公布日：2023.12.12
申請日：2023.10.31
分類(lèi)號：C02F3/30(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/10(2006.01)N
摘要
本發(fā)明提供了一種低碳氮比污水的深度脫氮處理系統，包括進(jìn)水管和出水管以及依次相連的厭氧池、異養反硝化池、硫自養反硝化池、好氧池以及沉淀池；進(jìn)水管分別接入厭氧池和異養反硝化池；好氧池與沉淀池連通；出水管接入沉淀池；沉淀池通過(guò)排泥管將一部分污泥排出，另一部分污泥通過(guò)污泥回流管回流至厭氧池；好氧池和異養反硝化池之間設有硝化液回流管；好氧池設有微氧曝氣裝置；硫自養反硝化池內設有供料組件；供料組件由多孔球殼組成；多孔球殼為空心的球形結構；在多孔球殼的側壁設有多個(gè)連通孔。本發(fā)明還提供了一種低碳氮比污水的深度脫氮處理方法。本發(fā)明具有處理成本低、運營(yíng)維護簡(jiǎn)單、無(wú)需外加碳源、脫氮效果好等優(yōu)點(diǎn)。
權利要求書(shū)
1.一種低碳氮比污水的深度脫氮處理系統，其特征在于，包括進(jìn)水管和出水管以及依次相連的厭氧池(1)、異養反硝化池(2)、硫自養反硝化池(3)、好氧池(4)以及沉淀池(5)；所述的進(jìn)水管分別接入厭氧池(1)和異養反硝化池(2)；所述的好氧池(4)與沉淀池(5)連通；所述的出水管接入沉淀池(5)；所述的沉淀池(5)通過(guò)排泥管將一部分污泥排出，另一部分污泥通過(guò)污泥回流管回流至厭氧池；所述的好氧池(4)和異養反硝化池(2)之間設有用于將好氧池(4)內的硝化液回流至異養反硝化池(2)的硝化液回流管；所述的好氧池(4)的底部設有用于向好氧池內增加氧氣的微氧曝氣裝置(41)；所述的硫自養反硝化池(3)內設有多組盛放自養反硝化混合原料的供料組件；所述的供料組件由多個(gè)串聯(lián)連接的多孔球殼(31)組成；所述的多孔球殼(31)為空心的球形結構；在多孔球殼的側壁設有多個(gè)連通孔。
2.根據權利要求1所述的低碳氮比污水的深度脫氮處理系統，其特征在于，所述的進(jìn)水管包括主進(jìn)水管、與厭氧池連通的厭氧池進(jìn)水管以及與異養反硝化池連通的異養反硝化池進(jìn)水管；所述的厭氧池進(jìn)水管和異養反硝化池進(jìn)水管并聯(lián)接入主進(jìn)水管；在主進(jìn)水管上設有進(jìn)水泵(6)；在厭氧池進(jìn)水管上設有厭氧池進(jìn)水控制閥；在異養反硝化池進(jìn)水管上設有異養反硝化池進(jìn)水控制閥；所述的硝化液回流管上設有硝化液回流泵(42)；所述的污泥回流管上設有污泥回流泵(51)。
3.根據權利要求2所述的低碳氮比污水的深度脫氮處理系統，其特征在于，在所述的多孔球殼(31)表面上設有圓形吊耳；多孔球殼(31)之間通過(guò)圓形吊耳進(jìn)行連接；所述的多孔球殼(31)的連通孔的孔徑為2mm～4mm；所述的連通孔的孔隙率為60％～90％。
4.根據權利要求3所述的低碳氮比污水的深度脫氮處理系統，其特征在于，所述的多孔球殼(31)由PP材料或PUVC材料制成的多孔球殼。
