申请日2017.03.31
公开(公告)日2017.05.31
IPC分类号C02F9/14; C02F3/34; C02F3/30; C02F3/02; C02F3/28; C02F101/30
摘要
本发明推流式竖向多循环工艺处理城市污水的装置及方法，包括依次连接的城市生活污水水箱、推流式竖向多循环曝气池和竖流式沉淀池，所述城市生活污水水箱出水口通过管道与推流式竖向多循环曝气池一侧底部的进水口连通，所述管道上设置有进水泵，所述推流式竖向多循环曝气池另一侧顶部设置有第一溢流堰，所述第一溢流堰与竖流式沉淀池的进水口连通，所述竖流式沉淀池顶部设置有第二溢流堰。本发明可根据工程的实际需求，确定循环数量及反应池高度，设计灵活;提高了厌氧区与缺氧区的空间比例，更有利于难降解有机物的去除，同时创造了更多的反硝化环境，对于大水量低碳氮比污水提高脱氮能力效果明显。
权利要求书
1.推流式竖向多循环工艺处理城市污水的装置，其特征在于，包括依次连接的城市生活污水水箱(1)、推流式竖向多循环曝气池(2)和竖流式沉淀池(3)，所述城市生活污水水箱(1)出水口通过管道与推流式竖向多循环曝气池(2)一侧底部的进水口连通，所述管道上设置有进水泵(21)，所述推流式竖向多循环曝气池(2)另一侧顶部设置有第一溢流堰(25)，所述第一溢流堰(25)与竖流式沉淀池(3)的进水口连通，所述竖流式沉淀池(3)顶部设置有第二溢流堰(31)，所述竖流式沉淀池(3)底部设置有排泥口(32)，所述竖流式沉淀池(3)底部通过污泥回流泵(33)与推流式竖向多循环曝气池(2)进水口一侧连通，所述推流式竖向多循环曝气池(2)进水口一侧水平设置有2个或2个以上的曝气管(22)，多个所述曝气管(22)外延至通过气体流量计(27)连接有空气泵(26)，所述推流式竖向多循环曝气池(2)内部从上到下水平设置有多块导流板(23)，每个所述导流板(23)一端与推流式竖向多循环曝气池(2)内壁接合且另一端距推流式竖向多循环曝气池(2)内壁具有空隙。
2.根据权利要求1所述的推流式竖向多循环工艺处理城市污水的装置，其特征在于，每个所述导流板(23)与推流式竖向多循环曝气池(2)内壁之间的空隙的宽和高的比例为2:1。
3.根据权利要求1所述的推流式竖向多循环工艺处理城市污水的装置，其特征在于，所述第一溢流堰(25)的一侧设置有温度和溶解氧探头(24)，所述温度和溶解氧探头(24)插入至最上方导流板(23)与推流式竖向多循环曝气池(2)内壁之间的空隙内。
4.推流式竖向多循环工艺处理城市污水的方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
步骤1，配置污泥
推流式竖向多循环曝气池(2)污泥来源于城市污水处理厂曝气池，配制污泥浓度在3000-4000mg/L的污泥进行接种，闷曝2天后开始进水，进水量每天逐次增加使微生物逐渐适用，准备时间在1周;
步骤2，曝气准备
连续流运行控制参数，推流式竖向多循环曝气池(2)内污泥浓度为3000-4000mg/L，同时开始连续曝气，溶解氧浓度控制在2.0-3.0mg/L，水力停留时间为6-12h，污泥回流比为50%-100%;
步骤3，曝气过程
空气进入推流式竖向多循环曝气池(2)后，被曝气管(22)分割成小气泡开始上升，遇到最下方的导流板(23)阻挡沿着导流板(23)运动，此时气泡带动液体上升，受阻挡后反射向下运动，进而形成循环流动，液体与气泡接触充分区域形成高氧区，中心及下部区域为低氧区;气泡运动至最下方导流板(23)末端后沿竖直方向上升，受到中间的导流板(23)的阻挡，同样沿着中间的导流板(23)运动，因此形成了外围溶解氧浓度相对较高的中氧区及中心和底部的低氧区;最后气体从中间的导流板(23)末端进入下一块导流板(23)，随着隔板数量的增加，气泡运动延程增长，同时形成了多个溶解氧含量不同的循环区域;
由于气泡上升过程中与污水接触，溶解氧含量逐渐降低，当推流式竖向多循环曝气池(2)达到4-5循环以后，第五隔室中心部分溶解氧可达到0.5mg/L以下，在此条件下微生物进入厌氧状态，在厌氧条件下难降解有机物将被厌氧菌分解成易降解的多糖和氨基酸，分解完成的易降解有机物在进入循环外围的缺氧区被去除，同时厌氧条件可使硝态氮被反硝化成氮气，最后随气泡溢出水面，达到污水中氮被去除的目的;
