申请日2013.08.18
公开(公告)日2013.11.20
IPC分类号C02F9/14
摘要
Z型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，其矩形池体包含格栅沉砂预处理区、缺氧区、曝气区、澄清回流区、斜管/板沉淀区和接触消毒渠等。池体内除常规水处理设备外，还设有水平条缝式气水分离器、Z形隔墙和水平满铺安装的面式气提微动力回流器，以及L型水力混合起旋器。其优点在于：本发明结构简便紧凑，同一池中完成脱氮除磷、两级沉淀和消毒处理，与常规工艺采用多个独立小池体相比，本发明具有投资省占地小、药耗少排泥少、能耗低成本低、水质稳定可控、运行管理简便等诸多优点，特别适应于1万吨/日及以下规模污水脱氮除磷一体化处理。
权利要求书
1.Z型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，包括矩形池体⑴，池体⑴内划分为缺氧区⑷、曝气区⑺、澄清回流区⑽、斜管/板沉淀区⒄和接触消毒渠(23)，其特征在于：在曝气区⑺和澄清回流区⑽之间的垂直隔墙中部下方位置设置有水平条缝式气水分离器⑼;在澄清回流区⑽和斜管/板沉淀区⒄之间设置有Z形隔墙⑾;在澄清回流区⑽内中部上方位置设置有水平满铺安装的面式气提微动力回流器⒀;在斜管/板沉淀区⒄下层设置有L型水力混合起旋器⒃。
2.如权利要求1所述的Z型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，其特征在于：所述水平条缝式气水分离器⑼，包括上升导流斜板(901)、竖向稳流板(902)、水平固定底板(903)、斜向导流沉泥板(904)和加强肋板(905)，所述水平固定底板(903)和上升导流斜板(901)的底部相连，上升导流斜板(901)顶部和竖向稳流板(902)底部相连;斜向导流沉泥板(904)一端和上升导流斜板(901)相连，另一端和水平固定底板(903)相连。
3.如权利要求1所述的Z型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，其特征在于：所述面式气提微动力回流器⒀，包括进气管(1301)、端头封闭的吸泥管(1302)、四周密闭箱体(1303)、空气喷头(1304)、立管弯头(1305)、回流斜管(1306)、回流穿墙管(1307)和池外压缩空气控制装置(1308);所述端头封闭的吸泥管(1302)呈纵横联通设置，各端头封闭的吸泥管(1302)位于同一水平面，各端头封闭的吸泥管(1302)上均匀分布多个进泥小孔(1309);在端头封闭的吸泥管(1302)的整体中部位置设有四周密闭箱体(1303)，四周密闭箱体(1303)内设单个或多个与进气管(1301)相连通的空气喷头(1304)，四周密闭箱体(1303)顶部和立管弯头(1305)的一端相连;所述立管弯头(1305)的另一端依次连有回流斜管(1306)和回流穿墙管(1307)，所述回流穿墙管(1307)的出口管底略低于水面或与水面持平;所述池外压缩空气控制装置(1308)和进气管(1301)相连通。
4.如权利要求1所述的Z型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，其特征在于：所述L型水力混合起旋器⒃，包括进水口立管(1601)、分水箱(1602)和附壁斜管(1604)，所述进水口立管(1601)进水经分水箱(1602)分流后分别和两附壁斜管(1604)相连，两附壁斜管(1604)分别和带有异径喷嘴(1607)的两L形弯管(1606)相连通，所述两L形弯管(1606)呈非对称布置。
