CN115594330A - 强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,包括进水池,进水池通过管道连接强化脱硝池,强化脱硝池的出水口连接出水管,出水管下方设置储水池一,强化脱硝池的出水通过出水管流入储水池一,储水池一通过管道连接强化除磷池,强化除磷池通过管道连接储水池二,储水池二通过管道分别连接消毒池和进水池。本发明的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,构建两个功能主体即强化脱硝池实现反硝化深度脱氮,强化除磷池进行有机物降解、硝化作用及化学除磷,实现了生活污水的提质增效,利用高分子聚合物作为反硝化外加碳源加入强化脱硝池,其长期缓释碳源的特性,节约了处理成本。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术及应用领域,具体涉及一种强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统。
背景技术
近年来,随着社会的不断发展,经济水平的不断提高,生活污水排放量显著增加;然而,村镇生活污水处理率却仍处于较低水平,村镇产生的污水往往直接通过沟渠排放至周边地面、农田、河道。
目前,我国村镇生活污水处理技术大多借鉴城市生活污水处理技术,如AO工艺,A2O工艺等,然而,这些处理工艺为保证完全脱氮,通常要求C/N大于6.00;实际上,村镇生活污水C/N比一般小于4,一定程度上影响了污水处理设施的总氮(TN)去除率,同时这些工艺通常基建投资和运行成本高,能耗较高,管理维护复杂,不适用于村镇地区生活污水处理,因此,探索高效、操作简单的低C/N比污水处理工艺对实现生活污水中氮磷的有效削减,改善村居环境有重要意义。
现阶段,已有众多研究对低碳氮比生活污水处理工艺进行了探索,实现了低碳氮比生活污水的高效处理,如文献CN114853172A;但是,在实际应用场景中,往往存在操作复杂、能耗高的现象,难以适应村镇地区特殊的地理位置及有限的经济水平,缺乏专技人才等现状;同时这些工艺未对村镇地区生活污水含有较多的洗涤剂等化学物质以及细菌病毒,寄生虫卵等特性进行针对性处理,存在直排风险,因此探索一种对低碳氮比生活污水处理效能高,可直排的污水处理工艺对实现污水提质增效、污水资源化利用以及改善水环境质量有重要意义。
发明内容
本发明提供一种成本低、操作管理简单、污染物去除效能好的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,在村镇污水处理方面具有广阔的应用前景。
为解决上述问题,本发明采取如下技术方案:
一种强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其中:包括进水池,所述进水池通过管道连接强化脱硝池,所述强化脱硝池的出水口连接出水管,所述出水管下方设置储水池一,强化脱硝池的出水通过出水管流入储水池一,所述储水池一通过管道连接强化除磷池,所述强化除磷池通过管道连接储水池二,所述储水池二通过管道分别连接消毒池和进水池。
强化脱硝池底部设置基于连通器原理的出水管营造厌氧环境强化脱硝。
优选的是,所述的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其中:所述进水池与强化脱硝池相连的管道上设置提升泵。
优选的是,所述的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其中:可直排式污水处理系统还包括支架,所述强化脱硝池置于支架上,所述强化除磷池置于支架下。
优选的是,所述的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其中:强化脱硝池顶部设置旋转式密闭盖,旋转式密闭盖可实现高分子聚合物的定期更换,强化脱硝池内从上至下依次设置高分子聚合物投加层和集水层一,高分子聚合物投加层采用聚己内酯高分子聚合物进行填充。
优选的是,所述的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其中:强化除磷池内从上至下依次设置填料层和集水层二,所述集水层一和集水层二均采用砾石进行填充。
优选的是,所述的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其中:填料层采用粒径分别为1~1.5mm、2~3mm、1~2mm的天然河砂、生物陶粒与锰砂混合填充,所述天然河砂、生物陶粒与锰砂的填充比例为70%、20%以及10%。
优选的是,所述的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其中:储水池二设置一个出水口及一个排水口,出水口通过管道与进水池相连,排水口通过管道与消毒池相连。
优选的是,所述的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其中:储水池二与进水池相连的管道上设置回流泵,实现强化除磷池出水的部分回流。
