CN117263460A - 一种深度脱氮除磷的污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种深度脱氮除磷的污水处理系统。污水从反应器的底部进入，经厌氧区除磷、厌氧氨氧化脱氮后进入缺氧区，在外加碳源的条件下，在缺氧区完成反硝化脱氮，而后在曝气的条件下，在好氧区完成短程硝化反应，好氧区富集的亚硝酸盐氮硝化液经脱氧后回流到厌氧区，在厌氧区中进一步除磷，同时也为厌氧氨氧化提供亚硝酸盐氮基质，实现脱氮与部分有机物的去除，沉淀区中的污泥回流至缺氧区，部分沉降部分上升，循环的过程中进一步的提升氮磷的去除率。本发明实现了短程硝化、反硝化、厌氧除磷以及厌氧氨氧化工艺的耦合，针对乡村污水的特性，对污水中的氮磷进行深度脱除，对乡村污水治理与环境保护有着重要的意义。

Description

一种深度脱氮除磷的污水处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种深度脱氮除磷的污水处理系统。

背景技术

随着农村人居环境整治三年行动的顺利完成，以及农村人居环境整治提升五年行动的接续实施，我国农村地区长期以来存在的脏乱差局面得到扭转，村庄环境基本实现干净整洁有序。但由于历史欠账较多，治理基础薄弱，农村人居环境整治中还存在诸多问题。其中，农村生活污水治理是最突出的短板。我国农村生活污水处理率由22％上升至25.5％，五年间提高了3.5％。农村生活污水处理率偏低、治理进展缓慢的问题制约了农村人居环境的进一步改善。

当前，我国农村生活污水治理任务较为艰巨，城乡差距极为明显，受经济水平、自然条件等因素影响，各地区之间农村污水治理率差异较大。我国农村生活污水排放总体呈现出人均排放量较低、排放日变化系数大，水量水质季节性变化明显、收集难度大，易造成大面积污染等特点，但同时污染物相对较稳定，可生化性较好，由于来源较为单一，农村生活污水中的污染物相对较稳定、成分简单，以化学需氧量(COD)、氮磷、悬浮物、动植物油脂等为主要污染物，重金属等有毒有害物质较少，可生化性较强。

因此，生物法是作为农村污水处理的首要选择，由于农村污水低排放的特点，目前农村污水治理往往采用一体化处理设备，其工艺多数为SBR。SBR为序批式污水反应设备，运行过程中一方面间歇处理，污水处理周期长，不便于连续处理，当遇到枯水期，反应设备不能稳定运行，容易对其中的菌群造成冲击，从而增加后续的菌群再培养成本的投入，另一方面也不能对农村污水进行针对性的处理，如除磷效果不佳等，于是SBR反应器在实际应用中仍存在一定的缺陷，也成为制约农村污水处理的一个关键的因素。

于是，本发明申请基于国家战略部署以及时代发展要求，对现有的农村污水处理反应器进行改造，提出了一种针对农村污水特性，能够实现污水处理连续化、抗冲击性能好，并能够实现深度脱氮除磷的污水处理系统，对于农村环境保护以及生态文明建设都具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种深度脱氮除磷的污水处理系统，以解决现有的农村污水处理装置在使用的过程中处理周期长、抗冲击性能差，同时不能很好的进行深度脱氮除磷的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种深度脱氮除磷的污水处理系统，包括反应器、沉淀池以及吸附罐，所述的反应器中从下至上依次设置为沉淀区、厌氧区、缺氧区以及好氧区，在厌氧区的下方设置有进水管，在缺氧区的下方设置有碳源添加管，在好氧区的下方设置有曝气管，在好氧区的上方设置有出水管，出水管与沉淀池相连通，在反应器的顶部设置有pH调节管以及排气管，排气管与吸附罐相连通，在好氧区以及缺氧区中设置有搅拌，好氧区中的反应液脱氧后通过硝化液回流管与厌氧区相连通，沉淀区底部的污泥通过污泥回流管与缺氧区相连通。

进一步地，所述的硝化液回流管上设置有除氧罐，好氧区的亚硝化液从除氧罐的顶部抽入并从除氧罐的底部排出，在除氧罐的顶部还连接有抽气管，抽气管与真空泵相连接，真空泵与排气管相连接。

