專利名稱：污水胞內(nèi)碳源脫氮裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種污水胞內(nèi)碳源脫氮裝置。
背景技術(shù)：
上世紀初，隨著廢水生物處理工藝的發(fā)明，水污染控制技術(shù)得到很大的進步，到了七十年代，西方發(fā)達國家水體黑臭問題基本上得到解決，隨之而來的是由氮污染引起的水體富營養(yǎng)化問題，并且在世界范圍內(nèi)日益突出，在內(nèi)陸河流和湖泊的水體中，氮是富營養(yǎng)化的控制因素。自此，脫氮技術(shù)及其裝置一直成為國際環(huán)保領(lǐng)域?qū)W術(shù)界和工程界關(guān)注的研究熱點，發(fā)明了多種脫氮方法，主要分為物理化學(xué)方法和生物處理方法。
廢水脫氮的物理化學(xué)方法主要有吹脫法、折點氯化法、選擇離子交換法、催化氧化法等，適用于高濃度氨氮廢水的處理，且存在著處理成本高，對環(huán)境影響大，產(chǎn)生二次污染等問題。而生物脫氮較物理化學(xué)方法更經(jīng)濟，對氨氮濃度相對低的城市污水更適用。生物脫氮是通過“硝化-反硝化”過程進行。硝化即通過自養(yǎng)性細菌在有氧的條件下將氨氮連續(xù)地轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}氮的過程，反硝化即通過異氧兼性反硝化細菌，在缺氧條件下轉(zhuǎn)化硝酸鹽為氮氣的過程。自養(yǎng)性的硝化菌和降解有機物的異養(yǎng)菌及反硝化異養(yǎng)菌相比較，世代周期長，競爭能力較弱，因此硝化需在有機碳濃度低、有機負荷低和有氧的條件下才能進行。
而污水中通常含有有機物、氨氮等污染物，這使得去除有機物、硝化、反硝化很難在一個反應(yīng)器內(nèi)同時、高效完成，因此一般污水脫氮裝置均針對其水質(zhì)和參與反應(yīng)的幾大類不同微生物的特點而設(shè)計，各有其優(yōu)缺點，主要的幾種脫氮裝置如下(一)O/A脫氮裝置這是最廣泛應(yīng)用的一種生物脫氮裝置，也稱后置反硝化裝置，它是好氧反應(yīng)池在前，缺氧反硝化池在后。在好氧反應(yīng)器中先進行有機物的降解，然后硝化，在缺氧反應(yīng)池中進行反硝化。由于好氧硝化池出水有機物濃度非常低，在反硝化池中需投加碳源。研究及工程實踐表明，此裝置脫氮效率高而穩(wěn)定，但其存在如下一些缺陷(1)在反硝化池中需投加碳源，藥劑費用高，且投加量難以掌握，容易造成有機物的泄漏；(2)因為需投加藥劑及自動化在線監(jiān)測和控制，設(shè)備多，運行要求高，管理復(fù)雜，對操作人員素質(zhì)要求高；(3)進水中所有的碳均需氧化成CO2和H2O，水力停留時間長，裝置體積大，占地面積大，基建費用高；(4)曝氣電耗高。
(二)A/O脫氮裝置這也是目前研究與應(yīng)用最為廣泛的一種生物脫氮裝置，也稱前置反硝化裝置。它是缺氧反硝化池在前，好氧硝化池在后，它利用進水中的有機物作為反硝化碳源，克服了O/A裝置需投加藥劑作為反硝化碳源的缺陷，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脫氮效率，回流比通常要求7～8∶1，因此能耗大，運行費用高；(2)脫氮效率低；(3)出水中含有一定濃度的硝酸鹽，在二沉池中，有可能進行反硝化反應(yīng)，造成污泥上浮，影響出水水質(zhì)。且硝酸鹽可誘發(fā)嬰兒的高鐵血紅蛋白癥，硝酸鹽進一步轉(zhuǎn)化為亞硝胺則具有嚴重的“三致”作用，直接威脅人類的健康。
