CN115286174A - 达到ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统及方法，系统包括：粗格栅、进水提升泵、预处理器、高效生化池、滤池、消毒计量池、鼓风机和加药装置；其中，粗格栅和进水提升泵均设置在进水泵房内，粗格栅设置在进水提升泵的进水端的前面；进水提升泵的出水端与预处理器、高效生化池、滤池和消毒计量池依次连接；消毒计量池的后端设置准四类出水端；高效生化池分别与鼓风机和加药装置连接。该系统处理流程短，所需设备少，集成化程度高，运行能耗低，处理后出水能达到准Ⅳ类，由于缩减工艺流程，减少水处理设施和设备，降低了工程造价，降低耗电量、药耗、也降低了电费、药剂费等运行成本。

Description

达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统及方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种低能耗集成化污水处理系统及方法。

背景技术

近年来，我国不少地方为了实现水污染行动计划的目标要求，陆续发布了地方污水厂准Ⅳ类污染物排放标准，由于这些标准中的COD、BOD₅、NH₃-N、TN、TP限值中部分或全部与GB 3838-2002的Ⅲ、Ⅳ类水质指标要求相当，因此业界常称其为“准Ⅲ类”、“准Ⅳ类”标准。如北京、天津、巢湖流域、太湖流域等多地陆续发布准Ⅳ类标准的地方污染物排放标准和流域标准，对化学需氧量COD、总氮TN、总磷TP等指标提出了越来越高的去除要求。

目前，为遵循这些更为严格的标准和法规，目前新建污水厂越来越多按准Ⅳ类考虑，即使现在要求为一级A标准，也预留未来准Ⅳ类的出水标准的设备。而已建污水厂需要进行改造，来达到地方准Ⅳ类标准。我国生活污水处理厂为达到准Ⅳ类出水，大多采用三级处理来达到，即一级物化处理+二级生化处理+三级处理(深度处理)来达到，例如：中国发明专利说明书CN201811330188.0中公开了一种达标地表准四类水的城镇污水处理工艺，该系统包括依工艺流程连接的进水泵房、沉砂池、初沉池、改良MBBR生化池、二沉池、高效沉淀池、滤池以及消毒池；此工艺有一级、二级、三级出路，流程长。

目前地方准Ⅳ类标准的污水处理工艺主要存在以下问题：

(1)常规达到准Ⅳ类出水的工艺设备多，流程长，采用一级处理+二级生化处理+三级处理(深度处理)来达到准Ⅳ类出水；

(2)因水处理流程长，水处理设施多，导致工程造价高；

(3)因水处理过程中大量使用水泵提升，风机曝气，搅拌器防止污泥沉积和推流，水处理的电动设备多，且功率大，导致污水处理能耗高；

(4)一般设计进水COD 350mg/L左右，但很多实际来水COD小的多，大部分在160mg/L左右，是运行中碰到的现场问题；

(5)设计时考虑远景，设计水量大，变化系数大，来抗冲击负荷。但实际运行中发现，大部分项目开始来水比较少，如何处理远景与实际运行差距是一个新建污水厂普遍问题。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的目的是提供了一种达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统及方法，其工艺流程短，运行能耗低，工程造价低，能达到Ⅳ类排放标准，进而解决现有技术中存在的上述技术问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明实施方式提供一种达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统，包括：

粗格栅、进水提升泵、预处理器、高效生化池、滤池、消毒计量池、鼓风机和加药装置；其中，

所述粗格栅和进水提升泵均设置在进水泵房内，所述粗格栅设置在所述进水提升泵的进水端前面；

所述进水提升泵的出水端与所述预处理器、高效生化池、滤池和消毒计量池依次连接；

所述消毒计量池的后端设置准四类出水端；

所述高效生化池分别与鼓风机和加药装置连接。

本发明实施方式还提供一种采用本发明所述系统的达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理方法，包括如下步骤

所处理市政污水通过所述系统的粗格栅过滤后，经所述系统的进水提升泵提升后进入所述系统的预处理器进行物理过滤去除杂物；

所述预处理器出水进入所述系统的高效生化池进行厌氧、反硝化、硝化和沉淀处理后，出水依次经所述系统的滤池过滤和消毒计量池消毒和计量后达到准四类标准外排。

与现有技术相比，本发明所提供的达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统及方法，其有益效果包括：

通过将污水处理部件集成为预处理器、高效生化池、滤池和消毒计量池等几个主要部分，集成化程度高，所需设备少，实现了较短的处理流程，有利于降低运行能耗，处理后出水能达到准Ⅳ类，由于缩减工艺流程，减少水处理设施和设备，降低了工程造价，降低耗电量、药耗、也降低了电费、药剂费等运行成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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，对于本领域的普通技术人员来讲，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他附图。

图1为本发明实施例提供的达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统的构成示意图。

图2为本发明实施例提供的达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统的侧面示意图。

图3为本发明实施例提供的污水处理系统的高效生化池的整体结构示意图。

图4为本发明实施例提供的污水处理系统的方形池体的高效生化池的侧剖面结构示意图。

图5为本发明实施例提供的污水处理系统的圆形池体的高效生化池的平面结构示意图。

图6为本发明实施例提供的污水处理系统的圆形池体的高效生化池的侧剖面结构示意图。

图7为本发明实施例提供的污水处理系统的自适配控制系统的构成示意图。

图中：1-粗格栅；2-预处理器；3-高效生化池；30-总池体；31-折流厌氧区；32-折流缺氧区；33-前置好氧区；34-后置好氧区；35-澄清区；36-污泥回流区；37-侧流厌氧区；38-空气替推器；4-滤池；5-消毒计量池；7-鼓风机房；8-加药间。