进一步地，所述的厌氧区、缺氧区以及好氧区中均设置有活性生物填料。

进一步地，所述的硝化液回流管在厌氧区中与分布器相连接，污泥回流管在缺氧区中与布泥器相连接，曝气管在好氧区中与曝气器相连接。

进一步地，所述的好氧区中设置有pH电极，在pH调节管上安装有加药泵，加药泵与pH电极相配合，控制好氧区中的pH为7～9。

进一步地，所述的好氧区中在硝化液回流管的进口处设置有DO电极，曝气管上设置有空气流量计，DO电极与曝气管相配合，控制好氧区的溶解氧含量0.5～1mg/L。

进一步地，所述的沉淀池中设置有多级子池体，出水管含泥出水从一级子池体一端流入，经一级子池体、多级中间子池体以及末级子池体的折流沉降，上清液从末级子池体的一端流出。

进一步地，所述的吸附罐设置有多级串联，排气管排气从一级吸附罐的底部进气口进入并从末级吸附罐的顶部出气口排出，在吸附罐中填充有活性炭填料。

本发明的有益效果：

1、结合农村实际，本发明系统反应器一体化设计，便于使用，同时配合小型的沉淀池以及吸附罐，能够实现对乡村污水连续、高效率以及低成本的处理，对节能降耗以及环境保护都有着重要的意义；

2、通过控制反应器中好氧区的曝气量，使得好氧区的硝化反应停留在亚硝酸盐氮阶段，从而降低设备曝气量，进而降低设备运行成本，同时使得总氮在亚硝酸氮富集，有助于降低后续的反硝化脱氮所需的碳源，实现对碳源的节约；

3、好氧区的亚硝态氮通过硝化液回流管回流到厌氧区，过程中除氧罐的设置，去除水体中的溶解氧，真空除氧的方式，除氧的同时避免对水体中的微生物环境造成冲击，对保证厌氧区以及整个反应器微生物环境的稳定性起到促进作用，同时亚硝酸盐氮回流到厌氧区，在厌氧的条件下，和污水中的氨氮发生厌氧氨氧化反应，从而将亚硝氮转化为氮气，实现了一部分总氮的去除，对降低后续缺氧区负荷以及提高总氮的去除率都起来了促进的作用；

4、沉淀区的污泥回流到缺氧区，一方面能够对污泥中的氮进一步的脱除，同时通过污泥的循环，也提升了污泥中磷的去除率，提高了氮磷的去除率，实现了深度脱氮与除磷；

5、污水处理由缺氧区去往好氧区，一方面实现了反硝化脱氮，并消耗了碳源，降低了好氧区的负荷，有助于深度脱氮，另一方面反硝化也提供了一部分消化反应所需的碱度，因此能够降低外加碱的消耗，有利于原料成本的降低；

6、因地制宜，结合农村实际建造沉淀池，采用自然或絮凝沉降的方式，实现对处理后污水的沉淀与排放，降低处理成本，同时通过吸附罐对水处理尾气进行除臭，避免造成环境的污染。

附图说明

图1是本发明系统脱氮除磷反应器结构示意图；

图2是本发明系统工艺流程示意图；

图3是本发明系统沉淀池结构示意图；

图4是本发明系统吸附罐结构示意图。

图中各标记对应的名称：

1、沉淀区；11、排泥口；2、厌氧区；21、进水管；22、分布器；3、缺氧区；31、碳源添加管；32、布泥器；4、好氧区；41、曝气管；42、曝气器；43、出水管；44、pH调节管；441、加药泵；45、排气管；46、pH电极；47、DO电极；5、活性生物填料；6、搅拌机；7、硝化液回流管；71、除氧罐；711、抽气管；712、真空泵；72、硝化液回流泵；8、污泥回流管；81、污泥回流泵；9、沉淀池；91、进水口；92、出水口；10、吸附罐；101、进气口；102、出气口；103、活性炭填料。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

各部件连接方式：

如图1-4所示，在反应器中从下至上依次设置有沉淀区1、厌氧区2、缺氧区3以及好氧区4，在厌氧区2的底部设置有进水管21，在缺氧区3的底部设置有碳源添加管31，在好氧区4的底部设置有曝气管41，曝气管41与曝气器42相连接，在进水管21、碳源添加管31以及曝气管41上均设置有相应的控制阀与流量计，在好氧区4的上方设置有出水管43，出水管43与沉淀池9相连通，在反应器的顶部设置有排气管45。

