一种污水处理系统和方法与流程

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种污水处理系统和方法。

背景技术：

CAST(或CASS)循环式活性污泥法具有自动化程度高、占地小等的优点，但是CAST(CASS)工艺也存在脱氮除磷效果有限的问题，因此许多的研究者都对CAST(CASS)工艺进行了改进。如授权公告号CN203904149U一种污水生物反应池，公告号CN203904071U一种污水生物反应系统，公告号CN103991958B移动床生物膜工艺升级扩容序批式生物池的方法。这些改进都解决了CAST(CASS)工艺脱氮除磷效果有限的问题，取得了不错的效果。但是这些改进一是实际上都是将CAST(CASS)工艺按A2O(厌氧-缺氧-好氧)的思路进行改造，对原有的CAST池进行重新分割，设置严格的缺氧区，增加内回流，这种改造实际上是将CAST(CASS)工艺原来的时间上的推流方式改为空间上的推流，这种改造存在的主要问题是土建工程量大，特别是公告号CN203904071U一种污水生物反应系统中还需新建二沉池，对一些环保形势严峻地区，停水改造时间短或者需不停水改造地方难度较大。因此发明一种无土建工程改造、改造时间短、可以实现不停水改造CAST(CASS)工艺的方法十分必要。

现有的CAST(CASS)工艺中，进水、曝气、沉淀、排水各阶段的时间是固定不变的，例如一个典型的运行周期是4个小时，其中进水曝气阶段2小时，沉淀阶段1小时，排水阶段1小时。但原水水质是波动变化的，当遇到进水浓度升高时，往往不能稳定达标。而且现有的CAST(CASS)工艺，曝气方式为微孔曝气，因为CAST(CASS)工艺独有运行方式的原因，造成该工艺普遍存在曝气阶段溶解氧过高造成污泥解絮的问题。另外，CAST(CASS)工艺还存在设备闲置率高，污泥沉降性能不好的问题。

技术实现要素：

基于上述技术问题，本发明提供一种污水处理系统，以及采用该处理系统进行污水处理的方法。

本发明所采用的技术解决方案是：

一种污水处理系统，包括一个由选择区、填料区和活性污泥区组成的生物反应池，填料区位于选择区和活性污泥区之间，选择区与填料区用隔墙分隔，在隔墙的上部设置有过水洞，在过水洞的出水端设置有第一筛网，填料区与活性污泥区用第二筛网分隔，在选择区内设置有第一搅拌器，在填料区内设置有第二搅拌器和悬浮填料，在活性污泥区内设置有排水装置，在填料区和活性污泥区的底部设置有曝气系统，所述活性污泥区通过污泥回流管道与选择区连通，在污泥回流管道上设置有污泥回流泵，所述活性污泥区还连接有剩余污泥排出管道，在剩余污泥排出管道上设置有剩余污泥输送泵。

优选的，所述过水洞的下沿与最低排水液位相平，过水洞的上沿与最高液位相平。

优选的，所述第二搅拌器为推流搅拌器。

优选的，所述悬浮填料的密度为0.94～0.97g/cm³，悬浮填料填充率为10％～67％，有效比表面积≥450m²/m³。

优选的，所述曝气系统包括穿孔管曝气装置和微孔曝气装置，穿孔管曝气装置位于微孔曝气装置的上方，穿孔管曝气装置通过第一供气管路与鼓风机连接，在第一供气管路上设置有第一控制阀门，微孔曝气装置通过第二供气管路与鼓风机连接，在第二供气管路上设置有第二控制阀门。

优选的，所述第一筛网和第二筛网均为不锈钢筛网，其框架为角钢。

一种污水处理方法，采用上述的污水处理系统，具体按以下步骤进行：

步骤Ⅰ，进水搅拌：按照设定的进水时间，污水进入生物反应池，进水的同时开启第一搅拌器、第二搅拌器和污泥回流泵，根据进出水水质、活性污泥反硝化能力、填料反硝化能力确定搅拌时间；在这一过程中通过活性污泥及填料上的微生物完成脱氮和大部分有机物的去除；

