一体化污水处理装置及污水处理方法与流程

本发明涉及一种污水处理装置，尤其涉及一种一体化污水处理装置，以及采用该一体化污水处理装置来处理污水的方法。

背景技术：

随着我国经济社会的发展，水资源危机及水环境污染日益加剧，各类污水/废水的排放量大幅增加，严重威胁水体环境，已成为环保领域关注的热点之一。我国农村生活污水生产分布分散、地形复杂、管网覆盖不完善，水量不稳定，因而不适合采用传统污水处理厂的集中式处理，而具有灵活、简便和高效的一体化污水处理装置应运而生。

现有的一体化污水处理装置所采用的常规处理技术己趋于成熟，对控制村镇水环境污染起到积极的作用，但对氮、磷等营养物去除率仍较低，使得湖泊、水库等水体日趋恶化，水体富营养化问题仍相当突出。

污水脱氮除磷主要采用化学去除法及生物去除法。目前，污水生物脱氮除磷的方法主要有a/o、a²/o、倒置a²/o、uct、sbr、bardenpho、phoredox以及各种改良工艺。随着水体富营养化问题越来越严重，在污水处理过程中对氮和磷的去除要求不断提高的形势下，传统生物脱氮除磷技术的固有矛盾和缺陷更加突出，主要表现为回流污泥中硝酸盐氮对释磷过程的影响、反硝化阶段与厌氧释磷过程对碳源的竞争、聚磷菌与硝化细菌污泥龄的矛盾。这些工艺的内在矛盾，使其普遍存在同时提高脱氮除磷能力有限、能耗高、成本高、剩余污泥量过多等问题。

专利申请号为cn201410777913.4的中国发明专利公开了一种a³/o-mbbr一体化污水处理装置及污水处理方法，虽然其公开的技术方案能够对污水进行脱氮除磷，但是在反硝化反应中，因气提的硝化液含有较高浓度的do(通常在1mg/l以上)，使得反硝化反应区内的硝化液局部do浓度较高，且分布不均匀，影响了反硝化反应的充分进行。

技术实现要素：

为了弥补上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种脱氮除磷效果好，尤其是反硝化反应非常充分的一体化污水处理装置，以及采用该一体化污水处理装置来处理污水的方法。

为达到上述目的，本发明提供了一种一体化污水处理装置，包括依次连通的第一厌氧池、第一好氧池、第二厌氧池、兼氧池、第二好氧池、二沉池和清水池；所述第一厌氧池和第二厌氧池内均设有固定组合填料；所述第一好氧池和第二好氧池内均设有悬浮填料和曝气盘；所述二沉池和第一厌氧池之间设有污泥回流机构；所述第二好氧池与兼氧池之间设有硝化液回流机构；所述兼氧池与硝化液回流机构之间设有消气盒；所述消气盒的顶部设有出气口，底部设有与硝化液回流机构的出水口管路连通的进水口，侧壁设有与兼氧池管路连通的出水口。

污泥回流机构、硝化液回流机构和二沉池可以采用如专利申请号为cn201410777913.4的发明专利中所公开的结构，本专利中的二沉池及为该发明专利中的沉淀池。

另外，固设于第一厌氧池内的组合填料，由于其比表面积大(一般在800m²/m³)，届时会附着大量的厌氧菌，厌氧菌在新陈代谢过程中，会消耗在第一厌氧池的少量do，保证了第一厌氧池的严格厌氧环境，为后续的厌氧释磷提供了基础。设于第一好氧池和第二好氧池内的悬浮填料，一般采用mbbr填料。

上述的一体化污水处理装置，由于在兼氧池与硝化液回流机构之间设有消气盒，且消气盒的顶部设有出气口，底部设有与硝化液回流机构的出水口管路连通的进水口，侧壁设有与兼氧池管路连通的出水口。硝化液回流机构(实质为气提机构)从好氧池中气提出的硝化液含有大量do，经过气提管进入到消气盒停留一段时间，硝化液中的do从出气口释放到大气中，使得硝化液进入兼氧池后的混合液中do浓度低于0.5mg/l，更加利于兼氧池中的反硝化反应，脱氮效果更好。

