强化原水碳源高效利用的污水处理系统的制作方法

本实用新型属于水处理技术领域，具体涉及一种强化原水碳源高效利用的污水处理系统。

背景技术：

随着工农业发展以及城镇化进程不断地加快，我国水环境形势日趋严峻，集中体现在水少、水体污染两个层面。地表水、地下水和饮用水污染在制约经济社会发展进步的同时也威胁着人体健康。我国地表水、地下水均有不同程度的污染，受地表水、地下水污染影响，饮用水水源地也存在污染物超标现象，水污染现状不容乐观。节约用水，治理污染已经成为全社会共识，越来越引起人们的重视。

为了满足现行的《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918—2002)一级a排放标准甚至是一些经济发达地区严于一级a的准iv、准iii类水排放标准，老水厂升级改造思路是通常在传统的污水处理系统(预处理+生化处理+二沉池+消毒外排)基础上，生化段镶嵌ifas工艺/二沉池后增加深度处理工艺：如反硝化深床滤池、高密度沉淀池、磁混凝沉淀池、加载微砂沉淀、转盘滤池等；新建水厂的工艺路线与老厂升级改造思路大致相同。传统工艺路线存在碳源利用率低，需要补充大量碳源满足tn达标、占地面积大、产泥量高等方面不足。

刘智晓等人(污泥作为污水厂内碳源的水解特性及工艺选择[j].中国给水排2011，,27(22):30-34)研究表明：初沉污泥与活性污泥比可以产生含量更高的vfas，充分挖掘污水厂的“内碳源”，利用污泥水解产生vfas，不仅能有效提高除磷脱氮效率，降低外碳源投加量，而且可以降低污水厂的污泥产量，是可持续的资源化技术。孟凡静等人(不同类型污泥中非溶解性有机物水解产酸特性研究[j].环境污染与防治,2019,3(41):283-284.)研究表明：与初沉污泥和剩余污泥相比，絮凝污泥水解酸化性能最优，增加生物除磷脱氮工艺稳定性，是解决易生物降解的有机物不足的有效措施。

随着居民用水量的逐步增加，一些水厂无法承担超负荷运行，既需要提标又需要扩容，在此情况下，传统工艺劣势逐渐显现，土地资源不足、外加碳源投加量高等成为主要限制性因素。因此，开发一种高度集成、低能耗、节约占地、处理效果稳定的污水处理系统显得尤为迫切。

技术实现要素：

为了解决现有技术中污水处理系统存在的占地面积大、能耗高的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种强化原水碳源高效利用的污水处理系统，其通过集成各个系统，节省了占地面积、能耗低、且处理效果好，可以稳定达到准iv或准ⅲ类水排放标准。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了以下技术方案：

一种强化原水碳源高效利用的污水处理系统，包括预处理系统、前置超效分离系统、碳源回收系统、纯膜mbbr生化系统、后置超效分离系统及污泥处理系统；

所述的预处理系统位于整个污水处理系统的前端，其用于将废水中的废渣、废砂去除；

所述的前置超效分离系统位于所述的预处理系统后方，其包括依次并排设置的第一池体、第二池体、第三池体及沉淀池，相邻的池体之间保持连通，所述的第一池体的上方连接有pac加药装置，通过所述的pac加药装置向第一池体内投加pac，所述的第二池体的上方连接有磁分离机，通过所述的磁分离机将优筛磁种加入所述的第二池体内，所述的第三池体的上方连接有pam加药装置，通过所述的pam加药装置向所述的第三池体内投加pam；所述的沉淀池的底部连接有两条支路管线，分别为第一支路管线和第二支路管线，所述的第一支路管线的另一端通入所述的第二池体，在所述的第一支路管线上设置有回流污泥泵；所述的第二支路管线的另一端连接至所述的磁分离机，在所述的第二支路管线上依次连接有剩余污泥泵、高速剪切机，分离后的污泥进入碳源回收系统；

