申请日2016.10.12
公开(公告)日2017.02.08
IPC分类号C02F3/02
摘要
一种污水充氧系统及充氧方法，其中：一种污水充氧系统包括：好氧池、污水循环装置、配水系统、充氧填料、回流装置和隔板;所述隔板将好氧池分为循环区和充氧区，污水循环装置位于循环区内，回流装置伸入充氧区内;所述配水系统连接污水循环装置，将污水提升至充氧填料;所述充氧填料位于好氧池上方，回流装置位于充氧填料下方。本发明还提供上述污水充氧系统的充氧方法。本发明提供的充氧系统及充氧方法在增氧过程中可换热调温，具有曝气能耗较低、充氧效果好、易于检修和维护等优点。
摘要附图
权利要求书
1.一种污水充氧系统，其特征在于，包括：
好氧池、污水循环装置、配水系统、充氧填料、回流装置和隔板;
所述隔板将好氧池分为循环区和充氧区，污水循环装置位于循环区内，回流装置伸入充氧区内;所述配水系统连接污水循环装置，将污水提升至充氧填料;所述充氧填料位于好氧池上方，回流装置位于充氧填料下方。
2.根据权利要求1所述的一种污水充氧系统，其特征在于，
所述配水系统包括配水管路与阀门;
所述配水系统还包括喷淋装置，所述喷淋装置可以为设置在配水管路末端的喷淋头或者穿孔管或配水槽。
3.根据权利要求1所述的一种污水充氧系统，其特征在于，
所述充氧填料为比表面积大的填料，所述填料为高分子材料材质。
4.根据权利要求1所述的一种污水充氧系统，其特征在于，
所述充氧填料的倾斜安装在好氧池的上方，倾斜安装的角度为与水平方向呈5-70°。
5.根据权利要求1所述的一种污水充氧系统，其特征在于，
所述污水循环装置为流量大、扬程低、效率高的轴流泵、螺旋泵或气提装置。
6.一种污水充氧系统的充氧方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
S1、首先，利用好氧池内的污水循环装置将污水通过配水系统提升至好氧池上方的充氧填料，并将污水均匀分布在充氧填料上;
S2、然后污水顺着充氧填料的孔隙和表面，自上而下流动，在污水流动过程中，利用空气和污水的温度差以及充氧填料内外的空气密度差，污水与空气在其接触面上进行传质和传热，利用充氧填料给污水充氧的同时，通过跟空气的传热使污水的温度调节至适合微生物生长的温度;
S3、从充氧填料流出的充氧污水流至设置在充氧填料下方的回流装置，通过回流装置流回好氧池内，完成污水的充氧过程;
由于好氧池内设置隔板，所述隔板将好氧池分为循环区和充氧区，污水循环装置位于循环区内，回流装置伸入充氧区内，因此可以防止短流。
7.根据权利要求6所述的一种污水充氧系统的充氧方法，其特征在于，
步骤S1中通过配水系统的阀门控制配水流量，同时利用配水系统的喷淋装置使污水均匀地喷洒在充氧填料表面。
8.根据权利要求6所述的一种污水充氧系统的充氧方法，其特征在于，
步骤S1中，将充氧填料倾斜安装在好氧池的上方，倾斜安装的角度为与水平方向呈5-70°。
9.根据权利要求6所述的一种污水充氧系统的充氧方法，其特征在于，
步骤S1中，污水循环装置选用流量大、扬程低、效率高的轴流泵、螺旋泵或气提装置。
10.根据权利要求6所述的一种污水充氧系统的充氧方法，其特征在于，
步骤S1中，所述充氧填料选用比表面积大的、高分子材料填料，所述填料为高分子材料材质。
说明书
一种污水充氧系统及充氧方法
技术领域
本发明涉及一种污水充氧系统与充氧方法，尤其涉及一种在增氧过程中可换热调温的曝气能耗较低、充氧效果好、易于检修和维护的污水充氧系统及充氧方法，属于水处理充氧技术领域。
背景技术
目前，好氧池中曝气充氧的方法主要有两大类：