具体实施方式

下面结合本发明的具体内容，对本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，这并不构成对本发明的限制。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：

术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，X和/或Y表示既包括“X”或“Y”的情况也包括“X和Y”的三种情况。

术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。

术语“由……组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。

除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如：可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。

当浓度、温度、压力、尺寸或者其它参数以数值范围形式表示时，该数值范围应被理解为具体公开了该数值范围内任何上限值、下限值、优选值的配对所形成的所有范围，而不论该范围是否被明确记载；例如，如果记载了数值范围“2～8”时，那么该数值范围应被解释为包括“2～7”、“2～6”、“5～7”、“3～4和6～7”、“3～5和7”、“2和5～7”等范围。除另有说明外，本文中记载的数值范围既包括其端值也包括在该数值范围内的所有整数和分数。

术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本文的限制。

下面对本发明所提供的达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统及方法进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

如图1、2所示，本发明实施例提供一种达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统，包括：

粗格栅、进水提升泵、预处理器、高效生化池、滤池、消毒计量池、鼓风机和加药装置；其中，

所述粗格栅和进水提升泵均设置在进水泵房内，所述粗格栅设置在所述进水提升泵的进水端的前面；

所述进水提升泵的出水端与所述预处理器、高效生化池、滤池和消毒计量池依次连接；

所述消毒计量池的后端设置准四类出水端；

所述高效生化池分别与鼓风机和加药装置连接。优选的，鼓风机可设置在鼓风机房内；加药装置可设置在加药间内。

如图3所示，上述系统中，所述高效生化池包括：

总池体、折流厌氧区、折流缺氧区、空气提推器、前置好氧区、后置好氧区、澄清区、污泥回流区和侧流厌氧区；其中，

所述折流厌氧区、折流缺氧区、前置好氧区、后置好氧区、澄清区、污泥回流区和侧流区均设置在所述总池体内；

所述折流厌氧区的进水端与所述预处理器的出水端连接；

所述折流厌氧区的出水端依次与折流缺氧区、空气提推器、前置好氧区、后置好氧区和澄清区连接；

所述澄清区分别设有出水口和排泥口；

所述澄清区的排泥口与所述污泥回流区连接；所述污泥回流区分别设有污泥回流口和污泥外排口，所述污泥回流口通过污泥回流管回连至所述折流厌氧区，所述污泥回流管上并联连接所述侧流厌氧区；

所述折流缺氧区设有碳源投加口；

所述前置好氧区的后端经硝化液回流管与所述折流缺氧区的前端连接。

上述系统中，所述前置好氧区和后置好氧区均设有曝气装置，所述曝气装置采用软管曝气器、提升曝气管、提升曝气盘中的任一种。

如图4、5和6所示，池体分为方形池体和圆形池体，其中图4为方形池体，适用于大型污水厂，图5和6为圆形池体，适用于小型和中型污水厂。

如图4所示，上述系统中，所述总池体为方形池体；

所述方形池体内的底部从前至后依次设置折流厌氧区、折流缺氧区、空气提推器和前置好氧区；

所述前置好氧区的上面依次设置后置好氧区和澄清区；

所述澄清区的后端设置出水口；

所述折流厌氧区与折流缺氧区的上面分别设置污泥回流区和侧流厌氧区，所述侧流厌氧区处于所述污泥回流区内的底部。

上述系统中，所述折流厌氧区内从前至后按下、上位置交替设置多个第一上、下折流板，在该折流厌氧区从前至后形成S形水流通道，各第一上、下折流板的过水边沿均为弧形过水堰；

所述折流缺氧区内从前至后按下、上位置交替设置多个第二上、下折流板，在该折流缺氧区从前至后形成S形水流通道，各第二上、下折流板的过水边沿均为弧形过水堰。

上述系统中，所述折流厌氧区中，各第一上折流板的底部与折流厌氧区的底部固定连接，各第一上折流板的顶部低于水面0.1～0.2m，各第一上折流板的上部形成污水的上向流通道，各第一上折流板的顶端为弧形过水堰；

各第一下折流板的顶部与厌氧区的顶部固定连接，各第一上折流板的底部流出过水断面为0.1～0.2m，各第一下折流板的下部形成污水的下向流通道，各第一下折流板的底端为弧形过水堰；

所述折流缺氧区中，各第二上折流板的底部与折流厌氧区的底部固定连接，各第二上折流板的顶部低于水面0.1～0.2m，各第二上折流板的上部形成污水的上向流通道，各第二上折流板的顶端为弧形过水堰；

各第二下折流板的顶部与厌氧区的顶部固定连接，各第二上折流板的底部流出过水断面为0.1～0.2m，各第二下折流板的下部形成污水的下向流通道，各第二下折流板的底端为弧形过水堰。

