CN214383723U

CN214383723U - 一种升流式污水渗滤脱氮系统

Info

Publication number: CN214383723U
Application number: CN202120341813.2U
Authority: CN
Inventors: 陈佼; 陆一新; 李滨伶; 陶虹利; 孙解语; 崔艳萍; 陈艳林
Original assignee: Chengdu Technological University CDTU
Current assignee: Chengdu Technological University CDTU
Priority date: 2021-02-05
Filing date: 2021-02-05
Publication date: 2021-10-12
Anticipated expiration: 2031-02-05

Abstract

本实用新型公开了一种升流式污水渗滤脱氮系统，包括进水池、进水泵、人工快渗池本体、集气箱、出水池、曝气头、曝气机，人工快渗池本体内从下至上分别设置有布气区、部分亚硝化区、过渡区、厌氧氨氧化区、碎石区和气液分离区，在人工快渗池本体内还设置有多层的穿孔板，包括第一穿孔板、第二穿孔板、第三穿孔板和第四穿孔板；通过进水泵将污水从进水池中泵入人工渗滤池本体内，污水依次经过布气区、部分亚硝化区、过渡区、厌氧氨氧化区和碎石区，污水经过各层处理后，最终从人工渗滤池本体的顶部流出；该系统具有脱氮效率高、不产剩余污泥、运行成本低、占地面积小、运行操作简便的优点，为污水高效低耗脱氮提供了系统的结构。

Description

一种升流式污水渗滤脱氮系统

技术领域

本实用新型涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种升流式污水渗滤脱氮系统。

背景技术

随着工农业的迅速发展和城市化进程的加速，因含氮污染物超标排放导致的水体富营养化问题日益加剧，我国面临的水污染形势愈来愈严峻。自2015年国务院发布实施《水污染防治行动计划》以来，污水处理厂的提标改造工作已成为水污染治理领域的重中之重，探寻高效低耗的污水脱氮方法和技术显得尤为重要。

人工快速渗滤系统是在传统土壤渗滤系统基础上发展起来的一种基建投资少、工艺操作简便、运行成本低的新型污水生态处理技术，在处理中小城镇生活污水、农村分散污水、受污染地表水及市政管网尚未覆盖的边远地区污水时优势显著，具有重要的推广价值。但是，人工快速渗滤系统对总氮(TN)的去除效果差，究其原因，一是由于该系统的复氧效率不高，导致硝化效率偏低，NH₄ ⁺-N未能高效转化为NO₂ ^--N或NO₃ ^--N；二是由于反硝化过程缺少充足的有机碳源、良好的缺/厌氧环境及充分的反应时间，导致反硝化效率偏低， NO₂ ^--N或NO₃ ^--N未能高效转化为气态氮。上述这些弊端限制了该技术的推广应用。

部分亚硝化和厌氧氨氧化是近年来兴起的一类新型生物脱氮技术，为解决传统生物脱氮过程中TN去除率低的问题提供了新的思路。然而，目前国内外对部分亚硝化和厌氧氨氧化的研究多采用序批式活性污泥法(SBR)、膜生物反应器(MBR)、厌氧折流反应器(ABR)或上流式厌氧污泥床反应器(UASB)等以活性污泥为主的反应体系，该类方法存在剩余污泥产量大、运行成本高等问题；或采用多段组合的形式来完成部分亚硝化和厌氧氨氧化的耦合，该类方法存在占地面积大、运行操作复杂度增加等问题。

