一种城市污水处理系统及处理方法与流程

1.本发明涉及污水处理系统技术领域，尤其涉及一种城市污水处理系统及处理方法，特别涉及一种化学强化厌氧水解与厌氧氨氧化协同处理城市污水的系统和处理方法。


背景技术：

2.污水中的氮、磷污染物是造成水体富营养化的首要因素，因此脱氮和除磷是污水处理的两个主要目标。一类特殊的浮霉菌——厌氧氨氧化菌能利用铵为电子供体、亚硝酸盐为电子受体，将水中的氮组分转化为氮气。近年来，这种自养型的生物脱氮技术在污水处理领域备受关注。相比于常规污水处理中广泛应用的硝化-反硝化生物脱氮工艺，厌氧氨氧化技术不仅具有节约曝气能耗等优点，更由于其脱氮过程不依赖于有机物，因而可采用a-b两段式处理工艺布局，在a段对污水中的有机质进行预先捕获分离，并转化为高附加值产品或能源，在b段进行厌氧氨氧化生物脱氮。a段工艺通常采用物化法(如化学强化一级处理)、好氧生物法(如高负荷活性污泥工艺)，或厌氧生物法(如厌氧膜生物反应器)等，旨在捕获污水有机质，使之转移至固相污泥或直接产沼。然而，上述a段工艺虽然有效地去除了污水中的有机物，降低了有机物对后续b段厌氧氨氧化系统的干扰，但此工艺方案对磷的去除效果不佳，因为b段厌氧氨氧化工艺本身并不具备生物除磷功能；更为重要的是，污水中快速降解有机物在a段基本被去除，无法通过在b段设置生物除磷单元加以利用。在a段通过投加混凝剂进行化学除磷，所需药剂量大且很难达到目前污水厂日益严格的总磷排放要求。如何在发挥厌氧氨氧化生物脱氮技术的节能降耗优势，同时保障对污水有机质和磷资源的有效回收利用，是未来污水处理绿色低碳发展的技术需求。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本发明的目的之一在于发挥厌氧氨氧化生物脱氮技术的节能降耗优势，同时保障对污水有机质和磷资源的有效回收利用，为此，本发明提供了一种城市污水处理系统，在充分捕获回收污水中碳、磷资源的同时，弥补了主流厌氧氨氧化系统除磷性能不足的缺陷，能够保障高标准同步脱氮除磷。
4.为实现上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
5.一种城市污水处理系统，包括依次相连通的原水桶、膨胀污泥层厌氧水解池、快速絮凝池、第一沉淀池、主流厌氧氨氧化反应池和第二沉淀池；
6.所述主流厌氧氨氧化反应池包括依次相连通的厌氧区、pn/a区、深度脱氮区和脱气区；
7.所述第一沉淀池和所述第二沉淀池上的污泥回流管分别连通所述膨胀污泥层厌氧水解池和所述厌氧区；
8.所述膨胀污泥层厌氧水解池、所述第一沉淀池和所述第二沉淀池上的排泥管分别连通污泥处理单元；
9.所述pn/a区和所述脱气区内均设置有曝气装置；
10.所述pn/a区投加富集厌氧氨氧化菌的生物载体或包埋菌粒，投加比例为容积比32～38％；
11.所述深度脱氮区内投加富集厌氧氨氧化菌的生物载体或包埋菌粒，投加比例为容积比20～28％。
12.优选地，还包括与所述原水桶相连通的沉砂池出水井；
13.所述沉砂池出水井内设置有原水泵，所述原水桶内设置有浮子液位控制器，所述浮子液位控制器根据所述原水桶内的液位控制所述原水泵的启停。
14.优选地，所述膨胀污泥层厌氧水解池内设置有第一搅拌器、温度传感器、泥位计和ph/orp在线监测探头；
15.所述快速絮凝池具有絮凝剂加药口和其内设置有第二搅拌器；
16.所述第一搅拌器、所述温度传感器、所述泥位计、所述ph/orp在线监测探头和所述第二搅拌器均由scada系统控制。
17.优选地，所述厌氧区内设置有第三搅拌器；
