CN212356923U

CN212356923U - 一种短程硝化反硝化组合式污水处理系统

Info

Publication number: CN212356923U
Application number: CN202020328318.3U
Authority: CN
Inventors: 陈佼; 陆一新; 罗婷婷; 任燕玲; 李洋涛; 唐丽; 胥瑶; 贺江
Original assignee: Chengdu Technological University CDTU
Current assignee: Chengdu Technological University CDTU
Priority date: 2020-03-16
Filing date: 2020-03-16
Publication date: 2021-01-15
Anticipated expiration: 2030-03-16

Abstract

本实用新型公开了一种短程硝化反硝化组合式污水处理系统，包括进水池、SBR池、集泥池、CRI池和集水池；SBR池的进水口与进水池底部的出水管相连接；SBR池内部设有溶解氧探头，底部设有气泡盘；CRI池的顶部设有碎石层I，底部设有碎石层II，中部为滤料层；SBR池内设有导液管，导液管的输入端位于SBR池内，输出端位于碎石层I内；SBR池侧壁下方设有排泥口，排泥口与集泥池之间通过管路进行连接；碎石层II所在处的CRI池侧壁上设有出水口，出水口与集水池之间通过管路连接。本实用新型不仅对有机物、氮、磷去除效果好，而且运行成本低、剩余污泥产量少、二次污染小、占地面积少，利用短程硝化反硝化原理将SBR池和CRI池组合起来，充分发挥了两者的优势。

Description

一种短程硝化反硝化组合式污水处理系统

技术领域

本实用新型属于污水处理领域，特别涉及一种短程硝化反硝化组合式污水处理系统。

背景技术

水资源是人类生产、生活必不可缺的宝贵资源，也是生物圈赖以生存的重要资源。近年来，随着水资源短缺和水污染问题的不断加剧，污水净化和循环利用技术的探索已成为国内外水资源领域的研究热点，其中生物处理法颇受青睐。

序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge，SBR)，又称间歇式活性污泥法。污水在SBR池内序批式进入各个反应工序，包括进水、曝气、沉淀、排水和闲置等工序。污水进入SBR反应器后开始曝气充氧，污染物在微生物的作用下进行降解，反应结束后停止曝气，沉淀一段时间后排出上清液，闲置一段时间后再开始下一个运行周期。SBR法可根据污水的理化性质及排水要求的不同对各个工序进行灵活控制，然而传统的SBR法曝气阶段需要消耗较多的氧气，还需要额外投加碳源以保证脱氮效率，运行成本增加。此外，同时在一个反应器内实现多重功能，微生物的活性容易受到干扰而影响污水的处理效果。不仅如此，SBR法的剩余污泥产量较高，处理不当易造成二次污染。

人工快渗(Constructed Rapid Infiltration，CRI)系统是在传统土壤渗滤系统基础上发展起来的一类新型污水处理技术，它采用渗透性能良好的滤料作为填充介质，具有基建投资省、工艺操作简捷、运行成本低、水力负荷高等优势，已在北京、广东、四川、湖南等地成功应用，具有良好的实践基础。该技术对污水中的COD、NH₄ ⁺-N等污染物均有着良好的去除效果，然而对TN、TP的去除效率较差，出水中往往因含有大量的NO₃ ^--N、PO₄ ^3-而致使TN、TP浓度偏高，无法达标排放，限制了该技术的进一步推广。N、P污染物大量排入水体环境，将促使水体富营养化的发生，直接或间接威胁水生生物和人体的健康。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术序批式活性污泥法和人工快速渗滤技术的缺点，提供一种对有机物、氮、磷去除效果好，运行成本低、剩余污泥产量少、二次污染小、占地面积少，同时利用短程硝化反硝化原理将SBR池和CRI池组合起来，充分发挥了两者的优势的短程硝化反硝化组合式污水处理系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：一种短程硝化反硝化组合式污水处理系统，包括进水池、SBR池、集泥池、CRI池和集水池，SBR池位于CRI池上方；

