置溶解氧浓度梯度，使污水在不同的溶解氧浓度条件下依次进行硝化反硝化。二、使用内部具有溶解氧浓度梯度的菌胶团活性污泥与污水进行反应。三、使用特定的硝化-反硝化菌，以使污水能同步进行硝化反硝化。然而，传统污水处理的反硝化效率低，活性污泥法一般为全过程硝化-反硝化，与短程硝化反硝化相比反应流程长，需要的碳源和氧气多，污泥量大，成本高。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种同步短程硝化反硝化水处理装置，污水能在其中进行同步短程硝化及反硝化反应；以及一种同步短程硝化反硝化水处理工艺，其对污水有较好的除氮效果。

本发明解决其技术问题的解决方案是：一种同步短程硝化反硝化水处理装置，其包括水处理仓筒和中控系统，所述水处理仓筒包括内圈层和环绕在内圈层外侧的外圈层，所述内圈层的底部设有内曝气装置，所述内曝气装置的上方设有三相分离区，所述三相分离区的出口连接有回流管，所述回流管的出口伸入外圈层中，所述内曝气装置与三相分离区之间能形成第一好氧区，所述内圈层的侧壁上设有至少一个用于连通第一好氧区与外圈层的第一穿墙泵，所述内曝气装置和第一穿墙泵均与中控系统电连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述三相分离区内设有至少一层分离层，每层分离层包括至少一个倒V型的集气罩，所述集气罩的下方均设有集气管，所述集气管均连接至回流管的入口。

作为上述技术方案的进一步改进，所述回流管内设有用于检测亚硝酸根/硝酸根浓度的第一检测装置，所述回流管的出口设有电动阀门，所述第一好氧区内设有用于检测氧浓度的第二检测装置，所述第一检测装置、第二检测装置和电动阀门均与中控系统电连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一穿墙泵的数量为两个以上，各所述第一穿墙泵分别倾斜于内圈层的径向方向，各所述第一穿墙泵的倾斜角度及倾斜方向均相同。

作为上述技术方案的进一步改进，所述三相分离区的上方设有沉淀区，所述沉淀区内设有多根斜管；所述沉淀区的上方设有出水区，所述出水区上设有出水堰和用于检测出水氨氮含量的第三检测装置，所述第三检测装置与中控系统电连接。

一种同步短程硝化反硝化水处理工艺，其向内圈层底部的第一好氧区通入污水，污水与第一好氧区中的活性污泥及氧气进行硝化反应，第一好氧区的混合物进入三相分离区，从三相分离区分离的气体及部分泥水混合液通过回流管流到外圈层，余下的泥水混合液在内圈层中向上溢流；从回流管流出的泥水混合液与外圈层中的污水混合液混合，外圈层的泥水混合液通过第一穿墙泵回流到第一好氧区中。

作为上述技术方案的进一步改进，包括以下步骤：

I.在内圈层及外圈层的底部培养活性污泥，启动内曝气装置，打开进水口，向外圈层进污水原水；

II.外圈层的泥水混合液通过第一穿墙泵和/或通孔进入内圈层的第一好氧区中；

III.第一好氧区的混合物进入三相分离区，分离得到的气体及部分泥水混合液通过回流管流到外圈层，与外圈层中的污水混合液混合并进行反硝化反应；三相分离区中分离得到的余下泥水混合液在内圈层中向上溢流；

IV.外圈层的泥水混合液重复步骤II～III。

作为上述技术方案的进一步改进，在步骤III中，分离后留在内圈层的泥水混合液流经沉淀区的斜管后，从出水堰中溢出，当用于检测出水氨氮含量的第三检测装置检测到出水氨氮含量大于5mg/L时，减小第一穿墙泵的流量，减小回流管的电动阀门的开启面积，并降低污水原水的进水量。

作为上述技术方案的进一步改进，在步骤II～III中，当回流管中用于检测硝酸根浓度的第一检测装置检测到硝酸根的浓度占比大于40％时，增大第一穿墙泵的流量，并使回流管的电动阀门处于完全开启的状态。

作为上述技术方案的进一步改进，在步骤II～III中，当第一好氧区中用于检测氧浓度的第二检测装置检测到氧浓度大于3mg/L时，内曝气装置停止运行；当第二检测装置检测到氧浓度小于1.8mg/L时，使内曝气装置的曝气量增加10％。

本发明的有益效果是：污水在内圈层的第一好氧区中与活性污泥进行硝化反应，然后第一好氧区中的混合物进入三相分离区中，气体与部分泥水混合液通过回流管进入到外圈层中，余下的泥水混合液向上溢流，经沉淀后出水。回流到外圈层的泥水混合液在外圈层中进行反硝化反应，再通过第一穿墙泵进入到内圈层中硝化反应。本发明使污水能在水处理仓筒中进行同步硝化反硝化及短程硝化反硝化，污水的除氮效果好、效率高，减少了过程中所需的氧气及活性污泥量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他设计方案和附图。

