一种一体化强化脱氮污水处理装置及处理方法
阅读说明：本技术 一种一体化强化脱氮污水处理装置及处理方法 (Integrated enhanced denitrification sewage treatment device and treatment method ) 是由 赵曙光 张传兵 刘妞 闫姝晓 王慧芳 张丁丁 徐亚慧 李雪清 王超琦 郭永正 朱 于 2021-09-02 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种一体化强化脱氮污水处理装置,包括依次连接的进水区、缺氧区、过渡区、好氧区、沉淀区、脱氮滤池、硝化液回流区、污泥储区、清水区及设备间；其中,所述缺氧区中设置有BSLN填料和搅拌机；所述好氧区中设置有BSLN填料、曝气装置和沉水式风机；所述沉淀区中设置斜管填料；所述脱氮滤池中设置有脱氮滤料；所述硝化液回流区中设置有硝化液回流泵,其通过硝化液回流管与所述进水区相连；所述进水区的进水管附近还设置有污泥回流管和碳源投加管；本发明还公开了其处理方法,该处理方法提高了氨氮、总氮的去除效果,保证出水水质更加良好且更加稳定。(The invention discloses an integrated enhanced denitrification sewage treatment device, which comprises a water inlet area, an anoxic area, a transition area, an aerobic area, a sedimentation area, a denitrification filter tank, a nitrifying liquid reflux area, a sludge storage area, a clear water area and a device room which are sequentially connected; wherein, a BSLN filler and a stirrer are arranged in the anoxic zone; the aerobic zone is provided with BSLN filler, an aeration device and a submerged fan; an inclined tube filler is arranged in the settling zone; a denitrification filter material is arranged in the denitrification filter tank; a nitrifying liquid reflux pump is arranged in the nitrifying liquid reflux area and is connected with the water inlet area through a nitrifying liquid reflux pipe; a sludge return pipe and a carbon source adding pipe are also arranged near the water inlet pipe of the water inlet area; the invention also discloses a treatment method of the ammonia nitrogen and total nitrogen removal agent, and the treatment method improves the ammonia nitrogen and total nitrogen removal effect and ensures that the effluent quality is better and more stable.)
技术领域
