一种污泥颗粒成核同步脱氮除磷一体化装置及控制方法

1.本发明涉及城市污水处理领域，具体的是一种污泥颗粒成核同步脱氮除磷一体化装置及控制方法。


背景技术：

2.随着社会发展，对污水处理的要求也逐渐增高。目前传统的脱氮除磷工艺虽能具有一定的处理效果，但是也有其难以克服的缺点。
3.(1)出水水质难以保证。脱氮和除磷对泥龄，好氧停留时间时间的要求相反。聚磷菌厌氧释磷时因受硝酸盐影响，释磷效果不好，导致聚磷菌吸磷效果不好，导致脱氮除磷效果不理想。
4.(2)碳源消耗量过大。传统污水处理工艺常采用厌氧硝化好氧反硝化除氮，释磷吸磷的方式除磷，污水与从好氧池回流的污泥进入厌氧池除磷反应消耗碳源，然后进入缺氧池，而池中反硝化细菌需以有机物为碳源进行反硝化反应，因此常需向厌氧池中投入大量碳源来维持反应正常运行。并且，前期预处理除磷，在混凝沉淀过程，大量碳源被沉淀而无法正常参加污水处理过程，因此前置除磷工艺常需要后期投入大量碳源。大量碳源投加造成cod偏高，难以保证出水水质。
5.(3)产泥量大。申请专利号201910520371.5提出了一种pva生物膜处理城镇污水减泥脱氮的方法，通过pva生物膜筛选微生物成膜，减少多余微生物及相应代谢产物以减少产泥量。但是，该方法较低的产泥量不利于磷的去除。因此，设计一种碳源投加量少、产泥量低且处理高效的装置是迫在眉睫的。
6.(4)水污泥回流动力成本高。申请号202010696013.2提出了一种连续流测流污泥发酵同步脱氮除磷的装置和方法，该工艺虽然采取发酵污泥来减少产泥量，但是在污水处理过程中，设置了大量污泥回流泵，硝化液回流泵来推动污水的流动与污泥回流，增加运行费用且浪费能源。
7.(5)占地面积大。社会城市化建设的进程不断加快，城市用地不断增多，土地资源日渐紧张。而传统污水处理系统往往需要在同一平面内设置厌氧池、缺氧池、好氧池、二沉池等污水处理构建物，这已不适用于用地紧张的大背景下。


技术实现要素：

8.为解决上述背景技术中提到的不足，本发明的目的在于提供一种污泥颗粒成核同步脱氮除磷一体化装置及控制方法。
9.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
10.一种污泥颗粒成核同步脱氮除磷一体化装置，包括箱体，所述箱体内由下而上分别设置有厌氧混凝区、好氧反应区、沉淀区、排泥区、搅拌装置；
11.所述厌氧混凝区底部设有压力传感器，厌氧混凝和好氧反应区之间设置有第一隔板，第一隔板的一端的上方设置有进风管道，进风管道连接第一曝气头与第二曝气头，第一
曝气头朝向正上方，第二曝气头朝向第一隔板；
12.所述好氧反应区内设有第二隔板，所述第二隔板一端连接至箱体顶部，第二隔板的另一端倾斜向下连接至箱体侧壁，倾斜角度为50
°‑
60
°
；
13.所述好氧反应区和沉淀区之间设置有第三隔板，第三隔板连接至箱体的顶部中段，第三隔板的另一端倾斜朝下，倾斜角度为50
°‑
60
°
，第三隔板连接至箱体顶部的一端的板面上设置有出水小口；
14.所述箱体内设置有第四隔板，第四隔板与第三隔板倾斜向下的一端相连并垂直向下连接至第一隔板倾斜向下的一端，第四隔板将箱体的侧壁与厌氧混凝区、好氧反应区隔开形成一条由沉淀区直通箱体底部的通道；
15.所述箱体的侧壁底部开口作为装置的进水口和加药入口，箱体侧壁顶端开口为出水口，厌氧混凝区右侧设置有排泥区，排泥区处设有阀门，排泥区通道内设置有刮泥设备；
16.所述箱体还包括自动控制器，进水泵、加药泵、进水阀门、止回阀、加药阀门、自动阀门、鼓风阀门、压力传感器均与自动控制器连接，由自动控制器控制；
17.所述箱体的底部一侧设置有进水管道、鼓风机与加药罐，进水管道通过所述进水泵、进水阀门、止回泵与进水口相连，鼓风机通过鼓风阀门与进风管道相连，加药罐通过加药泵、加药阀门与进药口相连，出水管道连接有水质分析仪。
18.进一步地，所述厌氧混凝区、好氧反应区和沉淀区三者的体积比为1：10：1。