相比活性污泥体系，人工快速渗滤系统属于的典型的固定床生物膜体系，更适合作为部分亚硝化和厌氧氨氧化的反应器，基于人工快速渗滤系统开发脱氮效率高、不产剩余污泥、运行成本低、占地面积小、运行操作简便的污水处理系统，具有重要的应用前景。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种升流式污水渗滤脱氮系统，其采用升流式处理污水，脱氮效率高、不产剩余污泥、运行成本低、占地面积小、运行操作简便。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种升流式污水渗滤脱氮系统，其包括：进水池、进水泵、人工快渗池本体、集气箱、出水池，人工快渗池本体的底端设置有进水口且顶端设置有出气口和出水口，进水池通过进水的管道与人工快渗池本体的进水口连接，进水泵设置在进水的管道上，集气箱和出水池分别连接至人工快渗池本体的出气口和出水口，人工快渗池本体内从下至上依次设置有布气区、部分亚硝化区、过渡区、厌氧氨氧化区、碎石区和气液分离区，布气区和部分亚硝化区之间设置第一穿孔板分隔，部分亚硝化区和过渡区之间设置第二穿孔板分隔，过渡区和厌氧氨氧化区之间设置第三穿孔板分隔，厌氧氨氧化区和碎石区之间设置第四穿孔板分隔。

在本实用新型较佳的实施例中，上述升流式污水渗滤脱氮系统还包括位于人工快渗池本体外部的曝气机，布气区内设置有曝气头，曝气头通过管道与曝气机连接。

在本实用新型较佳的实施例中，上述部分亚硝化区采用粒径为2～5mm的陶粒填充。

在本实用新型较佳的实施例中，上述过渡区采用粒径为0.5～1mm的天然河砂填充。

在本实用新型较佳的实施例中，上述厌氧氨氧化区采用粒径为0.1～0.5mm的天然河砂填充。

在本实用新型较佳的实施例中，上述碎石区采用粒径为5～15mm的碎石填充，碎石区的高度为3～10cm。

在本实用新型较佳的实施例中，上述气液分离区内无填充物，气液分离区的高度为 5～15cm。

在本实用新型较佳的实施例中，上述出气口设置在人工快渗池本体的顶端，出气口通过出气的管道与集气箱连接，出水口设置在气液分离区的侧面，出水口通过出水的管道与出水池连接。

在本实用新型较佳的实施例中，上述布气区、部分亚硝化区、过渡区和厌氧氨氧化区的高度比为1～2：5～15：2～5：5～10。

在本实用新型较佳的实施例中，上述第一穿孔板、第二穿孔板、第三穿孔板和第四穿孔板分别设置有贯穿两面的通孔，以供水通过，各穿孔板的顶部分别垫有1～3层滤布。

本实用新型的有益效果是：

(1)脱氮效率高：与传统硝化反硝化脱氮过程相比，部分亚硝化耦合厌氧氨氧化脱氮过程利用NO₂ ^--N取代O₂作为电子受体，同时利用NH₄ ⁺-N取代有机碳源作为电子供体，反应效率更高；与短程硝化反硝化脱氮过程相比，部分亚硝化耦合厌氧氨氧化脱氮过程仅需氧化50％～60％的NH₄ ⁺-N为NO₂ ^--N，反应时间进一步缩短，脱氮效率进一步提高。

(2)不产剩余污泥：人工快渗池属于典型的固定床生物膜体系，滤料表面附着生长的生物膜在系统内处于生长、老化、消耗、再生长的平衡状态，运行过程中不会产生悬浮态活性污泥，因而也没有剩余活性的排放，避免了二次污染，减少了污泥的处理程序。

(3)运行成本低：部分亚硝化过程每氧化1mol NH₄ ⁺-N仅需0.75mol O₂，若不考虑细胞合成所需O₂，耗氧量比传统硝化过程降低了62.5％，大幅节约了能耗，降低了运行成本；厌氧氨氧化过程直接利用未被转化的NH₄ ⁺-N作为电子供体，无需额外投加甲醇等外源有机物来补充碳源，能节省大量药剂费用，综合运行成本低。

(4)占地面积小：将布气区、部分亚硝化区、过渡区、厌氧氨氧化区、碎石区、气液分离区组合为一体，污水升流式依次流经上述区域，无需额外设置中间水池、水泵，也无需分段设置多个人工快渗池，节省了占地面积。

(5)运行操作简便：实现部分亚硝化耦合厌氧氨氧化脱氮的关键在于实现部分亚硝化，本实用新型通过调控溶解氧即可维持部分亚硝化区内AOB的优势生长，使出水水质达到厌氧氨氧化区的进水需求，设备简单，操作简便，易于运行管理。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。

