一種污水處理系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種利用生物固氮的污水處理系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)70年代以來，世界各國意識(shí)到控制水體中的氮磷含量是抑制水體富營養(yǎng)化的重要因素，進(jìn)而推進(jìn)了對(duì)污水處理中脫氮除磷要求的不斷提高，造成污水處理工藝及其運(yùn)行日益復(fù)雜化以及污水處理的投資及其運(yùn)行費(fèi)用也隨之越來越高的問題。因此如何在滿足處理要求的前提下，簡(jiǎn)化工藝流程，減少工程投資和運(yùn)行費(fèi)用，是世界各國所面臨的一個(gè)共同課題。現(xiàn)階段各種除磷脫氮工藝一般都是除碳、除氮、除磷三種流程的有機(jī)組合，其中廣泛運(yùn)用的為厭氧-缺氧-好氧生物脫氮除磷工藝(A20)。
[0003]在現(xiàn)有的脫氮除磷處理技術(shù)領(lǐng)域，最為常規(guī)的厭氧-缺氧-好氧生物脫氮除磷工藝(A20)的技術(shù)流程依次包含:
a.預(yù)處理階段:廢水進(jìn)水通過格柵、自然沉淀或加藥沉淀等物理化學(xué)手段分離污水中的漂浮物和懸浮顆粒；
b.厭氧階段:用于處理流出預(yù)處理裝置的廢水及同步進(jìn)入的自二沉池回流的含磷污泥，處理后污水中的磷濃度升高，溶解性有機(jī)物被微生物細(xì)胞吸收而使水中的B0D5濃度下降；同時(shí)，NH3-N因細(xì)胞的合成而被去除一部分從而降低其濃度，但NO3-N的含量不發(fā)生變化；
c.缺氧階段:反硝化菌利用污水中的有機(jī)物作為碳源，將回流混合液中帶入的大量NO3-N及NO2-N還原為N2,從而使得B0D5及NO3-N濃度下降，但磷濃度的變化較?。?br> d.好氧階段:有機(jī)物被微生物生化降解使有機(jī)物濃度下降；同時(shí)有機(jī)氮被氨化繼而被硝化，使NH3-N濃度下降；隨著硝化過程中NO3-N的濃度增加，磷濃度也隨著聚磷菌的過量攝取快速下降；
e.污泥處理:處理過程中產(chǎn)生的污泥通過濃縮、脫水的方式減小污泥體積，降低含水率，便于后續(xù)污泥處置。
[0004]其中，上述常規(guī)A20工藝流程在實(shí)際運(yùn)用中存在以下問題:
1.反應(yīng)池容積較A/0工藝(厭氧好氧工藝)大且污泥回流量大、能耗高:工藝過程中的回流污泥全部進(jìn)入?yún)捬醵?，而為了維持較低的污泥負(fù)荷以保證系統(tǒng)的硝化性能，回流比一般需保持在40%-100%之間，使反應(yīng)池容積大大增加，使基建費(fèi)用升高，同時(shí)也增加了其運(yùn)行及維護(hù)等費(fèi)用；
2.脫氮除磷效果的相互抑制:當(dāng)系統(tǒng)回流污泥量較大時(shí)，回流污泥內(nèi)大量的硝酸鹽也將被夾帶至厭氧池，而聚磷菌釋放磷的條件為厭氧狀態(tài)并同時(shí)有溶解性BOD的存在。當(dāng)大量硝酸鹽存在時(shí)，反硝化菌會(huì)以有機(jī)物作為碳源進(jìn)行反硝化，等脫氮完全后方可開始磷的厭氧釋放，這使得厭氧階段內(nèi)進(jìn)行磷的厭氧釋放的有效容積大為減少，降低除磷的效果，相比而言脫氮效果較好；反之，若好氧段內(nèi)的硝化作用較差，則隨回流污泥進(jìn)入?yún)捬醵蝺?nèi)的硝酸鹽量便減少，使磷得以充分的厭氧釋放，增加其除磷效果，但由于硝化的不完全，導(dǎo)致脫氮效果不佳；
3.常規(guī)的A20工藝處理含磷廢水時(shí)水處理系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生大量含磷污泥，此類污泥及其濃縮液如處置不當(dāng)，會(huì)再次進(jìn)入自然水體形成二次污染。而在另一方面，作為生命活動(dòng)中非常重要的一類物質(zhì)、同時(shí)也是工業(yè)生產(chǎn)中廣泛運(yùn)用的原料，磷元素在自然界中的轉(zhuǎn)移是單向的，因此大量的開采與使用將造成磷元素逐漸變成一種稀缺性資源。因此傳統(tǒng)的工藝對(duì)含磷污泥的處置存在著造成二次污染與資源浪費(fèi)的雙重矛盾；
4.常規(guī)A20工藝是通過硝化-反硝化過程來實(shí)現(xiàn)脫氮除磷以及去除COD的效果的，故整個(gè)工藝流內(nèi)需要大比例的污泥回流以及大風(fēng)量曝氣以保證污泥濃度及供氧量，這使得工藝中的能量消耗增加；
5.常規(guī)A20工藝技術(shù)脫氮除磷工藝流程長(zhǎng)控制條件復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種利用生物固氮的污水處理系統(tǒng)及方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中的工藝流程長(zhǎng)、控制條件復(fù)雜、硝化-反硝化過程的高能耗、氧濃度分別制約脫氮和除磷效果以及常規(guī)工藝產(chǎn)生污泥因難以處置而形成二次污染的缺陷。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