步骤Ⅱ，进水曝气：进水搅拌一段时间后，停止运行第二搅拌器，同时开启曝气，进水时间到设定值后停止进水，同时关闭污泥回流泵；

步骤Ⅲ，曝气：停止进水后，继续曝气直至曝气时间达到设定值，曝气过程中去除剩余有机物和氨氮；

步骤Ⅳ，沉淀：曝气时间达到设定值后，关闭曝气，停止运行第一搅拌器，开始沉淀，进行泥水分离；

步骤Ⅴ，排水：沉淀一段时间后，启动排水装置进行排水，直至设定的最低排水液位，在排水过程中开启剩余污泥泵，以排除系统多余的污泥；至此，污水处理的一个周期结束，进入下一个周期。

优选的，所述进水时间设定为1h，当进水量超出最高液位时，进水停止；第二搅拌器开启时间为30-60min，第二搅拌器与进水同步开启；第一搅拌器与进水同步开启，在曝气结束时关闭。

优选的，所述曝气时间设定为2h；当进水浓度>设计值70％时，曝气方式以微孔曝气为主，穿孔管曝气为辅；当进水浓度≤设计值70％时，曝气方式以穿孔管曝气为主，微孔曝气为辅；生物反应池中溶解氧稳定后控制在3-5mg/L。

优选的，所述沉淀时间为30-60min，排水时间为30-60min；污泥回流泵开启与进水同步，进水时开启，进水停止关闭。

本发明所述悬浮填料填充率，即悬浮填料自然堆积体积占填充区域池容的百分比，填充率用于确定悬浮填料填充是否满足池内均匀流化需求，防止填充率过少、过多出现填料死区或填料拥堵。

有效比表面积，即悬浮填料自然堆积的单位体积中，能提供受保护的微生物挂膜区域的面积，单位为m²/m³。有效比表面积的大小影响系统氧转移效率，也影响曝气系统的方式。有效比表面积较高时，相同曝气量下，对比微孔曝气方式，穿孔管曝气可达到需氧要求及填料流化需求，且能够实现节能运行。

本发明的有益技术效果是：

1、适用于CAST(CASS)的新建和升级改造，改造时无土建工程量，改造时间短，特别适用于环保形势严峻，需不停水改造的地方。

2、采用穿孔管和微孔曝气相结合的方式，可以控制生物反应池溶解氧处在一个合理的范围内，可避免传统微孔曝气容易出现曝气过度导致污泥解絮的问题。

3、污泥沉降性能好，无污泥膨胀问题。

4、解决了传统CAST(CASS)工艺设备闲置率高的问题。

5、系统抗冲击负荷能力强，水质稳定。本系统对COD、NH₃-N、TN去除均有显著效果，系统出水稳定达到一级A，其中COD和NH₃-N可以达到地表IV类水标准。

6、占地小。尤其适合用地紧张的改造和新建项目。

7、操作简单，无需硝化液回流。

附图说明

图1为本发明一种污水处理系统的结构示意图；

图2为本发明一种污水处理方法的流程示意图。

图中：1.进水管道；2.第一搅拌器；3.过水洞；4.第二搅拌器；5.剩余污泥输送泵；6.污泥回流泵；7.排水装置；8.第二筛网；9.选择区；10.填料区；11.隔墙；12.第一筛网；13.活性污泥区。

具体实施方式

本发明提供一种污水处理系统和方法，可解决CAST(CASS)工艺脱氮除磷效果有限、污泥解絮、设备闲置率高、污泥沉降性能不好的问题，适用于氨氮和总氮排放不达标的城市污水处理厂的提标改造及用地紧张的新建污水处理厂二级生物处理工艺。

