CN114873843A - 一体化污水处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一体化污水处理工艺，其包括步骤：污水在调节池中进行水量均衡和水质均化；污水接着依次进入一体化污水处理系统的缺氧区、好氧区、沉淀区、极限脱氮区和消毒区，其中，在极限脱氮区利用活性生物载体对来自沉淀区的上清液进行极限脱氮，极限脱氮后的污水经消毒区消毒达标后排放。本发明利用活性生物载体既可极限脱氮、提高总氮的去除效率，又能同时去除水中的磷，无需投加有机碳源，节省费用。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及具有极限脱氮功能的一体化污水处理工艺。
背景技术
利用一体化污水处理设备（也可称为一体化污水处理系统）进行一体化污水处理的工艺已经广泛应用于农村、学校、车站、旅游点、风景区、高速公路服务区等生活污水治理领域。
当前，一体化污水处理设备的主体结构采用钢制结构一体化组合形式，内外防腐处理，布置方式为全地埋式或地上保温式，设备内部分隔简便，功能区划分明显，并且设备维护为全自动运行，免维护操作管理。
具体如图1所示，现有的一体化污水处理设备300通常由缺氧区301、好氧区302、沉淀区303和消毒区305组成，根据出水水质要求部分增加除磷加药系统。
该一体化污水处理设备300的污水处理流程如下：
在调节池310中经水量均衡和水质均化后的污水通过水泵泵入一体化污水处理设备300内，依次经过缺氧区301、好氧区302、沉淀区303和消毒区305，最后达标排放到排放区306；
缺氧区301中设有生物填料，保持溶解氧在0.2mg/L左右，投加类似污泥接种后，在生物填料上附着兼氧微生物，水中大分子、难降解有机物在微生物胞外酶的作用下转化成小分子、易降解有机物，提高水体的可生化性。同时，利用硝化液回流中富含的硝态氮，在附着兼氧微生物的作用下还原成氮气，达到反硝化脱氮的目的；
好氧区302中设有生物填料和曝气系统，保持溶解氧在2.0mg/L左右，投加类似污泥接种后，在生物填料上生长的好氧微生物将水中的有机物转化成二氧化碳和水，同时水中的氨氮经硝化细菌（属于好氧微生物，也是生物填料上生长）作用转化成硝态氮，硝态氮经混合液（指的是活性污泥、污水和充入的空气在曝气池内的混合物）通过硝化液回流通道312回流至缺氧区301中；
生化后的污水流入沉淀区303进行泥水分离，底部浓缩的污泥经污泥泵（图未示）通过污泥回流通道313部分回流至缺氧区中维持系统所需的污泥浓度，剩余污泥排出系统。上清液流入消毒区，经加药消毒后达标排放。
初期的COD（Chemical Oxygen Demand，化学需氧量）、氨氮指标均能达到国家/地方排放标准的限值要求。然而，随着排放标准的提高，总氮指标成为污水处理中新的考核指标。当前总氮的去除仅仅依靠硝化液回流，完成反硝化脱氮。理论上，大量的硝化液回流比能够提高脱氮的效率，而实际应用过程中，由于混合液的回流会导致缺氧区溶解氧增加，致使缺氧环境发生改变，整个系统出现好氧状态。因此，硝化液回流比（回流比=回流流量/进水流量）只能控制在200%左右，这样的结果是系统理论脱氮效率仅为67%左右，总氮去除效率低下。
另外，污水中的总氮的去除还受到进水碳氮比的影响，一般认为进水中碳氮比为(4~6):1时，水中的总氮去除不受影响。然而，在当前污水中的碳源普遍存在不足的情况下，个别污水甚至出现碳氮比为1:1的情况，极大地限制了污水的脱氮。大型市政污水厂可以投加碳源，如：乙酸钠、葡萄糖、复合碳源等用来改善碳氮比失衡的情况，但对于一体化污水处理设备来说很难精准把控，同时也造成运行成本增加、运维困难的相关问题。
发明内容
为克服上述缺陷，本发明提供一种具有极限脱氮功能的一体化污水处理工艺将是有利的。
为此，本发明提供一种一体化污水处理工艺，其包括如下步骤：
S1：污水在调节池中进行水量均衡和水质均化的第一次处理后被泵送至一体化污水处理系统内；
S2：第一次处理后的污水首先进入一体化污水处理系统的缺氧区进行生物降解和反硝化脱氮；
S2：生物降解后的污水从缺氧区出来接着进入一体化污水处理系统的好氧区进行生化反应，将污水中的有机物转化为二氧化碳和水的同时将污水中的氨氮转化为硝态氮，在硝态氮经混合液回流至缺氧区的同时，生化后的污水进入一体化污水处理系统的沉淀区；