本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种高氨氮、高总氮的生活污水的一体化强化脱氮污水处理装置及处理方法。
背景技术
部分村镇地区存在着污水收集困难、水量小，氨氮、总氮指标偏高的问题。其中氨氮指标可以高达60mg/L，总氮高达100mg/L；而污水处理装置出水要求达到氨氮≤5mg/L、总氮≤15mg/L。为此，开发了一体化强化脱氮污水处理装置对该类污水进行处理。
目前应用广泛的常规的一体化生活污水处理设备，采用的工艺主要为以下两种：AO生物接触氧化+砂滤池法、AO活性污泥+MBR法工艺。
AO生物接触氧化+砂滤池法是在缺氧、好氧生物反应池内安置固定填料，保证池内污水完全淹没填料，并以一定的上升流速流经填料。使得污水与固着在填料表面的生物膜充分接触，通过生物降解作用去除污水中的有机物、氮磷等营养盐，使污水得到净化。生物反应池的出水仍未能满足出水要求，通过砂滤池截留水中悬浮杂质，从而使出水达标的工艺。
经过实践检验，以AO生物接触氧化法+砂滤池的处理工艺，应用在上述地区的高氨氮、高总氮污水处理中存在如下问题：1、总氮去除率偏低，无法满足出水水质达标要求；2、常用的半软性、软性、弹性填料，比表面积在几十至数百m2/m3不等，对于附着在填料上的微生物总量的增加影响有限，特别是硝化菌、反硝化菌的数量；3、填料容易脱落，堵塞曝气装置、搅拌装置、水泵，还会随出水排出生物反应池之外，需要定期补充；4、砂滤池只能去除悬浮物及少量COD，无法去除氨氮和总氮。
AO活性污泥+MBR法是将AO活性污泥法与膜分离技术结合的污水处理工艺，通过缺氧、好氧生物反应池内的大量活性污泥的生物降解作用，去除污水中的有机物、氮磷等营养盐。然后污水通过位于膜池后端的自吸泵，产生负压，让污水通过膜组件过滤后达到净化的目的。该工艺主要利用膜组器将生物反应池中的活性污泥和大分子有机物质截留住，代替传统的二沉池，以适用于小型一体化设备。由于膜组器的使用，可以大大提高生物反应池内活性污泥的浓度，从常规的3000mg/L提高6000～10000mg/L，达到水力停留时间(HRT)和污泥停留时间(SRT)分离的目的。
以AO活性污泥+MBR法为核心的处理工艺，应用在上述地区的高氨氮、高总氮污水处理中存在如下问题：(1)总氮去除率偏低，无法满足出水水质达标要求；(2)MBR膜正常使用3～5年后，膜通量衰减严重，需要更换才能维持产水量；(3)MBR膜表面容易污染，需要进行周期性水气冲洗、化学清洗，才能避免膜通量的衰减；(4)MBR膜孔径小，在负压作用下，纤维物质容易聚集在膜孔处，堵塞膜孔，导致膜通量下降严重，无法正常运行。(5)系统前需要配置孔隙3mm的格栅，增加设备成本；(6)自控要求高，对于操作人员要求高，村镇地区无法保证连续运行。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种一体化强化脱氮污水处理装置及处理方法。该处理方法提高了氨氮、总氮的去除效果，保证出水水质更加良好且更加稳定，从根本上解决目前常规的一体化生活污水处理设备存在的出水氨氮、总氮不能稳定达标的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种一体化强化脱氮污水处理装置，包括依次连接的进水区、缺氧区、过渡区、好氧区、沉淀区、脱氮滤池、硝化液回流区、污泥储区、清水区及设备间；其中，所述缺氧区中设置有BSLN填料和搅拌机；所述好氧区中设置有BSLN填料、曝气装置和沉水式风机；所述沉淀区中设置斜管填料；所述脱氮滤池中设置有脱氮滤料；所述硝化液回流区中设置有硝化液回流泵，其通过硝化液回流管与所述进水区相连；所述进水区的进水管附近还设置有污泥回流管和碳源投加管。
其中，所述缺氧区中填充30％体积的BSLN填料，比表面积为900-1100m2/m3、标称尺寸为φ36mm×H5mm的BSLN填料，优选比表面积为1000m2/m3、标称尺寸为φ36mm×H5mm的BSLN填料；通过搅拌机搅拌，单位搅拌强度不低于15w/m2，以保证BSLN填料呈流动性，成熟期后填料上挂膜重量不低于填料本体自重的7-9％，优选8％；
