公布日：2024.05.14
申請日：2024.03.11
分類號：C02F3/30(2023.01)I;C02F3/32(2023.01)I;C02F7/00(2006.01)I
摘要
本發(fā)明提供了一種生態(tài)污水處理系統(tǒng)及其運(yùn)行方法，包括初沉池、AAO反應(yīng)器和二沉池，AAO反應(yīng)器沿水流方向依次包括厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)，初沉池與厭氧區(qū)水路連通，好氧區(qū)與二沉池水路連通，AAO反應(yīng)器的缺氧區(qū)底部和AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)底部管路連通有泥水回流泵，二沉池底部和AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)底部管路連通有污泥回流泵，AAO反應(yīng)器上方設(shè)置有植物浮島，AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)設(shè)置有填料層，并進(jìn)行污泥生物掛膜。本發(fā)明的生態(tài)污水處理系統(tǒng)具有總水力停留時(shí)間短、污泥產(chǎn)量低、占地少、節(jié)能降耗、景觀生態(tài)性好，出水水質(zhì)指標(biāo)能穩(wěn)定達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)；是一種符合未來污水處理發(fā)展方向，具有較大工程應(yīng)用前景的新型污水處理系統(tǒng)。
權(quán)利要求書
1.一種生態(tài)污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述生態(tài)污水處理系統(tǒng)包括初沉池、AAO反應(yīng)器和二沉池，所述AAO反應(yīng)器沿水流方向依次包括厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)，所述初沉池與所述AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)水路連通，所述AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)與所述二沉池水路連通，所述AAO反應(yīng)器的缺氧區(qū)底部和AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)底部管路連通有泥水回流泵，所述泥水回流泵的流向?yàn)閺?/span>AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)流向AAO反應(yīng)器的缺氧區(qū)，所述二沉池底部和AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)底部管路連通有污泥回流泵，所述污泥回流泵的流向?yàn)閺亩脸亓飨?/span>AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)，所述AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)和缺氧區(qū)底部均設(shè)置有潛水?dāng)嚢铏C(jī)，所述AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)還設(shè)置有填料層，所述填料層縱向設(shè)置使得流出缺氧區(qū)流入好氧區(qū)的水均通過填料層；所述填料層進(jìn)行污泥生物掛膜，所述AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)底部設(shè)置有曝氣組件，所述AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)均設(shè)置有植物浮島，所述植物浮島懸掛于AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)頂面且AAO反應(yīng)器內(nèi)處理污水時(shí)植物浮島底部接觸水面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述生態(tài)污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述生態(tài)污水處理系統(tǒng)還設(shè)置有儲泥池，所述二沉池內(nèi)設(shè)置有吸泥機(jī)，所述二沉池底部設(shè)置有污泥漏斗，所述污泥漏斗的錐面與水平面的夾角為30～45°，所述污泥漏斗的排泥口分別與儲泥池和污泥回流泵連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述生態(tài)污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)設(shè)置為3～5依次連通的區(qū)格，每個(gè)區(qū)格內(nèi)均相同設(shè)置曝氣組件、填料層和植物浮島，所填料層縱向設(shè)置使得污水依次穿過填料層從上一個(gè)區(qū)格流入緊鄰的下一個(gè)區(qū)格。