公布日：2023.12.12
申请日：2023.10.31
分类号：C02F3/30(2023.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/10(2006.01)N
摘要
本发明提供了一种低碳氮比污水的深度脱氮处理系统，包括进水管和出水管以及依次相连的厌氧池、异养反硝化池、硫自养反硝化池、好氧池以及沉淀池；进水管分别接入厌氧池和异养反硝化池；好氧池与沉淀池连通；出水管接入沉淀池；沉淀池通过排泥管将一部分污泥排出，另一部分污泥通过污泥回流管回流至厌氧池；好氧池和异养反硝化池之间设有硝化液回流管；好氧池设有微氧曝气装置；硫自养反硝化池内设有供料组件；供料组件由多孔球壳组成；多孔球壳为空心的球形结构；在多孔球壳的侧壁设有多个连通孔。本发明还提供了一种低碳氮比污水的深度脱氮处理方法。本发明具有处理成本低、运营维护简单、无需外加碳源、脱氮效果好等优点。
权利要求书
1.一种低碳氮比污水的深度脱氮处理系统，其特征在于，包括进水管和出水管以及依次相连的厌氧池(1)、异养反硝化池(2)、硫自养反硝化池(3)、好氧池(4)以及沉淀池(5)；所述的进水管分别接入厌氧池(1)和异养反硝化池(2)；所述的好氧池(4)与沉淀池(5)连通；所述的出水管接入沉淀池(5)；所述的沉淀池(5)通过排泥管将一部分污泥排出，另一部分污泥通过污泥回流管回流至厌氧池；所述的好氧池(4)和异养反硝化池(2)之间设有用于将好氧池(4)内的硝化液回流至异养反硝化池(2)的硝化液回流管；所述的好氧池(4)的底部设有用于向好氧池内增加氧气的微氧曝气装置(41)；所述的硫自养反硝化池(3)内设有多组盛放自养反硝化混合原料的供料组件；所述的供料组件由多个串联连接的多孔球壳(31)组成；所述的多孔球壳(31)为空心的球形结构；在多孔球壳的侧壁设有多个连通孔。
2.根据权利要求1所述的低碳氮比污水的深度脱氮处理系统，其特征在于，所述的进水管包括主进水管、与厌氧池连通的厌氧池进水管以及与异养反硝化池连通的异养反硝化池进水管；所述的厌氧池进水管和异养反硝化池进水管并联接入主进水管；在主进水管上设有进水泵(6)；在厌氧池进水管上设有厌氧池进水控制阀；在异养反硝化池进水管上设有异养反硝化池进水控制阀；所述的硝化液回流管上设有硝化液回流泵(42)；所述的污泥回流管上设有污泥回流泵(51)。
3.根据权利要求2所述的低碳氮比污水的深度脱氮处理系统，其特征在于，在所述的多孔球壳(31)表面上设有圆形吊耳；多孔球壳(31)之间通过圆形吊耳进行连接；所述的多孔球壳(31)的连通孔的孔径为2mm～4mm；所述的连通孔的孔隙率为60％～90％。
4.根据权利要求3所述的低碳氮比污水的深度脱氮处理系统，其特征在于，所述的多孔球壳(31)由PP材料或PUVC材料制成的多孔球壳。
5.根据权利要求4所述的低碳氮比污水的深度脱氮处理系统，其特征在于，所述的微氧曝气装置(41)包括风机(411)、输气管(412)以及用于制作微纳米气泡的微孔曝气组件(413)；所述的风机(411)设置在好氧池的外部；所述的微孔曝气组件的底部，所述的风机(411)和微孔曝气组件(413)之间采用输气管道连接；在所述的输气管上设有输气控制阀；所述的微孔曝气组件(413)包括曝气组件固定框(4131)和设置在曝气组件固定框上的多根微孔透气膜管(4132)；所述的多根微孔透气膜管并联接入输气管道；所述的透气膜管包括内支撑层、外支撑层及设置在内支撑层和外支撑层之间的重离子微孔膜层；所述的重离子微孔膜层的厚度为10～100微米，气泡孔的孔道直径为0.1～40微米。