所述SBR池的侧壁上方设有进水口，进水口与进水池底部的出水管相连接；SBR池内部设有溶解氧探头，溶解氧探头通过导线与溶解氧读数仪连接；SBR池底部设有气泡盘，气泡盘与曝气器连接；

所述CRI池的顶部设有碎石层I，底部设有碎石层II，中部为滤料层；

SBR池内设有导液管，导液管的输入端位于SBR池内液面与SBR池内沉淀污泥之间，导液管的输出端位于碎石层I内；

所述SBR池侧壁下方设有排泥口，排泥口上设有排泥阀，排泥口与集泥池之间通过管路进行连接；

碎石层II所在处的CRI池侧壁上设有出水口，出水口与集水池之间通过管路连接。

进一步地，所述导液管的输入端设有可移动开关，导液管的输入端高度比SBR池内液面高度低20～50cm，比SBR池内沉淀污泥高度高10～30cm。

进一步地，所述进水池与进水口之间的管路上设有计量泵和继电器。

进一步地，所述碎石层I和碎石层II高度均为3～10cm，均填充有粒径为0.5～1.5cm的碎石。所述述滤料层的高度为50～100cm，滤料层填充有粒径为0.1～0.3mm的细河砂。所述碎石层I与滤料层之间、滤料层与碎石层II之间分别垫有1～3层滤布。

本实用新型的有益效果是：本实用新型不仅对有机物、氮、磷去除效果好，而且运行成本低、剩余污泥产量少、二次污染小、占地面积少，克服了序批式活性污泥法和人工快速渗滤技术的缺点，同时利用短程硝化反硝化原理将SBR池和CRI池组合起来，充分发挥了两者的优势，特别适合在对脱氮除磷要求较高且希望运行成本较低的场合使用。具体来说，本实用新型的有益效果体现在以下几个方面：

(1)有机物、氮、磷去除效果好：有机物通过异养微生物的好氧作用及反硝化菌对碳源的消耗而实现高效去除，氮素污染物依靠SBR池、CRI池的短程硝化反硝化作用而得到高效去除，磷素污染物通过SBR池内聚磷菌的作用以及CRI池内滤料层的作用而实现高效去除。克服了单独使用SBR池和CRI池时存在的缺陷，实现了C、N、P的高效去除。

(2)运行成本低：与全程硝化反硝化脱氮工艺相比，短程硝化过程耗氧量低，能节省25％的氧耗；短程反硝化过程对碳源需求减少，能节约40％的碳源；同时，CRI池内的滤料价格低廉，运行管理简便，运行维护费用低。综合来看，本实用新型可节约大量氧耗、碳耗、基建和运行维护费用，运行成本低。

(3)剩余污泥产量少：从剩余污泥产生量来看，由于AOB的表观产率系数为0.04～0.13gVSS/gN，NOB的的表观产率系数为0.02～0.07gVSS/gN，相比全程硝化反硝化，短程硝化过程能缩减24％～33％的产泥量，短程反硝化过程能缩减50％的产泥量，大幅降低了剩余污泥的排放；CRI池本身就不产生剩余污泥，因此总体的剩余污泥产量大幅减少。

(4)二次污染小：短程硝化反硝化脱氮不需要额外投加外源碳源，仅依靠污水中现有的有机物即可满足反硝化脱氮的需求，避免了因碳源投加不当而造成出水有机物浓度偏高等问题。此外，剩余污泥产量少，减少了剩余污泥处理的环境风险，二次污染小。

(5)占地面积少：通过导液管将SBR池和CRI池连通，形成组合式污水处理系统，节省了占地面积；从池容来看，因AOB世代周期要比NOB短，将硝化反应控制在亚硝化反应阶段，能够缩减反应历程，提高反应速率。反应速率的大小对污水的水力停留时间有重要影响，反应速率越快，所需水力停留时间越短，相应的反应构筑物池容就越小，因此短程硝化反硝化脱氮可进一步减少构筑物的占地面积。

