一种用于高硬度、高有机物的含氮污水处理系统及方法与流程

1.本发明涉及工业废水处理技术领域，具体涉及一种用于高硬度、高有机物的含氮污水处理系统及方法。


背景技术：

2.污水包括生活污水、工厂废水、矿井水等，形式多种多样，不同污水中的有机元素、无机元素等分子物质的含量差异较大，对不同污水的治理方式存在一定的差异，需因地制宜。
3.针对目前高硬度溶解性固体(硬度可达1000mg/l)、高有机物(以cod(化学需氧量)表示可达3500mg/l)、高氨氮(氨氮浓度可达4000mg/l)的污水处理问题，为了达到出水排放或中水回用的标准，深度处理往往需采用膜处理系统(mbr)进行过滤，因而需先将进水硬度降至200mg/l以下；为了保证有机物和氨氮的去除效果，需采用高效曝气充氧装置，使生化系统中的好氧细菌能够充分降解有机物，硝化反应能够充分进行。
4.为了提高有机物和氨氮去除率，常用的曝气充氧装置往往设置能耗高的回流泵实现好氧池中水体的大回流，以及通过高功率风机增加曝气量等，以上曝气充氧系统具有设备成本高和能耗高的缺点。另外，对于现有的a/o工艺法(缺氧好氧工艺)，好氧池回流至缺氧池是通过回流泵进行抽水回流，成本和能耗较高。因此，开发一种节能且高效的高硬度、高有机物的含氮废水处理系统具有重要意义。


技术实现要素：

5.(一)要解决的技术问题
6.鉴于现有技术的上述缺点和不足，本发明提供一种用于高硬度、高有机物的含氮污水处理系统及方法，其解决了现有的曝气充氧系统能耗高的技术问题。
7.(二)技术方案
8.为了达到上述目的，本发明的用于高硬度、高有机物的含氮污水处理系统包括：
9.软化反应单元；
10.缺氧池，所述缺氧池的进水管与所述软化反应单元连通；
11.好氧池，所述好氧池与所述缺氧池的出水管连通，且所述缺氧池的出水管上设置有射流曝气装置；所述好氧池还设置有连通所述缺氧池的硝化液回流管；所述好氧池内的液位高于所述缺氧池内的液位，以使所述好氧池内的硝化液能够在重力作用下回流至所述缺氧池中；
12.精滤单元，所述精滤单元与所述好氧池的出水管连通，所述精滤单元与所述缺氧池之间设置有污泥回流装置；
13.污泥脱水装置，所述污泥脱水装置与所述软化反应单元的排泥管以及所述精滤单元的排泥管连通；所述污泥脱水装置的出水管与所述软化反应单元连通；
14.浓缩液处理装置，所述浓缩液处理装置的进水管与所述精滤单元连通，所述浓缩
液处理装置的出水管与所述软化反应单元连通。
15.可选地，所述射流曝气装置包括鼓风机、射流泵和射流器；所述射流泵的进水管与所述缺氧池的出水管相连通，所述射流泵的出水口与所述射流器的进水管相连通，所述射流器的出水管与所述好氧池的进水管相连通；所述鼓风机的出气管与所述射流器的进气管相连通。
16.可选地，所述缺氧池和所述好氧池内均设有液位计。
17.可选地，所述软化反应单元包括依次连通的调节池、软化反应池和初沉池；所述调节池与所述污泥脱水装置的出水管以及所述浓缩液处理装置的出水管连通；所述软化反应池上设置有加药管；所述初沉池的出水管与所述缺氧池的进水管连通，所述初沉池的排泥管与所述污泥脱水装置的进泥管连通。
18.可选地，所述加药管中投放的软化药剂为工业碳酸钠。
19.可选地，所述精滤单元包括依次连通的二沉池、超滤装置和纳滤装置；所述二沉池进水管与所述好氧池的出水管连通；所述二沉池设置有第一排泥口和第二排泥口，所述第一排泥口与所述污泥回流装置连通，所述第二排泥口与所述污泥脱水装置连通；所述超滤装置的排泥口与所述污泥回流装置连通；所述纳滤装置与所述浓缩液处理装置的进水管连通。
20.可选地，所述污泥回流装置包括第一污泥回流管、第二污泥回流管和污泥回流泵；所述第一污泥回流管将所述缺氧池和所述二沉池连通；所述第二污泥回流管将所述缺氧池和所述超滤装置连通；所述第一污泥回流管和所述第二污泥回流管上均设置有所述污泥回流泵。
21.可选地，所述污泥脱水装置能够将污泥脱水至含水量低于60％后，将干污泥外运填埋处理。
22.可选地，所述硝化液回流管中的硝化液回流量为300％～400％。
