CN114873864A - 一种高浓度废水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明属废水处理领域，公开了一种高浓度废水处理系统。其包括絮凝过滤池、短程硝化曝气池、沙滤池、藻菌水处理箱，其特征在于，絮凝过滤池上部出水口通过管道连接第一沉淀池，絮凝过滤池底部出水口通过管道连接短程硝化曝气池，短程硝化曝气池通过管道连接快沙滤池，快沙滤池通过管道连接慢沙滤池，慢沙滤池出水口通过管道连接主藻菌水处理箱，主藻菌水处理箱出水口通过管道连接净水池。该系统能耗低，极大减低了氨氮，亚硝态氮、磷酸盐和COD水平，排放的处理水达到了一级污水处理排放标准。

Description

一种高浓度废水处理系统

技术领域

本发明属废水处理领域，具体而言，涉及一种高浓度废水的处理系统。

背景技术

高浓度废水常常具有高粘度、高COD、高氨氮水平和难过滤的特性，随意排放对环境危害极大，对其低成本的处理是一项极大的挑战。最典型的一般高浓度废水是畜牧养殖业废水和食品工业废水。养殖废水的难处理表现在高氨磷、高COD、高浊度、黏性高分子多和过滤困难等。常规的高浓度污水处理为了达到排放标准，需要提高曝气量，加入大量反硝化碳源以及絮凝剂，而这些高昂的成本对中小养殖场来说难以承受；生物过滤法处理废水较为经济，但其产生的高浓度反冲洗出水，出水质量较低，仍然不能很好地解决污染问题。因此，急需研发经济可行的高浓度废水处理系统，满足环境保护需求。

发明内容

针对目前技术现状，本发明目的在于提供一种低成本高浓度废水高效处理系统

为实现本发明目的，本发明技术方案如下：

所述高浓度废水处理系统包括絮凝过滤池、短程硝化曝气池、沙滤池、藻菌水处理箱，其特征在于，絮凝过滤池上部出水口通过管道连接第一沉淀池，絮凝过滤池底部出水口通过管道连接短程硝化曝气池，短程硝化曝气池通过管道连接快沙滤池，快沙滤池通过管道连接慢沙滤池，慢沙滤池出水口通过管道连接主藻菌水处理箱，主藻菌水处理箱出水口通过管道连接净水池；

快沙滤池和慢沙滤池底部分别通过管道连接反冲洗设备，反冲洗设备通过管道连接反冲洗藻菌处理箱，反冲洗藻菌处理箱底部通过管道连接第二沉淀池，第二沉淀池的沉淀通入沙床，第二沉淀池的出水通过水泵泵回反冲洗藻菌处理箱；反冲洗藻菌处理箱的清水供给反冲洗设备。

所述主藻菌水处理箱底部沉淀通过管道输送至第二沉淀池，在沉淀池底部收集沉淀物通过管道进入沙床。

所述絮凝过滤池上部为藻菌絮凝体，下部为砂石过滤结构。所述絮凝过滤池底部带有反冲洗装置，定期反冲洗并曝气，淘洗藻菌絮凝物，淘洗水进入第一沉淀池，沉淀通过沙床回收沉淀物。第一沉淀池的出水口通过管道接入絮凝过滤池。

所述的絮凝过滤池上部配有LED灯，促进藻类光合作用；所述的藻菌絮凝物优选为根枝藻(Rhizoclonium)、单细胞绿藻和硝化菌的混合物，底部的砂石优选为粒径4-6mm砾石或1-2mm砾石和60目细沙。

所述短程硝化曝气池为一含有缓流缺氧区的不均一曝气池，并可在缓流缺氧区回收部分活性污泥。通过控制浓度和曝气量，控制短程硝化过程。所述短程硝化曝气池底部侧面有一缺氧区，缺氧区进口上设有调节阀门，调节阀门上下调节进口面积大小，控制废液交流速度和缺氧程度，用于优化短程反硝化效率，并有一推流泵防止活性污泥过度积累。