所述的碳源回收系统用于将产生的污泥进行水解、发酵，提取其中溶解态的优质碳源，为所述的纯膜mbbr生化系统补充反硝化所需碳源；

所述的纯膜mbbr生化系统位于所述的前置超效分离系统与所述的后置超效分离系统之间，所述的纯膜mbbr生化系统用于对溶解性cod、nh3-n及tn进行生化处理；

所述的后置超效分离系统的结构与所述的前置超效分离系统结构相同，经所述的纯膜mbbr生化系统处理后的污水进入所述的后置超效分离系统进一步处理，所得污泥经过相应的管线流入所述的污泥处理系统或碳源回收系统。

作为本实用新型的一个优选方案，所述的第一池体、第二池体、第三池体内均设置有搅拌器；在所述的沉淀池内设置有刮泥机，所述的刮泥机接近所述的沉淀池的底部，在所述的沉淀池的中上部填充有斜管填料。

作为本实用新型的另一个优选方案，所述的纯膜mbbr生化系统包括依次并排设置的第四池体、第五池体、第六池体及第七池体，相邻的池体之间保持连通，每个池体内设置有悬浮载体，其中，第四池体和第六池体内设置有搅拌器，第五池体和第七池体内设置有曝气装置。

进一步优选，所述的曝气装置包括曝气管，所述的曝气管铺设在所述的第五池体和第七池体的底部。

进一步优选，所述的第一池体与第二池体之间、第二池体与第三池体之间、第三池体与沉淀池之间均设置有隔离墙，每个隔离墙上设置有过水口，相邻的池体之间通过所述的过水口保持连通。

进一步优选，所述的前置超效分离系统内优筛磁种的粒径为80-200μm，优筛磁种的投加量为8-12g/l。

进一步优选，所述的第四池体、第五池体、第六池体、第七池体内悬浮载体的填充率为15-70％，所述的悬浮载体采用高密度聚乙烯材质的柱状载体，比表面积为450-6000m²/m³。

进一步优选，后置超效分离系统内优筛磁种的粒径为40-120μm，优筛磁种的初次投加量为8-10g/l。

与现有技术相比，本实用新型带来了以下有益技术效果：

(1)本实用新型强化原水碳源高效利用的污水处理系统，其采用前置超效分离系统对绝大部分非溶解性cod、tp、tn及ss等污染物强化去除，为生化处理提供良好的条件，降低生化处理的负荷、提高生化反应效率；通过后置超效分离系统对tp及mbbr工艺产生的脱落生物膜所含ss等污染物进一步强化去除。

(2)前置超效分离产生的污泥通过碳源回收系统，提高碳源利用率，节省处理成本；采用本组合工艺，对ss、tp、cod、nh3-n及tn等污染物强化去除，处理效果好，且可以稳定达到准iv或准ⅲ类水排放标准；

(3)该工艺组合打破了传统污水处理技术的工艺路线，为污水处理行业提供新思路；

(4)生化段采用mbbr工艺，后续不需要设置二沉池模块，大大节省占地面积及土建成本；

(5)该组合具有高度集成、节约占地、产泥量低、运行效果好、管理方便等优势，具有良好的经济、环境和社会效益。

附图说明

下面结合附图对本实用新型做进一步说明：

图1为本实用新型强化原水碳源高效利用的污水处理系统结构示意图；

图2为强化原水碳源高效利用的污水处理工艺流程图；

图中：1、pac加药装置，2、高速剪切机，3、磁分离机，4、pam加药装置，5、搅拌器，6、剩余污泥泵，7、回流污泥泵，8、刮泥机，9、斜管填料，10、mbbr搅拌器，11、悬浮载体，12、曝气装置，13、碳源回收系统，14、污泥处理系统。

具体实施方式

本实用新型公开了一种强化原水碳源高效利用的污水处理系统，为了使本实用新型的优点、技术方案更加清楚、明确，下面结合具体实施例对本实用新型做详细说明。

本实用新型中述及的pac指聚合氯化铝，它是一种高分子混凝剂，由于氢氧根离子的架桥作用和多价阴离子的聚合作用而生产的分子量较大、电荷较高的无机高分子水处理药剂。

pam是聚丙烯酰胺，是一种线状的有机高分子聚合物，同时也是一种高分子水处理絮凝剂产品，专门可以吸附水中的悬浮颗粒，在颗粒之间起链接架桥作用，使细颗粒形成比较大的絮团，并且加快了沉淀的速度。

