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CN110104873A - 市政污水深度处理装置及其方法 - Google Patents

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CN110104873A
CN110104873A CN201910329034.8A CN201910329034A CN110104873A CN 110104873 A CN110104873 A CN 110104873A CN 201910329034 A CN201910329034 A CN 201910329034A CN 110104873 A CN110104873 A CN 110104873A
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water
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nitrate
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聂晓燕
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Abstract

市政污水深度处理装置及其方法，涉及市政水污处理。处理装置设有格栅过滤与沉淀装置、混凝沉淀池、电解机、氨氮氧化池和硝态氮还原池，所述格栅过滤与沉淀装置接市政污水源进口，格栅过滤与沉淀装置的出水口接混凝沉淀池的进水口，混凝沉淀池的出水口接电解机的进水口，电解机的污水出水口接氨氮氧化池的污水入口，硝态氮还原池的输入口接氨氮氧化的污水出口，硝态氮还原池的排水口接排水管，氨氮氧化池的污泥和硝态氮还原池的污泥由污泥出口排出，氢气通过氢气管道送入硝态氮还原池。方法：格栅过滤与沉淀，除去大颗粒固形物和泥砂；混凝沉淀；电解氧化；氢还原脱氮；污泥处理。

Description

市政污水深度处理装置及其方法
技术领域
本发明涉及市政水污处理，尤其是涉及将市政污水经过物化和电解的深度处理，使之达到《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)的有关水质标准从而满足再生利用水质要求的市政污水深度处理装置及其方法。
背景技术
当前的市政污水处理厂比较常用的污水处理技术不外乎活性污泥法和生物膜法两种工艺。活性污泥法主要有A2/O及其改良工艺(如UCT工艺)、各种氧化沟工艺、SBR类及其变型工艺(CAST工艺等)等。目前，活性污泥法占有绝对优势，仅有少数污水厂采用生物膜法工艺，采用这些工艺的出水如不加深度处理，多数只能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准出水指标，其指标如表1所示。
表1基本控制项目最高允许排放浓度(日均值)
序号 基本控制项目 一级B标准(mg/L)
1 COD 60
2 BOD 20
3 SS 20
4 动植物油 3
5 石油类 3
6 阴离子表面活性剂 1
7 总氮(以N计) 20
8 氨氮(以N计) 8(15)
9 总磷(以P计) 1
10 色度(稀释倍数) 30
11 pH 6～9
12 粪大肠菌群数(个/L) 10<sup>4</sup>
现有的多数市政污水处理厂的污水处理工艺的出水只能达到一级B的标准，部分污水厂在A2/O及其改良工艺(如UCT工艺)之后增加混凝除磷和生物脱氮或MBR工艺处理后可以达到一级A标准的出水水质。这两种工艺，污水的停留时间大都在13h以上，不仅构筑物占地面积大、生产工艺流程长、设备多、投资多、建设期长和运行费用高，而且经过处理后的排放水只能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准出水指标，不能达到《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)的有关水质标准，因此，急需一种经济实用、占地面积小、施工期短的污水深度处理方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种经济实用，节省污水厂的占地面积并将占地面积减少一半以上，节约土地资源，减少构筑物、缩短建设施工工期，降低投资和运行成本，最为重要的是提高污水的净化程，提高溶解氧，使经过深度处理后的出水水质达到《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)的有关水质标准，实现污水再生资源化利用的市政污水深度处理装置及其方法。
所述市政污水深度处理装置设有格栅过滤与沉淀装置、混凝沉淀池、电解机、氨氮氧化池和硝态氮还原池，所述格栅过滤与沉淀装置接市政污水源进口，格栅过滤与沉淀装置的出水口接混凝沉淀池的进水口，混凝沉淀池的出水口接电解机的进水口，电解机的污水出水口接氨氮氧化池的污水入口，硝态氮还原池的输入口接氨氮氧化的污水出口，硝态氮还原池的排水口接排水管，氨氮氧化池的污泥和硝态氮还原池的污泥由污泥出口排出，氢气通过氢气管道送入硝态氮还原池。
所述混凝沉淀池之前还可设有好氧生物处理装置。
所述好氧生物处理装置之前还可以设有初沉池，在好氧生物处理装置之后设有二沉池。
所述市政污水深度处理方法包括以下步骤：
1)格栅过滤与沉淀，除去大颗粒固形物和泥砂；
在步骤1)中，所述格栅过滤可包括粗格栅过滤和细格栅过滤；所述沉淀是曝气沉砂池沉淀，其目的是除去污水中的泥砂。