附图说明

图1为本实用新型的污水处理系统结构示意图；

附图标记说明：1-进水池，2-计量泵，3-继电器，4-进水口，5-SBR池，5-气泡盘，7-曝气器，8-溶解氧探头，9-溶解氧读数仪，10-导液管，11-可移动开关，12-排泥口，13-排泥阀，14-集泥池，15-CRI池，16-碎石层I，17-滤料层，18-碎石层II，19-出水口，20-集水池。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的技术方案。

如图1所示，本实用新型的一种短程硝化反硝化组合式污水处理系统，包括进水池1、SBR池5、集泥池14、CRI池15和集水池20，SBR池5位于CRI池15上方；

所述SBR池5的侧壁上方设有进水口4，进水口4与进水池1底部的出水管相连接；SBR池5内部设有溶解氧探头8，溶解氧探头8通过导线与溶解氧读数仪9连接；SBR池5底部设有气泡盘6，气泡盘6与曝气器7连接；

所述CRI池15的顶部设有碎石层I16，底部设有碎石层II18，中部为滤料层17；

SBR池5内设有导液管10，导液管10的输入端位于SBR池内液面与SBR池内沉淀污泥之间，导液管10的输出端位于碎石层I16内；

所述SBR池5侧壁下方设有排泥口12，排泥口12上设有排泥阀13，排泥口12与集泥池14之间通过管路进行连接；

碎石层II18所在处的CRI池15侧壁上设有出水口19，出水口19与集水池20之间通过管路连接。

进一步地，所述导液管10的输入端设有可移动开关11，导液管10的输入端高度比SBR池内液面高度低20～50cm，比SBR池内沉淀污泥高度高10～30cm。

进一步地，所述进水池1与进水口4之间的管路上设有计量泵2和继电器3。

进一步地，所述碎石层I16和碎石层II18高度均为3～10cm，均填充有粒径为0.5～1.5cm的碎石。滤料层17的高度为50～100cm，滤料层17填充有粒径为0.1～0.3mm的细河砂，细河砂在填充前采用MLSS为3000～6000mg/L的异养反硝化污泥进行微生物接种。碎石层I16与滤料层17之间、滤料层17与碎石层II18之间分别垫有1～3层滤布。

本实用新型的污水处理系统工作原理为：

SBR池主要依靠微生物的好氧反应去除污水中的有机物、氮、磷等污染物，CRI池主要依靠微生物的缺/厌氧反应进一步去除污水中的有机物、氮、磷等污染物，具体原理如下：

(1)有机物的去除：污水进入SBR池内，在曝气作用下，好氧微生物利用水中的溶解氧，将有机物分解转化为二氧化碳、水或其他小分子物质；上清液进入CRI池后，残余的有机物被滤料截留或吸附，滤料表面的微生物对有机物进行厌氧转化。

(2)氮素污染物的去除：传统生物脱氮是将NH₄ ⁺-N氧化为NO₃ ^--N后，再通过反硝化转化为N₂，这一历程不仅延长了生物脱氮时间，还会增大氧耗和碳耗。事实上，生物脱氮的硝化反应是通过两类独立的菌群——AOB(氨氧化菌)和NOB(亚硝酸氧化菌)来配合完成的，第一阶段由AOB菌群负责将NH₄ ⁺-N转化为NO₂ ^--N，第二阶段由NOB菌群负责将第一阶段产生的NO₂ ^--N进一步转化为NO₃ ^--N，这两类菌无论是生理结构还是生长特性上都存在明显差异。对于DNB(反硝化菌)而言，NO₂ ^--N和NO₃ ^--N均可作为其电子受体，当反硝化反应以NO₃ ^--N充当电子受体时，称之为全程硝化反硝化；当反硝化反应以NO₂ ^--N充当电子受体时，称之为短程硝化反硝化。短程硝化反硝化脱氮的基本原理在于：通过调控适当的反应条件，将硝化反应控制在第一阶段(即：NH₄ ⁺-N→NO₂ ^--N)，抑制其第二阶段(即：NO₂ ^--N→NO₃ ^--N)反应，进入反硝化阶段后，DNB菌群直接利用第一阶段所积累的NO₂ ^--N，在缺/厌氧环境下将NO₂ ^--N转化为N₂而实现对氮素污染物的脱除。