优选的是,所述的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其中:消毒池内设置搅拌器以实现消毒剂的均匀混合,消毒池采用过氧乙酸进行消毒处理,所述过氧乙酸投加浓度为5~10mg/L。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)本发明提供的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水系统,其分段式的功能结构、优选的填料组合与适宜的填充比例,使得系统展现出优异的污染物的处理效能,尤其是氮、磷的处理效能;强化脱硝池为反硝化功能微生物提供了适宜的厌氧环境,并通过添加聚己内酯为反硝化反应提供所需有机物,解决了反硝化过程中碳源不足的问题,实现了氮的高效去除;此外,通过在强化除磷池内添加锰砂填料,基于锰砂和微生物对有机质的共降解作用,使得锰砂自身所含的高价态锰离子被还原成低价锰离子,磷与锰砂表面的锰形成锰-磷沉淀达到污水中磷高效去除的目的。
(2)本发明提供的可直排式污水处理系统,基建运行成本低,操作管理简单;系统添加聚己内酯作为外加碳源和生物膜载体与城市污水处理工艺通常添加的传统液态碳源相比成本低,强化脱硝池旋转式密闭盖的设计,更易于定期更换聚己内酯,操作简便,实现污水处理提质增效。
(3)本发明消毒池采用过氧乙酸进行消毒处理,消毒池设有搅拌器以实现消毒剂的均匀混合,采用过氧乙酸作为消毒剂,操作简便,高效杀菌,消毒后分解产物不会对人或环境造成影响。
(4)本发明的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,构建两个功能主体即强化脱硝池实现反硝化深度脱氮,强化除磷池进行有机物降解、硝化作用及化学除磷,实现了生活污水的提质增效;本发明利用高分子聚合物作为反硝化外加碳源加入强化脱硝池,其长期缓释碳源的特性,节约了处理成本;污水从强化脱硝池最终进入强化除磷池均通过自流的方式,降低了污水处理能耗,经济环保,符合节能降碳目标。
附图说明
图1为本发明的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统示意图。附图标记说明:1、进水池;2、提升泵;3、强化脱硝池;3-1、旋转式密闭盖;3-2、高分子聚合物投加层;3-3、集水层一;4、出水管;5、储水池一;6、强化除磷池;6-1、填料层;6-2、集水层二;7、储水池二; 8、消毒池;9、搅拌器;10、回流泵;11、支架。
图2为本发明实施例2强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统出水氨氮去除效果图。
图3为本发明实施例2强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统出水TN去除效果图。
图4为本发明实施例2强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统出水TP去除效果图。
图5为本发明实施例2强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统出水阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠去除效果图。
图6为本发明实施例2强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统微生物群落组成图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明,但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示,本实施例提供一种强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其特征在于:包括进水池1,所述进水池1通过管道连接强化脱硝池3,所述强化脱硝池3的出水口连接出水管4,所述出水管 4下方设置储水池一5,强化脱硝池3的出水通过出水管4流入储水池一5,所述储水池一5通过管道连接强化除磷池6,所述强化除磷池6通过管道连接储水池二7,所述储水池二7通过管道分别连接消毒池8和进水池1。
其中:所述进水池1与强化脱硝池3相连的管道上设置提升泵2。
其中:可直排式污水处理系统还包括支架11,所述强化脱硝池3置于支架11上,所述强化除磷池6置于支架11下。
其中:强化脱硝池3顶部设置旋转式密闭盖3-1,强化脱硝池3内从上至下依次设置高分子聚合物投加层3-2和集水层一3-3,所述高分子聚合物投加层3-2采用聚己内酯高分子聚合物进行填充。
其中:强化除磷池6内从上至下依次设置填料层6-1和集水层二6-2,所述集水层一3-3和集水层二6-2均采用砾石进行填充。
其中:填料层6-1采用粒径分别为1~1.5mm、2~3mm、1~2mm的天然河砂、生物陶粒与锰砂混合填充,所述天然河砂、生物陶粒与锰砂的填充比例为70%、20%以及10%。
其中:储水池二7设置一个出水口及一个排水口,出水口通过管道与进水池1相连,排水口通过管道与消毒池8相连。
其中:储水池二7与进水池1相连的管道上设置回流泵10。
其中:消毒池8内设置搅拌器9。
进水池1为系统前段,实现进水与回流液的均匀混合;
强化脱硝池3顶部设有旋转式密闭盖3-1,池体内设有高分子聚合物投加层3-2以及集水层一3-3,旋转式密闭盖3-1可实现高分子聚合物的定期更换,高分子聚合物投加层3-2采用聚己内酯进行填充,一方面为强化脱硝池3内的反硝化过程提供充足的碳源,另一方面作为生物膜载体利于微生物的附着,强化脱硝池3底部设有基于连通器原理的出水管4一方面营造厌氧环境强化脱硝,另一方面延长污水与微生物的作用时间。