S3：生化后的污水在沉淀区进行泥水分离后，污泥部分回流至缺氧区来维持系统污泥浓度，剩余污泥排出系统，同时上清液进入一体化污水处理系统的极限脱氮区；
S4：极限脱氮区利用活性生物载体对上清液进行极限脱氮，极限脱氮后的污水进入一体化污水处理系统的消毒区；
S5：极限脱氮后的污水在消毒区进行加药消毒后达标排放。
进一步，在极限脱氮区，通过投加用于极限脱氮的活性生物载体进行极限脱氮，该用于极限脱氮的活性生物载体的主要成分为无机矿物质和微生物营养盐，融合多种适于微生物吸附生长的微量元素，提供自养微生物生存环境，通过自养反硝化实现脱氮。
再进一步，活性生物载体为生物钙活性载体，在极限脱氮区缺氧或厌氧条件下，生物钙活性载体上负载的硫、铁自养反硝化脱氮菌分别利用上清液中的还原态硫和单质铁作为电子供体，以NO3 –-N为电子受体，将其还原为氮气，实现自养反硝化。优选地，活性生物载体的高度控制在2m左右。
还进一步，在极限脱氮区，来自沉淀区的上清液经由布水器自上而下均匀流经活性生物载体，并在极限脱氮区的底部汇集，通过出水管进入消毒区。
又进一步，在极限脱氮区还设置有反洗空气管，当系统需要反冲洗时，打开反洗空气管上的阀门，对活性生物载体进行气动搅拌使其松动进而使其上的生物膜和污泥脱落。
更进一步，在极限脱氮区还设置有反洗排水管，当反洗空气管上的阀门打开3~5min后，关闭反洗空气管的阀门，同时打开反洗排水管上的阀门进行排水，待液位不再下降时，关闭反洗排水管上的阀门。
进一步，在缺氧区中设置生物填料，利用该生物填料上生长的兼氧微生物将第一次处理后的污水中的大分子、难降解有机物转化成小分子、易降解有机物；
在好氧区中设置生物填料和曝气系统，利用该生物填料上生长的好氧微生物将生物降解后的污水中的有机物转化成二氧化碳和水，同时将该污水中的氨氮转化成硝态氮。
另进一步，一体化污水处理系统在极限脱氮区设置有极限脱氮装置，该极限脱氮装置包括壳体、位于壳体内用于对来自沉淀区的上清液进行均匀布水的布水器、以及在布水器下方的活性生物载体和底部集水槽，其中，壳体上设置有进水管和出水管，进水管连接沉淀区用于输送上清液至布水器，出水管连接底部集水槽和消毒区。
再进一步，极限脱氮装置还包括与外部空气源相连通且其上设有阀门的反洗空气管，该反洗空气管具有位于活性生物载体底部的曝气管部，该曝气管部上设置有多个曝气用穿孔；极限脱氮装置还包括其上设有阀门的反洗排水管，该反洗排水管与底部集水槽和调节池连通。
本发明相比现有技术具有如下的优势：
1）活性生物载体既可提供菌类生长载体，又能提供无机碳源；
2）活性生物载体具有生物活性强、比表面积大、无需加药，能够将脱氮微生物富集、增殖，同时能够去除水中的磷；
3）活性生物载体兼有过滤功能，拦截水中的悬浮物，进一步降低出水悬浮物的浓度；
4）无需投加有机碳源，节省费用，避免出水COD的穿透(即超标)；
5）弥补铁硫自养反硝化的不足，酸碱平衡，进一步提高总氮的去除效率。
通过参考下面所描述的实施例，本发明的上述这些方面和其他方面将会得到更清晰地阐述。
附图说明
本发明的技术方案以及进一步的目的和优点将通过下面结合附图的描述得到更好地理解，其中，相同的参考标记标识相同的元件：
图1是现有的一体化污水处理的工艺流程图；
图2是根据本发明的一个具体实施例的一体化污水处理工艺的流程图；
图3是图2所示一体化污水处理工艺的一体化污水处理系统的极限脱氮区的极限脱氮装置的结构示意图；
图4是活性生物载体共同反硝化脱氮除磷的原理图。
具体实施方式
下面将结合实施例详细介绍一下本发明：
首先，本文所称“极限脱氮”是指优化反硝化技术，深度脱除水中的硝态氮，以达到降低总氮的目标。
参考图2和图3所示，根据本发明的一个具体实施例的一体化污水处理工艺包括如下步骤：
S1：污水在调节池110中进行水量均衡和水质均化的第一次处理后被泵送至一体化污水处理系统100内；
S2：第一次处理后的污水首先进入一体化污水处理系统100的缺氧区101进行生物降解和反硝化脱氮；
具体地，在缺氧区101中设置有生物填料（图未示），利用该生物填料上生长的兼氧微生物将第一次处理后的污水中的大分子、难降解有机物转化成小分子、易降解有机物；
S2：生物降解后的污水从缺氧区101出来接着进入一体化污水处理系统100的好氧区102进行生化反应，将污水中的有机物转化为二氧化碳和水的同时将污水中的氨氮转化为硝态氮，在硝态氮经混合液通过硝化液回流通道112回流至缺氧区101的同时，生化后的污水进入一体化污水处理系统100的沉淀区103；