23.进一步地，本发明还提供一种用于高硬度、高有机物的含氮污水处理方法，所述用于高硬度、高有机物的含氮污水处理方法基于如上所述的用于高硬度、高有机物的含氮污水处理系统实施，所述含氮污水处理方法包括以下步骤：
24.调质调量及软化处理：将高硬度、高有机物的含氮污水输送至所述软化反应单元，污水经所述软化反应单元收集并调质调量；向所述软化反应单元内投加软化药剂，使硬度离子发生化学反应形成沉淀后进行泥水分离；所述软化反应单元内产生的污泥排入所述污泥脱水装置进行脱水处理，所述软化反应单元内的清液进入所述缺氧池；
25.反硝化脱氮处理：在所述缺氧池中，通过反硝化菌进行反硝化脱氮反应，硝态氮被转化为氮气排出；
26.硝化处理：将所述缺氧池的出水输送至所述射流曝气装置，与所述射流曝气装置的压缩空气充分混合后射流输送至所述好氧池内，含溶解氧的污水在所述好氧池内通过硝化菌进行硝化反应，污水中的氨氮被转化为硝态氮；污水中的有机物降解为二氧化碳和水；
27.同时，所述好氧池的部分硝化液经硝化液回流管回流至所述缺氧池中进行反硝化反应，从而降低污水中的总氮含量；
28.污泥处理：所述好氧池的出水进入所述精滤单元进行泥水分离，所述精滤单元产生的一部分污泥经所述污泥回流装置回流至所述缺氧池内，另一部分污泥排入所述污泥脱
水装置进行脱水处理，脱水后将干污泥外运填埋；所述污泥脱水装置的清液回流至所述软化反应单元；
29.清液过滤处理：将所述精滤单元泥水分离后的清液继续进行多次过滤，过滤的出水达标排放或中水回用；将所述精滤单元过滤后的污泥回流至所述缺氧池内；所述精滤单元内的浓缩液进入浓缩液处理装置处理后回流至所述软化反应单元。
30.(三)有益效果
31.本发明的有益效果是：软化反应单元能够对污水中的高硬度物质进行软化，使得高硬度物质在软化后也能够经mbr膜反应器和精滤单元进行过滤，防止硬度物质堵塞膜孔，从而保证mbr膜和精滤膜的高效稳定运行。
32.射流曝气装置设置于缺氧池的出水管上，相较于现有技术通过风机对整个好氧池进行曝气的方式而言，将射流曝气装置设置于管道上，能够直接对管道内的水流进行曝气，曝气更为充分、高效；且不会像现有的曝气方式一样造成好氧池曝气不充分或曝气过于充分的情形，将射流曝气装置设置于管道上更易于控制好氧池内的曝气量。
33.好氧池内的液位高于缺氧池内的液位，以使好氧池内的硝化液能够在重力作用下回流至缺氧池中，即运用了连通器原理，从而使得好氧池内的水体能够被大气压压入缺氧池内，而无需额外通过回流泵抽水进行大回流，更为节能、经济和实用。
34.本发明的污水处理系统先将污水进行软化，对资源进行合理的利用；再通过射流曝气装置对污水进行充分曝气，提高了好氧池内有机物的去除率和硝化反应的效率，间接提高了缺氧池内反硝化反应的效率，实现对污水中总氮的高效去除；最后通过精滤单元对泥水进行充分分离，水质达标后排放或中水回用，污泥则脱水后填埋，污泥脱水后的上清液回流至软化反应单元继续进行水质的净化，从而减少了污泥填埋时带出的水量，进而保证了达标后排放或中水回用的出水量。本发明的污水处理系统实现了对资源的合理规划与利用，具有运行稳定、出水效果好、经济高效和节能等优点，符合可持续发展的要求。
附图说明
35.图1为本发明的用于高硬度、高有机物的含氮污水处理系统的工艺流程图；
36.图2为本发明的射流曝气装置的结构示意图。
37.【附图标记说明】
38.1：调节池；2：软化反应池；3：初沉池；4：缺氧池；5：好氧池；6：二沉池；7：超滤装置；8：纳滤装置；9：污泥脱水装置；10：浓缩液处理装置；11：射流泵；12：射流器；13：鼓风机；14：硝化液回流管。
具体实施方式
39.为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
40.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
41.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为