在本实用新型中，SBR池主要负责短程硝化，通过适时调整曝气量控制SBR池内的溶解氧含量为0.4～0.8mg/L，在较低的溶解氧环境下，AOB菌群对有限溶解氧的竞争能力强于NOB菌群，因而AOB菌群的生长繁殖处于优势地位，处于劣势地位的NOB菌群的活性则被抑制并逐渐淘汰出系统。于是，污水中的NH₄ ⁺-N能被AOB顺利氧化为NO₂ ^--N，而NO₂ ^--N却难以被进一步氧化为NO₃ ^--N，导致NO₂ ^--N积累率超过90％，即发生了短程硝化。该过程的反应方程式如下：

CRI池主要负责短程反硝化，SBR池沉淀结束后，打开导液管输入端上的可移动开关，富含NO₂ ^--N的上清液从导液管的输入端进入，再从导液管的输出端进入CRI池内，依次经过碎石层I、滤料层、碎石层II，最后经碎石层II一侧的出水口排入集水池。污水在流经滤料层的过程中，NO₂ ^--N被吸附或截留在滤料表面。由于CRI池处于缺/厌氧状态，且滤料层中的细河砂采用了异养反硝化污泥进行接种，富含反硝化细菌，能在缺/厌氧环境下直接利用NO₂ ^--N还原为N₂。该过程的反应方程式如下：

通过SBR池、CRI池分别营造良好的好氧、缺/厌氧环境，实现污水的短程硝化反硝化脱氮，使污水中的NH₄ ⁺-N得到高效的脱除。

(3)磷素污染物的去除：在SBR池内，聚磷菌进行磷的吸收和聚磷的合成，在细胞内通过聚磷的形式存储磷酸盐，将部分磷酸盐从污水中去除，合成新的聚磷菌细胞并存储细胞内糖，生成富磷的污泥，通过排泥的形式从体系中排出。在CRI池内，滤料层对磷素污染物具有良好的截留或吸附作用，加上微生物的同化作用也会消耗部分磷素污染物，从而使得出水中的磷素污染物浓度进一步减小。

本实用新型的污水处理方法为：SBR池5每天运行2～4个周期，每个周期运行6～12h，采用进水-曝气-沉淀-排水-闲置循环交替运行的方式，其中进水0.5h，曝气4～10h，沉淀0.5h，排水0.5h，闲置0.5h。

具体流程如下：

(1)进水池1内的污水通过计量泵2的作用从进水口4进入SBR池5内，计量泵2用于控制进水流量，继电器3用于控制进水时间。

(2)污水进入SBR池5后，启动曝气器7，SBR池5底部的气泡盘6开始释放空气泡，利用空气泡的搅拌作用使污水与SBR池5内的活性污泥充分混合。通过与溶解氧探头8连接的溶解氧读数仪9对SBR池5内的溶解氧浓度进行监控，通过调节曝气器7适时调整曝气量，使SBR池内5的溶解氧含量维持在0.4～0.8mg/L。

(3)曝气结束后，沉淀0.5h。

(4)沉淀结束后，打开导液管10输入端上的可移动开关11，上清液从导液管10的输入端进入，再从导液管10的输出端进入CRI池15内，依次经过碎石层I16、滤料层17、碎石层II18，最后经碎石层II18一侧的出水口19排入集水池20。

