一种同步脱氮除磷的多级污水处理系统的制作方法

本实用新型涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种同步脱氮除磷的多级污水处理系统。

背景技术：

由于人类生活和生产活动排放的污水中含有大量的氮(n)、磷(p)等营养物质，未经达标处理的污水进入湖泊、河流、海湾等缓流水体后，可引发水体中藻类和其他浮游生物的迅速繁殖，导致水体溶解氧量迅速下降，水质逐渐恶化，鱼类和其他生物大量死亡，形成富营养化水体。面对日益严重的水体富营养化问题，实现污水的高效脱氮除磷成为控制该问题发生的关键。

生物脱氮是在微生物的作用下，将污水中的有机氮、氨氮经过氨化反应、硝化反应、反硝化反应等过程，最终转化为气态氮而脱除的过程。氨化反应在好氧或厌氧条件下均可发生，硝化反应则要求在好氧条件下进行，反硝化反应要求在缺氧条件下进行。生物除磷是在聚磷菌的作用下，先在厌氧条件下释磷，然后在好氧条件下摄取过量磷酸盐并通过剩余污泥的形式排放，从而实现磷素污染物去除的过程。由于生物脱氮过程要求的是先为微生物营造好氧环境再营造缺氧环境，而生物除磷过程则与之相反，它要求先为聚磷菌营造厌氧环境，再营造好氧环境，因而生物脱氮和生物除磷对氧环境的需求上存在一定的矛盾，这也导致同步脱氮除磷存在一定的难度。随着近年来对污水处理程度的要求不断提高，单纯的生物脱氮技术或单纯的生物除磷技术在现实应用中受到一定的限制，同步脱氮除磷技术的研发成为研究热点。现有的同步脱氮除磷工艺主要包括有a²/o工艺、bardenpho工艺、uct工艺、phoredox工艺、序批式活性污泥法工艺等，但这些污水处理系统多采用活性污泥法，存在基建和运行成本高、剩余污泥产量高等问题，研发新型同步脱氮除磷工艺势在必行。

因此，针对现有技术中存在的不足之处，提供一种能实现同步脱氮除磷，且脱氮除磷效果优、基建和运行成本低、剩余污泥产量少的多级污水处理系统，对实现污水中cod、n、p等污染物的达标排放，以及有效控制水体富营养化的发生具有重要意义，同时可为区域水生态环境的治理和水污染问题的预防提供新的工艺。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种同步脱氮除磷的多级污水处理系统，其能够实现同步脱氮除磷，且脱氮除磷效果优、基建和运行成本低、剩余污泥产量少的多级污水处理系统。

本实用新型的实施例是这样实现的：

一种同步脱氮除磷的多级污水处理系统，其包括进水池、上向流人工快渗池、调节池、下向流人工快渗池、曝气池、沉淀池、出水池以及集泥池，进水池、上向流人工快渗池、调节池、下向流人工快渗池、曝气池、沉淀池、出水池之间通过管道顺次连通，上向流人工快渗池内部由下往上依次设为承托层一、填料区一、缓冲层一和储水区一，储水区一的出水通过管道流入调节池，调节池内设置有搅拌器，曝气池底部设有曝气装置；进水池与上向流人工快渗池底部进水口之间的管道设有计量泵一，调节池底部与下向流人工快渗池顶部之间的管道设有计量泵二，曝气池与沉淀池之间连通的管道设有计量泵三，沉淀池顶部与调节池之间通过管道连通且设有计量泵四，沉淀池底部与曝气池底部之间通过管道连通且设有计量泵五；下向流人工快渗池由上往下依次设为储水区二、缓冲层二、填料区二、承托层二，沉淀池与出水池之间的管道设有调节阀一，沉淀池底部与集泥池之间通过管道连通且设有调节阀二。

优选地，上向流人工快渗池内的承托层一、填料区一、缓冲层一和储水区一的厚度比为1：(10～30)：1：(1～3)，承托层一和缓冲层一均填充有粒径为3～10mm的碎石，填料区一填充的填料包括河砂和沸石砂，河砂、沸石砂的粒径分别为0.1～0.3mm、0.2～0.5mm。

优选地，填料区一填充前经接种厌氧池活性污泥处理，厌氧池活性污泥的混合液悬浮固体浓度为7000～9000mg/l，厌氧池活性污泥与填料区一内的填料混合体积比为(4～6)：1。