如图1所示，本实用新型一种强化原水碳源高效利用的污水处理系统，包括预处理系统、前置超效分离系统、碳源回收系统、纯膜mbbr生化系统、后置超效分离系统、碳源回收系统及污泥处理系统。

上述的预处理系统位于整个污水处理系统的前端，其用于将废水中的废渣、废砂去除，其主要结构如采用粗细格栅进行预处理，粗格栅栅隙20-30mm，细格栅栅隙3-5mm，废水首先经过粗格栅，再经过细格栅，通过预处理将其中的废渣、废砂通过物理法去除。

上述的前置超效分离系统位于所述的预处理系统后方，其包括依次并排设置的第一池体、第二池体、第三池体及沉淀池，相邻的池体之间保持连通，具体如在第一池体和第二池体、第二池体和第三池体、第三池体和沉淀池之间的隔墙上设置过水口保持相邻池体的连通，所述的第一池体的上方连接有pac加药装置1，通过pac加药装置向第一池体内投加pac，具体的加入量可通过计量方式计算。

上述的第一池体、第二池体及第三池体内均配置有搅拌器5，通过搅拌器5不停的搅拌有利于将药剂与废水混合均匀，且加速絮凝。

第二池体的上方连接有磁分离机3，通过磁分离机将优筛磁种加入第二池体内，第三池体的上方连接有pam加药装置，通过pam加药装置4向所述的第三池体内投加pam，加入pam可加快废水的絮凝速度，具体pam的加入量本领域技术人员可合理判断。

沉淀池，其上半部分为筒状，下半部分为圆锥形，这样的结构设置利于沉淀向下且从其底部排出，在沉淀池内布置有刮泥机8，沉淀池的中上部布置有斜管填料9。

沉淀池的底部连接有两条支路管线，分别为第一支路管线和第二支路管线，第一支路管线的另一端通入第二池体，在第一支路管线上设置有回流污泥泵7；第二支路管线的另一端连接至磁分离机，在第二支路管线上依次连接有剩余污泥泵6、高速剪切机2，磁分离机。

污水在前置超效分离系统内的处理工序为：

污水进入前置超效分离系统后，通过投加絮凝剂(如pac)、优筛磁种及助凝剂(如pam)，在配搅拌器5的作用下使优筛磁种与絮体迅速结合，增加絮体比重，加快絮体的沉淀速度，提高处理效率；通过回流污泥泵7把含有磁种的混凝絮体从沉淀池打到磁种加载池，提高药剂使用效率，保障系统稳定运行；通过剩余污泥泵6，把含有磁种的剩余污泥先打入高速剪切机，通过该高速剪切机把絮体打碎，为磁种回收做铺垫。

然后进入磁分离机3，在高梯度磁分离机的作用下，使磁种进行有效回收，重新回到前置超效分离系统内，分离后的剩余污泥进入污泥处理系统14。

通过前置超效分离处理，对绝大部分非溶解性cod、tp、tn及ss等污染物强化去除，系统所产生的污泥经过碳源回收系统13将溶解态优质碳源进行回收，供后续生化系统使用，后置超效分离产生的污泥预留进入碳源回收系统的管路，根据实际效果可选择是否进行碳源回收。

上述的碳源回收系统，通过该系统对前置超效分离工艺产生的污泥进行水解发酵，水解发酵上清液再次循环进入前置超效分离去除悬浮物，提取其中的溶解态优质碳源，并为后续生化系统补充反硝化所需碳源；

纯膜mbbr生化系统位于前置超效分离系统与后置超效分离系统之间，纯膜mbbr生化系统包括依次并排设置的第四池体、第五池体、第六池体及第七池体，相邻的池体之间保持连通，每个池体内设置有悬浮载体11，其中，第四池体和第六池体内设置有搅拌器，第五池体和第七池体内设置有曝气装置12。

