申請日2015.11.04

　　公開(公告)日2016.01.20

　　IPC分類號C02F9/14; C02F11/12

　　申請(專利權)人北京城市排水集團有限責任公司;

　　摘要

　　本發(fā)明涉及一種城市污水再生處理裝置及其處理方法，包括鼓風曝氣系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng);鼓風曝氣系統(tǒng)包括膜法空氣分離機、氧氣壓縮罐和氮氣壓縮罐;污水處理系統(tǒng)包括氧氣精煉器、臭氧發(fā)生器、曝氣池、沉淀池、自氧脫氮池、二沉池、臭氧接觸池;城市污水通過進水管依次經(jīng)過依序連接的曝氣池、沉淀池、自氧脫氮池、二沉池、臭氧接觸池處理后通過出水管得到再生水;臭氧發(fā)生器分別通過閥門與氧氣精煉器和臭氧接觸池底部的臭氧曝氣盤相連接。該處理裝置及處理方法具有：結(jié)構(gòu)簡單、設計合理、操作使用靈活方便、處理效率高、出水水質(zhì)高、裝置運行穩(wěn)定及安全可靠等優(yōu)點。

　　權利要求書

　　1.一種城市污水再生處理裝置，其特征在于：該再生處理裝置包括鼓風曝氣系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng);所述鼓風曝氣系統(tǒng)包括膜法空氣分離機(1)、氧氣壓縮罐(5)和氮氣壓縮罐(6);所述膜法空氣分離機(1)上還設置有氧氣出口閥(2)和氮氣出口閥(3)，所述氧氣出口閥 (2)和氮氣出口閥(3)分別通過壓力管(4)與所述氧氣壓縮罐(5)和氮氣壓縮罐(6)相連接;所述污水處理系統(tǒng)包括氧氣精煉器(7)、臭氧發(fā)生器(8)、曝氣池(16)、沉淀池(17)、自氧脫氮池(18)、二沉池(19)、臭氧接觸池(20);所述氧氣壓縮罐(5)分別通過壓力管 (4)和閥門(9)連接所述氧氣精煉器和所述曝氣池底部的曝氣盤(12);所述氮氣壓縮罐通過閥門(9)與所述自氧脫氮池中底部的微孔曝氣盤(13)相連接;城市污水通過進水管(15) 依次經(jīng)過依序連接的所述曝氣池、沉淀池、自氧脫氮池、二沉池、臭氧接觸池處理后通過出水管(21)得到再生水;所述沉淀池通過沉淀池回流污泥管(10)與所述進水管連接;所述二沉池通過二沉池回流污泥管(11)與所述自氧脫氮池的進水口相連;所述臭氧發(fā)生器分別通過閥門與所述氧氣精煉器和所述臭氧接觸池底部的臭氧曝氣盤(14)相連接。

　　2.根據(jù)權利要求1所述的一種城市污水再生處理裝置，其特征在于：所述膜法空氣分離機、氧氣壓縮罐、氮氣壓縮罐、氧氣精煉器和臭氧發(fā)生器均設置有氣體壓力計和氣體流量計，通過閥門來調(diào)節(jié)氣壓值和氣體流量值。

　　3.根據(jù)權利要求1所述的一種城市污水再生處理裝置，其特征在于：所述再生處理裝置還包括自動控制系統(tǒng)，所述氧氣壓縮罐、氮氣壓縮罐中還設置有氣體濃度檢測儀;所述出水管還設置有COD濃度檢測儀;所述自動控制系統(tǒng)與所述氣體濃度檢測儀、COD濃度檢測儀、 NH4+濃度檢測儀、氣體壓力機和氣體流量計數(shù)據(jù)控制連接。

　　4.根據(jù)權利要求1所述的一種城市污水再生處理裝置，其特征在于：所述再生處理裝置包括二級處理出水裝置，所述臭氧接觸池通過可控變頻泵和在線液體流量計管道與所述二級處理出水裝置連通。