所述快沙滤池和慢沙滤池流速不同；垂直放置时其内部沿垂直方向由下而上分布有承托层和过滤层。快沙滤池承托层和慢沙滤池承托层填充滤料的粒径相同。快沙滤池过滤层和慢沙滤池过滤层填充滤料的粒径不同，慢沙滤池的粒径小于快沙滤池。快沙滤池过滤层优选的粒径为40目，慢沙滤池过滤层优选的粒径为100目。所述慢沙滤池可以垂直或水平放置，是由三至五个沙滤池串联而成，当前端沙滤池饱和后，进入反冲洗程序，第二个沙滤池变为第一沙滤池继续过滤；而再生好的过滤池变为第三个过滤池，以此类推；通过不断再生接续，相当于无限长柱体，对各类物质可以进行层析分离，自养型硝化菌更易在特定区域生长代谢，使硝化作用更易于发生。所述慢沙滤池通过挂膜培养，获得高微生物活性。通过测序发现，慢沙滤池过滤层不同区域形成了明显不同的微生物生态分区。流速进样速度一般为0.3-5BV/24hr(砂柱体积)，优选为0.4-2BV/24hr。所述慢沙滤池保持在非淹没状态，以保持较好的通气氧化状态。

所述快沙滤池、慢沙池底部均连接有反冲洗装置，洗水经管道进入反冲洗水藻菌水处理箱回收，反冲洗水经净化处理后又可用于反冲洗。

所述反冲洗设备通过控制曝气速率和流速影响反冲气和反冲水的强度。沙滤池的反冲洗方向为从下往上。

所述的主藻菌水处理箱、反冲洗水藻菌水处理箱箱内上部为丝状绿藻层，丝状绿藻优选为根枝藻(Rhizoclonium)；其下有过滤棉层，底部铺有沙石和排污管；所述过滤棉层与上部丝状绿藻间隔距离为0-20cm，优选为0-10cm，过滤棉层为成束过滤棉或球状体。过滤棉层上长有各类微生物，产生生物活性物质，保持藻体的健康生长和与杂菌的竞争能力。少量沉淀物通过排污管排放至第二沉淀池，沉淀池的沉淀排入沙床干燥收集；

所述藻菌水处理箱的丝状绿藻具有较好的耐污性，经大量实验验证和分析，根枝藻能很好地与细菌共生，更有利于净化废水。

所述过滤棉具有巨大的比面积，能为细菌提供大量的附着空间。其中所述的细菌为长期驯化培养并且能够与根枝藻共生的好氧菌群，包括将氨氮转化成硝酸盐氮的自养硝化菌。

本发明的有益效果是：1.絮凝过滤池充分利用藻菌絮凝体吸附污水中固体污物并促进微生物生长，形成絮凝团，可直接分离固体物质，减少了后续降解工序的负担。

2.在短程硝化曝气池中增加了可调节阀门的缓流缺氧区，缺氧区的存在有利于将曝气池中氨氧化产生的高浓度亚硝酸盐转化成氮气。通过调节缓流缺氧区阀门控制废液交流速度和缺氧程度，进行参数优化，进一步提高总氮的去除。通过维持高浓度等条件，短程硝化池保持在短程硝化反硝化状态，减少了耗氧量，加快了氨氮去除效率；

3.慢沙滤池中过滤层填充的较细粒径有利于对污水高效净化，因速度足够慢，通过三个慢沙滤池的接续，相当于无限长的层析柱，将不同组分层析分离，形成特定微生物区系，在每个特定区域，不同微生物繁殖降解去除不同化合物，同时池体保持在非淹没状态，有好的通气氧化状态，自养型硝化菌更易在特定区域生长代谢，促进了硝化作用。

表1慢沙滤池不同位点污染物去除进程

表1是在1BV/24hr条件下，4米长慢沙滤池污染物去除效果。在流速足够慢情况下，固体物质截留效果好，大分子COD吸附较多。由于沙粒带负电荷，铵离子被吸附，流动较慢，而负电荷的硝酸离子流动较快，这样就实现了不同物质的色谱分离，随COD降低，自养氨氧化菌更易生长发挥作用。另外，所述慢沙滤池保持在非淹没状态，以保持较好的通气氧化状态，促进氨氧化反应。在本技术中，氨氧化是限速步骤，因此提高慢沙滤池氧化氨氮能力至关重要。慢沙滤池通过接续延长和层析作用将大部分固体物质、色素和大分子物质保留下来，净化了出水。这些物质最终通过反冲洗进入反冲洗水处理藻菌箱，通过絮凝沉淀下来，实现了COD和氮素的分离处理，发挥各部分优势。