19.进一步地，所述搅拌装置设置在箱体的顶部，搅拌装置包括搅拌杆，搅拌杆由箱体顶部直通到箱体底部，搅拌杆的表面设置有第一搅拌扇叶、第二搅拌扇叶、第三搅拌扇叶、第四搅拌扇叶、第五搅拌扇叶、第六搅拌扇叶，第一搅拌扇叶设置于厌氧混凝区内，第二搅拌扇叶、第三搅拌扇叶、第四搅拌扇叶、第五搅拌扇叶、第六搅拌扇叶设置于好氧反应区内。
20.进一步地，所述第一隔板的一端连接至箱体的侧壁，第一隔板的另一端倾斜向下，倾斜角度为7
°‑
12
°
，第一隔板连接至侧壁的一端的板面上设置有三排出水小口，第一隔板倾斜向下的一端的上方设置有进风管道。
21.进一步地，所述箱体与进水口之间设有流量计，所述鼓风机与进风管道之间设有进风流量计，所述加药罐与加药入口之间设有流量计。
22.一种污泥颗粒成核同步脱氮除磷的方法，由上述装置执行，包括以下步骤：
23.s1、污水通过进水口首先进入到厌氧混凝区，同时从沉淀区自动驱回流的污泥也进入到厌氧混凝区，药剂通过进药口并入进水口送至箱体，进药流量控制在0.1-0.15l/h，利用搅拌装置搅拌，使污水和污泥呈流化状态，流化状态的水的水力停留时间为1h，污水与药品进行混凝反应，微生物絮体形成颗粒，使得污泥成核，并因重量增加而沉降，同时，底端化学除磷剂进行了对原水中p的去除，与对微生物厌氧释磷时产生的p的去除，然后通过出水小口进入到好氧反应区；
24.s2、污水由厌氧混凝区进入到好氧反应区，此时的水力停留时间为10h；在曝气装置的曝气动力，第二搅拌扇叶、第三搅拌扇叶、第四搅拌扇叶、第五搅拌扇叶、第六搅拌扇叶的搅拌作用和第二隔板的阻挡作用下，整个区域污水呈流化状态；通过搅拌扇叶搅动，外加曝气装置与隔板的作用，使得好氧反应区内呈现上部清水区，下部浑浊区的双缺氧-好氧区；
25.处理完的污泥一部分过第一隔板上的出水小口进入到厌氧混凝区，还有一部分通
过内循环，利用重力作用再次进行脱氮除磷过程；
26.s3、污水从好氧反应区由第三隔板的出水小口进入到沉淀区，此时水流不湍急，在第三隔板的作用下，污水在沉淀区完成泥水分离，澄清水从上部区域通过出水口流出，成核污泥利用重力作用通过通道至厌氧混凝区，当压力传感器数值达到设定值时，信号传递到自动控制器，此时首先进水泵、加药泵关闭，然后进水阀门、加药阀门、鼓风阀门关闭，然后自动化阀门打开，启动刮泥设备，利用水压和水流冲力从排泥区进行排泥，排泥周期为10d；
27.s4、水质分析仪实时监测出水，若出水p高于0.5mg/l，信息传递到自动控制器，根据p浓度调节加药罐除磷药剂的加药流量；
28.若出水氨氮高于4mg/l，信息传递到自动控制器，根据氨氮浓度调节鼓风机的进风流量大小；
29.当压力传感器数值达到设定值时，进行排泥。
30.进一步地，所述第二出水小口的直径为1-2cm，三排第一出水小口彼此间间隔为0.2-0.5cm。
31.本发明的有益效果：
32.1、本发明通过污泥成核后形成一个内部缺氧外部好养的环境，好氧硝化缺氧反硝化去除氮，厌氧释磷好氧吸磷去除磷，同时活性污泥会消耗有机物，且会吸附一部分悬浮物；本装置采用垂向式的自然动力下的污泥回流和排泥，省去二沉池等一系列装置，也不需要动力(无需污泥回流泵)，不仅占地面积小，而且节约工艺的运行成本；
33.2、本发明利用一个搅拌装置，从而减少了投资成本和运行费用,而且每一个小室内呈现完全混合式流态；构建升流式的模式，使水流在挡板的作用下呈流化状态，有效提高泥水的接触时间；
34.3、本发明通过减少fe的投入量，无需碳源的投加，产泥量低，节约成本，节约资源；
35.4、本发明通过多搅拌扇叶装置，使污水与药品充分反应，增强混凝效果，省时高效；同时，搅拌装置作为提升泵，降低设置其他设施所用成本。
附图说明
36.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
37.图1是本发明整体结构示意图。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
