一种污水处理装置及其应用的制作方法

本发明涉及一种污水处理装置及其应用，属于污水处理技术领域。

背景技术：

氮是引起自然水体富营养化的主要元素，也是污水处理厂的主要检测水质指标。目前国内污水处理厂已普遍执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准，其中总氮浓度要求不得超过15mg/L。近年来，我国许多地区开始执行更加严格的地方污水处理标准，如《北京地方水污染排放标准》(DB11/307-2013)中的A标准将出水总氮的限值降低至10mg/L。当前城镇污水处理厂的主流脱氮方法为基于活性污泥法的“硝化-反硝化”工艺，其中完成脱氮关键步骤的是反硝化过程，该过程主要发挥作用的是活性污泥中的异养微生物，通过利用甲醇、乙酸、丙酸等优质碳源作为外部电子供体将硝态氮还原为氮气。但在实际污水处理厂的进水中，普遍存在进水碳源不足、碳氮比失衡的问题，对传统活性污泥法异养脱氮造成巨大挑战。因此，优质碳源投加成为了实现一级A标准总氮稳定达标的主要手段，但这大大增加了污水处理厂的运行成本，在实现污水脱氮的同时，消耗了大量资源，不利于碳减排的实现。

技术实现要素：

为更高效的实现污水处理厂出水中总氮的去除，同时降低污水处理厂的运行成本，本发明提供了一种污水处理装置及应用该装置进行污水处理的方法。

本发明的第一个目的是提供一种污水处理装置，包括有效容积比为1:8:16:8:3.2的生物吸附池、第一沉淀池、曝气池、第二沉淀池、和硫自养反硝化滤池，依次通过泵和/或管道连接。

在本发明的一种实施方式中，所述污水处理装置中生物吸附池、第一沉淀池、曝气池、第二沉淀池、硫自养反硝化滤池的有效容积分别为1.5L、12L、24L、12L和4.8L；所述生物吸附池前端设置进水泵，底部设置通气管道与风机相连；生物吸附池与第一沉淀池之间设置污泥回流泵；所述第一沉淀池呈倒锥形，下部与生物吸附池双向连接，上部与曝气池连接；曝气池内设置通气管道，管道与风机连接；曝气池和第二沉淀池双相连接，并在二者之间设置污泥回流泵；曝气池与硫自养反硝化滤池之间通过硫自养反硝化进水泵连接。

在本发明的一种实施方式中，所述硫自养反硝化滤池内径10cm，底部为10cm的承托层，由粒径为5-10mm的石粒组成，承托层上方设置60cm的脱氮层，填料为粒径2-4mm，孔隙率50％的硫粒。

本发明的第二个目的是提供应用所述装置进行污水处理的方法，是控制生物吸附池水力停留时间为0.35-0.7h，污泥龄SRT 1.5-3d，溶解氧DO范围0.5-1mg/L，混合液悬浮固体浓度MLSS 4000-5000mg/L；第一沉淀池的HRT 2h；曝气池HRT 6-8h，SRT 18-22d，DO范围2-4mg/L，MLSS维持3500-5000mg/L；第二沉淀池的HRT 3h；硫自养反硝化滤池HRT为2-3h。

本发明的第三个目的是提供所述污水处理装置在环境领域的应用。

本发明的第四个目的是提供所述方法在化工领域对工业废水、生活污水进行脱氮处理方面的应用，所述应用包括尾水处理、污水净化。

有益效果：采用生物吸附/曝气/硫自养反硝化组合工艺对原水中污染物进行去除，实现了污水处理的深度脱氮。生物吸附段在吸附进水中有机物、减少后续处理单元有机负荷及有毒有害物质影响的同时，产生大量高有机质含量污泥，可用于厌氧发酵/消化，实现资源化利用目的。在该组合工艺中，曝气池实现氨氮的完全硝化及剩余COD的去除，硫自养反硝化滤池将硝态氮转化为氮气，实现污水中总氮的去除。结果表明，自养脱氮效率较高，出水总氮浓度低于4mg/L，远低于一级A标准15mg/L的出水要求。另外，该组合工艺无需外加碳源，大大降低了污水处理厂的运行费用，且整个工艺过程的HRT较现有技术缩短了30％。

附图说明

图1为本发明的生物吸附-曝气-硫自养反硝化相结合的工艺图；1，进水泵；2，风机；3，生物吸附池；4，污泥回流泵；5，第一沉淀池；6，风机；7，曝气池；8，污泥回流泵；9，第二沉淀池；10，硫自养反硝化进水泵；11，硫自养反硝化滤池；12，硫粒；13，石粒；

