CN113501620A

CN113501620A - 一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统及其方法

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Publication number: CN113501620A
Application number: CN202110753426.4A
Authority: CN
Inventors: 罗依依
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-07-02
Filing date: 2021-07-02
Publication date: 2021-10-15

Abstract

本发明公开了一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统及其方法，该系统包括一级处理装置(100)、厌氧处理(200)、物化处理装置(300)、催化电解脱氮装置(400)、消除次氯酸钠的还原装置(500)(水质复原)和污泥处理装置(600)，并使城镇污水依次通过上述装置实现污水净化。经过本发明的系统和方法所处理的污水出水达到《地表水水环境质量标准》(GB3838‑2002)Ⅲ类以上水质标准，成为可以循环使用的水资源，这种工艺处理的净化水排放至自然水系，使水体水质改善、水生态体系恢复，实现河流、湖泊生态系统的重构和健康可持续发展。

Description

一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种城镇污水的净化系统及其方法，具体涉及一种集厌氧处理、物化净化和离子催化电解深度脱氮等装置于一体的市政污水净化再生系统及其方法，属于环保领域。

背景技术

城镇污水是人们生活和生产过程中产生的污染水体。我国城镇污水的主要污染物呈现南低北高的特点，通常理化指标为：COD_Cr≤650mg/L(多数在200～500mg/L，其中，南方地区COD_Cr≤500mg/L)、BOD₅≤350mg/L(多在100～300mg/L，南方地区BOD₅≤300mg/L)、SS≤400mg/L、氨氮≤50mg/L、总氮≤70mg/L、总磷≤10mg/L、pH7～9。目前，国内外的城镇污水主要采用生化法，分为一级处理、二级处理和深度处理。一级处理的主要工艺包括污水收集、粗格栅过滤、细格栅过滤到沉沙池和初沉池；二级处理的主要工艺有：活性污泥处理、生物膜法和膜生物反应器(MBR)工艺三大类型。应用于城市污水厂的活性污泥处理工艺主要有三个系列：(1)氧化沟系列；(2)A/A/O系列；(3)序批式反应器(SBR)系列，近年来，BBR处理工艺得到发展。应用于城市污水处理厂的生物膜法工艺主要是曝气生物滤池工艺(BAF)和移动床生物膜(MBBR)工艺，膜生物反应器(MBR)是20世纪末发展起来的新型污水处理工艺。国内外应用的深度处理工艺主要为化学除磷和反硝化脱氮工艺，自1912年，克拉克发明污水的生化处理工艺100多年来，污水处理工艺几乎没有重大改变。但是，现有的污水生化处理工艺存在如下突出问题：

1、低温运行不稳定：生化处理工艺是当前国内外污水的主流工艺。但是无论是采用活性污泥处理工艺、生物膜法工艺、膜生物反应器(MBR)工艺或BBR工艺建设的污水处理厂，一些地区或由于冬季气温低，当污水水温低于15℃时，硝化菌的活性受到强烈抑制，硝化效果差，出水氨氮多数大于15mg/L，有的甚至超过20mg/L。由于硝化效果不好，反硝化效果更是没有保证，出水总氮多数大于20mg/L。因此，冬季，大多数污水处理厂出水别说达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的准Ⅳ类的水质，就是《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级B标准也难以保证，氨氮和总氮严重超标。

2、出水水质不高：采用活性污泥处理工艺、生物膜法处理工艺和膜生物反应器(MBR)等工艺建设的污水处理厂对污水进行处理时，出水水质多数为《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的一级A标准或《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的准Ⅳ类(主要是总氮只能达到10mg/L左右)，水质较差，多数不能满足水资源利用要求，同时，大量的氮排放，造成江河湖泊的水体的氮磷超标，富营养化，导致蓝藻事件不断曝发。

3、占地大：采用活性污水处理工艺、生物膜法工艺和膜生物反应器(MBR)工艺建设污水处理厂对污水进行处理时，污水停留时间多数长达17小时以上，构筑物多、万吨污水处理厂用地面积多为10～15亩，占用大量的土地资源。

4、二氧化碳排放量大：采用活性污水处理工艺、生物膜法工艺和膜生物反应器(MBR)工艺建设污水处理厂对污水进行处理时，污水中的COD_Cr、BOD₅在微生物的作用下转化为二氧化碳排放于大气中，通常1mg/L的COD_Cr、BOD₅经过生化处理会转化为2～3mg/L的二氧化碳。因此，如果以污水的进水COD_Cr400mg/L计算，当将出水的COD_Cr处理到30mg/L时，二氧化碳的排放量为740～1110g/m³，因此，现有污水处理工艺的二氧化碳排放量大，以一个10万吨/日的污水处理厂为例，日排放二氧化碳量达74000～111000kg。当前，为了应对全球气候变化，减少污水处理的碳排放是必须的。

5、调试周期长：生化法污水处理工艺在污水处理厂建成后，需要培养微生物，好氧微生物培养较快，厌氧微生物则需要2～3个月甚至更长的时间培养，因此，污水处理厂的调试期较长。

6、运行运管难度较大：由于微生物对污水的pH、盐度、营养等敏感，如果水质波动较大，管理反应不及时，会导致微生物大量死亡，导致整个生化系统崩溃，重新培养需要2～3月的时间。因此，运行运营难度较大。

7、扩容无地：由于近四十年的经济高速发展，现有污水处理厂大多处理城市中心。多数污水规划建设时，对社会经济发展预测不足，没有留有足够的扩建用地，导致当前需要扩容时，没有建设用地。

8、水体富营养化的主要根源：水体富营养化主要是水体中氮磷含量日积月累、不断积累，严重超标，造成这一结果的主要原因之一就是城镇污水处理厂的污水排放。目前，依据《城镇污水处理厂污染物排放标准》，采用活性污泥法建设的污水处理厂的出水氨氮多数大于1mg/L，总氮多数大于10mg/L，总磷多数大于0.4mg/L，出水大量的氮、磷随之排入水体，氮磷排放日积月累、不断积累，造成水体富营养化，藻类大量增殖，水华反复爆发。

9、污泥脱水或利用难度大、味道臭：采用生化法处理时，污泥中含有大量的微生物菌团，微生物菌团中含有大量细胞间水，再通过高温蒸煮或理化调理后采用高压板框压滤，才能将污水脱水至含水60％以下。同时，由于污水中含有大量的有机物和厌氧菌，污泥在收集、脱水处理和转运过程中，有机物在厌氧菌的作用下会释放出难嗅的恶臭，影响污水处理厂的生产环境和污水处理厂四周的生活环境。此外，目前，污泥的处置与利用主要是焚烧发电、填埋和生物质利用。焚烧发电时，经过生化处理后的污泥中有机质含量较低，热值低，致使利用受到一定局限；生物质利用的方向主要是厌氧沼气发电和发酵生产乙酸钠或甲醇，但是，因经过生化处理后的污泥中有机质含量较低，沼气利用或发酵生产乙酸钠或甲醇都有一定难度。

10、臭味扰民：采用生化法处理时，厌氧工序和缺氧工序会产生大量带有恶臭的气体(主要为氨氮和硫化氢)，为了根除恶臭，需要投入较多资金，建设臭味收集处理装置。

11、需要投加碳源：一是当进水的COD_Cr浓度较低，碳氮比不协调时，二是需要采用反硝化脱总氮时，都需要投加碳源。

12、建设周期长：采用生化处理工艺建设污水处理厂时，有大量的厌氧池、缺氧池、好氧池和二沉池等大量构筑物需要采用传统的混凝土结构，这些构筑物的工程进度受地质条件和天气影响较大，难以精准控制，建设时间长。

因此，降低城镇污水处理厂出水的氮、磷排放是目前市政污水处理的首要目标，也是重要难题，其次是减少或根治污水处理厂二氧化碳的排放。尽管这些生化污水处理工艺应用了一百多年，但至今未见较大的改变，出水水质不能满足社会经济发展和《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的指标要求，因此，急需一种出水水质高(能满足水资源利用要求)、处理过程中二氧化碳排量少，污水停留时间短、用地面积小、构筑物少、运行费用较低并大幅缩短施工时间的新型污水处理工艺。

发明内容

本发明的目的在于针对现有污水处理厂处理工艺存在的占地大、出水质量差、冬季污水处理厂运行不稳定、出水中氮磷含量高，造成水体富营养化，二氧化碳排放量大(不低碳)，且投资大、净化时间长的缺陷，提供一种工艺流程短、污水处理停留时间短、运行成本低、对水质的适应性强、持续效果好、出水达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质以上指标的市政污水净化系统及其净化方法。

