申请日2004.07.29
公开(公告)日2006.10.25
IPC分类号C02F3/30
摘要
本实用新型属环保技术领域，具体涉及一种污水胞内碳源脱氮装置。由胞内聚合物形成池、中沉池、硝化池、反硝化池和二沉池经管道和阀门连接组成，使用本实用新型装置，无需投加化学药剂作为反硝化碳源，也无需回流大量混合液，减少了能耗，并且保证了出水NO3--N的低浓度，提高脱氮效率。节约了氧化有机物所需能量和体积，同时减少了剩余污泥量。本实用新型结构简单，构思新颖，成本低廉，占地面积小。
权利要求书
1、一种污水胞内碳源脱氮装置，其特征在于由胞内聚合物形成池、中沉池、硝化池、 反硝化池和二沉池经管道和阀门连接组成，其中，胞内聚合物形成池由池体(24)和曝气扩 散器(3)组成，池体(24)前部设有进水管(1)，在进水管(1)同一方向处设有来自二沉池的 回流污泥管(2)，曝气扩散器(3)位于池体(24)底部，与空气管33连接，池体(24)尾部设 有出水堰(4)，池体(24)尾部壁上固定有出水管(5)，出水管(5)底与出水堰(4)底部平齐; 硝化池由池体(26)、软性填料(12)和曝气扩散器(13)组成，软性填料(12)充满池体(26)， 池体(26)的前部与中沉池的出水管(10)相连，同一方向设有来自二沉池的污泥回流管 (11)，池体(26)底部设有曝气扩散器(13)，曝气扩散器(13)与空气管(34)连接;反硝化池 池体(27)的前部设有进水口，池体前部固定有来自中沉池的进泥管(15)，池体(27)底部设 有搅拌机(16)，池体(27)尾部设有出水堰(21)，池体(27)外壁固定有出水管(18)，出水管 (18)管底与出水堰(17)底部平齐。
2、根据权利要求1所述的污水胞内碳源脱氮装置，其特征在于中沉池由池体(25)， 中心管(6)组成，进水管(7)将混合液引入位于池体中部的中心管(6)中，混合液经过中心 管后均匀分布于池中，池体(25)上部四周设有出水堰(8)，紧靠池体上部，出水管(10)设 于池体(25)外壁，出水管(10)底与出水堰(8)底平齐，池体下部固定有排泥管(9)。
3、根据权利要求1所述的污水胞内碳源脱氮装置，其特征在于二沉池内，中心管(20) 设于池体(28)中部，进水管(19)将混合液引入位于池体中部的中心管(20)中，混合液经过 中心管后均匀分布于池中，池体(28)上部四周设有出水堰(21)，紧靠池体上部，池体(28) 尾部外壁上设有出水管(18)，出水管(18)底与出水堰底齐平，排泥管(23)固定于池体(28) 下部。
4、根据权利要求1所述的污水胞内碳源脱氮装置，其特征在于硝化池内充满悬浮填料 (31)，硝化池出水部位设有拦截网(32)。
说明书
污水胞内碳源脱氮装置
技术领域
本实用新型属环保技术领域，具体涉及一种污水胞内碳源脱氮装置。
背景技术
上世纪初，随着废水生物处理工艺的发明，水污染控制技术得到很大的进步，到了七 十年代，西方发达国家水体黑臭问题基本上得到解决，随之而来的是由氮污染引起的水体 富营养化问题，并且在世界范围内日益突出，在内陆河流和湖泊的水体中，氮是富营养化 的控制因素。自此，脱氮技术及其装置一直成为国际环保领域学术界和工程界关注的研究 热点，发明了多种脱氮方法，主要分为物理化学方法和生物处理方法。
废水脱氮的物理化学方法主要有吹脱法、折点氯化法、选择离子交换法、催化氧化法 等，适用于高浓度氨氮废水的处理，且存在着处理成本高，对环境影响大，产生二次污染 等问题。而生物脱氮较物理化学方法更经济，对氨氮浓度相对低的城市污水更适用。生物 脱氮是通过“硝化-反硝化”过程进行。硝化即通过自养性细菌在有氧的条件下将氨氮连 续地转变为硝酸盐氮的过程，反硝化即通过异氧兼性反硝化细菌，在缺氧条件下转化硝酸 盐为氮气的过程。自养性的硝化菌和降解有机物的异养菌及反硝化异养菌相比较，世代周 期长，竞争能力较弱，因此硝化需在有机碳浓度低、有机负荷低和有氧的条件下才能进行。