所述过渡区底部设置穿孔曝气管进行搅拌，穿孔曝气管设置在池内底以上200～300mm高度，气水比控制在0.5～1m3/m3.h，穿孔管的开孔直径为4～8mm，下部45°～60°角对称开孔；
所述好氧区填充30％体积的BSLN填料，比表面积为750-850m2/m3、标称尺寸为φ24mm×H4mm的BSLN填料，优选比表面积为800m2/m3、标称尺寸为φ24mm×H4mm的BSLN填料；通过曝气装置冲氧并进行搅拌混合，单位搅拌强度不低于8w/m2，保证BSLN填料呈流动性，成熟期后填料上挂膜重量不低于填料本体自重的4-6％，优选5％；
所述沉淀区中斜管填料的斜长400-600mm，孔径70-90mm，倾斜角度45°-75°，优选斜长500mm，孔径80mm，倾斜角度60°；所述沉淀区底部设置多斗排泥，泥斗角度不小于45°，并定期排泥至污泥储区；
所述脱氮滤池中的脱氮滤料的高度为800-1200mm，优选高度为1000mm，滤料粒径为3-5mm，比表面积＞1m2/g，优选陶粒滤料。
为实现上述目的，本发明还提供了一种一体化强化脱氮污水处理方法，包括如下步骤：
S1、高氨氮、高总氮污水经过预处理后，用水泵提升从装置顶部进入进水区，碳源投加管、硝化液回流管、污泥回流管也进入到进水区，完成水力混合；
S2、从进水区导流墙底部流入缺氧区，在缺氧区中填充30％体积的BSLN填料，通过搅拌机搅拌混合，保证BSLN填料呈流动性；
S3、缺氧区出水通过顶部的出水装置流进过渡区，进一步脱氮除磷，过渡区底部设置穿孔曝气管进行搅拌；
S4、过渡区出水通过顶部的平顶堰溢流进入好氧区，在好氧区中填充30％体积的BSLN填料，通过底部安装的沉水式风机和曝气装置提供微生物需要的氧气并进行混合搅拌，保证BSLN填料呈流动性，并设置有搅拌机达到推流、确保BSLN填料悬浮的目的；
S5、好氧区出水通过顶部的出水装置进入沉淀区，污水通过管道进入中心导流筒，在中心导流筒内向下流动，通过下部的反射板达到均匀布水，泥水在沉淀区达到泥水分离的目的，通过增加斜管填料强化分离效果，上清液通过出水堰槽收集后重力流进入后续的脱氮滤池；沉淀区底部设置多斗排泥进行污泥收集，通过穿孔排泥管与污泥泵连接，利用污泥泵提升进行污泥回流与剩余污泥排放，定期排泥至污泥储区；
S6、沉淀区出水通过管道重力流从上部进水堰槽进入脱氮滤池，所述脱氮滤池内装填脱氮滤料，利用滤料表面上附着的生物膜进行脱氮处理，出水从下部收集区通过管道进入外部的清水池。
其中，所述缺氧区中BSLN填料的比表面积为900-1100m2/m3、标称尺寸为φ36mm×H5mm，优选比表面积为1000m2/m3、标称尺寸为φ36mm×H5mm的BSLN填料；所述搅拌机的单位搅拌强度不低于15w/m2，以保证BSLN填料呈流动性，成熟期后填料上挂膜重量不低于填料本体自重的7-9％，优选8％；
所述过渡区的穿孔曝气管设置在池内底以上200～300mm高度，气水比控制在0.5～1m3/m3.h，穿孔管的开孔直径为4～8mm，下部呈45°～60°角对称开孔；
所述好氧区中BSLN填料的比表面积为750-850m2/m3、标称尺寸为φ24mm×H4mm的BSLN填料，优选比表面积为800m2/m3、标称尺寸为φ24mm×H4mm的BSLN填料；通过所述曝气装置冲氧并进行搅拌混合，所述搅拌机的单位搅拌强度不低于8w/m2，保证BSLN填料呈流动性，成熟期后填料上挂膜重量不低于填料本体自重的4-6％，优选5％；
所述沉淀区中斜管填料的斜长400-600mm，孔径70-90mm，倾斜角度45°-75°，优选斜长500mm，孔径80mm，倾斜角度60°；所述沉淀区的底部设置多斗排泥，泥斗角度不小于45°；
所述脱氮滤池中的脱氮滤料的高度为800-1200mm，优选高度为1000mm，滤料粒径为3-5mm，比表面积＞1m2/g，优选陶粒滤料。
