一种具有高负荷渗滤耦合系统的生活污水处理系统及处理工艺的制作方法

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种具有高负荷渗滤耦合系统的生活污水处理系统及处理工艺。

背景技术：

生活污水cod低、氨氮高，是造成很多新建污水处理厂运行不正常的重要原因。在管网建设不健全、雨污分流建设不完善的村镇污水处理厂这一现象更为突出。由于污水的上述特点，运行过程中往往会出现污泥培养难、氨氮去除率低、出水ph值偏低、总氮去除率不高等问题。

一般情况下，规模较大、且有专人运营管理的污水处理厂通过往好氧区或厌氧反硝化区投加葡萄糖、淀粉、甲醇等碳源，以维持污泥浓度及补充反硝化所需碳源。这势必会进一步增加污水处理成本。但在一些村镇一级中小型污水处理站，很难做到有专人运营，定时定量的补充碳源。

一种流域性稀土矿山尾水处理系统及处理工艺(专利号：zl201910513047.0)中的硝化-反硝化耦合生物膜滤系统在处理碳氮比更低的稀土尾水实际工程应用中有着运行成本低、运行稳定、抗负荷冲击强、无污泥排放等特点。由于稀土尾水基本不含cod及其他营养元素且存在着水量大、波动性强等特点，故该系统设置了有机碳源池、碳源池、消毒回流池等一系列辅助构筑物并且设置了较多的电动控制阀门对系统自控和运营管理的要求较高。

技术实现要素：

针对以上问题，本发明通过改良简化一种流域性稀土矿山尾水处理系统及处理工艺(专利号：zl201910513047.0)中的硝化-反硝化耦合生物膜滤系统，使其成为更加适用与生活污水的新系统及新工艺。本发明通过下述技术方案得以解决：

一种具有高负荷渗滤耦合系统的生活污水处理系统及处理工艺，主要包括预处理单元、核心处理单元组成；预处理单元主要包括:进水格栅、初沉池。进水格栅主要去除水体中较大漂浮物如树枝、树叶等。初沉池主要是去除可沉物或漂浮物，使细小的固体絮凝成较大的颗粒，强化固液分离效果，减轻后续处理设施的负荷。

核心处理单元包括：厌氧池、调节池、高负荷渗滤耦合系统。厌氧池主要作用是将大分子有机物分解成小分子有机物，同时作为反硝化的场所之一，当系统出水总氮超标时回流液回流至厌氧池利用厌氧池中的有机碳源进行反硝化。调节池主要作用为调节流量和均化水质，分别通过调节池的提升泵间歇式定时定量的往高负荷渗滤耦合系统均化布水。所述高负荷渗滤耦合系统由两个好氧-兼氧系统串联构成，两个好氧-兼氧系统层之间用防渗膜分隔，除系统表层滤料为除磷滤料层外，每个好氧-兼氧系统均由好氧滤料层、均化滤料层和兼氧滤料层构成；

所述高负荷渗滤耦合系统首先大部分污水经过一层布水管进行表层均化布水，小部分污水通过与进水主管连接的一层布气管直接进入到兼氧滤料层；各个好氧滤料层之间设置有竖向导流管与均化滤料层中的横向散水管连接；上一级兼氧滤料层出水管与下一级布水管连接，上一级兼氧滤料层的出水口为下一级好氧滤料层进水口；下一级集水管的出水主管分为排水管、回流管两个支管。中压风机通过一层布气管、二层布气管分别对各自对应的好氧滤料层进行通风供氧；加药管与一层布气管相连。所述的主风管在靠近中压风机端设置有加热装置，在低温条件下开启加热装置。

所述高负荷渗滤耦合系统通过潜污泵的间歇式布水时间上一级控制好氧-兼氧系统布水时间、排水时间及下一级好氧-兼氧系统布水时间；通过每一级兼氧滤料层排水口的高度控制污水在兼氧滤料层的停留时间；