(三)生物濾池利用生物膜中形成的溶解氧濃度梯度變化，在外層有氧條件下進行有機碳的氧化及硝化，在內(nèi)層缺氧環(huán)境中進行反硝化。雖然微生物在膜上的固定生長，有利于世代時間長的自養(yǎng)性硝化細菌的生長，但也僅在低負荷狀況下出現(xiàn)硝化，該裝置也存在如下一些缺陷(1)用填料，大大增加了投資費用，成本高；(2)低負荷運行條件下才能出現(xiàn)硝化，裝置體積大，造價高；(3)脫氮效率低；(4)膜脫落易產(chǎn)生堵塞；(5)布水不易均勻；(6)生長池蠅等。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提出一種高效節(jié)能的污水碳源脫氮裝置。
本實用新型提出的污水碳源脫氮裝置，由胞內(nèi)聚合物形成池、中沉池、硝化池、反硝化池和二沉池經(jīng)管道和閥門連接組成(如圖1所示)，其中，胞內(nèi)聚合物形成池由池體24和曝氣擴散器3組成，池體24前部設(shè)有進水管1，用于通入待處理的污水，在進水管1同一方向處設(shè)有來自二沉池的回流污泥管2，曝氣擴散器3位于池體24底部，與空氣管33連接，池體24尾部設(shè)有出水堰4，池體24尾部壁上固定有出水管5，出水管5底與出水堰4底部平齊；硝化池由池體26、軟性填料12和曝氣擴散器13組成，軟性填料12充滿池體26，有規(guī)則地排列；池體26的前部與中沉池的出水管10相連，同一方向設(shè)有來自二沉池的污泥回流管11，池體26底部設(shè)有曝氣擴散器13，曝氣擴散器13與空氣管34連接；反硝化池池體27的前部設(shè)有進水口，池體前部固定有來自中沉池的進泥管15，跌落入池，池體27底部設(shè)有攪拌機16，將進水與泥混合，池體27尾部設(shè)有出水堰21，池體27外壁固定有出水管18，出水管18管底與出水堰17底部平齊。
本實用新型中，中沉池由池體25，中心管6組成，進水管7位于池底中部，中心管6位于池體中部，從池底部進來的混合液經(jīng)過中心管后均勻分布于池中，池體25上部四周設(shè)有出水堰8，緊靠池體上部，出水管10設(shè)于池體25外壁，出水管10底與出水堰8底平齊，池體下部固定有排泥管9。排泥管9的污泥一般情況全部進入反硝化池作為碳源，有時其中一部分可通過中沉池剩余污泥管29作為剩余污泥排放。
本實用新型中，二沉池與中沉池形式可以基本相同，其作用是將來自于反硝化池的混合液進行固液分離。中心管24設(shè)于池體28中部，從池底部進來的混合液經(jīng)過中心管后均勻分布于池中，池體28上部四周設(shè)有出水堰21，緊靠池體上部，池體28尾部外壁上設(shè)有出水管18，出水管18底與出水堰底齊平，排泥管23固定于池體28下部。剩余污泥通過連接排泥管23的剩余污泥管30排放。
本實用新型中，硝化池可選無填料和有填料之一種；如選有填料的硝化池，則填料可以選用軟性填料和懸浮填料之一種。
本實用新型中，當不選用任何填料時，懸浮生長著大量硝化菌。當選用軟性填料床反應(yīng)器時，回流污泥管13在掛膜時使用，正常后可不用，池內(nèi)布滿軟性填料12，軟性填料有規(guī)則排列。當選用懸浮填料床反應(yīng)器時，池內(nèi)充滿懸浮填料31，硝化池出水部位設(shè)有攔截網(wǎng)32，以避免懸浮填料的流失。
本實用新型中，硝化池和胞內(nèi)聚合物反硝化池可以合建。反應(yīng)器的材質(zhì)可以根據(jù)水量大小采用需要采用鋼筋混凝土(水量大)、鋼板(水量小)或工程塑料(水量小)制作。