本发明的一体化强化脱氮污水处理工艺是在缺氧、好氧生物反应池内安置比表面积更大、寿命更长的BSLN填料，代替固定填料、MBR膜，提高氨氮、总氮的去除效率，从而达到提升反应池的处理能力和处理效果，并增强系统抗冲击能力的目的。微生物附着生长于BSLN填料表面，形成一定厚度的微生物膜层。独特设计的BSLN填料在搅拌设备的扰动下在反应池中随水流浮动，带动附着生长的生物菌群与水体中的污染物和氧气充分接触，污染物通过吸附和扩散作用进入生物膜内，被微生物降解。附着生长的微生物可以达到很高的生物量，因此反应池内生物浓度是悬浮生长活性污泥工艺的2～4倍，可达6～10g/L，降解效率也因此成倍提高。由于微生物为附着生长方式，不同于活性污泥的悬浮生长，BSLN填料表面的微生物具有很长的污泥龄，通常为30～40天，非常有利于生长缓慢的硝化菌等自养型微生物的繁殖，填料表面有大量的硝化菌繁殖，因此工艺系统具有很强的硝化去除氨氮能力。
针对上述地区的高总氮特点，利用脱氮滤池代替传统的砂滤池、MBR膜，进一步强化脱除总氮。脱氮滤池是将生物脱氮和过滤功能组合在一个水池。在脱氮滤池中，有部分微生物在滤料表面附着，逐渐生成生物膜，消耗水中的溶解氧、碳源和氮源，形成厌氧环境后，反硝化菌群成为优势菌群，将水中的亚硝酸盐(NO2-)和硝酸盐(NO3-)还原为N2从水中逸出，从而实现反硝化脱氮。颗粒滤料同时具有截留悬浮物的作用，同时还能起到砂滤池的拦截作用。
由此可见，本发明具有如下有益效果：
(1)本工艺相当于二级硝化反硝化，确保出水氨氮、总氮满足排放要求；
(2)BSLN填料的使用寿命在10年以上，维护更换成本低；
(3)具有多种运行模式，可灵活转换运行模式，实现“脱氮+去除悬浮物+除磷”功能或单独的去除悬浮物功能。
附图说明
图1为BSLN填料的俯视示意图；
图2为BSLN填料的剖视示意图；
图3为本发明的一体化强化脱氮污水处理装置的结构示意图。
其中：1-进水区，2-缺氧区，3-过渡区，4-好氧区，5-硝化液回流区，6-沉淀区，7-脱氮滤池，8-清水区，9-污泥储区，10-设备间，11-BSLN填料，12-出水装置，13-搅拌机，14-曝气装置，15-硝化液回流泵，16-沉水风机，17-中心导流筒、18-出水堰槽；19-斜管填料；20-回流污泥泵；21-进水堰槽；22-脱氮滤料；23-承托层；24-布水布气区；25-反冲洗泵；26-碳源投加装置；27-除磷药剂投加装置；28-控制柜；29-设备间无动力风扇；30-进水管；31-硝化液回流管；32-污泥回流管；33-碳源投加管；34-曝气管；35-沉水风机进风管；36-风机出风管；37-吹扫管；38-除磷药剂投加管；39-中心导流筒混合搅拌风管；40-滤池反冲风管；41-滤池溢流出水管；42-滤池反洗出水管；43-滤池出水管；44-清水区出水管；45-滤池反洗水管；46-沉淀区排泥管；47-污泥储区定期排泥管。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，以下将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。应当理解，这些实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图3所示，本发明的一种一体化强化脱氮污水处理装置，包括依次连接的进水区1、缺氧区2、过渡区3、好氧区4、硝化液回流区5、沉淀区6、脱氮滤池7、清水区8、污泥储池9和设备间10，图中未示出预处理区。
其中，所述缺氧区2中设置有BSLN填料11和搅拌机13；所述好氧区4中设置有BSLN填料11、曝气装置14和沉水式风机16；所述沉淀区6中设置斜管填料19；所述脱氮滤池7中设置有脱氮滤料22；所述硝化液回流区5中设置有硝化液回流泵15，其通过硝化液回流管31与所述进水区1相连；所述进水区1的进水管30附近还设置有污泥回流管32和碳源投加管33，污泥回流管32连接回流污泥泵20。所述BSLN填料的俯视示意图和剖视示意图分别如图1和图2所示。
污水经过预处理后从上部进入进水区1，硝化液回流管31、污泥回流管32、碳源投加管33敷设到进水管附近，水力混合。