2)混凝沉淀；
在步骤2)中，将步骤1)格栅过滤与沉淀后的污水泵入混凝沉淀池2，向混凝沉淀池2中加入混凝剂和助凝剂进行混凝反应，混凝反应的目的主要是通过混凝反应除去水体中的总磷，同时还可以去除水体中50％～75％的COD与BOD、10％～20％的氨氮与总氮及其他污染物；所述混凝沉淀之前还可有一个好氧生物处理步骤，好氧处理的停留时间可为2～6h；在好氧生物处理之前还可以有一个初沉步骤，在好氧生物处理之后有一个二沉步骤；所述混凝沉淀可除去污水中95％的总磷、50％～75％的COD与BOD、10％～20％的氨氮与总氮及其他污染物；所述混凝沉淀所采用的混凝剂可选自铝盐、铁盐、聚铝、聚铁等中的至少一种；所述铝盐可选自硫酸铝、氯化铝等中的一种；所述铁盐可选自硫酸铁、硫酸亚铁等中的一种；所述聚铝可选自聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硅酸铝等中的一种；所述聚铁可选自聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合硅酸铁等中的一种；所述混凝剂的用量可为5～50g/m3；所述助凝剂可采用PAM，助凝剂的用量可为1～2g/m3；所述混凝时如果污水的pH小于7时，还包括一个加入氢氧化钠、碳酸钠或石灰乳调节污水的至pH7～9的步骤；混凝沉淀所述除磷原理如下：
Fe2++Cl·—→Fe3++Cl﹣
Fe2++OH·—→Fe3++OH﹣
Fe3++PO4 3﹢—→FePO4↓(除磷主反应)
Al3++PO4 3﹢—→AlPO4↓(除磷主反应)
Fe3++3OH﹣—→Fe(HO)3
此外，还会产生多电层效应。
3)电解氧化；
在步骤3)中，经过步骤2)混凝沉淀后的污水经过提升泵泵入电解机中电解，然后进入氨氮氧化池中氧化除去水体中的氨氮、有机物COD(包括发色物质和发臭物质)、BOD及表面活性剂、石油类、动植物及其他污染物；所述电解机的工作电压可为30～2000V，正负两电极间的电压可为2～8V，电流密度可为5～2000mA/cm2,污水在电解机中的停留时间可为0.5～10min；电解后的污水进入氨氮氧化池，污水在氨氮氧化池中的氧化反应时间可为25～75min，其目的是氧化污水中的氨氮和有机物，使污水中氨氮下降到小于1.5mg/L；电解氧化除去氨氮后的污水进入硝态氮还原池，污水在还原池中的还原反应时间可为20～70min，其目的是将污水中的硝态氮(包括硝酸根和亚硝酸根)还原成氮气和水，污水中的总氮下降到小于10mg/L；所述电解机在工作时产生活性很强的“O·、OH·”自由基，能与其相邻近的有机污染物分子反应生成水和二氧化碳；“O·”与“NH3”或“NH4 +”反应生成水和“NO3 ﹣”；“Cl·和H·”与相邻近的“NO3 ﹣”或“NO2 ﹣”和“氨氮”反应生成N2和H2O；电解去COD、氨氮、总氮和色度、臭味的原理如下：
(1)脱COD、BOD原理
R H(R表示有机物基团)+O·—→CO2↑+H2O
(2)脱色(除臭味)原理
R-R＇(R＇表示有机物发色基团)+O·—→CO2↑+H2O
(3)脱氨氮原理(污水中有氯离子的条件下主反应之一)：
NH3+HOCl—→NH2Cl+H2O(一氯胺)
NH2Cl+HOCl—→NHCl2+H2O(二氯胺)
2NH2Cl+HOCl—→N2↑+3HCl+H2O(脱氮主反应之一)
NH4 ++5O·—→NO3 -+2H2O
或2NH4 ++5O2—→2NO3 -+4H2O
(4)脱硝态氮原理(主反应2)：
NO3 -+H·—→NO2 -+H2O
NO2 -+H·—→N2↑+H2O(脱氮主反应二)。
4)氢还原脱氮。
在步骤4)中，将步骤3)电解氧化后的污水送入硝态氮还原池，加入氢还原水体中的硝态氮(包括硝酸根和亚硝酸根)，从而降低水体中的总氮使市政污水得到深度处理，净化后达到《地表水水环境质量标准》有关水质标准，实现再生利用。
5)污泥处理；
在步骤5)中，所述污泥处理可将市政污水由污水管网收集，曝气沉砂池、初沉池和混凝沉淀池产生的沉淀(即污泥)通过管道进入污泥浓缩池，再经过污泥脱水机的脱水作用使得污泥减容，脱水后含水量小于或等于60％的干泥进行外运或堆肥处理，滤液则回流至格栅进水口。
所述电解氧化和氢还原脱氮可在电解氧化还原一体机中进行。
市政污水经过本发明的污水深度处理后，其出水水质可达到或高于表2的全部指标。
表2 单位：mg/L
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、投资省
本发明的污水深度处理方法的万吨投资与“A2O+混凝沉淀除磷+生物脱氮+过滤”的污水处理工艺的投资相当，但节省用地一半以上，节约土地的价值比建设污水厂的投资还多；与“A2O+混凝沉淀除磷+MBR”污水处理工艺的比较，节省20％～35％的投资。
2、出水水质好
采用“A2O+混凝沉淀除磷+生物脱氮+过滤”的污水深度处理工艺或“A2O+混凝沉淀除磷+MBR”的污水深度处理工艺，其出水水质只能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准出水指标，不能作为再生水直接利用，而采用本发明的污水深度处理再生利用技术其出水水质可以达到《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)的有关水质标准，水质好，可以作为再生水直接利用。
3、占地少