优选地，下向流人工快渗池内的储水区二、缓冲层二、填料区二、承托层二的厚度比为(1～3)：1：(10～20)：1，缓冲层二和承托层二均填充有粒径为5～15mm的碎石，填料区二的填料包括河砂和污泥生物炭，河砂、污泥生物炭的粒径分别为0.3～0.5mm、0.2～0.5mm。

优选地，填料区二填充前经接种缺氧池活性污泥处理，缺氧池活性污泥的混合液悬浮固体浓度为6000～8000mg/l，缺氧池活性污泥与填料区二内的填料混合体积比为(3～5)：1。

优选地，污泥生物炭由沉淀池排放的污泥经烘干、粉碎和热解制得。

优选地，上向流人工快渗池和下向流人工快渗池的高度比为(1.5～2)：1。

优选地，曝气池内填充有活性污泥，活性污泥的混合液悬浮固体浓度为3000～5000mg/l，曝气池内溶解氧浓度为2～5mg/l。

优选地，调节池的进水口所处水平位置高度低于或等于上向流人工快渗池的出水口所处水平位置高度。

优选地，曝气池的进水口所处水平位置高度低于或等于下向流人工快渗池的出水口所处水平位置高度。

值得说明的是，上述填料(包括碎石、河砂、沸石砂、污泥生物炭等)的粒径、填料的质量比仅是优选实施方式，并不影响本实用新型实质上的实施。本实用新型的创新点在于结构上改进及各级池部件的组合方式。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型通过采用多级组合方式，将进水池、上向流人工快渗池、调节池、下向流人工快渗池、曝气池、沉淀池、出水池以及集泥池组合在一起，形成多级的处理污水工艺，通过提供污水处理的厌氧环境、缺氧环境和好氧环境，解决了生物脱氮除磷对氧环境需求的矛盾，通过采用易取材料碎石、河砂、沸石砂和污泥生物炭降低成本；该系统实现了脱氮除磷的同步高效进行，其脱氮除磷效果优，基建和运行成本低，剩余污泥产量少，污泥循环利用制备工艺材料，减轻了剩余污泥处理负担。

本实用新型还具有以下优点：

(1)脱氮除磷效果优：采用多级组合方式，在上向流人工快渗池、下向流人工快渗池、曝气池内分别形成厌氧环境、缺氧环境、好氧环境，解决了生物脱氮除磷对氧环境需求的矛盾，可实现高效同步的生物脱氮除磷效果；

(2)基建和运行成本低：上向流人工快渗池、下向流人工快渗池属于典型的低成本污水生态处理系统，所采用的填料主要包括碎石、河砂、沸石砂、污泥生物炭等，取材容易，价格低廉，可降低污水处理系统的基建成本；与此同时，反硝化脱氮过程利用原污水中的有机物作为碳源，无需额外投加碳源，可降低污水处理系统的运行成本；

(3)剩余污泥产量少：上向流人工快渗池、下向流人工快渗池在运行过程中不会产生活性污泥，也没有剩余污泥的排放，减轻了剩余污泥的处理负担；同时沉淀池排放的剩余污泥可应用于制备污泥生物炭，作为下向流人工快渗池内的主要填料之一，可新一步降低剩余污泥的产生量。

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为本实用新型同步脱氮除磷的多级污水处理系统的示意图；

图标：1、进水池；2、计量泵一；3、上向流人工快渗池；4、承托层一；5、填料区一；6、缓冲层一；7、储水区一；8、调节池；9、搅拌器；10、计量泵二；11、下向流人工快渗池；12、储水区二；13、缓冲层二；14、填料区二；15、承托层二；16、曝气池；17、曝气装置；18、计量泵三；19、沉淀池；20、调节阀一；21、出水池；22、调节阀二；23、集泥池；24、计量泵四；25、计量泵五。

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，本实施例提供一种同步脱氮除磷的多级污水处理系统，其包括进水池1、上向流人工快渗池3、调节池8、下向流人工快渗池11、曝气池16、沉淀池19、出水池21以及集泥池23，进水池1、上向流人工快渗池3、调节池8、下向流人工快渗池11、曝气池16、沉淀池19、出水池21之间通过管道顺次连通，沉淀池19和调节池8之间通过管道连通，曝气池16和沉淀池19之间通过管道连通，进水池1与上向流人工快渗池3底部进水口之间的管道设有计量泵一2，调节池8底部与下向流人工快渗池11顶部之间的管道设有计量泵二10，曝气池16与沉淀池19之间连通的管道设有计量泵三18，沉淀池19顶部与调节池8之间通过管道连通且设有计量泵四24，沉淀池19底部与曝气池16底部之间通过管道连通且设有计量泵五25，沉淀池19与出水池21之间的管道设有调节阀一20，沉淀池19底部与集泥池23之间通过管道连通且设有调节阀二22，曝气池16底部设有曝气装置17。

