CN113149359A - 一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统及运行方法 - Google Patents

一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统及运行方法 Download PDF

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Abstract

一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统，包括悬浮床处理单元、介质耦合处理单元及过滤保障单元三个主体部分，且各主体部分之间通过管道相连接。所述悬浮床处理单元通过进水管引入污水处理厂二沉池出水，过滤保障单元出水进入污水处理厂下一深度处理单元。所述悬浮床处理单元依次分为配水区、脱氮区和有机物去除区，所述介质耦合处理单元依次分为配水区、混凝反应区、磁介质加载反应区、絮凝反应区和沉淀分离区。该系统可实现氮磷的极限去除以及新兴污染物等有机物的高效去除，且具有水质适应性强、出水水质优，运作操作简单灵活等优点。

Description

一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统及 运行方法
技术领域
本发明属于城镇污水处理技术领域，特别涉及一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统及运行方法。
背景技术
水资源短缺、水环境容量不足、生态用水缺乏等是我国城镇水环境面临的突出问题，尤其是水敏感区域或流域。城镇污水水量稳定，供给可靠，经过无害化处理达到特定水质标准后进行回用，对缓解供需矛盾、减少水污染及保障水生态安全具有重要意义，已成为城市的潜在第二水资源。近年来，我国水敏感区域或流域城镇污水排放标准逐步提升，其中部分区域氮磷营养物质排放限值提升至TN<5mg/L、TP<0.3mg/L，氮磷由强化去除逐步向极限去除转变。此外溶解氧有机物特别是药物及个人护理品、内分泌干扰物等新兴污染物在城镇污水处理厂被检测，其进入环境对人类健康安全和水生态安全造成隐患。随着城镇污水资源化利用市场需求提升，水环境敏感区域城镇污水处理向氮磷极限稳定去除和新兴污染物的高效同步去除方向发展，对城镇污水处理厂处理设施及处理工艺提出更高的要求。
生物滤池、混凝沉淀、气浮、物理吸附、化学氧化等是去除氮磷及新兴污染物的有效技术，但单一技术或简单的工艺组合罗列难以满足处理效率、处理可靠性等要求，因此，迫切需要通过不同工艺技术或单元的高效耦合提升氮磷和有机物污染物的高标准去除效率、同步去除效果及去除可靠性和稳定性。
发明内容
针对城镇污水处理厂氮磷极限稳定去除和新兴污染物高效去除目标，本发明提供了一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理工艺系统，该系统可实现氮磷的极限去除以及新兴污染物等有机物的高效去除，且具有水质适应性强、出水水质优，运作操作简单灵活等优点。
本发明另一目的是提供上述氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统的运行方法。
如上构思，本发明采用的技术方案是：
一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统，包括悬浮床处理单元和过滤保障单元，悬浮床处理单元通过进水管引入污水处理厂二沉池出水，过滤保障单元出水进入污水处理厂下一深度处理单元；所述悬浮床处理单元依次分为配水区、脱氮区和有机物去除区，其中有机物去除区通过导流墙分隔为粉炭投加区和主反应区，所述配水区内设置外加碳源投加管，所述粉炭投加区内设置粉炭投加管，其特征在于：所述悬浮床处理单元和过滤保障单元之间通过管道连接介质耦合处理单元，所述介质耦合处理单元依次分为配水区、混凝反应区、磁介质加载反应区、絮凝反应区和沉淀分离区，所述磁介质加载区内设置污泥回流管和磁介质回收管，污泥回流管与污泥回流泵相连，磁介质回收管与磁介质剥离回收装置相连，沉淀分离区底部设置污泥排放管和与磁介质加载区内设置的污泥回流管连通的污泥回流管，污泥回流管与污泥回流泵相连，污泥排放管与污泥排放泵相连，污泥排放泵与磁介质剥离回收装置入口端相连。
进一步，所述导流墙底部过水通道设置拦截筛网。
进一步，所述介质耦合处理单元的混凝反应区内设置混凝剂投加管并与混凝剂投加泵相连，絮凝反应区内设置絮凝剂投加管并与絮凝剂投加泵相连，沉淀分离区内设置斜板或斜管。