5.根據權利要求4所述的低碳氮比污水的深度脫氮處理系統，其特征在于，所述的微氧曝氣裝置(41)包括風(fēng)機(411)、輸氣管(412)以及用于制作微納米氣泡的微孔曝氣組件(413)；所述的風(fēng)機(411)設置在好氧池的外部；所述的微孔曝氣組件的底部，所述的風(fēng)機(411)和微孔曝氣組件(413)之間采用輸氣管道連接；在所述的輸氣管上設有輸氣控制閥；所述的微孔曝氣組件(413)包括曝氣組件固定框(4131)和設置在曝氣組件固定框上的多根微孔透氣膜管(4132)；所述的多根微孔透氣膜管并聯(lián)接入輸氣管道；所述的透氣膜管包括內支撐層、外支撐層及設置在內支撐層和外支撐層之間的重離子微孔膜層；所述的重離子微孔膜層的厚度為10～100微米，氣泡孔的孔道直徑為0.1～40微米。
6.根據權利要求5所述的低碳氮比污水的深度脫氮處理系統，其特征在于，所述的厭氧池(1)、異養反硝化池(2)、硫自養反硝化池(3)以及好氧池(4)內均設有攪拌器(7)。
7.一種低碳氮比污水的深度脫氮處理方法，其特征在于，該方法使用權利要求6所述的低碳氮比污水的深度脫氮處理系統，包括以下工作步驟：S1、分段式進(jìn)水：污水進(jìn)入主進(jìn)水管內，主進(jìn)水管通過(guò)進(jìn)水泵采用分段進(jìn)水的方式分別將污水注入厭氧池(1)和異養反硝化池(2)內；所述的厭氧池的進(jìn)水流量為總進(jìn)水流量的40～70％；所述的異養反硝化池的進(jìn)水流量為總進(jìn)水流量的30～60％；所述厭氧池和所述異養反硝化池的進(jìn)水流量之和等于總進(jìn)水流量的100％；S2、有機物質(zhì)進(jìn)行厭氧降解和厭氧釋磷：污水進(jìn)入厭氧池(1)后，在甲烷菌、硫化氫菌、醋酸菌的作用下將污水中的有機物進(jìn)行厭氧降解；聚磷菌利用分解后的有機物合成聚羥基脂肪酸酯并釋放磷酸鹽；所述的厭氧池(1)的溶氧量控制在0.3mg/L以下；所述的厭氧池(1)的水力停留時(shí)間控制在1～2小時(shí)；S3、異氧反硝化脫氮：污水進(jìn)入異養反硝化池(2)后，反硝化菌在缺氧的環(huán)境下利用異養反硝化池(2)中的有機物作為電子供體將異養反硝化池(2)硝酸鹽轉化為氮氣排出；所述的異養反硝化池(2)的溶氧量控制在0.3～0.8mg/L；所述的異養反硝化池(2)的水力停留時(shí)間控制在1～2小時(shí)；所述的異養反硝化池(2)中的有機物由主進(jìn)水管進(jìn)入異養反硝化池(2)的污水、從厭氧池(1)流入異養反硝化池(2)的污水以及通過(guò)硝化液回流泵從好氧池回流至異養反硝化池(2)內的污水提供；S4、自養反硝化脫氮：污水進(jìn)入硫自養反硝化池(3)后，脫氮硫桿菌在缺氧的環(huán)境下利用盛放在多孔球殼(31)內的硫自養反硝化混合原料釋放的硫源作為電子供體進(jìn)行硫自養反應將硫自養反硝化池(3)中的硝酸鹽轉化為氮氣排出；所述的硫自養反硝化池(3)的溶氧量控制在0.3～0.8mg/L；所述的硫自養反硝化池(3)的水力停留時(shí)間控制在1.5～3小時(shí)；所述的硫自養反硝化混合原料為硫磺顆粒和聚乙烯醇高分子顆粒的混合物；S5、降解有機物、硝化作用以及過(guò)量吸磷：污水進(jìn)入好氧池(4)后，好氧菌通過(guò)氧化代謝將好氧池(4)中的有機物分解為二氧化碳和水；硝化菌將好氧池中的氨氮和亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽，聚磷菌將好氧池中的磷吸收轉化為有機磷；所述的好氧池(4)的溶氧量控制在2～4mg/L；所述的好氧池(4)的水力停留時(shí)間控制在4～8小時(shí)；S6、硝化液回流：