而污水中通常含有有机物、氨氮等污染物，这使得去除有机物、硝化、反硝化很难在 一个反应器内同时、高效完成，因此一般污水脱氮装置均针对其水质和参与反应的几大类 不同微生物的特点而设计，各有其优缺点，主要的几种脱氮装置如下：
(一)O/A脱氮装置
这是最广泛应用的一种生物脱氮装置，也称后置反硝化装置，它是好氧反应池在前， 缺氧反硝化池在后。在好氧反应器中先进行有机物的降解，然后硝化，在缺氧反应池中进 行反硝化。由于好氧硝化池出水有机物浓度非常低，在反硝化池中需投加碳源。研究及工 程实践表明，此装置脱氮效率高而稳定，但其存在如下一些缺陷：(1)在反硝化池中需投 加碳源，药剂费用高，且投加量难以掌握，容易造成有机物的泄漏;(2)因为需投加药剂 及自动化在线监测和控制，设备多，运行要求高，管理复杂，对操作人员素质要求高;(3) 进水中所有的碳均需氧化成CO2和H2O，水力停留时间长，装置体积大，占地面积大，基建 费用高;(4)曝气电耗高。
(二)A/O脱氮装置
这也是目前研究与应用最为广泛的一种生物脱氮装置，也称前置反硝化装置。它是缺 氧反硝化池在前，好氧硝化池在后，它利用进水中的有机物作为反硝化碳源，克服了O/A 装置需投加药剂作为反硝化碳源的缺陷，但它也不可避免地具有如下缺陷：(1)需大量回 流混合液以提高脱氮效率，回流比通常要求：7～8∶1，因此能耗大，运行费用高;(2) 脱氮效率低;(3)出水中含有一定浓度的硝酸盐，在二沉池中，有可能进行反硝化反应， 造成污泥上浮，影响出水水质。且硝酸盐可诱发婴儿的高铁血红蛋白症，硝酸盐进一步转 化为亚硝胺则具有严重的“三致”作用，直接威胁人类的健康。
(三)生物滤池
利用生物膜中形成的溶解氧浓度梯度变化，在外层有氧条件下进行有机碳的氧化及硝 化，在内层缺氧环境中进行反硝化。虽然微生物在膜上的固定生长，有利于世代时间长的 自养性硝化细菌的生长，但也仅在低负荷状况下出现硝化，该装置也存在如下一些缺陷： (1)用填料，大大增加了投资费用，成本高;(2)低负荷运行条件下才能出现硝化，装 置体积大，造价高;(3)脱氮效率低;(4)膜脱落易产生堵塞;(5)布水不易均匀;(6) 生长池蝇等。
发明内容
本实用新型的目的在于提出一种高效节能的污水碳源脱氮装置。
本实用新型提出的污水碳源脱氮装置，由胞内聚合物形成池、中沉池、硝化池、反硝 化池和二沉池经管道和阀门连接组成(如图1所示)，其中，胞内聚合物形成池由池体24 和曝气扩散器3组成，池体24前部设有进水管1，用于通入待处理的污水，在进水管1同 一方向处设有来自二沉池的回流污泥管2，曝气扩散器3位于池体24底部，与空气管33 连接，池体24尾部设有出水堰4，池体24尾部壁上固定有出水管5，出水管5底与出水 堰4底部平齐;硝化池由池体26、软性填料12和曝气扩散器13组成，软性填料12充满 池体26，有规则地排列;池体26的前部与中沉池的出水管10相连，同一方向设有来自二 沉池的污泥回流管11，池体26底部设有曝气扩散器13，曝气扩散器13与空气管34连接; 反硝化池池体27的前部设有进水口，池体前部固定有来自中沉池的进泥管15，跌落入池， 池体27底部设有搅拌机16，将进水与泥混合，池体27尾部设有出水堰21，池体27外壁 固定有出水管18，出水管18管底与出水堰17底部平齐。