采用“A2O+混凝沉淀除磷+生物脱氮+过滤”的污水深度处理工艺，万吨污水处理工程占地约3100～3400m2；采用“A2O+混凝沉淀除磷+MBR”的污水深度处理工艺，万吨污水处理工程占地2400～2500m2；采用本发明的污水深度处理方法与传统的生化法污水处理工艺比较，省去了水解酸化、厌氧、好氧和二沉池沉淀分离，使污水的停留时间从传统的11～19h缩短为3～8h，万吨污水处理工程占地仅300～800m2，只有现有污水处理工艺占地的35％～20％，节省土地资源65％以上，大幅度减少土地投资，如果将节省的土地变成商业用地，其价值比建设污水厂的投资还多。
4、工艺流程短
本发明的污水深度处理方法与传统的生化法污水处理工艺比较，省去了水解酸化、厌氧、好氧和二沉池沉淀分离，大幅度减少了污水处理的处理流程，工艺流程短。
5、建设施工期短
传统的生化法污水处理工艺至少包括水解酸化、厌氧、好氧和二沉池沉淀分离等处理步骤，这些步骤都需要在较大的构筑物(水解酸化池、厌氧池、好氧池)中进行，而建设为此构筑物往往需要较长工期。本发明去掉了这些施工时间长的构筑物，仅有建设时间短或已定型化生产的混凝池和电解机，建设施工期短。
6、污水运行的调试期短
传统的生化法污水处理工艺至少包括水解酸化、厌氧、好氧和二沉池沉淀分离等处理步骤，由于微生物的培养都需要较长的时间，一般污水厂的调试期大都要三个月到一年。本发明没有水解酸化、厌氧、好氧等生化处理步骤，没有微生物培养的时间需求，只有混凝沉淀的物化步骤和电解处理的电化学步骤，调试时间只要几小时，最多几天，污水运行的调试期短。
7、运行费用低
采用“A2O+混凝沉淀除磷+生物脱氮(脱COD、BOD)+过滤”的污水深度处理工艺，和采用“A2O+混凝沉淀除磷+MBR”的污水深度处理工艺的吨污水处理费用为1.5～1.9元，而采用本发明的污水深度净化再生利用方法的吨污水处理费用为1.3～1.7元。三种污水处理工艺的主要经济技术指标对比如表3所示。
表3三种污水深度处理工艺的主要经济技术指标对比表
对比项目 A<sup>2</sup>/O+生物脱氮+化学除磷+过滤 A<sup>2</sup>/O+化学除磷+MBR 物化+电解
万吨占地(m<sup>2</sup>) 3100～3400 2400～2550 300～800
万吨投资(万元) 2500～2800 3000～3500 2000～2800
调试时间 3～12个月 3～12个月 1～7天
吨水运行费用 1.3～1.6元 1.5～1.9元 1.3～1.7元
出水水质 一级A 一级A 地表Ⅳ类
后续污染物管理 容易 更换膜处理难 容易
抗负荷冲击办法 无 无 调整电解电量
附图说明
图1为本发明所述市政污水深度处理装置实施例的结构示意图。
图2为本发明所述市政污水深度处理方法实施例的流程图之一。
图3为本发明所述市政污水深度处理方法实施例的流程图之二。
具体实施方式
以下实施例将结合附图对本发明作进一步的说明。
参见图1，所述市政污水深度处理装置实施例设有格栅过滤与沉淀装置1、混凝沉淀池2、电解机3、氨氮氧化池4和硝态氮还原池5，所述格栅过滤与沉淀装置1接市政污水源进口11，格栅过滤与沉淀装置1的出水口接混凝沉淀池2的进水口，混凝沉淀池2的出水口接电解机3的进水口，电解机3的污水出水口12接氨氮氧化池4的污水入口21，硝态氮还原池5的输入口31接氨氮氧化池4的污水出口，硝态氮还原池5的排水口32接排水管，氨氮氧化池4的污泥和硝态氮还原池5的污泥由污泥出口23排出，氢气H通过氢气管道送入硝态氮还原池5。
所述混凝沉淀池2之前还可设有一个好氧生物处理装置。
所述好氧生物处理装置之前还设有一个初沉池，在好氧生物处理装置之后设有一个二沉池。
所述市政污水深度处理方法包括以下步骤(参见图2和3)：
1)格栅过滤和沉淀，除去大颗粒固形物和泥砂；所述格栅过滤包括粗格栅过滤和细格栅过滤；所述沉淀是曝气沉砂池沉淀，其目的是除去污水中的泥砂。
2)混凝沉淀，将步骤1)格栅过滤和沉淀后的污水泵入混凝反应池，向混凝反应池中加入混凝剂和助凝剂进行混凝反应，混凝反应的目的主要是通过混凝反应除去水体中的总磷，同时还可以去除水体中50％～75％的COD与BOD、10％～20％的氨氮与总氮及其他污染物；所述混凝沉淀之前还可有一个好氧生物处理步骤，好氧处理的停留时间可为2～6h；在好氧生物处理之前还可以有一个初沉步骤，在好氧生物处理之后有一个二次沉淀步骤；所述混凝沉淀可除去污水中95％的总磷、50％～75％的COD与BOD、10％～20％的氨氮与总氮及其他污染物；所述混凝沉淀所采用的混凝剂可选自铝盐、铁盐、聚铝、聚铁等中的至少一种；所述铝盐可选自硫酸铝、氯化铝等中的一种；所述铁盐可选自硫酸铁、硫酸亚铁等中的一种；所述聚铝可选自聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硅酸铝等中的一种；所述聚铁可选自聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合硅酸铁等中的一种；所述混凝剂的用量可为5～50g/m3；所述助凝剂可采用PAM，用量可为1～2g/m3；所述混凝时如果污水的pH小于7时，还包括一个加入氢氧化钠、碳酸钠或石灰乳调节污水的至pH7～9的步骤；混凝沉淀所述除磷原理如下：
Fe2++Cl·—→Fe3++Cl﹣
Fe2++OH·—→Fe3++OH﹣
Fe3++PO4 3﹢—→FePO4↓(除磷主反应)
Al3++PO4 3﹢—→AlPO4↓(除磷主反应)
Fe3++3OH﹣—→Fe(HO)3
此外，还会产生多电层效应。