进一步，所述介质耦合处理单元的磁介质加载反应区内设置磁介质补充投加管并与磁介质投加泵相连。
进一步，所述介质耦合处理单元的混凝反应区、磁介质加载反应区和絮凝反应区内均设置搅拌器。
进一步，所述磁介质加载反应区内的磁介质粒径为多粒径级配组合，粒径范围为10-300μm，且优势粒径控制为70-110μm。
进一步，所述悬浮床处理单元的脱氮区内设置推进器，有机物去除区的主反应区底部设置曝气系统。
进一步，所述悬浮床处理单元配水区和脱氮区间的过水通道，脱氮区出水端和有机物去除区的主反应区出水端均设置拦截筛网。
进一步，所述过滤保障单元采用石英砂作为滤料，滤料层高度1.8-2.4m，滤料层下方设置配水系统、气水反冲洗系统及集水区。
进一步，所述进水管和污泥回流管上均设置在线流量计、所述悬浮床处理单元配水区内和有机物主反应区出水端均设置在线硝酸盐氮监测探头、所述介质耦合处理单元配水区内和沉淀分离区出水端均设置在线正磷酸盐监测探头、所述沉淀分离区出水端设置在线浊度监测探头、所述沉淀分离区内设置在线污泥泥位监测探头，上述在线流量计和各监测探头的信号均接入PLC自动控制系统。
进一步，所述一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理工艺系统的运行方法，包括如下步骤：
①污水处理厂二沉池出水通过进水管进入悬浮床深度处理单元配水区且投加碳源，而后通过过水通道进入脱氮区，利用区内生物载体上附着的反硝化菌进行反硝化，实现硝酸盐氮的稳定去除，而后进入有机物去除区的粉炭投加区且投加粉炭，而后进入有机物去除区的主反应区，在区内生物载体附着生物生物降解和粉炭吸附的协同作用下，实现有机物的高效去除，而后进入介质耦合处理单元；
②待处理水进入介质耦合处理单元的配水区后进入混凝反应区，且投加混凝剂，进行混凝反应，而后进入磁加载反应区通过污泥回流泵和污泥回流管将沉淀分离区沉淀的污泥回流至此区，通过磁介质回收管将磁介质剥离回收装置回收排放污泥中的磁介质排入此区，而进入絮凝反应区且投加絮凝剂，进行混絮凝反应，而后进入沉淀分离区进行固液分离，出水进入过滤保障单元，回流污泥回流至磁介质加载反应区，排放污泥排放至磁介质剥离回收装置；
③待处理水进入过滤保障单元，通过滤料层进行悬浮物等的过滤截留，出水进入污水厂下一深度处理单元，根据运行情况，进行气水反冲洗，保障单元运行稳定和运行效果；
④根据介质耦合处理单元磁粉损失情况，通过磁介质投加泵和磁介质补充投加管向磁加载反应区定期补充磁粉，保障系统磁粉含量的稳定。
进一步，所述悬浮床深度处理单元的脱氮区和有机物去除区的水力停留时间控制为0.5-1.5hr和0.5-1.0hr。
进一步，所述悬浮床深度处理单元的脱氮区和有机物去除区主反应区内投加的轻质生物载体投加比例分别控制为35-50％和30-40％。
进一步，所述悬浮床深度处理单元的有机物去除区粉炭投加量控制为10-30mg/L。
进一步，所述介质耦合处理单元的污泥回流量控制为进水水量的3％-8％，磁介质加载反应区内磁介质持有量控制为1.0-3.0g/L，磁介质和悬浮固体含量控制为2.0-5.0。
本发明的优点和积极效果如下：
1、本发明利用生物载体长时间的稳定运行附着有机物降解菌，并通过低剂量粉炭对有机污染物的吸附聚集，提升生物降解的有机物微环境含量，提高生物降解效果，同时利用粉炭的物理吸附协同作用，强化新兴污染物等有机物的去除；
2、本发明通过优选磁介质粒径，通过多粒径的级配，强化“介质-絮体”凝核效果，并优化调控磁介质加载反应区磁粉持有量，强化介质耦合处理单元除磷效果，提高系统抗冲击能力和运行稳定性，降低药剂投加量；
3、本发明优化了氮磷去除顺序，解决了目前主流工艺先除磷，进而低磷含量处理水导致后续生物脱氮效率降低的问题；
4、本发明工艺出水水质优，可实现氮磷极限稳定去除和新兴污染物的高效去除，提升城镇污水处理厂尾水品质；
5、本发明系统结构紧凑、占地面积小，运行稳定操作、操作灵活简单。
附图说明
图1是本发明一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理工艺系统的结构示意图。