为应对不同地区雨污分流管网建设程度不同导致，污水碳氮比偏差较大这一特点，系统共设正常运行模式、低碳氮比运行模式、高碳氮比运行模式3种运行模式。

正常模式为碳氮比大于4:1小于5：1，污水首先经过预处理系统之后大部分污水通过一层布水管依次进入两级好氧-兼氧系统；少部分污水通过一层布气管直接进入上一级好氧—兼氧系统，利用其原污水中的cod提高上一级兼氧滤料层cod浓度为反硝化反应提供碳源，再进入下一级好氧-兼氧系统进行进一步的处理，确保cod、氨氮、总氮的达标。同时若仍出现总氮不达标的情况，则利用回流管回流部分污水进入厌氧池利用厌氧池中的cod进行进一步的反硝化。

低碳氮运行比模式为碳氮比小于4:1，污水首先经过预处理系统之后大部分污水通过一层布水管依次进入两级好氧-兼氧系统；少部分污水通过一层布气管直接进入上一级好氧—兼氧系统，利用其原污水中的cod提高上一级厌氧滤料层cod浓度为反硝化反应提供碳源，再进入下一级好氧-兼氧系统进行进一步的处理，同时利用回流管回流部分污水进入厌氧池利用厌氧池中的cod进行进一步的反硝化。碳氮比极低情况下如碳氮比小于3:1，则通过与一层布气管连接的加药管加入部分碳源确保上一级兼氧滤料层碳源充足。

高碳氮比运行模式为碳氮比大于5:1，由于污水中已经有充足的碳源，水首先经过预处理系统之后全部污水通过一层布水管依次进入两级好氧-兼氧系统。

第一步、采用70-80％的5mm-10mm的碳酸钙和20％-30％钢渣混合而成的除磷滤料层进行吸附除磷处理。

第二步、采用80％-90％的中砂和10-20％的沸石混合而成的好氧滤料层进行硝化反应和氧化有机物反应。

第三步、采用70-80％5mm-10mm的碎石、15％-18％的谷壳以2％-15％的活性炭及混合而成的兼氧滤料层进行反硝化处理。

第四步、采用5mm-10mm的碎石组成的均化层起均化布水的作用。

第五步、每级好氧-兼氧系统，由50cm的好氧滤料层和50cm的兼氧滤料层耦合而成。

第六步、好氧滤料层为吸附、落干层，兼氧滤料层为长期储水层，好氧滤料层与兼氧滤料层之间通过风管(与碳源管共用)区分，风管(碳源管)以上为好氧滤料层，风管一下为兼氧滤料层储水层。系统通过风管(碳源管)通风为上层落干后的滤料层营造好氧、低cod硝化环境，通过风管(碳源管)投加碳源的储水层营造兼氧、高cod反硝化环境。

第七步、好氧滤料层采用与传统深水曝气模式不同的低压通风曝气模式，污水在通过各级布水管下渗的过程中，带正电荷的nh4⁺离子以及cod被吸附富集在带负电荷的滤料和生物膜中，待污水落干进而兼氧滤料层储水层之后，对滤料和生物膜进行低压通风为硝化和有机物氧化反应供氧。

第八步、工艺由两级好氧-兼氧系统串联组成，各级之间用防渗膜分隔，一级兼氧出水管与二级布水管连接，一级兼氧滤料层出水为二级好氧滤料层进水；二级兼氧滤料层出水为最终总出水。

第九步、在碳氮比较低的情况下，在布水时系统能够将少部分原污水通过与进水主管连接的一层布气管直接进入兼氧滤料层进行反硝化反应。

第十步、各个好氧滤料层之间设置有竖向导流管与均化滤料层中的横向散水管连接，确保污水在下渗过程的均匀性。

第一步中所述好氧滤料由中砂、沸石组成，这种两种滤料对氨氮有着较强的吸附性，而对cod的吸附性相对较弱，有利于cod向兼氧滤层转移，同时滤料作为硝化菌和好氧菌的载体，形成生物膜结构，相比活性污泥法减少了维持菌胶团所需的cod，且抗负荷冲击能力强更具稳定性。