3)电解氧化，经过步骤2)混凝沉淀后的污水经过提升泵泵入电解机中处理，然后进入氨氮氧化池中氧化除去水体中的氨氮、有机物COD(包括发色物质和发臭物质)、BOD及表面活性剂、石油类、动植物及其他污染物；所述电解机的工作电压可为30～2000V，正负两电极间的电压可为2～8V，电流密度可为5～2000mA/cm2，污水在电解机中的停留时间可为0.5～10min；电解后的污水进入氨氮氧化池，污水在氨氮氧化池中的氧化反应时间可为25～75min，其目的是氧化污水中的氨氮和有机物，使污水中氨氮下降到小于1.5mg/L；电解氧化后的污水进入硝态氮还原池，污水在硝态氮还原池中的还原反应时间可为20～70min，其目的是将污水中的硝态氮(包括硝酸根和亚硝酸根)还原成氮气和水，污水中的总氮下降到小于10mg/L；所述电解机在工作时产生活性很强的“O·、OH·”自由基，能与其相邻近的有机污染物分子反应生成水和二氧化碳；“O·”与“NH3”或“NH4 +”反应生成水和“NO3 ﹣”；“Cl·和H·”与相邻近的“NO3 ﹣”或“NO2 ﹣”和“氨氮”反应生成N2和H2O；电解去COD、氨氮、总氮和色度、臭味的原理如下：
(1)脱COD、BOD原理
R H(R表示有机物基团)+O·—→CO2↑+H2O
(2)脱色(除臭味)原理
R-R＇(R＇表示有机物发色基团)+O·—→CO2↑+H2O
(3)脱氨氮原理(污水中有氯离子的条件下主反应之一)：
NH3+HOCl—→NH2Cl+H2O(一氯胺)
NH2Cl+HOCl—→NHCl2+H2O(二氯胺)
2NH2Cl+HOCl—→N2↑+3HCl+H2O(脱氮主反应之一)
NH4 ++5O·—→NO3 -+2H2O
或2NH4 ++5O2—→2NO3 -+4H2O
(4)脱硝态氮原理(主反应2)：
NO3 -+H·—→NO2 -+H2O
NO2 -+H·—→N2↑+H2O(脱氮主反应二)。
4)氢还原脱氮，将步骤3)电解氧化后的污水送入硝态氮还原池，加入氢还原水体中的硝态氮(包括硝酸根和亚硝酸根)，从而降低水体中的总氮使市政污水得到深度处理，净化后达到《地表水水环境质量标准》有关水质标准，实现再生利用。
5)污泥处理，将市政污水由污水管网收集，污泥曝气沉砂池，初沉池和混凝沉淀池产生的沉淀(即污泥)通过管道进入污泥浓缩池，再经过污泥脱水机的脱水作用使得污泥减容，脱水后含水量小于或等于60％的干泥进行外运或堆肥处理，滤液则回流至格栅进水口。
所述电解氧化和氢还原脱氮可在电解氧化还原一体机中进行。
以下给出具体实施例。
实施例1
某污水处理厂的市政污水物化电解深度处理的实施例，污水处理厂包括粗格栅、细格栅、曝气沉砂池、一级提升泵房、初沉池、混凝沉淀池、电解机、氨氮氧化池、硝态氮还原池和污泥脱水系统，所述氨氮氧化池和硝态氮还原池为一体化；除粗格栅、细格栅、曝气沉砂池、一级提升泵房、初沉池、混凝沉淀池、电解机、一体化氨氮氧化池和硝态氮还原池依次连接外，在电解机的出水口设置有一个回流管与混凝沉淀池的进水口连接，用于将电解后的污水部分回流至混凝沉淀池；初沉池、混凝沉淀池的底部还设置有污泥出口，通过污泥泵和污泥管将污泥泵至污泥脱水系统。所述污水的进水水质指标如表4。
表4某污水处理厂的进水水质指标
序号 基本控制项目 测定值(mg/L)
1 COD 470
2 BOD 265
3 SS 290
4 动植物油 -
5 石油类 -
6 阴离子表面活性剂
7 总氮(以N计) 60
8 氨氮(以N计) 51
9 总磷(以P计) 7
10 色度(稀释倍数)
11 pH 6～9
采用图2的污水处理工艺，步骤如下：
1、格栅过滤与沉淀
将污水收集后经过粗格栅、细格栅过滤，再经过曝气沉砂池去除大颗粒固形物、泥砂等，再经过提升泵提升至初沉池。
2、物化处理
将初沉池的污水泵入混凝沉淀池并从电解机出水口回流污水量5％～15％的电解处理水至混凝沉淀池进水口，以提供足够的氧化性物质，向沉淀池中按1～50g/m3加入硫酸亚铁溶液和1～5mg/m3助凝剂进行混凝反应5min，Fe2+与电解产生的Cl·、O·、OH·反应生成Fe3+，Fe3+与PO4 3﹢反应生成磷酸铁沉淀除去污水的磷，与OH-反应生成Fe(OH)3沉淀进行絮凝(混凝)反应，通过吸附作用除去石油类、动植物油等有机物，进入沉淀池停留时间为20min，进行沉淀分离，污泥进入污泥处理系统脱水成泥块，清液进入过滤池；
3、电解氧化(深度净化)
主要工序如下：
(1)电解：将混凝沉淀处理后的出水泵入电解机，进行电解处理，电解机的工作电压为30V，正负两电极间的电压为8V，电流密度为2000mA/cm2,污水在电解机中的停留时间为0.5min。电解产生“H·”、“OH·”和“O·”。
(2)氨氮氧化
将电解处理后污水排入氨氮氧化池，在氨氮氧化池氧化氨氮25min，利用阳极产生的O·与有机物(COD和BOD)氨氮等反应，生成CO2、H2O、N2和NO3 ﹣，除去有机物，降低COD和BOD，氨氮；
(3)氢还原硝态氮
氨氮氧化后的污水流入硝态氮还原池，在硝态氮还原中池还原硝态氮70min利用阴极产生的“H·”和“OH·”与“NO3 ﹣”和有机物(COD和BOD)等反应，生成CO2、H2O、N2。电解产生的氢不足时，从加氢管加入氢气。
通过电解氧化和还原后清水即为达到《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)的有关水质标准的再生水，出水水质如表5。
4、污泥处理
初沉池和二沉池的产生的沉淀(即污泥)和沉淀产生的沉淀(即污泥)通过管道进入污泥浓缩池，再经过污泥脱水机的脱水作用使得污泥减容，脱水后含水量小于或等于60％的干泥进行外运或堆肥处理，滤液则回流至步骤(1)前的粗格栅进水口。
表5排放水水质指标
从表5可知，污水经过以上深度处理后的出水指标达到地表类4类指标。
实施例2
