CN112551828A - 一种低碳氮比农村生活污水处理装置及其处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于低碳氮比农村生活污水处理装置，包括装置主体和碳源加药系统；所述装置主体包括依次连接的预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区和二沉池；其中，所述预缺氧区设置污水进水管，所述好氧区的回流硝化液输出端通过硝化液回流管与预缺氧区相连；所述碳源加药系统通过碳源投加管与所述预缺氧区相连；所述二沉池的污泥回流输出端通过污泥回流管道与厌氧区相连。本发明还公开了一种用于低碳氮比农村生活污水处理工艺。本发明通过前置预缺氧区，在其中设置布水系统，对污水进行前置脱氮，进而降低碳源投加量，解决运行费用较高的技术难题。
Description
技术领域
本发明涉及农村生活污水处理领域，尤其涉及一种用于低碳氮比农村生活污水处理装置及其处理工艺。
背景技术
农村生活污水是指生活在农村中的居民在生产和生活过程中产生的废水，主要包括厕所、厨房、洗浴、洗衣等过程中排放的污水，此类污水含有有机物、氮、磷等营养物，是造成农村水环境污染的重要原因之一。此外，农村生活污水水质还具有污染物浓度普遍不高，大部分农村生活污水碳氮比较低等特点。针对目前农村污水低碳氮比、水量波动大等特点，普遍采用以下两种工艺：
①传统A2O工艺；
A2O工艺也称厌氧-缺氧-好氧污水处理工艺，是在A/O工艺的基础上增加了一个厌氧池，集厌氧区-缺氧区-好氧区于一体的污水处理工艺。该工艺具有去除有机物、脱氮除磷的效果，且工艺流程相对简单，运行费用低，不易发生污泥膨胀等特点，被广泛应用于废水处理领域。A2O工艺在运行时，通过合理控制水力停留时间、污泥龄、污泥回流比、硝化液回流比、曝气量等工艺参数，使各反应区适应于具有发生脱氮除磷反应的细菌增殖，进而形成A2O工艺。
传统A2O 在实际建设运行过程中由于水质水量的波动性以及运行参数的控制不当，如曝气量、回流比、污泥龄等，也会造成脱氮除磷效果的下降。同时，该工艺不能有效利用原水中的COD，对于碳源消耗量较大，增加运行成本。
②SBR工艺
SBR工艺是序批式活性污泥法的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术。SBR工艺的显著特点是将单个曝气段和缺氧段分割成若干个曝气段和缺氧段，从而形成缺氧/好氧交替运行的环境。其运行模式分别为进水、反应、沉淀、排水和闲置。SBR工艺的优势主要是靠缺氧/好氧交替运行的环境实现的，好氧段产生的 NOX-N 能够及时的在后一个缺氧段通过反硝化作用去除，同时反硝化作用产生的OH-刚好中和了硝化过程中产生的 H+，促进了下一个阶段的反应，提高了反应器脱氮效率，更节省了一些反应器在反应过程中因碱度不足，需要添加化学药剂的费用。有研究表明，在缺氧/好氧交替运行的环境中，有利于短程硝化和反硝化作用的实现，这是因为在缺氧/好氧交替的环境中，氨氧化菌（AOB）会逐渐取代亚硝酸盐氧化菌（NOB）成为优势种群。
SBR工艺自动化控制要求高、间歇排水时排水时间短，并且排水时要求不搅动沉淀污泥层，因而需要专门的排水设备，滗水器是该工艺的一项关键设备，滗水深度一般为1~2m，增加了总扬程、池，易产生浮渣，浮渣问题需妥善解决。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种降低碳源投加量并且脱氮效果好，降低运行费用的农村生活污水处理装置及处理工艺。
为实现上述目的，本发明提供一种用于低碳氮比农村生活污水处理装置：包括装置主体和碳源加药系统；所述装置主体包括依次连接的预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区和二沉池；其中，所述预缺氧区设置污水进水管，所述好氧区的回流硝化液输出端通过硝化液回流管与预缺氧区相连；所述碳源加药系统通过碳源投加管与所述预缺氧区相连；所述二沉池的污泥回流输出端通过污泥回流管道与厌氧区相连。
其中，所述预缺氧区的底部设置预缺氧区布水管，所述布水管上设置有布水孔，所述布水孔的孔径为10-30mm, 下部约呈45°~60°角对称开孔，布水间距为20-50cm，孔口流速为1-10m/s；
