本發(fā)明涉及一種污水處理裝置及其應(yīng)用，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

氮是引起自然水體富營養(yǎng)化的主要元素，也是污水處理廠的主要檢測水質(zhì)指標(biāo)。目前國內(nèi)污水處理廠已普遍執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中的一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)，其中總氮濃度要求不得超過15mg/L。近年來，我國許多地區(qū)開始執(zhí)行更加嚴(yán)格的地方污水處理標(biāo)準(zhǔn)，如《北京地方水污染排放標(biāo)準(zhǔn)》(DB11/307-2013)中的A標(biāo)準(zhǔn)將出水總氮的限值降低至10mg/L。當(dāng)前城鎮(zhèn)污水處理廠的主流脫氮方法為基于活性污泥法的“硝化-反硝化”工藝，其中完成脫氮關(guān)鍵步驟的是反硝化過程，該過程主要發(fā)揮作用的是活性污泥中的異養(yǎng)微生物，通過利用甲醇、乙酸、丙酸等優(yōu)質(zhì)碳源作為外部電子供體將硝態(tài)氮還原為氮?dú)?。但在?shí)際污水處理廠的進(jìn)水中，普遍存在進(jìn)水碳源不足、碳氮比失衡的問題，對(duì)傳統(tǒng)活性污泥法異養(yǎng)脫氮造成巨大挑戰(zhàn)。因此，優(yōu)質(zhì)碳源投加成為了實(shí)現(xiàn)一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)總氮穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的主要手段，但這大大增加了污水處理廠的運(yùn)行成本，在實(shí)現(xiàn)污水脫氮的同時(shí)，消耗了大量資源，不利于碳減排的實(shí)現(xiàn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為更高效的實(shí)現(xiàn)污水處理廠出水中總氮的去除，同時(shí)降低污水處理廠的運(yùn)行成本，本發(fā)明提供了一種污水處理裝置及應(yīng)用該裝置進(jìn)行污水處理的方法。

本發(fā)明的第一個(gè)目的是提供一種污水處理裝置，包括有效容積比為1:8:16:8:3.2的生物吸附池、第一沉淀池、曝氣池、第二沉淀池、和硫自養(yǎng)反硝化濾池，依次通過泵和/或管道連接。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述污水處理裝置中生物吸附池、第一沉淀池、曝氣池、第二沉淀池、硫自養(yǎng)反硝化濾池的有效容積分別為1.5L、12L、24L、12L和4.8L；所述生物吸附池前端設(shè)置進(jìn)水泵，底部設(shè)置通氣管道與風(fēng)機(jī)相連；生物吸附池與第一沉淀池之間設(shè)置污泥回流泵；所述第一沉淀池呈倒錐形，下部與生物吸附池雙向連接，上部與曝氣池連接；曝氣池內(nèi)設(shè)置通氣管道，管道與風(fēng)機(jī)連接；曝氣池和第二沉淀池雙相連接，并在二者之間設(shè)置污泥回流泵；曝氣池與硫自養(yǎng)反硝化濾池之間通過硫自養(yǎng)反硝化進(jìn)水泵連接。

在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中，所述硫自養(yǎng)反硝化濾池內(nèi)徑10cm，底部為10cm的承托層，由粒徑為5-10mm的石粒組成，承托層上方設(shè)置60cm的脫氮層，填料為粒徑2-4mm，孔隙率50％的硫粒。

本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供應(yīng)用所述裝置進(jìn)行污水處理的方法，是控制生物吸附池水力停留時(shí)間為0.35-0.7h，污泥齡SRT 1.5-3d，溶解氧DO范圍0.5-1mg/L，混合液懸浮固體濃度MLSS 4000-5000mg/L；第一沉淀池的HRT 2h；曝氣池HRT 6-8h，SRT 18-22d，DO范圍2-4mg/L，MLSS維持3500-5000mg/L；第二沉淀池的HRT 3h；硫自養(yǎng)反硝化濾池HRT為2-3h。