好氧区4通过硝化液回流管7与厌氧区2相连通，其中，在硝化液回流管7上布置有除氧罐71，硝化液回流管7的前半段延伸至除氧罐71中，除氧罐71的底部通过硝化液回流管7的后半段与厌氧区2相连通，在硝化液回流管7的前半段上设置有相应的控制阀与流量计，并在硝化液回流管7的后半段上设置有硝化液回流泵72，硝化液回流管7末端与厌氧区2中的分布器22相连接，并在除氧罐71上设置有抽气管711，抽气管711与真空泵712相连接，真空泵712的出口与排气管45相连接，排气管45与吸附罐10相连接。

沉淀区1的底部通过污泥回流管8与缺氧区3相连通，在污泥回流管8上设置有污泥回流泵81，并在污泥回流管8上设置有相对应的控制阀与流量计，污泥回流管8的末端与布泥器32相连接。

在厌氧区2、缺氧区3以及好氧区4中均设置有活性生物填料5，并在反应器的上方设置有搅拌器6，搅拌器6用于对好氧区4以及缺氧区3的搅拌，同时在好氧区4中设置有pH电极46，并在反应器的上方设置有pH调节管44，在pH调节管44上安装有加药泵441，加药泵441与pH电极46相配合，同时在好氧区4中还设置有DO电极47，DO电极47位于硝化液回流管47的入口处。

出水管43与沉淀池9相连通，在沉淀池9中设置有多级子池体，出水管43含泥出水从一级子池体一端流入，经一级子池体、多级中间子池体以及末级子池体的折流沉降，上清液从末级子池体的一端流出。

排气管45以及真空泵712抽出的氧气通至吸附罐10中，其中吸附罐10设置有多级串联，排气管45排气从一级吸附罐的底部进气口101进入并从末级吸附罐的顶部出气口102排出，在吸附罐10中填充有活性炭填料103。

本发明原理为：

本发明污水处理系统因地制宜，适用于高氮磷、高有机物农村污水的处理。

污水收集池的污水通过底部的管道从反应器的进水管21输送至反应器中，污水在污水收集池中进过沉降，其中的悬浮物得到有效的处理，污水收集池的底部相当于一个厌氧的环境，污水进入到反应器后，汇入到反应器的厌氧区2中，在厌氧区2中污水中的有机物被微生物所降解，其中污水中所含的磷在固磷菌的作用下固化在固磷菌胞内，在后续的处理中作为污泥被排出，避免造成水体的污染，同时污水中的有机氨氮与好氧区4回流的亚硝酸盐氮发生厌氧氨氧化反应，通过厌氧氨氧化细菌的作用，能够将有机氨氮与亚硝酸盐氮同步去除，从而得到氮气，实现脱氮过程，整个厌氧区2的污水反应过程中，一方面实现了对进水的除磷，另一方面降低了有机物的含量，并实现了部分脱氮的过程，从而降低了后续的缺氧区3的负荷，有助于缺氧区3反硝化反应更为彻底的进行，从而促进总氮更为彻底的去除。

污水经厌氧区2后，其中的有机物部分去除，同时实现了部分的脱氮除磷的作用，当污水进入到缺氧区3中后，在缺氧区3中，发生反硝化反应，从而实现进一步的脱氮过程，在外加碳源的作用下，反硝化细菌和污水中的亚硝酸盐氮发生反硝化反应，从而实现对污水中亚硝酸氮的去除，过程中碳源可选用乙酸钠、甲醇等，由于污水中的氮主要以亚硝盐氮的形式存在，因此相对于硝酸盐氮可以大大的降低碳源的消耗，从而节约污水处理的成本。

污水在缺氧区3中基本实现了硝酸盐氮的去除，基本实现了脱氮的过程，剩余污水中主要含有机物，该污水上升到好氧区4中，在硝化细菌的作用下，将该部分有机物转化成亚硝酸盐氮，过程中通过控制曝气量以及好氧区4中的溶解氧的含量，溶解氧的含量通过DO电极47进行测量，并通过曝气管41上的流量计控制溶解氧含量在0.5～1mg/L，使得硝化反应的进程基本控制在亚硝化阶段，避免进一步向硝酸盐氮的转化，从而实现短程的硝化-反硝化的过程，于是能够有效的降低曝气量，同时还能够有效的降低缺氧区4中的碳源添加量。