具体地，在好氧区102中设置生物填料和曝气系统（图未示），利用该生物填料上生长的好氧微生物将生物降解后的污水中的有机物转化成二氧化碳和水，同时将该污水中的氨氮转化成硝态氮；
S3：生化后的污水在沉淀区103进行泥水分离后，污泥通过污泥回流通道113部分回流至缺氧区101来维持系统污泥浓度，剩余污泥排出系统（图2未示），同时上清液进入一体化污水处理系统100的极限脱氮区104；
在该步骤S3中，生化后的污水在沉淀区103经2h左右的沉淀后，水中的溶解氧几乎为零，主要以硝态氮为主；
S4：极限脱氮区104利用活性生物载体3对上清液进行极限脱氮，极限脱氮后的污水进入一体化污水处理系统100的消毒区105；
在该步骤S4中，在极限脱氮区104，通过投加用于极限脱氮的活性生物载体3进行极限脱氮，活性生物载体3的主要成分为无机矿物质和微生物营养盐，融合多种适于微生物吸附生长的微量元素，提供自养微生物生存环境，通过自养反硝化实现脱氮；
具体地，自养微生物利用水中的无机碳为碳源，以活性生物载体3中的无机矿物质（主要成分为碳酸钙）为电子供体，还原硝态氮为氮气，实现脱氮的目的；
S5：极限脱氮后的污水在消毒区105进行加药消毒后达标排放到排放区106。
需要说明地是，在本实施例中，活性生物载体3具体为生物钙活性载体，在极限脱氮区104缺氧或厌氧条件下，生物钙活性载体上负载的硫、铁自养反硝化脱氮菌分别利用上清液中的还原态硫和单质铁作为电子供体，以NO3 –-N为电子受体，将其还原为氮气，实现自养反硝化，如图4所示，具体反应式为：
1.1S0+NO3 –+0.76H2O+0.4CO2+0.08NH4 +→0.5N2+1.10SO4 2-+1.28H++0.08C5H7O2N
5Fe0+2NO3 –+6H2O→5Fe2++N2+12OH–
2H++CaCO3→Ca2++CO2+H2O
再如图3所示，并参考图2，一体化污水处理系统100在极限脱氮区104设置有极限脱氮装置114。该极限脱氮装置114包括壳体1、位于壳体1内用于对来自沉淀区103的上清液进行均匀布水的布水器2、以及位于布水器2下方的活性生物载体3和底部集水槽4，其中，壳体1上设置有进水管13和出水管15，进水管13连接沉淀区103用于输送上清液至布水器2，出水管15连接底部集水槽4和消毒区105。
如图3所示，极限脱氮装置114还包括与外部空气源（图未示）相连通且其上设有阀门50的反洗空气管5，该反洗空气管5具有位于活性生物载体3底部的曝气管部52，该曝气管部52上设置有多个曝气用穿孔（图未示）；极限脱氮装置114还包括其上设有阀门60的反洗排水管6，该反洗排水管6与底部集水槽4和调节池110连通，用于将反洗后的水排入调节池110中进行重新处理。
下面参考图2和图3简要介绍一下极限脱氮装置114在极限脱氮区104的运行过程：
1）来自沉淀区103的上清液经由进水管13进入极限脱氮装置114的布水器2中，通过布水器2布水将上清液均匀的布满活性生物载体3上，从而有效避免形成短流；此时，反洗空气管5、反洗排水管6处的阀门50和阀门60都处于关闭状态；
2）上清液从布水器2出来自上而下通过活性生物载体3之后，在极限脱氮装置114的底部集水槽4汇集，并经由出水管15进入消毒区105；
3）当系统需要反冲洗时，打开反洗空气管5的阀门50，对活性生物载体3进行气动搅拌，使其松动，活性生物载体3上的生物膜和污泥脱落。3~5min后关闭反洗空气管5的阀门50、打开反洗排水管6的阀门60，待液位不再下降时，关闭反洗排水管6上的阀门60即可。
需要说明的是，由于极限脱氮区104串联在沉淀区103之后、消毒区105之前,沉淀区103产生的上清液自上而下流经极限脱氮区104中的活性生物载体3（活性生物载体的高度可控制在2m左右），通过底部集水槽4的形式在底部收集。上清液中含有的硝态氮在活性生物载体3上富集的自养微生物作用下转化成氮气，从水中脱除。一定时间后，活性生物载体3表面产生的微生物膜和拦截沉淀区产生的悬浮物会提高过滤水头（即过滤水头损失增大），此时打开活性生物载体3底部的曝气管部52和反洗排水管6上的阀门60，将气洗（即反洗）后的水排入前端的调节池110即可完成反冲洗。