上述的纯膜mbbr生化系统后续不需要建设二沉池，大大节省占地。

进一步优选，曝气装置12包括曝气管，曝气管铺设在第五池体和第七池体的底部。

纯膜mbbr工艺，在mbbr搅拌器10的作用下，使得缺氧区悬浮载体与污水进行充分混合，为污染物降解创造条件；在mbbr搅拌器的作用下，使得好氧区悬浮载体充分流化，筛分优势菌群附着，强化硝化效果。主要针对溶解性cod、nh3-n及tn进行生化处理，后置超效分离系统的结构与前置超效分离系统结构相同，经纯膜mbbr生化系统处理后的污水进入后置超效分离系统进一步处理，通过投加絮凝剂、优筛磁种(比重5-6)及pam，在高效搅拌器的作用下使得磁种与絮体结合，增加絮体比重，加快混凝絮体的沉淀速度，提高处理效率，主要针对ss、tp等污染物进一步强化去除，所得污泥经过相应的管线流入污泥处理系统。

下面对强化原水碳源高效利用的污水处理工艺做详细说明，其利用本实用新型的污水处理系统。

具体包括以下步骤：

第一步、预处理，首先废水经过预处理系统进行预处理，如格栅、沉沙池，通过物理法去除废渣、砂等；

第二步、前置超效分离，经过预处理后的废水进入基于磁加载沉淀技术的前置超效分离系统，在第一池体的上方连接有pac加药装置，通过pac加药装置向第一池体内投加pac，具体的加入量可通过计量方式计算，通过磁分离机将优筛磁种加入第二池体内，通过pam加药装置4向所述的第三池体内投加pam；前置超效分离工艺平均表面负荷通常设计值为：10-30m³/m²·h；前置超效分离工艺投加的优筛磁种粒径在80-200μm之间，系统内优筛磁种的初次投加量为8-12g/l；前置超效分离系统内的处理工序参见上文所述；

通过前置超效分离工艺对绝大部分非溶解性cod、tp、tn及ss等污染物强化去除，为生化处理提供良好的条件，降低生化处理的负荷、提高生化反应效率；

第三步、碳源回收，通过碳源回收系统把前置超效分离工艺产生的污泥进行水解发酵，提取其中溶解态的优质碳源，为后面纯膜mbbr生化系统补充反硝化所需碳源；碳源回收系统中设置慢速搅拌器和泥水预分离装置，提高水解效率；污泥停留时间通常设计为1-6天，后置超效分离工艺产生的污泥预留进入碳源回收系统的管路，根据实际效果可选择是否进行碳源回收；

第四步、mbbr生化处理，污水进入纯膜mbbr工艺，每个池体内的悬浮载体填充率为15-70％，主要针对溶解性cod、nh3-n及tn进行生化处理；

第五步、后置超效分离处理及污泥处理，通过mbbr生化处理后污水进入后置超效分离工艺，后置超效分离工艺，平均表面负荷通常设计值为：15-40m³/m²·h；后置超效分离工艺投加的优筛磁种粒径在40-120μm之间，系统内优筛磁种的初次投加量为8-10g/l；

后置超效分离工艺主要是针对tp及纯膜mbbr工艺产生的脱落生物膜所含ss等污染物进一步强化去除；通过污泥处理系统，对两级超效分离产生的污泥进行处置或利用；

第六步、后处理。根据不同水质条件，经过后置超效分离工艺出水后选择合适的消毒、氧化等工艺进行强化深度处理，然后达标排放或回用。通过该工艺组合使出水可稳定达到准地表iv或准地表iii类水标准。

上述的悬浮载体采用高密度聚乙烯材质的柱状载体，比表面积为450-6000m²/m³。

下面结合具体实施例对本实用新型做详细说明。

将本实用新型应用到市政污水中试装置。

该中试装置设计水量为1000m³/d，出水按照准iv排放标准设计。

进出水水质详见表1：

表1

由表1可知，采用本实用新型组合工艺处理该市政污水，出水指标可以稳定达到可以稳定达到准iv出水排放标准，同时，与未设置碳源回收系统对比，外加碳源需求量降低29％。cod去除率为92.9％，nh3-n去除率为99％，tn去除率为85.5％，tp去除率为96.5％，ss去除率为97.1％。

上述方式中未述及的部分采取或借鉴已有技术即可实现。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型的精神所作的举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。