一种用于生活污水处理的强化脱氮除磷循环式生物膜系统的制作方法

本发明属于生活污水处理技术领域，尤其涉及一种用于生活污水处理的强化脱氮除磷循环式生物膜系统。

背景技术：

生活污水，是造成水环境污染的原因之一，也是造成湖泊富营养化的重要原因。在目前生活污水处理工艺中，普遍存在氨氮、总氮、总磷去除率不佳的问题。

中国专利cn201710402701.1，揭示了一种硝化-deamox工艺对城市生活污水脱氮处理的启动及控制方法，其主要核心是在间歇式活性污泥处理反应器中，通过外加合适菌种的活性污泥，满足反硝化氨氧化和短程硝化厌氧氨氧化工艺，从而达到去除污水含氮污染物。该技术反应程序控制程序复杂，电控系统故障点多，实际运营操作困难。并且，需要不断投加碳源及污泥菌种，后期运维成本加大。此外，其采用的短程硝化厌氧氨氧化脱氮工艺尚不成熟，难以避免生活污水低c/n的现象，进而难以维持稳定短程硝化，从而不能够给厌氧氨氧化系统提供稳定的亚硝基质，导致脱氮效果不稳定，且厌氧氨化菌，生长速度缓慢，对环境温度较为敏感，较难培菌存活，实际应用价值低。

中国专利cn201710502347.x揭示了一种一体化污水处理设备及其处理工艺，该技术采用一体化污水处理，其工艺无法保证前端厌氧和缺氧较低的溶解氧环境，从而无法保证稳定脱氮。剩余污泥在沉淀池底部排出，不能进行很好的泥水分离，反而会搅动沉淀池底部沉降状态。沉淀池后无消毒，无法保证现阶段环境致病菌严格的标准控制。有鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种用于生活污水处理的强化脱氮除磷循环式生物膜系统，使其更具有产业上的利用价值。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种改善总氮去除率不稳定、脱氮效果不佳、回流调节不精确、后期投加碳源成本高、难以应对水质波动c/n比、抗原水冲击负荷力弱等缺点的用于生活污水处理的强化脱氮除磷循环式生物膜系统。本发明技术方案如下：

一种用于生活污水处理的强化脱氮除磷循环式生物膜系统，包括分别与可编程控制器系统通信连接的脱氮四重机构、除磷双重机构和回流机构，所述脱氮四重机构按污水流向包括依次连通的预脱硝池、固定填料缺氧池、载体流动好氧池和固定滤床池，所述除磷双重机构包括污泥池和沉淀池，所述回流机构包括污泥回流机构和硝化液回流机构，其中，所述固定滤床池的出水经沉淀池污泥排除后除磷，沉淀池流出的污泥混合液经所述污泥回流机构回收至预脱硝池和污泥池，所述固定滤床池流出的硝化液经硝化液回流机构回收至固定填料缺氧池。

本发明优选实施方式中，所述预脱硝池分为上下两部分结构，上部分结构为流量调整部、下部分结构为预脱硝沉砂部，在预脱硝池上部设有第一流量缓冲堰。

本发明优选实施方式中，在所述固定填料缺氧池底部设置有与可编程控制器系统通信连接的潜水搅拌装置，在固定填料缺氧池上部设有第二流量缓冲堰。

本发明优选实施方式中，所述固定填料缺氧池经第一导流管连接载体流动好氧池，第一导流管上设置有第一进气管路，在第一进气管路上设置有与可编程控制器系统控制连接的第一调控阀门。

本发明优选实施方式中，所述载体流动好氧池后端设置有固定滤床池，在固定滤床池设置所述硝化液回流机构，硝化液回流机构上设置有第二进气管路，在第二进气管路上设置有与可编程控制器系统控制连接的第二调控阀门用于控制气提硝化液回流量。

本发明更为优选实施方式中，在固定滤床池上设有反冲洗系统和第三导流管，反冲洗系统上设置有第三进气管路，在第三进气管路上设置有与可编程控制器系统控制连接的第三调控阀门用于控制反冲洗强度，所述第三导流管连接固定滤床池和沉淀池。

本发明更为优选实施方式中，所述沉淀池底部设置有斜板锥斗形状的泥斗，在所述沉淀池中部安装所述污泥回流机构，在污泥回流机构上设置有第四进气管路，在第四进气管路上设置有与可编程控制器系统控制连接的第四调控阀门用于控制气提回流污泥量。