本實用新型的工作過程如下城市污水經(jīng)格柵、沉砂和初沉等必要的預(yù)處理后與來自于二沉池的回流污泥于有氧條件下，在胞內(nèi)聚合物形成池中充分混合，形成含有大量胞內(nèi)聚合物的污泥，同時有效去除化學(xué)需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)。而后，混合液進入中間沉淀池，進行固液分離，上清液流入硝化池進行硝化，含有大量胞內(nèi)聚合物的沉淀污泥基本流入胞內(nèi)聚合物反硝化池，視具體情況可能有一些作為剩余污泥排出系統(tǒng)。中間沉淀池的上清液，COD和BOD濃度低，NH3-N濃度高，進入硝化池后，有利于自養(yǎng)性硝化菌的生長，進行高效的硝化反應(yīng)，可有效轉(zhuǎn)化NH3-N等至硝酸鹽氮(NO3-N)，同時也可去除殘余的有機物。硝化池的混合液流入胞內(nèi)聚合物反硝化池與來自于中沉池的含有大量胞內(nèi)聚合物的污泥相混合，在反硝化異養(yǎng)菌的作用下，利用胞內(nèi)聚合物(PHA或糖元)作為碳源，使NO3-N還原為N2從而進入大氣；同時，污泥由于其胞內(nèi)聚合物的降解而得到再生，重新具有很強的吸收溶解性有機物形成胞內(nèi)聚合物的能力。來自于胞內(nèi)聚合物反硝化池的混合液進入二沉淀再次進行泥水分離，沉淀出水排放，沉淀污泥根據(jù)需要部分回流至胞內(nèi)聚合物形成池或硝化池(需根據(jù)情況而定)，其余部分沉淀污泥為剩余污泥，可一天排放一次。
本實用新型的工作原理在好氧條件下，微生物在極短的時間內(nèi)(通常5-10分鐘)吸收水中溶解性有機物，并將之大部分以胞內(nèi)聚合物(主要為聚羥基鏈烷酸酯(PHA)或糖元)的形式貯存于微生物細胞內(nèi)，且這些胞內(nèi)聚合物在隨后的反硝化池中，可被用作為反硝化碳源。此新裝置-胞內(nèi)碳源脫氮裝置，既克服了O/A裝置在脫氮過程中需投加化學(xué)藥劑作為反硝化碳源和有機物完全氧化能耗高的缺點，又克服了A/O脫氮裝置需回流大量混合物，能耗高，出水NO3--N高的缺點，還可以節(jié)約氧化有機物所需能量，減少剩余污泥量，提高脫氮效率。
采用本實用新型，污水經(jīng)處理后，可達到或優(yōu)于國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)的一級標準(B標準)要求。
本實用新型的優(yōu)點是胞內(nèi)碳源脫氮過程無需投加化學(xué)藥劑作為反硝化碳源，也無需回流大量混合液，減少了能耗，并且保證了出水NO3--N的低濃度，提高脫氮效率。
節(jié)約了氧化有機物所需能量，同時減少了剩余污泥量。
本實用新型中使用一套曝氣系統(tǒng)，同時用于胞內(nèi)聚合物形成池和硝化池。
本實用新型與典型的生物脫氮處理污水裝置(O/A與A/O)的比較表

本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，構(gòu)思新穎，成本低廉，占地面積小。


圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)圖示。
圖中標號1為胞內(nèi)聚合物形成池進水管，2為回流污泥管，3為曝氣擴散器，4為出水堰，5為出水管，6為中心管，7為中沉池進水管，8為出水堰，9為中沉池排泥管，10為出水管，11為污泥回流管，12為軟性填料，13為曝氣擴散器，14為出水口，15為反硝化池進泥管，16為攪拌機，17為出水堰，18為出水管，19為進水管，20為中心管，21為出水堰，22為出水管，23為排泥管，24為胞內(nèi)聚合物形成池池體，25為中沉池池體，26為硝化池池體，27為反硝化池池體，28為二沉池池體，29為二沉池剩余污泥管，30為中沉池剩余污泥管，31為懸浮填料，32為攔截網(wǎng)，33為胞內(nèi)聚合物形成池空氣管，34為硝化池空氣管。
具體實施方式
下面通過實施例進一步描述本實用新型。