强化除磷池6内设有填料层6-1以及集水层二6-2,发挥硝化作用及强化除磷作用的功能池体;填料层6采用粒径分别为1~1.5mm、2~3mm、1~2 mm的天然河砂、生物陶粒与锰砂混合填充,其中天然河砂渗透性能较好,陶粒具有比表面积大、微孔发达、吸附能力强和易挂膜等特点适宜微生物的生长,锰砂主要成分为二氧化锰具有化学除磷作用,天然河砂、生物陶粒与锰砂的填充比例为70%、20%以及10%。
本发明的工作过程:污水由进水池1通过管道经提升泵2提升至强化脱硝池3内,并依次流经高分子聚合物投加层3-2、集水层一3-3以及基于连通器原理的出水管4,污水中的硝酸盐氮在强化脱硝池3内反硝化功能菌的作用下,利用聚己内酯缓慢释放碳源作为电子供体,通过反硝化作用实现硝酸盐氮的去除,基于连通器原理的出水管4的设计一方面为强化脱硝池3营造厌氧环境强化脱硝,另一方面延长污水与微生物的作用时间,使得系统的反硝化作用更加充分;强化脱硝池3的出水流入储水池一5后通过自流进入强化除磷池6,填料层6-1内的生物陶粒具有良好的氨氮吸附性能,并为微生物生长提供适宜场所,促进了氨氮在硝化菌的作用下转变为硝酸盐氮,同时有机物在该区域通过滤料截留吸附以及微生物降解得以去除;锰砂和微生物对有机质的共降解作用,使得锰矿自身所含的高价态锰离子被还原成低价锰离子,磷与锰砂表面的锰形成了锰-磷沉淀实现污水中磷的去除,污水经强化除磷池6流出后进入储水池二7,储水池二7内部分污水通过带有回流泵10的回流管回流至进水池1,剩余部分污水流至消毒池8在过氧乙酸消毒处理后可直接排放。
实施例2
通过实施例1的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统进行污水处理,采用自然挂膜的方式进行挂膜启动,当系统对化学需氧量(COD)与氨氮的去除率趋于稳定时认为系统挂膜启动成功,该系统历时55d挂膜启动成功;采用模拟村镇污水的配水作为进水,通过溶解葡萄糖、氯化铵、磷酸二氢钾、十二烷基苯磺酸钠(SDBS)进行配制,进水水质指标范围为COD:101~180mg/L,氨氮:29.6~46.9mg/L,TN:30.5~49.5 mg/L,TP(总磷):3.3~6.6mg/L,SDBS:6.3~16.2mg/L;系统通过时控开关控制提升泵、回流泵与搅拌器的工作时间,系统水力负荷为1~1.5 m3/(m2·d),每日进水四次;进水时提升泵开,进水时间为1h;提升泵关2h 后,储水池二与消毒池相连的出水口开,污水流入过氧乙酸消毒池处理30 min后排放;提升泵关3h后,储水池二与消毒池相连的出水口关,回流泵开,储水池二污水与进水比例为4:1,回流40min后回流泵关;回流泵关后 80min提升泵再次开,至此一个运行周期结束,当工艺运行稳定后,测定系统最终出水水质并获取其填料介质表面微生物样进行微生物群落组成分析,测试结果如附图2-6。
由附图2可知,本实施例中,强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统对氨氮的去除率达97%以上,出水浓度为0.91mg/L,优于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中Ⅲ类标准以及《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准。
由附图3可知,本实施例中,强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统展现出优异的TN去除效果,系统最终出水浓度为5.59 mg/L,远远低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A标准。
由附图4可知,本实施例中,强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统展现出优异的磷去除效果,强化除磷池内的锰砂填料发挥了较稳定的除磷功能,使得系统出水总磷浓度进一步降低,平均出水浓度0.47mg/L,低于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002) 一级A标准。
由附图5可知,本实施例中,强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统对阴离子表面活性剂SDBS的去除展现出较优的去除效果,系统最终出水浓度为0.85mg/L,低于《农田灌溉水质标准》 (GB5084-2021)。
由附图6可知,本实施例中,强化脱硝池与强化除磷池内的微生物群落结构存在显著差异,门水平微生物群落结构组成表明,与氨氮去除相关的菌Actinobacteria在强化除磷池得到富集,其在强化除磷池与强化脱硝池的相对丰度分别为25.1%与2.1%,表明系统氨氮去除主要发生在强化除磷池,硝化菌Nitrospirae仅存在于强化除磷池;Planctomycetes对TN的去除起到重要作用,其在强化脱硝池得到富集,属水平微生物群落结构组成表明,Rhodocyclaceae与Dechloromonas等反硝化菌在强化脱硝池得到了有效的富集,表明强化脱硝池发挥了高效的反硝化作用。
对比例1
本对比例1和实施例1的区别在于:强化脱硝池3顶部设置旋转式密闭盖3-1,强化脱硝池3内设置集水层一3-3,不设置高分子聚合物投加层 3-2。
对比例2