进一步的，为了防止消气盒中的硝化液从盒体中溢出，所述消气盒的侧壁还设有与好氧池管路连通的溢水口；竖直方向上，所述的溢水口高于所述出水口。

进一步的，为了保证进入第一厌氧池和兼氧池中的污水在一个稳定的流量、浓度范围内，同时也为了给兼氧池中的反硝化反应补充一定量的碳源(主要是有机物)，还包括通过管路分别与第一厌氧池和兼氧池连通的调节池。调节池的底部可以设置搅拌机构，对调节池内的污水进行充分搅拌；当然，为了能够预先将固体垃圾先行清除掉，在调节池的入水口处设置过滤栅栏；污水从调节池中流入第一厌氧池和兼氧池，一般通过水泵与水管来实现。

进一步的，由于兼氧池中污水主要进行反硝化反应，为了不对反硝化反应产生影响，保证污水均匀流入兼氧池，所述兼氧池的进水口处设有缓冲槽；所述的缓冲槽内设有与进水口相适应的挡板，底部设有多个漏液孔。

进一步的，为了防止第二好氧池中的填料和其它固体杂物(如头发团簇、纸团、树叶等)进入二沉池，所述第二好氧池与二沉池之间的连通口处设有倾斜设置的板式格网；设于辅助好氧池内的曝气盘的出气口正对所述的板式格网；所述的板式格网的孔径小于所述悬浮填料的直径。

进一步的，由于曝气盘不断冲刷板式格网，使得进入二沉池的污水具有一定的动量，加上沉淀在二沉池底部因缺氧而发生厌氧反应，产生的甲烷、氮气等在上升的过程中携带污泥，因而会在二沉池的表层不断累积浮泥，为了能够及时清除掉这些浮泥，避免影响到出水中的悬浮物浓度，还包括设于所述二沉池且用于清除二沉池液面浮泥的撇渣器；所述的撇渣器的出液口通过管路与所述调节池连通。

进一步的，为了能够尽量处理污泥中的有机物，减少污泥的总量，还包括与二沉池通过管路连通的好氧消化池，以及与好氧消化池连通的污泥储存池；所述的污泥储存池与所述调节池之间设有污水回流机构。

本发明还提供了一种污水处理方法，使污水依次流经第一厌氧池、第一好氧池、第二厌氧池、兼氧池、第二好氧池和二沉池进行处理；所述第一厌氧池和第二厌氧池内均设有固定组合填料；所述第一好氧池和第二好氧池内均设有悬浮填料和曝气盘；所述二沉池沉淀出来的部分污泥回流至第一厌氧池；所述第二好氧池的部分污水经硝化液回流机构气提后进入消气盒，在消气盒内的消气后回流至兼氧池。

上述的污水处理方法，由于第二好氧池的部分污水在回流至兼氧池之前，先在消气盒中进行了消气，使得硝化液进入兼氧池后的混合液中do浓度低于0.5mg/l，更加利于兼氧池中的反硝化反应，脱氮效果更好。

进一步的，为了简化结构，方便加工及组装，所述消气盒上端开口且呈方形，底部设有与气提机构的气提水管连通的污水进水口，侧壁设有与兼氧池管路连通的出水口。

进一步的，为了给兼氧池中的反硝化反应补充适量的碳源(主要是有机物)，部分污水直接进入兼氧池；部分污水直接进入兼氧池；进入兼氧池的污水与进入第一厌氧池的污水的体积比为0.2～0.3：0.7～0.8。

进一步的，所述消气盒的底部设有与硝化液回流机构的出水口管路连通的进水口，侧壁设有与兼氧池管路连通的出水口，以及与第二好氧池管路连通的溢水口；竖直方向上，所述溢水口高于所述出水口；

进一步的，由于第二好氧池中的曝气盘不断充气，使得进入二沉池的污水具有一定的动量，因而会在二沉池的表层不断累积浮泥，为了能够及时清除掉这些浮泥，避免影响到出水中的悬浮物浓度，所述二沉池内设有撇渣器；所述的撇渣器的出液口通过管路与所述调节池连通。