从进水区1导流墙底部进入缺氧区2，所述缺氧区2内填充30％体积的BSLN填料11，所述BSLN填料11的比表面积为900-1100m2/m3、标称尺寸为φ36mm×H5mm，优选比表面积为1000m2/m3、标称尺寸为φ36mm×H5mm的BSLN填料11；通过搅拌机13搅拌，优选地，单位搅拌强度不低于15w/m2，保证BSLN填料11呈流动性；成熟期后填料上挂膜重量不低于填料本体自重的7-9％，优选8％。
缺氧区2出水通过出水装置12重力流进入过渡区3，进一步脱氮除磷，过渡区3底部设置穿孔曝气管进行搅拌；优选地，穿孔曝气管设置在池内底以上200～300mm高度，气水比控制在0.5～1m3/m3.h，穿孔管的开孔直径为4～8mm，下部呈45°～60°角对称开孔。
出水装置12为格栅板，吹扫管37连接沉水风机，可对其进行吹扫，防止其出水装置被填料堵塞。
过渡区3出水通过顶部的平顶堰溢流进入好氧区4，通过设置在池底的曝气装置14给悬浮污泥和BSLN填料11上生长的污泥提供氧气，加快微生物新陈代谢和污染物质的吸附降解；优选地，曝气装置14为微孔曝气器；同时通过搅拌机起到推流、BSLN填料悬浮的目的。好氧区4填充30％体积的BSLN填料11，所述好氧区中BSLN填料11的比表面积为750-850m2/m3、标称尺寸为φ24mm×H4mm的BSLN填料11，优选比表面积为800m2/m3、标称尺寸为φ24mm×H4mm的BSLN填料11；通过曝气装置14冲氧并进行搅拌混合，并设置搅拌机，优选地，单位搅拌强度不低于8w/m2，保证BSLN填料11呈流动性；优选地，成熟期后填料上挂膜重量不低于填料本体自重的4-6％，优选5％。好氧区4的底部设置沉水风机16供整套系统曝气、搅拌、反冲洗使用。
沉水风机16进口有沉水风机进风管35，用于吸入外界空气；其出口设置有风机出风管36，对外供气。风机出风管36与曝气管34相连，用于给曝气器、搅拌穿孔管提供空气等。
好氧区4出水通过顶部的出水装置进入沉淀区6，污水通过管道进入中心导流筒17，在中心导流筒17内向下流动，通过下部的反射板达到均匀布水，泥水在沉淀区6达到泥水分离的目的，通过增加斜管填料19强化分离效果，斜管填料19的斜长400-600mm，孔径70-90mm，倾斜角度45°-75°，优选斜长500mm，孔径80mm，倾斜角度60°；沉淀区6底部设置多斗排泥进行污泥收集，泥斗角度不小于45°，通过穿孔排泥管与污泥泵连接，利用污泥泵提升进行污泥回流与剩余污泥排放，定期排泥至污泥储区9。
沉淀区6上清液通过出水堰槽18收集后重力流通过进水堰槽21进入后续的脱氮滤池7中，滤池内装填脱氮滤料22；所述脱氮滤料22的高度为800-1200mm，优选高度为1000mm，滤料粒径为3-5mm，比表面积＞1m2/g，优选陶粒滤料。成熟期后主要通过滤料表面的微生物膜进行强化脱氮处理。滤料底部有承托层23。滤池定期进行气、水反冲洗，气、水反冲洗主要利用设置在脱氮滤池底部的布水布气装置24，好氧区4的沉水风机16、外部清水区的反冲洗泵25，保证滤料表面生物膜的活性，将滤料拦截的污染物和老化的生物膜排出滤池。
设备间布置有碳源投加装置26、除磷药剂投加装置27、控制柜28、设备间无动力风扇29。碳源投加装置通过碳源投加管33向进水区1、脱氮滤池7进水端补充碳源，以满足反硝化对碳源需求。除磷药剂投加装置通过除磷药剂投加管38向沉淀池进水管上投加除磷药剂，以满足系统除磷要求。控制柜用于装置内所有电气设备等控制；无动力风扇用于设备间通风。
本发明的处理方法中，碳源药剂投加量在10～30mg/L，优选地，采用固体乙酸钠，有效含量不小于58％；除磷药剂投加量在20～40mg/L，优选地，采用液体聚氯化铝(PAC)，其中Al3O2含量不小于10％。
下面列举具体实施例来对本发明进行说明。
实施例1