39.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“开孔”、“上”、“下”、“厚度”、“顶”、“中”、“长度”、“内”、“四周”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件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发明的限制。
40.一种污泥颗粒成核同步脱氮除磷一体化装置，如图1所示，包含如下几个部分：污
水处理系统、自控系统和加药系统。其中，废水进入污水处理系统，污水处理系统依次为厌氧混凝区1、好氧反应区2、沉淀区3、排泥区4，加药系统可添加除磷药剂至厌氧混凝区1，经由沉淀区3沉淀后，在排泥区4排出。
41.1)污水处理系统，包括污水处理装置，装置内由下而上分别设置有厌氧混凝区1、好氧反应区2、沉淀区3、排泥区4。在厌氧混凝区1和好氧反应区2之间设置有第一隔板，第一隔板的一端连接至箱体的侧壁，另一端倾斜向下，倾斜角度为7
°‑
12
°
；
42.第一隔板连接至侧壁的一端的板面上设置有三排出水小口6a；第一隔板倾斜向下的一端的上方设置有进风管道；进风管道连接两个曝气头8a、8b；
43.好氧反应区2内设有第二隔板，第二隔板一端连接至箱体顶部，另一端倾斜向下连接至箱体侧壁，倾斜角度为50
°‑
60
°
；
44.好氧反应区2和沉淀区3之间设置有第三隔板；第三隔板连接至箱体的顶部，另一端倾斜朝下，倾斜角度为50
°‑
60
°
；第三隔板连接至箱体顶部的一端的板面上设置有出水小口6b；
45.箱体内设置有第四隔板，第四隔板与第三隔板倾斜向下的一端相连，并垂直向下连接至第一隔板倾斜向下的一端；第四隔板将箱体的侧壁与厌氧混凝区1、好氧反应区2隔开形成一条由沉淀区3直通箱体底部的通道；箱体的侧壁底部开口设有装置的进水口和加药入口；箱体侧壁顶端开口为出水口；厌氧混凝区1右侧设置有排泥区4。
46.厌氧混凝区1、好氧反应区2、沉淀区3三者的体积比为1：10：1。
47.厌氧混凝区1，包括第一搅拌扇叶7a、压力传感器9。
48.第一搅拌扇叶7a的半径为600mm，以加快水流流速，提高药剂混合率，并利用搅拌产生的冲力，促进排泥，减少底部淤泥的堆积。
49.压力传感装置9位于厌氧混凝区1底部，实施监控并传输数据于终端，以根据压力大小控制排泥。
50.好氧反应区2包括搅拌装置5、曝气装置、出水口、第一隔板、第二隔板、第三隔板、第四隔板。
51.搅拌装置5包括搅拌杆，搅拌杆由装置顶部直通到箱体底部，搅拌杆设置有第一、第二、第三、第四、第五、第六搅拌扇叶7a、7b、7c、7d、7e、7f，第一搅拌扇叶7a设置于厌氧混凝区1内，第二、第三、第四、第五、第六搅拌扇叶7b、7c、7d、7e、7f设置于好氧反应区2内。
52.扇叶之间间距9-10cm，固定于搅拌杆上，于箱体中央依次排开,转速控制在150-200r/min。五对搅拌扇叶同时运转，以加快进程，增大药剂混合率；同时，搅拌装置作为提升泵使用，降低设置其他设施所用成本；除此以外，通过搅拌装置5搅动，外加曝气装置与隔板的作用，使得好氧反应区2内大体形成中部缺氧，外部好氧的双缺氧-好氧区域。
53.第三、第四搅拌扇叶，较其他搅拌扇叶半径大2-3cm，以提高药剂混合率，提升混合速率，增强处理效果，有效解决药剂混合不均等问题。
54.第五、第六搅拌扇叶半径较小，防止搅散成核的污泥，使得好氧反应区内形成上部清水区，下部浑浊区的状态。
55.曝气装置包括两个曝气头8a8b、鼓风机19、鼓风阀门20、进风流量计21。第一曝气头8a朝向正上方，第二曝气头8b朝向第一隔板。曝气装置，达到搅拌液体，加速空气中氧向液体中转移的效果，完成充氧；有效防止池内悬浮体下沉，提高药剂混合率，避免小室内污
