一种高效脱氮的两级污水处理装置

1.本实用新型属于污水处理技术领域，具体涉及一种高效脱氮的两级污水处理装置。


背景技术：

2.随着全球经济的迅速发展和城市规模的不断扩大，通过生活、生产而排放的污染物对水环境的污染也越来越严重，其中不同来源的含氮化合物已经成为影响水体水质的重要因素，也成为水体富营养化的重要原因。
3.目前，利用硝化和反硝化去除污水中的氮素污染物是普遍采用的生物脱氮方式，该过程通过微生物的作用将污水中不同形态的氮素污染物转化成气态氮排出系统而实现脱氮，主流工艺包括活性污泥法和生物膜法两大类。随着时间的发展，传统活性污泥法硝化反硝化生物脱氮工艺的缺点逐渐凸显出来，比如：工艺流程中通常需要同步进行污泥回流和硝化液回流，从而保持反应器内较高的微生物浓度，因而运行花费和动力消耗会大幅增加；将氨氮氧化的硝化过程需要在有氧条件下进行，在此期间需要消耗大量的氧气；反硝化反应阶段需要补充碳源，否则脱氮效率将难以提升，与此同时碳源的投加也增加了运行成本。传统生物膜法硝化反硝化生物脱氮工艺对氧气和碳源也同样有着较高的要求，当供氧量和碳源不充足时，硝化反硝化效率均会有所降低，导致最终的污水脱氮效果不佳。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术，本实用新型提供一种高效脱氮的两级污水处理装置，用以解决传统脱氮工艺耗氧量大，需要补充碳源，硝化反硝化效率低，运行成本高的问题。
5.为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：提供一种高效脱氮的两级污水处理装置，包括进水箱、反应池一、集水箱、反应池二、集气箱和排水箱；反应池一上端设有进水口一，内部上方设有滗水器，底部设有微孔气泡盘，下端设有排泥口，所述微孔气泡盘通过管道与所述反应池一外的鼓风机连接；进水箱、反应池一、集水箱、反应池二、排水箱顺次连接，集气箱位于反应池二一侧；进水箱通过管道与反应池一左侧上方的进水口一连接，集水箱通过管道与滗水器连接，集水箱通过管道与反应池二底部的进水口二连接，排水箱通过管道与反应池二上部外侧的排水口连接，集气箱通过管道与反应池二上方的排气口连接。
6.本实用采取上述技术方案的有益效果是：在反应池一内，通过活性污泥的吸附作用和微生物的新陈代谢作用，可以去除大部分的有机物和一部分的氮、磷污染物。反应池一内的活性污泥维持在亚硝化状态，氨氮通过短程硝化来进行转换，该过程中氨氮的氧化基本停留在亚硝化阶段，即大部分氨氮转化成亚硝态氮后，不再进一步氧化为硝态氮，氨氮去除率和亚硝态氮积累率均能达到90％以上，因此出水中的氮素污染物形态以亚硝态氮为主。在反应池二内，通过滤料的过滤、截留、吸附作用和滤料上生物膜中微生物的新陈代谢作用，污水中的有机物、氮、磷等污染物被进一步去除。由于滤料层内的滤料接种了反硝化
活性污泥，因而具有良好的反硝化功能。当含有亚硝态氮的污水进入滤料层后，亚硝态氮可被滤料层内的反硝化菌充分利用，通过反硝化作用还原为气态氮，同时有机物也被作为碳源消耗而进一步得以去除。反应池一内部的滗水器可用于排出处理后的干净的水，微孔气泡盘可提高氧气的利用率，鼓风机可用来控制反应池一内氧气含量。
7.在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。
8.进一步，排泥口处设有阀门一。
9.本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：排泥口可用来排出污泥，以维持反应池一内亚硝化活性污泥的浓度。
10.进一步，反应池一内接种有悬浮固体浓度为3000～5000mg/l的亚硝化活性污泥，亚硝化活性污泥的厚度占反应池一高度的1/3～1/2。
11.本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：通过亚硝化活性污泥进行短程硝化作用将氨氮转化成亚硝态氮，相比传统硝化反应，可有效减少耗氧量，降低对氧气的需求。
12.进一步，反应池二由下往上依次设有碎石层一、滤料层、碎石层二、储水层，储水层顶部设有排气口，侧壁设有排水口。
13.本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：污水从下往上依次经过碎石层一、滤料层、碎石层二到达储水层，通过滤料的过滤、截留、吸附作用和滤料上生物膜中微生物的新陈代谢作用，污水中的有机物、氮、磷等污染物被进一步去除。
14.进一步，碎石层一、碎石层二均采用粒径为0.5～1.5cm的碎石进行填充，高度均为3～10cm。
15.本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：采用碎石进行填充，可过滤截留污水中的固体小颗粒。
16.进一步，滤料层填充有粒径为0.1～0.5mm的接种了悬浮固体浓度为4000～6000mg/l的反硝化活性污泥的细河砂，高度为50～150cm。