一类是鼓风曝气充氧的方法，采用该种充氧方法的充氧系统，是通过鼓风机将空气鼓入水下，在空气气泡上升的过程中，发生气液两相传质，使得水中溶解氧得到补充。该种鼓风曝气充氧的方法适用于大、中、小型各种污水处理规模。
但是，此类方法所需鼓风机的扬程较大，一般为水的深度加曝气管路系统的阻力，传统的好氧池深一般为4-5米，因此一般鼓风机所需风压需达到5-7米扬程。这种情况下，气泡(空气)进入好氧池内底部后，快速上升，池内停留和传质时间较短，因此氧的利用率较低，一般工程应用中只有8-15%，考虑到鼓风机电机的效率因素，鼓风曝气的总效率一般在12%以内。
另一类传统的曝气充氧方法是表面曝气(或者称之为分转碟、转刷曝气)，该种方法是由高速旋转的机械装置，将空气中的氧气鼓入水中，此方法相对比较节能，但受制于处理工艺的影响，只适用于较大规模的污水处理厂，在氧化沟工艺中使用广泛。另外，由于表面曝气池的保护高度较大，建设成本较高，因此也使得其使用受限。
以下对比文件公开了现有的几种曝气充氧系统：
对比文件1：CN205472902U公开一种高效节能射流曝气系统，包括曝气池，曝气池上设有平行设置的进气管和进液管;曝气池内设有若干曝气装置，曝气装置包括进液口、进气口、混合腔、喷射口、喷射盘，进气口与喷射口位于同一直线上，进液口位于进气口上部，喷射盘安装于喷射口处，相邻的曝气装置的喷射盘相背设置;进液管与进液口连通，进气管与进气口连通;曝气池的四角上设有循环水泵。
对比文件2：CN 105600968A公开一种自然式污水充氧沉淀池，其包括池体、挡墙、至少一个充氧筒体、过滤装置和污水打散充氧装置，其中，所述挡墙设置于所述池体内将池体分割为第一处理室和第二处理室，所述第一处理室的池体上开设有污水进口作为进水端，所述挡墙的底部开设有用于将污水送入第二处理室的挡墙通水口，所述充氧筒体设置于所述第二处理室内，其顶部开设有充氧进水口，且所述充氧筒体内于所述充氧进水口的下方沿高度方向依次设置有过滤装置和污水打散充氧装置，所述充氧筒体的底部开设有充氧污水出口。
对比文件3：CN204918139U公开一种生化污水处理池的曝气系统，包括曝气主管，曝气主管包括曝气纵管和曝气横管，曝气横管上均匀设置有若干个分接口，每个分接口可拆卸安装有竖直设置的曝气竖管，该曝气竖管的底部通过三通连接有两根曝气分管，曝气分管的自由端封堵，各曝气分管均平行设置且曝气分管与曝气横管垂直，每个曝气分管设置于生化污水池的底部且位于生化填料的下方，每个曝气分管上设置有若干个曝气主孔，曝气分管上套装固定有胶套，该胶套将曝气主孔包裹且胶套上设置有若干个曝气微孔，生化填料的底部设置有脱膜冲刷管路。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种污水充氧系统及充氧方法，该充氧系统在增氧过程中可换热调温，且具有曝气能耗较低、充氧效果好、易于检修和维护等优点。
为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
提供一种污水充氧系统，包括：好氧池、污水循环装置、配水系统、充氧填料、回流装置和隔板;
所述隔板将好氧池分为循环区和充氧区，污水循环装置位于循环区内，回流装置伸入充氧区内;所述配水系统连接污水循环装置，将污水提升至充氧填料;所述充氧填料位于好氧池上方，回流装置位于充氧填料下方。
本发明的方案中，回流装置还可以选用气提装置、螺旋泵等形式，和普通离心泵相比较，都属于扬程小、效率高的设备，可以降低整个充氧系统的能耗。