6.根据权利要求5所述的低碳氮比污水的深度脱氮处理系统，其特征在于，所述的厌氧池(1)、异养反硝化池(2)、硫自养反硝化池(3)以及好氧池(4)内均设有搅拌器(7)。
7.一种低碳氮比污水的深度脱氮处理方法，其特征在于，该方法使用权利要求6所述的低碳氮比污水的深度脱氮处理系统，包括以下工作步骤：S1、分段式进水：污水进入主进水管内，主进水管通过进水泵采用分段进水的方式分别将污水注入厌氧池(1)和异养反硝化池(2)内；所述的厌氧池的进水流量为总进水流量的40～70％；所述的异养反硝化池的进水流量为总进水流量的30～60％；所述厌氧池和所述异养反硝化池的进水流量之和等于总进水流量的100％；S2、有机物质进行厌氧降解和厌氧释磷：污水进入厌氧池(1)后，在甲烷菌、硫化氢菌、醋酸菌的作用下将污水中的有机物进行厌氧降解；聚磷菌利用分解后的有机物合成聚羟基脂肪酸酯并释放磷酸盐；所述的厌氧池(1)的溶氧量控制在0.3mg/L以下；所述的厌氧池(1)的水力停留时间控制在1～2小时；S3、异氧反硝化脱氮：污水进入异养反硝化池(2)后，反硝化菌在缺氧的环境下利用异养反硝化池(2)中的有机物作为电子供体将异养反硝化池(2)硝酸盐转化为氮气排出；所述的异养反硝化池(2)的溶氧量控制在0.3～0.8mg/L；所述的异养反硝化池(2)的水力停留时间控制在1～2小时；所述的异养反硝化池(2)中的有机物由主进水管进入异养反硝化池(2)的污水、从厌氧池(1)流入异养反硝化池(2)的污水以及通过硝化液回流泵从好氧池回流至异养反硝化池(2)内的污水提供；S4、自养反硝化脱氮：污水进入硫自养反硝化池(3)后，脱氮硫杆菌在缺氧的环境下利用盛放在多孔球壳(31)内的硫自养反硝化混合原料释放的硫源作为电子供体进行硫自养反应将硫自养反硝化池(3)中的硝酸盐转化为氮气排出；所述的硫自养反硝化池(3)的溶氧量控制在0.3～0.8mg/L；所述的硫自养反硝化池(3)的水力停留时间控制在1.5～3小时；所述的硫自养反硝化混合原料为硫磺颗粒和聚乙烯醇高分子颗粒的混合物；S5、降解有机物、硝化作用以及过量吸磷：污水进入好氧池(4)后，好氧菌通过氧化代谢将好氧池(4)中的有机物分解为二氧化碳和水；硝化菌将好氧池中的氨氮和亚硝酸盐转化为硝酸盐，聚磷菌将好氧池中的磷吸收转化为有机磷；所述的好氧池(4)的溶氧量控制在2～4mg/L；所述的好氧池(4)的水力停留时间控制在4～8小时；S6、硝化液回流：好氧池(4)的污水通过硝化液回流泵回流至异养反硝化池(2)内进行循环使用：所述好氧池(4)中的硝化液回流至异养反硝化池(2)内的回流比为200％～400％；S7、沉淀分离、污泥回流：从好氧池排出的污水进入沉淀池(5)进行沉淀，经过沉淀后位于沉淀池上部的清水通过出水管；经过沉淀池(5)沉淀后的污泥一部分通过污泥回流泵回流至厌氧池内进行循环使用，剩余的污泥通过污泥管排出；所述的污泥回流比例控制在80％～150％；所述的污泥停留时间控制在20～30天；所述的沉淀池(5)的水力停留时间控制在1.5～3小时。
8.根据权利要求7所述的低碳氮比污水的深度脱氮处理方法，其特征在于，设置在厌氧池(1)、异养反硝化池(2)、硫自养反硝化池(3)以及好氧池(4)内的搅拌器(7)持续工作。
9.根据权利要求8所述的低碳氮比污水的深度脱氮处理方法，其特征在于，所述的硫磺颗粒和聚乙烯醇高分子颗粒的粒径均为2～4mm；所述的硫磺颗粒和聚乙烯醇高分子颗粒的体积比为1：1～3：1。