某污水处理厂的市政污水物化电解深度处理的实施例，污水处理厂包括粗格栅、细格栅、曝气沉砂池、一级提升泵房、初沉池、混凝沉淀池、电解机、氨氮氧化池、硝态氮还原池和污泥脱水系统，所述氨氮氧化池和硝态氮还原池为一体化。除粗格栅、细格栅、曝气沉砂池、一级提升泵房、初沉池、混凝沉淀池、电解机、一体化氨氮氧化池和硝态氮还原池依次连接外，在电解机的出水口设置有一个回流管与混凝沉淀池的进水口连接，用于将电解处理后的污水部分回流至混凝沉淀池；初沉池、混凝沉淀池的底部还设置有污泥出口，通过污泥泵和污泥管将污泥泵至污泥脱水系统。所述污水的进水水质指标如表6。
表6某污水处理厂的进水水质指标
序号 基本控制项目 测定值(mg/L)
1 COD 330
2 BOD 160
3 SS 290
4 动植物油 -
5 石油类 -
6 阴离子表面活性剂
7 总氮(以N计) 65
8 氨氮(以N计) 51
9 总磷(以P计) 7
10 色度(稀释倍数)
11 pH 6～9
采用图2的污水处理工艺，步骤如下：
1、格栅过滤与沉淀
将污水收集后经过粗格栅、细格栅过滤，再经过曝气沉砂池去除大颗粒固形物、泥砂等，再经过提升泵提升至初沉池。
2、物化处理
将初沉池的污水泵入混凝沉淀池并从电解机出水口回流污水量15％的电解处理水至混凝沉淀池进水口，以提供足够的氧化性物质，向沉淀池中按50g/m3加入硫酸亚铁溶液和1mg/m3助凝剂进行混凝反应6min，Fe2+与电解产生的Cl·、O·、OH·反应生成Fe3+，Fe3+与PO4 3﹢反应生成磷酸铁沉淀除去污水的磷，与OH-反应生成Fe(OH)3沉淀进行絮凝(混凝)反应，通过吸附作用除去石油类、动植物油等有机物，进入沉淀池停留时间为20min，进行沉淀分离，污泥进入污泥处理系统脱水成泥块，清液进入过滤池；
3、电解(深度净化)
主要工序如下：
(1)电解：将混凝沉淀处理后的出水泵入电解机，进行电解处理，电解机的工作电压为2000V，正负两电极间的电压为2V，电流密度为5mA/cm2,污水在电解机中的停留时间为10min。电解中产生“H·”、“OH·”和“O·”。
(2)氨氮氧化
将电解后污水排入氨氮氧化池，在氨氮氧化池氧化氨氮75min，利用阳极产生的O·与有机物(COD和BOD)氨氮等反应，生成CO2、H2O、N2和NO3 ﹣，除去有机物，降低COD和BOD，氨氮；
(3)氢还原硝态氮
氨氮氧化后的污水流入硝态氮还原池，在硝态氮还原中池还原硝态氮20min利用阴极产生的“H·”和“OH·”与“NO3 ﹣”和有机物(COD和BOD)等反应，生成CO2、H2O、N2。电解产生的氢不足时，从加氢管加入氢气。
通过电解氧化和还原后清水即为达到《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)的有关水质标准的再生水，出水水质如表5。
4、污泥处理
初沉池和二沉池的产生的沉淀(即污泥)和沉淀产生的沉淀(即污泥)通过管道进入污泥浓缩池，再经过污泥脱水机的脱水作用使得污泥减容，脱水后含水量小于或等于60％的干泥进行外运或堆肥处理，滤液则回流至步骤(1)前的粗格栅进水口；
表7排放水水质指标
从表7可知，污水经过以上深度处理后的出水指标达到地表4类指标。
实施例3
某污水处理厂的市政污水物化电解深度处理的实施例，污水处理厂包括粗格栅、细格栅、曝气沉砂池、一级提升泵房、初沉池、混凝沉淀池、电解机、氨氮氧化池、硝态氮还原池和污泥脱水系统，所述氨氮氧化池和硝态氮还原池为一体化。除粗格栅、细格栅、曝气沉砂池、一级提升泵房、初沉池、混凝沉淀池、电解机、一体化氨氮氧化池和硝态氮还原池依次连接外，在电解机的出水口设置有一个回流管与混凝沉淀池的进水口连接，用于将电解处理后的污水部分回流至混凝沉淀池；初沉池、混凝沉淀池的底部还设置有污泥出口，通过污泥泵和污泥管将污泥泵至污泥脱水系统。所述污水的进水水质指标如表8。
表8某污水处理厂的进水水质指标
序号 基本控制项目 测定值(mg/L)
1 COD 520
2 BOD 270
3 SS 280
4 动植物油 -
5 石油类 -
6 阴离子表面活性剂
7 总氮(以N计) 60
8 氨氮(以N计) 51
9 总磷(以P计) 6.5
10 色度(稀释倍数)
11 pH 6～9
采用图2的污水处理工艺，步骤如下：
1、格栅过滤与沉淀
将污水收集后经过粗格栅、细格栅过滤，再经过曝气沉砂池去除大颗粒固形物、泥砂等，再经过提升泵提升至初沉池。
2、物化处理
将初沉池的污水泵入混凝沉淀池并从电解机出水口回流污水量10％的电解处理水至混凝沉淀池进水口，以提供足够的氧化性物质，向沉淀池中按35g/m3加入硫酸亚铁溶液和5mg/m3助凝剂进行混凝反应5min，Fe2+与电解处理产生的Cl·、O·、OH·反应生成Fe3+，Fe3+与PO4 3﹢反应生成磷酸铁沉淀除去污水的磷，与OH-反应生成Fe(OH)3沉淀进行絮凝(混凝)反应，通过吸附作用除去石油类、动植物油等有机物，进入沉淀池停留时间为20min，进行沉淀分离，污泥进入污泥处理系统脱水成泥块，清液进入过滤池；
3、电解处理(深度净化)
主要工序如下：
(1)电解：将混凝沉淀处理后的出水泵入电解机，进行电解，电解机的工作电压为1000V，正负两电极间的电压为5V，电流密度为300mA/cm2,污水在电解机中的停留时间为3min。电解过程中产生“H·”、“OH·”和“O·”。
(2)氨氮氧化
电解后污水排入氨氮氧化池，在氨氮氧化池氧化氨氮45min，利用阳极产生的O·与有机物(COD和BOD)氨氮等反应，生成CO2、H2O、N2和NO3 ﹣，除去有机物，降低COD和BOD，氨氮；
(3)氢还原硝态氮