由于在好氧区4中微生物发生硝化反应需要消耗一定的碱度，因此需要通过pH调节管44向好氧区4中补充一定量的碱，过程中通过pH电极46以及加药泵441的相互配合，控制7～9之间即可，可以添加氢氧化钠、氢氧化钙等进行碱度的补充，但整个过程中碱度的消耗少，这是因为微生物在发生反硝化反应的过程中补充了一定量的碱度，因此能够对好氧区4中进行一定的补充，从而降低原料的消耗，降低处理药剂成本。

好氧区4硝化产生的硝化液需要进行回流，在本发明中硝化液回流到厌氧区2中，一方面由于好氧区4中的溶解氧含量低，另一方面通过真空除氧罐71对回流硝化液中的溶解氧进一步的去除，从而保证硝化液中的溶解氧含量降到最低，避免对厌氧区造成造成扰动，其中通过真空泵对除氧罐71进行抽真空，由于气压的降低，溶解氧会部分析出，通过控制真空度，溶解氧含量能够降到0.05mg/L以下(现有的真空泵一般自带调节真空度的功能)，从而实现除氧的过程，而降低的氧含量，则完全不会对厌氧区2的生物环境造成影响，同时由于除氧罐71中呈负压，因此能够将好氧区4中的硝化液抽至除氧罐71中，过程中通过硝化液回流管7前半段上的控制阀以及流量计，实现对硝化液回流量的控制，回流到除氧罐71中的硝化液通过硝化液回流泵72泵送至厌氧区2中，而除氧罐71中脱除的气体经真空泵712与排气管45相汇合，去往后续的吸附罐10中，上述的整个过程中，本发明之所以能够通过除氧罐71对污水中的溶解氧进行去除，这是由于农村污水水量少的特性所决定的，由于污水量少，所增加的真空除氧的成本不高，相对于整个反应体系碳源、曝气以及pH调节剂的减少，以及更加彻底的除磷脱氮，该部分成本的增加具有必要性，很具有现实意义。

上述的硝化液回流到厌氧区2中，使得硝化液中残留的磷能够更加彻底的去除，同时也实现了部分脱氮，有助于氮磷的深度脱除，同时在本发明反应器中，系统产生的污泥在厌氧区2下方得到沉淀区1中进行汇集，过程中经过固磷菌固化的磷基本处于该污泥中，通过将该污泥回流到缺氧区3中，过程中能够保证体系中的污泥浓度，同时污泥的沉降与上升，也更进一步的实现污泥中氮磷的去除，提升对氮磷的脱除率，过程中通过污泥回流管8上的控制阀以及流量计实现对污泥回流量的控制。

在本发明反应器中涉及到一些常用的附件，如与曝气管41相连接的曝气器42、与硝化液回流管7相连接的分布器22、与污泥回流管8相连接的布泥器32、各个分区中的活性生物填料5以及缺氧区3和好氧区4中的搅拌等，由于是现有常见的技术，对于本领域技术人员也不难理解，在此就不在赘述。

在本发明中，反应器最终出水通过出水管43排放至沉淀池9中，反应器3的最终出水为含泥的废水，该废水中氮已经被深度脱除，同时磷被固化在污泥中，于是实现了氮磷的深度脱除，污水进入到沉淀池9中后，在沉淀池9中进行沉降，过程中由于污水处理量少，可直接采用多级沉淀池9相互串联对污水中的含泥进行沉降，同时沉淀池9的占地也不会很大，效益更加的明显，在污泥沉降的过程中，可以根据实际需要采用自然沉降或是添加絮凝药剂等，沉淀后得到的澄清水可以返回到农村的生态系统中，而沉淀池9中的污泥，当富集到一定程度后，通过挖机等进行清理(短流或是提前排空部分池)，由于污泥中重金属含量低，而后可进行堆肥等，实现对污泥的利用。

本发明反应器脱氮过程中产生的气体通过排气管45通入到吸附罐10中，这些气体的主要成分是氮气、二氧化碳以及少量的氧气，同时还有微量的氮氧化物、甲烷等，以及具有一定的异味，因此通过吸附罐10中的填料活性炭103能够对有害气体进行进一步的去除，过程中可以采用多级吸附罐10相互串联的方式，从而保证效果，使得最终得到的气体能够安全的排放，实现对周边环境的保护。