隔板的位置优选设置在好氧池的末端，其设置能保证循环区的容积为5分钟循环量即可。
进一步地，
所述配水系统包括配水管路与阀门。阀门主要用于控制配水流量。
所属配水系统还包括喷淋装置。所述喷淋装置可以为设置在配水管路末端的喷淋头或者穿孔管或配水槽，可以保证污水均匀地喷洒在充氧填料表面。
进一步地，
所述充氧填料为比表面积大的填料。
优选地，所述充氧填料为化学性质稳定、重量较轻的高分子材料(如玻璃钢、PVC等)，例如：用于水冷塔的填料。
充氧填料的型式有S波填料，斜交错填料，台阶式梯形斜波填料，差位式正弦波填料，点波填料，六角蜂窝填料，双向波填料，斜折波填料等，优选六角蜂窝填料。
进一步地，
所述充氧填料的倾斜安装在好氧池的上方，倾斜安装的角度为与水平方向呈5-70°。
优选地，
所述污水循环装置优选为流量大、扬程低、效率高的轴流泵、螺旋泵或气提装置。
优选地，
所述好氧池的池体为钢砼结构或者钢结构。
本发明还提供上述污水充氧系统的充氧方法，具体包括如下步骤：
S1、首先，利用好氧池内的污水循环装置将污水通过配水系统提升至好氧池上方的充氧填料，并将污水均匀分布在充氧填料上;
S2、然后污水顺着充氧填料的孔隙和表面，自上而下流动，在污水流动过程中，利用空气和污水的温度差以及充氧填料内外的空气密度差，污水与空气在其接触面上进行传质和传热，利用充氧填料给污水充氧的同时，通过跟空气的传热使污水的温度调节至适合微生物生长的温度;
S3、从充氧填料流出的充氧污水流至设置在充氧填料下方的回流装置，通过回流装置流回好氧池内，完成污水的充氧过程;
由于好氧池内设置隔板，所述隔板将好氧池分为循环区和充氧区，污水循环装置位于循环区内，回流装置伸入充氧区内，因此可以防止短流。
进一步地，
步骤S1中通过配水系统的阀门控制配水流量，同时利用配水系统的喷淋装置使污水均匀地喷洒在充氧填料表面。
进一步地，
步骤S1中，将充氧填料倾斜安装在好氧池的上方，倾斜安装的角度为与水平方向呈5-70°。
进一步地，
步骤S1中，污水循环装置选用流量大、扬程低、效率高的轴流泵、螺旋泵或气提装置。
优选地，
回流装置还可以选用气提装置、螺旋泵等形式，和普通离心泵相比较，都属于扬程小、效率高的设备，可以降低整个充氧系统的能耗。
优选地，
步骤S1中，所述充氧填料选用比表面积大的填料，所述充氧填料可以为化学性质稳定、重量较轻的高分子材料(如玻璃钢、PVC等)，例如：用于水冷塔的填料。
本发明的有益效果：
1、本发明解决了污水处理曝气能耗较高的问题，利用好氧池内的污水循环装置将水通过配水系统提升至充氧填料并均匀分布在充氧填料上，充氧填料位于好氧池的池体上方，利用填料比表面积大的特性来增加水中的溶解氧，经充氧填料后出来的充氧水通过回流装置流回好氧池内。
2、本发明中为防止短流，在好氧池内设置隔板。隔板将好氧池分为充氧区和循环区，循环区放置污水循环装置，回流装置的底部伸入充氧区内。
本发明中的配水系统包括配水管路与阀门。阀门用于控制配水流量，保证配水的均匀。所属配水系统还包括喷淋装置，使污水能均匀分布在充氧填料上。
3、本发明中的充氧系统，设备全部置于水面以上，出现问题后易于检修和维护。相比传统的鼓风曝气，其曝气系统的曝气管和曝气头等组件置于池内底部，由于曝气头工作环境比较恶劣，会时有发生污泥渗入造成曝气头堵塞的问题，也有可能因粘接不牢固，在曝气过程中脱落造成大量漏气曝气不均的问题。因此传统的鼓风曝气系统若出现上述各种问题后，维修工作均需在清空池体后才能进行，维修非常不方便。本发明很好地解决了这一问题。