10.根据权利要求9所述的低碳氮比污水的深度脱氮处理方法，其特征在于，所述的硫自养反硝化池(3)内的硫自养反硝化混合原料按脱氮负荷1～2.5kg/(m3·d)进行计算，并将硫自养反硝化混合原料平均分配在多孔球壳(31)内。
发明内容
本发明提供供一种实用性强、无需外加碳源、脱氮效果好、工艺流程简单、以及PH稳定的低碳氮比污水的深度脱氮处理系统及方法，改变了现有的污水处理方式，通过异养反硝化和硫自养反硝化有机结合进行异养-自养协同反硝化处理，解决了目前采用异养反硝化技术处理低碳氮比脱氮效率低、效果差及采用硫自养反硝化(SAD)技术因常以滤床形式用于三级处理所带来的工艺流程长、运行复杂等问题，在无需外加碳源或仅加少量碳源的情况下，进一步降低总氮(TN)含量，同时保持水质PH值稳定，不会有亚硝酸盐积累等问题，有效提高了低碳氮比污水的处理效果，缩短了污水处理系统的工艺流程，使污水处理系统的维护更加简单。
本发明提供了一种低碳氮比污水的深度脱氮处理系统，包括进水管和出水管以及依次相连的厌氧池、异养反硝化池、硫自养反硝化池、好氧池以及沉淀池；所述的进水管分别接入厌氧池和异养反硝化池；所述的好氧池与沉淀池连通；所述的出水管接入沉淀池；所述的沉淀池通过排泥管将一部分污泥排出，另一部分污泥通过污泥回流管回流至厌氧池；所述的好氧池和异养反硝化池之间设有用于将好氧池内的硝化液回流至异养反硝化池的硝化液回流管；所述的好氧池的底部设有用于向好氧池内增加氧气的微氧曝气装置；所述的硫自养反硝化池内设有多组盛放自养反硝化混合原料的供料组件；所述的供料组件由多个串联连接的多孔球壳组成；所述的多孔球壳为空心的球形结构；在多孔球壳的侧壁设有多个连通孔。
优选地，所述的进水管包括主进水管、与厌氧池连通的厌氧池进水管以及与异养反硝化池连通的异养反硝化池进水管；所述的厌氧池进水管和异养反硝化池进水管并联接入主进水管；在主进水管上设有进水泵；在厌氧池进水管上设有厌氧池进水控制阀；在异养反硝化池进水管上设有异养反硝化池进水控制阀；所述的硝化液回流管上设有硝化液回流泵；所述的污泥回流管上设有污泥回流泵。
优选地，在所述的多孔球壳表面上设有圆形吊耳；多孔球壳之间通过圆形吊耳进行连接；所述的多孔球壳的连通孔的孔径为2mm～4mm；所述的连通孔的孔隙率为60％～90％。
优选地，所述的多孔球壳由PP材料或PUVC材料制成的多孔球壳。
优选地，所述的微氧曝气装置包括风机、输气管以及用于制作微纳米气泡的微孔曝气组件；所述的风机设置在好氧池的外部；所述的微孔曝气组件的底部，所述的风机和微孔曝气组件之间采用输气管道连接；在所述的输气管上设有输气控制阀；所述的微孔曝气组件包括曝气组件固定框和设置在曝气组件固定框上的多根微孔透气膜管；所述的多根微孔透气膜管并联接入输气管道；所述的透气膜管包括内支撑层、外支撑层及设置在内支撑层和外支撑层之间的重离子微孔膜层；所述的重离子微孔膜层的厚度为10～100微米，气泡孔的孔道直径为0.1～40微米。
优选地，所述的厌氧池、异养反硝化池、硫自养反硝化池以及好氧池内均设有搅拌器。
本发明还提供了一种低碳氮比污水的深度脱氮处理方法，该方法使用以上所述的低碳氮比污水的深度脱氮处理系统，包括以下工作步骤：
S1、分段式进水：污水进入主进水管内，主进水管通过进水泵采用分段进水的方式分别将污水注入厌氧池和异养反硝化池内；所述的厌氧池的进水流量为总进水流量的40～70％；所述的异养反硝化池的进水流量为总进水流量的30～60％；所述厌氧池和所述异养反硝化池的进水流量之和等于总进水流量的100％；