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述生態(tài)污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述曝氣組件包括氣路連通的鼓風(fēng)機(jī)、氣體流量計(jì)、空氣閥和曝氣頭，所述曝氣頭設(shè)置在所述AAO反應(yīng)器的底部。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述生態(tài)污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述植物浮島包括支撐主體、植物固定填料和挺水植物，所述固定填料填充支撐主體，所述挺水植物的根部植入所述植物固定填料，所述植物浮島在所述AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)頂部的種植面積占AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)頂部面積的20％～50％，所述植物浮島在所述AAO反應(yīng)器的缺氧區(qū)頂部的種植面積占AAO反應(yīng)器的缺氧區(qū)頂部面積的20％～50％，所述植物浮島在所述AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)頂部的種植面積占AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)頂部面積的50％～80％，在所述AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)填料層和植物浮島在空間上進(jìn)行錯位布置且通過絲網(wǎng)空間分隔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述生態(tài)污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)的體積比為1：(1.8～2.2)：(4.5～5.5)；所述AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)設(shè)置有移動式填料層或固定式填料層，所述填料層在所述AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)的體積填充率為20％～50％。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述生態(tài)污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述初沉池和所述AAO反應(yīng)器之間的水路管路上設(shè)置有污水提升泵和必要的閥門。
8.如權(quán)利要求1～7任一所述生態(tài)污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)將活性污泥和生活廢水混合調(diào)節(jié)MLSS為800～1200mg/L；將混合后的泥水輸入AAO反應(yīng)器；控制AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)和缺氧區(qū)的DO小于0.2mg/L，控制AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)DO為2～3mg/L，開啟厭氧區(qū)和缺氧區(qū)的攪拌和好氧區(qū)的曝氣進(jìn)行周期反應(yīng)10～14小時(shí)；周期反應(yīng)后，停止攪拌和曝氣，沉降20～40min，排出55％～70％的上清液，更換新的生活廢水輸入AAO反應(yīng)器進(jìn)行下一周期的反應(yīng)；反應(yīng)期間控制AAO反應(yīng)器內(nèi)溫度為24.5～25.5℃，pH為6.5～8.0，每個(gè)反應(yīng)周期均需檢測活性污泥的相關(guān)指標(biāo)至MLSS增加至4200mg/L～4800mg/L，SV30均值增加到30-40時(shí)，AAO反應(yīng)器啟動成功；(2)步驟(1)的AAO反應(yīng)器啟動成功后在AAO反應(yīng)器的好氧池中設(shè)置填料層后，同時(shí)控制AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)的溶解氧小于0.2mg/L，AAO反應(yīng)器的缺氧區(qū)的溶解氧為0.2～0.5mg/L，控制AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)的溶解氧為2.0～4.0mg/L；AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)的水力停留時(shí)間控制為2～3小時(shí)，輸入廢水進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)控制污泥回流比，當(dāng)AAO反應(yīng)器對污水CODcr和氨氮的去除率穩(wěn)定在70％以上，AAO反應(yīng)器好氧區(qū)的生物膜掛膜啟動成功；(3)步驟(2)的AAO反應(yīng)器好氧區(qū)的生物膜掛膜啟動成功后，設(shè)置生物浮島，生態(tài)污水處理系統(tǒng)啟動成功；(4)步驟(3)生態(tài)污水處理系統(tǒng)啟動成