上述系统中，所述澄清区的中间部位设置泥水分离器，将该澄清区内从下至上分为底部污泥区、中部泥水分离区和上部斜管沉淀区。

如图5、6所示，上述系统中，所述总池体为圆形池体；

所述圆形池体内分为中间圆形区域和围绕在中间圆形区域外周的环形区域；

所述折流厌氧区和折流缺氧区均设置在所述环形区域内；

所述中间圆形区域内从下至上依次设置前置好氧区、后置好氧区和澄清区；

所述空气提推器设置在所述折流缺氧区内；

所述污泥回流区设置在所述圆形池体内，处于所述折流缺氧区的下方，连接所述澄清区的底部与所述折流厌氧区；

所述侧流厌氧区设置在所述圆形池体外部，连接在所述澄清区的上部与所述折流厌氧区之间。

这种圆形池体的高效生化池，折流厌氧区与折流缺氧区内也均设有上、下折流板，与方形池体的高效生化池的设置方式类似，可参见方形池体的高效生化池的折流厌氧区与折流缺氧区，在此不再重复。

上述系统中，所述好氧区和澄清区都在圆桶的中间区域，此区域分为为让泥水分离，分成四层区域，分为底部污泥区，中下部好氧曝气区，中部泥水分离区，上部斜管澄清区，其中曝气区使用抽拉式软管曝气器或曝气盘；其中泥水分离器为工程塑料或不锈钢材质，排出清水的出水槽位于澄清区顶部，清水从此进入下一个流程。

本发明实施例还提供一种采用上述系统的达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理方法，包括如下步骤

所处理市政污水通过所述系统的粗格栅过滤后，经所述系统的进水提升泵提升后进入所述系统的预处理器进行物理过滤去除杂物；

所述预处理器出水进入所述系统的高效生化池进行厌氧、反硝化、硝化和沉淀处理后，出水依次经所述系统的滤池过滤和消毒计量池消毒和计量后达到准四类标准外排。

上述方法中，污水在高效生化池内的处理方式如下：

污水先进入所述高效生化池的折流厌氧区进行厌氧反应，再进入折流缺氧区进行反硝化反应，通过空气推流器提升到前置好氧区和后置好氧区进行硝化反应，经过硝化和反硝化后的污水进入澄清区进行泥水分离，经过澄清后的水从澄清区排出，进入所述滤池，所述澄清区分离的泥进入污泥回流池，一部分污泥回流至折流厌氧区，一部分污泥进入侧流厌氧区进行侧流厌氧发酵处理，剩余污泥外排。

综上可见，本发明实施例的污水处理系统及方法，通过集成化方式，以低能耗运行，即能实现出水达到准Ⅳ类，由于缩减工艺流程，减少水处理设施和设备，降低耗电量、药耗、来降低电费、药剂费等运行成本。

为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统及方法进行详细描述。

实施例1

如图1、2所示，本发明实施例提供一种达到准Ⅳ类出水的低能耗集成化污水处理系统，能对市政生活污水进行处理，从而达到准Ⅳ类出水，该系统包括：

粗格栅、进水提升泵、预处理器、高效生化池、滤池和消毒计量池；其中，

所述的粗格栅和进水提升泵均设置在进水泵房内，进水泵房用于承接管网过来的市政污水；

所述粗格栅配置在进水提升泵前端，拦截污水中较大固形物，保护后面的机械设备，特别是进水提升泵。

所述的预处理器是一种快速固液分离设备，用于污水预处理，拦截污水中剩下的漂浮物、一定直径的砂粒等，以保证后续的处理工艺能正常运行，同时可去除部分浮渣及油脂等，保证二级处理中微生物的正常生长。

如图3所示，所述高效生化池是一种典型的除磷脱氮工艺，其反应池包括折流厌氧区(ANAEROBIC)、折流缺氧区(ANOXIC)、前置好氧区(PREOXIC)、后置好氧区(POEOXIC)、澄清区、污泥回流区和侧流厌氧区几段组成。其典型结构如图4所示，所述折流厌氧区、折流缺氧区、前置好氧区、后置好氧区、澄清区、污泥回流区和侧流区均设置在所述总池体内；

所述折流厌氧区的进水端与所述预处理器的出水端连接；

所述折流厌氧区的出水端依次与折流缺氧区、空气提推器、前置好氧区、后置好氧区和澄清区连接；

所述澄清区分别设有出水口和排泥口；

所述澄清区的排泥口与所述污泥回流区连接；所述污泥回流区分别设有污泥回流口和污泥外排口，所述污泥回流口通过污泥回流管回连至所述折流厌氧区，所述污泥回流管上并联连接所述侧流厌氧区；

所述折流缺氧区设有碳源投加口；

所述前置好氧区的后端经硝化液回流管与所述折流缺氧区的前端连接。硝化液经硝化液回流管回流到该折流缺氧区，提高脱氮效果。

上述的高效生化池中，污水从折流缺氧区提升到前置好氧区使用空气提推器，不使用推流器或水泵；

上述的高效生化池中，前置好氧区和后置好氧区内设置的曝气装置，采用软管曝气器，来代替传统的曝气管或曝气盘。

具体的，上述的高效生化池的总池体分为方形池体与圆形池体，进而会构成方形池体的高效生化池与圆形池体的高效生化池，下面结合附图对这两种结构的高效生化池分别进行说明。

如图4所示，总池体为方形池体，一般为混凝土结构池体；

所述方形池体内的底部从前至后依次设置折流厌氧区、折流缺氧区、空气提推器和前置好氧区；

所述前置好氧区的上面依次设置后置好氧区和澄清区；

所述澄清区的后端设置出水口；

所述折流厌氧区与折流缺氧区的上面分别设置污泥回流区和侧流厌氧区，所述侧流厌氧区处于所述污泥回流区内的底部。

所述的折流厌氧区内设有多个第一上、下折流板，各第一上、下折流板的过水边沿均为弧形结构，减少污泥和杂质的沉积，一般第一上折流板和第二下折流板从前至后按下、上位置间隔交替安装在该折流厌氧区中，让从前至后的水流沿S流线前进，延长污水流动的路径。