所述厌氧区中设置有折板，以便形成厌氧分区，优选地，形成4-6块所述厌氧分区；优选地，所述折板的间距为40-80cm；
所述好氧区的底部设置底部曝气管，微孔曝气器连接在所述底部曝气管上；
所述装置主体与絮凝剂（PAC）加药系统和助凝剂（PAM）加药系统相连；
所述装置还可以包括：鼓风机、微孔曝气器、紫外消毒器、缺氧区搅拌系统、电磁阀、以及PLC控制系统等。
上述污水处理装置可以是全碳钢结构。
为实现上述目的，本发明还提供一种低碳氮比农村生活污水的处理工艺，包括如下步骤：
(1)污水由预缺氧区流入，进入池底部进行布水，与好氧区回流的硝化液混合，在所述预缺氧区，所述污水与所述回流的硝化液以及污泥充分混合，碳源通过碳源投加管通入到所述预缺氧区，实现污水的前置脱氮；所述碳源投加量为10-200mg/l；
(2)污水自预缺氧区流入厌氧区，与二沉池回流的污泥混合，所述污泥浓度为2000-5000mg/l，泥水混合物停留时间为1-3h；
(3)污水自厌氧区流入缺氧区，缺氧区采用间歇曝气搅拌混合，控制缺氧池内的溶解氧低于约0.2mg/l；
(4)污水自缺氧区流入好氧区，好氧区气水比控制为5:1-15:1；
(5)污水自好氧区依次流入二沉池、混凝沉淀池和清水池。
其中，所述预缺氧区采用布水管布水，所述布水管上设置有布水孔，所述布水孔的孔径为10-30mm, 下部45°~60°角对称开孔，布水间距约为20-50cm，孔口流速为1-10m/s；优选地，所述硝化液回流比控制在100%-500%；
所述厌氧区采用折流厌氧技术，设置4-6块厌氧分区，折板间距为40-80cm，水流上进下出或下进上出，折板间过水流速为5-15m/h；优选地，污泥回流比控制在50%-100%；
所述缺氧区通过PLC定期开启和关闭电磁阀，控制缺氧区内的曝气时间，电磁阀每3小时开启5分钟；曝气采用穿孔管曝气，穿孔孔径约为4-10mm，约45°斜向下布置，孔中心间距为20-30cm；
所述二沉池出水自流进入混凝沉淀，优选地，混凝沉淀时间为2-5h；
所述混凝沉淀出水自流进入清水池，优选地，清水池停留时间约2h。
本发明的装置结构紧凑，在现有的A2O污水处理装置的厌氧区之前增设一个前置的预缺氧区。污水的深度脱氮需要经历氨化→硝化→反硝化的过程，氨化和硝化作用在好氧的条件下可以完全实现，但反硝化过程需要在有碳源的条件下实现。增设预缺氧区，污水由预缺氧区流入，进入预缺氧区的污水和循环污泥以及从好氧区回流的硝化液充分混合，在反硝化菌的作用下利用原水中含有的碳源进行反硝化，将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入到大气中，实现了污水的前置脱氮，减少了碳源的投加量，解决运行费用较高的技术难题。
由此可见，本发明的有益效果在于：
（1）前置预缺氧区，可以有效利用原水中存在的碳源和COD，大大降低碳源投加量，降低了运行成本；
（2）预缺氧区底部的进水布水系统采用穿孔管布水，可以增加泥水接触面积，形成良好泥水混合效果；
（3）厌氧区采用折流厌氧技术，无需外加动力，降低能耗；
（4）通过设置气提回流替代传统的潜污泵回流，大大节约能耗，通过控制气提回流量及原污水进水量控制水利条件，为培养类颗粒污泥创造良好的环境，从而实现增强污泥脱氮的目的。
附图说明
图1为本发明的低碳氮比农村生活污水处理装置的结构示意图。
其中：1-预缺氧区，2-厌氧区，3-缺氧区，4-好氧区，5-二沉池，6-混凝沉淀池，7-清水池，8-出水管，9-导流管，10-中心筒，11-挡流板，12-硝化液回流管，13-好氧区进气主管，14-缺氧区进气主管，15-微孔曝气器，16-底部曝气管，17-硝化液气提管，18-预缺氧区布水管，19-球阀，20-碳源投加管，21- 污泥回流气提管，22-阀门，23-空气管道，24-电磁流量计，25-折板，26-穿孔管，27-电磁阀，28-碳源加药系统，29- PAC加药系统，30- PAM加药系统，31-紫外消毒系统，32-剩余污泥排放管，33-进水管，34- PAC加药管，35- PAM加药管，36-装置主体，37-污泥回流管道，38-鼓风机。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，以下将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。