图1是本发明的同步短程硝化反硝化水处理装置的俯视图；

图2是图1中A-A剖面的示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

参照图1～图2，一种同步短程硝化反硝化水处理装置，其包括水处理仓筒和中控系统，水处理仓筒包括内圈层1和环绕在内圈层1外侧的外圈层2，内圈层1的底部设有内曝气装置7，内曝气装置7的上方设有三相分离区12，三相分离区12的出口连接有回流管3，回流管3的出口伸入外圈层2中，内曝气装置7与三相分离区12之间能形成第一好氧区11，内圈层1的侧壁上设有至少一个用于连通第一好氧区11与外圈层2的第一穿墙泵5，内曝气装置7和第一穿墙泵5均与中控系统电连接。优选地，外圈层2与第一好氧区11之间还设置至少一个通孔，通孔上可设有多孔板4，以避免外圈层2中的活性污泥过多进入内圈层1中，保证了内圈层1与外圈层2中活性污泥含量的相对平衡。

进一步作为优选的实施方式，三相分离区12内设有至少一层分离层，每层分离层包括至少一个倒V型的集气罩，集气罩的下方均设有集气管，集气管均连接至回流管3的入口。优选地，三相分离区12中设有三层分离层，每层分离层均设有三个以上的集气罩，位于中层及底层的集气罩分布在顶层的各集气罩的间隙下方，以保证能顺利截流活性污泥，以及收集气体。

进一步作为优选的实施方式，回流管3内设有用于检测亚硝酸根浓度的第一检测装置，回流管3的出口设有电动阀门，第一好氧区11内设有用于检测氧浓度的第二检测装置，第一检测装置、第二检测装置和电动阀门均与中控系统电连接。还可在外圈层2的厌氧区23处设置用于检测溶解氧浓度的第四检测装置，第四检测装置与中控系统电连接。

进一步作为优选的实施方式，第一穿墙泵5的数量为两个以上，各第一穿墙泵5分别倾斜于内圈层1的径向方向，各第一穿墙泵5的倾斜角度及倾斜方向均相同。优选地，第一穿墙泵5与其在内圈层1安装位置的径向方向的夹角为15～20°。由于第一穿墙泵5分别倾斜于内圈层1的径向方向，因此外圈层2的泥水混合液进入内圈层1后具有一定的切向速度，能在内圈层1中形成环流，使污水、活性污泥与氧气的接触、反应更充分。

进一步作为优选的实施方式，三相分离区12的上方设有沉淀区，沉淀区内设有多根斜管13，未进入回流管3的余下泥水混合液流经斜管13，斜管13极大地增加了泥水混合液与沉淀区的接触面积，使泥水混合液中的活性污泥能依附在斜管13的管壁上，活性污泥在重力的作用下从斜管13逐渐往下滑落并不断积聚，在经过三相分离区12后最终掉落回第一好氧区11中。沉淀区的设置减少了活性污泥的随出水流失的量，并提高了出水的质量。

另外，沉淀区的上方设有出水区，出水区上设有出水堰14和用于检测出水氨氮含量的第三检测装置，第三检测装置与中控系统电连接。出水堰14控制出水的流量，使其流速均匀，优选地，出水堰14为齿形堰。

进一步作为优选的实施方式，外圈层2中设有用于隔断周向环流的隔板61，隔板61上设有至少一个第二穿墙泵6，第二穿墙泵6与中控系统电连接。污水在外圈层2中形成环流，以更彻底地与活性污泥进行反应，隔板61与第二穿墙泵6的设置很好地控制了污水的流向与流速。

进一步作为优选的实施方式，外圈层2的底部设有外曝气装置8，外曝气装置8与中控系统电连接。中控系统可定时短期开启外曝气装置8，以混合搅拌外圈层的污水及活性污泥，增加污水与活性污泥的接触面积。

进一步作为优选的实施方式，外圈层2的底部外侧设有排泥口91和进水口92，排泥口91和进水口92均可启闭。

一种同步短程硝化反硝化水处理工艺，其向内圈层1底部的第一好氧区11通入污水，污水与第一好氧区11中的活性污泥及氧气进行硝化反应，第一好氧区11的混合物进入三相分离区12，从三相分离区12分离的气体及部分泥水混合液通过回流管3流到外圈层2，余下的泥水混合液在内圈层1中向上溢流；从回流管3流出的泥水混合液与外圈层2中的污水混合液混合，外圈层2的泥水混合液通过第一穿墙泵5回流到第一好氧区11中。