本发明提供一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统及其方法，该系统包括一级处理装置(100)、厌氧处理(200)、物化处理装置(300)、催化电解脱氮装置(400)、消除次氯酸钠的还原装置(500)(水质复原)和污泥处理装置(600)，并使城镇污水依次通过上述装置进行污水处理。

经过本发明系统和方法处理后，水体净化各步骤去除主要污水物效果预测如表1。

表1水体净化各步骤去除主要污水物效果预测

处理单元

COD<sub>Cr</sub>

BOD<sub>5</sub>

SS

氨氮

总氮

总磷

石油类

进水≤

650

300

50

70

10

-

一级处理≤

585(10％)

270(10％)

210(30％)

50(-)

70(-)

10(-)

-

厌氧处理

410(30％)

300(-10％)

65(70％)

50

66.5(5％)

(20％)

-

物化处理≤

50(88％)

40(85％)

10(85％)

47.5(5％)

56(15％)

0.2(99％)

0.05(90％)

电解脱氮≤

20(60％)

3.2(92％)

9(10％)

1.0(98％)

0.2(-)

0.03(40％)

消除次钠≤

20(-)

3.2(-)

9(-)

1.0(-)

0.2(-)

0.03(-)

地表Ⅲ标准

≤20

≤4

-

≤1.0

≤0.2

≤0.05

说明：1、表1中，厌氧处理对CODCr和BOD5的去除率只表明一个范围，并不是绝对值，比如，表1中厌氧对BOD₅的去除率为-10％，就是说通过厌氧处理会导致污水的BOD₅增加10％左右，但不是绝对值。

2、物化处理随COD_Cr、BOD₅浓度的升高，去除率增大，对于CODCr高于500mg/L(化学需氧量)、BOD₅高于250mg/L的城镇污水其去除率高达90％以上，对于CODCr介于200～500mg/L，BOD₅介于150～250mg/L的市政污水的CODCr、BOD₅去除率介于75～90％，对于CODCr低于200mg/L(化学需氧量)、BOD₅高于100mg/L的市政污水的CODCr、BOD₅去除率介于65～80％；物化处理对氨氮的去除效果差，对总氮的去除率为5～20％，对总磷的去除高达98％。

3、催化电解对城镇污水中的氨氮的去除率高达97～99％，对总氮的去除率高达95～99％。

经过上述方法处理，各工序的停留时间如表2。

表2工序的停留时间

单位：min

一级处理	厌氧处理	物化处理	电解脱氮	除次氯酸钠	合计
						5～10	150～270	25～30	30～40	20～30	230～380

采用所述的市政污水经过基于厌氧处理和电解脱氮的市政污水净化再生系统并经过以上步骤处理后，可以将水体中的COD_Cr去除95％以上、使出水的COD_Cr≤20mg/L，BOD₅去除98％、使出水的BOD₅≤4mg/L，总磷除99％、使出水的总磷≤0.1mg/L，氨氮去除98％～99.9％、使出水的氨氮≤1.0mg/L，总氮去除≥98％、使出水的总氮≤1.0mg/L，色度去除95％～100％，色度≤2，溶解氧增加到5mg/L以上。特别适合于市政污水的深度净化处理，使水体达《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类以上(包含Ⅲ类)水质标准。市政污水经过厌氧处理、物化处理和电解脱氮净化处理的进出水主要指标如表3。

表3市政污水或水体净化的进出水主要指标

本发明消除了现有污水处理厂污水的生化处理工艺存在的出水的总氮、总磷浓度高、水质质量差、处理过程中排放大量二氧化碳气体、投资大、净化周期长、占地大的缺陷，使得污水处理厂出水达到《地表水水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类以上水质标准，成为可以循环使用的水资源，这种工艺处理的净化水排放至自然水系，使水体水质改善、水生态体系恢复，实现河流、湖泊生态系统的重构和健康可持续发展。与现有技术相比，本发明具有如下突出效果：

1、水质高、变污水为可循环使用的水资源

采用本发明的基于厌氧处理和电解脱氮的市政污水净化再生系统及其净化方法对市政污水净化后，全部指标达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类及以上标准，且溶解氧含量高大于5mg/L，已经将污水转变成了可以循环使用的水资源，排入自然水体中，能够有效提高水体的溶解氧，消除水体的氮磷污染，有效抑制藻类的生长，全面改善和提升水质，同时可作为工农业生产和商业用水。

2、从源头上根除氮磷污染

当前，现有的污水厂执行的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)，污水的排放标准是总氮≤15mg/L，总磷≤0.5mg/L，大量的氮磷随着污水处理厂的排放水进入水体，造成水体氮磷大量富集，因此，污水处理厂的排放水是江河、湖泊水体中氮磷的主要来源之一，水体中氮、磷的日积月累，导致氮磷严重超标，造成江河、湖泊水体的富营养化，致使我国主要湖泊的蓝藻年复一年的爆发。采用本发明的基于厌氧处理和电解脱氮的市政污水的净化及再生利用系统及其方法对污水进行净化处理后，水体的总氮≤1mg/L，总磷≤0.1mg/L，均达到了《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准，将从源头上彻底根除水体的氮磷污染。

3、二氧化碳排放少

采用传统活性污水处理工艺、生物膜法工艺和膜生物反应器(MBR)工艺建设污水处理厂对污水进行处理时，污水中的COD_Cr、BOD₅在微生物的作用下转化为二氧化碳排放在大气中，通常1mg/L的COD_Cr、BOD₅经过生化处理会转化为2～3mg/L的二氧化碳。因此，如果以污水的进水COD_Cr400mg/L计算，当将出水的COD_Cr处理到30mg/L时，二氧化碳的排放量为740～1110g/m³，因此，现有污水处理工艺的二氧化碳排放量大。本发明的污水处理方法，只有一个厌氧处理工序会释放二氧化碳。因厌氧去除的约80mg/L，产生和释放的二氧化碳约160～240g/m³，只有传统生化污水工艺的四分之一。

4、工艺流程简单、运行简单

采用本发明对污水进行处理只有厌氧、物化和催化电解三个主要工序，生产工艺流程较现有的污水处理生产工艺流程更为简单，建筑构筑物更少，操作运行更简单。

5、污泥便于利用

采用传统活性污水处理工艺、生物膜法工艺和膜生物反应器(MBR)工艺建设污水处理厂对污水进行处理时，污水中的COD_Cr、BOD₅在微生物的作用下转化为二氧化碳排放在大气中，沉降到池底的污泥有机物浓度低，不利用于污泥利用。本发明对污水进行处理只有厌氧消耗少量的COD_Cr、BOD₅，大量的COD_Cr、BOD₅经过混凝沉淀转移到污泥中，污泥有机物浓度高，便于利用。

6、节省三分之二的土地

目前，国内外采用活性污泥法建设的污水处理厂对污水进行处理时，多数停留时间在16～20小时之间，有的甚至长达20多个小时，每万吨污水处理设施占地在10～15亩之间，占地面积大。采用本发明的基于厌氧处理和电解脱氮的市政污水的净化及再生利用系统及其方法对市政污水进行处理时，水体的停留时间只有3.5～6.0小时，装置占地面积只有传统装置的三分之一，占地面积小，可以大量节省土地资源，特别适合土地资源紧张的城市，更适合现有用地紧张的污水处理厂的扩容改造和提标改造，同时适用处于城市中心、土地资源紧张的污水处理厂改建，以让出三分之二面积的土地。

7、投资省

目前，国内外主流的城镇污水处理工艺的万吨/日污水处理厂固定资产建设投资约3500～5000万元，而采用本发明的基于厌氧处理和电解脱氮的市政污水的净化及再生利用系统的万吨/日污水处理厂固定资产建设投资约4000～5000万元，与现有工艺投资相当，但水质却高得多，相对而言，投资省。

8、运行成本低

采用本发明的基于厌氧处理和电解脱氮的市政污水净化再生系统及其净化方法对污水进行深度净化处理的运行成本与现有污水城镇污水处理厂的运行成本比目前的一级A还低，但水质却高得多，出水已是可以循环使用的《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的Ⅲ类水了，因此，运行成本低。

9、能耗低

采用光电互补的供电模式，用电高峰时采用光伏发电供电，并将多余电量卖电网，夜间电价低谷时采用电网供电，并利用电价低谷时给蓄电池冲电，电价高峰时采用光伏或蓄电池供电，能耗低。