氨氮氧化后的污水流入硝态氮还原池，在硝态氮还原中池还原硝态氮50min利用阴极产生的“H·”和“OH·”与“NO3 ﹣”和有机物(COD和BOD)等反应，生成CO2、H2O、N2。电解产生的氢不足时，从加氢管加入氢气。
通过电解氧化和还原后清水即为达到《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)的有关水质标准的再生水，出水水质如表9。
4、污泥处理
初沉池和二沉池的产生的沉淀(即污泥)和沉淀产生的沉淀(即污泥)通过管道进入污泥浓缩池，再经过污泥脱水机的脱水作用使得污泥减容，脱水后含水量小于或等于60％的干泥进行外运或堆肥处理，滤液则回流至步骤(1)前的粗格栅进水口。
表9排放水水质指标
从表9可知，污水经过以上深度处理后的出水指标达到地表4类指标。
实施例4
某污水处理厂的实施例，污水处理厂包括粗格栅、细格栅、曝气沉砂池、一级提升泵房、初沉池、好氧池、二沉池、混凝沉淀池、电解机、氨氮氧化池、硝态氮还原池和污泥脱水系统，所述氨氮氧化池和硝态氮还原池为一体化。除粗格栅、细格栅、曝气沉砂池、一级提升泵房、初沉池、好氧池、二沉池、混凝沉淀池、电解机、一体化氨氮氧化池和硝态氮还原池依次连接外，在电解机的出水口设置有一个回流管与混凝沉淀池的进水口连接，用于将电解后的污水部分回流至混凝沉淀池；二沉池与好氧池之间还设置有污泥回流管；初沉池、二沉池、混凝沉淀池的底部还设置有污泥出口，通过污泥泵和污泥管将污泥泵至污泥脱水系统。所述污水的进水水质指标如表10。
表10某污水处理厂的进水水质
序号 项目 测定值(mg/L)
1 COD 470
2 BOD 240
3 SS 300
4 动植物油 -
5 石油类 -
6 阴离子表面活性剂 -
7 总氮(以N计) 55
8 氨氮(以N计) 46
9 总磷(以P计) 7
10 色度(稀释倍数)
11 pH 6～8
采用图3的污水处理工艺，步骤如下：
1、格栅过滤与沉淀
将污水收集后经过粗格栅、细格栅过滤，再经过曝气沉砂池去除大颗粒固形物、泥砂等，再经过提升泵提升至初沉池。
2、好氧微生物处理
将经过格栅过滤和沉淀后初沉池的污水排入好氧池中，通过风机和曝气管向好氧池中曝气，污水在好氧池中的停留时间为2h，通过好氧处理，去除污水中的COD、BOD、氨氮等。
3、物化处理
将初沉池的污水泵入混凝沉淀池并从电解机出水口回流污水量10％的电解处理水至混凝沉淀池进水口，以提供足够的氧化性物质，向沉淀池中按40g/m3加入硫酸亚铁溶液和2mg/m3助凝剂进行混凝反应5min，Fe2+与电解处理产生的Cl·、O·、OH·反应生成Fe3+，Fe3+与PO4 3﹢反应生成磷酸铁沉淀除去污水的磷，与OH-反应生成Fe(OH)3沉淀进行絮凝(混凝)反应，通过吸附作用除去石油类、动植物油等有机物，进入沉淀池停留时间为20min，进行沉淀分离，污泥进入污泥处理系统脱水成泥块，清液进入过滤池；
4、电解(深度净化)
主要工序如下：
(1)电解：将混凝沉淀处理后的出水泵入电解，进行电解，电解的工作电压为1900V，正负两电极间的电压为3V，电流密度为100mA/cm2,污水在电解机中的停留时间为2min。电解过程中产生“H·”、“OH·”和“O·”。
(2)氨氮氧化
将电解后污水排入氨氮氧化池，在氨氮氧化池氧化氨氮30min，利用阳极产生的O·与有机物(COD和BOD)氨氮等反应，生成CO2、H2O、N2和NO3 ﹣，除去有机物，降低COD和BOD，氨氮；
(3)氢还原硝态氮
氨氮氧化后的污水流入硝态氮还原池，在硝态氮还原中池还原硝态氮70min利用阴极产生的“H·”和“OH·”与“NO3 ﹣”和有机物(COD和BOD)等反应，生成CO2、H2O、N2。电解产生的氢不足时，从加氢管加入氢气。
通过电解氧化和还原后清水即为达到《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)的有关水质标准的再生水，出水水质如表11。
4、污泥处理
初沉池和二沉池的产生的沉淀(即污泥)和沉淀产生的沉淀(即污泥)通过管道进入污泥浓缩池，再经过污泥脱水机的脱水作用使得污泥减容，脱水后含水量小于或等于60％的干泥进行外运或堆肥处理，滤液则回流至步骤(1)前的粗格栅进水口。
表11经过深度处理后排放水的水质指标
序号 基本控制项目 测定值(mg/L)
1 COD 29
2 BOD 1
3 SS 7
4 动植物油 0.5
5 石油类 0.5
6 阴离子表面活性剂 0.2
7 总氮(以N计) 8
8 氨氮(以N计) 0.5
9 总磷(以P计) 0.2
10 色度(稀释倍数) 4
11 pH 6～8
12 粪大肠菌群数(个/L) 3
13 溶解氧 8
从表11可知，污水经过以上深度处理后的出水指标达到《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)的有关水质标准的再生水。
实施例5
某污水处理厂的实施例，污水处理厂包括粗格栅、细格栅、曝气沉砂池、一级提升泵房、初沉池、好氧池、二沉池、混凝沉淀池、电解机、氨氮氧化池、硝态氮还原池和污泥脱水系统，所述氨氮氧化池和硝态氮还原池为一体化。除粗格栅、细格栅、曝气沉砂池、一级提升泵房、初沉池、好氧池、二沉池、混凝沉淀池、电解机、一体化氨氮氧化池和硝态氮还原池依次连接外，在电解机的出水口设置有一个回流管与混凝沉淀池的进水口连接，用于将电解后的污水部分回流至混凝沉淀池；二沉池与好氧池之间还设置有污泥回流管；初沉池、二沉池、混凝沉淀池的底部还设置有污泥出口，通过污泥泵和污泥管将污泥泵至污泥脱水系统。所述污水的进水水质指标如表12。