应当理解，这些实施例仅仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1所示，本发明的低碳氮比农村生活污水处理装置包括装置主体36和与所述装置主体相连的PAC加药系统29，PAM加药系统30以及碳源加药系统28和空气管道23。装置主体36包括依次连接的预缺氧区1，厌氧区2，缺氧区3，好氧区4，二沉池5，混凝沉淀池6及清水池7，其中污水进水管33的输入端与预缺氧区1相连，好氧区4的回流硝化液输出端通过硝化液回流管12与预缺氧区1相连；所述碳源加药系统28通过碳源投加管20与所述预缺氧区1相连；二沉池5的污泥回流输出端通过污泥回流管道37与厌氧区2相连。
其中，预缺氧区1的底部设置预缺氧区布水管18，该预缺氧区布水管18与所述进水管33相连，所述预缺氧区布水管18上设置有布水孔，优选地，所述布水孔的孔径为10-30mm，下部呈45°~60°角对称开孔，布水间距为20-50cm，孔口流速为1-10m/s；
厌氧区2中设置有折板25，以便形成4-6块厌氧分区；优选地，所述折板25的间距为40-80cm；
缺氧区3的底部设置穿孔管26，所述穿孔管26与缺氧区进气主管14相连，所述缺氧区进气主管14的另一端与空气管道23相连；
好氧区4的底部设置底部曝气管16，微孔曝气器15连接在所述底部曝气管16上；所述底部曝气管16与好氧区进气主管13相连，所述好氧区进气主管13的另一端与空气管道23相连；好氧区4还设有硝化液气提管17，该硝化液气提管17的一端与硝化液回流管12相连，另一端与空气管道23相连；所述硝化液气提管17可以是DN25，所述硝化液回流管12可以是DN100；
二沉池5的污泥回流管道37与污泥回流气提管21相连，所述污泥回流气提管21的另一端与好氧区4的硝化液气提管17相连；
混凝沉淀池6中设置中心筒10，在所述中心筒10下方设置挡流板11， 所述中心筒10的上方分别与导流管9，PAC加药管34和PAM加药管35相连；
清水池7与紫外消毒系统31相连，该紫外消毒系统31的另一端连接出水管8。
进一步地，本发明所述污水处理装置可以是全碳钢结构。
进一步地，本发明所述污水处理装置的总氮负荷率为0.01-0.05kgTN /kgMLSS.d。
本发明还提供了一种低碳氮比农村污水处理工艺，包括如下步骤：
农村生活污水从本装置的进水管33流入预缺氧区1，进入池底部进行布水，布水采用预缺氧区穿孔管18布水，所述预缺氧区布水管18上设置有布水孔，优选地，所述布水孔的孔径为10-30mm, 下部呈45°~60°角对称开孔，布水间距为20-50cm，孔口流速为1-10m/s。通过合理设计孔口流速，泥水得到充分的搅拌。硝化液通过硝化液回流管12从好氧区4回流至预缺氧区1；碳源通过碳源投加管20通入到所述预缺氧区1；在预缺氧区1，污水与回流的硝化液和污泥充分混合，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入到大气中，实现污水的前置脱氮；优选地，所述硝化液回流比控制在100%-500%，所述碳源投加量为10-200mg/l；
污水从预缺氧区1自流进入厌氧区2，与二沉池回流的污泥混合，优选地，所述污泥回流比控制在50%-100%，所述污泥浓度为2000-5000mg/l，泥水混合物停留时间为1-3h；所述厌氧区2采用折流厌氧技术，折板25的间距为40-80cm，折板间过水流速5-15m/h。优选地，所述厌氧区2中设置4-6块厌氧分区，水流上进下出或下进上出。在厌氧区，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物。
污水自厌氧区2自流进入缺氧区3，缺氧区3采用间歇曝气搅拌混合，通过PLC定期开启和关闭电磁阀，控制缺氧区3内的曝气时间，电磁阀每3小时开启5分钟。曝气采用穿孔管26曝气，穿孔孔径为4-10mm，呈约45°斜向下布置，孔中心间距20-30cm。优选地，控制缺氧区内的溶解氧为低于0.2mg/l。
污水自缺氧区3自流至好氧区4，在好氧段，在好氧自养型亚硝化细菌的作用下进一步转化为亚硝酸盐，再经好氧自养型硝化细菌作用转化为硝酸盐，至此完成硝化反应；聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放，将磷除去。好氧区4的气水比控制为5:1-15:1。设置两根硝化液气提管17和两根硝化液回流管12，同时，每根硝化液回流管12各设置一个阀门22，调节回流量。