18.所述pn/a区内设置有在线溶解氧监测探头、在线氨氮监测探头和在线硝氮/亚硝氮监测探头；
19.所述深度脱氮区内设置有第四搅拌器；
20.所述第三搅拌器、所述在线溶解氧监测探头、所述在线氨氮监测探头、所述在线硝氮/亚硝氮监测探头和所述第四搅拌器均由scada系统控制。
21.优选地，所述富集厌氧氨氧化菌的生物载体为圆柱形轻质塑料材质，比表面积400～1000m2/m3，其上附着生长生物膜。
22.优选地，所述富集厌氧氨氧化菌的包埋菌粒为采用天然或人工合成有机高分子材料为主，将厌氧氨氧化菌束缚或包埋在半透明多孔聚合物内，粒径为3～20mm的球体或立方体。
23.优选地，所述快速絮凝池内投加的药剂为三氯化铁或聚合硫酸铁或聚合氯化铝或石灰或氢氧化钠。
24.优选地，所述pn/a区和所述脱气区内均设置的曝气装置均与外部鼓风机相连通；
25.所述鼓风机由scada系统控制。
26.本发明的目的之二在于提供上述城市污水处理系统的处理方法，包括如下步骤：
27.1)污水由膨胀污泥层厌氧水解池下部沿切线进入形成旋流，底部排泥电动阀根据泥龄设定定时开启排泥；
28.2)膨胀污泥层厌氧水解池的出水进入快速絮凝池后投加絮凝剂，形成絮体后在第一沉淀池内沉降下来；第一沉淀池底部浓缩污泥部分回流至膨胀污泥层厌氧水解池进口；
29.3)第一沉淀池出水进入主流厌氧氨氧化反应池5进行处理，处理后的混合液进入第二沉淀池进行固液分离，沉淀污泥部分回流至厌氧区入口。
30.本发明的发明原理为：
31.城市污水中部分颗粒性有机物通过厌氧发酵水解为短链挥发性脂肪酸(vfas)，再经过化学絮凝-沉淀作用捕获大部分颗粒性及胶体性有机物与磷，实现碳、磷资源回收，同时拦截厌氧发酵菌并进行回流；溶解性的vfas、氨氮及剩余磷进入设置了前置厌氧区的主流厌氧氨氧化反应器，通过聚磷菌及厌氧氨氧化菌的协同作用，完成生物脱氮及生物除磷
过程。该技术在充分捕获回收污水中碳、磷资源的同时，弥补了主流厌氧氨氧化系统除磷性能不足的缺陷，能够保障高标准同步脱氮除磷。
32.本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：
33.1)将厌氧水解与化学絮凝相结合，避免厌氧污泥的流失，通过高浓度膨胀污泥层对污水颗粒性有机物实现高效水解酸化，产生vfas；同时结合絮凝-沉淀作用截流污水中的大部分有机物和磷，实现碳氮磷分离；
34.2)发挥磷在高浓度时化学除磷效果好、低浓度时生物除磷效果好的综合优势，在a段进行化学絮凝除磷，在b段利用厌氧水解产生的vfas进行稳定的生物除磷，达到节省除磷药剂成本，高效回收磷资源的目标；
35.3)采用化学强化厌氧水解作为a段工艺，降低进入主流厌氧氨氧化单元污水的c/n比，避免异养菌对厌氧氨氧化菌的竞争，同时利用水解产生的vfas进行生物除磷，弥补了厌氧氨氧化工艺在除磷功能方面的不足。
附图说明
36.图1为本发明提供的城市污水处理系统的结构示意图；
37.图中：1.原水桶；2.膨胀污泥层厌氧水解池；3.快速絮凝池；4.第一沉淀池；5.主流厌氧氨氧化反应池；6.第二沉淀池；7.scada系统控制柜；8.沉砂池出水井；9.原水泵；10.浮子液位控制器；11.进水泵；12.进水电磁流量计；13.第一搅拌器；14.温度传感器；15.泥位计；16.ph/orp在线监测探头；17.絮凝剂加药口；18.第二搅拌器；19.第一污泥回流电磁流量计；20.第一污泥回流泵；21.第三搅拌器；22.在线溶解氧监测探头；23.在线氨氮监测探头；24.在线硝氮/亚硝氮监测探头；25.第四搅拌器；26.鼓风机；27.第二污泥回流电磁流量计；28.第二污泥回流泵；29.污泥处理单元；5-1.厌氧区；5-2.pn/a区；5-3.深度脱氮区；5-4.脱气区。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