本发明优选实施方式中，污泥回流机构上安装有与可编程控制器系统控制连接的第五调控阀门和第六调控阀门。

本发明优选实施方式中，在沉淀池上设置有消毒池。

本发明优选实施方式中，所述污泥池设在预脱硝池内部，在污泥池上端设有溢流口，将污泥池池上清液流入预脱硝池。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

①本发明的四重强化脱氮机构，首先，固定填料缺氧池与固定滤床池结合的前置反硝化脱氮处理，其次，载体流动好氧池的同步硝化反硝化脱氮处理系统，最后，将沉淀池残余硝酸盐回流至预脱硝池，再次反硝化脱氮循环处理，保证较强的氮去除率，能够稳定保证氮去除率在90％及以上；

②本发明的双重强化除磷机构，首先，利用聚磷菌好氧过量吸收磷物质，通过沉淀池底部污泥的定量定期排出而达到除磷目的，其次，污泥池部分的污泥混合液，通过投加除磷药剂，将厌氧释放的磷物质再次去除，保证较强的磷去除率，能够稳定保证磷去除率在90％及以上；

③结合循环式生物膜系统，循环利用系统内部活性污泥，无需外加活性污泥、碳源及ph调整液，解决旧有工艺运营复杂、成本能耗高等问题；

④本发明利用固定滤床池及沉淀池特殊内部结构，结合回流输送管道中设置的气液分离器的作用，减少硝化液回流及污泥回流中溶解氧的携带，保证前端生化池溶解氧环境，为不同菌种的繁衍生存提供稳定保障；

⑤采用生物膜法，利用载体填料与污水的结合作用，为污水中微生物，提供合适的氧环境及载体，保证系统足够的活性污泥量，不需外加活性污泥，运营成本省；

⑥采用多点进水，分段进水补充碳源，避免低c/n比，对整个污水处理流程带来的影响；

⑦本发明循环式生物膜法，能充分循环利用驯养较好的膜状生物污泥，解决旧有工艺结构复杂、维护困难、运营成本高昂及能耗高的问题；

⑧本发明系统中，好氧池的分区消氧结构，并且可调控间歇曝气，能够减轻硝化回流液中带来的高溶解氧回流问题，解决现阶段生化池溶解氧难控制，普遍偏高的问题。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明用于生活污水处理的强化脱氮除磷循环式生物膜系统的结构示意图；

图2是本发明用于生活污水处理的强化脱氮除磷循环式生物膜系统的流程框图。

图中各附图标记的含义如下。

1预脱硝池2污泥池

2-1溢流口3固定填料缺氧池

4-1第一流量缓冲堰4-2第二流量缓冲堰

5潜水搅拌装置6-1第一导流管

6-2第二导流管6-3第三导流管

7-1载体流动池7-2固定滤床池

8-1第一调控阀门8-2第二调控阀门

8-3第三调控阀门8-4第四调控阀门

8-5第五调控阀门8-6第六调控阀门

9硝化液回流机构10-1曝气系统

10-2反冲洗系统11-1第一进气管路

11-2第二进气管路11-3第三进气管路

11-4第四进气管路12沉淀池

13泥斗14污泥回流机构

15可编程控制器系统16消毒池

17气提装置

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图2所示，生活污水通过前端管网收集，经化粪池处理后，通过格栅调节池内均质均量污水，定时定量泵送污水至本发明用于生活污水处理的强化脱氮除磷循环式生物膜系统。其包括分别与可编程控制器系统15通信连接的脱氮四重机构、除磷双重机构和回流机构，所述脱氮四重机构按污水流向包括依次连通的预脱硝池1、固定填料缺氧池3、载体流动好氧池7-1和固定滤床池7-2，所述除磷双重机构包括污泥池2和沉淀池12，所述回流机构包括污泥回流机构14和硝化液回流机构9，其中，所述固定滤床池7-2的出水经沉淀池12沉淀除磷后排除，沉淀池12流出的污泥混合液经所述污泥回流机构14回收至预脱硝池1和污泥池2，所述固定滤床池7-2流出的硝化液经硝化液回流机构9回收至固定填料缺氧池3。

如图1所示，污水进入预脱硝池1，该池上部进水端设有第一流量缓冲堰4-1，保证进入预脱硝池1进水均匀的同时减缓了前端带来的溶解氧冲击，具有一定消氧作用。预脱硝池1内部分为上下两部分结构，上部为流量调整部(h1至h2液位之间)，该部分通过气提装置17提水至后续生化池，以保证后续生化池有效水深；下部为预脱硝沉砂部(h2液位以下)，该部分在强化脱氮的同时，能够进一步去除进水悬浮物等杂质，一仓多用，充分发挥容积利用率。污泥池2设在预脱硝池1内部，充分利用预脱硝池1内部空余空间，使容积利用率达到最大化。污泥池2上端设有溢流口2-1，将污泥池2池上清液流入预脱硝池1。

