CN111099791A - 一种低污泥产率的污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低污泥产率的污水处理系统，包括预处理单元、生化处理单元、化学除磷单元和消毒单元；生化处理单元包括强化循环厌氧反应器(6)、曝气生物滤池(7)和厌氧氨氧化生物滤池(8)。该系统处理生活污水或其他废水效率高且稳定，系统占地面积小，能耗低，产泥量少，适用于大、中、小型城镇的生活污水的达标处理和深度处理。

Description

一种低污泥产率的污水处理系统

技术领域

本发明属于污水处理系统领域，特别涉及一种低污泥产率的污水处理系统。

背景技术

生活污水中含有的有机物、矿物质也是一种资源，在高质出水前提下，实现对污水、废水中能源和资源的利用，符合清洁生产和循环经济要求。

生活污水COD_Cr浓度一般在300～500mg/L，BOD₅浓度为100～200mg/L，TN浓度为40～60mg/L，TP浓度为3～8mg/L，pH值在7左右。目前，城市生活污水常用的生物处理工艺包括A²/O、氧化沟、SBR以及各型改进工艺，辅以强化生物脱氮(如反硝化生物滤池，补充碳源)和化学除磷，在实现污水水质净化同时，污水处理过程能耗高，且产生大量污泥需要处理与处置难题。特别是C/N比失调，需要外加碳源才能够实现理想脱氮效果。

上述情况，若可以将厌氧生物处理和自养反硝化脱氮工艺合理组合，首先克服传统硝化和反硝化过程对于碳源的依赖，再辅以其它必要生化、物化工艺，可以组成崭新污水、废水处理工艺组合，在满足高质出水前提下，系统在低能耗、低污泥产率状态运行，同时实现污水、废水中能源、资源的充分回收和利用。

立足于更少能耗、更多回用新型污水处理工艺组合系统的构建，具有良好环境效益和经济价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种低污泥产率的污水处理系统，以克服现有技术中污水处理系统能耗高、剩余污泥产量多，以及硝化、反硝化过程对有机物需求矛盾等缺陷。

本发明提供了一种低污泥产率的污水处理系统，所述系统包括：预处理单元、生化处理单元、化学除磷单元和消毒单元；所述生化处理单元包括强化循环厌氧反应器、曝气生物滤池和厌氧氨氧化生物滤池。

所述预处理单元的出水口连接生化处理单元的进水口，生化处理单元的出水口连接化学除磷单元的进水口，化学除磷单元的出水口连接消毒单元的进水口。

所述强化循环厌氧反应器的出水口与曝气生物滤池的进水口连接，曝气生物滤池的出水口与厌氧氨氧化生物滤池的进水口连接。

所述强化循环厌氧反应器分为上下两个反应区，分别为位于上方的精细反应区和位于下方的颗粒污泥主反应区，在每个反应区的顶部各设有一个三相分离器，精细反应区顶部设有出水区，出水区与精细反应区内的三相分离器之间设置外循环回流管，外循环回流至反应器进水区。

所述颗粒污泥主反应区与精细反应区的高度比为1:1～3:1。

所述强化循环厌氧反应器中污水的水力停留时间(HRT)为6～8h，强化循环厌氧反应器中混合液上升流速为2～5m/h。

所述曝气生物滤池采用下进水、上出水的进出水方式；曝气生物滤池的HRT为2～3h，气水比为1～3，溶解氧浓度0.2～2mg/L，控制系统氨氮实现半量硝化或者亚硝化。

所述厌氧氨氧化生物滤池的HRT为2～3h，厌氧氨氧化生物滤池通过外回流泵调节污水上升流速0.5～5m/h，改善反应器传质作用。

所述预处理单元包括集水井、粗格栅、细格栅、沉砂池和调节池。根据实际情况可以进行重新组合或者删减。

所述化学除磷单元包括：化学除磷反应池和沉淀池。优选地，根据需要，可在除磷沉淀池后增加过滤系统或者膜系统，截留尾水SS和胶体，实现更高质出水和回用。

所述化学除磷反应池的除磷剂包括铁盐、铝盐或钙盐。

所述沉淀池使用PAM等促进磷酸盐的沉淀。

所述消毒单元包括加药单元和消毒池。

所述消毒池的消毒剂包括臭氧、二氧化氯或紫外线。

本发明结合现有的生活污水处理工艺的优缺点，提供一种高质出水、能源回收、低污泥产率、低能耗的生活污水处理系统，一方面能够将污水中有机物以及氮磷去除的同时，降低工艺运行中产生的污泥量；另外工艺的核心装置为新型强化循环厌氧反应器、曝气生物滤池和厌氧氨氧化生物滤池，均具有高微生物浓度，具有良好微生物固定能力和污染物去除效率。

本发明提供的高质出水、能源回收、低污泥产率、低能耗的生活污水处理系统，其主体生物处理系统组合，不仅仅可用于生活污水处理，也可以作为含有一定量易生物降解有机物、高总氮浓度、C/N比失调其它废水(如印花废水)主体生物处理工艺。