各第一上折流板的混凝土底部均与该折流厌氧区的混凝土底部固定连接，各第一上折流板的混凝土顶部低于水面0.1～0.2m，在各第一上折流板的上部形成污水的上向流通道，各第一上折流板的顶端的弧形端形成弧形过水堰，能减少污泥和杂质的沉积；

各第一下折流板的混凝土顶部均与该折流厌氧区的混凝土盖板固定连接，各第一下折流板的混凝土底部流出过水断面0.1～0.2m，在各第一下折流板的下部形成污水的下向流通道，第一折流板底端的弧形端形成弧形过水堰，能减少污泥和杂质的沉积；

所述的折流缺氧区内设有多个第二上、下折流板，各第二折流板的过水边沿均为弧形结构，能减少污泥和杂质的沉积，一般第二上折流板和第二下折流板从前至后按下、上位置间隔交替安装在该折流缺氧区中，让从前至后的水流沿S流线前进，延长污水流动的路径；

各第二上折流板的混凝土底部与缺氧区的混凝土底部固定连接，各第二上折流板的混凝土顶部低于水面0.1～0.2m，各第二上折流板的上部形成污水的上向流通道，各第二折流板顶端的弧形结构形成弧形过水堰，能减少污泥和杂质的沉积；

各第二下折流板的混凝土顶部与缺氧区的混凝土盖板连接，各第二下折流板的混凝土底部流出过水断面0.1～0.2m，在各第二下折流板的下部形成污水的下向流通道，各第二折流板底端的弧形结构形成弧形过水堰，能减少污泥和杂质的沉积。

所述的污水从缺氧区提升到好氧区，使用空气提推器，不使用推流器或水泵，能降低系统能耗，提高回流比；空气提推器的工作原理是由容积式鼓风机产生的压缩空气作为动力源，通过均匀布气系统来改变局部水体的密度，在适宜的池体结构下提高充气区液面来推动水体的运动。通过布气系统的通气量可以直接影响混合液的回流比，进而实现整个高效生化池内大流量水流的能动调节。

所述的前置好氧区曝气使用软管曝气器、提升曝气管或提升曝气盘；

所述软管曝气器的曝气软管壁厚仅为0.3mm～0.4mm，空气溢出阻力损失约为1500Pa左右，阻力损失小，传递氧气效率高。这样选择小功率的鼓风机即可满足曝气工艺所需的氧气量，从而节约动力，降低运行成本。另外，采用特殊弹性聚合物材质的曝气软管表面开孔几乎100％均匀，其形成的气泡直径仅为1mm左右，缓慢曲线上升的流速和流态使其与污水的接触面积和接触时间增加，有效增大了氧气传递效率。在最适通气量下，平均每米水深传氧效率高达9％。

所述的澄清区为让泥水分离，分成三层区域，分为底部污泥区，中部泥水分离区，上部斜管澄清区，其中泥水分离器为工程塑料或不锈钢材质，出水槽位于澄清区顶部，清水从此进入下一个流程。

泥水在澄清区进行分离，污泥在底部浓缩，进入污泥回流池，污泥回流池中的浓缩污泥一部分回流至厌氧区，一部分回流至缺氧区，继续参与释磷并保持系统活性污泥浓度，一部分则携带超量吸收磷的聚磷菌体以剩余污泥形式排出系统，一部分进入侧流区进行厌氧消化，消化后的沼渣进入污泥脱水机，消化液回流至厌氧区。

如图5、6所示，总池体为圆形池体，一般为钢结构池体；

所述圆形池体内分为中间圆形区域和围绕在中间圆形区域外周的环形区域；

所述折流厌氧区和折流缺氧区均设置在所述环形区域内；

所述中间圆形区域内从下至上依次设置前置好氧区、后置好氧区和澄清区；

所述空气提推器设置在所述折流缺氧区内；

所述污泥回流区设置在所述圆形池体内，处于所述折流缺氧区的下方，将所述澄清区底部连接至所述折流厌氧区；

所述侧流厌氧区设置在所述圆形池体外部，一端与所述澄清区上部连接，另一端与所述折流厌氧区连接。

所述的折流厌氧区内设有多个第一上、下折流板，各第一上、下折流板的过水边沿均为弧形结构，减少污泥和杂质的沉积，一般第一上折流板和第二下折流板从前至后按下、上位置间隔交替安装在该折流厌氧区中，让从前至后的水流沿S流线前进，延长污水流动的路径。

各第一上折流板的混凝土底部均与该折流厌氧区的混凝土底部固定连接，各第一上折流板的混凝土顶部低于水面0.1～0.2m，在各第一上折流板的上部形成污水的上向流通道，各第一上折流板的顶端的弧形端形成弧形过水堰，能减少污泥和杂质的沉积；