功后，輸入待處理廢水運(yùn)行處理廢水，運(yùn)行參數(shù)包括：AAO反應(yīng)器厭氧區(qū)的水力停留時(shí)間為1～2小時(shí)，AAO反應(yīng)器缺氧區(qū)的水力停留時(shí)間為2～4小時(shí)，AAO反應(yīng)器好氧區(qū)的水力停留時(shí)間為4～8小時(shí)，泥水混合回流比為180％～200％，污泥回流比為80％～120％，AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)溶解氧為0.05～0.1mg/L，AAO反應(yīng)器的缺氧區(qū)溶解氧為0.2～0.3mg/L，AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)溶解氧為3.5～4mg/L。
9.如權(quán)利要求8所述生態(tài)污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于，步驟(2)中，控制污泥回流比的方式為：初始污泥回流比為145％～155％，填料表面開始形成生物膜后污泥回流比調(diào)節(jié)為125％～135％，填料表面的生物膜厚度增加后污泥回流比調(diào)節(jié)為95％～105％。
10.如權(quán)利要求8所述生態(tài)污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行方法，其特征在于，步驟(4)中，AAO反應(yīng)器好氧區(qū)設(shè)置四個(gè)區(qū)格，AAO反應(yīng)器好氧區(qū)的總曝氣量為3.0～5.0L/min，AAO反應(yīng)器好氧區(qū)的四個(gè)區(qū)格的溶解氧沿水流方向，依次分別控制為3.5～4.5mg/L，2.5～3.5mg/L，1.5～2.5mg/L及0.5～1.5mg/L。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處而提供一種生態(tài)污水處理系統(tǒng)及運(yùn)行方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：一種生態(tài)污水處理系統(tǒng)，所述生態(tài)污水處理系統(tǒng)包括初沉池、AAO反應(yīng)器和二沉池，所述AAO反應(yīng)器沿水流方向依次包括厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)，所述初沉池與所述AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)水路連通，所述AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)與所述二沉池水路連通，所述AAO反應(yīng)器的缺氧區(qū)底部和AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)底部管路連通有泥水回流泵，所述泥水回流泵的流向?yàn)閺?/span>AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)流向AAO反應(yīng)器的缺氧區(qū)，所述二沉池底部和AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)底部管路連通有污泥回流泵，所述污泥回流泵的流向?yàn)閺亩脸亓飨?/span>AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)，所述AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)和缺氧區(qū)底部均設(shè)置有潛水?dāng)嚢铏C(jī)，所述AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)還設(shè)置有填料層，所述填料層縱向設(shè)置使得流出缺氧區(qū)流入好氧區(qū)的水均通過填料層；所述填料層進(jìn)行污泥生物掛膜，所述AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)底部設(shè)置有曝氣組件，所述AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)均設(shè)置有植物浮島，所述植物浮島懸掛于AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)頂面且AAO反應(yīng)器內(nèi)處理污水時(shí)植物浮島底部接觸水面。
上述生態(tài)污水處理系統(tǒng)將AAO反應(yīng)器、好氧生物膜反應(yīng)池、人工濕地巧妙結(jié)合，充分發(fā)揮了三種工藝的優(yōu)點(diǎn)，完美地實(shí)現(xiàn)了優(yōu)勢互補(bǔ)，彌補(bǔ)了單一工藝所存在的不足，同時(shí)產(chǎn)生協(xié)同增效的效果，豐富了系統(tǒng)的生物量，提高了處理負(fù)荷，縮短了水力停留時(shí)間，減少了占地面積，并提高了處理效能和景觀觀賞性，是一種技術(shù)新穎、經(jīng)濟(jì)高效、工程應(yīng)用前景廣闊的污水處理系統(tǒng)，具有總水力停留時(shí)間短、污泥產(chǎn)量低、占地少、節(jié)能降耗、景觀生態(tài)性好，出水水質(zhì)指標(biāo)能穩(wěn)定達(dá)到一級A排放標(biāo)準(zhǔn)；而且可結(jié)合園林景觀設(shè)計(jì)進(jìn)行植物選型，構(gòu)建成“花園式”污水處理廠，是一種符合未來污水處理發(fā)展方向，具有較大工程應(yīng)用前景的新型污水處理系統(tǒng)。