實施例1，采用本裝置處理某地城市污水150噸/日，裝置的主要設(shè)計參數(shù)和大小如下胞內(nèi)聚合物形成池為鋼結(jié)構(gòu)，水力停留時間為40分鐘，主體尺寸為1.0m×1.0m×4.7m，進出水管為DN50鋼管，曝氣管采用DN25鋼管，回流污泥管為DN50鋼管；中沉池為鋼結(jié)構(gòu)豎流式沉淀池，停留時間為1.5小時，表面負荷為1.5m3/m2·h，池體尺寸為2.2m×2.2m×7.0m，進水管為DN75鋼管，出水管為DN50鋼管，排泥管為DN75鋼管；硝化池與胞內(nèi)聚合物反硝化池合建，為鋼結(jié)構(gòu)，硝化池采用軟性填料床反應(yīng)器，水力停留時間6小時，池體尺寸為1.5m×7m×4m，進出水管為DN50鋼管，曝氣管采用DN32鋼管，污泥回流為DN50鋼管，除掛膜階段無需污泥回流；反硝化池水力停留時間1小時，池體尺寸為1.5m×1.5m×4m，進泥管為DN75鋼管，出水管為DN75鋼管，采用水下低轉(zhuǎn)速攪拌機進行混合；二沉池為鋼結(jié)構(gòu)豎流式沉淀池，停留時間為1.5小時，表面負荷為1.0m3/m2·h，池體尺寸為2.7m×2.7m×7.3m，進水管為DN75鋼管，出水管為DN75鋼管，排泥管為DN75鋼管，入污泥回流井，回流污泥管為DN50鋼管，用泵抽至回流至胞內(nèi)聚合物形成池和硝化池(掛膜時)，剩余污泥排泥管為DN50鋼管，排入污泥濃縮池。運行的進出水水質(zhì)如下進水CODCr平均值為250mg/L，出水平均值為50mg/L，去除率為80％；進水懸浮固體SS平均值為162mg/L，出水平均值為15mg/L，去除率為90.7％；進水氨氮平均值為24mg-N/L，出水平均值為7.5mg-N/L(溫度＞12℃)，11mg-N/L(溫度≤12℃)；進水總氮為50mg-N/L，出水平均值為17mg-N/L。
實施例2，采用本裝置處理某地城市污水1×104噸/日，裝置的主要設(shè)計參數(shù)和大小如下胞內(nèi)聚合物形成池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，水力停留時間為30分鐘，主體尺寸為4.0m×12.0m×5.0m，進出水管為DN400鋼管，出水管為DN600鋼管，曝氣管采用DN150鋼管，回流污泥管為DN400鋼管；中沉池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，停留時間為1.5小時，表面負荷為1.64m3/m2·h，池體尺寸為Φ18m×3.5m，進水管為DN600鋼管，出水管為DN400鋼管，排泥管為DN400鋼管；硝化池與胞內(nèi)聚合物反硝化池合建，為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，硝化池采用軟性填料床反應(yīng)器，水力停留時間6小時，氣水比為3∶1，池體尺寸為60m×10m×4.5m，進水管為DN400鋼管，曝氣管采用DN150鋼管，污泥回流為DN200鋼管，除掛膜階段無需污泥回流；反硝化池水力停留時間1小時，池體尺寸為10m×10m×4.5m，進泥管為DN400鋼管，出水管為DN600鋼管，采用水下低轉(zhuǎn)速攪拌機進行混合；二沉池為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，停留時間為2.0小時，表面負荷為1.0m3/m2·h，池體尺寸為Φ25m×4.5m，進水管為DN600鋼管，出水管為DN400鋼管，排泥管為DN500鋼管，入污泥回流井，回流污泥管為DN400鋼管，回流至胞內(nèi)聚合物形成池和硝化池(掛膜時)，剩余污泥排泥管為DN200鋼管，排入污泥濃縮池。運行的進出水水質(zhì)如下進水CODCr平均值為270mg/L，出水平均值為55mg/L，去除率為80％；進水懸浮固體SS平均值為154mg/L，出水平均值為18mg/L，去除率為88％；進水氨氮平均值為22mg-N/L，出水平均值為7mg-N/L(溫度＞12℃)，11mg-N/L(溫度≤12℃)；進水總氮為45mg-N/L，出水平均值為18mg-N/L。
