公布日：2022.04.08
申请日：2021.12.10
分类号：C02F9/14(2006.01)I;C02F11/04(2006.01)I;C02F11/12(2019.01)I;C02F11/14(2019.01)I;C02F11/122(2019.01)I;C01B25/26(2006.01)I;
C02F1/24(2006.01)N;C02F1/50(2006.01)N;C02F1/52(2006.01)N;C02F3/30(2006.01)N
摘要
本发明提供一种脱氮回收磷的污水处理系统，包括依次连接的预处理系统、生物处理系统、深度处理系统、污泥处理系统和磷回收系统，预处理系统包括依次连接的粗格栅、细格栅及曝气沉砂池和精细格栅池，生物处理系统包括依次连接的AO处理单元和二沉池单元，深度处理系统包括依次连接的反硝化滤池、气浮池和接触消毒池；污泥处理系统包括依次连接的污泥浓缩池单元、污泥调理池和污泥脱水机房；磷回收系统包括依次连接的磷渣搅拌池、磷渣浓缩池和磷渣脱水车间。本发明的污水处理系统，工艺流程简单，各功能段设置合理，预处理系统去除较大悬浮物及无机砂粒，生物处理系统强化总氮及有机物的去除，深度处理系统对TN及TP进行进一步的去除。
权利要求书
1.一种脱氮回收磷的污水处理系统，其特征在于，包括依次连接的预处理系统（1）、生物处理系统（2）、深度处理系统（3）、污泥处理系统（4）和磷回收系统（5），所述预处理系统（1）包括依次连接的粗格栅（11）、细格栅及曝气沉砂池（12）和精细格栅池（13），所述生物处理系统（2）包括依次连接的AO处理单元（21）和二沉池单元（22），所述深度处理系统（3）包括依次连接的反硝化滤池（31）、气浮池（32）和接触消毒池（33）；所述污泥处理系统（4）包括依次连接的污泥浓缩池单元（41）、污泥调理池（42）和污泥脱水车间（43）；所述磷回收系统（5）包括依次连接的磷渣搅拌池（51）、磷渣浓缩池（52）和磷渣脱水车间（53）；所述精细格栅池（13）处理的污水依次进入AO处理单元（21）和二沉池单元（22），所述二沉池单元（22）处理后的污水进入反硝化滤池（31）进行反硝化处理，所述二沉池单元（22）排出的污泥一部分回流进入AO处理单元（21），另一部分进入污泥浓缩池单元（41）；所述反硝化滤池（31）处理后的污水进入气浮池（32），所述气浮池（32）处理后的污水进入接触消毒池（33）消毒，消毒后的水达标排放，所述气浮池（32）表面的浮渣输送至磷渣搅拌池（51）；所述污泥浓缩池单元（41）浓缩后的污泥进入到污泥调理池（42）进行调理，调理后的污泥再进入到污泥脱水车间（43）进行脱水处理，脱水后的污泥外运；所述磷渣搅拌池（51）处理后的污泥进入到磷渣浓缩池（52）进行浓缩处理，浓缩处理后的上清液进入AO处理单元（21），浓缩处理后的污泥进入磷渣脱水车间（53）进行脱水处理，脱水处理后的滤液进入AO处理单元（21），脱水处理后的磷渣外运；所述AO处理单元（21）包括至少三级缺氧好氧生物反应池，从左至右依次为第一级缺氧好氧生物反应池、第二级缺氧好氧生物反应池和第三级缺氧好氧生物反应池，每级缺氧好氧生物反应池均包括依次连接的缺氧池和好氧池，每级缺氧好氧生物反应池均通过生化池进水总管（23）连接精细格栅池（13），每级的缺氧池均通过进水支管（24）连接生化池进水总管（23），每级的好氧池均通过硝化液回流管（211）连接好氧池进行硝化液回流，所述二沉池单元（22）包括至少两个二沉池，每个所述二沉池的出水口均和反硝化滤池（