在上述气泡运动过程中，推流式竖向多循环曝气池(2)进水口进水，水流呈推流形式向推流式竖向多循环曝气池(2)末端运动，因此，气泡在水平面上受到液体推流的带动作用，在切面上受导流板(23)的阻挡形成上下两个方向的循环流动作用，在此两个方向上的共同作用下，构成了多个反应区域;
在最下方导流板(23)与推流式竖向多循环曝气池(2)底板之间溶解氧浓度自中心向外围逐渐升高，有机物降解主要发生在高氧区域，对于小分子有机物可以直接在此氧化成二氧化碳和水;对于分子结构复杂、难于生物降解的有机物可以在中氧或低氧区域完成酸化水解后被输送至此，继续完成氧化过程;缺氧和中氧区域的存在，为微生物反硝化提供了有利的条件，硝态氮和亚硝态氮可以在缺氧和中氧区域被反硝化去除，竖向多循环推流工艺提高了曝气池同步硝化反硝化效率。
说明书
推流式竖向多循环工艺处理城市污水的装置及方法
技术领域
本发明属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种推流式竖向多循环工艺处理城市污水的装置，本发明还涉及一种推流式竖向多循环工艺处理城市污水的方法。
背景技术
随着社会发展和城市化进程的加快，城市污水排放量日益增加。据统计，仅2014年一季度我国城镇污水处理厂累计建成3622座，日处理污水能力1.53×108m3，运行负荷率达79.9%。而城市污水处理是一个高耗能产业，资料显示城市污水处理厂平均电耗值达到0.285kWh/m3，总电量消耗占据污水厂运行费用的60%，所以降低污水处理能耗可以有效减少污水处理厂的运营成本，提高资金的利用效率。
国内外的城市污水处理主要采用活性污泥法，针对污水中氮磷含量高，污水处理厂多数采用A2/O工艺，其核心是厌氧反应池、缺氧反应池、好氧反应池，占地面积较大。其中好氧反应池需要大量的曝气，以供好氧微生物降解水中的有机物。据统计，污水厂中核心生化处理单元耗电量占整个工艺的50%-70%，主要集中在鼓风机、搅拌器和内外回流泵上，此处的内外回流泵作用是回流硝化液和污泥。活性污泥法中，曝气能耗约占总能耗的55.6%。
传统连续流工艺处理城市污水的流程如图1所示，城市污水从原水水箱1通过恒流泵2.1把污水稳定送入有效容积为138.6L的传统反应池1中，其外连接空气压缩机2.3，转子流量计2.4;曝气池出水依靠高度差进入竖流式沉淀池3，沉淀后出水经溢流堰3.1流出，沉淀池内设有排泥口3.2，污泥经回流泵3.3回流至曝气池曝气管附近。
曝气的目的是使曝气池中溶解氧、有机物及活性污泥中的微生物充分混合接触，从而加速污染物的降解过程提高污水处理效率。传统曝气方式多采用水平布置，曝气器分散在曝气池底部，气泡由曝气器出口开始上升，上升高度即为曝气器与水面的距离，路程相对较短，与污水接触的时间有限。因此存在氧转移效率较低，污水与气泡接触不充分等限制。由于曝气器布置位置限制，曝气出口与曝气池底部有15-20cm的距离，水流无法影响到曝气池底部，因此造成曝气池底部积泥，利用率降低。
随着我国人民生活水平的提高，饮食结构的改变，城市污水的污染物组成及比例也有相应的变化，含氮量增加，出现了低碳氮比的情况，传统生物脱氮工艺对废水脱氮起到了重要作用，但仍存在许多问题。如氨氮完全硝化需消耗大量的氧，增加了动力消耗，对低碳氮比的废水，还需外加碳源，出水不达标。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供一种推流式竖向多循环工艺处理城市污水的装置，解决了现有技术中反应器脱氮能力下降、难降解有机物不能被去除、动力消耗大、出水不达标的问题。
本发明还提供了一种推流式竖向多循环工艺处理城市污水的方法。
本发明所采用的技术方案是，推流式竖向多循环工艺处理城市污水的装置，包括依次连接的城市生活污水水箱、推流式竖向多循环曝气池和竖流式沉淀池，所述城市生活污水水箱出水口通过管道与推流式竖向多循环曝气池一侧底部的进水口连通，所述管道上设置有进水泵，所述推流式竖向多循环曝气池另一侧顶部设置有第一溢流堰，所述第一溢流堰与竖流式沉淀池的进水口连通，所述竖流式沉淀池顶部设置有第二溢流堰，所述竖流式沉淀池底部设置有排泥口，所述竖流式沉淀池底部通过污泥回流泵与推流式竖向多循环曝气池进水口一侧连通，所述推流式竖向多循环曝气池进水口一侧水平设置有2个或2个以上的曝气管，多个所述曝气管外延至通过气体流量计连接有空气泵，所述推流式竖向多循环曝气池内部从上到下水平设置有多块导流板，每个所述导流板一端与推流式竖向多循环曝气池内壁接合且另一端距推流式竖向多循环曝气池内壁具有空隙，相邻所述导流板的空隙所在一端方向相反。
