一种一体化污水处理系统及方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种一体化污水处理系统及污水处理方法。

背景技术

随着城镇化率的不断提高和大众环保意识的不断增强，环境治理逐渐受到各方广泛关注，尤其是感官性强、治理难度大、与民众健康息息相关的水污染治理更是备受重视。

目前常规的污水处理技术方案里，反应区通常被严格的物理隔离划分为多个反应池，相关工序的反应池之间需要架设众多管道相连，不仅增加了管道架设工序，而且还增加了管道的投入成本，另外还会导致整个处理系统的占地面积大幅增加，也不便于维护。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种占地较小、养护方便、运行成本较低，且能保障出水稳定达标的一体化污水处理系统。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种一体化污水处理系统，包括反应池，所述反应池内部按照溶解氧浓度梯度范围划分为三个功能区，分别为缺氧区、微氧区、好氧区，所述缺氧区、微氧区、好氧区在物理上依次贯通。反应区内部按照溶解氧浓度梯度范围划分为三个功能区，不同功能区之间没有物理分隔，不仅可以避免架设众多连接管道以降低前期施工、投资成本，还可以避免水头损失，实现自推流式反应。

进一步的，所述好氧区中设有局部缺氧带；所述好氧区尾端设有沉淀池，所述沉淀池与好氧区之间设有隔离体，所述隔离体设有供两侧物质交换的通道；所述好氧区尾端与缺氧区首端之间设有回流装置。不同于常规工艺中将沉淀区设置在反应区之外再通过管道连通回流，本发明将沉淀池设置在反应区内部，位于好氧区的尾端，并且隔离体的结构巧妙，沉降污泥可以依靠自身重力直接从隔离体底部返回反应区，而无需依靠其他外力作用，更不需要额外设置回流管道。

进一步的，所述隔离体上部设有供好氧区的泥水混合物进入沉淀池的流入口，所述隔离体下部设有供污泥从沉淀池返回好氧区的流出口。隔离体上部设置流入口便于泥水分层的顺利进行，下部设置流出口方便底部沉降污泥返回好氧区。

进一步的，所述微氧区、好氧区内设有曝气装置。设置曝气装置为微氧区、好氧区提供反应中微生物所需的氧气。

进一步的，所述曝气装置包括第一曝气管组和第二曝气管组，所述第一曝气管组位于微氧区内，所述第二曝气管组一部分位于微氧区内、一部分位于好氧区内。微氧区处于污水处理的核心环节，需要通过微生物的作用将污水中的大部分氮元素进行转化或者去除，因此在需氧量较大的微氧区设置了第一曝气管组和第二曝气管组，在需氧量较小的好氧区内仅设置有第二曝气管组。

进一步的，所述第二曝气管组包括多根第二曝气管，所述局部缺氧带位于相邻第二曝气管之间。第二曝气管组位于好氧区内的部分相互之间的间距比较大，间隔中部由于曝气量微小且污泥聚集，就在污泥团的内部形成了局部缺氧带，局部缺氧带中的微生物利用自身糖原进行反硝化作用。

进一步的，所述缺氧区内设有搅拌装置。缺氧区内设置搅拌装置避免泥水分层的同时，还可以促进微生物吸收碳源，既能使回流硝化液进行充分的反硝化反应，又能为后续内碳源反硝化积蓄有机物。

进一步的，所述搅拌装置与回流装置共用一套驱动设备。搅拌装置和回流装置可以共用一套驱动设备，可节省能耗也便于协同调控。

本发明还提供一种污水处理方法，采用前述的一体化污水处理系统，包括以下步骤：

(A).将去除杂质后的原污水注入缺氧区；

(B).所述原污水在缺氧区与回流装置从好氧池尾端运输来的回流污泥、回流硝化液混合，并与反硝化菌进行反硝化反应，得到一次污水；

(C).所述一次污水进入微氧区中进行同步硝化反硝化反应，得到二次污水和反应污泥；

(D).所述二次污水进入好氧区中进行深度硝化反应，同时局部缺氧带中，进行内碳源反硝化反应，得到三次污水和反应污泥；

(E).所述三次污水与反应污泥一起进入沉淀池中，泥水分层后，顶部达标水排放，底部沉降污泥返回好氧区。

进一步的，所述步骤(C)中硝化反应的主要过程为NH

本发明具有以下有益效果：

1、反应区内部一体化，各功能区之间省却了物理阻隔，降低施工难度，加快了施工进度，也避免了水头损失，可以实现自推流进程。

2、沉淀池设置在反应区内部，集成度高，相较于传统污水处理系统节约占地15％以上。

3、反应区内部省却物理间隔可以避免安装推流装置，形成局部缺氧带可以降低碳源投放量，运营成本降低20％以上。

4、系统整体结构简单，可远程监控和调节，运行维护方便。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明隔离体的剖切示意图；

图3为本发明局部缺氧区、回流装置、曝气装置在竖直空间上的相对位置关系示意图。

具体实施方式

结合图1～图3所示，本实施例展示了一种一体化污水处理系统，包括反应池，所述反应池内部按照溶解氧浓度梯度范围划分为三个功能区，分别为缺氧区1、微氧区2、好氧区3，所述缺氧区1、微氧区2、好氧区3在物理上依次贯通。反应区内部按照溶解氧浓度梯度范围划分为三个功能区，不同功能区之间没有物理分隔，不仅可以避免架设众多连接管道以降低投资成本，加快前期施工进度，还可以避免水头损失，实现自推流式反应，不用设置推流装置也节省了前期投资成本。