本發(fā)明的第三個(gè)目的是提供所述污水處理裝置在環(huán)境領(lǐng)域的應(yīng)用。

本發(fā)明的第四個(gè)目的是提供所述方法在化工領(lǐng)域?qū)I(yè)廢水、生活污水進(jìn)行脫氮處理方面的應(yīng)用，所述應(yīng)用包括尾水處理、污水凈化。

有益效果：采用生物吸附/曝氣/硫自養(yǎng)反硝化組合工藝對(duì)原水中污染物進(jìn)行去除，實(shí)現(xiàn)了污水處理的深度脫氮。生物吸附段在吸附進(jìn)水中有機(jī)物、減少后續(xù)處理單元有機(jī)負(fù)荷及有毒有害物質(zhì)影響的同時(shí)，產(chǎn)生大量高有機(jī)質(zhì)含量污泥，可用于厭氧發(fā)酵/消化，實(shí)現(xiàn)資源化利用目的。在該組合工藝中，曝氣池實(shí)現(xiàn)氨氮的完全硝化及剩余COD的去除，硫自養(yǎng)反硝化濾池將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?，?shí)現(xiàn)污水中總氮的去除。結(jié)果表明，自養(yǎng)脫氮效率較高，出水總氮濃度低于4mg/L，遠(yuǎn)低于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)15mg/L的出水要求。另外，該組合工藝無需外加碳源，大大降低了污水處理廠的運(yùn)行費(fèi)用，且整個(gè)工藝過程的HRT較現(xiàn)有技術(shù)縮短了30％。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的生物吸附-曝氣-硫自養(yǎng)反硝化相結(jié)合的工藝圖；1，進(jìn)水泵；2，風(fēng)機(jī)；3，生物吸附池；4，污泥回流泵；5，第一沉淀池；6，風(fēng)機(jī)；7，曝氣池；8，污泥回流泵；9，第二沉淀池；10，硫自養(yǎng)反硝化進(jìn)水泵；11，硫自養(yǎng)反硝化濾池；12，硫粒；13，石粒；

圖2為生物吸附段對(duì)總氮的去除結(jié)果；

圖3為生物吸附段對(duì)氨氮的去除結(jié)果；

圖4為生物吸附段對(duì)COD的去除結(jié)果；

圖5為生物吸附段MLSS及MLVSS/MLSS變化；

圖6為本發(fā)明的生物吸附-曝氣-硫自養(yǎng)反硝化工藝出水總氮、氨氮及COD濃度。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例1污水處理裝置的設(shè)計(jì)

污水處理裝置的工藝流程如圖1所示，所述裝置采用亞克力板制成，包括生物吸附池3、第一沉淀池5、曝氣池7、第二沉淀池9、硫自養(yǎng)反硝化濾池11，有效容積分別為：1.5L、12L、24L、12L和4.8L。所述生物吸附池3前端設(shè)置進(jìn)水泵1，底部設(shè)置通氣管道與風(fēng)機(jī)2相連；生物吸附池3與第一沉淀池5之間設(shè)置污泥回流泵4；所述第一沉淀池5呈倒錐形，下部與生物吸附池3雙向連接，上部與曝氣池7連接；曝氣池7內(nèi)設(shè)置通氣管道，管道與風(fēng)機(jī)6連接；曝氣池7和第二沉淀池9雙相連接，并在二者之間設(shè)置污泥回流泵；曝氣池7與硫自養(yǎng)反硝化濾池9之間通過硫自養(yǎng)反硝化進(jìn)水泵10連接；硫自養(yǎng)反硝化濾池9內(nèi)徑10cm，底部為10cm的承托層，由粒徑為5-10mm的石粒13組成，承托層上方設(shè)置60cm的脫氮層，填料為粒徑2-4mm，孔隙率50％的硫粒12。

該裝置將硫自養(yǎng)反硝化作為主體脫氮工藝，在減少整套組合工藝水力停留時(shí)間的同時(shí)，無需投加碳源，降低運(yùn)行成本。另外，大部分原水中的碳源被富集在生物吸附段污泥中，采用厭氧發(fā)酵產(chǎn)酸/產(chǎn)甲烷的資源化處理方式可產(chǎn)生附加值較高的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)污泥的資源化利用。該組合工藝具有節(jié)省占地面積、運(yùn)行費(fèi)用較低，同時(shí)可產(chǎn)生資源化附加產(chǎn)物的優(yōu)勢，實(shí)際應(yīng)用意義較大。

