改善城镇污水除磷脱氮性能的初沉发酵预处理方法及系统

摘要

一种改善城镇污水除磷脱氮性能的初沉发酵预处理方法及系统，在一体化构造的絮凝发酵沉淀池中，通过辅助搅拌和自然絮凝沉淀，形成和维持一定界面高度的悬浮污泥絮体层，实现悬浮固体和胶体的絮凝沉淀以及悬浮固体无机组分的倾向性分离，悬浮污泥絮体层中的生物群体对悬浮固体、胶体和溶解性有机物具有较强的水解发酵作用。本发明悬浮固体及胶体的分解率为15％～50％、挥发性脂肪酸浓度提高20％～150％、出水VSS/SS比值提高20％～60％，悬浮固体无机组分含量明显降低的同时，优质碳源比例提高，有利于提高后续工艺的污泥活性和除磷脱氮能力。本发明实施方便，运行管理简单，工艺调整灵活，效果明显。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种城镇污水的预处理系统及处理方法，特别涉及一种改善城镇污水除磷脱氮性能的初沉发酵预处理方法及处理系统。

背景技术：

城镇污水处理厂的污染物去除对象及排放控制指标主要包括化学需氧量(COD)、生物化学需氧量(BOD₅)、悬浮固体(SS)、氨氮(NH₃-N)、总氮(TN)和总磷(TP)。根据2006年国家环境保护总局发布的第21号公告，《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)的第4.1.2.2条修改为“城镇污水处理厂出水排入国家和省确定的重点流域及湖泊、水库等封闭、半封闭水域时，执行一级标准的A标准，排入GB3838地表水III类功能水域(划定的饮用水源保护区和游泳区除外)、GB3097海水二类功能水域时，执行一级标准的B标准”。

GB 18918-2002的一级排放标准对氮、磷的排放控制提出了相当高的要求，其中一级标准A标准为：TP≤0.5mg/L、NH₃-N≤5mg/L、TN≤15mg/L，一级标准B标准为TP≤1.0mg/L、NH₃-N≤8mg/L、TN≤20mg/L。但我国绝大部分城镇污水处理厂的进水碳氮比明显偏低，进水BOD₅/TKN比值仅3～4，明显低于发达国家的5～6，严重影响生物除磷脱氮能力。在设置常规初沉池的情况下，由于对碳、氮的去除比例不同，碳氮比偏低的问题会更加突出，BOD₅/TKN比值可降低到2.5～3的水平，后续生物除磷脱氮工艺单元的处理效能会受到更加明显的不利影响。

国内外的大量生产运行实践和试验室研究结果表明，进水水质特性对城镇污水处理厂的除磷脱氮效果有非常明显的影响，国家城市给水排水工程技术研究中心在太湖流域城镇污水处理厂中完成的试验测定结果表明，仅通过增加生物反硝化池的水力停留时间进行内源反硝化所提高的TN去除量非常有限，而快速生物降解有机物的反硝化脱氮速率是内源反硝化速率的7～9倍，外部投加快速生物降解有机物时，TN去除率会有明显的提高，进水的碳源构成和碳氮比是影响生物脱氮及除磷效果的关键因素。

因此，如何针对我国城镇污水的实际水质情况和越来越高的除磷脱氮处理要求，提出新的初沉及污泥发酵处理系统及处理方法，在有效去除污水中的无机悬浮固体组分的同时，尽量保留其有机组分，同时将颗粒性有机组分转化为溶解性可快速降解有机组分，具有十分重要的实用价值。

发明内容：

本发明的目的就在于克服上述现有技术中存在的不足，而提供一种改善城镇污水除磷脱氮性能的初沉发酵预处理系统，该系统具有生物絮凝、沉淀和水解发酵功能，可以明显改善城镇污水处理厂的进水水质特性，提高其生物除磷脱氮能力和整体工艺流程的运行效果。

如上构思，本发明的技术方案是：一种改善城镇污水除磷脱氮性能的初沉发酵预处理方法，其特征在于：在城镇污水处理厂中，经过机械格栅和沉沙处理后的污水先流入初沉发酵池的下部，并由进水布水系统实现污水的均匀布水，然后通过上向流的方式穿过初沉发酵池的悬浮污泥絮体层进行生物发酵预处理，在悬浮污泥絮体层中不断进行颗粒态固体有机物的液化溶解、高分子有机物的水解、单体有机物的发酵与酸化，然后通过重力沉淀作用在初沉发酵池上部形成固液分离区进行可沉悬浮固体与水解发酵产物的分离，形成的发酵上清液作为本预处理系统的出水；悬浮固体液化过程所形成的、无机物含量较高的固体下沉到反应池的底部，连同悬浮污泥絮体层的剩余污泥，由反应池底部排出进行必要的后续处理与处置。

上述悬浮污泥絮体层可通过低速推进或搅拌获得混合动力，使悬浮污泥絮体保持适度的絮体结构和悬浮污泥絮体层高度。

一种改善城镇污水除磷脱氮性能的初沉发酵预处理系统，其特征在于：由集初沉与发酵功能于一体的初沉发酵池(1)、进水布水系统(2)、安装于初沉发酵池顶部的刮吸泥桥架(3)，安装于刮吸泥桥架上的若干个推进器(4)、位于初沉发酵池上部的出水堰板(5)和出水收集槽(6)、位于初沉发酵池底部的排泥子系统组成；其中，中心筒布水器(2)通过管线与前端的格栅及沉砂处理出水口A相连接，出水收集槽(6)通过管线与后续生物除磷脱氮工艺构筑物B相连接，排泥子系统通过污泥泵及管线与后续污泥处理构筑物C相连接。