　　5.根據(jù)權利要求1所述的一種城市污水再生處理裝置，其特征在于：所述再生處理裝置還包括污泥回收利用系統(tǒng)，所述污泥回收利用系統(tǒng)包括污泥預處理系統(tǒng)和污泥干燥殺菌系統(tǒng);其中所述污泥預處理系統(tǒng)用于將所述沉淀池和所述二沉池中的污泥添加植物秸稈攪拌均勻;所述污泥干燥系統(tǒng)用于將經(jīng)過污泥預處理系統(tǒng)處理得到的污泥進行烘干并殺菌。

　　6.一種根據(jù)權利要求1-5中任一項所述的一種城市污水再生處理裝置的處理方法，其特征在于，該處理方法包括如下步驟：

　　1)啟動膜法空氣分離機(1)分別制取高濃度的氧氣和氮氣，并將所述高濃度的氧氣和氮氣分別經(jīng)過壓力管(4)輸送至氧氣壓縮罐(5)和氮氣壓縮罐(6)中備用;氧氣的濃度為 90%-98%;氮氣的濃度為80%-98%，當氧氣壓縮罐和氮氣罐的壓力達到1Mpa，該分離機停止運行;當壓力減少到0.5Mpa重新啟動;

　　2)將城市污水經(jīng)進水管(15)引至曝氣池(16)，調(diào)節(jié)氧氣壓縮罐向曝氣池輸送氧氣的閥門(9)開啟，將氧氣壓縮罐中60%的高濃度的氧氣輸送至曝氣池以控制曝氣池(16)的曝氣量，使其維持在既能將城市污水中的COD去除，又不會對氨氮進行降解的范圍內(nèi);所剩40%的氧氣通過壓力管(4)輸送至氧氣精煉器(7)中進行精煉提純，提純后的氧氣濃度達到99.8%，將精煉提純后得到的氧氣輸送至臭氧發(fā)生器(8)中制備臭氧;制備的臭氧送到臭氧儲蓄罐 22中進行儲存?zhèn)溆?

　　3)城市污水經(jīng)過曝氣池(16)曝氣處理后，出水COD濃度低于50mg/L，之后流至沉淀池(17)中進行沉淀處理，沉淀3小時，沉淀池(17)處理過程中得到的污泥經(jīng)過沉淀池回流污泥管(10)引至進水管中，回流量為進水流量的300%-400%，用于強化除磷;經(jīng)過沉淀池(17)沉淀處理后的城市污水再通過重力流至自氧脫氮池(18)中;此時調(diào)節(jié)氮氣壓縮罐 (6)的閥門(9)，控制氣壓為0.1Mpa，將高濃度的氮氣輸送至自氧脫氮池底部的微孔曝氣盤(13)進行曝氣處理;自養(yǎng)脫氮池(18)是該工藝中最關鍵的單元由于該池體中接種的是厭氧氨氧化菌，因此要求池體內(nèi)呈缺氧狀態(tài)，而氮氣壓縮罐(6)中純度為90%的氮氣既可以使自養(yǎng)脫氮池返混效果提高，又可以增加氧氣傳質(zhì)速率，使池體內(nèi)部溶解氧維持在0.5mg/L 以下，去除污水中的氨氮;

　　4)經(jīng)過上一步自氧脫氮池處理后的城市污水氨氮濃度小于5mg/L，之后流至二沉池(19) 中再次進行沉淀處理，二沉池底部沉積污泥經(jīng)過回流污泥管(11)引至自氧脫氮池的進水口，回流量為50%-100%;

　　5)經(jīng)過二沉池沉淀處理后的城市污水經(jīng)重力流至臭氧接觸池(20)，調(diào)節(jié)臭氧儲蓄罐(22) 向臭氧接觸池輸送臭氧的閥門(9)的開啟量，控制臭氧輸出壓為0.2Mpa，將臭氧輸送中臭氧接觸池底部的臭氧曝氣盤(14)進行脫色消毒處理;