17.本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：滤料层内的滤料在填充前采用悬浮固体浓度为4000～6000mg/l的反硝化活性污泥进行接种，使其具有良好的反硝化功能。
18.进一步，储水层的高度为10～50cm。
19.本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：通过控制储水层的高度，使污水得到充分处理后能及时排出进入排水箱。
20.进一步，进水箱与进水口一连接的管道上设有计量泵一和定时器一，滗水器与集水箱连接的管道上设有阀门二，集水箱进水口二连接的管道上设有计量泵二和定时器二。
21.本实用采取上述进一步技术方案的有益效果是：计量泵一和定时器一能有效控制进水箱流入反应池一的污水流量，使污水在反应池一中得到更充分的处理。阀门二能有效控制反应池一内经处理的污水及时排入集水箱中。计量泵二和定时器二能有效控制集水箱中污水进入反应池二的流量，使污水在反应池二中得到更充分的处理。
22.本实用新型的有益效果是：
23.(1)脱氮效果好：反应池一通过短程硝化作用将氨氮转化成亚硝态氮，反应池二再将亚硝态氮通过反硝化作用还原为气态氮，整个过程串联起来构成了完整的短程硝化反硝化，相比传统全程硝化反硝化，在不额外添加有机碳源的情况下具有更高的脱氮效率。
24.(2)运行成本低：短程硝化只需要将氨氮氧化至亚硝态氮阶段，相比将其氧化成硝态氮可节约25％的氧耗；反硝化阶段将亚硝态氮还原为气态氮相比将硝态氮还原为气态氮减少了40％的有机碳消耗；亚硝态氮的还原速率也快于硝态氮的还原速率，可缩短反应时间，减小反应装置的容积；此外，无需污泥回流和硝化液回流，进而节省实际基建投资，使运行成本大幅降低。
25.(3)可同时除碳除磷：反应池一通过活性污泥的吸附作用吸附污水中的有机物和磷素污染物，再通过异养微生物消耗有机物，通过同化作用消耗磷素污染物，污水进入反应池二后，残余的有机物和磷进一步被滤料吸附和截留，再被滤料上生物膜中的各类微生物降解或转化，因此本实用新型除具有良好的脱氮功能外，还具有良好的除碳除磷功能。
附图说明
26.图1为本实用新型的结构示意图；
27.其中，1、进水箱；2、反应池一；3、集水箱；4、反应池二；5、集气箱；6、排水箱；7、进水口一；8、滗水器；9、微孔气泡盘；10、鼓风机；11、排泥口；12、阀门一；13、计量泵一；14、定时器一；15、阀门二；16、进水口二；17、碎石层一；18、滤料层；19、碎石层二；20、储水层；21、计量泵二；22、定时器二；23、排气口；24、排水口。
具体实施方式
28.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
29.本实用新型的实施例中，如图1所示，提供一种高效脱氮的两级污水处理装置，包括进水箱1、反应池一2、集水箱3、反应池二4、集气箱5和排水箱6；进水箱1、反应池一2、集水箱3、反应池二4、排水箱6顺次连接，集气箱5位于反应池二4一侧。反应池一2侧壁上端设有进水口一7，内部上方设有滗水器8，底部设有微孔气泡盘9，侧壁下端设有排泥口11，排泥口11上设有阀门一12，微孔气泡盘9通过管道与反应池一2外的鼓风机10连接；反应池一2内接种有悬浮固体浓度为3000～5000mg/l的亚硝化活性污泥，亚硝化活性污泥的厚度占反应池一2高度的1/3～1/2，反应池一2溶解氧浓度为0.5～1.0mg/l。反应池二4底部设有进水口二16，其内部由下往上依次设有碎石层一17、滤料层18、碎石层二19和储水层20，储水层20上方设有排气口23，侧壁设有排水口24；碎石层一17、碎石层二19均采用粒径为0.5～1.5cm的碎石进行填充，高度均为3～10cm；滤料层18填充有粒径为0.1～0.5mm的接种了悬浮固体浓度为4000～6000mg/l的反硝化活性污泥的细河砂，高度为50～150cm；储水层20的高度为10～50cm。进水箱1通过管道与进水口一7连接，其管道上设有jlm系列电磁隔膜式计量泵一13和ats8-13型定时器一14，集水箱3通过管道与滗水器8连接，其管道上设有阀门二15，集水箱3通过管道与进水口二16连接，其管道上设有jlm系列电磁隔膜式计量泵二21和ats8-13型定时器二22，排水箱6通过管道与排水口24连接，集气箱5通过管道与排气口23连接。
30.使用该高效脱氮的两级污水处理装置时，污水从进水箱1经进水口一7进入反应池一2，通过计量泵一13控制进水水量，通过定时器一14控制进水时间。反应池一2采用序批式运行模式，每天运行2～4个周期，每个周期运行6～12h，具体包括：进水0.25h，曝气4～10h，沉淀1h，排水0.25h，闲置0.5h。曝气运行期间，关闭排泥口11上的阀门一12，打开鼓风机10向微孔气泡盘9鼓入空气，产生微小气泡，维持反应池一2内的溶解氧浓度为0.5～1.0mg/l，
