本發明涉及一種污水處理裝置及其應用，屬于污水處理技術領域。

背景技術：

氮是引起自然水體富營養化的主要元素，也是污水處理廠的主要檢測水質指標。目前國內污水處理廠已普遍執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB18918-2002)中的一級A標準，其中總氮濃度要求不得超過15mg/L。近年來，我國許多地區開始執行更加嚴格的地方污水處理標準，如《北京地方水污染排放標準》(DB11/307-2013)中的A標準將出水總氮的限值降低至10mg/L。當前城鎮污水處理廠的主流脫氮方法為基于活性污泥法的“硝化-反硝化”工藝，其中完成脫氮關鍵步驟的是反硝化過程，該過程主要發揮作用的是活性污泥中的異養微生物，通過利用甲醇、乙酸、丙酸等優質碳源作為外部電子供體將硝態氮還原為氮氣。但在實際污水處理廠的進水中，普遍存在進水碳源不足、碳氮比失衡的問題，對傳統活性污泥法異養脫氮造成巨大挑戰。因此，優質碳源投加成為了實現一級A標準總氮穩定達標的主要手段，但這大大增加了污水處理廠的運行成本，在實現污水脫氮的同時，消耗了大量資源，不利于碳減排的實現。

技術實現要素：

為更高效的實現污水處理廠出水中總氮的去除，同時降低污水處理廠的運行成本，本發明提供了一種污水處理裝置及應用該裝置進行污水處理的方法。

本發明的第一個目的是提供一種污水處理裝置，包括有效容積比為1:8:16:8:3.2的生物吸附池、第一沉淀池、曝氣池、第二沉淀池、和硫自養反硝化濾池，依次通過泵和/或管道連接。

在本發明的一種實施方式中，所述污水處理裝置中生物吸附池、第一沉淀池、曝氣池、第二沉淀池、硫自養反硝化濾池的有效容積分別為1.5L、12L、24L、12L和4.8L；所述生物吸附池前端設置進水泵，底部設置通氣管道與風機相連；生物吸附池與第一沉淀池之間設置污泥回流泵；所述第一沉淀池呈倒錐形，下部與生物吸附池雙向連接，上部與曝氣池連接；曝氣池內設置通氣管道，管道與風機連接；曝氣池和第二沉淀池雙相連接，并在二者之間設置污泥回流泵；曝氣池與硫自養反硝化濾池之間通過硫自養反硝化進水泵連接。

在本發明的一種實施方式中，所述硫自養反硝化濾池內徑10cm，底部為10cm的承托層，由粒徑為5-10mm的石粒組成，承托層上方設置60cm的脫氮層，填料為粒徑2-4mm，孔隙率50％的硫粒。

本發明的第二個目的是提供應用所述裝置進行污水處理的方法，是控制生物吸附池水力停留時間為0.35-0.7h，污泥齡SRT 1.5-3d，溶解氧DO范圍0.5-1mg/L，混合液懸浮固體濃度MLSS 4000-5000mg/L；第一沉淀池的HRT 2h；曝氣池HRT 6-8h，SRT 18-22d，DO范圍2-4mg/L，MLSS維持3500-5000mg/L；第二沉淀池的HRT 3h；硫自養反硝化濾池HRT為2-3h。

本發明的第三個目的是提供所述污水處理裝置在環境領域的應用。

本發明的第四個目的是提供所述方法在化工領域對工業廢水、生活污水進行脫氮處理方面的應用，所述應用包括尾水處理、污水凈化。

有益效果：采用生物吸附/曝氣/硫自養反硝化組合工藝對原水中污染物進行去除，實現了污水處理的深度脫氮。生物吸附段在吸附進水中有機物、減少后續處理單元有機負荷及有毒有害物質影響的同時，產生大量高有機質含量污泥，可用于厭氧發酵/消化，實現資源化利用目的。在該組合工藝中，曝氣池實現氨氮的完全硝化及剩余COD的去除，硫自養反硝化濾池將硝態氮轉化為氮氣，實現污水中總氮的去除。結果表明，自養脫氮效率較高，出水總氮濃度低于4mg/L，遠低于一級A標準15mg/L的出水要求。另外，該組合工藝無需外加碳源，大大降低了污水處理廠的運行費用，且整個工藝過程的HRT較現有技術縮短了30％。

附圖說明

圖1為本發明的生物吸附-曝氣-硫自養反硝化相結合的工藝圖；1，進水泵；2，風機；3，生物吸附池；4，污泥回流泵；5，第一沉淀池；6，風機；7，曝氣池；8，污泥回流泵；9，第二沉淀池；10，硫自養反硝化進水泵；11，硫自養反硝化濾池；12，硫粒；13，石粒；