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1所示，一种污水处理系统，包括一个由选择区9、填料区10和活性污泥区13组成的生物反应池，填料区10位于选择区9和活性污泥区13之间。选择区9内设有第一搅拌器2；填料区10内设有第二搅拌器4、曝气系统和悬浮填料，第二搅拌器4具体可采用推流搅拌器；活性污泥区13内设有曝气系统、排水装置7、污泥回流泵6和剩余污泥输送泵5。污水从选择区9一侧底部连接的进水管道1进入选择区9；选择区9与填料区10用隔墙11分隔，污水从隔墙11上部的过水洞3进入填料区10，过水洞3下沿与最低排水液位相平，过水洞3上沿与最高液位相平，过水洞出水端设置第一筛网12；填料区10与活性污泥区13通过第二筛网8分隔，污水通过第二筛网8由填料区10进入活性污泥区13。污水经活性污泥区13的排水装置7排出；活性污泥区13通过污泥回流泵6及污泥回流管道与选择区9连通；剩余污泥通过与活性污泥区13连通的剩余污泥管道及剩余污泥输送泵5排出。

上述悬浮填料投加在填料区10内，采用HDPE材质，密度在0.94-0.97g/cm³，比表面积620m²/m³，挂膜后比重在0.99-1.01，填料填充率为30％。

上述曝气系统包括鼓风机、供气管路、穿孔管曝气装置和微孔曝气装置，穿孔管曝气装置位于微孔曝气装置上方，穿孔管曝气装置和微孔曝气装置均有单独的曝气阀门控制进气量。

上述第二筛网8和第一筛网12均为框架式不锈钢筛网，其框架为角钢。所述筛网采用化学膨胀螺栓固定在池壁上。

污水首先由进水管道1进入选择区9，选择区9设有第一搅拌器2，其功能是用于选择区混合液的搅拌。选择区9内混合液由位于隔墙11上的过水洞3处进入填料区10，填料区10设有推流搅拌器4，其功能是用于主反应区内的混合液的搅拌。剩余污泥是在每个运行周期的沉淀或排水阶段通过剩余污泥输送泵5排出，生物反应池每个运行周期的出水通过排水装置7排出。为维持选择区9一定的污泥浓度，将活性污泥区13内的活性污泥通过污泥回流泵6提升到选择区内。

采用上述污水处理系统进行污水处理的方法，如图2所示，具体按以下步骤进行：

阶段Ⅰ：进水搅拌阶段。按照设定的进水时间1h，污水进入生物反应池，进水的同时开启选择区第一搅拌器2、填料区(主反应区)推流搅拌器和污泥回流泵6，根据进出水水质、活性污泥反硝化能力、填料反硝化能力确定搅拌时间为30min。混合液中的硝态氮和进水中的有机物发生反硝化反应，在这一过程中通过活性污泥及悬浮填料上的异养菌完成脱氮和大部分有机物的去除。

阶段Ⅱ：进水曝气阶段。进水搅拌30min后，停止运行主反应区推流搅拌器，同时开启曝气系统进行曝气，进水时间到1h后停止，同时关闭污泥回流泵6。

阶段Ⅲ：曝气阶段。停止进水后，继续曝气至曝气时间达到2h，曝气过程中去除剩余有机物和完成硝化反应。调整穿孔管曝气装置和微孔曝气装置的阀门开启度，生物反应池中溶解氧稳定后控制在3-5mg/l范围内。

阶段Ⅳ：沉淀阶段。曝气时间达到设定时间2小时后，关闭曝气，停止运行选择区第一搅拌器，进入沉淀阶段，沉淀阶段的功能为进行泥水分离。

阶段Ⅴ：排水阶段。沉淀40min后，污水进入排水阶段，排水时间为50min，通过调节排水装置7的运行程序使其在50min内排水至设定最低液排水位。在排水阶段开启剩余污泥输送泵20min，用以排除系统多余的污泥。至此，污水处理的一个周期结束，进入下一个周期。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。