污水中的氮类污染物(主要是氨氮)在第一好氧池中经过硝化作用转化为硝态氮，而硝化作用只是转化了氮的形态，还未真正除去污水中的氮，因而需要通过反硝化作用将硝态氮转化为氮气，保证出水中的总氮达标，本发明中，第一好氧池的硝态氮进入到兼氧池中进行反硝化反应；另外，没有充分转变形态的含氮物在第二好氧池经过硝化反应后，再回流到兼氧池中进行反硝化作用，从而将硝态氮转化为氮气除去；还有，第一厌氧池中也能除去部分氮。

污水中的磷主要通过反硝化聚磷菌的作用除去，反硝化聚磷菌在缺氧状态下能超量地将污水中的磷吸入体内，使体内的磷含量超过一般细菌体内的磷含量的数倍；反硝化聚磷菌在厌氧状态下放磷，同时吸收污水中大量的有机物并储存在体内，进入缺氧环境后，以no3^-为电子受体，以体内储存的碳源物质作为电子供体，反硝化聚磷菌同时完成反硝化脱氮和超量磷的吸收，硝态盐(主要是硝酸盐)转化为氮气逸出水体，而磷酸盐则被反硝化聚磷菌过量吸收并以污泥的形式排出，从而达到除磷脱氮的目的。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1为本发明实施例中一体化污水处理装置的结构示意图；

图2为对比实施例中一体化污水处理装置的结构示意图。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

实施例

如图1所示，一体化污水处理装置，包括依次连通的调节池1、第一厌氧池2、第一好氧池3、第二厌氧池7、兼氧池4、第二好氧池5、二沉池6和清水池(图中未示出)；二沉池6和第一厌氧池2之间设有污泥回流机构(图中未示出)；第二好氧池5与兼氧池4之间设有硝化液回流机构8；兼氧池4与硝化液回流机构8之间设有消气盒9(呈方形，尺寸根据实际情况设置)。

具体的，消气盒9的顶部设有出气口(消气盒9一般设置成上端开口即可)，底部设有与硝化液回流机构8的出水口管路连通的进水口，侧壁内侧设有与兼氧池4管路连通的出水口，侧壁外侧设有与第二好氧池5管路连通的溢水口；明显的，溢水口在竖直方向上要高于出水口。

具体的，硝化液回流机构8包括气提水管81，及进气管82；气提水管81的进口伸至第二好氧池5的出水口附近，气提水管81的出口则与消气盒9底部的进水口连通，进气管82的一端与气提水管81连通，并且连接于气提水管81的进口附近(如连接处离进口处25～45mm)，进气管82的另一端则与风机83连接，通过风机83将空气送入气提水管中，使第二好氧池5中的硝化液得以由气提水管81回流至消气盒9中。在进气管82与风机83的中间安装气体流量计84，用来测定风机83风量。

具体的，调节池1中的污水通过水泵输送到第一厌氧池2；第一厌氧池2、第一好氧池3、兼氧池4、第二好氧池5和二沉池6的进水口、出水口呈对角设置。

具体的，第一好氧池3和第二好氧池5内均填充有悬浮填料；悬浮填料由改性高分子材料制成，如泰勒花环等(在其它实施例方案中，悬浮填料还可以是聚乙烯填料、海绵填料和改性生物填料中的至少一种)，悬浮填料的填充比为0.25～0.5(添加的悬浮填料的总体积与第一好氧池和第二好氧池的容积之和的比)。第一好氧池3和第二好氧池5内均设有曝气盘，曝气盘则与送风机连接，由送风机提供空气。

另外，为了简化结构，减小占地面积，曝气盘可以直接与消化液回流机构8的风机83连通，即风机83同时也为第一好氧池3和第二好氧池5提供空气。

具体的，第一厌氧池2内固定悬挂有组合填料；组合填料的结构是将多个塑料环固定在一根中心绳上，然后将醛化纤维或涤纶丝压在环的环圈上，使纤维束均匀分布；内圈是雪花状塑料枝条。