一種污水處理系統(tǒng)，包括:
預(yù)處理子系統(tǒng)，用于對(duì)廢水進(jìn)行絕菌純化，使廢水內(nèi)不含其他菌種；
光能固氮反應(yīng)器，用于處理預(yù)處理后的廢水；所述光能固氮反應(yīng)器內(nèi)有大量表面附著生長(zhǎng)固氮細(xì)菌的厭氧污泥，并且，所述光能固氮反應(yīng)器內(nèi)置有光源，此外，所述光能固氮反應(yīng)器內(nèi)還設(shè)有控制所述光能固氮反應(yīng)器內(nèi)溫度的加熱裝置及溫度控制裝置，所述光能固氮反應(yīng)器頂部設(shè)置尾氣收集裝置；
藥劑投加裝置，用于向所述光能固氮反應(yīng)器內(nèi)投加營養(yǎng)物質(zhì)；
超濾裝置，用于處理經(jīng)所述光能固氮反應(yīng)器處理后的廢水，截留廢水中大部分有機(jī)污染物；
污泥儲(chǔ)存裝置，用于存儲(chǔ)經(jīng)超濾裝置處理后的部分剩余污泥。
[0007]在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，所述固氮細(xì)菌為厭氧產(chǎn)氫細(xì)菌。
[0008]在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，所述預(yù)處理子系統(tǒng)為消毒子系統(tǒng)或超濾子系統(tǒng)。
[0009]在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，所述光能固氮反應(yīng)器包括一厭氧生物固氮反應(yīng)池，所述厭氧生物固氮反應(yīng)池內(nèi)有大量表面附著生長(zhǎng)固氮細(xì)菌(如厭氧產(chǎn)氫細(xì)菌)的厭氧污泥。
[0010]在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，所述光能固氮反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置的溫度控制裝置為具有報(bào)警功能的溫度報(bào)警控制裝置。此外，溫度控制裝置還可附具其他任何合適的功能構(gòu)件。
[0011]在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，所述光能固氮反應(yīng)器內(nèi)設(shè)置的加熱裝置為蒸汽加熱裝置。此外還可以選用其它任何合適的加熱裝置。
[0012]在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，所述超濾裝置為外置式超濾膜。
[0013]在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，所述污泥儲(chǔ)存裝置為污泥儲(chǔ)池。
[0014]本發(fā)明同時(shí)提供一種污水處理方法，包括以下步驟:
(I)預(yù)處理，對(duì)廢水進(jìn)行絕菌純化，使廢水內(nèi)不含其他菌種； (2)經(jīng)預(yù)處理后的廢水進(jìn)入一光能固氮反應(yīng)器，所述光能固氮反應(yīng)器內(nèi)有大量表面附著生長(zhǎng)固氮細(xì)菌的厭氧污泥，所述厭氧污泥在光源照射下，利用廢水中已有的含有C、N、P的有機(jī)物作為基質(zhì)進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖和新陳代謝，部分物質(zhì)用于合成新的細(xì)胞，剩余物質(zhì)經(jīng)代謝后轉(zhuǎn)化為無機(jī)物，完成同步脫氮除磷、降低COD以及細(xì)菌增殖的過程，并保證處理過程的溫度維持在最適宜所述固氮細(xì)菌生長(zhǎng)的范圍，同時(shí)收集所述固氮細(xì)菌在新陳代謝過程中產(chǎn)生的氫氣；此外，在處理過程中根據(jù)需要添加營養(yǎng)物質(zhì)，確保廢水中的營養(yǎng)物質(zhì)比例維持在最適宜所述固氮細(xì)菌生長(zhǎng)的數(shù)值；
(3)經(jīng)步驟(2)的厭氧處理后的廢水通過超濾膜進(jìn)行超濾處理，使廢水中剩余的大部分有機(jī)污染物截留于所述超濾膜一側(cè)得到濃液，所述超濾膜的另一側(cè)產(chǎn)出達(dá)到出水標(biāo)準(zhǔn)的清液；經(jīng)過超濾后含有厭氧污泥的濃液的一部分回流至所述光能固氮反應(yīng)器內(nèi)確保污泥濃度，另一部分收集回流至一污泥儲(chǔ)存裝置內(nèi)。
[0015]在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，所述固氮細(xì)菌為厭氧產(chǎn)氫細(xì)菌。
[0016]在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，所述預(yù)處理步驟通過消毒或者超濾的方式純化廢水。
[0017]在本發(fā)明的一優(yōu)選實(shí)施例中，所述步驟(2 )中，在所述厭氧污泥處理過程的溫度不在設(shè)定范