通过测序发现，慢沙滤池过滤层不同区域形成了明显不同的微生物生态分区。

表2慢沙滤池相邻两点细菌属水平上的主要群落结构变化

表2显示在慢沙滤池中相邻两点微生物区系的巨大变化，制造这种生境的不同，将有利于各种污染物的降解和去除。

4.在藻菌水处理箱中，丝状绿藻、过滤棉、砂石层的存在有利于增强藻菌共生和絮凝作用，提供了不同溶氧水平的空间，使硝化，反硝化和磷酸盐沉淀可同时发生，提高了净化效率和净化水平。过滤棉支撑层提供特殊营养，使丝状绿藻生长旺盛，在高温强光条件下体系也很稳定。如果没有过滤棉支撑层，系统很难保证稳定高效工作，一旦发生藻体腐烂，将使整个系统崩溃。

丝状绿藻产生大量粘性大分子物质有极强的絮凝效果和净水效果，迅速除去固体物质、色素和大分子物质；丝状绿藻通过光合作用，提高水体pH，使氨氮大量挥发，磷酸盐沉淀，水体无机磷可降至0.02mg/L，硝酸盐、亚硝酸盐也降至很低，抑制了出水的富营养化发生。

5.利用反冲洗水藻菌水处理箱处理沙滤池的反冲洗水，能够有效降低反冲洗水的剩余污染物，使反冲洗水可以重复使用。

通过絮凝过滤池和藻菌箱使污水中大量固体颗粒从微米级提高至10微米级甚至100微米级，极大提高了过滤性能，有很好的脱水效果。早分离固形物和大量分离固形物，明显地减少了系统的处理负担。

经过该系统处理后的高浓度养殖废水能很好地减低氨氮，亚硝态氮、磷酸盐和COD水平，排放的处理水达到了一级污水处理排放标准。该系统能耗低，处理成本低，有利于实际推广应用。

附图说明

图1为本发明结构示意示意图；其中，1-絮凝过滤池，2-第一沉淀池；3-短程硝化曝气池，4-快沙滤池，5-慢沙滤池，6-主藻菌水处理箱，；7-净水池；8-反冲洗设备；9-反冲洗藻菌处理箱；10-第二沉淀池；11-沙床。

图2为本发明所述的絮凝过滤池结构示意图；其中，1.1-LED灯，1.2-藻菌絮凝物，1.3-砂石，1.4-反冲洗泵和管道。

图3为本发明所述的短程硝化曝气池的结构示意图；其中，3.1-阀门，3.2-缺氧区，3.3-推流泵。

图4为本发明所述的沙滤池结构示意图；其中，4.1-过滤层，4.2-承托层，4.3-反冲洗管道；其中，5.1-过滤层，5.2-承托层，5.3-反冲洗管道。

图5为本发明所述的藻菌水处理箱内层结构示意图；6.1-丝状绿藻，6.2-过滤棉，6.3-砂石，6.4-排污管道。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

实施例1

所述高浓度废水处理系统，其包括絮凝过滤、短程硝化曝气池、沙滤池、藻菌水处理箱，其特征在于，絮凝过滤池1上部出水口通过管道连接第一沉淀池2，絮凝过滤池1底部出水口通过管道连接短程硝化曝气池3，短程硝化曝气池3通过管道连接快沙滤池4，快沙滤池4通过管道连接慢沙滤池5，慢沙滤池5出水口通过管道连接主藻菌水处理箱6，主藻菌水处理箱6出水口通过管道连接净水池7；

快沙滤池4和慢沙滤池5底部分别通过管道连接反冲洗设备8，反冲洗设备8通过管道连接反冲洗藻菌处理箱9，反冲洗藻菌处理箱9底部通过管道连接第二沉淀池10，第二沉淀池10的沉淀通入沙床11，第二沉淀池10的出水通过水泵泵回反冲洗藻菌处理箱9；反冲洗藻菌处理箱9的清水供给反冲洗设备8。

在所述主藻菌水处理箱6底部通过管道连接第二沉淀池10，第二在沉淀池底部收集沉淀物通过管道进入沙床11。

第一沉淀池2的出水口通过管道接入絮凝过滤池1进行水循环。

所述的絮凝过滤池1上部配有LED灯1.1，池内上部为藻菌絮凝物1.2，下部为砂石过滤结构1.3，底部带有反冲洗管道和水泵1.4，定期反冲洗并曝气，淘洗藻菌絮凝物1.2，淘洗水进入第一沉淀池2，通过第一沉淀池2回收沉淀物。

所述的短程硝化曝气池3侧壁含有一带有可调节闸门3.1的缺氧区3.2，用于优化短程反硝化效率，并设有一推流泵3.3防止活性污泥过度积累，并可在缓流缺氧区3.2回收部分活性污泥；