　　6)經(jīng)過臭氧接觸池脫色消毒處理后的城市污水，其部分指標達地表四類水標準，總體達一級A排放標準。最終處理完的污水經(jīng)過出水管(21)排出至河流;

　　7)以上2)-6)步驟持續(xù)進行，該工藝為連續(xù)流進水。

　　說明書

　　一種城市污水再生處理裝置及其處理方法

　　技術領域

　　本發(fā)明涉及城市污水處理技術領域，尤其涉及一種城市污水再生處理裝置及其處理方法，該裝置包括高負荷去除有機物反應器，短程硝化-厭氧氨氧化脫氮反應器和臭氧氧化反應器，通過空氣分離實現(xiàn)不同反應器的充氧和混合要求，能適用于城市污水處理，工藝流程簡單，控制操作靈活，出水水質(zhì)高。

　　背景技術

　　城市污水處理最普遍的工藝為活性污泥法。傳統(tǒng)活性污泥法通過活性污泥在缺氧-好氧的環(huán)境下交替運行，可同時實現(xiàn)多種污染物去除。在好氧環(huán)境中微生物進行硝化反應并去除部分有機物、缺氧條件下利用有機物進行反硝化反應實現(xiàn)脫氮。常規(guī)硝化反硝化工藝的脫氮效果受有機物的影響顯著，在低碳氮比條件下脫氮效率普遍不高。我國的城市污水碳氮比普遍偏低，而且進水中的有機物未能高效利用，導致出水氮元素難以穩(wěn)定達標，不符合再生水回用的基本要求。

　　厭氧氨氧化工藝的出現(xiàn)為城市污水處理和再生回用提供了新的思路。厭氧氨氧化工藝可直接將氨氮和亞硝酸鹽轉(zhuǎn)換為氮氣。而且厭氧氨氧化菌為化能自養(yǎng)型，脫氮過程中不需要有機碳源為電子供體，污泥產(chǎn)量相應減少�；�于厭氧氨氧化技術的脫氮工藝相較于常規(guī)的硝化反硝化工藝可以節(jié)省曝氣能耗，不需要額外的有機物作為碳源，具有顯著地優(yōu)勢。厭氧氨氧化工藝實現(xiàn)碳和氮污染物去除的分離，改變了污水處理工藝流程。

　　基于厭氧氨氧化技術的工藝流程對曝氣方式也提出了新的要求。曝氣系統(tǒng)的合理設計和穩(wěn)定運行，是活性污泥法實現(xiàn)污染物去除的重要條件。曝氣可以為活性污泥的微生物提供氧氣，用以氧化有機物和氨氮;此外，曝氣可以實現(xiàn)良好的氣液固三相混合，強化傳質(zhì)，提高污染物去除效率。在傳統(tǒng)的活性污泥法中，氧氣傳質(zhì)效率普遍受限，因此一般通過增加曝氣量和提高充氧效率實現(xiàn)充足的供氧，而該條件下系統(tǒng)的混合強度不屬于受限制條件。因此常規(guī)的曝氣方式可以同時實現(xiàn)良好的充氧和混合作用，有效的去除污水中的污染物�；�于厭氧氨氧化技術的城市污水處理工藝流程，承擔有機物去除的反應系統(tǒng)需要足夠的溶解氧，曝氣量增加。有機去除反應器進行純氧曝氣，可以提高反應效率，降低曝氣能耗。而短程硝化- 厭氧氨氧化反應器主要實現(xiàn)氮污染的去除過程，需氧量顯著降低，整個系統(tǒng)需要維持在低溶解氧條件下。采用傳統(tǒng)的曝氣方式難以滿足脫氮要求。在較高的曝氣量下，雖然可以實現(xiàn)良好的充氧效果，但是無法控制合理的溶解氧濃度。當降低曝氣量后，低溶解氧條件下系統(tǒng)的混合效果減弱，導致系統(tǒng)的去除負荷降低。針對厭氧氨氧化技術在污水處理應用中存在的問題，應考慮如何優(yōu)化曝氣方式，為有機物和氮污染物的去除提供合理的曝氣量和混合強度，并進一步的優(yōu)化其控制策略，通過與深度處理系統(tǒng)的協(xié)同運行，實現(xiàn)高品質(zhì)的再生水出水要求。因此，研究一種城市污水再生處理裝置具有重要的研究意義。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　針對現(xiàn)有技術中城市污水再生處理裝置的不足，本發(fā)明的目的在于：提供一種城市污水再生處理裝置及其處理方法，該處理裝置及處理方法具有：結(jié)構(gòu)簡單、設計合理、操作使用靈活方便、處理效率高、出水水質(zhì)高、裝置運行穩(wěn)定及安全可靠等優(yōu)點。