进一步作为优选的实施方式，包括以下步骤：

I.在内圈层1及外圈层2的底部培养活性污泥，启动内曝气装置7，打开进水口，向外圈层2进污水原水。污水原水在外圈层2底部厌氧区23中，与活性污泥发生水解反应，污水原水中的蛋白质、氨基酸等大分子水解，其水解产物再与污水共同进入内圈层1中进行后续的硝化反硝化反应，有效地去除了污水原水中的部分大分子，提高了水处理的整体质量和效率。

II.外圈层2的泥水混合液通过第一穿墙泵5和/或通孔进入内圈层1的第一好氧区11中。

污水在第一好氧区11中与活性污泥及氧气进行硝化反应。由于污水持续进入外圈层2，因此内圈层1中的混合物一边反应一边上涨到三相分离区12。

III.第一好氧区11的混合物进入三相分离区12，三相分离区12将气体及大部分的活性污泥从混合物中分离，少部分活性污泥与液体混合形成泥水混合液，这是由于三相分离区12难以将活性污泥从液体中完全脱出，因此分离出的液体中会含有少量活性污泥从而形成泥水混合液。在三相分离区12被分离出的活性污泥沉降回第一好氧区11中；部分泥水混合液在气体的气提作用下进入回流管3，即分离得到的气体及部分泥水混合液从回流管3流到外圈层2，与外圈层2中的污水混合液混合并进行反硝化反应。气体通过回流管3进入外圈层2的上部，使外圈层2上部形成第二好氧区21。从内圈流出的泥水混合液在氧气的作用下与外圈2的污水发生硝化反应，反应后的气体从外圈层2的液面逸出。

三相分离区12中分离得到的余下泥水混合液在内圈层1中向上溢流，并在缺氧的条件下发生反硝化反应。未进入回流管3的泥水混合液在反硝化反应进行的同时进入沉淀区，流经斜管13后出水。泥水混合液中的活性污泥依附在斜管13的管壁上，活性污泥在重力的作用下从斜管13上逐渐向下滑落并不断积聚，在经过三相分离区12后最终掉落回第一好氧区11中，继续与污水及氧气进行硝化反应。

内圈层1和外圈层2都在一个大气压下，且它们之间连通，因此内圈层1和外圈层2的液面能保持平衡。由于内圈层1中的部分泥水混合液在气体的气提作用下通过回流管3流到外圈层2中，且外界持续向外圈层2中通入污水，因此外圈层2中的液体能自发地通过第一穿墙泵5和/或通孔不断流入内圈层1中进行硝化反应，以维持液面的平衡；而从回流管3回流出的泥水混合液与外圈层2的污水混合后，也能依次流经第二好氧区21、缺氧区22和厌氧区23进行反硝化反应，最终再回流到内圈层1中，从而内圈层1和外圈层2之间能通过气提作用形成无动力的回流，实现污水在水处理仓筒中的同步短程硝化反硝化处理。经本装置处理后的总出水量与流经回流管3的回流总量之间的比例可达1:1.5～1:3,大量的污水在内圈层1与外圈层2之间循环回流，以进行彻底的同步硝化反硝化反应，水处理效果好。

另外，泥水混合液中的活性污泥通过回流管3回流到外圈层2中，而外圈层2中的活性污泥则通过第一穿墙泵5和通孔进入到内圈层1中，内圈层1与外圈层2之间的回流，使活性污泥在内圈层1与外圈层2中的含量基本稳定。

IV.外圈层2的泥水混合液重复步骤II～III。

进一步作为优选的实施方式，对本水处理装置内的参数调节过程优选如下：

一、当第一检测装置检测到回流管3中的泥水混合液的硝酸根占比浓度大于40％时，中控系统控制并增大第一穿墙泵5的流量，同时使回流管5的电动阀门完全打开，以加大回流量。

二、当第二检测装置检测到第一好氧区11的溶解氧浓度大于3mg/L时，中控系统暂停内曝气装置7的运作；当第二检测装置检测到第一好氧区11的溶解氧浓度小于1.8mg/L时，中控系统增加10％内曝气装置7的曝气量。

三、当第三检测装置检测到出水区的出水中氨氮的含量大于5mg/L时，中控系统减少第一穿墙泵5的流量，并减小回流管5的电动阀门的开启面积，并降低污水原水的进水量，以减少回流量。

四、当第四检测装置检测到外圈层2的厌氧区23中的溶解氧浓度大于0.2mg/L时，中控系统减少第一穿墙泵5的流量并减小回流管5的电动阀门的开启面积，以减少回流量。

综合以上调节，内圈层1的溶解氧浓度维持在2～3mg/L，外圈层2的厌氧区23中的溶解氧浓度小于0.2mg/L，回流管3的泥水混合液的亚硝酸根占比为60％～100％，出水区的出水氨氮含量小于5mg/L且总氮含量小于15mg/L，以使污水能达到较好的处理效果。