上述生態(tài)污水處理系統(tǒng)在AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)設(shè)有污泥回流管和攪拌裝置，污泥回流比30％～100％，污泥濃度4000～8000mg/L，通過攪拌裝置將二沉池的回流污泥和進(jìn)水充分混合；完成聚磷菌合成內(nèi)碳源PHA，同時(shí)釋放磷過程。
上述生態(tài)污水處理系統(tǒng)在AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)和缺氧區(qū)之間設(shè)置有泥水回流泵和污水回流管和攪拌裝置，硝化液回流比100％～200％。
上述生態(tài)污水處理系統(tǒng)二沉池可以將活性污泥和脫落的生物膜經(jīng)沉淀區(qū)分離后從底部排泥口排出，上清液經(jīng)溢流口進(jìn)入出水水箱或根據(jù)需要進(jìn)入后續(xù)深度處理單元。沉淀池底部部分污泥經(jīng)回流泵進(jìn)入AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)，其余部分直接排放進(jìn)入后續(xù)的污泥處理單元。
優(yōu)選地，所述生態(tài)污水處理系統(tǒng)還設(shè)置有儲泥池，所述二沉池內(nèi)設(shè)置有吸泥機(jī)，所述二沉池底部設(shè)置有污泥漏斗，所述污泥漏斗的錐面與水平面的夾角為30～45°，所述污泥漏斗的排泥口分別與儲泥池和污泥回流泵連通。
優(yōu)選地，所述AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)設(shè)置為3～5依次連通的區(qū)格，每個(gè)區(qū)格內(nèi)均相同設(shè)置曝氣組件、填料層和植物浮島，所填料層縱向設(shè)置使得污水依次穿過填料層從上一個(gè)區(qū)格流入緊鄰的下一個(gè)區(qū)格。
上述生態(tài)污水處理系統(tǒng)在AAO反應(yīng)器的頂部配置人工濕地，植物主要由挺水植物構(gòu)成，采用植物浮島4(如不銹鋼掛籃)固定；植物浮島4固定于反應(yīng)器頂板，植物的根部采用填料(如陶粒)固定并浸于污水中。在植物浮島底部，30～50cm處,采用鋼絲網(wǎng)將浮島與生物填料進(jìn)行空間分割，以免植物根系與填料纏繞及填料影響流態(tài)。
優(yōu)選地，所述曝氣組件包括氣路連通的鼓風(fēng)機(jī)、氣體流量計(jì)、空氣閥和曝氣頭，所述曝氣頭設(shè)置在所述AAO反應(yīng)器的底部。
上述生態(tài)污水處理系統(tǒng)在AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)設(shè)置曝氣組件，可為好氧硝化作用提供氧氣，并吹脫反硝化過程產(chǎn)生的N2，便于后續(xù)的泥水分離。
優(yōu)選地，所述植物浮島包括支撐主體、植物固定填料和挺水植物，所述固定填料填充支撐主體，所述挺水植物的根部植入所述植物固定填料，所述植物浮島在所述AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)頂部的種植面積占AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)頂部面積的20％～50％，所述植物浮島在所述AAO反應(yīng)器的缺氧區(qū)頂部的種植面積占AAO反應(yīng)器的缺氧區(qū)頂部面積的20％～50％，所述植物浮島在所述AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)頂部的種植面積占AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)頂部面積的50％～80％，在所述AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)填料層和植物浮島在空間上進(jìn)行錯位布置且通過絲網(wǎng)空間分隔。
上述生態(tài)污水處理系統(tǒng)在AAO反應(yīng)器頂部種植挺水植物，并通過不銹鋼網(wǎng)狀掛籃和輕質(zhì)陶粒填料進(jìn)行固定形成植物浮島，植物浮島底部30～50cm處，采用鋼絲網(wǎng)將浮島與固定或懸浮式填料進(jìn)行空間分割，以免植物根系與填料纏繞及填料影響流態(tài)，挺水植物被以美人蕉、香蒲、菖蒲、風(fēng)車草、再力花等挺水植物為主。
優(yōu)選地，所述AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)和好氧區(qū)的體積比為1：(1.8～2.2)：(4.5～5.5)；所述AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)設(shè)置有移動式填料層或固定式填料層，所述填料層在所述AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)的體積填充率為20％～50％。