说明书
Z型气提回流两级沉淀一体化污水处理池
技术领域
本发明涉及一种一体化污水处理池，特别是同时利用气提原理和两级沉淀原理，利用Z形隔墙上下两侧空间互补的巧妙构造，实现高效率的脱氮除磷功能和一体化紧凑设计的污水处理池。
背景技术
常规的污水处理方法是以生化法为主，即活性污泥法和生物膜法两大类，其中活性污泥法是目前世界各国应用最广泛的一种二级生物处理工艺。早先活性污泥法工艺主要是去除有机污染物，目前已全面进入到既要去除有机污染物，又要脱氮除磷的工艺阶段。活性污泥法脱氮除磷工艺原理都基本类似，但表现形式有多种，目前较常用的有A/A/O工艺、UCT工艺、改良型卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟工艺、AB法工艺、SBR工艺、CAST工艺、Unitank工艺、MBR工艺、MSBR工艺等。常规活性污泥法工艺大多先要经过预处理或/和初次沉淀池沉淀的一级处理，然后进入曝气池进行二级生化处理，之后进入二次沉淀池进行泥水分离，清水消毒排放，沉淀污泥则通过回流泵回到曝气池中再利用，少部分污泥作为剩余污泥进行浓缩脱水处置。上述已经很复杂的常规工艺，还要加上脱氮除磷功能，因而总体工艺变得异常复杂，流程更长，处理构筑物更多。对于大规模污水处理来说，尚可接受;对于中小规模来说，照搬上述做法就极为勉强，因此，必须寻找到适合中小规模的活性污泥法脱氮除磷新工艺方法。
针对中小规模污水处理，发明专利《双面导流式生物法污水处理技术及其污水处理设备》(公开号CN 1223972A，公开日1999.7.28)，其设备由缓冲槽、曝气池、沉降池等组成，该设备为较深的锥斗形，宽度比例不足，受结构形状和锥底坡度所限，不仅不能放大到100～10000吨/日的常用小规模，而且只能去除有机污染物和氨氮，该设备的运行原理决定了其不能脱氮(总氮)更无法除磷，出水水质氮磷指标不符合我国现行的国家排放标准，因而不是污水脱氮除磷装备。
发明专利申请《一种污水生化处理一体化装置、系统及工艺方法》(公开号CN 102923908A，公开日2013.2.13)，基本能适应1500吨/日及以下规模的小型污水脱氮除磷需要，但该装置难以继续放大，且脱氮除磷效果需要进一步提高。主要原因是该装置继续放大后，斜向导流隔板将会进一步向上斜向延长，致使更加远处的污泥缺乏水平方向的动力难以到达垂直气提回流组件附近来，会出现污泥回流不及时带来的污泥失去活性上浮、厌氧产气上浮或死亡腐化上浮等问题，继而严重影响出水水质;同时，该装置因体积小使得垂直气提回流组件一侧全部为曝气生化区，没有可以利用污水自身碳源的前置缺氧反硝化区，只能依靠颗粒污泥内部缺氧反硝化和垂直气提回流组件另一侧后置的缺乏碳源的缺氧反硝化，因而脱氮效果还有进一步提升的空间;另外，沉淀组件下方的药剂絮凝反应不充分不均匀，使得药剂用量较多，规模放大后配水效果变差，因而除磷效果和其它残余污染物去除效果还有进一步提升的空间。
发明内容
本发明的目的在于提出一种简便高效的、能够满足脱氮除磷要求和其它各项水质指标稳定达标的一体化污水处理池，以便广泛应用于1万吨/日及以下规模污水的脱氮除磷一体化处理。
本发明Z型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，包括矩形池体1，池体1内划分为缺氧区4、曝气区7、澄清回流区10、斜管/板沉淀区17和接触消毒渠23，在曝气区7和澄清回流区10之间的垂直隔墙中部下方位置设置有水平条缝式气水分离器9;在澄清回流区10和斜管/板沉淀区17之间设置有Z形隔墙11;在澄清回流区10内中部上方位置设置有水平满铺安装的面式气提微动力回流器13;在斜管/板沉淀区17下层设置有L型水力混合起旋器16。