以上是对本发明的较佳实施方式进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变型或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种同步短程硝化反硝化水处理装置，其特征在于：包括水处理仓筒和中控系统，所述水处理仓筒包括内圈层(1)和环绕在内圈层(1)外侧的外圈层(2)，所述内圈层(1)的底部设有内曝气装置(7)，所述内曝气装置(7)的上方设有三相分离区(12)，所述三相分离区(12)的出口连接有回流管(3)，所述回流管(3)的出口伸入外圈层(2)中，所述内曝气装置(7)与三相分离区(12)之间能形成第一好氧区(11)，所述内圈层(1)的侧壁上设有至少一个用于连通第一好氧区(11)与外圈层(2)的第一穿墙泵(5)，所述内曝气装置(7)和第一穿墙泵(5)均与中控系统电连接。

2.根据权利要求1所述的同步短程硝化反硝化水处理装置，其特征在于：所述三相分离区(12)内设有至少一层分离层，每层分离层包括至少一个倒V型的集气罩，所述集气罩的下方均设有集气管，所述集气管均连接至回流管(3)的入口。

3.根据权利要求1所述的同步短程硝化反硝化水处理装置，其特征在于：所述回流管(3)内设有用于检测亚硝酸根/硝酸根浓度的第一检测装置，所述回流管(3)的出口设有电动阀门，所述第一好氧区(11)内设有用于检测氧浓度的第二检测装置，所述第一检测装置、第二检测装置和电动阀门均与中控系统电连接。

4.根据权利要求1所述的同步短程硝化反硝化水处理装置，其特征在于：所述第一穿墙泵(5)的数量为两个以上，各所述第一穿墙泵(5)分别倾斜于内圈层(1)的径向方向，各所述第一穿墙泵(5)的倾斜角度及倾斜方向均相同。

5.根据权利要求1所述的同步短程硝化反硝化水处理装置，其特征在于：所述三相分离区(12)的上方设有沉淀区，所述沉淀区内设有多根斜管(13)；所述沉淀区的上方设有出水区，所述出水区上设有出水堰(14)和用于检测出水氨氮含量的第三检测装置，所述第三检测装置与中控系统电连接。

6.一种同步短程硝化反硝化水处理工艺，其特征在于：向内圈层(1)底部的第一好氧区(11)通入污水，污水与第一好氧区(11)中的活性污泥及氧气进行硝化反应，第一好氧区(11)的混合物进入三相分离区(12)，从三相分离区(12)分离的气体及部分泥水混合液通过回流管(3)流到外圈层(2)，余下的泥水混合液在内圈层(1)中向上溢流；从回流管(3)流出的泥水混合液与外圈层(2)中的污水混合液混合，外圈层(2)的泥水混合液通过第一穿墙泵(5)回流到第一好氧区(11)中。

7.根据权利要求6所述的同步短程硝化反硝化水处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

I.在内圈层(1)及外圈层(2)的底部培养活性污泥，启动内曝气装置(7)，打开进水口，向外圈层(2)进污水原水；

II.外圈层(2)的泥水混合液通过第一穿墙泵(5)和/或通孔进入内圈层(1)的第一好氧区(11)中；

III.第一好氧区(11)的混合物进入三相分离区(12)，分离得到的气体及部分泥水混合液通过回流管(3)流到外圈层(2)，与外圈层(2)中的污水混合液混合并进行反硝化反应；三相分离区(12)中分离得到的余下泥水混合液在内圈层(1)中向上溢流；

IV.外圈层(2)的泥水混合液重复步骤II～III。

8.根据权利要求7所述的同步短程硝化反硝化水处理工艺，其特征在于：在步骤III中，分离后留在内圈层(1)的泥水混合液流经沉淀区的斜管(13)后，从出水堰(14)中溢出，当用于检测出水氨氮含量的第三检测装置检测到出水氨氮含量大于5mg/L时，减小第一穿墙泵(5)的流量，减小回流管(3)的电动阀门的开启面积，并降低污水原水的进水量。

9.根据权利要求7所述的同步短程硝化反硝化水处理工艺，其特征在于：在步骤II～III中，当回流管(3)中用于检测亚硝酸根浓度的第一检测装置检测到硝酸根的浓度占比大于40％时，增大第一穿墙泵(5)的流量，并使回流管(3)的电动阀门处于完全开启的状态。

10.根据权利要求7所述的同步短程硝化反硝化水处理工艺，其特征在于：在步骤II～III中，当第一好氧区(11)中用于检测氧浓度的第二检测装置检测到氧浓度大于3mg/L时，内曝气装置(7)停止运行；当第二检测装置检测到氧浓度小于1.8mg/L时，使内曝气装置(7)的曝气量增加10％。