有益效果

(1)本发明通过强化循环厌氧反应器、曝气生物滤池和厌氧氨氧化生物滤池为主的组合工艺，三种生物处理系统均实现对生物相的固定，系统微生物浓度高，污泥产率系数低，在高效实现对污水污染物降解的同时，系统剩余污泥量少；另外，厌氧反应器具有较大高径比，占地面积显著降低。厌氧反应器产生的沼气，经洗涤、收集，作为能源使用，通过微生物的转化作用，实现对污水所含有机物化学能的利用。

(2)强化循环厌氧反应器分为主反应区和精细反应区，主反应区和精细反应区的设置实现不同代谢功能产甲烷菌的分离，并通过外循环改善系统传质作用，提高了厌氧消化速率和有机负荷。

(3)曝气生物滤池具有良好有机物去除能力和生物脱氮能力，一方面充分降解水体中残留的有机物，另一方面通过同时硝化/反硝化实现生物脱氮。利用溶解氧的控制，曝气生物滤池中剩余的氨氮实现半量亚硝化，为厌氧氨氧化生物滤池提供亚硝态氮基质。

(4)厌氧氨氧化生物滤池以曝气生物滤池实现半量亚硝化/硝化为基础，微生物浓度高，利用曝气生物滤池提供的亚硝态氮/硝态氮和氨氮发生厌氧氨氧化反应，对亚硝态氮和氨氮去除效率大于90％，同时系统耐冲击负荷能力强，出水无需二沉池，系统污泥产量低。

(5)厌氧氨氧化生物滤池出水中的磷主要以离子形态存在，利用铁盐、铝盐、钙盐等均可实现对其高效去除，通过PAM等的使用，促进化学沉淀从水体分离。磷酸盐沉淀物含有机物少，易于回用。

(6)用本发明的工艺组合处理生活污水，有机物、氮、磷去去除效率高，工艺运行稳定、抗冲击负荷强，尾水水质优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准，基本满足Ⅳ类地表水水质标准，并实现磷元素的回收和资源化利用。

附图说明

图1为本发明低污泥产率的污水处理系统的结构示意图。

图2为对比例1中污水处理工艺的流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

本实施例提供了一种低污泥产率的污水处理系统，包括：预处理单元、生化处理单元、化学除磷单元和消毒单元；预处理单元包括集水井1、粗格栅2、细格栅3、沉砂池4和调节池5，其中：粗格栅2设置于集水井1中，集水井1出水经过细格栅3，细格栅3出水进入沉砂池4，沉砂池4出水进入调节池5；调节池5出水由泵提升进入后续生化处理单元。

生化处理单元包括强化循环厌氧反应器6、曝气生物滤池7、厌氧氨氧化生物滤池8，强化循环厌氧反应器6出水自流进入曝气生物滤池7，曝气生物滤池7出水自流进入厌氧氨氧化生物滤池8。

强化循环厌氧反应器6根据中国专利CN103523916B，包括壳体，壳体内从下到上依次设有布水混合区、颗粒污泥膨胀区、一级三相分离器、精处理区、二级三相分离器和出水区。颗粒污泥膨胀区和精处理区的高度比为2：1，颗粒污泥膨胀区和精处理区内接种厌氧颗粒污泥。一级三相分离器和二级三相分离器分别设于颗粒污泥膨胀区和精处理区的顶部，一级三相分离器和二级三相分离器均包括3层集气支槽和2个集气总槽，集气支槽根据水质和产气量状况设置，集气总槽根据反应器罐体直径设置，多层的集气支槽设置可实现反应器内较为彻底的三相分离效果。一级三相分离器和二级三相分离器的集气总槽顶部分别与一级上升管和二级上升管的底部相连通，一级三相分离器分离沼气和水，二级三相分离器分离颗粒污泥和水。出水区的上部连接出水管，出水区的下部连接外循环回流管的一端，外循环回流管的另一端连接进水管，进水管连接布水混合区的底部，布水混合区内设有布水器，布水器为多片螺旋扇叶形结构，外循环回流管上设有循环泵与计量控制装置，一级三相分离器和二级三相分离器的顶端分别连接一级上升管和二级上升管，一级上升管和二级上升管的上端口连接设于壳体上方的气液分离器并且高于气液分离器的底部，气液分离器(集气区)位于壳体的顶部，其内部设有气液分离装置，以利于分离沼气及其附带排出的泥水混合液，而分离后的沼气通过沼气收集管排出，进入沼气收集系统。气液分离器的上端连接沼气收集管，沼气收集管连接沼气收集系统，气液分离器的下端连接内循环下降管，内循环下降管通至颗粒污泥膨胀区的底部，内循环下降管的出水口位于布水器上方的中间位置，该位置进水流速和进水量均最小，并不进入布水混合区，所述的内循环下降管的出水端内侧布置螺旋状叶片，下降管出水端内侧布置的螺旋状叶片方向与布水器叶片的出水方向相同。颗粒污泥膨胀区外壁设有4个取样口，精处理区15的外壁设有3个取样口。沼气收集管连至地面供取样。