表12某污水处理厂的进水水质
采用图3的污水处理工艺，步骤如下：
1、格栅过滤与沉淀
将污水收集后经过粗格栅、细格栅过滤，再经过曝气沉砂池去除大颗粒固形物、泥砂等，再经过提升泵提升至初沉池。
2、好氧微生物处理
将经过格栅过滤和沉淀后初沉池的污水排入好氧池中，通过风机和曝气管向好氧池中曝气，污水在好氧池中的停留时间为6h，通过好氧处理，去除污水中的COD、BOD、氨氮等。
3、物化处理
将初沉池的污水泵入混凝沉淀池并从电解机出水口回流污水量15％的电解水至混凝沉淀池进水口，以提供足够的氧化性物质，向沉淀池中按35g/m3加入硫酸亚铁溶液和2mg/m3助凝剂进行混凝反应4min，Fe2+与电解处理产生的Cl·、O·、OH·反应生成Fe3+，Fe3+与PO4 3﹢反应生成磷酸铁沉淀除去污水的磷，与OH-反应生成Fe(OH)3沉淀进行絮凝(混凝)反应，通过吸附作用除去石油类、动植物油等有机物，进入沉淀池停留时间为20min，进行沉淀分离，污泥进入污泥处理系统脱水成泥块，清液进入过滤池；
4、电解(深度净化)
主要工序如下：
(1)电解：将混凝沉淀处理后的出水泵入电解机，进行电解，电解机的工作电压为900V，正负两电极间的电压为5V，电流密度为300mA/cm2,污水在电解机中的停留时间为2min。电解过程中产生“H·”、“OH·”和“O·”。
(2)氨氮氧化
将电解后污水排入氨氮氧化池，在氨氮氧化池氧化氨氮50min，利用阳极产生的O·与有机物(COD和BOD)氨氮等反应，生成CO2、H2O、N2和NO3 ﹣，除去有机物，降低COD和BOD，氨氮；
(3)氢还原硝态氮
氨氮氧化后的污水流入硝态氮还原池，在硝态氮还原中池还原硝态氮45min利用阴极产生的“H·”和“OH·”与“NO3 ﹣”和有机物(COD和BOD)等反应，生成CO2、H2O、N2。电解产生的氢不足时，从加氢管加入氢气。
通过电解氧化和还原后清水即为达到《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)的有关水质标准的再生水，出水水质如表13。
4、污泥处理
初沉池和二沉池的产生的沉淀(即污泥)和沉淀产生的沉淀(即污泥)通过管道进入污泥浓缩池，再经过污泥脱水机的脱水作用使得污泥减容，脱水后含水量小于或等于60％的干泥进行外运或堆肥处理，滤液则回流至步骤(1)前的粗格栅进水口。
表13经过深度处理后排放水的水质指标
序号 基本控制项目 测定值(mg/L)
1 COD 25
2 BOD 3
3 SS 5
4 动植物油 0.5
5 石油类 0.5
6 阴离子表面活性剂 0.2
7 总氮(以N计) 6
8 氨氮(以N计) 1.2
9 总磷(以P计) 0.2
10 色度(稀释倍数) 4
11 pH 6～8
12 粪大肠菌群数(个/L) 3
13 溶解氧 8
从表13可知，污水经过以上深度处理后的出水指标达到《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)的有关水质标准的再生水。
实施例6
某污水处理厂的实施例，污水处理厂包括粗格栅、细格栅、曝气沉砂池、一级提升泵房、初沉池、好氧池、二沉池、混凝沉淀池、电解机、氨氮氧化池、硝态氮还原池和污泥脱水系统，所述氨氮氧化池和硝态氮还原池为一体化。除粗格栅、细格栅、曝气沉砂池、一级提升泵房、初沉池、好氧池、二沉池、混凝沉淀池、电解机、一体化氨氮氧化池和硝态氮还原池依次连接外，在电解机的出水口设置有一个回流管与混凝沉淀池的进水口连接，用于将电解后的污水部分回流至混凝沉淀池；二沉池与好氧池之间还设置有污泥回流管；初沉池、二沉池、混凝沉淀池的底部还设置有污泥出口，通过污泥泵和污泥管将污泥泵至污泥脱水系统。所述污水的进水水质指标如表14。
表14某污水处理厂的进水水质
序号 项目 测定值(mg/L)
1 COD 330
2 BOD 190
3 SS 150
4 动植物油 -
5 石油类 -
6 阴离子表面活性剂 -
7 总氮(以N计) 55
8 氨氮(以N计) 45
9 总磷(以P计) 8.5
10 色度(稀释倍数)
11 pH 6～8
采用图3的污水处理工艺，步骤如下：
1、格栅过滤与沉淀
将污水收集后经过粗格栅、细格栅过滤，再经过曝气沉砂池去除大颗粒固形物、泥砂等，再经过提升泵提升至初沉池。
2、好氧微生物处理
将经过格栅过滤和沉淀后初沉池的污水排入好氧池中，通过风机和曝气管向好氧池中曝气，污水在好氧池中的停留时间为4h，通过好氧处理，去除污水中的COD、BOD、氨氮等。
3、物化处理
将初沉池的污水泵入混凝沉淀池并从电解机出水口回流污水量15％的电解处理水至混凝沉淀池进水口，以提供足够的氧化性物质，向沉淀池中按40g/m3加入硫酸亚铁溶液和1.5mg/m3助凝剂进行混凝反应5min，Fe2+与电解处理产生的Cl·、O·、OH·反应生成Fe3+，Fe3+与PO4 3﹢反应生成磷酸铁沉淀除去污水的磷，与OH-反应生成Fe(OH)3沉淀进行絮凝(混凝)反应，通过吸附作用除去石油类、动植物油等有机物，进入沉淀池停留时间为20min，进行沉淀分离，污泥进入污泥处理系统脱水成泥块，清液进入过滤池；
4、电解(深度净化)
主要工序如下：
(1)电解：将混凝沉淀处理后的出水泵入电解机进行电解，电解机的工作电压为2000V，正负两电极间的电压为8V，电流密度为200mA/cm2,污水在电解机中的停留时间为1min。电解产生“H·”、“OH·”和“O·”。
(2)氨氮氧化：将电解后污水排入氨氮氧化池，在氨氮氧化池氧化氨氮35min，利用阳极产生的O·与有机物(COD和BOD)氨氮等反应，生成CO2、H2O、N2和NO3 ﹣，除去有机物，降低COD和BOD，氨氮；