本系统采用多级组合方式，将进水池1、上向流人工快渗池3、调节池8、下向流人工快渗池11、曝气池16、沉淀池19、出水池21以及集泥池23组合在一起，形成多级的处理污水工艺，其中，污水从进水池1中进入上向流人工快渗池3，再进入调节池8进行搅拌，然后进入下向流人工快渗池11，再进入曝气池16内，之后进入沉淀池19，最后从沉淀池19进入出水池21排出，沉淀池19中的泥水分离后，上层水通过管道进入调节池8混合，同时下层污泥通过管道回流至曝气池16或进入集泥池23内。

上向流人工快渗池3内部由下往上依次设为承托层一4、填料区一5、缓冲层一6和储水区一7，储水区一7的出水通过管道流入调节池8，调节池8的进水口所处水平位置高度等于上向流人工快渗池3的出水口所处水平位置高度，调节池8内设置有搅拌器9，搅拌器9为现有技术，污水进入调节池8后进行充分搅拌；上向流人工快渗池3内的承托层一4、填料区一5、缓冲层一6和储水区一7的厚度比为1：20：1：2，承托层一4和缓冲层一6均填充有粒径为3～10mm的碎石，填料区一5填充的填料包括河砂和沸石砂且质量比为3：1，河砂、沸石砂的粒径分别为0.1～0.3mm、0.2～0.5mm，填料区一5填充前经接种厌氧池活性污泥处理，厌氧池活性污泥的混合液悬浮固体浓度为8000mg/l，厌氧池活性污泥与填料区一5内的填料混合体积比为5：1，将厌氧池活性污泥与填料区一5内的填料混合后，用搅拌装置以30r/min的频率搅拌10min，该搅拌装置为现有技术，搅拌后倒入筛盘，滤出多余的活性污泥及混合液即完成接种；待处理污水从计量泵一2进入上向流人工快渗池3，由于上向流人工快渗池3一直处于淹水状态，池内具有良好的厌氧环境，聚磷菌在厌氧条件下释磷，将易降解有机物转化为聚β-羟基丁酸(phb)或聚β-羟基戊酸(phv)，与此同时，部分含氮有机物在厌氧条件下发生氨化反应，转化为氨氮(nh3-n)；上向流人工快渗池3储水区一7的出水进入调节池8内，同时沉淀池19回流的部分上清液(含较多的硝酸盐氮no3^--n)也进入调节池8内，通过搅拌器9的作用使污水混合均匀后，泵入下向流人工快渗池11。

下向流人工快渗池11由上往下依次设为储水区二12、缓冲层二13、填料区二14、承托层二15，调节池8底部的出水口通过管道连通至下向流人工快渗池11的储水区二12处，其中，上向流人工快渗池3和下向流人工快渗池11的高度比为1.6：1，下向流人工快渗池11的底部的出水口通过管道连通至曝气池16的进水处，曝气池16的进水口所处水平位置高度低于下向流人工快渗池11的出水口所处水平位置高度，曝气池16的底部设置有曝气装置17，曝气装置17为现有技术，曝气装置17是在污水治理工艺中，向污水中强制加入空气，使池内污水与空气接触充氧，并搅动液体，加速空气中的氧气向液体中的转移，防止池内悬浮体下沉，加强池内有机物与微生物及溶解氧的接触，对污水中有机物进行氧化分解，下向流人工快渗池11承托层一4的出水流入曝气池16内，同时沉淀池19回流的部分沉淀污泥也进入曝气池16内，以保持曝气池16内适宜的活性污泥微生物浓度，通过曝气装置17提供氧气，使曝气池16内溶解氧浓度维持在2～5mg/l，保持良好的好氧环境，可进一步氧化降解有机物；曝气池16内填充有活性污泥，活性污泥的混合液悬浮固体浓度为4000mg/l，曝气池16内溶解氧浓度为2～5mg/l；下向流人工快渗池11内的储水区二12、缓冲层二13、填料区二14、承托层二15的厚度比为2：1：15：1，缓冲层二13和承托层二15均填充有粒径为5～15mm的碎石，填料区二14的填料包括河砂和污泥生物炭且质量比为6：1，河砂、污泥生物炭的粒径分别为0.3～0.5mm、0.2～0.5mm，其中，污泥生物炭由沉淀池19排放的污泥经烘干、粉碎和加热烘烤制得，制备方法如下：取沉淀池19排放的剩余污泥置于105℃烘箱内烘干，待冷却后置于粉碎机内粉碎，过60目筛后装入坩埚，改好盖子，置于马弗炉内，以15℃的升温梯度加热至650℃后，恒温2.5h后，关闭马弗炉电源，待坩埚冷却至室温后取出，用蒸馏水冲洗4次，再置于105℃烘箱内烘干，即制得污泥生物炭；填料区二14在填充前接种缺氧池活性污泥，缺氧池活性污泥的混合液悬浮固体浓度为6000mg/l，缺氧池活性污泥与填料区二14内的填料混合体积比为4：1，将缺氧池活性污泥与填料区二14内的填料混合后，用搅拌器装置以60r/min的频率搅拌15min，倒入筛盘，滤出多余的活性污泥及混合液即完成接种；下向流人工快渗池11内具有良好的缺氧环境，反硝化菌可利用污水中的有机物作为碳源，将no3^--n还原为气态氮脱除，从而在去除有机物的同时，实现高效脱氮；污水中的nh3-n可在硝化菌的作用下被氧化转化为no3^--n，同时，在好氧条件下，曝气池16内的聚磷菌可利用氧作为电子受体，过量吸收污水中的磷酸盐，并通过二沉池内剩余污泥排放的形式实现高效的生物除磷。

