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
本發明提供了一種生態污水處理系統及其運行方法，包括初沉池、AAO反應器和二沉池，AAO反應器沿水流方向依次包括厭氧區、缺氧區和好氧區，初沉池與厭氧區水路連通，好氧區與二沉池水路連通，AAO反應器的缺氧區底部和AAO反應器的好氧區底部管路連通有泥水回流泵，二沉池底部和AAO反應器的厭氧區底部管路連通有污泥回流泵，AAO反應器上方設置有植物浮島，AAO反應器的好氧區設置有填料層，并進行污泥生物掛膜。本發明的生態污水處理系統具有總水力停留時間短、污泥產量低、占地少、節能降耗、景觀生態性好，出水水質指標能穩定達到一級A排放標準；是一種符合未來污水處理發展方向，具有較大工程應用前景的新型污水處理系統。
權利要求書
1.一種生態污水處理系統，其特征在于，所述生態污水處理系統包括初沉池、AAO反應器和二沉池，所述AAO反應器沿水流方向依次包括厭氧區、缺氧區和好氧區，所述初沉池與所述AAO反應器的厭氧區水路連通，所述AAO反應器的好氧區與所述二沉池水路連通，所述AAO反應器的缺氧區底部和AAO反應器的好氧區底部管路連通有泥水回流泵，所述泥水回流泵的流向為從AAO反應器的好氧區流向AAO反應器的缺氧區，所述二沉池底部和AAO反應器的厭氧區底部管路連通有污泥回流泵，所述污泥回流泵的流向為從二沉池流向AAO反應器的厭氧區，所述AAO反應器的厭氧區和缺氧區底部均設置有潛水攪拌機，所述AAO反應器的好氧區還設置有填料層，所述填料層縱向設置使得流出缺氧區流入好氧區的水均通過填料層；所述填料層進行污泥生物掛膜，所述AAO反應器的好氧區底部設置有曝氣組件，所述AAO反應器的厭氧區、缺氧區和好氧區均設置有植物浮島，所述植物浮島懸掛于AAO反應器的厭氧區、缺氧區和好氧區頂面且AAO反應器內處理污水時植物浮島底部接觸水面。
2.根據權利要求1所述生態污水處理系統，其特征在于，所述生態污水處理系統還設置有儲泥池，所述二沉池內設置有吸泥機，所述二沉池底部設置有污泥漏斗，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.根據權利要求1所述生態污水處理系統，其特征在于，所述AAO反應器的好氧區設置為3～5依次連通的區格，每個區格內均相同設置曝氣組件、填料層和植物浮島，所填料層縱向設置使得污水依次穿過填料層從上一個區格流入緊鄰的下一個區格。
4.根據權利要求1所述生態污水處理系統，其特征在于，所述曝氣組件包括氣路連通的鼓風機、氣體流量計、空氣閥和曝氣頭，所述曝氣頭設置在所述AAO反應器的底部。
5.根據權利要求1所述生態污水處理系統，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反應器的厭氧區頂部的種植面積占AAO反應器的厭氧區頂部面積的20％～50％，所述植物浮島在所述AAO反應器的缺氧區頂部的種植面積占AAO反應器的缺氧區頂部面積的20％～50％，所述植物浮島在所述AAO反應器的好氧區頂部的種植面積占AAO反應器的好氧區頂部面積的50％～80％，在所述AAO反應器的好氧區填料層和植物浮島在空間上進行錯位布置且通過絲網空間分隔。
6.根據權利要求1所述生態污水處理系統，其特征在于，所述AAO反應器的厭氧區、缺氧區和好氧區的體積比為1：(1.8～2.2)：(4.5～5.5)；所述AAO反應器的好氧區設置有移動式填料層或固定式填料層，所述填料層在所述AAO反應器的好氧區的體積填充率為20％～50％。
7.根據權利要求1所述生態污水處理系統，其特征在于，所述初沉池和所述AAO反應器之間的水路管路上設置有污水提升泵和必要的閥門。
8.如權利要求1～7任一所述生態污水處理系統的運行方法，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節MLSS為800～1200mg/L；將混合后的泥水輸入AAO反應器；控制AAO反應器的厭氧區和缺氧區的DO小于0.2mg/L，控制AAO反應器的好氧區DO為2～3mg/L，開啟厭氧區和缺氧區的攪拌和好氧區的曝氣進行周期反應10～14小時；周期反應后，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反應器進行下一周期的反應；反應期間控制AAO反應器內溫度為24.5～25.5℃，pH為6.5～8.0，每個反應周期均需檢測活性污泥的相關指標至MLSS增加至4200mg/L～4800mg/L，SV30均值增加到30-40時，AAO反應器啟動成功；(2)步驟(1)的AAO反應器啟動成功后在AAO反應器的好氧池中設置填料層后，同時控制AAO反應器的厭氧區的溶解氧小于0.2mg/L，AAO反應器的缺氧區的溶解氧為0.2～0.5mg/L，控制AAO反應器的厭氧區的溶解氧為2.0～4.0mg/L；AAO反應器的厭氧區、缺氧區、好氧區的水力停留時間控制為2～3小時，輸入廢水進行反應，同時控制污泥回流比，當AAO反應器對污水CODcr和氨氮的去除率穩定在70％以上，AAO反應器好氧區的生物膜掛膜啟動成功；(3)步驟(2)的AAO反應器好氧區的生物膜掛膜啟動成功后，設置生物浮島，生態污水處理系統啟動成功；(4)步驟(3)生態污水處理系統啟動成功后，輸入待處理廢水運行處理廢水，運行參數包括：AAO反應器厭氧區的水力停留時間為1～2小時，AAO反應器缺氧區的水力停留時間為2～4小時，AAO反應器好氧區的水力停留時間為4～8小時，泥水混合回流比為180％～200％，污泥回流比為80％～120％，AAO反應器的厭氧區溶解氧為0.05～0.1mg/L，AAO反應器的缺氧區溶解氧為0.2～0.3mg/L，AAO反應器的好氧區溶解氧為3.5～4mg/L。
9.如權利要求8所述生態污水處理系統的運行方法，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節為125％～135％，填料表面的生物膜厚度增加后污泥回流比調節為95％～105％。
10.如權利要求8所述生態污水處理系統的運行方法，其特征在于，步驟(4)中，AAO反應器好氧區設置四個區格，AAO反應器好氧區的總曝氣量為3.0～5.0L/min，AAO反應器好氧區的四個區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。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術存在的不足之處而提供一種生態污水處理系統及運行方法。
為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種生態污水處理系統，所述生態污水處理系統包括初沉池、AAO反應器和二沉池，所述AAO反應器沿水流方向依次包括厭氧區、缺氧區和好氧區，所述初沉池與所述AAO反應器的厭氧區水路連通，所述AAO反應器的好氧區與所述二沉池水路連通，所述AAO反應器的缺氧區底部和AAO反應器的好氧區底部管路連通有泥水回流泵，所述泥水回流泵的流向為從AAO反應器的好氧區流向AAO反應器的缺氧區，所述二沉池底部和AAO反應器的厭氧區底部管路連通有污泥回流泵，所述污泥回流泵的流向為從二沉池流向AAO反應器的厭氧區，所述AAO反應器的厭氧區和缺氧區底部均設置有潛水攪拌機，所述AAO反應器的好氧區還設置有填料層，所述填料層縱向設置使得流出缺氧區流入好氧區的水均通過填料層；所述填料層進行污泥生物掛膜，所述AAO反應器的好氧區底部設置有曝氣組件，所述AAO反應器的厭氧區、缺氧區和好氧區均設置有植物浮島，所述植物浮島懸掛于AAO反應器的厭氧區、缺氧區和好氧區頂面且AAO反應器內處理污水時植物浮島底部接觸水面。
上述生態污水處理系統將AAO反應器、好氧生物膜反應池、人工濕地巧妙結合，充分發揮了三種工藝的優點，完美地實現了優勢互補，彌補了單一工藝所存在的不足，同時產生協同增效的效果，豐富了系統的生物量，提高了處理負荷，縮短了水力停留時間，減少了占地面積，并提高了處理效能和景觀觀賞性，是一種技術新穎、經濟高效、工程應用前景廣闊的污水處理系統，具有總水力停留時間短、污泥產量低、占地少、節能降耗、景觀生態性好，出水水質指標能穩定達到一級A排放標準；而且可結合園林景觀設計進行植物選型，構建成“花園式”污水處理廠，是一種符合未來污水處理發展方向，具有較大工程應用前景的新型污水處理系統。
上述生態污水處理系統在AAO反應器的厭氧區設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水充分混合；完成聚磷菌合成內碳源PHA，同時釋放磷過程。
上述生態污水處理系統在AAO反應器的好氧區和缺氧區之間設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％。
上述生態污水處理系統二沉池可以將活性污泥和脫落的生物膜經沉淀區分離后從底部排泥口排出，上清液經溢流口進入出水水箱或根據需要進入后續深度處理單元。沉淀池底部部分污泥經回流泵進入AAO反應器的厭氧區，其余部分直接排放進入后續的污泥處理單元。
優選地，所述生態污水處理系統還設置有儲泥池，所述二沉池內設置有吸泥機，所述二沉池底部設置有污泥漏斗，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。
優選地，所述AAO反應器的好氧區設置為3～5依次連通的區格，每個區格內均相同設置曝氣組件、填料層和植物浮島，所填料層縱向設置使得污水依次穿過填料層從上一個區格流入緊鄰的下一個區格。
上述生態污水處理系統在AAO反應器的頂部配置人工濕地，植物主要由挺水植物構成，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,采用鋼絲網將浮島與生物填料進行空間分割，以免植物根系與填料纏繞及填料影響流態。
優選地，所述曝氣組件包括氣路連通的鼓風機、氣體流量計、空氣閥和曝氣頭，所述曝氣頭設置在所述AAO反應器的底部。