本发明的特征还在于，
每个所述导流板与推流式竖向多循环曝气池内壁之间的空隙的宽和高的比例为2:1。
所述第一溢流堰的一侧设置有温度和溶解氧探头，所述温度和溶解氧探头插入至最上方导流板与推流式竖向多循环曝气池内壁之间的空隙内。
本发明所采用的另一种技术方案是，推流式竖向多循环工艺处理城市污水的方法，具体按照以下步骤进行：
步骤1，配置污泥
推流式竖向多循环曝气池污泥来源于城市污水处理厂曝气池，配制污泥浓度在3000-4000mg/L的污泥进行接种，闷曝2天后开始进水，进水量每天逐次增加使微生物逐渐适用，准备时间在1周左右;
步骤2，曝气准备
连续流运行控制参数，推流式竖向多循环曝气池内污泥浓度为3000-4000mg/L，同时开始连续曝气，溶解氧浓度控制在2.0-3.0mg/L，水力停留时间为6-12h，污泥回流比为50%-100%;
步骤3，曝气过程
空气进入推流式竖向多循环曝气池后，被曝气管分割成小气泡开始上升，遇到最下方的导流板阻挡沿着导流板运动，此时气泡带动液体上升，受阻挡后反射向下运动，进而形成循环流动，液体与气泡接触充分区域形成高氧区，中心及下部区域为低氧区;气泡运动至最下方导流板末端后沿竖直方向上升，受到中间的导流板的阻挡，同样沿着中间的导流板运动，因此形成了外围溶解氧浓度相对较高的中氧区及中心和底部的低氧区;最后气体从中间的导流板末端进入下一块导流板，随着隔板数量的增加，气泡运动延程增长，同时形成了多个溶解氧含量不同的循环区域;
由于气泡上升过程中与污水接触，溶解氧含量逐渐降低，当推流式竖向多循环曝气池达到4-5循环以后，第五隔室中心部分溶解氧可达到0.5mg/L以下，在此条件下微生物进入厌氧状态，在厌氧条件下难降解有机物将被厌氧菌分解成易降解的多糖和氨基酸，分解完成的易降解有机物在进入循环外围的缺氧区被去除，同时厌氧条件可使硝态氮被反硝化成氮气，最后随气泡溢出水面，达到污水中氮被去除的目的;
在上述气泡运动过程中，推流式竖向多循环曝气池进水口进水，水流呈推流形式向推流式竖向多循环曝气池末端运动，因此，气泡在水平面上受到液体推流的带动作用，在切面上受导流板的阻挡形成上下两个方向的循环流动作用，在此两个方向上的共同作用下，构成了多个反应区域;
在最下方导流板与推流式竖向多循环曝气池底板之间溶解氧浓度自中心向外围逐渐升高，有机物降解主要发生在高氧区域，对于小分子有机物可以直接在此氧化成二氧化碳和水;对于分子结构复杂、难于生物降解的有机物可以在中氧或低氧区域完成酸化水解后被输送至此，继续完成氧化过程;缺氧和中氧区域的存在，为微生物反硝化提供了有利的条件，硝态氮和亚硝态氮可以在缺氧和中氧区域被反硝化去除，竖向多循环推流工艺提高了曝气池同步硝化反硝化效率。
本发明的有益效果是：
(1)竖向多循环曝气池可根据工程的实际需求，确定循环数量及反应池高度，设计灵活，避免了过度的基础建设投资;同时多循环结构大大延长了气泡在污水中的运动距离，污水在反应池内的停留时间也增大，提高了氧气的利用率10%以上，有机物去除率提高10%-15%，氨氮去除率提高10%-20%，减少曝气时间20%-30%。
(2)由于增加了多块导流板，限制了氧气扩散运动的路径，因此创造了更大的厌氧及缺氧环境，污水中的难降解有机物在厌氧环境中被水解成可降解物质，在经过上部循环运动至缺氧环境被进一步分解为易降解的小分子物质，最后经两边的循环流动至底部好氧环境被分解去除。针对碳氮比例小于5的废水，由于有机物在好氧区被大量去除，因此反硝化碳源不足，难以进行。本工艺通过合理分配高低溶解氧空间区域体积，扩大厌氧缺氧空间区域，创造了更加有利于硝化反硝化的环境，通过厌氧缺氧环境对水中难降解有机物的分解，产生的小分子物质直接作为反硝化碳源，加之循环作用输送碳源至反硝化过程，相对传统反应器大大提高了脱氮能力，与之相比脱氮能力提高30%左右。
(3)竖向多循环反应池无需内循环，底部污泥受水流循环流动的冲击，不能沉积到反应池底部形成死区，提高了曝气池有效利用率20%左右。