CN2017100705364一种强化除磷与污泥减量型污水处理装置公开号106587544

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(43)申请公布日(21)申请号201710070536.4(22)申请日2017.02.09(71)申请人山东建筑大学地址251200山东省济南市历城区临港开发区凤鸣路1000号(72)发明人王永磊　刘宝震　王洪波　张克峰　尹萌萌　王宁　徐学信　王文浩　许斐　薛舜　(74)专利代理机构济南泉城专利商标事务所37218代理人李桂存(51)Int.Cl.C02F9/14(2006.01)C02F11/12(2006.01)C02F3/30(2006.01)(54)发明名称一种强化除磷与污泥减量型污水处理装置(57)摘要本发明提供一种强化除磷与污泥减量型污水处理装置，包括一体化生物反应池、侧流化学除磷结晶单元和二沉池；集生物絮凝沉淀、主流生物除磷耦合侧流化学除磷、同步硝化反硝化脱氮、污泥原位减量于一体，能够应对短时间高浓度有机负荷，同时具有污泥产量小、脱氮除磷效果好、抗冲击能力强、处理流程简单等优点，是一种可有效应对异常进水的城市污水处理装置。权利要求书2页说明书8页附图1页CN106587544A2017.04.26CN106587544A1.一种强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于：包括一体化生物反应池、侧流化学除磷结晶单元和二沉池；所述的一体化生物反应池由依次连通的的前置污泥减量单元、厌氧区、缺氧区和好氧区组成，所述的厌氧区由2个或多个厌氧池串联，厌氧池顶部设有相连的溢流口、缺氧区由2个或多个缺氧池串联、好氧区由2个或多个好氧池串联而成；厌氧池、缺氧池和好氧池内放置球形多孔铁氧化物陶土复合填料，好氧池的装填体积比为40～60%，厌氧池和缺氧池的装填体积比为80～90%；所述缺氧池与好氧池之间由回流管联通；最后一个好氧池与第一个缺氧池顶部之间设置消化液内回流管，并在缺氧池顶部的回流管处设置活动挡流隔板；所述的好氧池底部设置有曝气管路；所述前置污泥减量单元包括由曝气、缺氧和厌氧生物絮凝形成的一体化预处理区，预处理区后设置有预沉池，预处理区的前端设有进水管，预处理区的上部与预沉池上部相连通，且预处理区底部与预沉池底部设有污泥内回流管，预处理区和预沉池形成内循环回流管路；所述侧流化学除磷结晶单元，包括侧流化学结晶柱，侧流化学结晶柱由结晶反应区和位于其上部的上清液静置区两部分组成；厌氧池设置上清液侧流管与侧流化学结晶柱底部相连接，结晶柱上清液静置区与缺氧池之间设有结晶上清液回流管；好氧区与二沉池由管路连接，二沉池底部与前置污泥减量单元之间设置污泥外回流管，二沉池上部连接有出水管。2.根据权利要求1所述的强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于：各个厌氧池、缺氧池和好氧池之间通过池壁孔洞水力连接，逆向流流态，斜对角进出水。3.根据权利要求1所述的强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于：厌氧区由2个厌氧池串联、缺氧区由2个缺氧池串联、好氧区由5个好氧池串联而成。4.根据权利要求1所述的强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于：厌氧区、缺氧区、好氧区的体积比为1：1：2.5，根据运行实际需要可随时调整各厌氧池、缺氧池、好氧池的体积，消化液内回流管设有阀门调节回流量，不同位置的消化液内回流管可以根据水力需要调节内回流液的入流位置，由此形成逆向流或混合流的水力条件。5.根据权利要求1所述的强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于：所述前置污泥减量单元中设有搅拌器，前置污泥减量单元前段部分底部连接有曝气管路。6.根据权利要求1所述的强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于：结晶反应区内放置有改性含铁氧化物钢渣为晶种，并填充氯化钙为诱导结晶试剂。