图1为本实用新型升流式污水渗滤脱氮系统的示意图；

图标：1-进水池；2-进水泵；3-集气箱；4-出水池；5-布气区；6-部分亚硝化区；7-过渡区；8-厌氧氨氧化区；9-碎石区；10-气液分离区；11-进水口；12-曝气头；13-曝气机； 14-第一穿孔板；15-第二穿孔板；16-第三穿孔板；17-第四穿孔板；18-出气口；19-出水口。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和表示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种升流式污水渗滤脱氮系统，其包括进水池1、进水泵2、人工快渗池本体、集气箱3、出水池4、曝气头12、曝气机13，其中人工快渗池本体内置有渗滤的空间，人工快渗池本体内从下至上分别设置有布气区5、部分亚硝化区6、过渡区7、厌氧氨氧化区8、碎石区9和气液分离区10，在人工快渗池本体内还设置有多层的穿孔板，包括第一穿孔板14、第二穿孔板15、第三穿孔板16和第四穿孔板17，人工快渗池本体的底端设置有进水口11，其顶端设置有出气口18，在顶端的侧面设置有出水口19，进水池1用于储存污水，进水泵2将污水经进水口11泵入人工快渗池本体内，由下往上依次流经布气区5、部分亚硝化区6、过渡区7、厌氧氨氧化区8、碎石区9、气液分离区10，产生的气体经气液分离区10上方的出气口18进入集气箱3，处理后的水经气液分离区10 一侧的出水口19进入出水池4。

本实施例的人工快渗池本体呈圆柱体状，其内部具有容纳污水及污水通过的空间，该人工快渗池本体内设置有6层结构，每层结构间通过穿孔板，布气区5和部分亚硝化区之间设置第一穿孔板14分隔，部分亚硝化区6和过渡区7之间设置第二穿孔板15分隔，过渡区7和厌氧氨氧化区8之间设置第三穿孔板16分隔，厌氧氨氧化区8和碎石区9之间设置第四穿孔板17分隔，第一穿孔板14、第二穿孔板15、第三穿孔板16和第四穿孔板17分别设置有贯穿两面的通孔，以供水通过，各穿孔板的顶部分别垫有1～3层滤布，本实施例采用2层滤布，滤布用于阻挡各层结构的细颗粒通过。

布气区5、部分亚硝化区6、过渡区7和厌氧氨氧化区8的高度比为1～2：5～15：2～5： 5～10，本实施例采用1：7：2：8的高度比，在本实施例中，布气区5内设置有多个曝气头12，曝气机13设置在人工快渗池本体外部，曝气头12通过管道与曝气机13连接，这样，通过曝气机13将氧气输送至曝气头12，并对布气区5内的污水进行充氧，部分亚硝化区6采用粒径为2～5mm的陶粒填充，部分亚硝化区6内的滤料采用部分亚硝化污泥(混合液悬浮固体浓度为3000～4000mg/L)进行接种，过渡区7采用粒径为0.5～1mm的天然河砂填充，过渡区7内的滤料采用好氧活性污泥、异养反硝化污泥(混合液悬浮固体浓度均为3000～5000mg/L)按照体积比1：3均匀混合后进行接种，厌氧氨氧化区8采用粒径为 0.1～0.5mm的天然河砂填充，厌氧氨氧化区88的滤料采用厌氧氨氧化污泥(混合液悬浮固体浓度为3000～6000mg/L)进行接种，碎石区9采用粒径为5～15mm的碎石填充，碎石区 9的高度为3～10cm，本实施例的碎石区9高度为5cm，气液分离区10内无填充物，气液分离区10的高度为5～15cm，本实施例的气液分离区10的高度为10cm。

人工快渗池本体的底端设置有进水口11，其顶端设置有出气口18和出水口19，出气口18位于人工快渗池本体的顶端，出水口19设置在气液分离区10的侧面，出气口18通过出气的管道与集气箱3连接，出水口19通过出水的管道与出水池4连接，这样，通过污水经过进水口11进入人工快渗池本体内再从下至上通过，最后从出水口19排出，产生气体从出气口18排出，进水池1通过进水的管道与人工快渗池本体的进水口11连接，进水泵2设置在进水的管道上，通过进水泵2将进水池1内的水泵入人工快渗池本体内。