本实用新型中，中沉池由池体25，中心管6组成，进水管7位于池底中部，中心管6 位于池体中部，从池底部进来的混合液经过中心管后均匀分布于池中，池体25上部四周 设有出水堰8，紧靠池体上部，出水管10设于池体25外壁，出水管10底与出水堰8底平 齐，池体下部固定有排泥管9。排泥管9的污泥一般情况全部进入反硝化池作为碳源，有 时其中一部分可通过中沉池剩余污泥管29作为剩余污泥排放。
本实用新型中，二沉池与中沉池形式可以基本相同，其作用是将来自于反硝化池的混 合液进行固液分离。中心管24设于池体28中部，从池底部进来的混合液经过中心管后均 匀分布于池中，池体28上部四周设有出水堰21，紧靠池体上部，池体28尾部外壁上设有 出水管18，出水管18底与出水堰底齐平，排泥管23固定于池体28下部。剩余污泥通过 连接排泥管23的剩余污泥管30排放。
本实用新型中，硝化池可选无填料和有填料之一种;如选有填料的硝化池，则填料可 以选用软性填料和悬浮填料之一种。
本实用新型中，当不选用任何填料时，悬浮生长着大量硝化菌。当选用软性填料床反 应器时，回流污泥管13在挂膜时使用，正常后可不用，池内布满软性填料12，软性填料 有规则排列。当选用悬浮填料床反应器时，池内充满悬浮填料31，硝化池出水部位设有拦 截网32，以避免悬浮填料的流失。
本实用新型中，硝化池和胞内聚合物反硝化池可以合建。反应器的材质可以根据水量 大小采用需要采用钢筋混凝土(水量大)、钢板(水量小)或工程塑料(水量小)制作。
本实用新型的工作过程如下：
城市污水经格栅、沉砂和初沉等必要的预处理后与来自于二沉池的回流污泥于有氧条 件下，在胞内聚合物形成池中充分混合，形成含有大量胞内聚合物的污泥，同时有效去除 化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)。而后，混合液进入中间沉淀池，进行固液分离， 上清液流入硝化池进行硝化，含有大量胞内聚合物的沉淀污泥基本流入胞内聚合物反硝化 池，视具体情况可能有一些作为剩余污泥排出系统。中间沉淀池的上清液，COD和BOD浓 度低，NH3-N浓度高，进入硝化池后，有利于自养性硝化菌的生长，进行高效的硝化反应， 可有效转化NH3-N等至硝酸盐氮(NO3-N)，同时也可去除残余的有机物。硝化池的混合液 流入胞内聚合物反硝化池与来自于中沉池的含有大量胞内聚合物的污泥相混合，在反硝化 异养菌的作用下，利用胞内聚合物(PHA或糖元)作为碳源，使NO3-N还原为N2从而进入 大气;同时，污泥由于其胞内聚合物的降解而得到再生，重新具有很强的吸收溶解性有机 物形成胞内聚合物的能力。来自于胞内聚合物反硝化池的混合液进入二沉淀再次进行泥水 分离，沉淀出水排放，沉淀污泥根据需要部分回流至胞内聚合物形成池或硝化池(需根据 情况而定)，其余部分沉淀污泥为剩余污泥，可一天排放一次。
本实用新型的工作原理：在好氧条件下，微生物在极短的时间内(通常5-10分钟)吸 收水中溶解性有机物，并将之大部分以胞内聚合物(主要为聚羟基链烷酸酯(PHA)或糖 元)的形式贮存于微生物细胞内，且这些胞内聚合物在随后的反硝化池中，可被用作为反 硝化碳源。此新装置-胞内碳源脱氮装置，既克服了O/A装置在脱氮过程中需投加化学药 剂作为反硝化碳源和有机物完全氧化能耗高的缺点，又克服了A/O脱氮装置需回流大量混 合物，能耗高，出水NO3 --N高的缺点，还可以节约氧化有机物所需能量，减少剩余污泥 量，提高脱氮效率。
采用本实用新型，污水经处理后，可达到或优于国家《城镇污水处理厂污染物排放标 准》(GB18918-2002)的一级标准(B标准)要求。
本实用新型的优点是：
胞内碳源脱氮过程无需投加化学药剂作为反硝化碳源，也无需回流大量混合液，减少 了能耗，并且保证了出水NO3 --N的低浓度，提高脱氮效率。
节约了氧化有机物所需能量，同时减少了剩余污泥量。