本实用新型的污水采用成都某城镇污水处理厂的进水，具体水质指标如下：codcr＝235.1～312.8mg/l，bod5＝210.7～280.9mg/l，nh3-h＝30.5～45.9mg/l，tn＝37.2～56.4mg/l，tp＝3.9～5.2mg/l，试验期间环境温度为30±5℃。

本实用新型实例的工艺流程为：

(1)待处理污水储存在进水池1内，通过计量泵一2的作用从上向流人工快渗池3底部泵入污水，水力负荷为1.0m/d，污水由下往上依次进入承托层一4、填料区一5、缓冲层一6、储水区一7，储水区一7的出水通过管道流入调节池8，调节池8内的搅拌器9充分搅拌；

(2)调节池8的出水通过计量泵二10的作用，进入下向流人工快渗池11，由上往下依次进入储水区二12、缓冲层二13、填料区二14、承托层二15，再从承托层二15底部的出水口流入曝气池16；

(3)开启曝气池16底部的曝气装置17，通过曝气装置17的搅拌和充氧作用，保持曝气池16内的溶解氧浓度为2～5mg/l；

(4)沉淀池19内的部分上清液通过计量泵四24的作用，回流至调节池8，回流比为300％，回流后通过搅拌器9的作用使池内污水混合均匀；

(5)沉淀池19内的部分沉淀污泥通过计量泵五25的作用，回流至曝气池16，以维持曝气池16内活性污泥的混合液悬浮固体浓度为4000mg/l；

(6)曝气6h后，通过计量泵三18的作用使曝气池16内的泥水混合液流入沉淀池19，待沉淀池19完成泥水分离后，打开调节阀一20，使上清液进入出水池21，打开调节阀二22，使沉淀污泥进入集泥池23，排水和排泥结束后，关闭调节阀一20和调节阀二22。

完成上述步骤后，检测水质，水质指标codcr、bod5、nh3-h、tn、tp浓度的检测分别采用重铬酸钾法、稀释与接种法、钠氏试剂分光光度法、碱性过硫酸钾-消解紫外分光光度法、钼酸铵分光光度法。运行90天，水质检测结果表明，本实用新型出水codcr、bod5、nh3-h、tn、tp浓度分别为12.5～22.9mg/l、2.5～4.9mg/l、0.2～0.9mg/l、1.2～5.6mg/l、0.05～0.13mg/l，均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)的一级a排放标准。

综上所述，本实用新型实例通过采用多级组合方式，将进水池、上向流人工快渗池、调节池、下向流人工快渗池、曝气池、沉淀池、出水池以及集泥池组合在一起，形成多级的处理污水工艺，通过提供污水处理的厌氧环境、缺氧环境和好氧环境，解决了生物脱氮除磷对氧环境需求的矛盾，通过采用易取材料碎石、河砂、沸石砂和污泥生物炭降低成本；该系统实现了脱氮除磷的同步高效进行，其脱氮除磷效果优，基建和运行成本低，剩余污泥产量少，污泥循环利用制备工艺材料，减轻了剩余污泥处理负担。

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。