系统好氧硝化段采用先吸附再转化的间歇式处理模式，系统分为8个进水周期和16个通风周期，首先混合污水通过滤料表层的布水管由表层均匀的进入系统，污水在好氧滤料之间下渗的过程中带正电荷的nh4⁺离子和cod被表层带负电荷的滤料和生长在滤料之间的生物膜所吸附，待污水在好氧硝化滤料落干进入兼氧滤料层滤料之后通过介于好氧滤料层与兼氧滤料层的通风管对硝化段进行低压通风供氧为硝化反应提供氧气。布水3小时一周期，时间一般控制在30分钟以内，进水表面负荷控制在1.0m³/m²*d-2.0m³/m²*d之间；通风1.5小时一周期，通风时间/布水时间为界，布水前1小时通一次风，布水后通一次风，周期控制在20分钟左右，水汽比为1:2。

第二步中所述兼氧氧滤料由碎石、谷壳、活性炭组成，碎石具有较大的孔隙率作为能够为兼氧层污水提供容积空间，同时作为反硝化生物膜的主要载体；谷壳具有较大的比表面积同时还具备缓释碳源的特性，提高混合滤料比表面积的同时，还将作为缓释有机碳源为生物膜提供部分碳源与微量元素。活性炭对cod有着极强的吸附性能，能够将从加药管添加的cod吸附并储存在兼氧滤料层中持续为反硝化提供碳源。系统兼氧滤料层为储水层，经过好氧滤料层的污水下渗至兼氧滤料层，经过好氧滤料层的污水反硝化层停留2小时以上的时间进行充分的反硝化反应之后，通过系统底部的集水管收集后经与其连接的排水管排出，兼氧滤料层的储水水位和停留时间由排水管高度控制。

本发明有以下效益：

1.相比种流域性稀土矿山尾水处理系统及处理工艺(专利号：zl201910513047.0)，本发明在保留其在处理低碳氮比污水的优势的同时，简化了核心处理单元系统结构，删减了碳源池、有机碳源池、碱液池等辅助单元及众多的电动控制阀门，抗负荷能力强，无需专人管理，使其成为更适用与生活污水的处理系统。

2.本发明针对不同地区雨污分流管网建设程度不同导致，污水碳氮比偏差较大这一特点，系统共设正常运行模式、低碳氮比运行模式、高碳氮比运行模式3中运行模式，满足不同碳氮比浓度的情况，适用范围广。

3.在碳氮比较低的情况下，系统通过在布水时将少部分原污水通过与进水主管连接的一层布气管直接进入兼氧滤料层进行反硝化反应以及回流的方能够式无需额外设备和能耗的情况下充分利用利用原污水中碳源。

4.本发明好氧硝化段采用相应配比的中砂、沸石、谷壳、活性污泥混合滤料作为填料，这种以大比表面积滤料为结构载体的生物膜相比菌胶团结构更加稳定，不需额外的碳源维持其形态，从而减少了碳源的消耗量。同时污水在下渗以及低压通风供氧的过程中是以流体的形式流经滤料和生物膜表面，相比传统工艺的深水曝气供氧对菌胶团的搅动影响，更具稳定性。

5.好氧硝化段滤料除了作为微生物的载体之外，其本身还具有较强的氨氮吸附能力。污水在好氧硝化段滤料下渗的过程中，首先被拦截、吸附在滤料和生物膜中，待污水在好氧硝化段滤料落干后，再通过风管通风进行供氧，由生物膜里的硝化菌进行硝化反应，从而构成一个完整的吸附-反应体系。由于滤料对氨氮具有较强的吸附能力使得游离在水体中的nh4⁺得以富集，相比传统工艺其处理方式更具精细化和高效化。

6.在传统工艺中供氧模式为深水曝气模式，空气的氧先溶解在水体中再被菌胶团吸收利用。而本发明采用能耗更低的通风供氧模式，待污水流经好氧硝化段落干之后，由于滤料的吸附、拦截作用氨氮被富集在滤料和生物膜中，然后再通过风管直接对附着在好氧滤料层滤料中的生物膜进行低压通风供氧。这种供氧模式相比传统深水曝气模式在氧的传导效率上更具优势的同时降低了80％左右能耗。此外在冬季时温度较低时，本工艺通过通风的空气进行加热使得进风温度不低于20℃，以维持微生物的活性。