　　為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案實現(xiàn)：

　　一種城市污水再生處理裝置，該再生處理裝置包括鼓風曝氣系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng);所述鼓風曝氣系統(tǒng)包括膜法空氣分離機、氧氣壓縮罐和氮氣壓縮罐;所述膜法空氣分離機上還設置有氧氣出口閥和氮氣出口閥，所述氧氣出口閥和氮氣出口閥分別通過壓力管與所述氧氣壓縮罐和氮氣壓縮罐相連接;所述污水處理系統(tǒng)包括氧氣精煉器、臭氧發(fā)生器、曝氣池、沉淀池、自氧脫氮池、二沉池、臭氧接觸池;所述氧氣壓縮罐分別通過壓力管和閥門連接所述氧氣精煉器和所述曝氣池底部的曝氣盤;所述氮氣壓縮罐通過閥門與所述自氧脫氮池中底部的微孔曝氣盤相連接;城市污水通過進水管依次經(jīng)過依序連接的所述曝氣池、沉淀池、自氧脫氮池、二沉池、臭氧接觸池處理后通過出水管得到再生水;所述沉淀池通過沉淀池回流污泥管與所述進水管連接;所述二沉池通過二沉池回流污泥管與所述自氧脫氮池的進水口相連;所述臭氧發(fā)生器分別通過閥門與所述氧氣精煉器和所述臭氧接觸池底部的臭氧曝氣盤相連接。

　　作為上述技術方案的進一步改進，所述膜法空氣分離機、氧氣壓縮罐、氮氣壓縮罐、氧氣精煉器和臭氧發(fā)生器均設置有氣體壓力計和氣體流量計，通過閥門來調(diào)節(jié)氣壓值和氣體流量值。

　　作為上述技術方案的進一步改進，所述再生處理裝置還包括自動控制系統(tǒng)，所述氧氣壓縮罐、氮氣壓縮罐中還設置有氣體濃度檢測儀;所述出水管還設置有COD濃度檢測儀;所述自動控制系統(tǒng)與所述氣體濃度檢測儀、COD濃度檢測儀、NH4+濃度檢測儀、氣體壓力機和氣體流量計數(shù)據(jù)控制連接。

　　作為上述技術方案的進一步改進，所述再生處理裝置包括二級處理出水裝置，所述臭氧接觸池通過可控變頻泵和在線液體流量計管道與所述二級處理出水裝置連通。

　　作為上述技術方案的進一步改進，所述再生處理裝置還包括污泥回收利用系統(tǒng)，所述污泥回收利用系統(tǒng)包括污泥預處理系統(tǒng)和污泥干燥殺菌系統(tǒng);其中所述污泥預處理系統(tǒng)用于將所述沉淀池和所述二沉池中的污泥添加植物秸稈攪拌均勻;所述污泥干燥系統(tǒng)用于將經(jīng)過污泥預處理系統(tǒng)處理得到的污泥進行烘干并殺菌。