31）的进水口连接，每个所述二沉池沉淀下的污泥一部分通过剩余污泥管（222）连接污泥浓缩池单元（41），另一部分通过污泥回流管（221）连接第一级缺氧好氧生物反应池；所述污泥浓缩池单元（41）至少包括两组污泥浓缩池；所述气浮池（32）包括主处理单元（321）和副处理单元（322），所述主处理单元（321）的污水进口与反硝化滤池（31）出口连接，所述主处理单元（321）的污水出口与接触消毒池（33）连接，所述副处理单元（322）的入口分别与所述污泥浓缩池单元（41）的上清液出口及所述污泥脱水车间（43）的压滤液出口连接，所述副处理单元（322）的出口与第一级缺氧好氧生物反应池进口连接；所述气浮池（32）的主处理单元（321）与副处理单元（322）的浮渣出口均连接磷渣搅拌池（51），经过磷渣搅拌池（51）搅拌的浮渣通过泵送至磷渣浓缩池（52）进行重力浓缩，所述磷渣浓缩池（52）浓缩过程中排放的上清液通过上清液口进入到第一级缺氧好氧生物反应池；所述磷渣浓缩池（52）浓缩后的磷渣通过泵送至磷渣脱水车间（53）进行深度脱水，脱水后的滤液通过滤液出口连接第一级缺氧好氧生物反应池。
2.一种脱氮回收磷的污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.污水依次进入粗格栅（11）、细格栅及曝气沉砂池（12）和精细格栅池（13），去除污水中的垃圾、细小悬浮物及污泥砂粒；S2.经过精细格栅池（13）处理后的污水通过生物池进水总管（23）转输到AO处理单元（21）中，通过进水支管（24）将污水按比例分配到各级缺氧池中，污水在AO处理单元进行氨氮、总氮、有机物的去除，每级AO单元均设置有硝化液内回流系统，强化总氮的去除；经过AO处理单元（21）处理后的泥水混合物进入到二沉池（22）进行泥水分离去除SS，污水进入到反硝化滤池（31）继续处理，分离后二沉池（22）底部的回流污泥通过污泥回流管（221）回流至第一级缺氧好氧生物反应池，分离后二沉池（22）底部的剩余污泥进入到污泥浓缩池单元（41）进行污泥的处理；S3.进入反硝化滤池（31）的污水通过投加外加碳源，利用反硝化滤池（31）内培养的反硝化细菌进行总氮的进一步去除后进入气浮池（32）的主处理单元（321）进行总磷的去除，在气浮池（32）入口处添加除磷药剂与污水中的磷酸盐进行絮凝反应产生絮体，气浮池（32）底部通入溶气装置产生的纳米级的微气泡，微气泡在上浮过程中与絮体结合形成浮渣，通过气浮池（32）表面上设置的刮渣机将浮渣刮除并输送至磷渣搅拌池（51）除磷，除磷后的污水进入到接触消毒池（34）进行消毒，确保出水大肠杆菌指标符合出水要求；S4.二沉池（22）底部的剩余污泥通过泵输送至污泥浓缩池单元（41）内，污泥浓缩池单元（41）至少包括两组污泥浓缩池，其中一个污泥浓缩池在进泥时，另一个污泥浓缩池在沉淀及排除上清液，污泥浓缩池单元（41）在污泥浓缩时处于厌氧状态，微生物产生释磷反应，磷酸盐随着排除的上清液输送到气浮池（32）的副处理单元（322）再次进行总磷的去除，副处理单元（322）处理后的上清液进入到第一级缺氧好氧生物反应池进行污水物的去除；S5.在步骤S3中，污水中的磷酸盐一部分进入到磷渣搅拌池（51），另一部分磷酸盐随着污泥进入污泥浓缩池单元（41），污泥浓缩池单元（41）浓缩后的污泥进入到污泥调理池（42），通过投加化学调理剂进行调理，调理后的污泥进入到污泥脱水车间（43），污泥脱水车间（43）将污泥压成滤饼外运，脱水产生的富磷输送到气浮池（32）的副处理单元（322）进行总磷的去除；S6.