从预脱硝池1，通过气提装置17提升至固定填料缺氧池3，该池上部进水端设有第二流量缓冲堰4-2，保证固定填料缺氧池3均匀进水的同时减缓了前端气提带来的溶解氧冲击，具有一定消氧作用。固定填料缺氧池3内装填有特殊材质的悬浮球形填料，填料填充率大于40％，该填料起生物膜载体的作用，同时兼有截留悬浮物的作用，具有生物附着力强、比表面积大、孔隙率高、化学和生物稳定性好、经久耐用的强大功效。固定填料缺氧池3底部安装有潜水搅拌装置5，通过可编程控制器系统15时间控制，以间歇运行的方式进行搅拌，避免底部污泥沉积，保证固定填料缺氧池3处于均质的泥水混合状态，充分发挥缺氧反硝化菌等其他活性微生物的作用。

从固定填料缺氧池3，通过第一导流管6-1进入到载体流动好氧池7-1上端，该池装填有特制材质悬浮填料，通过高效曝气系统10-1进行供氧曝气，使得悬浮填料能够实现充分流化状态。在第一进气管路11-1上安装有第一调控阀门8-1，通过可编程控制器系统15时间控制，定期开启以间歇曝气的方式将空气均匀、定时的注入载体流动好氧池7-1水中，可控制池内溶解氧含量。整体好氧部分具有分区消氧结构及管道双重气液分离器消氧功效。

从载体流动好氧池7-1，通过第二导流管6-2进入后段固定滤床池7-2，通过固定安装的生物滤床的过滤，能够进一步的去除ss、有机污染物等。硝化液回流机构9安装在固定滤床池7-2后端，该管路的第二进气管路11-2安装有第二调控阀门8-2，通过可编程控制器系统15时间控制，定期开启将消氧后的硝化液回流至前端固定填料缺氧池3。该巧妙的结构，解决硝化回流液中带来的高溶解氧回流问题。固定滤床池7-2底部安有反冲洗管路10，该管路的第三进气管路11-3安装有第三调控阀门8-3，通过可编程控制器系统15时间控制，定期开启对固定滤床池7-2进行反冲洗，避免滤床堵塞，反冲洗后的混合液，通过第三导流管6-3进入沉淀池12，进行深度ss去除。

经前端生化系统处理后的污水，从固定滤床池7-2，通过第三导流管6-3流入沉淀池12，该池底部泥斗13采用斜板锥斗设计，经沉淀池12上部缓冲层的缓慢沉淀，悬浮物质随锥斗斗壁缓慢向底部堆积，有利于ss的高效去除，避免因污泥沉降效果差而带来的污泥漂浮，可以有效进行污泥沉淀。同时，底部的锥斗设计，使污泥充分堆积，有利于回流。同时沉淀池12中间部位安装污泥回流机构14，该管路的第四进气管路11-4，安装有第四调控阀门8-4，通过可编程控制器系统15时间控制，根据进水水质及整体系统运行状况进行定期气提排泥调节。污泥回流机构14，安装有第五调控阀门8-5，通过可编程控制器系统15时间控制，定期开启将将沉淀池12的部分泥水混合液回流至前端预脱硝池1。同时沉淀池12的污泥回流机构14，安装有第六调控阀门8-6，通过可编程控制器系统15时间控制，定期开启将部分剩余污泥排入污泥池2中进行深度物理除磷。沉淀池12上部设有消毒池16，充分利用沉淀池12上部剩余空间，在沉淀池12上部出水口处，进一步对污水中的病菌及治病污染物进一步消除。

上述本发明四重强化脱氮机构，协同作用优化出水水质。首先，固定填料缺氧池3与固定滤床池7-2结合的前置反硝化脱氮处理，其次，载体流动好氧池7-1的同步硝化反硝化脱氮处理系统，最后，将沉淀池12残余硝酸盐回流至预脱硝池1，再次反硝化脱氮循环处理，保证较强的氮去除率，能够稳定保证氮去除率在90％及以上提高了出水水质。四重强化脱氮机构具体如下：

强化脱氮系统一，沉淀池12残余硝酸盐回流循环反硝化处理系统。经沉淀池12回流的污泥混合液，回流至系统前端预脱硝池1。在沉淀池12的污泥回流液中，含有后段生化池未完全反应的硝酸盐等含氮污染物质，可通过第一流程预脱硝池1再次进行反硝化，强化脱氮功能。