　　上述城市污水再生處理裝置的處理方法，其特征在于，該處理方法包括如下步驟：

　　該處理方法包括如下步驟：

　　1)啟動膜法空氣分離機分別制取高濃度的氧氣和氮氣，并將所述高濃度的氧氣和氮氣分別經(jīng)過壓力管輸送至氧氣壓縮罐和氮氣壓縮罐中備用;氧氣的濃度為90%-98%;氮氣的濃度為80%-98%，當氧氣壓縮罐和氮氣罐的壓力達到1Mpa，該分離機停止運行;當壓力減少到 0.5Mpa重新啟動。

　　2)將城市污水經(jīng)進水管引至曝氣池，調(diào)節(jié)氧氣壓縮罐向曝氣池輸送氧氣的閥門開啟，將氧氣壓縮罐中60%的高濃度的氧氣輸送至曝氣池以控制曝氣池的曝氣量，使其維持在既能將城市污水中的COD去除，又不會對氨氮進行降解的范圍內(nèi);所剩40%的氧氣通過壓力管輸送至氧氣精煉器中進行精煉提純，提純后的氧氣濃度達到99.8%，將精煉提純后得到的氧氣輸送至臭氧發(fā)生器中制備臭氧;制備的臭氧送到臭氧儲蓄罐22中進行儲存?zhèn)溆谩?/P>

　　3)城市污水經(jīng)過曝氣池曝氣處理后，出水COD濃度低于50mg/L，之后流至沉淀池中進行沉淀處理，沉淀3小時，沉淀池處理過程中得到的污泥經(jīng)過沉淀池回流污泥管引至進水管中，回流量為進水流量的300%-400%，用于強化除磷;經(jīng)過沉淀池沉淀處理后的城市污水再通過重力流至自氧脫氮池中;此時調(diào)節(jié)氮氣壓縮罐的閥門，控制氣壓為0.1Mpa，將高濃度的氮氣輸送至自氧脫氮池底部的微孔曝氣盤進行曝氣處理。自養(yǎng)脫氮池是該工藝中最關鍵的單元由于該池體中接種的是厭氧氨氧化菌，因此要求池體內(nèi)呈缺氧狀態(tài)，而氮氣壓縮罐中純度為90%的氮氣既可以使自養(yǎng)脫氮池返混效果提高，又可以增加氧氣傳質(zhì)速率，使池體內(nèi)部溶解氧維持在0.5mg/L以下，去除污水中的氨氮。

　　4)經(jīng)過上一步自氧脫氮池處理后的城市污水氨氮濃度小于5mg/L，之后流至二沉池中再次進行沉淀處理，二沉池底部沉積污泥經(jīng)過回流污泥管引至自氧脫氮池的進水口，回流量為 50%-100%。

　　5)經(jīng)過二沉池沉淀處理后的城市污水經(jīng)重力流至臭氧接觸池，調(diào)節(jié)臭氧儲蓄罐向臭氧接觸池輸送臭氧的閥門的開啟量，控制臭氧輸出壓為0.2Mpa，將臭氧輸送中臭氧接觸池底部的臭氧曝氣盤進行脫色消毒處理。

　　6)經(jīng)過臭氧接觸池脫色消毒處理后的城市污水，其部分指標達地表四類水標準，總體達一級A排放標準。最終處理完的污水經(jīng)過出水管排出至河流。

　　7)以上2)-6)步驟持續(xù)進行，該工藝為連續(xù)流進水。

　　與現(xiàn)有技術中城市污水再生處理裝置相比，采用本發(fā)明的再生處理裝置及其處理方法具有如下優(yōu)點：

　　(1)高負荷活性污泥系統(tǒng)利用純氧曝氣，提高了COD的去除效率，降低池容。

　　(2)自養(yǎng)脫氮系統(tǒng)利用富含氮氣的氣體進行重演混合，在保證混合效果的情況下可維持降低的溶解氧，有利于抑制系統(tǒng)內(nèi)亞硝酸鹽氧化菌的生長，從而保證厭氧氨氧化工藝的穩(wěn)定運行。

　　(3)空氣分離后的氧氣源進一步制備成臭氧，對污水進行高級氧化處理，可有效降低出水的微生物學風險，降低出水色度，增加回用的可行性。