进一步的，所述好氧区3中设有局部缺氧带4；所述好氧区3尾端设有沉淀池5，所述沉淀池5与好氧区3之间设有隔离体6，所述隔离体6设有供两侧物质交换的通道；所述好氧区3尾端与缺氧区1首端之间设有回流装置7。不同于常规工艺中将沉淀区设置在反应区之外再通过管道连通回流，本发明将沉淀池5设置在反应区内部，位于好氧区3的尾端，并且隔离体6的结构巧妙，沉降污泥可以依靠自身重力直接从隔离体底部返回反应区，而无需依靠其他外力作用，更不需要额外设置回流管道。回流装置7用于将好氧区3尾端的污泥和硝化液一起回流至缺氧区1首端，相当于污泥利用了常规技术中硝化液回流管路，而不需要分别设置污泥回流管路和硝化液回流管路，降低了前期的投入成本和运行时的养护压力。

进一步的，所述隔离体6上部设有供好氧区3的泥水混合物进入沉淀池5的流入口61，所述隔离体6下部设有供污泥从沉淀池5返回好氧区3的流出口62。隔离体6上部设置流入口61便于泥水分层的顺利进行，下部设置流出口62方便底部沉降污泥返回好氧区3。

进一步的，所述微氧区2、好氧区3内设有曝气装置8。所述曝气装置8包括第一曝气管组81和第二曝气管组82，所述第一曝气管组81位于微氧区2内，所述第二曝气管组82一部分位于微氧区2内、一部分位于好氧区3内。微氧区2处于污水处理的核心环节，需要通过微生物的作用将污水中的大部分氮元素进行转化或者去除，因此在需氧量较大的微氧区2设置了第一曝气管组81和第二曝气管组82，在需氧量较小的好氧区3内仅设置有第二曝气管组82。

进一步的，所述第二曝气管组82包括多根第二曝气管，所述局部缺氧带4位于相邻第二曝气管之间。第二曝气管组82位于好氧区3内的部分相互之间的间距比较大，间隔中部由于曝气量微小且污泥聚集，就在污泥团的内部形成了局部缺氧带4，局部缺氧带4中的微生物利用自身糖原进行反硝化作用，不仅节省了人工投放碳源，降低了运营成本，还显著降低了微生物的繁殖速率，使得污泥减量，延长污泥清理周期，又进一步降低了运营成本。

进一步的，所述缺氧区2内设有搅拌装置9。缺氧区2内设置搅拌装置9避免泥水分层的同时，还可以促进微生物吸收碳源，微生物吸收碳源后，既能使回流硝化液进行充分的反硝化反应，又能为后续内碳源反硝化积蓄有机物。

进一步的，所述搅拌装置9与回流装置7共用一套驱动设备。搅拌装置9采用气体搅拌管对缺氧区1的泥水混合物进行搅拌，回流装置7采用气提回流的方式，即通过吹气管降低回流管路靠近输出口处的压力，利用液体密度差形成的压力差引导污泥和硝化液从好氧区3尾端回流到缺氧区1首端，此时搅拌装置9和回流装置7可以共用一套驱动设备，比如风机、气泵，可节省能耗，另一方面共用一套驱动设备还方便协同调控，比如采用回流装置7常开而搅拌装置9根据缺氧区1内污泥浓度变化适配启闭的工艺，开启搅拌装置9后回流装置7的气体分压降低，污泥和硝化液回流量降低，便于反硝化反应正向进行同时避免泥水分层，污泥浓度下降后搅拌装置9关闭，回流装置7的气体分压提高，污泥和硝化液回流量提高，便于污水中微生物占比增加，保证反硝化反应的充分进行。

本发明还提供一种污水处理方法，采用前述的一体化污水处理系统，包括以下步骤：

(A).将去除杂质后的原污水注入缺氧区1；

(B).所述原污水在缺氧区1与回流装置7从好氧池3尾端运输来的回流污泥、回流硝化液混合，并与反硝化菌进行反硝化反应，得到一次污水；

(C).所述一次污水进入微氧区2中进行同步硝化反硝化反应，得到二次污水和反应污泥；

(D).所述二次污水进入好氧区3中进行深度硝化反应，同时局部缺氧带4中，进行内碳源反硝化反应，得到三次污水和反应污泥；

(E).所述三次污水与反应污泥一起进入沉淀池5中，泥水分层后，顶部达标水排放，底部沉降污泥返回好氧区3。

可以理解的是，第二曝气管组82的各个第二曝气管之间的间隔较宽(达到600～1500mm)，且好氧区3中整体曝气强度较低，在间隔中部污泥聚集成团后，污泥团内部就可以形成“曝气盲区”也即局部缺氧带4，局部缺氧带4中的微生物利用自身糖原再次进行反硝化反应，将水体中的氮元素转化为氮气逸出，进一步提高出水的水质，也显著降低了系统总碳源的投放量，有利于控制运行成本，还显著降低微生物的代谢产率从而延缓繁殖过程，有利于污泥减量，避免污泥在反应区末端产生过多，降低污泥清理频次。

进一步的，所述步骤(C)中硝化反应的主要过程为NH

可以理解的是，本发明设有中心控制器，中央控制器的内核可以是单片机或PLC，回流装置7、曝气装置8、搅拌装置9的动作均受到中央控制器的统一调控，反应区中也设有污泥浓度检测器和/或溶解氧浓度检测器，采集实时数据便于中央控制器对回流装置7、曝气装置8、搅拌装置9的对应调节。缺氧区1的前端设有将待处理污水引入反应池的管道。这些是本技术领域的常规技术或常规选择，为本领域技术人员所熟知，又不是本技术方案的改进重点，在这里略作说明就不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

可以理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的组件或机构必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

上述实施方式为本发明较佳的实施例，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。