7.根据权利要求6所述的强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于：所述改性含铁氧化物钢渣晶种制备方法：取粒度为3~5mm的钢渣颗粒，按照钢渣与含铁氧化物粉末、陶土质量比为10：1：1加入含铁氧化物粉末和陶土混合，制成5mm球形颗粒；然后按固液比0.8加入到NaOH、磷酸盐、CaCl2的混合水溶液中，溶液中NaOH 浓度为6mol/L，Ca2+浓度为1mol/L，Ca2+与P摩尔比为3：1，100oC反应6h，过滤即得。8.根据权利要求1所述的强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于：所述的结晶反应区，侧面设置结晶取样口，底部设置化学药剂投加口、反冲洗口，及曝气口。9.根据权利要求1所述的强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于：所述的球权　利　要　求　书1/2页2CN106587544A2形多孔氧化铁陶土复合填料，球形，直径8cm，由外部铁氧化物陶土外壳和内部悬浮填料构成；所述的铁氧化物陶土外壳包括PVC注塑支架以及在支架表面粘附的铁氧化物陶土，直径8cm，表面呈多孔状，孔隙率65%；内部悬浮填料，由填料旋转轴支撑，由多孔外壳内部包裹PVC材质圆形网状结构构成，直径5cm，内部悬浮填料绕旋转轴可旋转。10.根据权利要求1所述的强化除磷与污泥减量型污水处理装置，其特征在于,运行过程如下：污水由进水管进入前置污泥减量单元，然后依次进入厌氧池、缺氧池、好氧池，厌氧池上清液经侧流管流入化学结晶柱，在结晶反应区进行磷的化学结晶去除，去除后上清液经由回流管道，与硝化液回流管一起回流到缺氧池，结晶柱内结晶体通过晶柱侧面取样口取出；好氧池出水进入二沉池，下部污泥经污泥外回流管回流至前置污泥减量单元，上部经出水管出水。权　利　要　求　书2/2页3CN106587544A3一种强化除磷与污泥减量型污水处理装置技术领域[0001]本发明属于污水处理技术领域，涉及一种强化除磷与污泥减量型污水处理装置。背景技术[0002]高含氮、磷污水的排放会大量消耗水体氧气，造成水体富营养化，甚至产生毒性。因此，去除污水中生物有机物质，尤其是利用生物方式去除，对于水环境的保护至关重要。目前主流的污水除磷技术主要是物理、化学和生物方法的单独使用和结合强化。物理除磷方法已经被证实是一种较为昂贵的处理方法，例如电解析和反渗透技术，但这些技术效率低，去除率仅为10%。化学除磷技术则会带来较为高昂的化学药剂消耗，并产生大量的化学污泥，这又与目前的减少污水处理中的剩余污泥产量发展方向相悖。生物处理技术在理论上可以达到98%的总磷去除率，但在实际的污水处理中，又存在聚磷菌与其他菌种尤其是发硝化菌争抢有机物的竞争关系，生活污水普遍碳源偏低等限制因素，其实际处理效率也不高。并且生物处理的最终除磷方式也是依靠排除高浓度含磷污泥，故依然存在剩余污泥过大的问题，增加了污水处理的成本。但相比之下，生物除磷方法较之物理和化学方法，其经济效益更好，运行操作更为简便，在降低出水总磷含量，控制水体富营养化方面也行之有效，所以是目前大多数污水处理厂最主流的除磷方式。[0003]传统的生物除磷过程主要是依靠聚磷菌完成的，包括两个过程：厌氧环境中聚磷菌利用分解体内磷粒释放的能量，将挥发性脂肪酸转换成PHB储存在体内；好氧或者缺氧环境中聚磷菌分解体内的PHB产生能量用于自身细胞生长以及过量吸收水中的磷合成磷粒储存在细胞内，随着排除多余的富含聚磷菌的污泥完成除磷。目前，越来越严格的污水厂出水氮、磷和COD限值，远远超过了现有活性污泥工艺的处理能力，亟待对现有工艺的升级与发展。[0004]基于传统A2O处理系统的生物膜填料处理工艺是一种高效的污水处理技术，能使生活污水处理后出水达到较高的水质。生物膜处理工艺有效避免了传统活性污泥处理方法的缺点，如抗冲击负荷差，容易产生污泥膨胀，剩余污泥产量大等，在提高污水处理脱氮除磷效率，尤其是在处理厂升级改造空间和资金有限的情况下，是一种新兴有前景的处理工艺。