7.本发明在各个好氧滤料层之间设置了竖向导流管与均化滤料层中的横向散水管连接，当某一区域好氧滤料堵塞时污水能通过该区域的导流管进入下一均化层，同时在污水流经均化层时由于其孔隙率大污水在该层之间流动阻力小，而其下一层好氧滤料层孔隙率小污水在该层之间流动阻力大，所以污水优先在均化层横向流动，再向下竖向流动。从而最大程度确保了污水在滤层流动过程中的均匀性。

附图说明

图1a为正常模式下生活污水处理流程图；

图1b为低碳氮比运行模式下生活污水处理流程图；

图1c为高碳氮比运行模式下生活污水处理流程图；

图2为高负荷渗滤耦合系统的横截面示意图。

图中：1.调节池；2.潜污泵；3.厌氧池；4.回流管；5.排水管；6.二层集水管；7.兼氧滤料层；8.二层布气管；9.均化滤料层；10.单向阀；11.一层布气管；12.加热装置；13.风管主管；14.中压风机；15.加药管；16.散水管；17.一层布水管；18.导流管；19.调节阀；20.进水主管；21.除磷滤料层；22.好氧滤料层；23.一层集水管；24.排气管；25.防渗膜；26.二层布水管。

具体实施例

如图1所示，污水首先经过预处理单元进行格栅、沉淀等处理，进入厌氧池，在厌氧池停留一段时间后，然后进入调节池，再通过水泵定时定量、间歇性地进入高负荷渗滤耦合系统，依次经过各级好氧-兼氧系统后，最终出水通过总排放口排出。

如图2所示，高负荷渗滤耦合系统由两个好氧-兼氧系统串联构成，两个好氧-兼氧系统之间用防渗膜(25)分隔，除系统表层滤料为除磷滤料层(21)外，每个好氧-兼氧系统均由好氧滤料层(22)、均化滤料层(9)、兼氧滤料层(7)构成；各个好氧滤料层(22)之间设置有竖向导流管(18)与均化滤料层(9)中的横向散水管(16)连接；上一级兼氧滤料层的一层集水管(8)出水口与二层布水管(11)连接，上一级兼氧滤料层(7)的出水为下一级好氧滤料层(22)进水；下一级二层集水管6)的出水主管分为排水管(5)、回流管(4)两个支管。首先大部分污水通过一层布水管(17)进行表层均化布水进入系统，在好氧滤料层下渗过程中，污水中的cod和氨氮首先被滤料和生长在滤料表面的生物膜所吸附，待污水落干进入兼氧滤料层(7)之后，利用中压风机(14)通过风管主管(13)对好氧滤料层(22)进行通风供氧，在低温条件下开启加热装置(12)保证微生物活性；下一层所通的风经过二层布水管收集后经排气管(24)排出。小部分污水则通过与进水主管(20)连接的一层布气管(11)直接进入到兼氧滤料层(7)；与经过好氧滤料层的污水混合在兼氧滤料层(7)停留2小时以上进行反硝化反应。在进水碳氮比较低时，则通过加药管(15)外加过量碳源进入上一层的兼氧滤料层，一部分碳源直接参与兼氧滤料层的反硝化反应，另一部分碳源则被吸附储存在兼氧滤料层中的活性炭中缓慢释放。在上一层好氧-兼氧系统的出水通过二层布水管(26)进入下一层好氧-兼氧系统，上一层中直接进入兼氧滤料层(7)的污水中的氨氮或者反硝化为消耗完全的cod通过下一层级的好氧兼氧系统进行深度处理。最终经过各级好氧-兼氧系统的处理后的污水通过二层集水管(6)收集后一部分通过排水管口(5)排出，另一部分则通过回流管(4)回流至厌氧池(3)，回流比根据进水碳氮比和出水水质情况灵活调整。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。