10、施工周期短

本发明的市政污水净化再生系统的主要设备物化净化装置、电解装置等都是定型设备，主要设备都在工厂生产，采用这些设备建设污水处理厂时，只要将这些定型设备在污水处理厂进行装配，无需大量建设构筑物，所以，污水处理厂的建设周期较传统污水厂的建设工期将缩短一半以上，建设施工周期短。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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它附图。

图1是本发明的连接示意图。

图2是本发明的一级处理装置的结构图。

图3是本发明的厌氧处理装置的结构图。

图4是本发明的物化处理装置的其中一结构图。

图5是本发明的物化处理装置的另一结构图。

图6是本发明的催化电解脱氮装置的结构图。

图7是本发明的污泥脱水装置的结构图。

图8是本发明的光电互补供电系统的结构图。

图9A～9B是本发明实施例一COD_Cr去除效果曲线和柱状分析图。

图10A～10B是本发明实施例一BOD₅去除效果曲线和柱状分析图。

图11A～11B是本发明实施例一氨氮去除效果曲线和柱状分析图。

图12A～12B是本发明实施例一总氮去除效果曲线和柱状分析图。

图13A～13B是本发明实施例一总磷去除效曲线和柱状分析图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参考参见图1，本发明实施例所述基于一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统，包括一级处理装置(100)、厌氧处理(200)、物化处理装置(300)、催化电解脱氮装置(400)、消除次氯酸钠的还原装置(500)(水质复原)和污泥处理装置(600)，其中：

一级处理装置(100)：

参见图2，一级处理装置(100)包括粗格栅(110)、细格栅(120)、沉砂池(130)和提升泵(140)；所述粗格栅(110)的输入口连通污水管网，所述粗格栅(110)的输出口与细格栅(120)进口连通，所述细格栅(120)的输出端与所述沉砂池(130)的进水口连通，沉砂池(130)的出水口与提升泵(140)联通；一级处理装置(100)用于去掉污水中的树叶、树枝、果皮、废弃塑料、纸张等大颗粒物和泥砂；所述沉砂池(130)是曝气沉砂池或旋流沉砂池的一种。

厌氧处理装置(200)：

参见图3，厌氧处理装置(200)包括厌氧池(210)和中间池(220)；所述厌氧池(210)有加盖密封和不加盖两种形式，为圆形、椭圆形、方形、长方形池体，其深度为3～6米，在厌氧池底部上方的0.6～1.0米安装有开孔向下或向下45°的布水器，在厌氧池底上方的0.01～0.10米设置有污泥出口，在厌氧池顶部下方的0.5～1.0米设置有污水出口(213)，在不加盖的厌氧池顶部还设置有废气收集罩；中间池(220)的底部设有污泥出口(221)，上部设有污水出口(222)，中间池(220)的底部的污泥经过污泥出口(221)排出后，经过污泥泵(610)一路回流至厌氧池(210)的进水管，一路进入污泥脱水装置(600)的污泥浓缩池(620)；加盖的厌氧池(210)的顶部还至少设置有两个气体排放口。厌氧处理装置(200)主要用于去除污水中的硝态氮和亚硝态氮，兼顾去除污水中的部分COD_Cr和BOD₅。

物化处理装置(300)：

物化净化装置(300)是气浮净化或混凝沉淀净化装置的一种；参见图4，图5，物化净化装置(300)包括pH调节池(310)、混凝池(320)、助凝池(330)、沉淀池/气浮池(340)、中间水池(350)，所述pH调节池(310)的出水口与混凝池(320)的进水口连接，所述混凝池(320)的出水口与助凝池(330)的进水口连接，所述助凝池(330)的出水口与沉淀池/气浮池(340)的进水口连接，所述沉淀池/气浮池(340)的出水口与中间水池(350)的进水口连接，所述污泥出口(342)与污泥泵(344)联接；物化处理装置(300)去掉污水中的SS、色度、非水溶性COD_Cr、BOD₅、石油类、阴离子表面活性剂和总磷。

催化电解脱氮装置(400)：

参见图6，催化电解脱氮装置(400)包括电解机(410)、直流电源(420)、脱气池(430)、电解质投加装置(440)和电极清洗装置(450)，所述电解(410)的进水口与所述中间水池(350)的出水口相连，所述电解机(410)的出水口与所述脱气池(430)的进水口(431)相连，所述脱气池(430)的出水口(433)与还原装置(500)的进水管(510)相连，所述在脱气池(430)的底部三分之二高度处还设置有污水回流口(435)，污水回流口(435)通过回流泵(436)和回流管(437)与电解机(410)的进水口联接，所述还原装置(500)的出水口(530)与排水管联通并与所述沉淀池/气浮池(340)的进水口之间还设有循环水泵(440)，用于部分出水回流到物化处理装置(400)中；所述电解脱氮后清水经过进水口(431)先进入脱气池(430)底部的布水器(432)，再经过安装于脱气池(430)上部的进水管(510)进入还原装置(500)底部的布水器(520)；电解质投加装置(440)由电解质溶液贮罐(441)、电解质溶液输送泵(442)和电解质溶液流量计构成，电解质投加装置(440)安装于提升泵至电解机(410)的管路上并采用管道混合器与污水混合，电解装置工作时，启动电解质溶液输送泵(442)并通过电解质溶液流量计输入到污染水体中，然后进入电解净化系统的主机中电解；电极清洗装置(450)由酸洗溶液贮罐(451)和酸洗溶液输送泵(452)构成，酸洗溶液采用2％～3％盐酸溶液或者4％～5％的柠檬酸溶液，当催化电解脱氮装置的电极被污染结垢，电解效率降低时，停止催化电解装置工作，启动电极清洗装置(450)去除沉积于电极表面的结垢；脱气池(430)和还原池的底部还设有排污口(434)，排污口(434)与物化处理装置(300)的进水管联接；催化电解脱氮装置(400)用于去掉氨氮、总氮和物化处理装置(400)处理后残余的色度、水溶性COD、BOD₅、石油类、阴离子表面活性剂；脱气池的污水回流口、回流泵和回流管用于通过调整污水的回流量，以保证出水的水质。

消除次氯酸钠的还原装置(500)：

还原装置(500)包括进水管、安装在进水管上的管道混合器、布水器、还原剂溶液贮罐和还原剂溶液计量输送泵；还原装置的进水管与催化电解脱氮装置(400)的脱气池(430)顶部的出水口(433)联接，还原装置的进水管的中部装有管道混合器；还原剂溶液贮罐通过还原剂溶液计量输送泵与还原装置的进水管联通，并安装在管道混合器的前面；还原装置(500)用于去除催化电解脱氮装置(400)处理残余的次氯酸钠，使水体性质复原。

污泥脱水装置(600)：

参见图7，污泥脱水装置(600)包括污泥泵(344)、污泥浓缩池(610)、理化调节池(620)、脱水机(630)和污泥池(640)；污泥泵(344)的进口与物化净化装置的污泥出口(342)连接；污泥泵(244)的出口与污泥浓缩池(610)的进口联接，污泥浓缩池(610)的上部设有上清液出水口(611)，污泥浓缩池(610)的底部设有浓缩污泥出口(612)；上清液出水口(611)与物化处理装置(300)的进水口联接，浓缩污泥出口(612)与理化调节池(620)的进口联接，理化调节池(620)的出口与脱水机(630)联接，脱水机(630)的出水口(631)与物化处理装置(300)的进水口联接，脱水机(630)的出泥口(632)与污泥池(640)联接。

具体地，所述污泥泵(344)的进口分别与所述厌氧处理装置(200)的厌氧池(210)的污泥出口、中间池(220)的污泥出口(221)和物化处理装置(300)的污泥出口(342)连通，所述污泥泵(344)的出口与所述污泥浓缩池(610)的进口连通，所述污泥浓缩池(610)为重力浓缩池，所述重力浓缩池内包括由上至下的上层区、中层区和下层区，所述上层区的出水口用于连通物化处理装置(300)进水口，所述下层区的出口与所述脱水机(630)的进口连通，所述中层区、理化调理池(620)和脱水机(630)按序依次连通；所述重力浓缩池中还设置有搅拌器。