各第一下折流板的混凝土顶部均与该折流厌氧区的混凝土盖板固定连接，各第一下折流板的混凝土底部流出过水断面0.1～0.2m，在各第一下折流板的下部形成污水的下向流通道，第一折流板底端的弧形端形成弧形过水堰，能减少污泥和杂质的沉积；

所述的折流缺氧区内设有多个第二上、下折流板，各第二折流板的过水边沿均为弧形结构，能减少污泥和杂质的沉积，一般第二上折流板和第二下折流板从前至后按下、上位置间隔交替安装在该折流缺氧区中，让从前至后的水流沿S流线前进，延长污水流动的路径；

各第二上折流板的混凝土底部与缺氧区的混凝土底部固定连接，各第二上折流板的混凝土顶部低于水面0.1～0.2m，各第二上折流板的上部形成污水的上向流通道，各第二折流板顶端的弧形结构形成弧形过水堰，能减少污泥和杂质的沉积；

各第二下折流板的混凝土顶部与缺氧区的混凝土盖板连接，各第二下折流板的混凝土底部流出过水断面0.1～0.2m，在各第二下折流板的下部形成污水的下向流通道，各第二折流板底端的弧形结构形成弧形过水堰，能减少污泥和杂质的沉积。

所述的污水从折流缺氧区提升到前置好氧区，使用空气提推器，不使用推流器或水泵，来降低系统能耗，提高回流比；

所述的前置好氧区、后置好氧区和澄清区都在圆形池体的中间圆形区域，此区域分为为让泥水分离，分成四层区域，分为底部污泥区，中下部好氧曝气区，中部泥水分离区，上部斜管澄清区，其中曝气区使用抽拉式软管曝气器或曝气盘；其中泥水分离器为工程塑料或不锈钢材质，出水槽位于澄清区顶部，清水从此进入下一个流程。

所述的前置好氧区和后置好氧区的曝气装置均采用软管曝气器或可提升曝气管或可提升曝气盘；

所述的出水槽位于澄清区顶部，清水从此进入下一个流程。

污泥在底部浓缩，浓缩污泥一部分回流至厌氧区，一部分回流至缺氧区，继续参与释磷并保持系统活性污泥浓度，一部分则携带超量吸收磷的聚磷菌体以剩余污泥形式排出系统，一部分进入侧流厌氧区进行厌氧消化，消化后的沼渣进入污泥压滤机，消化液回流至折流厌氧区。

所述的滤池采用均质滤料高速滤池，能快速、有效的除去悬浮杂质，使水澄清。为了增大滤速，保证过滤效果，其过滤速度为一般石英砂过滤滤池的2倍，过滤出水水质稳定，反洗次数及反水水量比一般石英砂过滤滤池减少一半左右，从而节省水资源和运行费用。

所述消毒及计量池配置有次氯酸钠投加装置和紫外线装置以供消毒，以及设有巴氏计量槽来计量出水水量。

实施例2

利用实施例1的污水处理系统的污水处理方法，包括以下步骤：

所述粗格栅进水端连接有市政污水总进水管，所述进水泵房配置有进水提升泵以将污水提升并输送至预处理器；

格栅的种类很多，可按不同的方式将其分类：按栅条形状，可分为平面格栅与曲面格栅；按栅条运动状态，可分为固定格栅与回转格栅；按栅条间隙宽度，可分为粗格栅(一般16～40mm，特殊情况可达100mm)、细格栅(1.5～10mm)和超细格栅(0.2～1.5mm)。因栅渣量达到0.2m³/d时，为降低劳动成本、改善劳动与卫生条件，一般采用机械清渣的格栅。机械清渣的格栅的安装角度一般为60°～90°，机械清渣的时间间隔较短，甚至可以进行连续的清渣作业，因此格栅间隙的设计净面积可取较小的安全系数，一般不小于进水渠道的有效面积的1.2倍。

粗格栅：机械清渣时，过滤精度常采用16～25mm，人工清渣时采用25～40mm。目前，绝大部分的污水处理厂都采用机械清渣，自动化程度高，操作人员劳动强度低；人工清渣方式只在小型污水处理站(通常以2000m³/d为界)使用。推荐粗格栅采用钢丝绳格栅除污机或齿耙回转式格栅除污机，采用机械清渣。细格栅采用回转式格栅除污机。

所述预处理器的设备主体为钢制一体化箱式，对进入的污水进行快速物理过滤处理，提供滤布能将200μm以上的泥渣、毛发等有效分离出来，隔离效率达95％。平均栅渣量90kg/万吨水，是传统预处理栅渣量的5～10倍，分离效果显著。

所述预处理器用来替代传统污水处理厂中的细格栅和沉砂池，其特点如下：

1)快速高效，可以在5s内实现混合液中泥渣砂油等的分离；

2)处理精度高，泥渣砂、毛发去除95％以上，附带去除COD、SS；

3)占地面积小，处理1万m³/d规模的污水设备占地不到12m²，水力负荷可达150m3/m2·h；

4)运行费用低，吨水电耗不到0.03kwh；

5)安装快速，易于污水厂改造及模块化扩展；

6)设计工作量和土建工程量小；

7)减少臭味逸散，不产生难以处理的化学污泥。

8)可连续全自动运行，维护简便。

预处理器处理后的污水进入高效生化池，高效生化池是一种典型的除磷脱氮工艺，依次通过折流厌氧区、折流缺氧区、前置好氧区、后置好氧区和澄清区进行处理，配合污泥回流区和侧流厌氧区进行处理。其典型工艺流程为：