權(quán)利要求1.一種污水胞內(nèi)碳源脫氮裝置，其特征在于由胞內(nèi)聚合物形成池、中沉池、硝化池、反硝化池和二沉池經(jīng)管道和閥門連接組成，其中，胞內(nèi)聚合物形成池由池體(24)和曝氣擴散器(3)組成，池體(24)前部設(shè)有進水管(1)，在進水管(1)同一方向處設(shè)有來自二沉池的回流污泥管(2)，曝氣擴散器(3)位于池體(24)底部，與空氣管33連接，池體(24)尾部設(shè)有出水堰(4)，池體(24)尾部壁上固定有出水管(5)，出水管(5)底與出水堰(4)底部平齊；硝化池由池體(26)、軟性填料(12)和曝氣擴散器(13)組成，軟性填料(12)充滿池體(26)，池體(26)的前部與中沉池的出水管(10)相連，同一方向設(shè)有來自二沉池的污泥回流管(11)，池體(26)底部設(shè)有曝氣擴散器(13)，曝氣擴散器(13)與空氣管(34)連接；反硝化池池體(27)的前部設(shè)有進水口，池體前部固定有來自中沉池的進泥管(15)，池體(27)底部設(shè)有攪拌機(16)，池體(27)尾部設(shè)有出水堰(21)，池體(27)外壁固定有出水管(18)，出水管(18)管底與出水堰(17)底部平齊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水胞內(nèi)碳源脫氮裝置，其特征在于中沉池由池體(25)，中心管(6)組成，進水管(7)將混合液引入位于池體中部的中心管(6)中，混合液經(jīng)過中心管后均勻分布于池中，池體(25)上部四周設(shè)有出水堰(8)，緊靠池體上部，出水管(10)設(shè)于池體(25)外壁，出水管(10)底與出水堰(8)底平齊，池體下部固定有排泥管(9)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水胞內(nèi)碳源脫氮裝置，其特征在于二沉池內(nèi)，中心管(20)設(shè)于池體(28)中部，進水管(19)將混合液引入位于池體中部的中心管(20)中，混合液經(jīng)過中心管后均勻分布于池中，池體(28)上部四周設(shè)有出水堰(21)，緊靠池體上部，池體(28)尾部外壁上設(shè)有出水管(18)，出水管(18)底與出水堰底齊平，排泥管(23)固定于池體(28)下部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的污水胞內(nèi)碳源脫氮裝置，其特征在于硝化池內(nèi)充滿懸浮填料(31)，硝化池出水部位設(shè)有攔截網(wǎng)(32)。
專利摘要本實用新型屬環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種污水胞內(nèi)碳源脫氮裝置。由胞內(nèi)聚合物形成池、中沉池、硝化池、反硝化池和二沉池經(jīng)管道和閥門連接組成，使用本實用新型裝置，無需投加化學(xué)藥劑作為反硝化碳源，也無需回流大量混合液，減少了能耗，并且保證了出水NO
文檔編號C02F3/30GK2830390SQ20042008125
公開日2006年10月25日 申請日期2004年7月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月29日
發(fā)明者劉燕, 王紅武, 李懷正, 屈計寧 申請人:復(fù)旦大學(xué)