好氧池(4)的污水通過(guò)硝化液回流泵回流至異養反硝化池(2)內進(jìn)行循環(huán)使用：所述好氧池(4)中的硝化液回流至異養反硝化池(2)內的回流比為200％～400％；S7、沉淀分離、污泥回流：從好氧池排出的污水進(jìn)入沉淀池(5)進(jìn)行沉淀，經(jīng)過(guò)沉淀后位于沉淀池上部的清水通過(guò)出水管；經(jīng)過(guò)沉淀池(5)沉淀后的污泥一部分通過(guò)污泥回流泵回流至厭氧池內進(jìn)行循環(huán)使用，剩余的污泥通過(guò)污泥管排出；所述的污泥回流比例控制在80％～150％；所述的污泥停留時(shí)間控制在20～30天；所述的沉淀池(5)的水力停留時(shí)間控制在1.5～3小時(shí)。
8.根據權利要求7所述的低碳氮比污水的深度脫氮處理方法，其特征在于，設置在厭氧池(1)、異養反硝化池(2)、硫自養反硝化池(3)以及好氧池(4)內的攪拌器(7)持續工作。
9.根據權利要求8所述的低碳氮比污水的深度脫氮處理方法，其特征在于，所述的硫磺顆粒和聚乙烯醇高分子顆粒的粒徑均為2～4mm；所述的硫磺顆粒和聚乙烯醇高分子顆粒的體積比為1：1～3：1。
10.根據權利要求9所述的低碳氮比污水的深度脫氮處理方法，其特征在于，所述的硫自養反硝化池(3)內的硫自養反硝化混合原料按脫氮負荷1～2.5kg/(m3·d)進(jìn)行計算，并將硫自養反硝化混合原料平均分配在多孔球殼(31)內。
發(fā)明內容
本發(fā)明提供供一種實(shí)用性強、無(wú)需外加碳源、脫氮效果好、工藝流程簡(jiǎn)單、以及PH穩定的低碳氮比污水的深度脫氮處理系統及方法，改變了現有的污水處理方式，通過(guò)異養反硝化和硫自養反硝化有機結合進(jìn)行異養-自養協(xié)同反硝化處理，解決了目前采用異養反硝化技術(shù)處理低碳氮比脫氮效率低、效果差及采用硫自養反硝化(SAD)技術(shù)因常以濾床形式用于三級處理所帶來(lái)的工藝流程長(cháng)、運行復雜等問(wèn)題，在無(wú)需外加碳源或僅加少量碳源的情況下，進(jìn)一步降低總氮(TN)含量，同時(shí)保持水質(zhì)PH值穩定，不會(huì )有亞硝酸鹽積累等問(wèn)題，有效提高了低碳氮比污水的處理效果，縮短了污水處理系統的工藝流程，使污水處理系統的維護更加簡(jiǎn)單。
本發(fā)明提供了一種低碳氮比污水的深度脫氮處理系統，包括進(jìn)水管和出水管以及依次相連的厭氧池、異養反硝化池、硫自養反硝化池、好氧池以及沉淀池；所述的進(jìn)水管分別接入厭氧池和異養反硝化池；所述的好氧池與沉淀池連通；所述的出水管接入沉淀池；所述的沉淀池通過(guò)排泥管將一部分污泥排出，另一部分污泥通過(guò)污泥回流管回流至厭氧池；所述的好氧池和異養反硝化池之間設有用于將好氧池內的硝化液回流至異養反硝化池的硝化液回流管；所述的好氧池的底部設有用于向好氧池內增加氧氣的微氧曝氣裝置；所述的硫自養反硝化池內設有多組盛放自養反硝化混合原料的供料組件；所述的供料組件由多個(gè)串聯(lián)連接的多孔球殼組成；所述的多孔球殼為空心的球形結構；在多孔球殼的側壁設有多個(gè)連通孔。
