一种适用于低碳氮比生活污水处理的一体化装置的制作方法

1.本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种适用于低碳氮比生活污水 处理的一体化装置。


背景技术：

2.生活污水是居民日常生活过程中排出的废水，主要来源于厨房污水、生 活洗涤污水、厕所污水以及其他混合型污水等，其所含的污染物主要是cod、 氮、磷、悬浮物和病原菌等，污水中的有机物极不稳定，容易腐化产生恶臭。 细菌和病原体以生活污水中的有机物为营养而大量繁殖，导致传染病蔓延流 行。因此，生活污水排放前必须进行处理。
3.近年来，随着我国农村生活水平的不断提高，人均日用水量和生活污水 排放量急剧增加，村镇生活污水在污水排放领域的占比逐渐增大。并且由于 废水中蛋白浓度不断增大，污水中氨氮、总氮等污染物浓度指标较高，加之 农村生活污水直排、乱排现象严重，农村生活污水问题不断升级。当前农村 生活污水已经成为氮、磷等营养元素的重大污染源，提高生活污水氮素的去 除率是当前急需解决的问题。
4.通常情况下，北方生活污水中codcr浓度多在350～500mg/l，bod5为 150～250mg/l，ss为200～300mg/l，tn为20～85mg/l，tp为4～15mg/l。然 而近些年调查我国北方农村污水排放现状时发现，其水质已发生了明显变化。 codcr浓度进一步降低，而tn和氨氮进一步提高，碳氮比(cod/tn)在 2～4之间，甚至有的地区已经降低到了1以下。废水的碳氮比失调引起污水 总氮不能达标排放，严重制约了生活污水的排放，如不加以控制，该类废水 的排放将引起水体富营养化，进而导致生态环境的恶化。
5.传统的脱氮技术，形成了以a/o工艺、氧化沟工艺、sbr工艺等应用成 熟的工艺方法，但此类方法皆以碳源充足为基础。针对当前碳氮比失调的污 染状况下，高能耗、高成本的传统的生物脱氮工艺达不到理想的效果。因此， 研究低能耗、高效率的脱氮工艺，已经成为当今污水处理领域的热点。
6.针对低碳氮比生活污水的处理难点，本发明针对现有工艺的不足，开发 出一种适用于低碳氮比生活污水处理的一体化装置，提高生活污水处理效率， 保证污水达标排放。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的在于为解决现有技术的不足，而提供一种适用于低碳 氮比生活污水处理的一体化装置。
8.本发明的目的是以下述技术方案实现的：
9.一种适用于低碳氮比生活污水处理的一体化装置，包括按污水流向依次 连通的厌氧池、缺氧池、好氧池、污泥沉淀池和曝气生物滤池；所述厌氧池 与所述好氧池之间设有亚硝态氮回流管路，所述缺氧池和所述曝气生物滤池 之间设有硝态氮回流管路；
10.所述厌氧池内设有生物膜载体，所述生物膜载体上负载有厌氧氨氧化菌 和氨化细菌；所述厌氧池，用于使污水中的部分有机氮在所述氨化细菌的作 用下进行氨化反应产
生氨氮，以及用于使污水中的氨氮与所述好氧池回流的 亚硝态氮和硝态氮在所述厌氧氨氧化菌的作用下进行厌氧氨氧化反应产生氮 气，以去除污水中的部分有机氮、氨氮、亚硝态氮和硝态氮；
11.所述缺氧池内设有反硝化菌；所述缺氧池，用于使经所述厌氧池处理的 污水和所述曝气生物滤池回流的硝态氮，在所述反硝化菌的作用下进行反硝 化反应产生氮气，以去除污水中的硝态氮以及用于供给所述反硝化菌能量的 部分有机物；
12.所述好氧池和所述曝气生物滤池内均设有悬浮生物填料、曝气装置和溶 氧仪，所述好氧池和所述曝气生物滤池内的悬浮生物填料填充量分别为 10～30％、30～50％，所述悬浮生物填料内填充有硝化菌，所述好氧池和所述 曝气生物滤池内的硝化菌优势菌种分别为亚硝酸菌和硝酸菌；所述厌氧池、 所述缺氧池和所述好氧池的体积比为(1～2):1:(2～3)；所述好氧池工作条件设 置为：所述溶解氧设置为0.5～1mg/l，水力停留时间控制在8～16h；所述曝气 生物滤池工作条件设置为：所述溶解氧为2～4mg/l，水力停留时间为2～4h；