某西北部地区农村污水设计进水水量100m3/d，进水水质CODcr 269.52mg/L、NH3-N74.78mg/L、TN 133.12mg/L、TP 4.62mg/L、SS 150mg/L。出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准，CODcr 50mg/L、NH3-N 5mg/L、TN 8mg/L、TP0.5mg/L、SS 10mg/L。污水由进水管通入本发明的一体化强化脱氮污水处理装置，在缺氧区中投加比表面积为1000m2/m3、标称尺寸为φ36mm×H5mm的BSLN填料，通过搅拌机，达到搅拌混合；在好氧区中投加比表面积为800m2/m3、标称尺寸为φ24mm×H4mm的BSLN填料，通过底部安装的沉水式风机和曝气管提供微生物需要的氧气并进行混合搅拌，并设置搅拌机达到推流、确保BSLN填料悬浮的目的装置和出水装置；沉淀池设置斜管填料，斜长500mm，孔径80mm，倾斜角度60°；脱氮滤池内装填陶粒滤料，高度1000mm，滤料粒径3-5mm，比表面积＞1m2/g，投入运营后，经过一段时间，系统运行良好，氨氮、总氮出水指标基本维持在为3.5mg/L、13.5mg/L左右，满足排放要求。
对比例1
采用传统的AO生物接触氧化+砂滤池法对实施例1中的污水进行处理。缺氧池停留时间1.5h，好氧池停留时间5.6h，沉淀池表面负荷1.5m3/m2.h，砂滤池上升流速3m/h。经过调试后，AO生物接触池固定填料挂膜正常，出水氨氮在10mg/L左右，总氮在30mg/L左右，去除率分别为86.6％、77.4％。沉淀区顶部有污泥漂浮，经过砂滤池后，出水氨氮、总氮基本维持不变，无法满足排放要求，且在沉淀池和滤池内部发现有固定填料出现。
实施例2
某中部地区农村污水设计进水水量120m3/d，进水水质CODcr 299.16mg/L、NH3-N72.27mg/L、TN 93.69mg/L、TP 6.32mg/L、SS 200mg/L。出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标准，CODcr 50mg/L、NH3-N 5mg/L、TN 8mg/L、TP0.5mg/L、SS 10mg/L。污水由进水管通入本发明的一体化强化脱氮污水处理装置，在缺氧区中投加比表面积为1000m2/m3、标称尺寸为φ36mm×H5mm的BSLN填料，通过搅拌机，达到搅拌混合；在好氧区中投加比表面积为800m2/m3、标称尺寸为φ24mm×H4mm的BSLN填料，通过底部安装的沉水式风机和曝气管提供微生物需要的氧气并进行混合搅拌，并设置搅拌机达到推流、确保BSLN填料悬浮的目的装置和出水装置；沉淀池设置斜管填料，斜长500mm，孔径80mm，倾斜角度60°；脱氮滤池内装填陶粒滤料，高度1000mm，滤料粒径3-5mm，比表面积＞1m2/g，重新投入运营后，经过一段时间，系统运行良好，氨氮、总氮出水指标基本维持在为4mg/L、14.5mg/L左右，满足排放要求。
对比例2
采用传统的AO活性污泥+MBR法对实施例2中的污水进行处理。缺氧池停留时间2h，好氧池停留时间5h，MBR膜池2h。经过一段时间运行后，AO活性污泥池内污泥浓度达到5500mg/L，MBR膜池内污泥浓度达到7000mg/L。MBR膜池出水氨氮在3mg/L左右，总氮在35mg/L左右，去除率分别为95.8％、62.6％。MBR膜需要每周清洗一次，清洗期间污水站处于停运状态。此外，MBR膜还存在寿命短的突出问题，特别是在村镇级污水处理系统，由于维护人员的维护不力导致膜的寿命大大降低，有的污水处理系统，MBR膜仅仅一年后通量下降到设计通量的25％，无法确保处理水量，导致大量污水直接溢流，严重影响了周边环境。
以上内容是结合具体的实施技术方案对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式只局限于这些说明。对于本发明所述技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
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