本实施例的原理为：

进水池1用于储存污水，进水泵2将污水从进水口11泵入人工快渗池本体，由下往上依次流经布气区5、部分亚硝化区6、过渡区7、厌氧氨氧化区8、碎石区9、气液分离区 10，产生的气体经气液分离区10上方的出气口18进入集气箱3，处理后的水经气液分离区10一侧的出水口19进入出水池4。

污水生物脱氮的硝化过程是由两类独立的菌群——氨氧化菌(AOB)和亚硝酸氧化菌 (NOB)协同来完成的，包括两个不同的反应阶段：阶段一是由AOB菌将污水中的NH₄ ⁺-N 氧化成NO₂ ^--N，阶段二是由NOB将NO₂ ^--N进一步氧化成NO₃ ^--N，这两类菌在生理结构和特性上有着明显差异。部分亚硝化的基本原理就是利用AOB和NOB在生理特性上的差异，通过调控手段将硝化过程控制在阶段一(NH₄ ⁺-N→NO₂ ^--N)而阻止其进一步进行阶段二(NO₂ ^--N→NO₃ ^--N)的反应。本实用新型采取的调控措施为，部分亚硝化区6内的滤料采用部分亚硝化污泥(混合液悬浮固体浓度为3000～4000mg/L)进行接种，再通过曝气机 13调节曝气头12的曝气量，以控制布气区5的布气量，使进入部分亚硝化区6的污水中溶解氧浓度维持在0.5～1.5mg/L，从而实现对部分亚硝化区6内NOB的持续选择性抑制，维持AOB的优势生长，实现约50％～60％的NH₄ ⁺-N向NO₂ ^--N转化，使NO₂ ^--N在部分亚硝化区6内高效积累。部分亚硝化的反应方程式如式1所示：

NH₄ ⁺+1.5O₂→NO₂-+H₂O+2H⁺

厌氧氨氧化则是在厌氧或缺氧环境下，厌氧氨氧化菌(AAOB)以NH₄ ⁺-N为电子供体，以NO₂ ^--N为电子受体，将NH₄ ⁺-N、NO₂ ^--N同步转化为N₂的生物氧化过程，其反应化学计量方程式如式2所示。控制硝化反应停止在部分亚硝化阶段，即控制50％～60％的 NH₄ ⁺-N氧化成NO₂ ^--N，使出水中NO₂ ^--N和NH₄ ⁺-N的浓度接近厌氧氨氧化的理论 NO₂ ^--N/NH₄ ⁺-N计量比1.32，是成功实现厌氧氨氧化高效脱氮的前提和必要条件。反应式如式2：

NH₄ ⁺+1.32NO₂ ^-+0.066HCO₃ ^-+0.13H⁺→1.02N₂+0.26NO₃ ^-+0.066CH₂O_0.15N_0.15+2.03H₂O

本实施例中，部分亚硝化区6、过渡区7、厌氧氨氧化区8的设置为厌氧氨氧化的发生提供了基本条件。首先，污水在部分亚硝化区6内发生部分亚硝化反应，出水 NO₂ ^--N/NH₄ ⁺-N比符合厌氧氨氧化区8对进水基质浓度的需求；其次，过渡区7内的滤料采用好氧活性污泥、异养反硝化污泥(混合液悬浮固体浓度均为3000～5000mg/L)按照体积比1：3均匀混合后进行接种，污水从部分亚硝化区6进入过渡区7后，可快速消耗污水中残余的溶解氧，同时进一步去除污水中的污染物，为厌氧氨氧化区8创造更有利的缺 /厌氧环境和进水基质条件；此外，厌氧氨氧化区8的滤料采用厌氧氨氧化污泥(混合液悬浮固体浓度为3000～6000mg/L)进行接种，滤料表面富集了大量的AAOB，为NH₄ ⁺-N、 NO₂ ^--N的同步去除提供了微生物基础。因此，污水经过本实用新型处理后，可实现高效脱氮。