图2为生物吸附段对总氮的去除结果；

图3为生物吸附段对氨氮的去除结果；

图4为生物吸附段对COD的去除结果；

图5为生物吸附段MLSS及MLVSS/MLSS变化；

图6为本发明的生物吸附-曝气-硫自养反硝化工艺出水总氮、氨氮及COD浓度。

具体实施方式

实施例1污水处理装置的设计

污水处理装置的工艺流程如图1所示，所述装置采用亚克力板制成，包括生物吸附池3、第一沉淀池5、曝气池7、第二沉淀池9、硫自养反硝化滤池11，有效容积分别为：1.5L、12L、24L、12L和4.8L。所述生物吸附池3前端设置进水泵1，底部设置通气管道与风机2相连；生物吸附池3与第一沉淀池5之间设置污泥回流泵4；所述第一沉淀池5呈倒锥形，下部与生物吸附池3双向连接，上部与曝气池7连接；曝气池7内设置通气管道，管道与风机6连接；曝气池7和第二沉淀池9双相连接，并在二者之间设置污泥回流泵；曝气池7与硫自养反硝化滤池9之间通过硫自养反硝化进水泵10连接；硫自养反硝化滤池9内径10cm，底部为10cm的承托层，由粒径为5-10mm的石粒13组成，承托层上方设置60cm的脱氮层，填料为粒径2-4mm，孔隙率50％的硫粒12。

该装置将硫自养反硝化作为主体脱氮工艺，在减少整套组合工艺水力停留时间的同时，无需投加碳源，降低运行成本。另外，大部分原水中的碳源被富集在生物吸附段污泥中，采用厌氧发酵产酸/产甲烷的资源化处理方式可产生附加值较高的产品，实现污泥的资源化利用。该组合工艺具有节省占地面积、运行费用较低，同时可产生资源化附加产物的优势，实际应用意义较大。

实施例2生物吸附段的运行

应用实施例1的污水处理装置，控制生物吸附池水力停留时间HRT为0.35-0.7h，污泥龄SRT为1.5-3d，溶解氧DO范围为0.5-1mg/L，混合液悬浮固体浓度MLSS为4000-5000mg/L。沉淀池1的HRT为2h。

如图2-4所示，进水总氮的浓度范围为25.4-41.3mg/L，平均值为33.5mg/L，进水总氮中绝大部分为氨氮，平均占比为65.5％；进水COD为198-435mg/L，平均值为291mg/L。生物吸附池主要通过控制较短的HRT和SRT，培养适应原水环境、可以实现快速增殖的原核微生物，用以吸附进水中的颗粒态物质。因此，生物吸附对于进水中COD具有良好的去除能力，生物吸附池3出水COD范围为82-209mg/L，平均值为132.8mg/L，平均去除率为51％。由于较短的HRT，氨氮无法实现有效硝化，总氮的去除率较低，平均值为25.7％。

传统污水处理大都采用“以能消能”的方式，即以曝气方式通过消耗大量电能来去除污水中污染物，但这实际增加了污水处理的碳足迹。除此之外，城市污水管网的不完善使进水中含有大量泥砂，导致剩余污泥资源化利用效果较差。采用生物吸附工艺可以将进水中的部分有机物转移到生物吸附段污泥中，如图5所示，该段污泥有机质含量相比接种污泥明显升高，多为进水中颗粒状有机物的集合体，利于厌氧发酵/消化。采用厌氧发酵产挥发酸或产甲烷等资源化处理方式，可真正促进污水处理产业的资源综合利用。

实施例3污水处理装置的运行

应用实施例1的污水处理装置，控制生物吸附池水力停留时间为HRT 0.35-0.7h，污泥龄SRT为1.5-3d，溶解氧DO范围为0.5-1mg/L，混合液悬浮固体浓度MLSS为4000-5000mg/L。沉淀池1的HRT为2h。曝气池HRT为6-8h，SRT为18-22d，DO范围为2-4mg/L，MLSS维持在3500-5000mg/L。沉淀池2的HRT为3h。硫自养反硝化滤池HRT为2-3h。

曝气池实现氨氮的完全硝化及剩余有机物的降解；高硝态氮出水通过硫自养反硝化滤池实现脱氮过程。硫自养反硝化是在硫粒上富集脱氮硫杆菌，该自养菌以单质硫作为电子供体，硝态氮作为受体，实现硝态氮的去除。如图6所示，试验装置出水氨氮范围为0.1-3.5mg/L，平均值为1.3mg/L，实现了良好的氨氮氧化；出水总氮平均值为3.8mg/L，表明硫自养反硝化滤池硝态氮还原效果显著，实现了优于一级A标准的出水，在缩短整个水处理工艺HRT的同时节省了碳源。出水COD的范围为18-48mg/L，平均值为35.2mg/L，优于一级A标准对于COD的排放要求。

虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。