圖2為生物吸附段對總氮的去除結果；

圖3為生物吸附段對氨氮的去除結果；

圖4為生物吸附段對COD的去除結果；

圖5為生物吸附段MLSS及MLVSS/MLSS變化；

圖6為本發明的生物吸附-曝氣-硫自養反硝化工藝出水總氮、氨氮及COD濃度。

具體實施方式

實施例1污水處理裝置的設計

污水處理裝置的工藝流程如圖1所示，所述裝置采用亞克力板制成，包括生物吸附池3、第一沉淀池5、曝氣池7、第二沉淀池9、硫自養反硝化濾池11，有效容積分別為：1.5L、12L、24L、12L和4.8L。所述生物吸附池3前端設置進水泵1，底部設置通氣管道與風機2相連；生物吸附池3與第一沉淀池5之間設置污泥回流泵4；所述第一沉淀池5呈倒錐形，下部與生物吸附池3雙向連接，上部與曝氣池7連接；曝氣池7內設置通氣管道，管道與風機6連接；曝氣池7和第二沉淀池9雙相連接，并在二者之間設置污泥回流泵；曝氣池7與硫自養反硝化濾池9之間通過硫自養反硝化進水泵10連接；硫自養反硝化濾池9內徑10cm，底部為10cm的承托層，由粒徑為5-10mm的石粒13組成，承托層上方設置60cm的脫氮層，填料為粒徑2-4mm，孔隙率50％的硫粒12。

該裝置將硫自養反硝化作為主體脫氮工藝，在減少整套組合工藝水力停留時間的同時，無需投加碳源，降低運行成本。另外，大部分原水中的碳源被富集在生物吸附段污泥中，采用厭氧發酵產酸/產甲烷的資源化處理方式可產生附加值較高的產品，實現污泥的資源化利用。該組合工藝具有節省占地面積、運行費用較低，同時可產生資源化附加產物的優勢，實際應用意義較大。

實施例2生物吸附段的運行

應用實施例1的污水處理裝置，控制生物吸附池水力停留時間HRT為0.35-0.7h，污泥齡SRT為1.5-3d，溶解氧DO范圍為0.5-1mg/L，混合液懸浮固體濃度MLSS為4000-5000mg/L。沉淀池1的HRT為2h。

如圖2-4所示，進水總氮的濃度范圍為25.4-41.3mg/L，平均值為33.5mg/L，進水總氮中絕大部分為氨氮，平均占比為65.5％；進水COD為198-435mg/L，平均值為291mg/L。生物吸附池主要通過控制較短的HRT和SRT，培養適應原水環境、可以實現快速增殖的原核微生物，用以吸附進水中的顆粒態物質。因此，生物吸附對于進水中COD具有良好的去除能力，生物吸附池3出水COD范圍為82-209mg/L，平均值為132.8mg/L，平均去除率為51％。由于較短的HRT，氨氮無法實現有效硝化，總氮的去除率較低，平均值為25.7％。

傳統污水處理大都采用“以能消能”的方式，即以曝氣方式通過消耗大量電能來去除污水中污染物，但這實際增加了污水處理的碳足跡。除此之外，城市污水管網的不完善使進水中含有大量泥砂，導致剩余污泥資源化利用效果較差。采用生物吸附工藝可以將進水中的部分有機物轉移到生物吸附段污泥中，如圖5所示，該段污泥有機質含量相比接種污泥明顯升高，多為進水中顆粒狀有機物的集合體，利于厭氧發酵/消化。采用厭氧發酵產揮發酸或產甲烷等資源化處理方式，可真正促進污水處理產業的資源綜合利用。

實施例3污水處理裝置的運行

應用實施例1的污水處理裝置，控制生物吸附池水力停留時間為HRT 0.35-0.7h，污泥齡SRT為1.5-3d，溶解氧DO范圍為0.5-1mg/L，混合液懸浮固體濃度MLSS為4000-5000mg/L。沉淀池1的HRT為2h。曝氣池HRT為6-8h，SRT為18-22d，DO范圍為2-4mg/L，MLSS維持在3500-5000mg/L。沉淀池2的HRT為3h。硫自養反硝化濾池HRT為2-3h。

曝氣池實現氨氮的完全硝化及剩余有機物的降解；高硝態氮出水通過硫自養反硝化濾池實現脫氮過程。硫自養反硝化是在硫粒上富集脫氮硫桿菌，該自養菌以單質硫作為電子供體，硝態氮作為受體，實現硝態氮的去除。如圖6所示，試驗裝置出水氨氮范圍為0.1-3.5mg/L，平均值為1.3mg/L，實現了良好的氨氮氧化；出水總氮平均值為3.8mg/L，表明硫自養反硝化濾池硝態氮還原效果顯著，實現了優于一級A標準的出水，在縮短整個水處理工藝HRT的同時節省了碳源。出水COD的范圍為18-48mg/L，平均值為35.2mg/L，優于一級A標準對于COD的排放要求。

雖然本發明已以較佳實施例公開如上，但其并非用以限定本發明，任何熟悉此技術的人，在不脫離本發明的精神和范圍內，都可做各種的改動與修飾，因此本發明的保護范圍應該以權利要求書所界定的為準。