優(yōu)選地，所述的進(jìn)水管包括主進(jìn)水管、與厭氧池連通的厭氧池進(jìn)水管以及與異養反硝化池連通的異養反硝化池進(jìn)水管；所述的厭氧池進(jìn)水管和異養反硝化池進(jìn)水管并聯(lián)接入主進(jìn)水管；在主進(jìn)水管上設有進(jìn)水泵；在厭氧池進(jìn)水管上設有厭氧池進(jìn)水控制閥；在異養反硝化池進(jìn)水管上設有異養反硝化池進(jìn)水控制閥；所述的硝化液回流管上設有硝化液回流泵；所述的污泥回流管上設有污泥回流泵。
優(yōu)選地，在所述的多孔球殼表面上設有圓形吊耳；多孔球殼之間通過(guò)圓形吊耳進(jìn)行連接；所述的多孔球殼的連通孔的孔徑為2mm～4mm；所述的連通孔的孔隙率為60％～90％。
優(yōu)選地，所述的多孔球殼由PP材料或PUVC材料制成的多孔球殼。
優(yōu)選地，所述的微氧曝氣裝置包括風(fēng)機、輸氣管以及用于制作微納米氣泡的微孔曝氣組件；所述的風(fēng)機設置在好氧池的外部；所述的微孔曝氣組件的底部，所述的風(fēng)機和微孔曝氣組件之間采用輸氣管道連接；在所述的輸氣管上設有輸氣控制閥；所述的微孔曝氣組件包括曝氣組件固定框和設置在曝氣組件固定框上的多根微孔透氣膜管；所述的多根微孔透氣膜管并聯(lián)接入輸氣管道；所述的透氣膜管包括內支撐層、外支撐層及設置在內支撐層和外支撐層之間的重離子微孔膜層；所述的重離子微孔膜層的厚度為10～100微米，氣泡孔的孔道直徑為0.1～40微米。
優(yōu)選地，所述的厭氧池、異養反硝化池、硫自養反硝化池以及好氧池內均設有攪拌器。
本發(fā)明還提供了一種低碳氮比污水的深度脫氮處理方法，該方法使用以上所述的低碳氮比污水的深度脫氮處理系統，包括以下工作步驟：
S1、分段式進(jìn)水：污水進(jìn)入主進(jìn)水管內，主進(jìn)水管通過(guò)進(jìn)水泵采用分段進(jìn)水的方式分別將污水注入厭氧池和異養反硝化池內；所述的厭氧池的進(jìn)水流量為總進(jìn)水流量的40～70％；所述的異養反硝化池的進(jìn)水流量為總進(jìn)水流量的30～60％；所述厭氧池和所述異養反硝化池的進(jìn)水流量之和等于總進(jìn)水流量的100％；
S2、有機物質(zhì)進(jìn)行厭氧降解和厭氧釋磷：污水進(jìn)入厭氧池后，在甲烷菌、硫化氫菌、醋酸菌的作用下將污水中的有機物進(jìn)行厭氧降解；聚磷菌利用分解后的有機物合成聚羥基脂肪酸酯并釋放磷酸鹽；所述的厭氧池的溶氧量控制在0.3mg/L以下；所述的厭氧池的水力停留時(shí)間控制在1～2小時(shí)；
S3、異氧反硝化脫氮：污水進(jìn)入異養反硝化池后，反硝化菌在缺氧的環(huán)境下利用異養反硝化池中的有機物作為電子供體將異養反硝化池硝酸鹽轉化為氮氣排出；所述的異養反硝化池的溶氧量控制在0.3～0.8mg/L；所述的異養反硝化池的水力停留時(shí)間控制在1～2小時(shí)；所述的異養反硝化池中的有機物由主進(jìn)水管進(jìn)入異養反硝化池的污水、從厭氧池流入異養反硝化池的污水以及通過(guò)硝化液回流泵從好氧池回流至異養反硝化池內的污水提供；
S4、自養反硝化脫氮：污水進(jìn)入硫自養反硝化池后，脫氮硫桿菌在缺氧的環(huán)境下利用盛放在多孔球殼內的硫自養反硝化混合原料釋放的硫源作為電子供體進(jìn)行硫自養反應將硫自養反硝化池中的硝酸鹽轉化為氮氣排出；所述的硫自養反硝化池的溶氧量控制在0.3～0.8mg/L；所述的硫自養反硝化池的水力停留時(shí)間控制在1.5～3小時(shí)；所述的硫自養反硝化混合原料為硫磺顆粒和聚乙烯醇高分子顆粒的混合物；