上述初沉发酵池中能够形成具有生物发酵活性的悬浮污泥絮体层(9)，悬浮污泥絮体层的界面高度小于或等于初沉发酵池上部有效池深的1/3。

上述初沉发酵池的设计表面负荷率为3～5m³/(m²·h)，设计水力停留时间为30～60min，悬浮污泥层的固体停留时间为1～5d。

上述进水布水系统(2)为带整流罩或偏底部开口的中心圆筒布水器(2)，其出流口位于初沉发酵池的下部偏底部位置，且中心圆筒布水器的孔洞为水平方向45°角开口。

上述推进器(4)为低速潜水推进器或潜水搅拌器。

本发明具有如下的优点和积极效果：

(1)功能齐全，工艺构造简单，在一个反应池内同时完成进水悬浮固体及胶体颗粒的液化分解、复杂高分子有机物的水解、有机物的产酸发酵以及固体残留物与发酵产物的分离，使污水水质构成发生较明显的变化，改进其后续工艺的除磷脱氮能力。

(2)该预处理系统可按生物水解发酵、生物絮凝沉淀、物理沉淀分离三种方式运行，以适应污水处理厂不同时段的水质水量变化，工艺运行调整灵活性明显提高，整体工艺过程的工程造价和运行成本降低。

(3)反应池中的悬浮污泥絮体层高度和污泥浓度可以通过推进器搅拌强度(功率与速度)的调整加以灵活控制，以达到不同的水解酸化和固体分离效果，满足后续生物除磷脱氮工艺对进水水质的改善需求。

(4)本发明的污水预处理效果为：进水悬浮固体及胶体的液化分解率达到15％～50％、挥发性脂肪酸浓度提高20％～150％、初沉发酵出水的VSS/SS比值提高20％～60％。

附图说明：

图1是本发明的初沉发酵预处理系统结构1示意图。

图2是本发明的初沉发酵预处理系统结构2示意图。

具体实施方式：

一种改善城镇污水除磷脱氮性能的初沉发酵预处理方法，在城镇污水处理厂中，经过机械格栅和沉沙处理后的污水先流入初沉发酵池的下部(偏底部)，由进水布水系统实现污水的均匀布水并形成上向流的水力条件，通过低速搅拌(混合)器为初沉发酵池内形成的悬浮污泥絮体层提供低强度的混合条件，使悬浮污泥絮体层处于比较缓慢的混合运动与悬浮状态，从而完成进水悬浮固体和胶体物质的生物絮凝和微生物活化，形成具有较强絮凝和沉淀性能的可悬浮污泥絮体连续补充悬浮污泥层，在悬浮污泥层中不断进行颗粒态固体有机物的液化(溶解)、高分子有机物的水解、单体有机物的发酵与酸化，然后通过重力沉淀作用在反应池上部形成固液分离区进行可沉悬浮固体与水解发酵产物的分离，形成的发酵上清液中包含悬浮固体液化过程所形成的细微悬浮固体和酸化作用形成的挥发性有机酸，作为本系统的排放水，进入后续的生物处理工艺单元，悬浮固体液化过程所形成的、无机物含量较高的固体下沉到反应池的底部，连同悬浮污泥层的剩余污泥，由反应池底部排出，然后进行必要的后续处理与处置。

如图1和图2所示，在本具体实施例中，本发明的污水初沉发酵池预处理系统由集初沉与发酵功能于一体的初沉发酵池(1)、进水布水系统(2)、安装于初沉发酵池顶部的刮吸泥桥架(3)，安装于刮吸泥桥架上的若干个低速潜水推进器或潜水搅拌器(4)、位于初沉发酵池上部的出水堰板(5)和出水收集槽(6)、位于初沉发酵池底部的排泥子系统组成；其中，中心筒布水器(2)通过管线与前端的格栅及沉砂处理出水口A相连接，出水收集槽(6)通过管线与后续生物除磷脱氮工艺构筑物B相连接，排泥子系统通过污泥泵及管线与后续污泥处理构筑物C相连接。上述初沉发酵池的设计表面负荷率为3～5m³/(m²·h)，设计水力停留时间为30～60min，悬浮污泥层的固体停留时间为1～5d。上述进水布水系统(2)为带整流罩或偏底部开口的中心圆筒布水器(2)，其出流口位于初沉发酵池的下部偏底部位置，且中心圆筒布水器的孔洞为水平方向45°角开口。上述初沉发酵池中能够形成具有生物发酵活性的悬浮污泥絮体层(9)，悬浮污泥絮体层的界面高度小于或等于初沉发酵池上部有效池深的1/3。

由于上述技术特点，使本发明的污水初沉发酵预处理系统及方法的处理效果和运行效率明显优于现有的其他类型预处理系统及方法。根据实际城镇污水的试验测定，本发明的污水预处理效果为：进水悬浮固体及胶体的液化分解率达到15％～50％、挥发性脂肪酸浓度提高20％～150％、初沉发酵出水的VSS/SS比值提高20％～60％。

这里需要特别提出的是，上述对具体实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能够理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对具体实施例做出各种修改和补充，并把此说明的一般原理及方法应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述具体实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示及方法，对于本发明做出的类似和相似的修改及改进都应该在本发明的保护范围之内。