S2、有机物质进行厌氧降解和厌氧释磷：污水进入厌氧池后，在甲烷菌、硫化氢菌、醋酸菌的作用下将污水中的有机物进行厌氧降解；聚磷菌利用分解后的有机物合成聚羟基脂肪酸酯并释放磷酸盐；所述的厌氧池的溶氧量控制在0.3mg/L以下；所述的厌氧池的水力停留时间控制在1～2小时；
S3、异氧反硝化脱氮：污水进入异养反硝化池后，反硝化菌在缺氧的环境下利用异养反硝化池中的有机物作为电子供体将异养反硝化池硝酸盐转化为氮气排出；所述的异养反硝化池的溶氧量控制在0.3～0.8mg/L；所述的异养反硝化池的水力停留时间控制在1～2小时；所述的异养反硝化池中的有机物由主进水管进入异养反硝化池的污水、从厌氧池流入异养反硝化池的污水以及通过硝化液回流泵从好氧池回流至异养反硝化池内的污水提供；
S4、自养反硝化脱氮：污水进入硫自养反硝化池后，脱氮硫杆菌在缺氧的环境下利用盛放在多孔球壳内的硫自养反硝化混合原料释放的硫源作为电子供体进行硫自养反应将硫自养反硝化池中的硝酸盐转化为氮气排出；所述的硫自养反硝化池的溶氧量控制在0.3～0.8mg/L；所述的硫自养反硝化池的水力停留时间控制在1.5～3小时；所述的硫自养反硝化混合原料为硫磺颗粒和聚乙烯醇高分子颗粒的混合物；
S5、降解有机物、硝化作用以及过量吸磷：污水进入好氧池后，好氧菌通过氧化代谢将好氧池中的有机物分解为二氧化碳和水；硝化菌将好氧池中的氨氮和亚硝酸盐转化为硝酸盐，聚磷菌将好氧池中的磷吸收转化为有机磷；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时间控制在4～8小时；
S6、硝化液回流：好氧池的污水通过硝化液回流泵回流至异养反硝化池内进行循环使用：所述好氧池中的硝化液回流至异养反硝化池内的回流比为200％～400％；
S7、沉淀分离、污泥回流：从好氧池排出的污水进入沉淀池进行沉淀，经过沉淀后位于沉淀池上部的清水通过出水管；经过沉淀池沉淀后的污泥一部分通过污泥回流泵回流至厌氧池内进行循环使用，剩余的污泥通过污泥管排出；所述的污泥回流比例控制在80％～150％；所述的污泥停留时间控制在20～30天；所述的沉淀池的水力停留时间控制在1.5～3小时。
优选地，设置在厌氧池、异养反硝化池、硫自养反硝化池以及好氧池内的搅拌器持续工作。
优选地，所述的硫磺颗粒和聚乙烯醇高分子颗粒的粒径均为2～4mm；所述的硫磺颗粒和聚乙烯醇高分子颗粒的体积比为1：1～3：1。
优选地，所述的硫自养反硝化池内的硫自养反硝化混合原料按脱氮负荷1～2.5kg/m3·d进行计算，并将硫自养反硝化混合原料平均分配在多孔球壳内。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、可应对低碳氮比污水，无需外加碳源
本发明通过分段进水的设置及异养-自养协同反硝化处理系统的合理构建，即在厌氧池的后段设置异养反硝化池和硫自养反硝化池，且厌氧池和异养反硝化池采用分段进水的方式加注污水，使得装置可以轻松应对低碳氮比的污水，且无需外加碳源；首先，采用分段式进水的方式在保证厌氧池内能够进行厌氧释放磷酸盐的情况下，一部分原污水中的有机质如乙醇、乙酸、乳酸等可直接作为后续的异养反硝化池内的异养反硝化的电子供体参与反应，增加异养反硝化对原污水中的有机质的利用率；其次，在异养反硝化池内，反硝