13.所述好氧池，用于使经过所述缺氧池处理的污水中含有的部分氨氮，在 所述硝化菌的作用下，且在限定的工作条件下进行不完全的硝化反应产生大 量的亚硝态氮和少量的硝态氮，以去除污水中的部分有机物、氨氮；
14.所述污泥沉淀池，用于使经过所述好氧池处理的污水进行污泥沉淀；
15.所述曝气生物滤池，用于使经过所述污泥沉淀池处理的污水，在限定的 所述工作条件下，进行彻底的硝化反应产生硝态氮，以去除污水中剩余的氮 元素和剩余的有机物。
16.优选的，所述生物膜载体包括中心骨架以及位于所述骨架上且向外不规 则放射的纤维丝，所述纤维丝为聚丙烯腈或聚酯纤维螺旋编织而成。
17.进一步优选的，所述生物膜载体悬挂于所述厌氧池内。
18.优选的，所述缺氧池内设有搅拌装置。
19.优选的，所述悬浮生物填料为中空双层网状球体。
20.优选的，所述污泥沉淀池上设有加药装置，用于向所述污泥沉淀池内添 加沉淀药剂。
21.优选的，所述沉淀药剂为复合铝铁药剂。
22.优选的，所述厌氧池溶解氧小于0.2mg/l，所述缺氧池溶解氧小于 0.5mg/l。
23.优选的，所述厌氧池水力停留时间为4～8h，所述缺氧池水力停留时间为 4～6h。
24.优选的，所述好氧池的回流比为200～500％，所述曝气生物滤池的回流 比为100～300％。
25.本发明设置两组硝化液交叉回流，其中亚硝态氮回流到厌氧池参与厌氧 氨氧化，在减少碳源消耗的情况下脱氮，硝态氮回流到缺氧池参与反硝化脱 氮除磷，进一步降低污水含氮量，可适用于低碳氮比生活污水处理，提高生 活污水处理效率，保证污水达标排放。
附图说明
26.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步 说明。
27.图1为本发明提供的适用于低碳氮比生活污水处理的一体化装置结构示 意图；
28.图2是图1中悬浮生物填料的结构示意图。
29.其中，101
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厌氧池、102
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生物膜载体、103
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缺氧池、104
‑
好氧池、105
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悬 浮生物填料、106
‑
污泥沉淀池、107
‑
加药装置、108
‑
曝气生物滤池、109
‑
亚硝 态氮回流管路、110
‑
硝态氮回流管路、111
‑
曝气装置、112
‑
搅拌装置、201
‑ꢀ
进水、202
‑
出水、203
‑
污泥。
具体实施方式
30.应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限 定本发明。
31.如图1所示，本发明提供的适用于低碳氮比生活污水处理的一体化装置， 包括按污水流向依次连通的厌氧池101、缺氧池103、好氧池104、污泥沉淀池 106和曝气生物滤池108；
32.厌氧池101内设有生物膜载体102，生物膜载体102上负载有厌氧氨氧 化菌和氨化细菌，厌氧池101与好氧池104之间设有亚硝态氮回流管路109；
33.缺氧池103内设有反硝化菌，缺氧池103和曝气生物滤池108之间设有 硝态氮回流管路110；
34.好氧池104和曝气生物滤池内108均设有悬浮生物填料105、曝气装置 111和溶氧仪，好氧池和曝气生物滤池内的悬浮生物填料填充量分别为 10～30％、30～50％(以池体体积为基准)；悬浮生物填料105内填充有硝化菌， 其中好氧池内亚硝酸菌为优势硝化菌；曝气生物滤池中，硝酸菌为优势硝化 菌；好氧池和曝气生物滤池内设悬浮式填料，是由于其在池体内可随水体相 对移动，灵活性好，增加水体污染物与填料的接触，提高填料的利用率及污 水处理效率；而固定式填料只有水体流经填料固定的位置时才能与水体中的 污染物接触，灵活性、可调节性差；
