一种污水处理系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种利用生物固氮的污水处理系统及方法。
【背景技术】
[0002]20世纪70年代以来，世界各国意识到控制水体中的氮磷含量是抑制水体富营养化的重要因素，进而推进了对污水处理中脱氮除磷要求的不断提高，造成污水处理工艺及其运行日益复杂化以及污水处理的投资及其运行费用也随之越来越高的问题。因此如何在满足处理要求的前提下，简化工艺流程，减少工程投资和运行费用，是世界各国所面临的一个共同课题。现阶段各种除磷脱氮工艺一般都是除碳、除氮、除磷三种流程的有机组合，其中广泛运用的为厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺(A20)。
[0003]在现有的脱氮除磷处理技术领域，最为常规的厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺(A20)的技术流程依次包含:
a.预处理阶段:废水进水通过格栅、自然沉淀或加药沉淀等物理化学手段分离污水中的漂浮物和悬浮颗粒；
b.厌氧阶段:用于处理流出预处理装置的废水及同步进入的自二沉池回流的含磷污泥，处理后污水中的磷浓度升高，溶解性有机物被微生物细胞吸收而使水中的B0D5浓度下降；同时，NH3-N因细胞的合成而被去除一部分从而降低其浓度，但NO3-N的含量不发生变化；
c.缺氧阶段:反硝化菌利用污水中的有机物作为碳源，将回流混合液中带入的大量NO3-N及NO2-N还原为N2,从而使得B0D5及NO3-N浓度下降，但磷浓度的变化较小；
d.好氧阶段:有机物被微生物生化降解使有机物浓度下降；同时有机氮被氨化继而被硝化，使NH3-N浓度下降；随着硝化过程中NO3-N的浓度增加，磷浓度也随着聚磷菌的过量摄取快速下降；
e.污泥处理:处理过程中产生的污泥通过浓缩、脱水的方式减小污泥体积，降低含水率，便于后续污泥处置。
[0004]其中，上述常规A20工艺流程在实际运用中存在以下问题:
1.反应池容积较A/0工艺(厌氧好氧工艺)大且污泥回流量大、能耗高:工艺过程中的回流污泥全部进入厌氧段，而为了维持较低的污泥负荷以保证系统的硝化性能，回流比一般需保持在40%-100%之间，使反应池容积大大增加，使基建费用升高，同时也增加了其运行及维护等费用；
2.脱氮除磷效果的相互抑制:当系统回流污泥量较大时，回流污泥内大量的硝酸盐也将被夹带至厌氧池，而聚磷菌释放磷的条件为厌氧状态并同时有溶解性BOD的存在。当大量硝酸盐存在时，反硝化菌会以有机物作为碳源进行反硝化，等脱氮完全后方可开始磷的厌氧释放，这使得厌氧阶段内进行磷的厌氧释放的有效容积大为减少，降低除磷的效果，相比而言脱氮效果较好；反之，若好氧段内的硝化作用较差，则随回流污泥进入厌氧段内的硝酸盐量便减少，使磷得以充分的厌氧释放，增加其除磷效果，但由于硝化的不完全，导致脱氮效果不佳；
3.常规的A20工艺处理含磷废水时水处理系统会产生大量含磷污泥，此类污泥及其浓缩液如处置不当，会再次进入自然水体形成二次污染。而在另一方面，作为生命活动中非常重要的一类物质、同时也是工业生产中广泛运用的原料，磷元素在自然界中的转移是单向的，因此大量的开采与使用将造成磷元素逐渐变成一种稀缺性资源。因此传统的工艺对含磷污泥的处置存在着造成二次污染与资源浪费的双重矛盾；
4.常规A20工艺是通过硝化-反硝化过程来实现脱氮除磷以及去除COD的效果的，故整个工艺流内需要大比例的污泥回流以及大风量曝气以保证污泥浓度及供氧量，这使得工艺中的能量消耗增加；
5.常规A20工艺技术脱氮除磷工艺流程长控制条件复杂。
【发明内容】
[0005]本发明提供一种利用生物固氮的污水处理系统及方法，以解决现有技术中的工艺流程长、控制条件复杂、硝化-反硝化过程的高能耗、氧浓度分别制约脱氮和除磷效果以及常规工艺产生污泥因难以处置而形成二次污染的缺陷。
[0006]本发明的技术方案如下:
一种污水处理系统，包括:
预处理子系统，用于对废水进行绝菌纯化，使废水内不含其他菌种；
光能固氮反应器，用于处理预处理后的废水；所述光能固氮反应器内有大量表面附着生长固氮细菌的厌氧污泥，并且，所述光能固氮反应器内置有光源，此外，所述光能固氮反应器内还设有控制所述光能固氮反应器内温度的加热装置及温度控制装置，所述光能固氮反应器顶部设置尾气收集装置；
药剂投加装置，用于向所述光能固氮反应器内投加营养物质；
超滤装置，用于处理经所述光能固氮反应器处理后的废水，截留废水中大部分有机污染物；
污泥储存装置，用于存储经超滤装置处理后的部分剩余污泥。
[0007]在本发明的一优选实施例中，所述固氮细菌为厌氧产氢细菌。
[0008]在本发明的一优选实施例中，所述预处理子系统为消毒子系统或超滤子系统。
[0009]在本发明的一优选实施例中，所述光能固氮反应器包括一厌氧生物固氮反应池，所述厌氧生物固氮反应池内有大量表面附着生长固氮细菌(如厌氧产氢细菌)的厌氧污泥。
[0010]在本发明的一优选实施例中，所述光能固氮反应器内设置的温度控制装置为具有报警功能的温度报警控制装置。此外，温度控制装置还可附具其他任何合适的功能构件。
[0011]在本发明的一优选实施例中，所述光能固氮反应器内设置的加热装置为蒸汽加热装置。此外还可以选用其它任何合适的加热装置。
[0012]在本发明的一优选实施例中，所述超滤装置为外置式超滤膜。
[0013]在本发明的一优选实施例中，所述污泥储存装置为污泥储池。
[0014]本发明同时提供一种污水处理方法，包括以下步骤:
(I)预处理，对废水进行绝菌纯化，使废水内不含其他菌种； (2)经预处理后的废水进入一光能固氮反应器，所述光能固氮反应器内有大量表面附着生长固氮细菌的厌氧污泥，所述厌氧污泥在光源照射下，利用废水中已有的含有C、N、P的有机物作为基质进行生长繁殖和新陈代谢，部分物质用于合成新的细胞，剩余物质经代谢后转化为无机物，完成同步脱氮除磷、降低COD以及细菌增殖的过程，并保证处理过程的温度维持在最适宜所述固氮细菌生长的范围，同时收集所述固氮细菌在新陈代谢过程中产生的氢气；此外，在处理过程中根据需要添加营养物质，确保废水中的营养物质比例维持在最适宜所述固氮细菌生长的数值；
(3)经步骤(2)的厌氧处理后的废水通过超滤膜进行超滤处理，使废水中剩余的大部分有机污染物截留于所述超滤膜一侧得到浓液，所述超滤膜的另一侧产出达到出水标准的清液；经过超滤后含有厌氧污泥的浓液的一部分回流至所述光能固氮反应器内确保污泥浓度，另一部分收集回流至一污泥储存装置内。
[0015]在本发明的一优选实施例中，所述固氮细菌为厌氧产氢细菌。
[0016]在本发明的一优选实施例中，所述预处理步骤通过消毒或者超滤的方式纯化废水。
[0017]在本发明的一优选实施例中，所述步骤(2 )中，在所述厌氧污泥处理过程的温度不在设定范