强化脱氮系统二，固定填料缺氧池3前置反硝化处理系统。具有进一步消氧作用。硝化液回流至固定填料缺氧池3，将硝态氮转化成氮气，同时通过兼氧微生物的作用将污水中的有机氮分解成氨氮，而且还可以利用部分有机物和氨氮合成新的细胞物质，加快有机物的降解，水体中的大分子有机物被分解为小分子物质，有效提高污水的可生化性，有利于后续的氧化处理。前置反硝化生物脱氮系统，硝化系统在后，使反硝化系统残留的有机污染物得以进一步去除，提高了出水水质，同时，反硝化产碱，可以在一定程度上补偿硝化系统所耗的碱，不必外加物质，调节ph。

强化脱氮系统三，载体流动好氧池7-1同步硝化反硝化处理系统。完成同步硝化反硝化功能。

强化脱氮系统四，固定滤床池7-2与固定填料缺氧池3结合的前置反硝化脱氮处理系统。进一步把有机物分解成无机物，去除污染物。把有机氮氧化成氨态氮，进而分解成亚硝态氮和硝态氮。经前段处理后的含有亚硝态氮和硝态氮的污水，进入后段固定滤床池7-2，可以避免硝化液回流中的溶解氧，影响前端缺氧生化系统。同时，固定滤床池通过过滤，能够进一步的去除ss、有机污染物等。

本发明的双重强化除磷机构，除磷效果优异。首先，利用聚磷菌好氧过量吸收磷物质，通过沉淀池12底部污泥的定量定期排出而达到除磷目的，其次，污泥池2部分的污泥混合液，通过投加除磷药剂，将厌氧释放的磷物质再次去除，保证较强的磷去除率，能够稳定保证磷去除率在90％及以上。双重强化除磷机构具体如下：

强化除磷系统一，生物除磷循环系统。整个系统通过循环回流，利用聚磷菌在好氧环境下有氧呼吸，不断氧化分解自身体内储存的有机物质，同时也通过从外部环境向其体内摄取有机物，利用能量来过量吸收磷物质，通过定期定量排出部分剩余污泥以达到除磷目的。沉淀池12底部的污泥，由于长期处于静止状态，整体偏于厌氧状态，将沉淀池12底部的厌氧污泥回流至预脱硝池1中，污泥中的聚磷菌在厌氧环境下释放磷，聚磷菌体内的atp进行水解，释放出能量，同时在预脱硝池1中可以充分利用驯养成熟的聚磷菌，培养优势菌种，以利于后续好氧阶段聚磷菌再次发挥功效。好氧和厌氧的紧密结合，完成循环生物除磷。

强化除磷系统二，深度物理除磷系统。从沉淀池12回流的污泥，部分作为生物处理循环系统的再生微生物驯养用，部分剩余污泥排至预脱硝污泥合建池的污泥池2中，进行物理除磷，通过外加除磷药剂，使污泥池中释放出的磷物质与药剂絮凝沉淀，进一步去除污泥上清液中的含磷污染物，污泥池底部污泥定期抽排外运，经处理后的上清液排入预脱硝池1。

综上，本发明采用四重强化脱氮功能和双重强化除磷功能，保证较强氮磷去除率，能够稳定保证氮、磷去除率在90％及以上；结合循环式生物膜系统，循环利用系统内部活性污泥，无需外加活性污泥、碳源及ph调整液，解决旧有工艺运营复杂、成本能耗高等问题；本发明利用载体流动池及沉淀池特殊内部结构，结合回流输送管道中设置的气液分离器的作用，减少硝化液回流及污泥回流中溶解氧的携带，保证前端生化池溶解氧环境，为不同菌种的繁衍生存提供稳定保障；采用生物膜法，利用污水中微生物，提供合适的氧环境及载体，保证系统足够的活性污泥量，不需外加活性污泥，运营成本省；采用多点进水，分段进水补充碳源，避免低c/n比，对整个污水处理流程带来的影响；本发明循环式生物膜法，能充分循环利用驯养较好的膜状生物污泥，解决旧有工艺结构复杂、维护困难、运营成本高昂及能耗高的问题；本发明系统中，好氧池的分区消氧结构，并且可调控间歇曝气，能够减轻硝化回流液中带来的高溶解氧回流问题，解决现阶段生化池溶解氧难控制，普遍偏高的问题。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。