图1中：1-悬浮床处理单元；2-介质耦合处理单元；3-过滤保障单元；4-配水区；5-脱氮区；6-粉炭投加区；7-主反应区；8-配水区；9-混凝反应区；10-磁加载反应区；11-絮凝反应区；12-沉淀分离区；13-磁介质剥离回收装置；14-斜板或斜管；15-导流墙；16-推进器；17-曝气系统；18-搅拌器；19-拦截筛网；20-进水管；21-碳源投加管；22-粉末活性炭投加管；23-混凝剂投加管；24-污泥回收管；25-磁介质回收管；26-磁介质补充投加管；27-絮凝剂投加管；28-污泥排放管；29-碳源投加泵；30-粉末活性炭投加泵；31-混凝剂投加泵；32-絮凝剂投加泵；33-磁介质投加泵；34-污泥回流泵；35-污泥排放泵；36-在线流量计；37-在线硝酸盐氮监测探头；38-在线正磷酸盐监测探头；39-在线浊度监测探头；40-在线污泥泥位监测探头；41-PLC自动控制系统。
具体实施方式
下面结合附图阐述本发明的实施方式：
如图1所示，本发明提供一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理工艺系统，包括悬浮床处理单元1、介质耦合处理单元2及过滤保障单元3，各主体部分之间通过管道相连接。所述悬浮床处理单元1通过进水管20引入污水处理厂二沉池出水，过滤保障单元3出水进入污水处理厂下一深度处理单元。
一、所述悬浮床处理单元1分为配水区4、脱氮区5和有机物去除区，其中有机物去除区通过导流墙15分隔为粉炭投加区6和主反应区7，导流墙15底部过水通道设置拦截筛网19。
所述配水区4内设置外加碳源投加管21并与碳源投加泵29相连，所述有机物去除区的粉炭投加区6内设置粉末活性炭投加管22并与粉炭投加泵30相连。
所述脱氮区5内设置推进器16，有机物去除区主反应区7底部设置曝气系统17；
所述配水区4和脱氮区5间的过水通道，脱氮区5出水端和有机物去除区的主反应区7出水端均设置拦截筛网19。
所述脱氮区5内投加生物载体，用于附着高活性专一反硝化菌，载体填充率为35-50％；所述有机物去除区主反应区7内投加生物载体，用于附着有机污染物降解菌，载体填充率为30-45％。所述有机物去除区粉炭投加区6内的粉炭投加量控制为10-30mg/L。
二、所述介质耦合处理单元2分为配水区8、混凝反应区9、磁介质加载反应区10、絮凝反应区11和沉淀分离区12，并配有磁介质剥离回收装置13。所述混凝反应区9内设置混凝剂投加管23并与混凝剂投加泵31相连；所述磁介质加载反应区10内设置污泥回流管24并与污泥回流泵34相连，设置磁介质回收管25并与磁介质剥离回收装置13相连，设置磁介质补充投加管26并与磁介质投加泵33相连；所述絮凝反应区11内设置絮凝剂投加管27并与絮凝剂投加泵32相连；所述沉淀分离区12内设置斜板或斜管14，底部设置污泥回流管24并与污泥回流泵34相连，底部设置污泥排放管28并与污泥排放泵35相连，污泥排放泵35与磁介质剥离回收装置13入口端相连。所述混凝反应区9、磁介质加载反应区10和絮凝反应区11内均设置搅拌器18。
所述介质耦合处理单元2采用的磁介质粒径应为多粒径级配组合，粒径范围为10-300μm，且优势粒径控制为70-110μm。
所述污泥回流量控制为进水水量的3％-8％、磁加载反应区10内磁介质持有量控制为1.0-3.0g/L，磁介质和悬浮固体量(磁固比)控制为2.0-5.0。
三、所述过滤保障单元3采用石英砂作为滤料，滤料层高度1.8-2.4m，滤料层下方设置配水系统、气水反冲洗系统及集水区。
四、所述进水管20和污泥回流管24上均设置在线流量计36；所述悬浮床处理单元配水区4内和有机物主反应区7出水端均设置在线硝酸盐氮监测探头37；所述介质耦合处理单元配水区8内和沉淀分离区12出水端均设置在线正磷酸盐监测探头38；所述述沉淀分离区12出水端设置在线浊度监测探头39；所述沉淀分离区12内设置在线污泥泥位监测探头40。上述在线流量计和各监测探头的信号均接入PLC自动控制系统41。
上述一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理工艺系统的运行方法为：
①污水处理厂二沉池出水通过进水管20进入悬浮床深度处理单元1配水区4，通过碳源投加泵29和碳源投加管21投加乙酸、乙酸钠等商品碳源；而后通过过水通道进入脱氮区5，启动推进器16，利用区内生物载体上附着的反硝化菌进行反硝化，实现硝酸盐氮的稳定去除；而后通过拦截筛网19进入有机物去除粉炭投加区6，通过粉炭投加泵30和粉炭投加管22投加粉炭，而后通过过水通道进入有机物去除主反应区7，启动曝气系统17，在区内生物载体附着生物生物降解和粉炭吸附的协同作用下，实现有机物的高效去除，而后通过拦截筛网19进入介质耦合处理单元2；