上述生態污水處理系統在AAO反應器的好氧區設置曝氣組件，可為好氧硝化作用提供氧氣，并吹脫反硝化過程產生的N2，便于后續的泥水分離。
優選地，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反應器的厭氧區頂部的種植面積占AAO反應器的厭氧區頂部面積的20％～50％，所述植物浮島在所述AAO反應器的缺氧區頂部的種植面積占AAO反應器的缺氧區頂部面積的20％～50％，所述植物浮島在所述AAO反應器的好氧區頂部的種植面積占AAO反應器的好氧區頂部面積的50％～80％，在所述AAO反應器的好氧區填料層和植物浮島在空間上進行錯位布置且通過絲網空間分隔。
上述生態污水處理系統在AAO反應器頂部種植挺水植物，并通過不銹鋼網狀掛籃和輕質陶粒填料進行固定形成植物浮島，植物浮島底部30～50cm處，采用鋼絲網將浮島與固定或懸浮式填料進行空間分割，以免植物根系與填料纏繞及填料影響流態，挺水植物被以美人蕉、香蒲、菖蒲、風車草、再力花等挺水植物為主。
優選地，所述AAO反應器的厭氧區、缺氧區和好氧區的體積比為1：(1.8～2.2)：(4.5～5.5)；所述AAO反應器的好氧區設置有移動式填料層或固定式填料層，所述填料層在所述AAO反應器的好氧區的體積填充率為20％～50％。
優選地，所述初沉池和所述AAO反應器之間的水路管路上設置有污水提升泵和必要的閥門。
本發明還提供上述任一所述生態污水處理系統的運行方法，包括以下步驟：
(1)將活性污泥和生活廢水混合調節MLSS為800～1200mg/L；將混合后的泥水輸入AAO反應器；控制AAO反應器的厭氧區和缺氧區的DO小于0.2mg/L，控制AAO反應器的好氧區DO為2～3mg/L，開啟厭氧區和缺氧區的攪拌和好氧區的曝氣進行周期反應10～14小時；周期反應后，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反應器進行下一周期的反應；反應期間控制AAO反應器內溫度為24.5～25.5℃，pH為6.5～8.0，每個反應周期均需檢測活性污泥的相關指標至MLSS增加至4200mg/L～4800mg/L，SV30均值增加到30-40時，AAO反應器啟動成功；
(2)步驟(1)的AAO反應器啟動成功后在AAO反應器的好氧池中設置填料層后，同時控制AAO反應器的厭氧區的溶解氧小于0.2mg/L，AAO反應器的缺氧區的溶解氧為0.2～0.5mg/L，控制AAO反應器的厭氧區的溶解氧為2.0～4.0mg/L；AAO反應器的厭氧區、缺氧區、好氧區的水力停留時間控制為2～3小時，輸入廢水進行反應，同時控制污泥回流比，當AAO反應器對污水CODcr和氨氮的去除率穩定在70％以上，AAO反應器好氧區的生物膜掛膜啟動成功；
(3)步驟(2)的AAO反應器好氧區的生物膜掛膜啟動成功后，設置生物浮島，生態污水處理系統啟動成功；
(4)步驟(3)生態污水處理系統啟動成功后，輸入待處理廢水運行處理廢水，運行參數包括：水力停留時間為13.5～14.5小時h，泥水混合回流比為180％～200％，污泥回流比為80％～120％，AAO反應器的厭氧區溶解氧為0.05～0.1mg/L，AAO反應器的缺氧區溶解氧為0.2～0.3mg/L，AAO反應器的好氧區溶解氧為3.5～4mg/L。
優選地，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節為125％～135％，填料表面的生物膜厚度增加后污泥回流比調節為95％～105％。
優選地，步驟(4)中，AAO反應器好氧區設置四個區格，AAO反應器好氧區的總曝氣量為3.0～5.0L/min，AAO反應器好氧區的四個區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。
優選地，步驟(4)中，二沉池的沉淀時間為1.5～3.5h。
本發明的有益效果在于：本發明提供了一種生態污水處理系統及運行方法，具有以下優點，(1)耦合裝置操作管理方便、集約用地、衛生環保、生態景觀性好，尤其適用于對用地和自然景觀要求較高的城鎮商住集聚區。(2)由于生物填料和植物根系為硝化細菌的生長提供了載體，載體內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現同步硝化反硝化。(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的微生物種類豐富、生物濃度、處理負荷和耐沖擊能力，并有效降低能耗。(4)生態污水處理系統兼具活性污泥法、生物膜法和人工濕地三者的優點，充分利用多種生物處理系統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，或對用地緊張或自然景觀要求較高的使用地，均具有很好的推廣應用價值。
（發明人：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）