[0005]生物膜处理工艺在污水处理方面主要优势有：降低剩余污泥产量；更高的有机物负荷率；降低悬浮固体（SS）浓度；更高的溶解氧传递效率；活性微生物生物量更高更丰富；由于生物膜依附于填料存在，从外而内形成溶解氧浓度差，有助于同步硝化反硝化和同步脱氮除磷反应的发生；生物填料较大的比表面积提高了附着生物传输率以及微生物对冲击负荷和有毒物质的抵抗能力。生物膜法在脱氮除磷方面也有一些劣势，例如，在目前国内生活污水多为低碳源情况下，碳源含量制约生物除磷效率；生物膜法较低的污泥产量也不利于磷的去除以及后续磷的回收与利用，为污水厂能量自给自足提供可能。[0006]除此以外，常规污水处理工艺产生大量的剩余污泥，剩余污泥的处置费用在污水厂运行费用中占很大比例。这严重制约了污水处理的可持续发展，尤其是污水处理厂向能说　明　书1/8页4CN106587544A4量自给自足甚至能源外供性污水处理转型发展。而控制剩余污泥的产生又与目前污水生物脱氮除磷工艺想矛盾，大量的剩余污泥又蕴含可二次利用的巨大潜能。[0007]综上所述，如何在污水处理过程中消减污泥产生量，同时提高脱氮除磷的效果，尤其是低碳氮比污水的脱氮除磷效果成为了迫切需要解决的问题。研发新型的污泥减量与强化脱氮除磷耦合技术及其工艺系统，对我国污水处理事业的发展具有重大的意义。发明内容[0008]本发明针对现有污水处理技术存在的污水处理流程长、污泥产量大、氮磷去除效率不高、应对异常进水抗冲击能力弱以及处理成本高等问题，设计了一种强化除磷与污泥减量型污水处理装置，本发明装置集生物絮凝沉淀、主流生物除磷耦合侧流化学除磷、同步硝化反硝化脱氮、污泥原位减量于一体，能够应对短时间高浓度有机负荷，同时具有污泥产量小、脱氮除磷效果好、抗冲击能力强、处理流程简单等优点，是一种可有效应对异常进水的城市污水处理装置。[0009]本发明技术方案如下：一种强化除磷与污泥减量型污水处理装置，包括一体化生物反应池、侧流化学除磷结晶单元和二沉池；所述的一体化生物反应池由依次连通的的前置污泥减量单元、厌氧区、缺氧区和好氧区组成，所述的厌氧区由2个或多个厌氧池串联，厌氧池顶部设有相连的溢流口、缺氧区由2个或多个缺氧池串联、好氧区由2个或多个好氧池串联而成。[0010]优选地，各个厌氧池、缺氧池和好氧池之间通过池壁孔洞水力连接，逆向流流态，斜对角进出水；优选地，厌氧区由2个厌氧池串联、缺氧区由2个缺氧池串联、好氧区由5个好氧池串联而成；所述前置污泥减量单元包括由曝气、缺氧和厌氧生物絮凝形成的一体化预处理区，预处理区后设置有预沉池，预处理区的前端设有进水管，预处理区的上部与预沉池上部相连通，且预处理区底部与预沉池底部设有污泥内回流管，预处理区和预沉池形成内循环回流管路；优选地，所述前置污泥减量单元中设有搅拌器，防止污泥沉淀，前置污泥减量单元前段部分底部连接有曝气管路。[0011]厌氧池、缺氧池和好氧池内放置球形多孔铁氧化物陶土复合填料，好氧池的装填体积比为40～60%，厌氧池和缺氧池的装填体积比为80～90%。[0012]所述缺氧池与好氧池之间由回流管联通；最后一个好氧池与第一个缺氧池顶部之间设置消化液内回流管，并在缺氧池顶部的回流管处设置活动挡流隔板；所述的好氧池底部设置有曝气管路。[0013]优选地，厌氧区、缺氧区、好氧区的体积比为1：1：2.5，根据运行实际需要可随时调整各厌氧池、缺氧池、好氧池的体积，消化液内回流管设有阀门调节回流量，不同位置的消化液内回流管可以根据水力需要调节内回流液的入流位置，由此形成逆向流或混合流的水力条件。[0014]所述侧流化学除磷结晶单元，包括侧流化学结晶柱，侧流化学结晶柱由结晶反应说　明　书2/8页5CN106587544A5区和位于其上部的上清液静置区两部分组成；结晶反应区内放置有改性含铁氧化物钢渣为晶种，并填充氯化钙为诱导结晶试剂；所述改性含铁氧化物钢渣晶种制备方法：取粒度为3~5mm的钢渣颗粒，按照钢渣与含铁氧化物粉末、陶土质量比为10：1：1加入含铁氧化物粉末和陶土混合，制成5mm球形颗粒；然后按固液（颗粒/混合溶液）比0.8加入到NaOH、磷酸盐、CaCl2的混合水溶液中，溶液中NaOH 浓度为6mol/L，Ca2+浓度为1mol/L，Ca2+与P摩尔比为3：1，100oC反应6h，过滤即得。[0015]厌氧池设置上清液侧流管与侧