浮渣进入到磷渣搅拌池（51），磷渣搅拌池（51）内设有搅拌器，对浮渣进行匀质并通过搅动促使微气泡的消散，搅拌后的污泥进入到磷渣浓缩池（52），经过重力浓缩的磷渣进入到磷渣脱水车间（53）进行脱水，浓缩的上清液进入AO处理单元（21）的入口，脱水后得到富磷的磷渣，外运进行进一步的资源回收利用与提纯。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种脱氮回收磷的污水处理系统及其方法，预处理系统采用粗格栅+细格栅+沉砂池+精细格栅的工艺，去除水中的SS及无机砂粒，生物处理系统采用多级AO工艺，主要去除水中的COD、BOD、及NH3-N和TN，深度处理系统采用反硝化滤池+气浮池工艺，主要进行SS、TN、TP的进一步去除，同时回收磷；另外，本方法将污泥浓缩池的上清液收集转输到气浮池，气浮池分主处理单元及副处理单元，主处理单元进行污水中磷的极限去除并回收富磷浮渣，处理后的出水可确保各项污染物指标均能达到出水水质要求，副处理单元主要处理浓缩污泥上清液及污泥脱水的压滤液，通过絮凝气浮作用将其中的磷元素转为磷渣，副处理单元磷渣与主处理单元磷渣共同输送至磷回收池系统进行磷渣的处理。
本发明采用的技术方案是：
一种脱氮回收磷的污水处理系统，其中，包括依次连接的预处理系统、生物处理系统、深度处理系统、污泥处理系统和磷回收系统，所述预处理系统包括依次连接的粗格栅、细格栅及曝气沉砂池和精细格栅池，所述生物处理系统包括依次连接的AO处理单元和二沉池单元，所述深度处理系统包括依次连接的反硝化滤池、气浮池和接触消毒池；所述污泥处理系统包括依次连接的污泥浓缩池单元、污泥调理池和污泥脱水车间；所述磷回收系统包括依次连接的磷渣搅拌池、磷渣浓缩池和磷渣脱水车间；
所述精细格栅池处理的污水依次进入AO处理单元和二沉池单元，所述二沉池单元处理后的污水进入反硝化滤池进行反硝化处理，所述二沉池单元排出的污泥一部分回流进入AO处理单元，另一部分进入污泥浓缩池单元；
所述反硝化滤池处理后的污水进入气浮池，所述气浮池处理后的污水进入接触消毒池消毒，消毒后的水达标排放，所述气浮池表面的浮渣输送至磷渣搅拌池；
所述污泥浓缩池单元浓缩后的污泥进入到污泥调理池进行调理，调理后的污泥再进入到污泥脱水车间进行脱水处理，脱水后的污泥外运；
所述磷渣搅拌池处理后的污泥进入到磷渣浓缩池进行浓缩处理，浓缩处理后的上清液进入AO处理单元，浓缩处理后的污泥进入磷渣脱水车间进行脱水处理，脱水处理后的滤液进入AO处理单元，脱水处理后的磷渣外运。
优选的是，所述的脱氮回收磷的污水处理系统，其中，所述AO处理单元包括至少三级缺氧好氧生物反应池，从左至右依次为第一级缺氧好氧生物反应池、第二级缺氧好氧生物反应池和第三级缺氧好氧生物反应池，每级缺氧好氧生物反应池均包括依次连接的缺氧池和好氧池，每级缺氧好氧生物反应池均通过生化池进水总管连接精细格栅池，每级的缺氧池均通过进水支管连接生化池进水总管，每级的好氧池均通过硝化液回流管连接好氧池进行硝化液回流，所述二沉池单元包括至少两个二沉池，每个所述二沉池的出水口均和反硝化滤池的进水口连接，每个所述二沉池沉淀下的污泥一部分通过剩余污泥管连接污泥浓缩池单元，一部分通过污泥回流管连接第一级缺氧好氧生物反应池；所述污泥浓缩池单元至少包括两组污泥浓缩池。