泥和药剂堆积。第一曝气头8a朝向正上方，第二曝气头8b朝向第一隔板，两曝气装置，外加隔板的作用，使得污水在好氧反应区2内形成内循环系统。
56.出水小口6b直径为1-2cm，三排出水小口6a彼此间间隔为0.2-0.5cm。
57.排泥区4包括自动阀门10、刮泥设备11。
58.2)加药系统的加药入口在进水口上方，进风管道与鼓风机19相连，加药入口与加药罐22相连。进药流量控制在0.1-0.15l/h。
59.3)自控系统包括控制加药，搅拌强度、曝气强度、排泥。自动控制器25通过与进水阀门16、流量计、止回阀18相连控制进水；通过与加药罐22、加药泵23、加药阀门24、流量计相连控制加药；通过与鼓风机19、鼓风阀门20、进风流量计21相连控制曝气强度；通过与搅拌装置5相连控制搅拌强度；通过与压力传感器9和自动阀门10相连控制排泥。
60.一种污泥颗粒成核同步脱氮除磷方法，采用一种污泥颗粒成核同步脱氮除磷一体化装置进行处理，包括以下步骤：
61.污水由下到上的进水方式首先进入到厌氧混凝区1，同时从沉淀区3自动驱回流的污泥也进入到厌氧混凝区1。向装置进药，而进药流量控制在0.1-0.15l/h。利用第一搅拌扇叶7a的搅拌，使污水和污泥呈流化状态，并与药品充分反应，完成混凝过程。流化状态的水的水力停留时间为1h，污泥浓度为2200-2500ml/l。流化后的处理水通过倾斜设置的第一隔板上的三排出水小口6a进入到好氧反应区2。
62.污水再由厌氧混凝区1进入到好氧反应区2，此时的水力停留时间为10h，污泥浓度为3000-3500ml/l。在曝气装置的曝气动力，第二、第三、第四、第五、第六搅拌扇叶的搅拌作用和第二隔板、第三隔板的阻挡作用下，整个区域污水呈流化状态。搅拌装置处do为0.7-1.2mg/l，装置边缘区域do为2-4
±
0.5mg/l。处理完的污泥一部分过第一隔板上的出水小口进入到厌氧混凝区1，还有一部分通过内循环，利用重力作用再次在好氧反应区2进行脱氮除磷反应。
63.污水从好氧反应区2由第三隔板上的出水小口进入到沉淀区3，此时水流不湍急，在第三隔板的作用下，污水在沉淀区3完成泥水分离，澄清水从上部区域通过出水口流出，成核污泥利用重力作用通过通道至厌氧混凝区1，进水入口、加药入口关闭，数值自动阀门10打开，从排泥区4进行排泥，排泥周期控制在10d左右。
64.一种污泥颗粒成核同步脱氮除磷一体化系统，水质分析仪26实时监测出水，若出水p高于0.5mg/l，增加除磷药剂的加药流量，加大搅拌强度；若出水氨氮高于4mg/l，增大进风流量；当压力传感器数值达到设定值时，进行排泥。
65.针对传统污水处理厂存在的问题，本研究设计了一个中试试验，装置是长30cm,宽20cm，高50cm的有机长方体，由下往上分别设置为厌氧混凝区，好氧反应区，沉淀区，利用隔板控制三者的体积比为1；10:1,即厌氧混凝区2.5l,好氧反应区25l和沉淀区2.5l。
66.进水水质为ss＝100-150mg/l，总磷(tp)＝1-3mg/l,总氮(tn)＝10-20mg/l
67.混凝后，污水同从沉淀区由重力作用自回流过来的污泥一同进入厌氧混凝区，在搅拌器的作用下，污泥和水充分混合并呈循环往复的流态，本反应区的主要功能与药品混合，进行长时间反应和混凝。随后，污水进入好氧反应区，进行充分的好氧硝化缺氧反硝化去除氮，厌氧释磷好氧吸磷去除磷的过程。污泥在隔板上沉淀后一部分回流到厌氧混凝区，一部分作为剩余污泥排放。
68.经过处理之后，ss为5-10mg/l，总磷(tp)为0.2-0.5mg/l，总氮(tn)为3-5mg/l。
69.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
70.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。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。