本对比例2和实施例1的区别在于:填料层6-1采用粒径分别为1~1.5 mm、2~3mm的天然河砂、生物陶粒混合填充,天然河砂、生物陶粒的填充比例为70%、30%。
对比例3
本对比例3和实施例1的区别在于:填料层6-1采用粒径分别为1~1.5 mm、1~2mm的天然河砂与锰砂混合填充,天然河砂与锰砂的填充比例为 90%以及10%。
通过对比例1-3的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统进行污水处理,污水处理工艺设置和实施例2相同,污水处理效果如表1所示。
表1
由表1可知,对比例1中缺少高分子聚合物投加层的设置,导致硝酸盐氮的去除效果不佳;对比例2中填料层采用天然河砂、生物陶粒混合填充,缺少锰砂,相比于对比例2展现出较差的磷去除效果,平均出水浓度为2.40mg/L;对比例3中填料层采用天然河砂与锰砂混合填充,缺少生物陶粒,对氨氮吸附性能降低,氨氮的去除率和TN去除效果不佳,并表现出较差的阴离子表面活性剂SDBS去除效果。
以上实施例阐述了本发明的主要特征与基本原理,本发明并不受上述实施例的限制,本领域的普通技术人员应当理解,在不脱离本发明技术方案的精神和范围的前提下,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换。
Claims (9)
1.一种强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其特征在于:包括进水池(1),所述进水池(1)通过管道连接强化脱硝池(3),所述强化脱硝池(3)的出水口连接出水管(4),所述出水管(4)下方设置储水池一(5),强化脱硝池(3)的出水通过出水管(4)流入储水池一(5),所述储水池一(5)通过管道连接强化除磷池(6),所述强化除磷池(6)通过管道连接储水池二(7),所述储水池二(7)通过管道分别连接消毒池(8)和进水池(1)。
2.根据权利要求1所述的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其特征在于:所述进水池(1)与强化脱硝池(3)相连的管道上设置提升泵(2)。
3.根据权利要求1所述的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其特征在于:可直排式污水处理系统还包括支架(11),所述强化脱硝池(3)置于支架(11)上,所述强化除磷池(6)置于支架(11)下。
4.根据权利要求1所述的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其特征在于:强化脱硝池(3)顶部设置旋转式密闭盖(3-1),强化脱硝池(3)内从上至下依次设置高分子聚合物投加层(3-2)和集水层一(3-3),所述高分子聚合物投加层(3-2)采用聚己内酯高分子聚合物进行填充。
5.根据权利要求4所述的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其特征在于:强化除磷池(6)内从上至下依次设置填料层(6-1)和集水层二(6-2),所述集水层一(3-3)和集水层二(6-2)均采用砾石进行填充。
6.根据权利要求5所述的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其特征在于:填料层(6-1)采用粒径分别为1~1.5mm、2~3 mm、1~2mm的天然河砂、生物陶粒与锰砂混合填充,所述天然河砂、生物陶粒与锰砂的填充比例为70%、20%以及10%。
7.根据权利要求1所述的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其特征在于:储水池二(7)设置一个出水口及一个排水口,出水口通过管道与进水池(1)相连,排水口通过管道与消毒池(8)相连。
8.根据权利要求1所述的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其特征在于:储水池二(7)与进水池(1)相连的管道上设置回流泵(10)。
9.根据权利要求1所述的强化低碳氮比生活污水处理效能的可直排式污水处理系统,其特征在于:消毒池(8)内设置搅拌器(9)。
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TAO ZHENG等: "Enhanced nitrogen removal of steel rolling wastewater by constructed wetland combined with sulfur autotrophic denitrification", 《SUSTAINABILITY》, vol. 13, no. 3 * |
张浩浩;吴兴海;王林;李咏梅;: "碳源类型对不同滤料反硝化滤池运行的影响", 环境科学与技术, vol. 40, no. 1 * |
白雪莹: "人工湿地填料锰砂深度脱氮除磷特征及影响因素", no. 2021, pages 218 - 20 * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CN115594330B (zh) | 2023-05-30 |
US20240092664A1 (en) | 2024-03-21 |
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