所述快沙滤池4其内部沿垂直方向由下而上分布有承托层4.2和过滤层4.1，沙滤池底部带有反冲洗管道4.3。

所述慢沙滤池5其内部沿垂直方向由下而上分布有承托层5.2和过滤层5.1，沙滤池底部带有反冲洗管道5.3。

洗水经管道进入反冲洗藻菌处理箱9回收，沉淀进入第二沉淀池10，并经沙床11回收；

所述的主藻菌水处理箱6箱内上部为丝状绿藻6.1，下有过滤棉6.2进行支撑，底部为砂石层6.3和沉淀排污管道6.4。所排沉淀污水经第二沉淀池10沉淀，沉淀进入沙床11回收；

反冲洗藻菌处理箱9内部结构如同主藻菌水处理箱6。

所述的絮凝过滤池1、主藻菌水处理箱6和反冲洗藻菌处理箱9上部配有LED灯，促进藻类光合作用；所述的藻菌絮凝物1.2优选为根枝藻(Rhizoclonium)、单细胞藻和硝化菌的混合物，底部的砂石1.3优选为粒径4-6mm砾石、1-2mm砾石和60目细沙复合而成。

所述的慢沙滤池5是由三个沙滤池串联而成，当前端沙滤池饱和后，进入反冲洗程序，第二个沙滤池变为第一沙滤池继续过滤；而再生好的过滤池变为第三个过滤池；所述慢沙滤池5通过接种污泥上清进行挂膜培养，通过测序发现，慢沙滤池过滤层5.1中不同部分沙子形成了不同的微生物生态分区。

所述快沙滤池承托层4.2和慢沙滤池承托层5.2填充滤料的粒径相同。所述快沙滤池过滤层4.1和慢沙滤池过滤层5.1填充滤料的粒径不同，慢沙滤池5的粒径小于快沙滤池4。快沙滤池过滤层4.1优选的粒径为40目，慢沙滤池过滤层5.1优选的粒径为100目。

所述反冲洗装置8通过控制曝气速率和流速影响反冲气和反冲水的强度。沙滤池的反冲洗方向为从下往上。

所述藻菌水处理箱的丝状绿藻6.1具有较好的耐污性，而且能很好地与细菌共生，更有利于净化废水。

所述过滤棉6.2为污水处理专用化纤纺丝，通过弯曲具有巨大的比面积，能为细菌提供大量的附着空间。其中所述的细菌为长期驯化培养并且能够与丝状绿藻共生的好氧菌群，包括将氨氮转化成硝酸盐氮的硝化菌。

本发明高浓度废水处理系统处理工艺如下：(1)高浓度废水首先进入絮凝过滤池，利用藻菌的絮凝、吸附和代谢作用，废水的色浊得到初步的净化，除去了大量有机物，减少了后续降解负担。

(2)经过初步处理的废水进入短程硝化曝气池，短程硝化曝气池包括缓流缺氧区和曝气区。曝气区有利于氨氮、有机物的去除，缺氧区有利于短程反硝化和总氮的去除。调节缓流缺氧区阀门可以控制废液交流速度和缺氧程度，控制菌群状态，使短程硝化和反硝化剧烈进行。经过短程硝化曝气池的处理，短程硝化上清中的有机物、总氮、色浊得到了很大的降解。并且可以在缓流缺氧区回收部分活性污泥。

(3)经过处理的短程硝化上清依次进入快沙滤池和慢沙滤池。快沙滤池可以对短程硝化上清中的颗粒物进行吸附过滤。慢沙滤池是由三个沙滤池串联而成，当前端沙滤池饱和后，进入反冲洗程序，第二个沙滤池变为第一沙滤池继续过滤，而再生好的过滤池变为第三个过滤池。慢沙滤池过滤层填充的粒径较小，对废水的净化能力强于快沙滤池。被沙滤池过滤的颗粒物、悬浮物可以被滤料中微生物利用、降解。慢沙滤池带有大量的硝化和反硝化微生物繁殖，可进一步降解废水中的氨氮、COD等。

(4)慢沙滤池的出水通过管道进入主藻菌水处理箱。主藻菌水处理箱中过滤棉附着的菌可以对废水中的有机物、氮、磷降解和絮凝吸附，细菌产生的生物活性物质和微量元素可供藻类生长利用，而藻类光合作用产生的氧气又可以被细菌利用。经过藻菌共生最终净化，硝酸盐和亚硝酸盐基本被处理干净，出水氨氮、COD达到排放标准。