39.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
41.如图1所示，本发明提供了一种城市污水处理系统，包括依次相连通的原水桶1、膨胀污泥层厌氧水解池2、快速絮凝池3、第一沉淀池4、主流厌氧氨氧化反应池5和第二沉淀池6；
42.所述主流厌氧氨氧化反应池5包括依次相连通的厌氧区5-1、pn/a区5-2、深度脱氮区5-3和脱气区5-4；
43.所述第一沉淀池4和所述第二沉淀池6上的污泥回流管分别连通所述膨胀污泥层厌氧水解池2和所述厌氧区5-1；
44.所述膨胀污泥层厌氧水解池2、所述第一沉淀池4和所述第二沉淀池6上的排泥管分别连通污泥处理单元29；
45.所述pn/a区5-2和所述脱气区5-4内均设置有曝气装置；
46.所述pn/a区5-2投加富集厌氧氨氧化菌的生物载体或包埋菌粒，投加比例为容积比32～38％，优选为，33～36％，更优选为35％；
47.所述深度脱氮区5-3内投加富集厌氧氨氧化菌的生物载体或包埋菌粒，投加比例为容积比20～28％，优选为，22～27％，更优选为25％。
48.在本发明中，还包括与所述原水桶1相连通的沉砂池出水井8；
49.所述沉砂池出水井8内设置有原水泵9，所述原水桶1内设置有浮子液位控制器10，所述浮子液位控制器10根据所述原水桶1内的液位控制所述原水泵9的启停。
50.在本发明中，所述膨胀污泥层厌氧水解池2内设置有第一搅拌器13、温度传感器14、泥位计15和ph/orp在线监测探头16；
51.所述快速絮凝池3具有絮凝剂加药口17和其内设置有第二搅拌器18；
52.所述第一搅拌器13、所述温度传感器14、所述泥位计15、所述ph/orp在线监测探头16和所述第二搅拌器18均由scada系统控制。
53.在本发明中，所述厌氧区5-1内设置有第三搅拌器21；
54.所述pn/a区5-2内设置有在线溶解氧监测探头22、在线氨氮监测探头23和在线硝氮/亚硝氮监测探头24；
55.所述深度脱氮区5-3内设置有第四搅拌器25；
56.所述第三搅拌器21、所述在线溶解氧监测探头22、所述在线氨氮监测探头23、所述在线硝氮/亚硝氮监测探头24和所述第四搅拌器25均由scada系统控制。
57.在本发明中，所述富集厌氧氨氧化菌的生物载体为圆柱形轻质塑料材质，比表面积400～1000m2/m3，其上附着生长生物膜。
58.在本发明中，所述富集厌氧氨氧化菌的包埋菌粒为采用天然或人工合成有机高分子材料为主，将厌氧氨氧化菌束缚或包埋在半透明多孔聚合物内，粒径为3～20mm的球体或立方体。
59.在本发明中，所述快速絮凝池3内投加的药剂为三氯化铁或聚合硫酸铁或聚合氯化铝或石灰或氢氧化钠。
60.在本发明中，所述pn/a区5-2和所述脱气区5-4内均设置的曝气装置均与外部鼓风机26相连通；
61.所述鼓风机26由scada系统控制。
62.本发明中，膨胀污泥层厌氧水解池2外形为圆柱体。
63.本发明提供的上述城市污水处理系统，具体为：
64.原水桶1经过进水泵11、进水电磁流量计12及必要管路连接至膨胀污泥层厌氧水解池2的进水口(优选为膨胀污泥层厌氧水解池2的下部切线方向设置进水口)。原水泵9抽取污水处理厂的沉砂池出水，由设于原水桶1内的浮子液位控制器10控制运行；进水泵11从原水桶1内连续抽水进入膨胀污泥层厌氧水解池2，进水泵11通过电缆连接至变频器，进水管上设置进水电磁流量计12，进水泵11和进水电磁流量计12均通过信号线连接至scada系统。