所述物化处理装置(300)是高效沉淀装置、磁混凝装置、超磁混凝沉淀装置的一种。

所述物化处理装置(300)的混凝池(320)还包括混凝剂加药装置和搅拌机，混凝剂加药装置中贮藏有质量比为2～20％硫酸铁、三氯铁或聚合氯化铝溶液，或者，所述混凝剂加药装置中放置有质量比为1～10％的PAC溶液、硫酸铁溶液、三氯化铁溶液的一种；所述助凝池(330)还包括助凝剂加药装置和搅拌机，所述助凝剂加药装置中贮藏有质量比为1～2‰的PAM溶液。

所述物化处理装置(300)的气浮净化是溶气气浮或浅层气浮的一种。

所述物化处理装置(300)的混凝池(320)还包括混凝剂加药装置和搅拌机；混凝剂加药装置(321)中贮藏有质量比为5％～10％硫酸铁、三氯化铁溶液或10％～20％的聚合氯化铝溶液；助凝池(330)还包括助凝剂加药装置和搅拌机，助凝剂加药装置中贮藏有质量比为1～2‰的PAM溶液。

所述电解机(410)的工作电压可为5～100V，电流密度可为10～150mA/cm²。

更具体的说，上述电解质投加装置(440)用于向催化电解脱氮装置(400)投加8％～12％的次氯酸钠溶液或10～25％的氯化钠溶液，补充污水中的氯离子；优选地，在催化电解时，根据水体中氨氮的浓度，采用电解质投加装置(440)用于向催化电解脱氮装置投加10％～12％的次氯酸钠溶液，加入的量为万分之三至千分之一(体积比)；更优地，向催化电解脱氮装置投加10％～12％的次氯酸钠溶液的量为万分之三至万分之六(体积比)；最优地，向催化电解脱氮装置投加15～20％氯化钠溶液的量为千分之二(体积比)。

进一步地，上述电极清洗装置(450)的废水进入物化处理装置(300)处理。

进一步地，所述催化电解脱氮装置(400)的脱气池(430)的进水口(431)与脱气池(430)底部的布水器(432)联接，脱气池(430)上部的出水口与还原装置(500)的进水管联接，所述脱气池(430)的顶部还设有括渣器和浮渣收集槽，用于去除和收集电解深度净化时释放的大量氮气和二氧化碳产生的气泡和浮渣；所述括渣器为往复式或旋转式括渣器。

具体地，所述还原装置(500)套在脱气池(430)内，还原装置的进水管与脱气池(430)的出水口联接，进水管由上至下与还原装置(500)池底的布水器(520)联接，还原装置(500)的出水口与排水管联接；还原装置(500)还设置有还原剂溶液储罐、还原剂溶液投加计量泵和搅拌器；脱气池(430)和还原装置(500)的底部设有排污口(434)，所述排污口(434)与气浮或混凝的物化处理装置(300)进水口连接。

进一步地，所述物化处理装置(300)还包括污泥回流泵(343)，用于将所述沉淀池(340)中的部分污泥回流至所述助凝池(330)中，所述污泥回流泵(343)的输入口与所述污泥口连通，所述污泥回流泵(343)的输出口与所述助凝池(330)连通。

具体地，本发明所述一种基于厌氧处理和电解脱氮的市政污水的净化及再生利用系统可以采用地下式、半地下式或地上式中的一种。

所述的一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统，还包括一个光电互补供电系统(700)，参见图8，所述光电互补供电系统(700)由若干太阳能板(710)、汇流箱(720)、逆变器(730)、污水厂配电装置(740)、蓄电池(750)、光伏发电专用双向电表(760)和电网(770)构成；所述太阳能板为单晶硅板或多晶硅板；所述逆变器(730)分别连接污水厂配电装置(740)、蓄电池(750)和通过双向电表(760)的连接的电网(770)。

一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化方法，采用上述一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统，包括如下步骤：

(1)一级处理：经过管道收集的污染水体通过粗格栅(110)、细格栅(120)过滤，除去较大颗粒的固体物，再经过曝气沉砂池(130)沉淀去除水体的泥沙等杂物；

(2)厌氧处理：经过步骤(1)处理去除泥砂和各种颗粒物后的污水流入厌氧池(210)进行处理，厌氧处理的水力停留时间为2.5～4.5小时，厌氧处理用于通过水解、酸化、产乙酸、产甲烷和反硝化去除污水中的COD_Cr和硝态氮或亚硝态氮；所述水解是大分子有机物通过胞外酶的作用分解小分子，污水中的纤维素分解成纤维二糖和葡萄糖，淀粉分解成葡萄糖和麦芽糖，蛋白质分解成短肽和氨基酸；所述酸化是水解后的小分子进入微生物细胞内转化为脂肪酸和少量的醇类、二氧化碳、氢气、氨气和硫化氢等；所述产乙酸是酸化后的产物进一步转化为乙酸、碳酸、甲酸、氢气及微生物的细胞组织；所述产甲烷是乙酸、碳酸、甲酸、氢气和甲醇转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质；

(3)物化处理：包括如下步骤：

①调出水输入pH调节池(310)内，加入30～120g/m³氢氧化钠或碳酸钠溶液并不断搅拌，搅拌速度为80～200r/min，混合时间为1～2min，将污水的pH调节至8～10；

②将调pH调节至8～10污水进入混凝池(320)，通过混凝加药装置加入10～300g/m³硫酸铁、三氯化铁或PAC溶液搅拌，搅拌速度为50～300r/min，混凝反应时间为2～6min；

③助凝：步骤②中混凝反应后的水体进入助凝池(330)，通过助凝加药装置加入PAM，加入PAM的重量与污水体积的关系为0.1～1g/m³，搅拌并反应0.5～2min，搅拌速度20～60r/min；

④沉淀或气浮：步骤③中经助凝反应的污水进入沉淀池或气浮池(340)，进行固液分离，形成所述沉淀池(340)上层的上清液区、沉淀池(340)的底部的污泥浓缩区和沉淀池的中部形成固液分离区或气浮池(340)上层的浮渣区、气浮池(340)的底部的清水区；当步骤③中助凝池(330)内形成的沉淀量不足时，开启污泥回流泵，部分污泥从所述沉淀池(340)回流入助凝池(330)，促进沉淀生成；物化处理用于去除市政污水中的SS、总磷、大部分COD_Cr、BOD₅、动植物油、石油类和色度，通过物化处理，除去水体90～99％的SS，使水体的SS≤10mg/L，去除水体中90～98％的总磷，使水体的总磷≤0.1mg/L，并一同去除水体中75～95％的COD_Cr，使水体的COD_Cr≤50mg/L，色度≤5、BOD₅≤40mg/L；

(4)电解脱氮

将经过物化处理后的城镇污水经中间水池(350)和提升泵(411)输送至电解机(410)中电解，污水在电解机(410)的停留30-210s；在污水进入电解机时，按0.3～1‰(体积比)的比例加入10～12％的次氯酸钠或按150～300g/m³加入10～25％的氯化钠并通过管道混合器混合均匀，一同输送至电解机(410)中电解脱氮；电解机(410)产生的次氯酸与污水中的氨氮反应转化成氮气，产生的新生态的氢与硝酸根、亚硝酸根反应生成氮气和水，产生的新生态的氧一方面与污水中的COD_Cr和BOD₅反应生成二氧化碳和水；所述电解机(410)的工作电压为5～100V，电流密度为10～150mA/cm²；将电解所得的出水输送至脱气池(430)中，停留时间为10～90min，同时，脱气池的部分污水经过污水回流口和回流泵回流至电解机进行再次电解，保证出水水质，电解机(410)产生的次氯酸钠与水体中的COD_Cr反应，进一步去除水中的COD_Cr和BOD₅；同时，电解机(410)产生的新生态的氧气与有机物反应，去掉污水中的COD_Cr和BOD₅；电解脱氮产生的大量氮气在脱气池(430)释放，产生大量气泡，浮渣由刮渣器收集在浮渣收集槽中；经过电解脱氮、深度净化后的清水流入消除次氯酸钠的还原装置(500)中；催化电解脱氮装置(400)用于去掉氨氮、总氮和物化处理装置(300)处理后残余的色度、水溶性COD_Cr、BOD₅、石油类、阴离子表面活性剂，出水水的主要指标为：pH为6～9、色度小于4、COD_Cr(化学需氧量)≤20mg/L、BOD₅(五日生化需氧量)≤4mg/L、NH₃-N(氨氮)≤1.0mg/L、总氮≤1.0mg/L、总磷(以P计)≤0.1mg/L、阴离子表面活性剂≤0.3mg/L、石油类≤0.5mg/L、粪大肠菌群≤3(个/L)、溶解氧≥8mg/L；