指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
42.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；“连接”可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.参见图1，本发明提供一种用于高硬度、高有机物的含氮污水处理系统，用于高硬度、高有机物的含氮污水处理系统包括软化反应单元、缺氧池4、好氧池5、精滤单元、污泥脱水装置9和浓缩液处理装置10。缺氧池4的进水管与软化反应单元连通；好氧池5与缺氧池4的出水管连通，且缺氧池4的出水管上设置有射流曝气装置；好氧池5还设置有连通缺氧池4的硝化液回流管14；好氧池5内的液位高于缺氧池4内的液位，以使好氧池5内的硝化液能够在重力作用下回流至缺氧池4中；精滤单元与好氧池5的出水管连通，精滤单元与缺氧池4之间设置有污泥回流装置；污泥脱水装置9与软化反应单元的排泥管以及精滤单元的排泥管连通；污泥脱水装置9的出水管与软化反应单元连通；浓缩液处理装置10的进水管与精滤单元连通，浓缩液处理装置10的出水管与软化反应单元连通。
44.软化反应单元能够对污水中的高硬度物质进行软化，使得高硬度物质在软化后也能够经生物膜法进行过滤，从而能够使得高硬度物质也能够经mbr膜反应器和精滤单元进行过滤，防止硬度物质堵塞膜孔，从而保证mbr膜和精滤膜的高效稳定运行。射流曝气装置设置于缺氧池4的出水管上，相较于现有技术通过风机对好氧池5内的水进行曝气的方式而言，将射流曝气装置设置于管道上，能够直接对管道内的水流进行曝气，由于水管内的水是单向流动的，因此射流曝气装置总是能够对未曝气的水流进行曝气，即直接对从缺氧池4流出的水流进行曝气，曝气更为充分、高效；且不会像现有的曝气方式一样造成好氧池5曝气不充分或曝气过于充分的情形，将射流曝气装置设置于管道上更易于控制好氧池5内的曝气量。好氧池5内的液位高于缺氧池4内的液位，以使好氧池5内的硝化液能够在重力作用下回流至缺氧池4中，即运用了连通器原理，从而使得好氧池5内的水体能够被大气压压入缺氧池4内，而无需额外通过回流泵抽水进行大回流，更为节能、经济和实用。
45.本发明的污水处理系统先将污水进行软化，对资源进行合理的利用；再通过射流曝气装置对污水进行充分曝气，提高了好氧池5内有机物的去除率和硝化反应的效率，间接提高了缺氧池4内反硝化反应的效率，实现对污水中总氮的高效去除；最后通过精滤单元对泥水进行充分分离，水质达标后排放或中水回用，污泥则脱水后填埋，污泥脱水后的上清液回流至软化反应单元继续进行水质的净化，从而减少了污泥填埋时带出的水量，进而保证了达标后排放或中水回用的出水量。本发明的污水处理系统实现了对资源的合理规划与利用，具有运行稳定、出水效果好、经济高效和节能等优点，符合可持续发展的要求。
46.如图2所示，射流曝气装置包括鼓风机13、射流泵11和射流器12；射流泵11的进水管与缺氧池4的出水管相连通，射流泵11的出水口与射流器12的进水管相连通，射流器12的出水管与好氧池5的进水管相连通；鼓风机13的出气管与射流器12的进气管相连通。具体地，射流泵11用于将缺氧池4内的污水抽送至射流器12；射流器12能够将射流泵11抽送来的
污水与鼓风机13输送来的压缩空气充分混合后，输送至好氧池5内。另外，现有的曝气方式是用风机直接向好氧池5内进行曝气，由于好氧池5的体积过大，容易造成池内污水曝气量过少或过量的情形，从而影响到硝化反应与有机物的降解效率；或者在风机的基础上，再设置一个大功率回流泵，大功率回流泵的作用在于搅拌好氧池5内的污水，从而保证水体各部分的曝气量均等，但能耗较高，导致净水成本过高。而本发明是通过往管道内进行曝气，由于水管的横截面积相较于好氧池5的横截面积要小太多，进而使得流经射流器12的污水能够进行充分曝气，利于池内反应的高效进行；这是因为流经好氧池5内的污水，均通过射流曝气装置进行曝气，曝气量均匀，无需再设置大功率回流泵进行搅拌。在更优选的实施方式中，控制中心根据缺氧池4出水管内的水流量调节鼓风机13的转速，使得水管的单位体积内的污水能够与鼓风机13输送来的空气按预设的比例混合，从而精确控制好氧池5内的曝气量，更利于好氧池5内反应的进行。