所述水平条缝式气水分离器9为水平设置，运行时只允许泥水混合物从垂直隔墙孔洞通过。该气水分离器9是利用气泡上升流速高于水流下向流速而实现气泡逃逸的简便分离装置，由几块相互连接的板组成。具体包括上升导流斜板、竖向稳流板、水平固定底板、斜向导流沉泥板和加强肋板，所述水平固定底板通过固定组件固定在隔墙孔洞下表面上，水平固定底板和上升导流斜板的底部相连，上升导流斜板顶部和竖向稳流板底部相连;斜向导流沉泥板一端和上升导流斜板相连，另一端和水平固定底板相连;加强肋板一端和竖向稳流板相连，另一端和水平固定底板相连。所述上升导流斜板朝曝气池内倾斜，上升导流斜板与水平面的夹角为50°～60°。所述竖向稳流板顶端高于隔墙孔洞上口，竖向稳流板与水平面的夹角为75°～90°。所述斜向导流沉泥板与水平面的夹角不小于40°。
所述面式气提微动力回流器13是一种利用气提原理提升污泥的装置，由污水处理厂曝气鼓风机提供气源，经该气提装置的气提作用将澄清回流区10内处于悬浮状态的污泥全面均衡地回流到曝气区7。具体包括进气管、端头封闭的吸泥管、四周密闭箱体、空气喷头、立管弯头、回流斜管、回流穿墙管和池外压缩空气控制装置;所述端头封闭的吸泥管呈纵横联通设置，各端头封闭的吸泥管位于同一水平面，各端头封闭的吸泥管上均匀分布多个进泥小孔;在端头封闭的吸泥管的整体中部位置设有四周密闭箱体，四周密闭箱体内设单个或多个与进气管相连通的空气喷头，四周密闭箱体顶部和立管弯头的一端相连;所述立管弯头的另一端依次连有回流斜管和回流穿墙管，所述回流穿墙管的出口管底略低于水面或与水面持平;所述池外压缩空气控制装置和进气管相连通。所述端头封闭的吸泥管任意处管道截面面积，大于该截面所服务的进泥小孔面积之和。所述端头封闭的吸泥管的水平淹没深度小于所在池深的二分之一。
所述L型水力混合起旋器16的喷口为水平方向，喷口位于斜管/板沉淀区17下方悬浮污泥层的中部或下部。L型水力混合起旋器16是利用喷淋水力混合作用、内部穿孔板水力混合作用、内部管式静态混合作用和最后的喷嘴喷射水力混合，达到水和药剂快速充分混合的目的和悬浮污泥层18缓慢旋转从而实现接触絮凝的功能。具体包括进水口立管、分水箱和附壁斜管，所述进水口立管经分水箱分流后分别依次与两边的水平管段和附壁斜管相连，附壁斜管又和带有异径喷嘴的L形弯管相连通，所述两个L形弯管呈非对称布置。所述分水箱内设双层穿孔板，双层穿孔板的孔口错开设置。所述附壁斜管内设1～3级螺旋固定叶片，每级由1～3片相互搭接且空间垂直的固定叶片组成，使水流发生螺旋前进;相邻级螺旋固定叶片之间保持一定距离。所述两L形弯管末端的异径喷嘴位于同一个水平面上并相隔一定距离，两异径喷嘴的喷出方向呈90°垂直。
本发明Z型气提回流两级沉淀一体化污水处理池的工作过程是这样的：通常来讲，污水在进入本一体化池之前，已经经过了粗格栅拦渣和污水提升泵提升。污水首先依次进入池体1前端的较细格栅2和沉砂渠3，在去除细渣和可沉颗粒砂粒后进入前置缺氧区4进行生化处理。在缺氧区4下层安装有搅拌器5，既防止污泥沉积，又使得硝化液、活性污泥和污水三者充分混合，缺氧区4内反硝化菌利用污水中碳源完成快速高效脱氮反应，硝化液则来自后续的曝气区7。污水在总体推流作用下然后进入到曝气区7进行好氧生化处理，在活性污泥微生物作用下完成有机污染物降解、氨化硝化和生物除磷。硝化反应产物硝化液在气泡上升流的气提作用下，又从上层水面自动回流到缺氧区4进行反硝化脱氮反应，最终生成氮气(N2)溢出到大气，如此反复循环，实现污水的充分脱氮、污染物降解和生物除磷的目的。