②待处理水进入介质耦合处理单元2配水区8，而后进入混凝反应区9，启动搅拌器18，通过混凝剂投加泵23和投加管31投加硫酸铝或聚合氯化铁等混凝剂，进行混凝反应；而后通过过水通道进入磁加载反应区10，启动搅拌器18，通过污泥回流泵32和污泥回流管24将沉淀分离区11沉淀的污泥回流至此区，通过磁介质回收管25将磁介质剥离回收装置13回收排放污泥中的磁介质排入此区；而后通过过水通道进入絮凝反应区11，启动搅拌器18，通过絮凝剂投加泵34和投加管27投加聚丙烯酰胺，进行混絮凝反应；而后通过过水通道进入沉淀分离区12进行固液分离，出水进入过滤保障单元3，回流污泥通过污泥回流泵32和污泥回流管24回流至磁介质加载反应区10，排放污泥通过污泥排放泵35和污泥排放管28排放至磁介质剥离回收装置13；
③待处理水进入过滤保障单元3，通过滤料层进行悬浮物等的过滤截留，出水进入污水厂下一深度处理单元，根据运行情况，进行气水反冲洗，保障单元运行稳定和运行效果；
④根据介质耦合处理单元2磁粉损失情况，通过磁介质投加泵33和磁介质补充投加管26向磁加载反应区10定期补充磁粉，保障系统磁粉含量的稳定。
所述进水管20和污泥回流管24上均设置在线流量计36；所述悬浮床处理单元配水区4内和有机物主反应区7出水端均设置在线硝酸盐氮监测探头37；所述介质耦合处理单元配水区8内和沉淀分离区12出水端均设置在线正磷酸盐监测探头38；所述述沉淀分离区12出水端设置在线浊度监测探头39；所述沉淀分离区12内设置在线污泥泥位监测探头40。上述在线流量计和各监测探头的信号均接入PLC自动控制系统41。
所述进水管20在线流量计36和有机物主反应区7出水端均设置的在线硝酸盐氮监测探头37通过PLC自动控制系统41控制碳源投加泵29，进而调整碳源投加量；所述进水管20和污泥回流管24上的在线流量计36通过PLC自动控制系统41控制污泥回流泵34，进而调整磁介质加载反应区10磁介质持有量；所述进水管20上的在线流量计36和有机物主反应区7出水端均设置的在线硝酸盐氮监测探头37通过PLC自动控制系统41控制混凝剂投加泵31和絮凝剂投加泵32，进而调整混凝剂和絮凝剂投加量；所述的在线污泥泥位监测探头40通过PLC自动控制系统41控制污泥排放泵35，进而控制污泥排放量。
本发明利用脱氮区生物载体附着反硝化菌进行高效反硝化脱氮，利用有机物去除区生物载体附着有机污染物降解菌，并投加量低剂量粉炭，充分发挥生物降解和吸附高效协同作用强化有机物去除，利用“磁介质-絮体”高效耦合强化除磷，最终实现氮磷的极限稳定去除、新兴污染物等有机物的高效去除，提升尾水品质，促进的污水资源化利用。该工艺系统及运行方法具有水质适应性强、出水水质优、运行稳定及操作简单灵活等优点。

Claims (15)

1.一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统，包括悬浮床处理单元和过滤保障单元，悬浮床处理单元通过进水管引入污水处理厂二沉池出水，过滤保障单元出水进入污水处理厂下一深度处理单元；所述悬浮床处理单元依次分为配水区、脱氮区和有机物去除区，其中有机物去除区通过导流墙分隔为粉炭投加区和主反应区，所述配水区内设置外加碳源投加管，所述粉炭投加区内设置粉炭投加管，其特征在于：所述悬浮床处理单元和过滤保障单元之间通过管道连接介质耦合处理单元，所述介质耦合处理单元依次分为配水区、混凝反应区、磁介质加载反应区、絮凝反应区和沉淀分离区，所述磁介质加载区内设置污泥回流管和磁介质回收管，污泥回流管与污泥回流泵相连，磁介质回收管与磁介质剥离回收装置相连，沉淀分离区底部设置污泥排放管和与磁介质加载区内设置的污泥回流管连通的污泥回流管，污泥回流管与污泥回流泵相连，污泥排放管与污泥排放泵相连，污泥排放泵与磁介质剥离回收装置入口端相连。
2.根据权利要求1所述的一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统，其特征在于：所述导流墙底部过水通道设置拦截筛网。
3.根据权利要求1所述的一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统，其特征在于：所述介质耦合处理单元的混凝反应区内设置混凝剂投加管并与混凝剂投加泵相连，絮凝反应区内设置絮凝剂投加管并与絮凝剂投加泵相连，沉淀分离区内设置斜板或斜管。
4.根据权利要求1所述的一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统，其特征在于：所述介质耦合处理单元的磁介质加载反应区内设置磁介质补充投加管并与磁介质投加泵相连。
5.根据权利要求1所述的一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统，其特征在于：所述介质耦合处理单元的混凝反应区、磁介质加载反应区和絮凝反应区内均设置搅拌器。