47.进一步地，缺氧池4和好氧池5内均设有液位计。具体地，本发明的任意管道上均可以设置有液位计(或流量计)和调节阀，液位计用于检测反应池内的液位，调节阀用于调节水体流量；液位计和调节阀均与控制中心电连接，液位计实时将液位信息传递至控制中心，控制中心根据当前水池内的液位自动控制调节阀的阀门打开程度，进而控制水体流量，最终将反应池内的水位控制在预计的水位范围内。对于液位计(或流量计)、调节阀和控制中心之间的电路控制方式为现有技术，不在本发明地说明范围内。
48.本技术通过液位计、调节阀、控制中心来调节缺氧池4和好氧池5内的液位，当好氧池5内的液位大于缺氧池4内的液位时，由于连通器原理，当硝化液回流管14的阀门打开时，好氧池5内的污水能够被大气压压入缺氧池4内，实现污水的自然回流，不需要额外再通过回流泵抽水回流，从而减少了污水处理系统的设备成本。同时，普通回流泵的抽水功率受限，抽水流量受限，或者用超大功率的回流泵进行大回流，耗电量过大，回流泵设置成本过高；而本发明的回流是利用大自然的力量，大气压能够将好氧池5内的污水压入缺氧池4内，直至好氧池5和缺氧池4的液面持平，能够快速实现污水的大回流，且不需要借助于超大功率的回流泵，真正做到了节能、高效。
49.其次，软化反应单元包括依次连通的调节池1、软化反应池2和初沉池3；调节池1与污泥脱水装置9的出水管以及浓缩液处理装置10的出水管连通；软化反应池2上设置有加药管；初沉池3的出水管与缺氧池4的进水管连通，初沉池3的排泥管与污泥脱水装置9的进泥管连通。具体地，调节池1用于污水的调质调量，即调节水质和水流量，调节池1能够对污水进行初步过滤，过滤掉污水中的悬浮物、大分子物质等，能够有效地避免后端管道发生堵塞的情形。软化反应池2采用现有的mbr膜过滤技术，通过软化污水中的高硬度物质，使软化后的高硬度物质也能够经生物膜过滤后端装置内，有效地避免了高硬度物质堵塞膜孔，保证了污水的过滤效率。初沉池3用于对污水进一步过滤，将过滤后的污泥输送至污泥脱水装置9内，过滤后的上清液输送至缺氧池4内，进一步降低了后端管道发生堵塞的情形。本发明将软化反应池2与a/o工艺结合成一套污水处理系统，相较于现有技术将高硬度物质单独分离后再进行处理的技术，本技术装置的设置成本更低，一体化设置使用起来也更加方便、高效。
50.另外，加药管中投放的软化药剂为工业碳酸钠。碳酸钠不但能够使硬度离子发生化学反应形成沉淀(软化)，沉淀经初沉池3进行泥水分离；还能够成为反硝化菌的无机碳
源，且反应产生的污泥较少；同时，碳酸钠生化反应后的产物是二氧化碳和水，既便于对反应产物的处理，也使得投放的碳酸钠被有效地分解了，有效地避免了产生二次污染物，进一步保证了污水的净水品质。
51.进一步地，精滤单元包括依次连通的二沉池6、超滤装置7和纳滤装置8；二沉池6进水管与好氧池5的出水管连通；二沉池6设置有第一排泥口和第二排泥口，第一排泥口与污泥回流装置连通，第二排泥口与污泥脱水装置9连通；超滤装置7的排泥口与污泥回流装置连通；纳滤装置8与浓缩液处理装置10的进水管连通。具体地，二沉池6用于对好氧池5出水进一步过滤，以减少进入超滤装置7和纳滤装置8内的沉淀；二沉池6内存在成层沉淀(密度较小)和压缩沉淀(密度较大)，将层状沉淀回流至缺氧池4，将压缩沉淀输送至污泥脱水装置9进行脱水，脱水后的上清液回流至调节池1，实现了对二沉池6内泥水的充分分离，减少了污泥中水量的排放，最终保证了精滤单元的净水出水量。