随后，泥水气三相混合物经过水平条缝式气水分离器9后，只有泥水混合液进入澄清回流区10进行泥、水自然分离。上层澄清液经一级集水槽12溢出;中层澄清活性污泥经水平安装的面式气提微动力回流器13回流至曝气区7和缺氧区4，又是如此反复循环获得高浓度颗粒活性污泥;底层活性较差污泥则通过剩余污泥管14排出，实现生物除磷富磷污泥从系统中排除的目的。经过第一级自然澄清处理的澄清液进入第二级的斜管/板沉淀区17，通过药剂喷淋装置15加药进行化学除磷和协同混凝沉淀处理。在L型水力混合起旋器16的水力作用下，悬浮污泥层18缓慢旋转继而发生充分的接触絮凝反应而沉淀，剩下的细小颗粒污染物将在中间层的斜管/板沉淀组件19中进一步沉淀去除，沉淀后的清水从二级集水槽20溢出，经消毒剂投加管24投加消毒剂，并在接触消毒渠23中与消毒剂持续接触半小时灭菌后，最后经出水明渠流量计25在线监测和计量后排出。
本发明Z型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，具有如下五条显著技术优势：
一是功能分区明确：一体化池内6个主要功能区分工明确——预处理区、缺氧区、曝气区、澄清回流区、沉淀区、消毒区。预处理区为格栅和沉砂，防止后续设施设备堵塞磨损;前置的缺氧区实现反硝化脱氮且不需要外加碳源;好氧曝气区是最重要的主体，完成氨化硝化、污染物降解和部分生物除磷;澄清回流区实现第一级的泥水自然分离，上层澄清液进入下道工序，中层澄清污泥气提回流到曝气区和缺氧区实现高浓度颗粒活性污泥工况，底层污泥作为剩余污泥排放和一部分回流到进水提升泵房;第二级的斜管/板沉淀区在加药混凝作用下，起到化学除磷和其它各项水质指标协同达标的最后把关作用，若采用复合硅藻土药剂则沉淀污泥可全部回流到进水提升泵房前池再利用到生化处理池中;末端消毒渠和计量明渠是一体化池的组成部分，避免单独建设而占地更多投资更大。6大功能区融于本发明的1个一体化池中，显著节约了用地，节省了工程造价，方便了运行管理。
二是水平安装的面式气提微动力回流器全面优于污泥回流泵：①面式气提微动力回流器吸泥管水平间隔满铺安装于澄清回流区中部上方位置，无盲区无死角，回流均衡，回流路线短，回流污泥浓度高，回流量可通过供气量直观调控;②气提回流能耗低，属于微动力回流，据有关实验数据显示，气提回流能耗比电动回流泵节能65%(注：在气提淹没深度2.4m，气提提升高度0.6m时，要达到0.38m3/min的气提流量，离心泵需要1.60kW，气提装置折算的鼓风机耗功仅0.56kW);③气提回流属于温和回流，无叶轮高速运动，活性污泥絮体结构不会被击碎，污泥经多次回流循环后，絮体颗粒反复碰撞而强度又不至于颗粒破裂，最终形成密实的好氧颗粒污泥，高浓度的颗粒活性污泥在生化反应区内实现同步硝化反硝化，大幅度提高了脱氮效率;④面式气提微动力回流器在池内无电机或机械活动部件，不易损坏，稳定可靠。
三是澄清回流区的泥水分离不耗能，无需加药，效率高：澄清区不同于水力循环澄清池，本发明无需提供水力喷射，仅用独创的Z形隔墙结构并借助重力作用即可实现泥水分离，其原理是泥水混合液在自下而上的行进过程中，变截面水体上升流速逐渐减缓，在某个高度位置水流上升速度和颗粒污泥下沉速度达到平衡，该高度位置将自动形成活性污泥悬浮层，利用活性泥渣层的过滤和网捕拦截作用，达到很好的泥水分离效果。因此，澄清前混合液悬浮物(MLSS)浓度为3000～9000 mg/L或以上，澄清后澄清液悬浮物(SS)浓度则下降至100 mg/L以下甚至20mg/L，澄清效率在97%以上。