污水先进入折流厌氧区，再进入折流缺氧区进行反硝化，通过空气推流器提升到前置好氧区和后置好氧区进行硝化反应，经过硝化和反硝化后的污水进入澄清区进行泥水分离，经过澄清后的水从澄清区的出水口达标排出，进入下后续的滤池；其中澄清区分离的泥进入污泥回流区，一部分向折流厌氧区进行回流，一部分外排，一部分污泥进入侧流厌氧区，进行侧流厌氧发酵处理。

处理过程中，折流缺氧池中投加碳源，同时前置好氧区的硝化液也回流到该折流缺氧池，提高脱氮效果。

下面对采用总池体为方形池体的高效生化池的处理过程进行说明。

污水从方形池体下部的进水口进入折流厌氧区，在多个第一上、下折流板作用下，水流沿S流线前进，延长污水流动的路径；

在折流厌氧区内进入的污水和系统回流污泥中的兼性厌氧发酵菌将污水中的可生物降解有机物转化为挥发性脂肪酸(VFA)等小分子发酵产物，聚磷菌也将释放菌体内储存的多聚磷酸盐，同时释放能量，其中部分能量供专性好氧的聚磷菌在厌氧抑制环境下生存，另一部分能量则供聚磷菌主动吸收类似VFA等污水中的发酵产物，并以聚-β-羟基烷酸(PHA)的形式在菌体内贮存起来。这样，部分碳在厌氧区得到去除。在厌氧区停留足够时间后，污水污泥混合液进入缺氧区。

所述的污水经折流厌氧区后，进入折流缺氧区，当碳源不足时，投加碳源，同时前置好氧区回流的硝化液也回流到折流区，来提高脱氮效果。

在折流缺氧区中，在多个第二上、下折流板作用下，水流沿S流线前进，延长污水流动的路径；反硝化细菌利用从好氧区中经混合液回流而带来的大量硝酸盐(视内回流比而定)，以及污水中可生物降解的有机物(主要是溶解性可快速生物降解有机物)进行反硝化反应，达到同时去碳和脱氮的目的。含有较低浓度碳氮和较高浓度磷的污水随后进入好氧区。

污水从折流缺氧区通过空气提推器提升到前置好氧区，不仅降低系统能耗，也提高了回流比，本实施例的回流比为5～15；

前置好氧区和后置好氧区共同组成了好氧区，聚磷菌在曝气充氧条件下分解体内贮存的PHA并释放能量，用于菌体生长及主动超量吸收周围环境中的溶解性磷，这些被吸收的溶解性磷在聚磷菌体内以聚磷盐形式存在，使得污水中磷的浓度大大降低。污水中各种有机物在经历厌氧、缺氧环境后，进入好氧区时其浓度己经相当低，这将有利于自养硝化菌的生长繁殖。硝化菌在好氧的环境下将完成氨化和硝化作用，将水中的氮转化为NO₂ ^-和NO₃ ^-。后面的大量的回流混合液能将产生的NO₂ ^-和NO₃ ^-带入缺氧区进行反硝化脱氮。

前置好氧区和后置好氧区的曝气装置均采用软管曝气器，软管曝气器的曝气软管壁厚仅为0.3mm～0.4mm，空气溢出阻力损失约为1500Pa左右，阻力损失小，传递氧气效率高。这样选择小功率的鼓风机即可满足曝气工艺所需的氧气量，从而节约动力，降低运行成本。另外，采用特殊弹性聚合物材质的曝气软管表面开孔几乎100％均匀，其形成的气泡直径仅为1mm左右，缓慢曲线上升的流速和流态使其与污水的接触面积和接触时间增加，有效增大了氧气传递效率。在最适通气量下，平均每米水深传氧效率高达9％。

污水进入澄清区，在澄清区的三层区域实现泥水分离；

泥水在澄清区进行分离后，污泥在底部浓缩，进入污泥回流池，污泥回流池中的浓缩污泥一部分回流至折流厌氧区，一部分回流至折流缺氧区，继续参与释磷并保持系统活性污泥浓度，一部分则携带超量吸收磷的聚磷菌体以剩余污泥形式排出系统，一部分进入侧流厌氧区进行厌氧消化，消化后的沼渣进入污泥压滤机，消化液回流至折流厌氧区。

下面对采用总池体为方形池体的高效生化池的处理过程进行说明。

污水从圆形池体的上部进水口进入折流厌氧区，在多个第一上、下折流板作用下，水流沿S流线前进，延长污水流动的路径；

在折流厌氧区内进入的污水和系统回流污泥中的兼性厌氧发酵菌将污水中的可生物降解有机物转化为挥发性脂肪酸(VFA)等小分子发酵产物，聚磷菌也将释放菌体内储存的多聚磷酸盐，同时释放能量，其中部分能量供专性好氧的聚磷菌在厌氧抑制环境下生存，另一部分能量则供聚磷菌主动吸收类似VFA等污水中的发酵产物，并以聚-β-羟基烷酸(PHA)的形式在菌体内贮存起来。这样，部分碳在厌氧区得到去除。在厌氧区停留足够时间后，污水污泥混合液进入缺氧区；