52.其次，污泥回流装置包括第一污泥回流管、第二污泥回流管和污泥回流泵；第一污泥回流管将缺氧池4和二沉池6连通；第二污泥回流管将缺氧池4和超滤装置7连通；第一污泥回流管和第二污泥回流管上均设置有污泥回流泵。具体地，超滤装置7和纳滤装置8为现有mbr膜过滤设备，超滤装置7的超滤膜的孔径要大于纳滤装置8的纳滤膜的孔径，从而实现对污水中沉淀物的分层过滤，并针对沉淀物做不同的回流处理，以保证纳滤装置8的出水品质。
53.另外，污泥脱水装置9能够将污泥脱水至含水量低于60％后，将干污泥外运填埋处理。具体地，污泥脱水量越低就越便于污泥的运输，但相应的脱水成本也会上升，污泥脱水量可根据实际需求进行设置。
54.进一步地，硝化液回流管14中的硝化液回流量为300％～400％。硝化液中含有硝态氮，硝态氮在缺氧池4中能够发生反硝化反应生产氮气，从而降低污水中的总氮含量。因此好氧池5中硝态氮的含量直接关系到缺氧池4中的除氮效率，而硝态氮的含量与好氧池5内的曝气量有关。本发明的射流曝气装置通过提高好氧池5内的曝气量，最终提高了对污水中总氮的去除效率。且好氧池5内充足的曝气量，也提高了有机物的降解效率，主要原因是好氧池5内的好氧微生物在曝气量充足时，新陈代谢加快，而好氧微生物的新陈代谢需要摄取有机物，从而能够加快污水中有机物的降解。
55.此外，本发明还提供有一种用于高硬度、高有机物的含氮污水处理方法，含氮污水处理方法基于用于高硬度、高有机物的含氮污水处理系统实施，含氮污水处理方法包括以下步骤：
56.调质调量及软化处理：将高硬度、高有机物的含氮污水输送至调节池1，污水经调节池1收集并调质调量；向软化反应池2内投加软化药剂，使硬度离子发生化学反应形成沉淀并软化；在初沉池3内进行泥水分离，初沉池3内产生的污泥排入污泥脱水装置9进行脱水处理，初沉池3内的清液进入缺氧池4；
57.反硝化脱氮处理：在缺氧池4中，通过反硝化菌进行反硝化脱氮反应，硝态氮被转化为氮气排出；
58.硝化处理：将缺氧池4的出水输送至射流器12，射流器12将鼓风机13输送来的压缩空气与污水充分混合后，射流输送至好氧池5内，含溶解氧的污水在好氧池5内通过硝化菌进行硝化反应，污水中的氨氮被转化为硝态氮；污水中的有机物经好氧微生物降解为二氧
化碳和水；
59.同时，好氧池5的部分硝化液经硝化液回流管14回流至缺氧池4中进行反硝化反应，从而降低污水中的总氮含量；
60.污泥处理：好氧池5的出水进入二沉池6进行泥水分离，二沉池6产生的一部分污泥(成层沉淀)经第一污泥回流管回流至缺氧池4内，另一部分污泥(压缩沉淀)排入污泥脱水装置9进行脱水处理，脱水后将干污泥外运填埋；污泥脱水装置9的清液回流至调节池1；
61.清液过滤处理：将二沉池6泥水分离后的清液依次经超滤装置7和纳滤装置8进行过滤，过滤的出水达标排放或中水回用；将超滤装置7过滤后的污泥回流至缺氧池4内；纳滤装置8内的浓缩液进入浓缩液处理装置10处理后回流至调节池1。具体地，超滤装置7内的超滤膜的孔径在0.01～0.002微米之间，纳滤装置8内的纳滤膜的孔径小于0.001微米，可根据实际需求进行设置。本发明依次通过二沉池6、超滤装置7和纳滤装置8进行过滤，过滤孔径由大到小，能够分批截留不同外径的分子物质，并将对应外径的分子物质回流至对应的上工序，如对二沉池6的成层沉淀和压缩沉淀分别进行回流。另外，纳滤装置8内的浓缩液是污水渗滤液生物降解后被纳滤膜截留的残液，需将浓缩液排入浓缩液处理装置10做进一步地处理，现有的处理方式有高级氧化技术、蒸发、膜蒸馏等。
62.本发明通过设置多条污水回流管道和污泥回流管道，使得原废水中的分子物质能够充分参与生化反应，提高污水的净化质量；且污水处理系统在污泥填埋前会进行脱水处理，并将脱水处理后的上清液回流至调节池1，脱水污泥脱水装置9的上清液中既含有未充分反应的分子物质和微生物，也有未达到排放标准的清水。将上清液回流至调节池1中，以延长未充分反应的分子物质的反应时间，微生物继续对分子物质进行分解，使得回流的上清液达到排放的标准，从而能够减少污泥填埋时带出的水量，最终保证出水达标排放或中水回用的出水量。
63.需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。