污水流经好氧区4后，自流进入二沉池5。优选地，所述二沉池5的表面水力负荷为0.6-1.5m3/m2.h。二沉池5出水自流进入混凝沉淀池6，优选地，混凝沉淀时间为2-5h。混凝沉淀出水自流进入清水池7，优选地，在清水池7中停留时间约2h。
优选地，絮凝药剂投加量在20~100mg/L，所述絮凝药剂可以是液体聚氯化铝（简称PAC），AL3O2含量不小于20%；优选地，助凝剂投加量为1~5mg/L，所述助凝剂可以是阴离子型聚丙烯酰胺（简称PAM），有效成分含量不小于99%；优选地，鼓风机风量与每小时进水量比不小于8。
下面列举具体实施例来对本发明进行说明。
实施例1
华中某地区农村污水进水量为100 m3/天，污水水质为CODcr 180mg/L、NH3-N90mg/L、TN 120mg/L、SS 150mg/L、TP 5mg/L。采用本发明的污水处理装置进行污水处理工艺处理该废水。
污水自预缺氧区流入，预缺氧区的布水孔的孔径为30mm, 下部呈45°~60°角对称开孔，布水间距为50cm，孔口流速为8-10m/s。硝化液回流比为100%，污泥回流比为80%，缺氧池污泥浓度控制在5000mg/l。缺氧池溶解氧为0.2mg/l，缺氧池空气控制阀设置开启1小时关闭1.5小时。混凝沉淀池进水管流速控制在0.5m/s。PAC加药量控制在30mg/l，PAM药量控制在2mg/l。
运行2个月后，在清水池取样检测，测得出水水质CODcr=12 mg/L，NH3-N=1 mg/L，TN=15 mg/L，SS=20 mg/L，TP=0.6 mg/L。污水处理过程中，碳源投加量200mg/L。通过前置预缺氧区及穿孔布水，气提回流系统，厌氧区折流，改进缺氧区穿孔曝气，厌氧区和缺氧区出现稳定的类颗粒污泥。
对比例1
与实施例1相同的华中某地区农村污水及进水量，采用与实施例1类似的工艺和处理条件，不同之处在于，在污水处理装置中在厌氧区之前不设置预缺氧区，硝化液从好氧区回流至厌氧区，污泥从沉淀池也回流至厌氧区。
运行2个月后，在清水池取样检测，测得出水水质CODcr=70 mg/L，NH3-N=20 mg/L，TN=35 mg/L，SS=35 mg/L，TP=3 mg/L。污水处理过程中，碳源投加量为350mg/L。碳源使用量是实施例1的1.75倍，并且污泥絮体较松散，活性较差。
对比例2
与实施例1相同的华中某地区农村污水及进水量，采用与实施例1类似的工艺和处理条件，不同之处在于，污水处理装置中预缺氧区的布水管上不设置布水孔，污水自预缺氧区的布水管直接流入。
运行2个月后，在清水池取样检测，测得出水水质CODcr=50 mg/L，NH3-N= 15 mg/L，TN=30 mg/L，SS=25 mg/L，TP=2.5 mg/L。污水处理过程中，碳源投加量为280mg/L。碳源使用量是实施例1的1.4倍。
实施例2
华中某地区农村污水进水量200m3/天，污水水质CODcr 200mg/L、NH3-N 70mg/L、TN 100mg/L、SS 200mg/L、TP 5mg/L。采用本发明的污水处理装置进行污水处理工艺处理该废水。
污水自预缺氧区流入，预缺氧区的布水孔的孔径为20mm, 下部呈45°~60°角对称开孔，布水间距为30cm，孔口流速为1-5m/s。硝化液回流比为300%，污泥回流比为70%，缺氧池污泥浓度控制在5000mg/l。缺氧池溶解氧为0.2mg/l，缺氧池空气控制阀设置开启1.5小时关闭2小时。混凝沉淀池进水管流速控制在0.5m/s。PAC加药量控制在35mg/l，PAM药量控制在2mg/l。
运行2个月后，在清水池取样检测，测得出水水质CODcr=14 mg/L，NH3-N=0.7 mg/L，TN=9 mg/L，SS=23 mg/L，TP=0.5 mg/L。污水处理过程中，碳源投加量为180mg/L。通过前置预缺氧区及穿孔布水，气提回流系统，厌氧区折流，改进缺氧区穿孔曝气，厌氧区和缺氧区出现稳定的类颗粒污泥。
对比例3
与实施例2相同的华中某地区农村污水及进水量，采用与实施例2类似的工艺和处理条件，不同之处在于，污水处理装置中预缺氧区的布水管上设置的布水孔孔径为35mm，布水间距60mm，孔口流速为15m/s。