實(shí)施例2生物吸附段的運(yùn)行

應(yīng)用實(shí)施例1的污水處理裝置，控制生物吸附池水力停留時(shí)間HRT為0.35-0.7h，污泥齡SRT為1.5-3d，溶解氧DO范圍為0.5-1mg/L，混合液懸浮固體濃度MLSS為4000-5000mg/L。沉淀池1的HRT為2h。

如圖2-4所示，進(jìn)水總氮的濃度范圍為25.4-41.3mg/L，平均值為33.5mg/L，進(jìn)水總氮中絕大部分為氨氮，平均占比為65.5％；進(jìn)水COD為198-435mg/L，平均值為291mg/L。生物吸附池主要通過控制較短的HRT和SRT，培養(yǎng)適應(yīng)原水環(huán)境、可以實(shí)現(xiàn)快速增殖的原核微生物，用以吸附進(jìn)水中的顆粒態(tài)物質(zhì)。因此，生物吸附對(duì)于進(jìn)水中COD具有良好的去除能力，生物吸附池3出水COD范圍為82-209mg/L，平均值為132.8mg/L，平均去除率為51％。由于較短的HRT，氨氮無法實(shí)現(xiàn)有效硝化，總氮的去除率較低，平均值為25.7％。

傳統(tǒng)污水處理大都采用“以能消能”的方式，即以曝氣方式通過消耗大量電能來去除污水中污染物，但這實(shí)際增加了污水處理的碳足跡。除此之外，城市污水管網(wǎng)的不完善使進(jìn)水中含有大量泥砂，導(dǎo)致剩余污泥資源化利用效果較差。采用生物吸附工藝可以將進(jìn)水中的部分有機(jī)物轉(zhuǎn)移到生物吸附段污泥中，如圖5所示，該段污泥有機(jī)質(zhì)含量相比接種污泥明顯升高，多為進(jìn)水中顆粒狀有機(jī)物的集合體，利于厭氧發(fā)酵/消化。采用厭氧發(fā)酵產(chǎn)揮發(fā)酸或產(chǎn)甲烷等資源化處理方式，可真正促進(jìn)污水處理產(chǎn)業(yè)的資源綜合利用。

實(shí)施例3污水處理裝置的運(yùn)行

應(yīng)用實(shí)施例1的污水處理裝置，控制生物吸附池水力停留時(shí)間為HRT 0.35-0.7h，污泥齡SRT為1.5-3d，溶解氧DO范圍為0.5-1mg/L，混合液懸浮固體濃度MLSS為4000-5000mg/L。沉淀池1的HRT為2h。曝氣池HRT為6-8h，SRT為18-22d，DO范圍為2-4mg/L，MLSS維持在3500-5000mg/L。沉淀池2的HRT為3h。硫自養(yǎng)反硝化濾池HRT為2-3h。

曝氣池實(shí)現(xiàn)氨氮的完全硝化及剩余有機(jī)物的降解；高硝態(tài)氮出水通過硫自養(yǎng)反硝化濾池實(shí)現(xiàn)脫氮過程。硫自養(yǎng)反硝化是在硫粒上富集脫氮硫桿菌，該自養(yǎng)菌以單質(zhì)硫作為電子供體，硝態(tài)氮作為受體，實(shí)現(xiàn)硝態(tài)氮的去除。如圖6所示，試驗(yàn)裝置出水氨氮范圍為0.1-3.5mg/L，平均值為1.3mg/L，實(shí)現(xiàn)了良好的氨氮氧化；出水總氮平均值為3.8mg/L，表明硫自養(yǎng)反硝化濾池硝態(tài)氮還原效果顯著，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)的出水，在縮短整個(gè)水處理工藝HRT的同時(shí)節(jié)省了碳源。出水COD的范圍為18-48mg/L，平均值為35.2mg/L，優(yōu)于一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)對(duì)于COD的排放要求。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開如上，但其并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉此技術(shù)的人，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可做各種的改動(dòng)與修飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。