(3)氢还原硝态氮：氨氮氧化后的污水流入硝态氮还原池，在硝态氮还原中池还原硝态氮70min利用阴极产生的“H·”和“OH·”与“NO3 ﹣”和有机物(COD和BOD)等反应，生成CO2、H2O、N2。电解产生的氢不足时，从加氢管加入氢气。
通过电解氧化和还原后清水即为达到《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)的有关水质标准的再生水，出水水质如表15。
4、污泥处理
初沉池和二沉池的产生的沉淀(即污泥)和沉淀产生的沉淀(即污泥)通过管道进入污泥浓缩池，再经过污泥脱水机的脱水作用使得污泥减容，脱水后含水量小于或等于60％的干泥进行外运或堆肥处理，滤液则回流至步骤(1)前的粗格栅进水口。
表15经过深度处理后排放水的水质指标
序号 基本控制项目 测定值(mg/L)
1 COD 28
2 BOD 3
3 SS 7
4 动植物油 0.3
5 石油类 0.2
6 阴离子表面活性剂 0.2
7 总氮(以N计) 5
8 氨氮(以N计) 0.9
9 总磷(以P计) 0.3
10 色度(稀释倍数) 4
11 pH 6～8
12 粪大肠菌群数(个/L) 3
13 溶解氧 8
从表15可知，污水经过以上深度处理后的出水指标达到《地表水环境质量标准》(GB3838－2002)的有关水质标准的再生水。

Claims (10)

1.市政污水深度处理装置，其特征在于设有格栅过滤与沉淀装置、混凝沉淀池、电解机、氨氮氧化池和硝态氮还原池，所述格栅过滤与沉淀装置接市政污水源进口，格栅过滤与沉淀装置的出水口接混凝沉淀池的进水口，混凝沉淀池的出水口接电解机的进水口，电解机的污水出水口接氨氮氧化池的污水入口，硝态氮还原池的输入口接氨氮氧化池的污水出口，硝态氮还原池的排水口接排水管，氨氮氧化池的污泥和硝态氮还原池的污泥由污泥出口排出，氢气H通过氢气管道送入硝态氮还原池；
所述混凝沉淀池之前还可设有好氧生物处理装置；所述好氧生物处理装置之前还可设有初沉池，在好氧生物处理装置之后可设有二沉池。
2.市政污水深度处理方法，其特征在于采用如权利要求1所述市政污水深度处理装置，所述处理方法包括以下步骤：
1)格栅过滤与沉淀，除去大颗粒固形物和泥砂；
2)混凝沉淀；
3)电解氧化；
4)氢还原脱氮；
5)污泥处理。
3.如权利要求2所述市政污水深度处理方法，其特征在于在步骤1)中，所述格栅过滤包括粗格栅过滤和细格栅过滤；所述沉淀是曝气沉砂池沉淀，其目的是除去污水中的泥砂。
4.如权利要求2所述市政污水深度处理方法，其特征在于在步骤2)中，将步骤1)格栅过滤与沉淀后的污水泵入混凝沉淀池，向混凝沉淀池中加入混凝剂和助凝剂进行混凝反应，混凝反应的目的是通过混凝反应除去水体中的总磷，同时还去除水体中50％～75％的COD与BOD、10％～20％的氨氮与总氮及其他污染物；所述混凝沉淀之前还有一个好氧生物处理步骤，好氧处理的停留时间为2～6h；在好氧生物处理之前还有一个初沉步骤，在好氧生物处理之后有一个二沉淀步骤；所述混凝沉淀是除去污水中95％的总磷、50％～75％的COD与BOD、10％～20％的氨氮与总氮及其他污染物。
5.如权利要求2所述市政污水深度处理方法，其特征在于所述混凝沉淀所采用的混凝剂选自铝盐、铁盐、聚铝、聚铁中的至少一种；所述铝盐选自硫酸铝、氯化铝中的一种；所述铁盐选自硫酸铁、硫酸亚铁中的一种；所述聚铝选自聚合氯化铝、聚合硫酸铝、聚合硅酸铝中的一种；所述聚铁选自聚合氯化铁、聚合硫酸铁、聚合硅酸铁中的一种。
6.如权利要求4所述市政污水深度处理方法，其特征在于所述混凝剂的用量为5～50g/m3；所述助凝剂采用PAM，用量为1～2g/m3；所述混凝时如果污水的pH小于7时，还包括一个加入氢氧化钠、碳酸钠或石灰乳调节污水的至pH7～9的步骤。
7.如权利要求2所述市政污水深度处理方法，其特征在于在步骤3)中，经过步骤2)混凝沉淀后的污水经过提升泵泵入电解机中处理，然后进入氨氮氧化池中氧化除去水体中的氨氮、有机物COD、BOD及表面活性剂、石油类、动植物及其他污染物。
8.如权利要求7所述市政污水深度处理方法，其特征在于所述电解机的工作电压为30～2000V，正负两电极间的电压为2～8V，电流密度为5～2000mA/cm2,污水在电解机中的停留时间为0.5～10min；电解后的污水进入氨氮氧化池，污水在氧化池中的氧化反应时间为25～75min，其目的是氧化污水中的氨氮和有机物，使污水中氨氮下降到小于1.5mg/L；电解氧化后的污水进入硝态氮还原池，污水在还原池中的还原反应时间为20～70min，其目的是将污水中的硝态氮还原成氮气和水，污水中的总氮下降到小于10mg/L。
9.如权利要求2所述市政污水深度处理方法，其特征在于在步骤4)中，将步骤3)电解氧化后的污水送入硝态氮还原池，加入氢还原水体中的硝态氮，降低水体中的总氮使市政污水得到深度处理，净化后达到《地表水水环境质量标准》有关水质标准，实现再生利用；所述硝态氮包括硝酸根和亚硝酸根。
10.如权利要求2所述市政污水深度处理方法，其特征在于在步骤5)中，所述污泥处理是将市政污水由污水管网收集，污泥曝气沉砂，再经初沉池和混凝沉淀池产生的沉淀通过管道进入污泥浓缩池，再经过污泥脱水机的脱水作用使得污泥减容，脱水后含水量小于或等于60％的干泥进行外运或堆肥处理，滤液则回流至格栅进水口；
所述电解氧化和氢还原脱氮可在电解氧化还原一体机中进行。
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