35.厌氧池、缺氧池和好氧池的体积比为(1～2):1:(2～3)，如此设置体积比是根 据进出水水质确定，由于本技术进水中碳氮比较低，反硝化所需要的时间较 短，所以缺氧池所需要的池容较小，而厌氧处于前端，其进水浓度较高，且 厌氧氨氧化反应速率较小，故厌氧池设定体积偏大，提高总氮去除效果；
36.好氧池工作条件设置为：溶解氧设置为0.5～1mg/l，水力停留时间控制 在8～16h；曝气生物滤池工作条件设置为：溶解氧为2～4mg/l，水力停留时 间为2～4h，好氧池和曝气生物滤池的曝气量根据实际进水水质进行调整。
37.待处理低碳氮比生活污水cod和bod含量较高，污水中含有大量的有 机物(主要为有机碳)、氨氮和磷，且碳氮比较低，采用常规的污水处理方法 由于碳源不充足，处理效果较差。
38.待处理低碳氮比生活污水经过预处理后，采用本发明如图1所述的装置 进行污水处理，首先进入厌氧池，在厌氧条件下，污水中的部分有机氮在氨 化细菌的作用下进行氨化反应产生氨氮，厌氧氨氧化菌，以co2为碳源，以 污水中本身含有的氨氮以及有机氮通过氨化反应产生的氨氮为电子供体，以 好氧池回流的硝化液中含有的丰富的亚硝态氮和硝态氮为电子受体，进行厌 氧氨氧化反应，nh4、no3‑
或no2‑
转变成n2，去除了污水中的部分有机氮、 氨氮、亚硝态氮和硝态氮。在这个过程中，co2代替了有机物作为碳源，约 89％的无机氮将被转化产生氮气，另外11％的无机氮被转化为硝酸盐氮，与 传统硝化反硝化工艺相比，厌氧氨氧化工艺能耗只有传统工艺的55～60％， 几乎无需碳源，可以减少45％碱度消
耗量。因此，本发明厌氧池101的厌氧 氨氧化反应能够有效脱氮，同时对碳源的消耗小，有助于提高污水的碳氮比， 方便后续处理。
39.经过厌氧池处理的污水直接流入缺氧池，缺氧池103与厌氧池101都不 设置曝气，在缺氧池内，反硝化菌，在缺氧条件下，以部分有机物作为碳源， 以曝气生物滤池回流的硝化液中含有的丰富的硝态氮为电子受体，进行反硝 化反应产生氮气，去除了污水中的硝态氮以及用于供给所述反硝化菌能量的 部分有机物；回流的硝化液还补充部分溶解氧；进一步的，缺氧池103内设 置搅拌装置进行搅拌，使污水与反硝化菌充分混合。
40.经过缺氧池处理的污水进入好氧池，好氧池在设定的工作条件下，通过 设置较大的池体体积、溶解氧，以及控制水力停留时间，促使污水中的氨氮 在硝化菌的作用下进行不完全的硝化反应产生大量的亚硝态氮和少量的硝态 氮，以去除污水中的部分有机物、氨氮；
41.经过好氧池处理的污水一部分回流至厌氧池，回流液中的亚硝态氮参与 厌氧池厌氧氨氧化反应，另一部分进入污泥沉淀池进行污泥沉淀，沉淀污泥 后的出水进入曝气生物滤池进行进一步深度净化处理，沉淀的污泥外排进行 后续污泥处理；
42.曝气生物滤池结构与好氧池相似，其内具有过滤层，可进一步去除悬浮 物，曝气生物滤池与好氧池相比设置更大的曝气量、溶氧量以及填充更多的 悬浮生物填料，以进行彻底的硝化反应，具体的，在硝化菌的作用下，污水 中经过前述处理剩余的氮元素进行彻底的硝化反应转化为硝态氮，去除污水 中剩余的氮元素和剩余的有机物；然后一部分硝化液经硝态氮回流管路回流 至缺氧池参与反硝化反应脱氮，另一部分出水直接外排。
43.本发明通过设置好氧池和曝气生物滤池，并通过调整好氧池水力停留时 间、溶氧量和曝气量等条件，促进进行不完全的硝化反应产生亚硝态氮，然 后部分回流至厌氧池，发生厌氧氨氧化反应产生氮气，厌氧氨氧化反应可消 耗co2，节省外加碳源用量，同时可有效脱氮，通过提高曝气生物滤池的溶 氧量等条件，促进进行彻底的硝化反应产生硝态氮，回流至缺氧池参与反硝 化脱氮。
44.综上所述，本发明设置两组硝化液交叉回流，其中亚硝态氮回流到厌氧 池参与厌氧氨氧化，在减少碳源消耗的情况下脱氮，硝态氮回流到缺氧池参 与反硝化脱氮，进一步降低污水含氮量，可适用于低碳氮比生活污水处理， 提高生活污水处理效率，保证污水达标排放。