四是加药量小带来一系列优点：①由于只需对悬浮物(SS)浓度在100 mg/L以下的澄清液进行加药，因而药剂投加量小，药耗成本低，完全不同于一般二级生化工艺在生化池中或二沉池入口处对3000～4500mg/L左右的混合液进行加药，浓度高就加药量大，成本高;②因气提回流的活性污泥根本就没有加药，就不存在药剂对生化池活性污泥的抑制影响问题;③所产生的化学污泥量小，因而不增加后续污泥处理难度，原因是化学污泥含水率高，较难处理;本发明药剂污泥即使全部回流到生化处理系统，因总量小加上及时排放剩余污泥也基本不影响生物活性;④本发明可将复合硅藻土药剂化学絮凝沉淀污泥全部回用到生化反应系统，将药剂污泥中吸收的残余污染物经生化反应去除，化学除磷沉淀物与生物除磷富磷菌体污泥一起，最后通过澄清回流区底层以剩余污泥形式排出系统，因而污泥的含水率得以显著降低，解除了单独的化学污泥浓缩脱水之忧。
五是无需专门单独设置需要额外占地且复杂的混凝工段。本发明在斜管/板沉淀区下层设置了L型水力混合起旋器，利用药剂喷淋装置和水力作用混合药剂，并在水力作用下使得悬浮污泥层缓慢旋转并螺旋上升，继而发生充分的接触絮凝反应而沉淀，剩下的细小颗粒污染物将在中间层的斜管/板中进一步沉淀去除，从而实现总磷(TP)和其它各项水质指标如悬浮物(SS)、五日生化需氧量(BOD5)、化学需氧量(COD)等稳定达标的目的。L型水力混合起旋器简单、实用、效果好，利用接触絮凝原理降低了药耗，减少了化学泥量。同时，两级沉淀区内L型水力混合起旋器及全部排泥装置，在水下均无机械活动部件，无电机传动，池内无排泥泵或刮泥机等装置，不仅高效节能，而且无维修量，使用成本低，操作管理简化，而且工程投资低。
本发明Z型气提回流两级沉淀一体化污水处理池的优点是：
第一是脱氮效率高：在气提作用下，污水和活性污泥在缺氧/好氧环境下反复循环处理，而活性污泥又在澄清区/生化区多次气提回流循环，最终形成粒径大、密度高的好氧颗粒污泥，污水在宏观缺氧和微观缺氧两种缺氧状态下，利用颗粒污泥中硝化菌和反硝化菌，实现高效率的好氧硝化反应和高速率缺氧反硝化脱氮反应，脱氮流程短，动力消耗少，氨氮(NH3-N)和总氮(TN)的脱氮效果好，特别是出水总氮(TN)比其他工艺更易于达标;
第二是除磷彻底：在A/O生物除磷的基础上辅以化学除磷。聚磷菌(PAB)微生物在曝气区供氧作用下过量地摄取超过其生理需要的磷，同时污染物得到好氧降解，产生的富磷污泥以剩余污泥形式排出系统实现除磷。当污水磷浓度较高超过生物除磷限度时，即以化学沉淀法进行化学除磷后处理，经过对本一体化池低浓度澄清液进行加药，通过L型水力混合起旋器产生的缓慢旋流进行接触絮凝和斜管/板沉淀，总磷(TP)和其它残余污染物如五日生化需氧量(BOD5)、化学需氧量(COD)、悬浮物(SS)等指标都将全部稳定达标。两级沉淀法是本发明的辅助手段和最后的保障手段。
第三是工程技术经济效益显著：本发明利用Z形构造和气提原理将污水处理六大功能区巧妙融于一体，明显提高了1万吨/日及以下规模污水脱氮除磷的技术经济效益，不再需要“麻雀虽小五脏俱全”地分散建设众多小体积的水池构筑物，不仅明显节省了投资，节约了用地，而且方便了运行管理。
上述各项优势充分表明，本发明Z型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，明显缩短了污水处理脱氮除磷工艺流程，与常规A/A/O工艺或改良型卡鲁塞尔(Carrousel)氧化沟等工艺相比，不仅脱氮除磷效率高，水质稳定达标有保障，而且结构简便紧凑、占地小投资省、药耗少排泥少、能耗低成本低、操作管理简单，适合在我国广大乡镇污水处理中和新型城镇化建设中广泛应用。