化菌利用分段进水中的有机物质和厌氧池聚磷菌厌氧释磷后剩余的有机物作为电子供体将硝酸盐转化为氮气排出，从而达到脱氮的目的，减少在异养反硝化池内进行脱氮过程中的碳源投加量；再者，在异养反硝化后段，通过设置自养反硝化混合原料构建了硫自养反硝化系统，硫自养反硝化池中的脱氮硫杆菌是自养微生物，可通过化学合功能成利用无机物质来合成有机物质进行生长和发育，不需要依赖其他生物体提供的有机物质来获取能量和碳源；实现在保证污水处理效果的情况下，可以处理低碳氮比污水，且无需消耗外加碳源或者仅需投加少量碳源，节省药耗，减少投入同时避免因水量波动造成有机碳源投加过量的风险；
2、脱氮效果好，提高总氮去除率
本发明在异养反硝化池内进行硝化脱氮处理的基础上在异养反硝化池的后段增加硫自养反硝化池，并在硫自养反硝化池内进行硫自养反硝化处理实现污水的二次硝化脱氮处理；即通过异养反硝化和硫自养反硝化有机结合进行异养-自养协同反硝化处理系统的合理构建，强化脱氮反应，使得污水在硫自养反硝化处理后实现95％以上的总氮去除率，实现深度脱氮，提升污水的除氮效果，同时，异养反硝化池和自养反硝化池独立设置，便于单独控制自养和异养的比例和进程，使出水水质更加稳定；
3、工艺流程短，运营维护简单
本发明将硫自养反硝化处理设置在好氧池之前作为二级处理，工艺流程短。将自养反硝化混合原料填充在多孔球壳内，用户可以根据进出水水质要求灵活调整，和随时进行更换；将装填自养反硝化混合原料的多组多孔球壳固定在硫自养反硝化池内，与污水充分接触，且多组多孔球壳随水流摆动，不会像滤床结构造成堵塞，无需反冲洗，运营维护简单；改变了现有硫自养反硝化技术主要应用在反硝化滤池等固定床形式，并设置在沉淀池后端作为三级处理的工艺流程长，反硝化滤池易堵塞，需反冲洗，能耗高，运行复杂等问题，方便运营维持，降低维护工作量；
4、PH稳定；不会有亚硝酸盐积累
本发明的硫自养反硝化池中的自养反硝化混合原料为硫磺颗粒和聚乙烯醇高分子颗粒混合物，硫磺颗粒提供硫源作为电子供体，聚乙烯醇属于水溶性高分子材料，具有良好的缓释性能，醋酸乙烯酯的水解是其主要的反应路径，可以通过渐进水解或溶解来释放碱度，替代原有的石灰石避免引入Ca2+，造成出水硬度增加，板结堵塞填料；同时异养反硝化池产生的碱度也可被自养反硝化和硝化利用，实现进出水碱度平衡，有利于提供稳定的反应环境；随着反应时间的延长，硫自养反硝化积累的亚硝酸盐可通过好氧池的硝化作用进一步氧化成硝酸盐，好氧池内产生的硝酸盐通过消化液回流泵回流至异养反硝化池内进行脱氮，使得出水亚硝酸盐含量减少，进一步提高总氮去除效果；
5、处理效率高、运行成本低、实用性强
本发明处理低碳氮比污水由于无需外加碳源节省了运行中的药剂投加成本，同时硫自养反硝化原料成本低，一次性投入周期长，减少后期更换成本。在好氧池中微孔曝气组件采用了微纳米曝气技术，利用重离子微孔膜层孔径精密、均一、不易堵塞等特点，产生细小的微纳米气泡供微生物反应，氧利用率高、增氧动力效率高，减少风机能耗，进而减少运行成本；
6、实用性强，市场前景广
通过本发明的污水处理系统及方法，改变了传统的污水处理模式，在厌氧池和好氧池之间设置异养反硝化池和硫自养反硝化池进行脱氮，改变了现有的在沉淀池后端进行脱氮的模式，有效的提高了沉淀池沉淀后排出水的水质，维护、更换填料简单，具有广阔的市场前景和良好的经济价值，便于在污水处理中推广使用。
（发明人：彭东豪;耿春茂;廖志军;刘广停;张信武;杨思聪;黎富潮;陈振宇;余丹丹;毛丽翠）