6.根据权利要求1所述的一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统，其特征在于：所述磁介质加载反应区内的磁介质粒径为多粒径级配组合，粒径范围为10-300μm，且优势粒径控制为70-110μm。
7.根据权利要求1所述的一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统，其特征在于：所述悬浮床处理单元的脱氮区内设置推进器，有机物去除区的主反应区底部设置曝气系统。
8.根据权利要求1所述的一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统，其特征在于：所述悬浮床处理单元配水区和脱氮区间的过水通道，脱氮区出水端和有机物去除区的主反应区出水端均设置拦截筛网。
9.根据权利要求1所述的一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统，其特征在于：所述过滤保障单元采用石英砂作为滤料，滤料层高度1.8-2.4m，滤料层下方设置配水系统、气水反冲洗系统及集水区。
10.根据权利要求1所述的一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统，其特征在于：所述进水管和污泥回流管上均设置在线流量计、所述悬浮床处理单元配水区内和有机物主反应区出水端均设置在线硝酸盐氮监测探头、所述介质耦合处理单元配水区内和沉淀分离区出水端均设置在线正磷酸盐监测探头、所述沉淀分离区出水端设置在线浊度监测探头、所述沉淀分离区内设置在线污泥泥位监测探头，上述在线流量计和各监测探头的信号均接入PLC自动控制系统。
11.一种根据权利要求1所述的一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统的运行方法，其特征在于：包括如下步骤：
①污水处理厂二沉池出水通过进水管进入悬浮床深度处理单元配水区且投加碳源，而后通过过水通道进入脱氮区，利用区内生物载体上附着的反硝化菌进行反硝化，实现硝酸盐氮的稳定去除，而后进入有机物去除区的粉炭投加区且投加粉炭，而后进入有机物去除区的主反应区，在区内生物载体附着生物生物降解和粉炭吸附的协同作用下，实现有机物的高效去除，而后进入介质耦合处理单元；
②待处理水进入介质耦合处理单元的配水区后进入混凝反应区，且投加混凝剂，进行混凝反应，而后进入磁加载反应区通过污泥回流泵和污泥回流管将沉淀分离区沉淀的污泥回流至此区，通过磁介质回收管将磁介质剥离回收装置回收排放污泥中的磁介质排入此区，而进入絮凝反应区且投加絮凝剂，进行混絮凝反应，而后进入沉淀分离区进行固液分离，出水进入过滤保障单元，回流污泥回流至磁介质加载反应区，排放污泥排放至磁介质剥离回收装置；
③待处理水进入过滤保障单元，通过滤料层进行悬浮物等的过滤截留，出水进入污水厂下一深度处理单元，根据运行情况，进行气水反冲洗，保障单元运行稳定和运行效果；
④根据介质耦合处理单元磁粉损失情况，通过磁介质投加泵和磁介质补充投加管向磁加载反应区定期补充磁粉，保障系统磁粉含量的稳定。
12.根据权利要求11所述一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统的运行方法，其特征在于：所述悬浮床深度处理单元的脱氮区和有机物去除区的水力停留时间控制为0.5-1.5hr和0.5-1.0hr。
13.根据权利要求11所述一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统的运行方法，其特征在于：所述悬浮床深度处理单元的脱氮区和有机物去除区主反应区内投加的轻质生物载体投加比例分别控制为35-50％和30-40％。
14.根据权利要求11所述一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统的运行方法，其特征在于：所述悬浮床深度处理单元的有机物去除区粉炭投加量控制为10-30mg/L。
15.根据权利要求11所述一种氮磷有机物高标准同步去除的城镇污水深度处理系统的运行方法，其特征在于：所述介质耦合处理单元的污泥回流量控制为进水水量的3％-8％，磁介质加载反应区内磁介质持有量控制为1.0-3.0g/L，磁介质和悬浮固体含量控制为2.0-5.0。
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