(5)待SBR池5内的上清液排放结束后，关闭导液管10输入端上的可移动开关11，进入闲置阶段。SBR池5内污泥增长速度较快时需要定期进行排泥，方法是：打开排泥阀13，从排泥口12排出部分污泥至集泥池14内，控制SBR池5内MLSS在3000～5000mg/L。

下面通过具体实施例进一步说明本实用新型的污水处理效果。

污水取自成都郫都区某居民小区的生活污水，主要水质指标如下：COD质量浓度为105.4～189.5mg/L，NH₄ ⁺-N质量浓度为35.4～48.1mg/L，TN质量浓度为40.6～60.3mg/L，TP质量浓度为1.5～4.2mg/L，pH为7.8～8.3。环境温度为(30±5)℃，每个周期进水10L。

本实施例中SBR池5每天运行3个周期，每个周期运行8h，采用进水-曝气-沉淀-排水-闲置循环交替运行的方式，其中进水0.5h，曝气6h，沉淀0.5h，排水0.5h，闲置0.5h。

稳定运行90天，每天检测进出水水质，结果表明：本实用新型出水COD、NH₄ ⁺-N、TN、TP的质量浓度分别为5.1～6.8mg/L、0.5～1.1mg/L、2.9～6.3mg/L、0.1～0.2mg/L，COD、NH₄ ⁺-N、TN、TP的平均去除率分别为95.7％、98.2％、91.4％、94.5％，pH为6.5～8.8，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中的一级A排放标准。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本实用新型的原理，应被理解为本实用新型的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本实用新型公开的这些技术启示做出各种不脱离本实用新型实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种短程硝化反硝化组合式污水处理系统，其特征在于，包括进水池(1)、SBR池(5)、集泥池(14)、CRI池(15)和集水池(20)，SBR池(5)位于CRI池(15)上方；

所述SBR池(5)的侧壁上方设有进水口(4)，进水口(4)与进水池(1)底部的出水管相连接；SBR池(5)内部设有溶解氧探头(8)，溶解氧探头(8)通过导线与溶解氧读数仪(9)连接；SBR池(5)底部设有气泡盘(6)，气泡盘(6)与曝气器(7)连接；

所述CRI池(15)的顶部设有碎石层I(16)，底部设有碎石层II(18)，中部为滤料层(17)；

SBR池(5)内设有导液管(10)，导液管(10)的输入端位于SBR池内液面与SBR池内沉淀污泥之间，导液管(10)的输出端位于碎石层I(16)内；

所述SBR池(5)侧壁下方设有排泥口(12)，排泥口(12)上设有排泥阀(13)，排泥口(12)与集泥池(14)之间通过管路进行连接；

碎石层II(18)所在处的CRI池(15)侧壁上设有出水口(19)，出水口(19)与集水池(20)之间通过管路连接。

2.根据权利要求1所述的一种短程硝化反硝化组合式污水处理系统，其特征在于，所述导液管(10)的输入端设有可移动开关(11)。

3.根据权利要求1所述的一种短程硝化反硝化组合式污水处理系统，其特征在于，导液管(10)的输入端高度比SBR池内液面高度低20～50cm，比SBR池内沉淀污泥高度高10～30cm。

4.根据权利要求1所述的一种短程硝化反硝化组合式污水处理系统，其特征在于，所述进水池(1)与进水口(4)之间的管路上设有计量泵(2)和继电器(3)。

5.根据权利要求1所述的一种短程硝化反硝化组合式污水处理系统，其特征在于，所述碎石层I(16)和碎石层II(18)高度均为3～10cm，均填充有粒径为0.5～1.5cm的碎石。

6.根据权利要求1所述的一种短程硝化反硝化组合式污水处理系统，其特征在于，所述滤料层(17)的高度为50～100cm，滤料层(17)填充有粒径为0.1～0.3mm的细河砂。

7.根据权利要求1所述的一种短程硝化反硝化组合式污水处理系统，其特征在于，所述碎石层I(16)与滤料层(17)之间、滤料层(17)与碎石层II(18)之间分别垫有1～3层滤布。