(5)反冲洗装置定期对快沙滤池、慢沙滤池进行反冲洗，反冲洗水经过沉淀后，沉淀进入固体沉渣收集沙床回收；反冲洗洗出液利用反冲洗藻菌处理箱处理。

郑州市某养殖场采用本发明工艺处理效果如下：

养殖废水原水指标如下：氨氮3122mg/L，硝酸盐氮106mg/L，亚硝酸盐氮4.2mg/L，无机磷25.5mg/L，COD 14147mg/L。

经本发明处理后，氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、无机磷、COD分别为1.53mg/L、1.05mg/L、0.04mg/L、0.03mg/L、57mg/L。

出水的氨氮、COD等远远满足《畜禽养殖业污染物排放标准》，而且对于更加严格的《城镇污水处理厂污染物排放标准》，氨氮、磷、COD满足一级标准。

以上只是描述了本发明的一般实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，这些也应当视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种废水处理系统，包括絮凝过滤池、短程硝化曝气池、沙滤池、藻菌水处理箱，其特征在于，絮凝过滤池上部出水口通过管道连接第一沉淀池，絮凝过滤池底部出水口通过管道连接短程硝化曝气池，短程硝化曝气池通过管道连接快沙滤池，快沙滤池通过管道连接慢沙滤池，慢沙滤池出水口通过管道连接主藻菌水处理箱，主藻菌水处理箱出水口通过管道连接净水池；

快沙滤池和慢沙滤池底部分别通过管道连接反冲洗设备，反冲洗设备通过管道连接反冲洗藻菌处理箱，反冲洗藻菌处理箱底部通过管道连接第二沉淀池，第二沉淀池通入沙床，第二沉淀池的出水通过水泵泵回反冲洗藻菌处理箱；反冲洗藻菌处理箱的清水供给反冲洗设备；

所述主藻菌水处理箱底部通过管道连接第二沉淀池；

所述第一沉淀池的出水口通过管道接入絮凝过滤池；

所述慢沙滤池由三至五个沙滤池串联而成。

2.根据权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于，所述絮凝过滤池池内上部为藻菌絮凝体，下部为砂石过滤层；所述的藻菌絮凝物选根枝藻（Rhizoclonium）、单细胞绿藻和硝化菌的混合物，砂石选粒径4-6mm砾石或1-2mm砾石和60目细沙。

3.根据权利要求1所述的废水处理系统，其特征在于，所述慢沙滤池垂直或水平放置，保持在非淹没状态，进样速为0.3-5BV/24hr。

4.根据权利要求1-3任一所述的废水处理系统，其特征在于，所述藻菌水处理箱箱内上部为丝状绿藻层，下衬有过滤棉层，底部铺有沙石和排污管。

5.根据权利要求4所述的废水处理系统，其特征在于，所述短程硝化曝气池为含有缓流缺氧区的不均一曝气池，其底部侧面有一缺氧区，其底部侧面设有推流泵，控制污泥的堆积，缺氧区进口设有调节阀门。

6.根据权利要求5所述的废水处理系统，其特征在于，絮凝过滤池和藻菌水处理箱上部均配有LED灯，用于促进藻类光合作用。

7.利用权利要求一种1-6任一所述的废水处理系统进行废水处理的工艺，其特征在于，包括如下步骤：

（1）废水首先进入絮凝过滤池，利用藻菌的絮凝、吸附和代谢作用，使废水的固形物得到初步的沉淀净化；

（2）经过初步处理的废水进入短程硝化曝气池，短程硝化曝气池包括缓流缺氧区和曝气区，曝气区进行氨氧化，缺氧区进行短程反硝化和总氮、有机物的去除；调节缓流缺氧区阀门控制废水交流速度和缺氧程度，控制短程反硝化参数；经过短程硝化曝气池的处理，降解污水中的氨氮和有机物；

（3）经过处理的短程硝化上清依次进入快沙滤池和慢沙滤池，快沙滤池对短程硝化上清中的颗粒物进行吸附过滤；慢沙滤池对各成分层析分离，进行硝化和反硝化；

（4）慢沙滤池的出水通过管道进入主藻菌水处理箱，主藻菌水处理箱中过滤棉附着的菌对废水中的有机物、氮、磷降解，细菌产生的活性物质和释放的微量元素供藻类生长利用，而藻类光合作用产生的氧气被细菌利用，经过藻菌共生净化水质，出水达标排放；

（5）反冲洗设备定期对快沙滤池、慢沙滤池进行反冲洗，反冲洗后的水进入反冲洗藻菌处理箱经过絮凝沉淀，沉淀依次进入沉淀池和沙床回收；反冲洗藻菌处理箱上清重新用于反冲洗。

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