优选的是，所述的脱氮回收磷的污水处理系统，其中，所述气浮池包括主处理单元（和副处理单元，所述主处理单元的污水进口与反硝化滤池出口连接，所述主处理单元的污水出口与接触消毒池连接，所述副处理单元的入口分别与所述污泥浓缩池单元的上清液出口及所述污泥脱水车间的压滤液出口连接，所述副处理单元的出口与第一级缺氧好氧生物反应池进口连接。
优选的是，所述的脱氮回收磷的污水处理系统，其中，所述气浮池的主处理单元与副处理单元的浮渣出口均连接磷渣搅拌池，经过磷渣搅拌池搅拌的浮渣通过泵送至磷渣浓缩池进行重力浓缩，所述磷渣浓缩池浓缩过程中排放的上清液通过上清液口进入到第一级缺氧好氧生物反应池；所述磷渣浓缩池浓缩后的磷渣通过泵送至磷渣脱水车间进行深度脱水，脱水后的滤液通过滤液出口连接第一级缺氧好氧生物反应池。
一种脱氮回收磷的污水处理方法，其中，包括以下步骤：
S1.污水依次进入粗格栅、细格栅及曝气沉砂池和精细格栅池，去除污水中的垃圾、细小悬浮物及污泥砂粒；
S2.经过精细格栅池处理后的污水通过生物池进水总管转输到AO处理单元中，通过进水支管将污水按比例分配到各级缺氧池中，污水在AO处理单元进行氨氮、总氮、有机物的去除，每级AO单元均设置有硝化液内回流系统，强化总氮的去除；经过AO处理单元处理后的泥水混合物进入到二沉池进行泥水分离去除SS，污水进入到反硝化滤池继续处理，分离后二沉池底部的回流污泥通过污泥回流管回流至第一级缺氧好氧生物反应池，分离后二沉池底部的剩余污泥进入到污泥浓缩池单元进行污泥的处理；
S3.进入反硝化滤池的污水通过投加外加碳源，利用反硝化滤池内培养的反硝化细菌进行总氮的进一步去除后进入气浮池的主处理单元进行总磷的去除，在气浮池入口处添加除磷药剂与污水中的磷酸盐进行絮凝反应产生絮体，气浮池底部通入溶气装置产生的纳米级的微气泡，微气泡在上浮过程中与絮体结合形成浮渣，通过气浮池表面上设置的刮渣机将浮渣刮除并输送至磷渣搅拌池，除磷之后的污水进入到接触消毒池进行消毒，确保出水大肠杆菌指标符合出水要求；
S4.二沉池底部的剩余污泥通过泵输送污泥浓缩池单元内，污泥浓缩池单元至少包括两组污泥浓缩池，其中一个污泥浓缩池在进泥时，另一个污泥浓缩池在沉淀及排除上清液，污泥浓缩池单元在污泥浓缩时处于厌氧状态，微生物产生释磷反应，磷酸盐随着排除的上清液输送到气浮池的副处理单元再次进行总磷的去除，副处理单元处理后的上清液进入到第一级缺氧好氧生物反应池；
S5.在步骤S3中，污水中的磷酸盐一部分进入到磷渣搅拌池，另一部分磷酸盐随着污泥进入污泥浓缩池单元，污泥浓缩池单元浓缩后的污泥进入到污泥调理池，通过投加化学调理剂进行调理，调理后的污泥进入到污泥脱水车间，污泥脱水车间将污泥压成滤饼外运，脱水产生的富磷压滤液输送到气浮池的副处理单元进行总磷的去除；
S6.浮渣进入到磷渣搅拌池，磷渣搅拌池内设有搅拌器，对磷渣进行匀质并通过搅动促使微气泡的消散，搅拌后的污泥进入到磷渣浓缩池，经过重力浓缩的磷渣进入到磷渣脱水车间进行脱水，浓缩的上清液进入AO处理单元的入口，脱水后得到富磷的磷渣，外运进行进一步的资源回收利用与提纯。
本发明的优点在于：
（1）本发明的污水处理系统及方法，工艺流程设计合理，通过构筑物与功能区的有机组合，合理设计划分各个功能区的功能，使出水水质能够稳定达标。