进一步的，在其他实施例中，兼氧池4的进水口处设有缓冲槽(图中未示出)；缓冲槽内设有与进水口相适应的挡板，底部设有多个漏液孔。刚进入兼氧池内的污水带有一定动量，冲击在挡板上后，在缓冲槽内来回流动，从而降低了污水的流速，同时，污水通过缓冲槽底部的漏液孔进入兼氧池，进入也更加均匀。

进一步的，在其他实施例中，第二好氧池3与二沉池6之间的连通口处设有倾斜设置的板式格网(图中未示出)；设于第二好氧池5内的曝气盘的出气口正对板式格网；板式格网的孔径小于悬浮填料的直径。

进一步的，在其他实施例中，还包括设于二沉池6且用于清除二沉池6液面浮泥的撇渣器(图中未示出)；撇渣器的出液口通过管路与调节池连通。

进一步的，在其他实施例中，还包括与二沉池6通过管路连通的好氧消化池10，以及与好氧消化池10连通的污泥储存池20；污泥储存池20与调节池1之间设有污水回流机构(图中未示出)。

进一步的，在其他实施例中，调节池1的入水口处设置过滤栅栏，底部设置搅拌机构(图中未示出，采用通用的搅拌结构即可)。

进一步的，在其他实施例中，将所有设备与plc电性连接，大大方便了对其控制。

污水处理方法为：先将污水导入调节池中，污水中的绝大部分固体杂物被调节池的入水口处的过滤栅栏过滤掉；搅拌机构间隔搅拌调节池中的污水，保持调节池中的污水浓度大致一致；接着用水泵将污水抽入到第一厌氧池，接着依次经过第一好氧池、第二厌氧池、兼氧池、第二好氧池和二层池；第二好氧池中的部分硝化液经过硝化液回流机构气提后进入消气盒，在消气盒内消气后回流至兼氧池；二沉池内的上层污水进入到清水池中，部分污泥经过污泥回流机构回流到第一厌氧池，剩余的污泥经过好氧消化池硝化后进入到污泥储存池；清水池中的水经安设在出水管上的紫外消毒器消毒后排出；污泥储存池内的上清液被导入到调节池中。

第一厌氧池中的厌氧菌分解污水中的有机物，将固体的含磷物质释放到污水中，同时也硝化一部分含氮物质；污水在第一厌氧池经过大约0.5小时后，进入第一好氧池。第一好氧池中的好氧菌处理污水中的含磷物质，并将磷元素固化，同时将氨根离子硝化为硝酸根离子；污水在第一好氧池经过大约2.5小时后，进入第二厌氧池；与第一厌氧池一样，厌氧菌继续分解污水中的有机物，释放含磷物质到污水中；污水在第二厌氧池经过大约1小时后，进入兼氧池。兼氧池中进行反硝化反应，将硝酸根离子反硝化为氮气，排除出去；反硝化反应大约2.5小时后，污水进入第二好氧池。没有清除完全的含氮物质在第二好氧池中继续硝化成硝酸根离子，并被硝化液回流机构气提到消气盒内，气提后的硝化液在消气盒内消气后，再进入到兼氧池内进行反硝化反应，除氮效果更佳；污水大约在第二好氧池2.5小时后，进入到二沉池进行沉淀。二沉池的上层清液被转移到清水池，经消毒后排出或利用；下层的沉淀泥土在好氧消化池内进行硝化作用，减少了50～60％的体积，大大降低了污泥的重量，最后转移到污泥储存池内外运送出。当二沉池的上层聚集较多的污泥时，撇渣器将悬浮在上层的泥土清理掉，保证了排出的水的悬浮物浓度达到国家排放标准。

对比实施例

如图2所示，本对比实施例提供的一种污水处理装置，其结构与实施例1中的一体化污水处理装置的结构大致相同，唯一的不同点是不在兼氧池与硝化液回流机构之间设有消气盒。

污水处理方法为，与实施例中的污水处理方法的步骤基本一致，唯一不同点是第二好氧池中的部分硝化液经过硝化液回流机构气提后直接进入到兼氧池中。

分别采用实施例和对比实施例中的污水处理装置来对相同水源的污水进行处理，然后分别检测各自出水的检测指标，检测结果如下表：

通过上述表格数据可知，本发明所提供的污水处理装置，对污水的除氮效果更好。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。