(5)消除次氯酸钠：将催化电解脱氮后的清水流入消除次氯酸钠的还原装置(500)中，向消除次氯酸钠的还原装置(500)中定量加入5～20％的亚硫酸钠溶液，消除电解净化清水中过量的次氯钠，使水体得到复原成中性；

(6)污泥处理：步骤(2)厌氧处理(200)和步骤(3)物化处理(300)中所述沉淀池(340)的污泥通过污泥泵(344)输送至重力浓缩池(610)内浓缩后进入理化调理池(620)内加入理化调理剂，再输送至脱水机(630)内脱水成有机泥块和水，脱水机(630)的出水送至物化装置(300)中再净化。

在混凝、助凝和沉淀过程中，污水中的磷酸根和磷酸氢根与三价铝离子或三价铁离子反应，生成磷酸铁沉淀，从而去除污水中的总磷；

3Al³⁺+2PO₄ ^3-＝Al₃(PO₄)₂↓

此外，由于生成的大量絮体沉淀具有巨大的比表面积并且带有电荷，能够吸附污水中的有机物，可以同时去除污水中的色度和COD_Cr；

通过物化净化处理后，除去水体80％～95％的SS，使水体的SS≤50mg/L，去除水体中90％～95％的总磷，使水体的总磷≤0.2mg/L，并一同去除水体中85％～95％的COD_Cr，使污水的COD_Cr≤50mg/L；

在步骤3)中，所述催化电解脱氮的具体步骤可为：

①催化电解：将经过物化处理后城镇污水经中间水池和提升泵输送至电解机中电解30-300s；电解时通过电解质投加系统投加10％～12％的次氯酸钠溶液或10～25％的氯化钠溶液；

催化电解脱氮时，在电解设备中，电解产生的次氯酸钠与氨氮反应，生成氮气和氯化钠，氯化钠被电解又生成次氯酸钠循环使用。

NaOCl+H₂O→HOCl+NaOH

NH₃+HOCl→NH₂Cl+H₂O(一氯胺)

NH₂Cl+HOCl→NHCl₂+H₂O(二氯胺)

2NHCl₂+NaOCl→N₂↑+3NaCl+H₂O(脱氮主反应一)

主反应式：

2NH₃+3NaOCl→N₂↑+3NaCl+3H₂O

生成的氯化钠又被电解再生成次氯酸钠，反复使用，氯离子所起作用就是离子催化剂的作用。

脱氨氮原理(副反应)

同时，电解产生的自由基O·与氨反应，生成硝酸根。

2NH₄ ⁺+5O₂→2NO₃ ^-+4H₂O

此外，电解产生的氢气在催化剂的作用下，与水体中的硝酸根和亚硝酸根反应，生成氮气，从而去除水体中的硝态氮。

NO₃ ^-+H₂-→NO₂ ^-+H₂O

2NO₂ ^-+2H₂-→N₂↑+2H₂O(脱总氮反应)

催化电解深度净化后的清水经过脱气池的顶部流入还原池底部的布水器，清水从下至上流动，产生的过量的次氯酸钠被加入的5～20％的亚硫酸钠还原出水的次氯酸钠含量≦1mg/L。

以下给出具体实施例。

实施例1

采用本发明的生产工艺建设的某城镇污水处理厂，包括一级处理、厌氧处理、物化处理、催化电解脱氮、次氯酸钠的消除和污泥脱水装置，其中：一级处理采用粗格栅+细格栅+曝气沉沙池工艺；物化处理采用混凝沉淀工艺。

表4、某污水处理厂的设计的进出水水质指标

序号	项目	进水(mg/L)	出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	600	20	96.67
2	BOD	330	4	98.79
					3	SS	200	10	95.00
4	总氮(以N计)	50	1.0	98.00
					5	氨氮(以N计)	35	1.0	97.14
6	总磷(以P计)	8	0.2	98.75
					7	色度(稀释倍数)	80	2	97.5
8	pH	6～9	6～9	-

所述城市生活污水进入所述的市政污水净化再生系统。所述市政污水净化再生系统包括一级处理装置(100)、厌氧处理装置(200)、物化处理装置(300)、催化电解脱氮装置(400)、消除次氯酸钠的还原装置(500)和污泥脱水装置(600)。

所述的物化处理装置(300)是混凝沉淀装置。

污水依次进入一级处理装置(100)、厌氧处理装置(200)、混凝沉淀装置(300)、催化电解脱氮装置(400)和除次氯酸钠的还原装置(500)。

所述污水经过一级处理后，进入厌氧处理装置进行厌氧处理，结果如表5。

表5某城镇污水处理厂某日经过厌氧处理后的出水指标

向所述混凝沉淀装置中先向污水中加入20％的氢氧化钠溶液将pH调9，再加入10％聚合铝(PAC)溶液混凝剂，加入量为130mg/L(以PAC计)，在转速为100转/分钟的条件下混凝反应后，按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为20转/分钟的条件下反应后进入沉淀池分离，混凝沉淀出水水质如表6。

表6某城镇污水处理厂某日高效沉淀处理处理后的水质指标

序号	项目	厌氧出水(mg/L)	高密出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	395.09	42.07	89.35
2	BOD	286.17	36.51	87.24
					3	SS	75	11	85.33
4	动植物油	0.5	0.3	40.00
					5	石油类	0.3	0.1	66.67
6	总氮(以N计)	35.01	34.31	2.00
					7	氨氮(以N计)	34.49	34.09	1.16
8	总磷(以P计)	6.62	0.08	98.79
					9	溶解氧	2.5	2.5	-
10	色度(稀释倍数)	210	8	80.00
					11	pH	6-9	6-9	-

从表6可知，物化处理装置(300)(高密沉淀)对SS、COD、BOD、总磷及动植油、石油类和色度均有较好的去除效果，但对氨氮和总氮的去除效果差。经过混凝沉淀后的污水进入催化电解脱氮装置(400)处理，处理后水体进入还原装置(500)消除次氯酸钠，使水质还原，出水指标如表7。催化电解的电解机主机(410)的工作电压为39.00V，电流密度为11mA/cm²。电解机工作时，同时按体积比千分之四加入10％的氯化钠溶液并通过管道混合器混均到污水中。电解脱氮处理后的清水进入除次氯酸钠还原装置(500)还原消除电解净化时产生的过量次氯酸钠，净化后的水质如表7。

表7某城镇污水经混凝沉淀和电解脱氮处理后的水质指标

序号	项目	混凝出水(mg/L)	脱氮出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	42.07	16.40	61.02
2	BOD	36.51	未检出	-
					3	SS	11	6	45.45
4	动植物油	0.3	0.1	66.67
					5	石油类	0.1	0.1	-
6	总氮(以N计)	34.31	1.33	96.12
					7	氨氮(以N计)	34.09	0.65	98.09
8	总磷(以P计)	0.08	0.07	12.50
					9	溶解氧	2.5	6.91	-
10	色度(稀释倍数)	8	2	-
					11	pH	6-9	6～9	-

从表7可知，该污水经过本发明的一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化及再生利用系统出水指标完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002Ⅲ类水质标准。

该污水处理厂连续运行7天的水质见表8。

表8某污水处理厂连续一周运行的水质指标记录表单位：(mg/L)

从表8和图9A～图13B可知，尽管进水水质波动较大，但采用本发明的基于厌氧和电解脱氮城镇污水净化和再生利用系统出水的COD、BOD₅、氨氮、总氮和总磷全部满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002类Ⅲ水质标准，出水水质稳定，COD、BOD₅的去除率高达95％以上；氨氮去除率高达97％以上，总氮去除率高达98％以上，以及总磷去除率高达98％以上。

实施例2

采用本发明的生产工艺建设的某20000吨/日的市政污水处理厂，主要包括一级处理装置(100)、厌氧处理装置(200)、物化处理装置(300)、催化电解脱氮装置(400)、消除次氯酸钠的还原装置(500)和污泥脱水装置(600)。其中：一级处理装置(100)采用粗格栅+细格栅+旋流沉沙池工艺；物化处理采用超磁沉淀分离工艺；污泥脱水采用离心脱水工艺。该污水处理厂的特点是处理规模比较小，进水COD_Cr较低，氨氮和总氮较高，营养不平衡，若采用传统的AAO污水处理工艺，运行时必须不断投加碳源，不仅运行费用高，而且出水的总氮较高，不能满足出水总氮≤1mg/L的技术要求，此外，该项目处于城市中心，用地十分紧张。