实施例1

某农村污水处理站以往采用SBR反应器，后采用本发明污水深度脱氮除磷系统用于对污水的治理，在使用本发明处理系统中，反应器设计负荷为500m³/天，沉淀池采用五级子池体串联的方式，每个子池体的规格为2m×8m×3m，吸附罐采用三级串联的活性炭填料吸附罐。

在实际运行过程中，实际污水日处理量约为200m³/天，在污水处理的过程中发现，本发明污水处理系统在日消耗碳源、曝气风机能耗等方面相对于以往的SBR反应器都大大的降低，同时对出水水质进行测量，出水水质中氨氮为3.5mg/L,、总磷为0.17mg/L，相对于以往的氨氮约12mg/L、总磷约0.4mg/L，出水水质中氨氮以及总磷的含量降低明显，实现了对农村污水中氮磷的深度脱除，对农村环境保护以及生态文明建设都具有重要的意义。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其它各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种深度脱氮除磷的污水处理系统，其特征在于：包括反应器、沉淀池(9)以及吸附罐(10)，所述的反应器中从下至上依次设置为沉淀区(1)、厌氧区(2)、缺氧区(3)以及好氧区(4)，在厌氧区(2)的下方设置有进水管(21)，在缺氧区(3)的下方设置有碳源添加管(31)，在好氧区(4)的下方设置有曝气管(41)，在好氧区(4)的上方设置有出水管(43)，出水管(43)与沉淀池(9)相连通，在反应器的顶部设置有pH调节管(44)以及排气管(45)，排气管(45)与吸附罐(10)相连通，在好氧区(4)以及缺氧区(3)中设置有搅拌，好氧区(4)中的反应液脱氧后通过硝化液回流管(7)与厌氧区(2)相连通，沉淀区(1)底部的污泥通过污泥回流管(8)与缺氧区(3)相连通。

2.根据权利要求1所述的一种深度脱氮除磷的污水处理系统，其特征在于：所述的硝化液回流管(7)上设置有除氧罐(71)，好氧区(4)的亚硝化液从除氧罐(71)的顶部抽入并从除氧罐(71)的底部排出，在除氧罐(71)的顶部还连接有抽气管(711)，抽气管(711)与真空泵(712)相连接，真空泵(712)与排气管(45)相连接。

3.根据权利要求1所述的一种深度脱氮除磷的污水处理系统，其特征在于：所述的厌氧区(2)、缺氧区(3)以及好氧区(4)中均设置有活性生物填料(5)。

4.根据权利要求1所述的一种深度脱氮除磷的污水处理系统，其特征在于：所述的硝化液回流管(7)在厌氧区(2)中与分布器(22)相连接，污泥回流管(8)在缺氧区(3)中与布泥器(32)相连接，曝气管(41)在好氧区(4)中与曝气器(42)相连接。

5.根据权利要求1所述的一种深度脱氮除磷的污水处理系统，其特征在于：所述的好氧区(4)中设置有pH电极(46)，在pH调节管(44)上安装有加药泵(441)，加药泵(441)与pH电极(46)相配合，控制好氧区(4)中的pH为7～9。

6.根据权利要求1所述的一种深度脱氮除磷的污水处理系统，其特征在于：所述的好氧区(4)中在硝化液回流管(7)的进口处设置有DO电极(47)，曝气管(41)上设置有空气流量计，DO电极(47)与曝气管(41)相配合，控制好氧区(4)的溶解氧含量0.5～1mg/L。

7.根据权利要求1所述的一种深度脱氮除磷的污水处理系统，其特征在于：所述的沉淀池(9)中设置有多级子池体，出水管(43)含泥出水从一级子池体一端流入，经一级子池体、多级中间子池体以及末级子池体的折流沉降，上清液从末级子池体的一端流出。

8.根据权利要求1所述的一种深度脱氮除磷的污水处理系统，其特征在于：所述的吸附罐(10)设置有多级串联，排气管(45)排气从一级吸附罐的底部进气口(101)进入并从末级吸附罐的顶部出气口(102)排出，在吸附罐(10)中填充有活性炭填料(103)。