污水经折流厌氧区后，进入折流缺氧区，当碳源不足时，投加碳源，同时前置好氧区回流的硝化液也回流到该区，来提高脱氮效果。

在折流缺氧区中，在多个第二上、下折流板作用下，水流沿S流线前进，延长污水流动的路径；反硝化细菌利用从好氧区中经混合液回流而带来的大量硝酸盐(视内回流比而定)，以及污水中可生物降解的有机物(主要是溶解性可快速生物降解有机物)进行反硝化反应，达到同时去碳和脱氮的目的。含有较低浓度碳氮和较高浓度磷的污水随后进入好氧区。

所述的污水从折流缺氧区通过空气提推器提升到好氧区(由前置好氧区和后置好氧区组成)，由于不使用推流器或水泵，降低了系统能耗，也提高回流比，本实施例的回流比为5～15；

所述的好氧区内，聚磷菌在曝气充氧条件下分解体内贮存的PHA并释放能量，用于菌体生长及主动超量吸收周围环境中的溶解性磷，这些被吸收的溶解性磷在聚磷菌体内以聚磷盐形式存在，使得污水中磷的浓度大大降低。污水中各种有机物在经历厌氧、缺氧环境后，进入好氧区时其浓度己经相当低，这将有利于自养硝化菌的生长繁殖。硝化菌在好氧的环境下将完成氨化和硝化作用，将水中的氮转化为NO₂ ^-和NO₃ ^-。后面的大量的回流混合液能将产生的NO₂ ^-和NO₃ ^-带入缺氧区进行反硝化脱氮。

所述的好氧区的曝气装置均采用软管曝气器或可提升曝气管或可提升曝气盘；

所述的出水槽位于澄清区顶部，清水从此进入下一个流程。

污泥在底部浓缩，浓缩污泥一部分回流至厌氧区，一部分回流至缺氧区，继续参与释磷并保持系统活性污泥浓度，一部分则携带超量吸收磷的聚磷菌体以剩余污泥形式排出系统，一部分进入侧流区进行厌氧消化，消化后的沼渣进入污泥脱水机，消化液回流至厌氧区。

高效生化池后接滤池及消毒计量池，高效生化池出水流入滤池，进一步去除TN及SS，然后进入消毒池消毒，再经过巴氏计量槽后达标外排。

进一步的，本实施例的污水处理系统可配套设置自适配控制系统，能对污水处理进行自动化控制。该自适配控制系统的结构如图7所示，是基于模块化污水处理机理模型叠加大数据分析技术研发的智能污水处理监测控制系统，能实现处理设施根据进水水质、水量的动态变化自动投切，无需巨额投资，就能优化工艺运行，稳定达标并节能降耗。该自适配控制系统可实现以下控制策略，包括：

(1)基于模块化污水处理机理模型叠加大数据分析的控制策略：

自适配控制系统通过植入污水处理生化机理模型，建立核心算法，现场仪表反馈工艺过程水质参数，机理模型控制器经计算后，给出最优的模块化工艺配置方案。

自适配控制系统在污水处理生化机理模型的基础上叠加大数据分析、机理模型仿真功能，当现场仪表反馈信号失真、水质、水量突然变化的情况下，为达到系统的稳态运行，机理模型控制器会自动从大数据科学分析服务器取得数据，给出最优的模块化工艺配置方案。保证系统的稳定性。

对于整套流程工艺技术而言，采用了模块化技术之后，只需把模块化污水处理生化单元与控制系统连接起来，即可保证整套流程工艺的稳定运行与优化控制。

(2)节能降耗

自适配控制系统采用经济的解决方案并提供简单的集成，先进的控制策略能保证节能降耗和达标效果的长期稳定。

自适配控制系统以成熟的模块化、标准化产品控制生化反应过程中的曝气量，降低电耗。对药剂投加量进行精准计算，减少药耗。

自适配控制系统采用标准化的通信技术，传感器、执行器或者整个模块都能自动连接到控制系统中，保证了控制系统各个层次之间的通讯畅通无阻，减少水资源处理设备的建造和调试周期，为节约奠定了坚实的基础。

自适配控制系统全自动响应，无需人工干预，具备远程监控功能，真正实现现场无人化管控。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统，其特征在于，包括：

粗格栅、进水提升泵、预处理器、高效生化池、滤池、消毒计量池、鼓风机和加药装置；其中，

所述粗格栅和进水提升泵均设置在进水泵房内，所述粗格栅设置在所述进水提升泵的进水端的前面；

所述进水提升泵的出水端与所述预处理器、高效生化池、滤池和消毒计量池依次连接；

所述消毒计量池的后端设置准四类出水端；

所述高效生化池分别与鼓风机和加药装置连接。

2.根据权利要求1所述的达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统，其特征在于，所述高效生化池包括：