表9某污水厂的设计进出水指标

所述污水进入所述基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统。市政污水净化再生系统包括一级处理装置(100)、厌氧处理装置(200)、物化处理装置(300)、催化电解脱氮装置(400)、消除次钠的还原装置(500)，还包括一个污泥脱水装置(600)；所述的一级处理装置(100)是“粗格栅+细格栅+旋流沉沙池”；所述的物化处理装置(300)是超磁沉淀分离装置。

所述水体进入依次进入一级处理装置(100)、厌氧处理装置(200)、物化处理装置(300)、催化电解脱氮装置(400)和亚硫酸钠还原消除次氯酸钠的还原装置(500)。污水经过厌氧处理后的出水指标如表10。

表10某城镇污水处理厂某日经过厌氧处理后的出水指标

序号	项目	污水厂进水(mg/L)	厌氧出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	300	221	26.33
2	BOD	145	167	-15.17
					3	SS	200	85	57.50
4	动植物油	1.2	0.9	25.00
					5	石油类	0.9	0.8	11.11
6	总氮(以N计)	40	37.5	6.25
					7	氨氮(以N计)	35	35.2	-0.57
8	总磷(以P计)	4	3.12	22.00
					9	溶解氧	2.8	1.05	-
10	色度(稀释倍数)	90	350	-288.89
					11	pH	7～8	7～8	-

所述的物化处理装置(300)是超磁沉淀分离装置。

向所述超磁沉淀分离装置(300)中先向污水中加入10％的氢氧化钠溶液将pH调10后加入20％PAC溶液，加入量为100mg/L，在转速为100转的条件下混凝反应后，按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为20转的条件下反应后进入沉淀池分离，混凝沉淀出水水质如表11。

表11某城镇污水经过超磁处理后的水质指标

序号	项目	厌氧出水(mg/L)	超磁出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	221	39.00	82.35
2	BOD	167	25.00	85.03
					3	SS	85	8	90.59
4	动植物油	0.9	0.2	77.78
					5	石油类	0.8	0.1	87.50
6	总氮(以N计)	37.5	35.01	6.64
					7	氨氮(以N计)	35.2	34.29	2.59
8	总磷(以P计)	3.12	0.16	94.87
					9	溶解氧	1.05	2.5	-
10	色度(稀释倍数)	350	8	97.71
					11	pH	7～8	7～9

经过超磁沉淀处理后的水体进入催化电解脱氮装置(400)处理，处理后水体进入还原装置(500)进行还原，消除水体中的次氯酸钠，出水指标如表12。电解机(410)的工作电压为5V，电流密度为150mA/cm²。电解机工作时，同时按体积比的万分之八向污水中加入12％的次氯酸钠溶液并通过管道混合器混均。

表12某污水经城镇污水经过超磁和催化电解脱氮后的水质指标

从表12可知，再经电解脱氮和消除次氯酸钠处理后的出水指标达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准。

该污水处理厂连续运行一周的水质见表13。

表13某城镇污水厂连续运行一周的水质指标

单位：mg/L

从表12可知，城镇污水经过基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统(一级处理+厌氧处理+超磁+催化电解脱氮+亚硫酸钠还原)处理后的出水指标完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002Ⅲ类水质标准。从表13可知，采用该基于厌氧和电解脱氮的城镇污水净化系统运行稳定，出水水质指标完全符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002Ⅲ类水质标准。

实施例3

采用本发明的生产工艺建设的某城镇污水处理厂，包括一级处理+厌氧处理+物化处理+催化电解脱氮+亚硫酸钠溶液还原+污泥脱水，其中：一级处理采用粗格栅+细格栅+曝气沉沙池工艺；物化处理采用磁混凝工艺。

表14某城镇污水厂的设计的进出水质指标

序号	项目	进水(mg/L)	出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	650	20	96.92
2	BOD	325	4	98.77
					3	SS	200	10	95.00
4	总氮(以N计)	70	1.0	98.57
					5	氨氮(以N计)	55	1.0	98.18
6	总磷(以P计)	8	0.2	97.50
					7	色度(稀释倍数)	80	2	97.50
8	pH	6～9	6～9	-

污水进入所述基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统，系统包括一级处理装置(100)、厌氧处理装置(200)、物化处理装置(300)、催化电解脱氮装置(400)、亚硫酸钠消除次氯酸钠的还原装置(500)和污泥脱水装置(600)。

污水依次进入一级处理装置(100)、厌氧处理装置(200)、物化处理装置(300)、催化电解脱氮装置(400)、亚硫酸钠消除次氯酸钠的还原装置(500)。

某城镇污水处理厂污水经过厌氧处理后的出水如表15。

表15某城镇污水处理厂污水经过厌氧处理后的出水水质

序号	项目	进水(mg/L)	厌氧出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	650	513.5	21.00
2	BOD	325	366.3	-12.71
					3	SS	200	91	54.50
4	动植物油	0.9	0.3	66.67
					5	石油类	0.4	0.2	50.00
6	总氮(以N计)	70	65.5	6.43
					7	氨氮(以N计)	55	54.1	1.64
8	总磷(以P计)	8	7.23	9.63
					9	溶解氧	1.87	1.3	30.48
10	色度(稀释倍数)	80	235	-193.75
					11	pH	6～9	7	-

向所述磁混凝装置中先加入15％的氢氧化钠溶液调整污水的pH至8.5，再加入15％硫酸铁混凝剂，加入量为300mg/L，在转速为100转的条件下混凝反应后，按1mg/L加入助凝剂PAM在转速为30转的条件下反应后进入沉淀池分离，磁混凝出水水质如表16。

表16某城镇污水厂实际运行磁混凝处理后的出水水质指标

从表16可知，磁混凝对高COD、BOD₅(COD高于500mg/L，BOD高于250mg/L)城镇污水有很好的去除效果，其对经过磁混凝处理后的污水进入催化电解脱氮装置(400)净化处理，电解机(310)的工作电压为45V，电流密度为10mA/cm²。电解机工作时，同时按体积比千分之一加入20％的氯化钠溶液并通过管道混合器混均到污水中，电解脱氮处理后水体进入亚硫酸钠还原装置(500)进行脱次氯酸钠反应，出水指标如表17。

表17城镇污水的经过催化电解脱氮处理后的水质指标

序号	基本控制项目	磁混凝出水(mg/L)	电解出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	43.54	18.3	57.97
2	BOD	31.33	1.1	96.49
					3	SS	9	8	11.11
4	动植物油	0.2	0.1	50.00
					5	石油类	0.1	0.1	0.00
6	总氮(以N计)	56.5	0.89	98.42
					7	氨氮(以N计)	53.9	0.41	99.24
8	总磷(以P计)	0.17	0.15	11.76
					9	溶解氧	1.56	7.8	-
10	色度(稀释倍数)	8	2	75.00
					11	pH	7	7	-

该污水处理厂连续运行一周的水质见表18。

表18某采用基于厌氧和电解脱氮工艺的城镇污水厂的运行记录表

从表17可知，采用基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统(一级处理+厌氧处理+磁混凝净化+催化电解脱氮+亚硫酸钠还原)处理后的出水指标完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002Ⅲ类水质标准。从表18可知，采用该基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统运行稳定，出水水质符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002Ⅲ类水质标准。

实施例4

某市政污水厂采用本发明的生产工艺建设，包括一级处理+物化净化+催化电解深度净化+亚硫酸钠溶液还原+污泥脱水，其中：一级处理(100)包括：粗格栅+细格栅+曝气沉沙池；物化处理装置(300)采用浅层气浮装置。

城镇污水进入一级处理装置(100)处理后进入厌氧处理装置(200)处理后再进入浅层气浮装置(300)处理，出水经过催化电解机(410)进行电解脱氮，电解主机处理后的出水进入脱气池(430)进行脱气，脱气池(430)出水再流经次消除氯酸钠的还原装置(500)与亚硫酸钠溶液反应消除残余的次氯酸钠，使水体复原后得深度净化水。采用本工艺的设计进出水指标如表18。

表18某城镇污水处理厂的设计进出水质指标

序号	项目	进水(mg/L)	出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	300	20	93.33
2	BOD	150	4	97.33
					3	SS	200	10	95.00
4	总氮(以N计)	50	1.0	98.00
					5	氨氮(以N计)	35	1.0	97.14
6	总磷(以P计)	5	0.1	98.00
					7	色度(稀释倍数)	100	5	95.00
8	pH	6～9	6～9