45.另外，本技术将厌氧氨氧化阶段居于污水处理最前端，是由于厌氧氨氧 化实际过程条件较为苛刻，较难控制和发生，因此通常工程实践的实际运行 效果较差，并且厌氧氨氧化的发生，通常需要有短程反应硝态氮的发生，若 将厌氧氨氧化置于反硝化阶段之后，可保证当反硝化阶段去除硝态氮反应为 氮气不彻底时，厌氧氨氧化可将未反应的硝态氮进行反应处理转化为氮气， 从而确保总氮的去除效果，这样设置可依靠反硝化阶段去除总氮，将厌氧氨 氧化作为末段保障脱氮彻底，但实际生产中往往存在厌氧氨氧化较难控制的 技术问题，将厌氧氨氧化后置并不稳妥，存在其污水处理过程总氮处理超标 的风险。而本发明将厌氧氨氧化反应阶段置于反硝化反应阶段之前，既充分 发挥厌氧氨氧化的作用(因为厌氧氨氧化反应若能发生，则其在去除污水污 染物的过程是最经济和高效的)，又可通过末端易于实现和控制的反硝化，确 保最终本技术低碳氮比的水质情况下总氮的去除率和达标。
46.优选的，生物膜载体102包括中心骨架以及位于骨架上且向外不规则放 射的纤维丝，形成直径为0.3m的柱状结构，纤维丝可采用聚丙烯腈或聚酯 纤维螺旋编织而成。进一步的，生物膜载体102由池顶的钢条悬挂固定于厌 氧池内。
47.优选的，如图2所示，悬浮生物填料105为中空双层网状球体，采用聚 丙烯注塑而成，主要起生物膜载体的作用，同时兼有截留悬浮物的作用，具 有生物附着力强、比表面积大、孔隙率高的特点，可自由悬浮于池体内。
48.污泥沉淀池上设有加药装置107，用于向污泥沉淀池内添加沉淀药剂， 促进污泥沉淀，沉淀药剂可采用沉淀效果较好的复合铝铁药剂。
49.优选的，厌氧池溶解氧小于0.2mg/l，缺氧池溶解氧小于0.5mg/l，保证 厌氧池和缺氧池分别处于严格的厌氧和缺氧环境。
50.优选的，厌氧池水力停留时间为4～8h，缺氧池水力停留时间为4～6h， 使水力停留时间与池体体积相适应，发挥最佳的处理效果。
51.优选的，好氧池的回流比为200～500％，曝气生物滤池的回流比为 100～300％，适宜的回流比有利于提高脱氮效率。
52.另外，由于篇幅所限，且由于本技术未公开的其他技术如污水中磷元素 的去除采用常规技术即可，本技术不在赘述。
53.实施例1
54.某待处理污水，经过如图1所示的一体化装置进行污水处理，该实施例 中厌氧池、缺氧池和好氧池的体积为2:1:3，厌氧池溶解氧为0.1mg/l，水力 停留时间为8h，缺氧池溶解氧为0.4mg/l，水力停留时间为5h；好氧池工作 条件设置为：悬浮生物填料填充量为20％，溶解氧设置为1.0mg/l，水力停 留时间控制在15h，回流比为300％；曝气生物滤池工作条件设置为：悬浮生 物填料填充量为40％，溶解氧为3mg/l，水力停留时间为3h，回流比为200％。
55.待处理污水首先进入厌氧池与好氧池回流的亚硝态氮进行厌氧氨氧化反 应脱氮，然后进入缺氧池与曝气生物滤池回流的硝态氮进行反硝化反应进一 步脱氮，再进入好氧池，在限定工作条件下进行不完全的硝化反应生成亚硝 态氮，去除部分cod，最后经污泥沉淀池沉淀污泥后，进入曝气生物滤池进 行深度净化处理，在限定工作条件下进行彻底的硝化反应生成硝态氮，去除 剩余的氮、cod，出水符合污水排放标准，可直接外排。经过本发明提供的 处理装置处理后污水中总氮去除率达89.7％，出水总氮稳定低于15mg/l，处 理前后的进出水水质情况如表1所示：
56.表1
[0057][0058]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变 体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品 或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是 还包括为这种过程、方法、物品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的 情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在
包括该要素的过 程、方法、物品或者系统中还存在另外的相同要素。
[0059]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。