总池体、折流厌氧区、折流缺氧区、空气提推器、前置好氧区、后置好氧区、澄清区、污泥回流区和侧流厌氧区；其中，

所述折流厌氧区、折流缺氧区、前置好氧区、后置好氧区、澄清区、污泥回流区和侧流区均设置在所述总池体内；

所述折流厌氧区的进水端与所述预处理器的出水端连接；

所述折流厌氧区的出水端依次与折流缺氧区、空气提推器、前置好氧区、后置好氧区和澄清区连接；

所述澄清区分别设有出水口和排泥口；

所述澄清区的排泥口与所述污泥回流区连接；所述污泥回流区分别设有污泥回流口和污泥外排口，所述污泥回流口通过污泥回流管回连至所述折流厌氧区，所述污泥回流管上并联连接所述侧流厌氧区；

所述折流缺氧区设有碳源投加口；

所述前置好氧区的后端经硝化液回流管与所述折流缺氧区的前端连接。

3.根据权利要求2所述的达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统，其特征在于，所述前置好氧区和后置好氧区均设有曝气装置，所述曝气装置采用软管曝气器、提升曝气管、提升曝气盘中的任一种。

4.根据权利要求2所述的达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统，其特征在于，所述总池体为方形池体；

所述方形池体内的底部从前至后依次设置折流厌氧区、折流缺氧区、空气提推器和前置好氧区；

所述前置好氧区的上面依次设置后置好氧区和澄清区；

所述澄清区的后端设置出水口；

所述折流厌氧区与折流缺氧区的上面分别设置污泥回流区和侧流厌氧区，所述侧流厌氧区处于所述污泥回流区内的底部。

5.根据权利要求4所述的达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统，其特征在于，所述折流厌氧区内从前至后按下、上位置交替设置多个第一上、下折流板，在该折流厌氧区从前至后形成S形水流通道，各第一上、下折流板的过水边沿均为弧形过水堰；

所述折流缺氧区内从前至后按下、上位置交替设置多个第二上、下折流板，在该折流缺氧区从前至后形成S形水流通道，各第二上、下折流板的过水边沿均为弧形过水堰；

所述折流厌氧区中，各第一上折流板的底部与折流厌氧区的底部固定连接，各第一上折流板的顶部低于水面0.1～0.2m，各第一上折流板的上部形成污水的上向流通道，各第一上折流板的顶端为弧形过水堰；

各第一下折流板的顶部与厌氧区的顶部固定连接，各第一上折流板的底部流出过水断面为0.1～0.2m，各第一下折流板的下部形成污水的下向流通道，各第一下折流板的底端为弧形过水堰；

所述折流缺氧区中，各第二上折流板的底部与折流厌氧区的底部固定连接，各第二上折流板的顶部低于水面0.1～0.2m，各第二上折流板的上部形成污水的上向流通道，各第二上折流板的顶端为弧形过水堰；

各第二下折流板的顶部与厌氧区的顶部固定连接，各第二上折流板的底部流出过水断面为0.1～0.2m，各第二下折流板的下部形成污水的下向流通道，各第二下折流板的底端为弧形过水堰。

6.根据权利要求4所述的达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统，其特征在于，所述澄清区的中间部位设置泥水分离器，将该澄清区内从下至上分为底部污泥区、中部泥水分离区和上部斜管沉淀区。

7.根据权利要求2所述的达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统，其特征在于，所述总池体为圆形池体；

所述圆形池体内分为中间圆形区域和围绕在中间圆形区域外周的环形区域；

所述折流厌氧区和折流缺氧区均设置在所述环形区域内；

所述中间圆形区域内从下至上依次设置前置好氧区、后置好氧区和澄清区；

所述空气提推器设置在所述折流缺氧区内；

所述污泥回流区设置在所述圆形池体内，处于所述折流缺氧区的下方，连接所述澄清区的底部与所述折流厌氧区；

所述侧流厌氧区设置在所述圆形池体外部，连接在所述澄清区的上部与所述折流厌氧区之间。

8.根据权利要求7所述的达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理系统，其特征在于，所述好氧区和澄清区都在圆桶的中间区域，此区域分成四层区域，分为底部污泥区，中下部好氧曝气区，中部泥水分离区和上部斜管澄清区，其中曝气区使用抽拉式软管曝气器或曝气盘；其中泥水分离器为工程塑料或不锈钢材质，排出清水的出水槽位于澄清区顶部。

9.一种采用权利要求1至8任一项所述系统的达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理方法，其特征在于，包括如下步骤

所处理市政污水通过所述系统的粗格栅过滤后，经所述系统的进水提升泵提升后进入所述系统的预处理器进行物理过滤去除杂物；

所述预处理器出水进入所述系统的高效生化池进行厌氧、反硝化、硝化和沉淀处理后，出水依次经所述系统的滤池过滤和消毒计量池消毒和计量后达到准四类标准外排。

10.根据权利要求9所述的达到Ⅳ类标准的低能耗集成化污水处理方法，其特征在于，污水在高效生化池内的处理方式如下：

污水先进入所述高效生化池的折流厌氧区进行厌氧反应，再进入折流缺氧区进行反硝化反应，通过空气推流器提升到前置好氧区和后置好氧区进行硝化反应，经过硝化和反硝化后的污水进入澄清区进行泥水分离，经过澄清后的水从澄清区排出，进入所述滤池，所述澄清区分离的泥进入污泥回流池，一部分污泥回流至折流厌氧区，一部分污泥进入侧流厌氧区进行侧流厌氧发酵处理，剩余污泥外排。

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