所述城镇污水进入污水的基于厌氧处理和催化电解脱氮市政污水净化再生系统的一级处理装置(100)处理后，进入厌氧处理装置(200)处理后进入浅层气浮装置(300)处理，除去SS、COD、BOD₅、总磷、动植油、石油类等污染物，浅层气浮装置(300)处理后出水经过中间水池和提升泵进入催化电解脱氮装置的电解机(410)进行催化电解，电解后的出水进入脱气池(430)，脱险催化电解脱氮产生的氮气后，现流入消除次氯酸钠的还原装置(500)，通过加入亚硫酸钠溶液，消除残余的次氯酸钠后得净化出水。

所述厌氧处理装置(200)处理后的出水水质如表19。

表19某城镇污水处理厂污水经过厌氧处理后的出水水质

浅层气浮装置(300)处理出水水质如表20。

表20某城镇污水的水经浅层气浮装置后的水质指标

序号	项目	厌氧出水(mg/L)	气浮出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	183.33	46.67	74.54
2	BOD	162.43	37.66	76.81
					3	SS	65	8	87.69
4	动植物油	0.53	0.21	60.38
					5	石油类	0.34	0.13	61.76
6	总氮(以N计)	42.99	41.52	3.42
					7	氨氮(以N计)	42.47	41.53	2.21
8	总磷(以P计)	3.19	0.09	97.18
					9	溶解氧	0.35	6.78	-1837
10	色度(稀释倍数)	195	7	96.41
					11	pH	6.8	8.6	-

从表20可知，当城镇污水浓度较低时，物化处理装置对COD等污染物的去除率会降低。浅层气浮装置(300)处理对SS、COD、BOD、总磷及动植油、石油类和色度均有较好的去除效果并能有效提高溶解氧，但对氨氮和总氮的去除效果差。浅层气浮装置(300)处理出水经过催化电解机(410)进行催化电解脱氮，电解机(410)电解后的出水进入脱气池(430)进行脱气，除去氮气及因脱气产生的泡沫，脱气池(430)出水再流经消除次氯酸钠的还原池(500)消除残余的次氯酸钠，使污水得到深度净化，出水水质如表21。

表21某污水厂的浅层气浮出水再经电解脱氮后的水质指标

序号	项目	气浮出水(mg/L)	电解出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	46.67	18.01	61.41
2	BOD	37.66	0.65	98.27
					3	SS	8	5	37.50
4	动植物油	0.21	0.11	47.62
					5	石油类	0.13	0.05	61.54
6	总氮(以N计)	41.52	0.97	97.66
					7	氨氮(以N计)	41.53	0.33	99.21
8	总磷(以P计)	0.09	0.08	11.11
					9	溶解氧	6.78	7.53	-
10	色度(稀释倍数)	7	2	-
					11	pH	8.6	7.5	-

该污水处理厂连续运行一周的水质见表22。

表22某厂基于厌氧和电解脱氮的城镇污水净化及再生利用系统的运行记录表

从表21可知，城镇污水经过基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统(一级处理+厌氧处理+浅层气浮+催化电解脱氮+亚硫酸钠还原)净化后的出水指标完全满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002Ⅲ类水质标准。从表22可知，该净化系统运行稳定，出水水质符合《地表水环境质量标准》(GB3838-2002Ⅲ类水质标准。

实施例5

某城镇污水厂采用本发明的生产工艺建设，包括一级处理+厌氧处理+物化处理+催化电解深度净化+亚硫酸钠溶液还原+污泥脱水，其中：一级处理(100)包括：粗格栅+细格栅+曝气沉沙池；物化处理(300)采用溶气气浮。

城镇污水进入一级处理装置(100)处理后进入厌氧处理装置(200)处理后进入溶气气浮(300)处理后，气浮出水再经过催化电解机(410)进行催化电解脱氮，电解处理后的出水进入脱气池(430)进行脱气，脱气池(430)出水再流经次氯酸钠还原装置(500)消除残余的次氯酸钠使水体复原后得净化后清水。采用本工艺的设计进出水指标如表23。

表23某城镇污水处理厂的设计进出水质指标

序号	项目	进水(mg/L)	出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	300	20	93.33
2	BOD	150	4	97.33
					3	SS	200	10	95.00
4	总氮(以N计)	50	1.0	98.00
					5	氨氮(以N计)	35	1.0	97.14
6	总磷(以P计)	5	0.2	96.00
					7	色度(稀释倍数)	80	5	93.75
8	pH	6～9	6～9	-

所述城镇污水进入基于厌氧和催化电解脱氮的市政污水净化再生系统的一级处理装置(100)处理后，进入厌氧处理装置(200)厌氧处理后进入溶气气浮装置(300)处理，经中间水池泵入催化电解脱氮装置(400)处理后再进入消除次氯酸钠的还原装置(500)除去次钠后得净化出水。

厌氧处理装置(200)用于将大分子降解为小分子外，重在通过反硝化将污水中的硝态氮转化为氮气，其出水的主要污染物指标如表24。

表24某城镇污水处理厂污水经过厌氧处理后的出水水质

序号	项目	进水(mg/L)	厌氧出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	283.5	217.80	23.17
2	BOD	145.55	154.65	-6.25
					3	SS	195	56	71.28
4	动植物油	1.20	0.56	53.33
					5	石油类	0.77	0.34	55.84
6	总氮(以N计)	42.44	35.32	17.01
					7	氨氮(以N计)	34.67	34.35	0.92
8	总磷(以P计)	5.23	4.07	22.18
					9	溶解氧	0.97	0.13	-
10	色度(稀释倍数)	85	230	-170.59
					11	pH	7.3	7.1	-

溶气气浮装置(300)用于去除污水中的SS、COD_Cr、BOD₅、总磷、动植油、石油类等污染物后，出水水质如表25。

表25某污水厂的溶气气浮净化后出水的水质指标

溶气气浮装置(300)处理出水经过催化电解机(410)进行电解脱氮，电解机(410)电解后的出水进入脱气池(430)进行脱气，除去氮气及因脱气产生的泡沫，脱气池(430)出水再流经消除次氯酸钠的还原装置(500)消除残余的次氯酸钠，使污水得到深度净化，出水水质如表26。

表26某污水厂的溶气气浮出水再经电解净化后的水质指标

序号	项目	气浮出水(mg/L)	电解脱氮出水(mg/L)	去除率(％)
					1	COD	44.40	11.70	73.65
2	BOD	39.00	未检出	100
					3	SS	8	7	12.50
4	动植物油	0.2	0.13	35.00
					5	石油类	0.2	0.11	45.00
6	总氮(以N计)	34.33	1.00	97.09
					7	氨氮(以N计)	34.25	0.28	99.33
8	总磷(以P计)	0.11	0.07	36.36
					9	溶解氧	6.2	7.5	-
10	色度(稀释倍数)	5	2	60.00
					11	pH	8.5	7.2	-

本城镇污水经过基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统全过程处理，主要污染物的去除效果如表27。

表27基于厌氧和电解脱氮的城镇污水净化系统对主要污染物的去除效果

从表27可知，城镇污水经过基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统(一级处理+厌氧+溶气气浮+催化电解脱氮+亚硫酸钠还原)处理后的出水指标全部满足《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅲ类水质标准。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统，其特征在于，包括：一级处理装置、厌氧处理装置、物化处理装置、催化电解脱氮装置、消除次氯酸钠的还原装置和污泥脱水装置，其中：

一级处理装置，包括依次连通的粗格栅、细格栅、以及曝气沉砂池或旋流沉砂池；所述粗格栅的进水口与需要处理的污染水体的进水管道联通，粗格栅的出水口与细格栅进水口联通，细格栅出水口与曝气沉砂池或旋流沉砂池的进水口联通；

厌氧处理装置：所述厌氧处理装置包括厌氧池和中间池；所述厌氧池为圆形、椭圆形、方形、长方形池体，其深度为3～6米，在厌氧池底部上方的0.6～1.0米安装有开孔向下或向下45°的布水器，在厌氧池底上方的0.01～0.1米设置有污泥出口，在厌氧池顶部下方的0.5～1.0米设置有污水出口，中间池的底部设有污泥出口，上部设有污水出口，中间池的底部的污泥经过污泥出口排出后，经过污泥泵一路回流至厌氧池的进水管，一路进入污泥脱水装置的污泥浓缩池；