另外，需要说明的是，待活性生物载体3随着脱氮减少后，定期补加即可。
本发明的技术内容及技术特点已揭示如上，然而可以理解，在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构作各种变化和改进，包括这里单独披露的或要求保护的技术特征的组合，以及明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本发明所涉及的技术领域内，并落入本发明权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种一体化污水处理工艺，其特征在于包括如下步骤：
S1：污水在调节池中进行水量均衡和水质均化的第一次处理后被泵送至一体化污水处理系统内；
S2：第一次处理后的污水首先进入一体化污水处理系统的缺氧区进行生物降解和反硝化脱氮；
S2：生物降解后的污水从缺氧区出来接着进入一体化污水处理系统的好氧区进行生化反应，将污水中的有机物转化为二氧化碳和水的同时将污水中的氨氮转化为硝态氮，在硝态氮经混合液回流至缺氧区的同时，生化后的污水进入一体化污水处理系统的沉淀区；
S3：生化后的污水在沉淀区进行泥水分离后，污泥部分回流至缺氧区来维持系统污泥浓度，剩余污泥排出系统，同时上清液进入一体化污水处理系统的极限脱氮区；
S4：极限脱氮区利用活性生物载体对上清液进行极限脱氮，极限脱氮后的污水进入一体化污水处理系统的消毒区；
S5：极限脱氮后的污水在消毒区进行加药消毒后达标排放。
2.如权利要求1所述的一体化污水处理工艺，其特征在于，在所述极限脱氮区，通过投加用于极限脱氮的所述活性生物载体进行极限脱氮，该用于极限脱氮的所述活性生物载体的主要成分为无机矿物质和微生物营养盐，融合多种适于微生物吸附生长的微量元素，提供自养微生物生存环境，通过自养反硝化实现脱氮。
3.如权利要求2所述的一体化污水处理工艺，其特征在于，所述活性生物载体为生物钙活性载体，在所述极限脱氮区缺氧或厌氧条件下，生物钙活性载体上负载的硫、铁自养反硝化脱氮菌分别利用所述上清液中的还原态硫和单质铁作为电子供体，以NO3 –-N为电子受体，将其还原为氮气，实现自养反硝化。
4.如权利要求3所述的一体化污水处理工艺，其特征在于，在所述极限脱氮区，来自所述沉淀区的所述上清液经由布水器自上而下均匀流经所述活性生物载体，并在所述极限脱氮区的底部汇集，通过出水管进入所述消毒区。
5.如权利要求4所述的一体化污水处理工艺，其特征在于，在所述极限脱氮区还设置有反洗空气管，当系统需要反冲洗时，打开反洗空气管上的阀门，对活性生物载体进行气动搅拌使其松动进而使其上的生物膜和污泥脱落。
6.如权利要求5所述的一体化污水处理工艺，其特征在于，在所述极限脱氮区还设置有反洗排水管，当所述反洗空气管上的阀门打开3~5min后，关闭所述反洗空气管的阀门，同时打开反洗排水管上的阀门进行排水，待液位不再下降时，关闭反洗排水管上的阀门。
7.如权利要求1至6任一项所述的一体化污水处理工艺，其特征在于，在所述缺氧区中设置生物填料，利用该生物填料上生长的兼氧微生物将所述第一次处理后的污水中的大分子、难降解有机物转化成小分子、易降解有机物。
8.如权利要求1至6任一项所述的一体化污水处理工艺，其特征在于，在所述好氧区中设置生物填料和曝气系统，利用该生物填料上生长的好氧微生物将所述生物降解后的所述污水中的有机物转化成二氧化碳和水，同时将该所述污水中的氨氮转化成硝态氮。
9.如权利要求1至3任一项所述的一体化污水处理工艺，其特征在于，所述一体化污水处理系统在所述极限脱氮区设置有极限脱氮装置，该极限脱氮装置包括壳体、位于壳体内用于对来自所述沉淀区的所述上清液进行均匀布水的布水器、以及在布水器下方的所述活性生物载体和底部集水槽，其中，所述壳体上设置有进水管和出水管，进水管连接所述沉淀区用于输送所述上清液至布水器，出水管连接底部集水槽和所述消毒区。
10.如权利要求9所述的一体化污水处理工艺，其特征在于，所述极限脱氮装置还包括与外部空气源连通且其上设有阀门的反洗空气管，反洗空气管具有位于所述活性生物载体底部的曝气管部，该曝气管部上设置有多个曝气用穿孔；所述极限脱氮装置还包括其上设有阀门的反洗排水管，反洗排水管与所述底部集水槽和所述调节池连通。
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