S5、降解有機物、硝化作用以及過(guò)量吸磷：污水進(jìn)入好氧池后，好氧菌通過(guò)氧化代謝將好氧池中的有機物分解為二氧化碳和水；硝化菌將好氧池中的氨氮和亞硝酸鹽轉化為硝酸鹽，聚磷菌將好氧池中的磷吸收轉化為有機磷；所述的好氧池的溶氧量控制在2～4mg/L；所述的好氧池的水力停留時(shí)間控制在4～8小時(shí)；
S6、硝化液回流：好氧池的污水通過(guò)硝化液回流泵回流至異養反硝化池內進(jìn)行循環(huán)使用：所述好氧池中的硝化液回流至異養反硝化池內的回流比為200％～400％；
S7、沉淀分離、污泥回流：從好氧池排出的污水進(jìn)入沉淀池進(jìn)行沉淀，經(jīng)過(guò)沉淀后位于沉淀池上部的清水通過(guò)出水管；經(jīng)過(guò)沉淀池沉淀后的污泥一部分通過(guò)污泥回流泵回流至厭氧池內進(jìn)行循環(huán)使用，剩余的污泥通過(guò)污泥管排出；所述的污泥回流比例控制在80％～150％；所述的污泥停留時(shí)間控制在20～30天；所述的沉淀池的水力停留時(shí)間控制在1.5～3小時(shí)。
優(yōu)選地，設置在厭氧池、異養反硝化池、硫自養反硝化池以及好氧池內的攪拌器持續工作。
優(yōu)選地，所述的硫磺顆粒和聚乙烯醇高分子顆粒的粒徑均為2～4mm；所述的硫磺顆粒和聚乙烯醇高分子顆粒的體積比為1：1～3：1。
優(yōu)選地，所述的硫自養反硝化池內的硫自養反硝化混合原料按脫氮負荷1～2.5kg/m3·d進(jìn)行計算，并將硫自養反硝化混合原料平均分配在多孔球殼內。
與現有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1、可應對低碳氮比污水，無(wú)需外加碳源
本發(fā)明通過(guò)分段進(jìn)水的設置及異養-自養協(xié)同反硝化處理系統的合理構建，即在厭氧池的后段設置異養反硝化池和硫自養反硝化池，且厭氧池和異養反硝化池采用分段進(jìn)水的方式加注污水，使得裝置可以輕松應對低碳氮比的污水，且無(wú)需外加碳源；首先，采用分段式進(jìn)水的方式在保證厭氧池內能夠進(jìn)行厭氧釋放磷酸鹽的情況下，一部分原污水中的有機質(zhì)如乙醇、乙酸、乳酸等可直接作為后續的異養反硝化池內的異養反硝化的電子供體參與反應，增加異養反硝化對原污水中的有機質(zhì)的利用率；其次，在異養反硝化池內，反硝化菌利用分段進(jìn)水中的有機物質(zhì)和厭氧池聚磷菌厭氧釋磷后剩余的有機物作為電子供體將硝酸鹽轉化為氮氣排出，從而達到脫氮的目的，減少在異養反硝化池內進(jìn)行脫氮過(guò)程中的碳源投加量；再者，在異養反硝化后段，通過(guò)設置自養反硝化混合原料構建了硫自養反硝化系統，硫自養反硝化池中的脫氮硫桿菌是自養微生物，可通過(guò)化學(xué)合功能成利用無(wú)機物質(zhì)來(lái)合成有機物質(zhì)進(jìn)行生長(cháng)和發(fā)育，不需要依賴(lài)其他生物體提供的有機物質(zhì)來(lái)獲取能量和碳源；實(shí)現在保證污水處理效果的情況下，可以處理低碳氮比污水，且無(wú)需消耗外加碳源或者僅需投加少量碳源，節省藥耗，減少投入同時(shí)避免因水量波動(dòng)造成有機碳源投加過(guò)量的風(fēng)險；
2、脫氮效果好，提高總氮去除率