化学除磷单元包括：化学除磷反应池9和沉淀池10，化学除磷反应池9使用的除磷剂为聚合氯化铝(PAC)，并可使用PAM促进磷酸盐的沉淀。

消毒单元包括消毒池11，使用二氧化氯作为消毒药剂。

厌氧氨氧化生物滤池8出水进入化学除磷反应池9，化学除磷反应池9出水进入沉淀池10，实现固液分离，尾水进入消毒池11，磷酸盐沉淀进行处理、资源回用。

使用上述生物处理主体工艺结合化学除磷处理取自松江污水处理厂的生活污水，强化循环厌氧反应器6的工作过程参照中国专利CN103523916B，强化循环厌氧反应器6有效容积为70L，反应器内接种厌氧颗粒污泥28L，约占反应器有效容积的40％，厌氧颗粒污泥粒径范围1～2.0mm。采用小流量、低负荷的进水方式启动反应器，启动时保持污水水力停留时间HRT为8h，颗粒污泥上升流速为3m/h，用增加进水流量的方式来提高反应器的容积负荷，80天达到设计的容积负荷，反应器运行稳定；后连接曝气生物滤池7，采用下进水、上出水的进出水方式，曝气生物滤池7从下到上分别为承托层，填料层与清水层。其中承托层高0.2m，主要由粒径8～30mm鹅卵石与部分陶粒填充。填料层高度为1.6m，充满陶粒填料，空隙率为0.37，填料层体积为23.87L。清水层高0.5m，通过出水口排水，总高2.3m。滤池HRT＝2.2h，气水比为2，用污水厂曝气池污泥进行接种，运行30d后基本挂膜完成。后连接厌氧氨氧化生物滤池8，厌氧氨氧化生物滤池8从下到上分别为承托层，填料层与清水层，其中承托层高0.2m，主要由粒径8～30mm鹅卵石与部分陶粒填充。填料层高度为1.6m，充满陶粒填料，空隙率为0.37，填料层体积为23.87L。清水层高0.5m，通过出水口排水，总高2.3m；废水上升流速为2m/h。厌氧氨氧化滤池8出水经过聚合氯化铝(PAC)+PAM除磷后，沉淀池10出水经过消毒池11消毒后，最终达标排放。生活污水经该工艺组合处理各工艺段出水水质如表1。

表1生活污水经该工艺组合处理各工艺段出水水质

对比例1

本对比例采用上海市松江区污水处理厂三期工程污水处理工艺，该工艺的流程图如下图2所示，其中污水处理采用倒置A/A/O鼓风曝气生物脱氮除磷工艺，深度处理采用高效纤维滤池；污泥处理采用机械浓缩脱水。

松江区污水处理厂三期工程污水处理工艺和本发明工艺处理生活污水后出水水质如表2所示。

表2

本发明与松江污水三期工程污水处理工艺相比，在CODcr、BOD₅、TN和NH₃-N的去除率均有明显的优势，而且污泥产率降低了69％。

Claims (9)

1.一种污水处理系统，其特征在于，所述系统包括：预处理单元、生化处理单元、化学除磷单元和消毒单元；所述生化处理单元包括强化循环厌氧反应器(6)、曝气生物滤池(7)和厌氧氨氧化生物滤池(8)。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述强化循环厌氧反应器(6)分为上下两个反应区，分别为位于上方的精细反应区和位于下方的颗粒污泥主反应区，在每个反应区的顶部各设有一个三相分离器，精细反应区顶部设有出水区，出水区与精细反应区内的三相分离器之间设置外循环回流管，外循环回流至反应器进水区。

3.根据权利要求2所述系统，其特征在于，所述颗粒污泥主反应区与精细反应区的高度比为1:1～3:1。

4.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述强化循环厌氧反应器(6)的HRT为6～8h，强化循环厌氧反应器(6)中混合液上升流速为2～5m/h。

5.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述曝气生物滤池(7)采用下进水、上出水的进出水方式；曝气生物滤池(7)的HRT为2～3h，气水比为1～3，溶解氧浓度0.2～2mg/L。

6.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述厌氧氨氧化生物滤池(8)的HRT为2～3h，厌氧氨氧化生物滤池(8)通过外回流泵调节污水上升流速0.5～5m/h。

7.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述预处理单元包括集水井(1)、粗格栅(2)、细格栅(3)、沉砂池(4)和调节池(5)；所述化学除磷单元包括：化学除磷反应池(9)和沉淀池(10)。

8.根据权利要求7所述系统，其特征在于，所述化学除磷反应池(9)的除磷剂包括铁盐、铝盐或钙盐；沉淀池(10)使用PAM进行沉淀处理。

9.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述消毒单元包括消毒池(11)，所述消毒池(11)的消毒剂包括臭氧、二氧化氯或紫外线。

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