65.膨胀污泥层厌氧水解池2的下部切线方向设置进水口，通过进水管与原水桶1相连，出水口设于上部，与快速絮凝,3相连接，1其底部中心处设有集泥斗与排泥管，排泥管上设置电动阀控制启闭；膨胀污泥层厌氧水解池2内设置温度传感器14、泥位计15和ph/orp在线监测探头16，中心处设置轴向叶片的第一搅拌器13，用于辅助旋流流态及泥位控制，搅拌电机通过电缆连接至变频器；温度传感器14、泥位计15和ph/orp在线监测探头16和搅拌电机的变频器均通过信号线连接至scada系统；
66.膨胀污泥层厌氧水解池2的出水口通过管路连接至快速絮凝池3，快速絮凝池3的进水管上设置絮凝剂加药口17，通过加药泵与配药桶相连接；快速絮凝池3内第二搅拌器18，用于促进絮凝反应，搅拌电机通过电缆连接至变频器，搅拌电机由变频器控制转速，变频器通过信号线连接至scada系统，快速絮凝池3的出口与第一沉淀池4进水口相连；
67.第一沉淀池4的出水管连接至主流厌氧氨氧化反应器5的厌氧区5-1的进水口，由第二沉淀池6而来的回流污泥也在此处混合进入，厌氧区5-1内设第三搅拌器21用于混合悬浮污泥；
68.混合液随后进入pn/a区5-2，其底部设曝气装置，通过气体管路连接至鼓风机26，鼓风机26由变频器控制运行，变频器的频率根据在线溶解氧探头22、在线氨氮监测探头23和在线硝氮/亚硝氮监测探头24的数值，由plc程序计算得出；搅拌电机和鼓风机26均通过电缆连接至各自的变频器，变频器及在线监测探头通过信号线连接至scada系统；
69.pn/a区5-2中投加富集厌氧氨氧化菌的生物载体或包埋菌粒，并在出口处被筛网拦截，悬浮污泥混合液进入下一区深度脱氮区5-3；
70.深度脱氮区5-3内投加厌氧氨氧化菌载体或包埋菌粒，设置第四搅拌器25用于混合流化；混合液随后进入脱气区5-4，其底部设曝气装置，用于脱除污泥携带的气泡，改善污泥沉降性能；
71.主流厌氧氨氧化反应器5末端出水口连接至第二沉淀池6，混合液在此固液分离，沉降污泥通过底部排泥口部分被排放，部分经由第二回流泵28回流，回流量流量由第二污泥回流电磁流量计27在线监测，信号值由scada系统采集；
72.所述第一沉淀池4、第二沉淀池6底部均设置排泥管和污泥回流管，排泥管上分别设置第一排泥泵和第二排泥泵用于排放剩余污泥，并通过管道与污泥处理单元29相连接；污泥回流管上分别设置第一污泥回流泵和第二污泥回流泵用于污泥回流，分别连接至膨胀污泥层厌氧水解池2和主流厌氧氨氧化反应池4的进口；各排泥泵和回流泵均通过电缆连接至变频器，排泥管和污泥回流管上设置电磁流量计，变频器和电磁流量计均通过信号线连接至scada系统；
73.其中，上述的scada系统内置于scada系统控制柜7内；
74.scada系统控制柜7内设置继电器、i/o模块、plc、工控机、4g模块等部件；上述搅拌电机、鼓风机26、进水泵11、排泥泵、回流泵等设备相连的变频器，电动阀和在线监测仪表通过信号线连接至i/o模块；装载了scada系统的工控机通过以太网接口与plc相连，并通过4g模块实现远程通信，手机或电脑等终端设备通过网络浏览器或app登录相应账号，远程监控系统运行。
75.本发明的目的之二在于提供上述城市污水处理系统的处理方法，包括如下步骤：
76.启动过程如下：
77.(1)膨胀污泥层厌氧水解池2的启动：向膨胀污泥层厌氧水解池2内通入污水，关闭第一搅拌器13，开启第一污泥回流泵20；启动期间快速絮凝池3不投加药剂，第一沉淀池4不对外排泥；待膨胀污泥层厌氧水解池2内泥位达到预设要求时开启排泥和药剂投加；检测到第一沉淀池出水vfas明显增加时认为启动成功；