本發(fā)明在異養反硝化池內進(jìn)行硝化脫氮處理的基礎上在異養反硝化池的后段增加硫自養反硝化池，并在硫自養反硝化池內進(jìn)行硫自養反硝化處理實(shí)現污水的二次硝化脫氮處理；即通過(guò)異養反硝化和硫自養反硝化有機結合進(jìn)行異養-自養協(xié)同反硝化處理系統的合理構建，強化脫氮反應，使得污水在硫自養反硝化處理后實(shí)現95％以上的總氮去除率，實(shí)現深度脫氮，提升污水的除氮效果，同時(shí)，異養反硝化池和自養反硝化池獨立設置，便于單獨控制自養和異養的比例和進(jìn)程，使出水水質(zhì)更加穩定；
3、工藝流程短，運營(yíng)維護簡(jiǎn)單
本發(fā)明將硫自養反硝化處理設置在好氧池之前作為二級處理，工藝流程短。將自養反硝化混合原料填充在多孔球殼內，用戶(hù)可以根據進(jìn)出水水質(zhì)要求靈活調整，和隨時(shí)進(jìn)行更換；將裝填自養反硝化混合原料的多組多孔球殼固定在硫自養反硝化池內，與污水充分接觸，且多組多孔球殼隨水流擺動(dòng)，不會(huì )像濾床結構造成堵塞，無(wú)需反沖洗，運營(yíng)維護簡(jiǎn)單；改變了現有硫自養反硝化技術(shù)主要應用在反硝化濾池等固定床形式，并設置在沉淀池后端作為三級處理的工藝流程長(cháng)，反硝化濾池易堵塞，需反沖洗，能耗高，運行復雜等問(wèn)題，方便運營(yíng)維持，降低維護工作量；
4、PH穩定；不會(huì )有亞硝酸鹽積累
本發(fā)明的硫自養反硝化池中的自養反硝化混合原料為硫磺顆粒和聚乙烯醇高分子顆�；旌衔�，硫磺顆粒提供硫源作為電子供體，聚乙烯醇屬于水溶性高分子材料，具有良好的緩釋性能，醋酸乙烯酯的水解是其主要的反應路徑，可以通過(guò)漸進(jìn)水解或溶解來(lái)釋放堿度，替代原有的石灰石避免引入Ca2+，造成出水硬度增加，板結堵塞填料；同時(shí)異養反硝化池產(chǎn)生的堿度也可被自養反硝化和硝化利用，實(shí)現進(jìn)出水堿度平衡，有利于提供穩定的反應環(huán)境；隨著(zhù)反應時(shí)間的延長(cháng)，硫自養反硝化積累的亞硝酸鹽可通過(guò)好氧池的硝化作用進(jìn)一步氧化成硝酸鹽，好氧池內產(chǎn)生的硝酸鹽通過(guò)消化液回流泵回流至異養反硝化池內進(jìn)行脫氮，使得出水亞硝酸鹽含量減少，進(jìn)一步提高總氮去除效果；
5、處理效率高、運行成本低、實(shí)用性強
本發(fā)明處理低碳氮比污水由于無(wú)需外加碳源節省了運行中的藥劑投加成本，同時(shí)硫自養反硝化原料成本低，一次性投入周期長(cháng)，減少后期更換成本。在好氧池中微孔曝氣組件采用了微納米曝氣技術(shù)，利用重離子微孔膜層孔徑精密、均一、不易堵塞等特點(diǎn)，產(chǎn)生細小的微納米氣泡供微生物反應，氧利用率高、增氧動(dòng)力效率高，減少風(fēng)機能耗，進(jìn)而減少運行成本；
6、實(shí)用性強，市場(chǎng)前景廣
通過(guò)本發(fā)明的污水處理系統及方法，改變了傳統的污水處理模式，在厭氧池和好氧池之間設置異養反硝化池和硫自養反硝化池進(jìn)行脫氮，改變了現有的在沉淀池后端進(jìn)行脫氮的模式，有效的提高了沉淀池沉淀后排出水的水質(zhì)，維護、更換填料簡(jiǎn)單，具有廣闊的市場(chǎng)前景和良好的經(jīng)濟價(jià)值，便于在污水處理中推廣使用。
（發(fā)明人：彭東豪;耿春茂;廖志軍;劉廣停;張信武;楊思聰;黎富潮;陳振宇;余丹丹;毛麗翠）