本实施例的使用实施如下，当进水COD、NH₄ ⁺-N、TN、TP的质量浓度分别为 120～150mg/L、40～50mg/L、45～60mg/L、2～4.5mg/L，水力负荷为1.0m/d，运行温度为(25 ±5)℃时，稳定运行条件下，对COD、NH₄ ⁺-N、TN、TP的平均去除率分别高于96％、 98％、94％、91％，对NH₄ ⁺-N、TN的去除效果明显，同时也对COD、TP具有良好的去除效果。

综上所述，本实用新型实例通过进水泵将污水从进水池中泵入人工渗滤池本体内，污水依次经过布气区、部分亚硝化区、过渡区、厌氧氨氧化区和碎石区，污水经过各层处理后，最终从人工渗滤池本体的顶部流出，同时产生的废气从其顶部排出，通过曝气机对布气区进行充氧，通过出气口而将气体排出至集气箱，通过出水口而将水排至出水池；该系统具有脱氮效率高、不产剩余污泥、运行成本低、占地面积小、运行操作简便的优点，为污水高效低耗脱氮提供了系统的结构。

本说明书描述了本实用新型的实施例的示例，并不意味着这些实施例说明并描述了本实用新型的所有可能形式。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

1.一种升流式污水渗滤脱氮系统，其特征在于，包括：进水池、进水泵、人工快渗池本体、集气箱、出水池，所述人工快渗池本体的底端设置有进水口且顶端设置有出气口和出水口，所述进水池通过进水的管道与人工快渗池本体的进水口连接，所述进水泵设置在进水的管道上，所述集气箱和出水池分别连接至人工快渗池本体的出气口和出水口，所述人工快渗池本体内从下至上依次设置有布气区、部分亚硝化区、过渡区、厌氧氨氧化区、碎石区和气液分离区，所述布气区和部分亚硝化区之间设置第一穿孔板分隔，所述部分亚硝化区和过渡区之间设置第二穿孔板分隔，所述过渡区和厌氧氨氧化区之间设置第三穿孔板分隔，所述厌氧氨氧化区和碎石区之间设置第四穿孔板分隔。

2.根据权利要求1所述的一种升流式污水渗滤脱氮系统，其特征在于，所述升流式污水渗滤脱氮系统还包括位于人工快渗池本体外部的曝气机，所述布气区内设置有曝气头，所述曝气头通过管道与曝气机连接。

3.根据权利要求2所述的一种升流式污水渗滤脱氮系统，其特征在于，所述部分亚硝化区采用粒径为2～5mm的陶粒填充。

4.根据权利要求2所述的一种升流式污水渗滤脱氮系统，其特征在于，所述过渡区采用粒径为0.5～1mm的天然河砂填充。

5.根据权利要求2所述的一种升流式污水渗滤脱氮系统，其特征在于，所述厌氧氨氧化区采用粒径为0.1～0.5mm的天然河砂填充。

6.根据权利要求2所述的一种升流式污水渗滤脱氮系统，其特征在于，所述碎石区采用粒径为5～15mm的碎石填充，碎石区的高度为3～10cm。

7.根据权利要求2所述的一种升流式污水渗滤脱氮系统，其特征在于，所述气液分离区内无填充物，所述气液分离区的高度为5～15cm。

8.根据权利要求1所述的一种升流式污水渗滤脱氮系统，其特征在于，所述出气口设置在人工快渗池本体的顶端，所述出气口通过出气的管道与集气箱连接，所述出水口设置在气液分离区的侧面，所述出水口通过出水的管道与出水池连接。

9.根据权利要求3-7任一所述的一种升流式污水渗滤脱氮系统，其特征在于，所述布气区、部分亚硝化区、过渡区和厌氧氨氧化区的高度比为1～2：5～15：2～5：5～10。

10.根据权利要求1所述的一种升流式污水渗滤脱氮系统，其特征在于，所述第一穿孔板、第二穿孔板、第三穿孔板和第四穿孔板分别设置有贯穿两面的通孔，以供水通过，各穿孔板的顶部分别垫有1～3层滤布。