4、本发明的污水充氧方式，能耗较低，采用的污水循环装置扬程较小，1.2米以下即能满足要求，所述污水循环装置优选为流量大、扬程低、效率高的轴流泵，泵的电机效率为70%以上，充氧填料的复氧效率50%以上，系统总效率在35%以上，是传统鼓风曝气(效率12%以内)的效率的2～3倍。
5、由于待处理污水温度和空气温度之间存在的温度差，一般在5℃以上。根据Halveron的研究成果，填料内外温差为5-10℃时，填料间空气流速可达0.25-0.55m/s。本发明中，水喷淋密度在15m3/m2·h左右，空气的交换量达900-2000m3/m2·h，气水比可达60-130倍。而普通的鼓风机曝气工艺，气水比介于5-20之间。本发明的气水比是传统鼓机曝气的3倍以上，气水比越大的话，水中溶解的氧越多，充氧越充分。
6、在本发明中，由于空气和水的温度差较大，填料内外空气的密度差相比较大，在空气对流作用下，填料孔隙的空气快速流过填料，水与空气在其接触面上进行传质和传热，提高传质效率。
7、本发明中选用比表面积大且表面不光滑的充氧填料，比表面积大和表面粗糙可以保证增加污水与空气传质面积和时间，使溶解氧在污水中充分扩散和接触。填料表面的粗糙结构可降低流速，增加接触时间。此外，在使用过程中，填料上一般会生长少量生物膜，生物膜的存在能增加水质净化速度和复氧速度。但是当生物膜的厚度过厚时，容易堵塞充氧填料的孔隙，因此，当生物膜厚度超过2mm时，需要对充氧填料进行大流量冲洗，以保证填料的良好通量。
8、本发明中的充氧填料倾斜安装在好氧池的上方，倾斜安装的角度以与水平方向呈5-70°为最佳。因为倾斜安装角度较小，水流速度较慢，充氧会更加充分，而倾斜安装角度较大趋于垂直时，水流速度较快，充氧较少，影响充氧效果。但是倾斜安装角度过小，容易造成污水中沉淀物的沉积，堵塞充氧填料的孔隙，因此将倾斜角度设置在5-70°较为合适，这种安装角度下，能使空气中的氧快速扩散到水中，而且也不容易造成充氧填料的堵塞。
9、此外，在本发明的充氧填料表面，当水向下流动时，水流会在充氧填料的表面呈现薄膜状态(水流面)，使得水流与空气的接触面积较大，停留时间较长;且通过充氧填料充氧后的出水(充氧水)通过回流装置进入好氧池底部时，在跌水过程中，可以夹带大量气泡进入池内，进一步增加溶解氧。且好氧池池体底部水压较大，能加大气泡的溶解速度，使氧气在污水中得到进一步溶解，同时水流对池内生物污泥有较强的扰动和搅拌作用，使得微生物的负荷更加均匀，也能同步提升好氧池的去除效率。
10、相比传统的污水处理充氧方式，本发明还具有的另一个优点就是，在增氧过程中可换热调温，控制污水池中的微生物处于适宜生长的温度(15-30℃之间)。
当本发明用于处理高温废水时，高温废水排入系统后，高温废水通过配水系统提升至好氧池的上方，通过喷淋作用，使污水在充氧填料上自上而下流动，在增氧的同时，还可以和空气进行良好的传热，起到给污水降温的作用。
而在气温较高的地区，本发明也适用于低温废水(7-10℃)的充氧和升温过程，同样当低温废水排入系统后，低温废水通过配水系统提升至好氧池的上方，通过喷淋作用，使污水在充氧填料上自上而下流动，在增氧的同时，还可以和空气进行良好的传热，起到给污水升温的作用，使污水的温度能在自然传质的过程中升温至微生物适宜生长的温度(15-30℃)。
因此这种自上而下的传质、传热的方式，能通过自然换热调温，在不消耗其他热能的前提下，可以将污水的温度控制在合适的温度，使污水处理池中的微生物在适合的温度下生长，从而提高污水处理池的处理能力。
综上所述，本发明是一种能耗低、充氧效果好、操作方便，便于维修，且能在增氧过程中换热调温的污水处理充氧系统。