运行2个月后，在清水池取样检测，测得出水水质CODcr=43 mg/L，NH3-N=5 mg/L，TN=20 mg/L，SS=25 mg/L，TP=1.5 mg/L。污水处理过程中，碳源投加量为225mg/L。碳源使用量是实施例2的1.25倍。
对比例4
与实施例2相同的华中某地区农村污水及进水量，采用与实施例2类似的工艺和处理条件，不同之处在于，污水处理装置中预缺氧区中的布水管上设置的布水孔孔径为5mm，布水间距10mm，孔口流速为0.5m/s。
运行2个月后，在清水池取样检测，测得出水水质CODcr=45 mg/L，NH3-N= 6 mg/L，TN=25 mg/L，SS=27 mg/L，TP=2 mg/L。污水处理过程中，碳源投加量为240mg/L。碳源使用量是实施例2的1.33倍。
以上内容是结合具体的实施技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于低碳氮比农村生活污水处理装置，其特征在于，包括装置
主体和碳源加药系统；所述装置主体包括依次连接的预缺氧区、厌氧区、缺氧区、好氧区和二沉池；其中，所述预缺氧区设置污水进水管，所述好氧区的回流硝化液输出端通过硝化液回流管与预缺氧区相连；所述碳源加药系统通过碳源投加管与所述预缺氧区相连；所述二沉池的污泥回流输出端通过污泥回流管道与厌氧区相连。
2.如权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述预缺氧区的底部设置预缺氧区布水管，所述布水管上设置有布水孔，所述布水孔的孔径为10-30mm, 下部呈45°~60°角对称开孔，布水间距为20-50cm，孔口流速为1-10m/s。
3.如权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述厌氧区中设置有折板，以便形成4-6块厌氧分区；优选地，所述折板的间距为40-80cm。
4.如权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述缺氧区采用穿孔管曝气，穿孔孔径为4-10mm，呈45°斜向下布置，孔中心间距为20-30cm。
5.如权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述好氧区的底部设置底部曝气管，微孔曝气器连接在所述底部曝气管上。
6.如权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述装置主体与絮凝剂（PAC）加药系统和助凝剂（PAM）加药系统相连。
7.一种用于低碳氮比农村生活污水处理工艺，其特征在于，包括如下
步骤：
(1) 污水由预缺氧区流入，进入池底部进行布水，与好氧区回流的硝化液混合，在所述预缺氧区，所述污水与所述回流的硝化液以及污泥充分混合，碳源通过碳源投加管通入到所述预缺氧区，实现污水的前置脱氮；所述碳源投加量为10-200mg/l；
(2) 污水自预缺氧区流入厌氧区，与二沉池回流的污泥混合，所述污泥浓度为2000-5000mg/l，泥水混合物停留时间为1-3h；
(3) 污水自厌氧区流入缺氧区，缺氧区采用间歇曝气搅拌混合，控制缺氧池内的溶解氧低于0.2mg/l；
(4) 污水自缺氧区流入好氧区，好氧区气水比控制为5:1-15:1；
(5) 污水自好氧区依次流入二沉池、混凝沉淀池和清水池。
8.如权利要求7所述的污水处理工艺，其特征在于，所述预缺氧区采用穿孔管布水，孔径为10-30mm, 下部45°~60°角对称开孔，布水间距为20-50cm，孔口流速为1-10m/s；优选地，所述硝化液回流比控制在100%-500%。
9.如权利要求7所述的污水处理工艺，其特征在于，所述厌氧区采用折流厌氧技术，设置4-6块厌氧分区，折板间距约为40-80cm，折板间过水流速为5-15m/h；优选地，所述污泥回流比控制在50%-100%。
10.如权利要求7所述的污水处理工艺，其特征在于，所述缺氧区采用穿孔管曝气，穿孔孔径为4-10mm，45°斜向下布置，孔中心间距为20-30cm。
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