（2）本发明的污水处理系统，在生物段没有厌氧段，不设置生物除磷单元，规避了聚磷菌与反硝化细菌的生长矛盾，生物处理段取消化学除磷药剂的投加，不进行化学除磷，生物段主要通过多段AO工艺进行氨氮、总氮及有机物的去除，污水处理中，有机物的去除比较简单，主要是总氮的去除比较困难，通过多段AO工艺单元，人为创造出更适宜硝化菌及反硝化菌生长的环境，使硝化及反硝化菌的种群优势及活性增强，以此达到更优的氨氮及总氮出水效果；生物处理系统出水TN可以稳定小于10mg/L，投加外加碳源的情况下，AO处理单元出水TN可达到7-8mg/L，其他COD指标可稳定低于30mg/L(无难生化物质的前提下)，BOD稳定小于10mg/L,氨氮稳定小于1.0mg/L，SS出水稳定低于20mg/L，TP由于不进行去除，一般情况下总磷的含量为进水总磷含量的70%-80%，其余总磷被吸收同化在微生物内部，生活污水中TP一般在6mg/L左右，实测出水TP一般可4.5mg/L左右。
（3）本发明的污水处理系统，在深度处理系统设置了反硝化滤池和气浮池，反硝化滤池采用反硝化深床滤池，采用级配粗砂作为滤料，水流采用下向流，可以确保出水中SS更低，TN的去除效果可达到5mg/L，出水TN可稳定低于5mg/L，SS稳定低于10mg/L，TP稳定在4.5mg/L左右；气浮池采用溶气加压气浮或回流水加压高速气浮形式，根据试验数据，气浮池对TP具有极高的去除率，一般出水TP可稳定小于0.1mg/L，本发明的气浮池分为两组，共用一个池体进行建设，设备安装于相隔开的主处理区与副处理区，主处理区主要负责处理主工艺流程中污水中的TP，通过絮凝及纳米级微气泡上浮作用，将污水中TP去除，出水TP按0.1mg/L计。
（4）本发明的污水处理系统，收集污泥浓缩的上清液与污泥脱水的压滤液并将其通入到气浮池的副处理单元，其中污泥浓缩池的上清液由于浓缩池的厌氧情况下进行了厌氧释磷，上清液中的TP含量在0.5-1.5mg/L左右，污泥脱水过程中形成的压滤液的TP含量一般在0.5-3.0mg/L，通过使上清液与压滤液进入专用的气浮池副处理单元进行TP的去除，可以进一步减少整个系统内的TP污染物浓度，并可将污泥处理过程中产生的TP进一步回收利用。污泥经过脱水后的干污泥一般进入到焚烧厂进行焚烧处理，最终进入到飞灰填埋场掩埋，在此过程中，仅剩部分无法脱除的污泥间隙水中及污泥中微生物自身组成物质中的磷被浪费。
（5）本发明的污水处理系统，主要利用气浮池的主处理单元与副处理单元将主流程处理的污水中的TP去除变为磷渣，通过气浮池上部设置的刮渣机将磷渣刮送至磷渣搅拌池，在刮送过程中不可避免的带入到一些水分。同时，一般污水处理厂的除磷药剂通常采用氯化铝或聚合氯化铝药剂。因此，磷渣的主要成分为化学反应后的磷酸铝及其他一些被絮凝上浮过程中带出水的胶体悬浮物。由于气浮的机理为微细泡粘附絮体上浮，因此磷渣中必然含有较多的微气泡，需要通过浮渣搅拌池的搅拌使气泡脱除，才能进一步的进行重力浓缩。通过搅拌的磷渣搅拌池的磷渣混合着污水一并送到磷渣浓缩池，进行重力浓缩，进入到生化处理系统处理，经过浓缩的磷渣进入到磷渣脱水车间进行进一步的脱水，脱水后的磷渣外运进行资源化利用。脱水出的滤液送入到生化处理系统进行处理。
（6）本发明的污水处理系统，通过气浮池的主处理区与副处理区，可回收污水中高达90%的磷元素（磷酸盐），按照一个中等规模的污水处理厂日常运行水量5万吨/d计算，进水总磷含量设定为6mg/L，理论上可以每年回收的磷元素质量将近100t，具有极大的经济效益，同时本发明的工艺流程简单，各功能段设置合理，预处理系统去除较大悬浮物及无机砂粒，保证后续处理构筑物的稳定运行，在生物处理系统不进行磷的化学去除，强化总氮及有机物的去除，使总氮的脱除效果更佳，深度处理系统对TN及TP进行进一步的去除，使出水水质稳定达标，本发明各个工艺段参数设计合理，出水标准可稳定达到地表水环境准四类水标准，同时回收的磷具有极大的经济价值。
（发明人：薛峰;张万里;冯仕训;刘晋）