物化处理装置：所述物化处理装置包括pH调节池、混凝池、助凝池、沉淀池/气浮池和中间水池，所述pH调节池的出水口与混凝池的进水口连接，所述混凝池的出水口与助凝池的进水口连接，所述助凝池的出水口与沉淀池/气浮池的进水口连接，所述沉淀池/气浮池的出水口与中间水池的进水口连接；

催化电解脱氮装置：包括电解机、直流电源、脱气池和电解质投加装置，所述电解机的进水口与所述中间水池的出水口相连，所述电解机的出水口与所述脱气池的进水口相连，所述脱气池的出水口与还原装置的进水管相连，所述还原装置的出水口与排水管联通并与所述沉淀池/气浮池的进水口之间还设有循环水泵，用于部分出水回流到物化处理装置中，在距所述脱气池底部的三分之二高度处还设置有污水回流口，污水回流口通过回流泵和回流管与电解机的进水管联接；所述电解质投加装置由电解质溶液贮罐、电解质溶液输送泵和电解质溶液流量计构成，所述电解质投加装置安装于提升泵至电解机的管路上并采用管道混合器与污水混合；脱气池和还原装置的底部还设有排污口，排污口与物化处理装置的进水管联接；

消除次氯酸钠的还原装置：还原装置包括进水管、安装在进水管上的管道混合器、布水器、还原剂溶液贮罐和还原剂溶液计量输送泵；所述还原装置的进水管与所述脱气池顶部的出水口联接，所述还原装置的进水管的中部装有管道混合器；还原剂溶液贮罐通过还原剂溶液计量输送泵与所述还原装置的进水管联通，并安装在管道混合器的前面；还原剂输送管的进口还与物化处理装置的中间水池的出水口连接，用于将部分混凝沉淀后的清水引入还原池中，用以还原消除电解脱氮产生的次氯酸钠；

污泥脱水装置，包括污泥泵、污泥浓缩池、理化调节池和脱水机，所述污泥泵的进口与所述厌氧池的污泥出口、中间池的污泥出口和物化处理装置的气浮池上部的浮渣出口或沉淀池的污泥出口连通，所述污泥泵的出口与污泥浓缩池的进口连通，污泥浓缩池的污泥出口与理化调节池的进口联通，污泥浓缩池的污水出口与物化处理装置的进水口联通；理化调节池的出口与脱水机的污泥进口联通，脱水机的泥块收集于污泥收集坪内，脱水机的污水与物化处理装置的进水口联通。

2.根据权利要求1所述的一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统，其特征在于，所述厌氧池为加盖密封或不加盖形式，其中，在不加盖的厌氧池顶部还设置有废气收集罩，或者，在加盖的厌氧池的顶部还至少设置有两个气体排放口。

3.根据权利要求1所述的一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统，其特征在于它还包括一个光电互补供电系统，所述光电互补供电系统由若干太阳能板、汇流箱、逆变器和光伏发电专用双向电表构成；所述太阳能板为单晶硅板或多晶硅板；所述逆变器分别连接污水厂配电装置、蓄电池和通过双向电表连接电网。

4.根据权利要求1所述的一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统，其特征在于，所述物化处理装置的混凝沉淀装置是高效沉淀装置、磁混凝装置、超磁混凝沉淀装置的一种。

5.根据权利要求1所述一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统，其特征在于，所述物化处理装置为混凝沉淀装置或气浮净化装置，所述混凝池还包括混凝剂加药装置和搅拌机，混凝剂加药装置中贮藏有质量比为2～20％硫酸铁、三氯铁或聚合氯化铝溶液；所述助凝池还包括助凝剂加药装置和搅拌机，所述助凝剂加药装置中贮藏有质量比为1～2‰的PAM溶液。

6.根据权利要求5所述一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统，其特征在于，所述物化处理装置为气浮净化装置，所述的气浮净化装置是溶气气浮装置或浅层气浮装置的一种。

7.根据权利要求1所述的一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统，其特征在于，所述电解质投加装置用于向催化电解脱氮装置投加10～12％的次氯酸钠溶液或10～25％的氯化钠溶液，补充污水中的氯离子。

8.根据权利要求1所述的一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统，其特征在于，所述的电解脱氮装置还包括电极清洗装置，所述电极清洗装置由酸洗溶液贮罐和酸洗溶液输送泵构成。

9.根据权利要求1所述的一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生系统，其特征在于，所述污泥浓缩池为重力浓缩池，所述重力浓缩池内包括由上至下的上层区、中层区和下层区，所述上层区的出水口用于连通物化处理装置进水口，所述下层区的出口与所述脱水机的进口连通，所述中层区、理化调节池和脱水机按序依次连通；所述重力浓缩池中还设置有搅拌器。

10.一种基于厌氧和电解脱氮的市政污水净化再生方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)一级处理：经过管道收集的污染水体通过粗格栅和细格栅过滤，除去较大颗粒的固体物，再经过曝气沉砂池或旋流沉砂池沉淀去除水体的泥沙等杂物；

(2)厌氧处理：经过步骤(1)处理去除泥砂和各种颗粒物后的污水流入厌氧池进行处理，厌氧处理的水力停留时间为2.0～4.5小时，厌氧处理用于通过水解、酸化、产乙酸、产甲烷和反硝化去除污水中的COD_Cr和硝态氮或亚硝态氮；

(3)物化处理：包括如下步骤：

①出水输入pH调节池内，加入30～120g/m³氢氧化钠或碳酸钠溶液并不断搅拌，搅拌速度为80～200r/min，混合时间为1～2min，将污水的pH调节至8～10；

②pH调节至8～10的污水进入混凝池，通过混凝剂加药装置加入10～300g/m³硫酸铁、三氯化铁或PAC溶液搅拌，搅拌速度为50～300r/min，混凝反应时间为2～6min；

③助凝：步骤(1)中混凝反应后的水体进入助凝池，通过助凝剂加药装置加入PAM，加入PAM的重量与污水体积的关系为0.1～1g/m³，搅拌并反应0.5～2min，搅拌速度20～60r/min；

④沉淀或气浮：步骤(3)中经助凝反应的污水进入沉淀池或气浮池，进行固液分离，形成所述沉淀池上层的上清液区、沉淀池的底部的污泥浓缩区和沉淀池的中部形成固液分离区，或形成气浮池上层的浮渣区、气浮池的底部的清水区；当步骤(2)中助凝池内形成的沉淀量不足时，开启污泥泵，部分污泥从所述沉淀池回流入助凝池，促进沉淀生成；通过物化处理，除去水体90～99％的SS，使水体的SS≤10mg/L，去除水体中90～98％的总磷，使水体的总磷≤0.1mg/L，并一同去除水体中75～95％的COD_Cr，使水体的COD_Cr≤50mg/L，色度≤5、BOD₅≤40mg/L；

(4)电解脱氮

将经过物化处理后的市政污染水体经中间水池和提升泵输送至电解机中电解，污水在电解机的停留30-210s；在污水进入电解机时，按体积比0.3～1‰的比例加入10～12％的次氯酸钠或按150～300g/m³加入10～25％的氯化钠并通过管道混合器混合均匀，一同输送至电解机中电解脱氮；所述电解机的工作电压为5～100V，电流密度为10～150mA/cm²；将电解所得的出水输送至脱气池中，停留时间为10～90min，脱气池的部分污水经过污水回流口和回流泵回流至电解机进行再次电解，催化电解脱氮后的出水水的主要指标为：pH为6～9、色度小于4、COD_Cr(化学需氧量)≤20mg/L、BOD₅(五日生化需氧量)≤4mg/L、NH₃-N(氨氮)≤1.0mg/L、总氮≤1.0mg/L、总磷(以P计)≤0.1mg/L、阴离子表面活性剂≤0.3mg/L、石油类≤0.5mg/L、粪大肠菌群≤3(个/L)、溶解氧≥8mg/L；

(5)消除次氯酸钠：将催化电解脱氧后的清水流入消除次氯酸钠的还原装置中，向消除次氯酸钠的还原装置中定量加入5～20％的亚硫酸钠溶液，消除电解净化清水中过量的次氯钠，使水体得到复原成中性；

(6)污泥处理：步骤(2)厌氧处理、步骤(3)物化处理和所述沉淀池内的污泥通过污泥泵输送至污泥浓缩池内浓缩后进入理化调节池内，之后加入理化调理剂，再输送至脱水机内脱水成有机泥块和水，脱水机的出水送至物化处理装置中再净化。