曝气结束后，停止进水，关闭鼓风机10，微孔气泡盘9停止产生微小气泡，进入沉淀阶段。沉淀结束后，打开阀门二15，反应池一2内的上清液从滗水器8排入集水箱3，待上清液全部流出后，打开排泥口11上的阀门一12排泥，以维持反应池一2内亚硝化活性污泥的浓度为3000～5000mg/l。集水箱3内的污水再经进水口二16进入反应池二4，通过计量泵二21控制进水水量，通过定时器二22控制进水时间。反应池二4采用连续式运行模式，水力负荷为0.5～1.5m/d。污水由下往上依次流经碎石层一17、滤料层18、碎石层二19、储水层20，产生的气体由储水层20上方的排气口23进入集气箱5，上清液由储水层20外侧的排水口24进入排水箱6。
31.实施例
32.一种高效脱氮的两级污水处理装置，包括进水箱1、反应池一2、集水箱3、反应池二4、集气箱5和排水箱6；进水箱1、反应池一2、集水箱3、反应池二4、排水箱6从左到右依次排列设置，且依次连接，集气箱5位于反应池二4一侧。反应池一2左侧上方设有进水口一7，内部上方设有滗水器8，底部设有微孔气泡盘9，右侧下方设有排泥口11，排泥口11处设有阀门一12，微孔气泡盘9通过管道与反应池一2外的鼓风机10连接；反应池一2内接种有悬浮固体浓度为4000mg/l的亚硝化活性污泥，反应池一2溶解氧浓度为1.0mg/l。反应池二4底部设有进水口二16，由下往上依次设有碎石层一17、滤料层18、碎石层二19、储水层20，储水层20上方设有排气口23，右侧设有排水口24；碎石层一17、碎石层二19均采用粒径为1.0cm的碎石进行填充，高度均为5cm；滤料层18采用粒径为0.3mm的接种了悬浮固体浓度为5000mg/l的反硝化活性污泥的细河砂进行填充，高度为100cm；储水层20的高度为20cm。进水箱1通过管道与进水口一7连接，其管道上设有jlm系列电磁隔膜式计量泵一13和ats8-13型定时器一14，集水箱3通过管道与滗水器8连接，其管道上设有阀门二15，集水箱3通过管道与进水口二16连接，其管道上设有jlm系列电磁隔膜式计量泵二21和ats8-13型定时器二22，排水箱6通过管道与排水口24连接，集气箱5通过管道与排气口23连接。
33.使用该实施例的装置处理污水时，污水从进水箱1经进水口一7进入反应池一2，通过计量泵一13控制进水水量，通过定时器一14控制进水时间。反应池一2采用序批式运行模式，反应池一2每天运行3个周期，每个周期运行8小时，具体包括：进水0.25h，曝气6h，沉淀1h，排水0.25h，闲置0.5h。曝气运行期间，关闭排泥口11上的阀门一12，打开鼓风机10向微孔气泡盘9鼓入空气，产生微小气泡，维持反应池一2内的溶解氧浓度为1.0mg/l，曝气结束后，停止进水，关闭鼓风机10，微孔气泡盘9停止产生微小气泡，进入沉淀阶段。沉淀结束后，打开阀门二15，反应池一2内的上清液从滗水器8排入集水箱3，待上清液全部流出后，打开排泥口11上的阀门一12排泥，以维持反应池一2内亚硝化活性污泥的浓度为4000mg/l。集水箱3内的污水再经进水口二16进入反应池二4。反应池二4采用连续式运行模式，水力负荷为1.0m/d。污水由下往上依次流经碎石层一17、滤料层18、碎石层二19、储水层20，产生的气体由储水层20上方的排气口23进入集气箱5，上清液由储水层20外侧的排水口24进入排水箱6。
34.采用成都市郫都区某农户化粪池的实际生活污水进行处理，处理水量为90l/d，原污水经初步预处理去除较大漂浮物、悬浮物后，送入进水箱1内。运行期间测得进水箱1内污水的化学需氧量(cod
cr
)、五日生化需氧量(bod5)、氨氮(nh
4+-n)、总氮(tn)、总磷(tp)的质量浓度范围分别为120.7～270.4mg/l、89.1～186.5mg/l、32.5～51.4mg/l、40.6～59.3mg/l、
2.8～5.3mg/l，运行期间环境温度为(25
±
5)℃时，成功启动装置后，共稳定运行70d。每天从排水箱6取水进行检测，检测结果表明，出水cod
cr
、bod5、nh
4+-n、tn、tp的质量浓度范围分别为10.1～21.9mg/l、1.9～3.5mg/l、0.3～1.1mg/l、1.8～3.2mg/l、0.15～0.23mg/l，cod
cr
、bod5、nh
4+-n、tn、tp的平均去除率分别可达到92.1％、98.1％、98.6％、95.3％、95.1％。经本装置处理后，出水各项水质指标均优于《城镇污水处理厂污染物排放标准(gb 18918-2002)》一级a标准，可达到《四川省岷江、沱江流域水污染物排放标准(db 51/2311-2016)》，即cod
cr
≤30mg/l、bod5≤6mg/l、nh
4+-n≤1.5mg/l、tn≤10mg/l、tp≤0.3mg/l。
35.虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。