優(yōu)選地，所述初沉池和所述AAO反應(yīng)器之間的水路管路上設(shè)置有污水提升泵和必要的閥門。
本發(fā)明還提供上述任一所述生態(tài)污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行方法，包括以下步驟：
(1)將活性污泥和生活廢水混合調(diào)節(jié)MLSS為800～1200mg/L；將混合后的泥水輸入AAO反應(yīng)器；控制AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)和缺氧區(qū)的DO小于0.2mg/L，控制AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)DO為2～3mg/L，開啟厭氧區(qū)和缺氧區(qū)的攪拌和好氧區(qū)的曝氣進(jìn)行周期反應(yīng)10～14小時(shí)；周期反應(yīng)后，停止攪拌和曝氣，沉降20～40min，排出55％～70％的上清液，更換新的生活廢水輸入AAO反應(yīng)器進(jìn)行下一周期的反應(yīng)；反應(yīng)期間控制AAO反應(yīng)器內(nèi)溫度為24.5～25.5℃，pH為6.5～8.0，每個(gè)反應(yīng)周期均需檢測活性污泥的相關(guān)指標(biāo)至MLSS增加至4200mg/L～4800mg/L，SV30均值增加到30-40時(shí)，AAO反應(yīng)器啟動成功；
(2)步驟(1)的AAO反應(yīng)器啟動成功后在AAO反應(yīng)器的好氧池中設(shè)置填料層后，同時(shí)控制AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)的溶解氧小于0.2mg/L，AAO反應(yīng)器的缺氧區(qū)的溶解氧為0.2～0.5mg/L，控制AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)的溶解氧為2.0～4.0mg/L；AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)的水力停留時(shí)間控制為2～3小時(shí)，輸入廢水進(jìn)行反應(yīng)，同時(shí)控制污泥回流比，當(dāng)AAO反應(yīng)器對污水CODcr和氨氮的去除率穩(wěn)定在70％以上，AAO反應(yīng)器好氧區(qū)的生物膜掛膜啟動成功；
(3)步驟(2)的AAO反應(yīng)器好氧區(qū)的生物膜掛膜啟動成功后，設(shè)置生物浮島，生態(tài)污水處理系統(tǒng)啟動成功；
(4)步驟(3)生態(tài)污水處理系統(tǒng)啟動成功后，輸入待處理廢水運(yùn)行處理廢水，運(yùn)行參數(shù)包括：水力停留時(shí)間為13.5～14.5小時(shí)h，泥水混合回流比為180％～200％，污泥回流比為80％～120％，AAO反應(yīng)器的厭氧區(qū)溶解氧為0.05～0.1mg/L，AAO反應(yīng)器的缺氧區(qū)溶解氧為0.2～0.3mg/L，AAO反應(yīng)器的好氧區(qū)溶解氧為3.5～4mg/L。
優(yōu)選地，步驟(2)中，控制污泥回流比的方式為：初始污泥回流比為145％～155％，填料表面開始形成生物膜后污泥回流比調(diào)節(jié)為125％～135％，填料表面的生物膜厚度增加后污泥回流比調(diào)節(jié)為95％～105％。
優(yōu)選地，步驟(4)中，AAO反應(yīng)器好氧區(qū)設(shè)置四個(gè)區(qū)格，AAO反應(yīng)器好氧區(qū)的總曝氣量為3.0～5.0L/min，AAO反應(yīng)器好氧區(qū)的四個(gè)區(qū)格的溶解氧沿水流方向，依次分別控制為3.5～4.5mg/L，2.5～3.5mg/L，1.5～2.5mg/L及0.5～1.5mg/L。
優(yōu)選地，步驟(4)中，二沉池的沉淀時(shí)間為1.5～3.5h。
本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提供了一種生態(tài)污水處理系統(tǒng)及運(yùn)行方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)，(1)耦合裝置操作管理方便、集約用地、衛(wèi)生環(huán)保、生態(tài)景觀性好，尤其適用于對用地和自然景觀要求較高的城鎮(zhèn)商住集聚區(qū)。(2)由于生物填料和植物根系為硝化細(xì)菌的生長提供了載體，載體內(nèi)部以厭氧菌或兼氧菌為主，外部以好氧菌為主，兩種微生物相互作用使可實(shí)現(xiàn)同步硝化反硝化。(3)生物填料(固定式或移動式)和植物的添加可提高生物膜區(qū)的微生物種類豐富、生物濃度、處理負(fù)荷和耐沖擊能力，并有效降低能耗。(4)生態(tài)污水處理系統(tǒng)兼具活性污泥法、生物膜法和人工濕地三者的優(yōu)點(diǎn)，充分利用多種生物處理系統(tǒng)的相互耦合來提高污水處理能力。針對污水處理廠的升級改造，或?qū)τ玫鼐o張或自然景觀要求較高的使用地，均具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值。
（發(fā)明人：梁仁禮;胡勇有;羅木華;梁東輝;甄小紅;王華靜;方文亮;朱艷靈;冼敏儀）