78.(2)主流厌氧氨氧化反应池5的启动：在主流厌氧氨氧化反应池5内投加常规硝化污泥(3000～4000mg/l)，开启鼓风机26进行曝气，当在线监测溶解氧探头22和在线氨氮监测探头23的数值达到预设要求时，在pn/a区5-2和深度脱氮区投加厌氧氨氧化菌生物载体或包埋颗粒，开启plc自控程序运行，完成反应器的启动；
79.(3)系统稳定运行与控制：由scada系统进行监测与调控，主要监控对象包括水温、进水流量及污泥回流流量、膨胀污泥层厌氧水解池2的泥位及ph/orp状态、絮凝剂投加量、鼓风机26运行频率、排泥量等关键工艺参数；运行人员可通过终端设备远程监控系统运行状态，并查看或下载数据报表进行分析。
80.处理过程具体如下：
81.①
城市污水及第一沉淀池4回流污泥由底部沿切向进入膨胀污泥层厌氧水解池2，形成慢速旋流状态；控制水力停留时间hrt为2～4h；回流污泥、厌氧生长污泥及被网捕或吸附的有机物共同形成高浓度膨胀污泥层，在上部2/3～3/4高度处形成泥水界面；污泥层中进行厌氧水解酸化反应，产生vfas；scada系统根据ph/orp在线监测探头16和泥位计15在线监测值，控制第一搅拌器13的开启及运行频率调节，以维持慢速旋流流态及适宜的泥位高度；底部排泥电动阀按照设定的污泥龄定时开启排泥，污泥龄控制在2～10d；
82.②
膨胀污泥层厌氧水解池2出水进入快速絮凝池3，控制其水力停留时间为10～15min；在进水管内投加铁盐或铝盐絮凝剂，投加量按照fe或al:p摩尔比0.5～1:1计量；前端外溢的颗粒性和胶体性有机物在失稳、网捕等作用下形成絮体，并在第一沉淀池4内沉降下来；第一沉淀池4底部浓缩的污泥部分回流至膨胀污泥层厌氧水解池2，回流比10～50％；溶解性vfas随出水进入主流厌氧氨氧化反应池5；
83.③
第一沉淀池4上清液出水进入主流厌氧氨氧化反应池5，控制其水力停留时间为6～9h；在厌氧区5-1内，聚磷菌利用进水中的vfas合成内碳源，并释放磷；在pn/a区5-2内，控制溶解氧为0.2～0.6mg/l，由plc程序根据在线氨氮监测探头23、在线硝氮/亚硝氮监测探头24及在线溶解氧监测探头22的监测数值，调节鼓风机26频率；其中悬浮污泥相中的好氧氨氧化菌将污水中的氨氮氧化为亚硝氮，同时聚磷菌消耗内碳源并以氧为电子受体，进行超量吸磷，而生物载体或包埋菌粒中的厌氧氨氧化菌则利用氨氮和亚硝氮进行厌氧氨氧化反应脱氮；剩余的氨氮、亚硝氮则在深度脱氮区继续在厌氧氨氧化菌的作用下反应，达到进一步脱氮目的；
84.流出的混合液进入第二沉淀池6进行固液分离，部分污泥回流至厌氧区入口，回流比50～100％；
85.④
从第一沉淀池4和第二沉淀池6底部排出的富磷污泥首先进入磷回收单元，回收磷之后与膨胀污泥层厌氧水解池2的排泥混合进入污泥处理单元29；
86.⑤
通过plc程序控制各设备的启停，并对进水及回流泵流量、鼓风机26频率、搅拌电机频率进行调控；手机、电脑等终端设备通过网络远程登陆scada系统，查看设备运行状态，进行数据报表分析及下载。
87.以上所述；仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此；任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内；根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变；都应涵盖在本发明的保护范围内。