申请日2010.08.30
公开(公告)日2011.09.14
IPC分类号C02F3/34; C02F3/30
摘要
一种城市污水间歇生物处理装置及其处理方法，属于水处理技术领域，本发明装置由格栅、沉砂池和多菌群反应池依次连接构成，其中多菌群反应池由池体、盖板、护板和曝气扩散装置构成，池体顶端的右侧装有盖板，盖板与池体左侧壁之间有间隙，并有向上的护板，沿池体长度方向在池体内的底部安装有曝气扩散装置。其处理方法是经过格栅和沉砂池对污水预处理，再进入多菌群反应池进行厌氧、缺氧及好氧同时处理。本发明处理污水效果好，基础建设投资和运行费用低。
权利要求书
1.一种城市污水间歇生物处理装置，包括格栅和沉砂池，其特征在于：沉砂池连接多菌群反应池，多菌群反应池由池体、盖板、护板和曝气扩散装置构成，池体是槽形体，其后端开有排水孔和排泥孔，池体左右宽度为4～6米，高度为4.5～6米，池体顶端的右侧装有盖板，形成池体的非自由液面，盖板与池体左侧壁之间有宽度为0.8～1.5米的间隙，为自由液面，自由液面周围有向上的护板，护板高度为1.0～1.5米，排水孔高度是池体高度的二分之一至四分之三，排泥孔在池体底部，沿池体长度方向在池体内的底部安装有曝气扩散装置，曝气扩散装置距池底0.1～0.5米，距右侧壁0.2～0.5米，曝气扩散装置的长度与池体长度相同。
2.根据权利要求1所述的处理装置，其特征在于：曝气扩散装置是管壁上有向下的均匀布孔的管体，管体的内直径为0.1～0.2米，孔的直径为3～9毫米，孔间距为10～50毫米。
3.根据权利要求1所述的城市污水间歇生物处理方法，由以下步骤完成：
(1)将城市污水通过格栅截留污水中大的悬浮物和漂浮物后进入沉砂池，去除污水中比重大的沙粒完成污水的一级处理，然后进入多菌群反应池;
(2)空气通过多菌群反应池的曝气扩散装置，被空气分割为小气泡进入反应池体，气泡首先上升到池体非自由液面顶部，受到盖板的阻挡，然后水平流动至反应池自由液面顶部溢出液面，有一部分小气泡在水流的作用下，没有溢出液面，而是随水流在混合液中滞留，在曝气的作用下，将反应池中心区域为厌氧区，向外为缺氧区，最外缘为好氧区，曝气量值为3～8米3空气/米3污水，曝气时间为4-7小时;
(3)停止曝气，使多菌群反应池处于静沉阶段，静沉时间为1-2小时，进行高效泥水分离;并在沉淀后排出反应池内1/3-1/2的水，再将多余污泥通过池底部排泥泵排出池外。
4.根据权利要求3所述的城市污水间歇生物处理方法，其特征在于：曝气量值为5～6米3空气/米3污水，曝气时间为5-6小时。
说明书
一种城市污水间歇生物处理装置及其处理方法
技术领域
本发明属于水处理技术领域，涉及一种城市污水处理装置，本发明还同时涉及利用这种处理装置对污水进行处理的方法。
背景技术
水污染与缺水是我国面临的严重环境问题之一。大量的污水直接排放不仅破坏生态，加剧水荒，还严重地危害着工农业的生产和人类的健康和安全。
目前，国内外的城市污水普遍采用的是去除有机物，并同时具有脱氮除磷的间歇式活性污泥法工艺，也称为SBR工艺。
所采用的装置主要由格栅、沉砂池、SBR反应池构成。格栅处理单元主要去除城市污水中较大的悬浮物和漂浮物，沉砂池处理单元主要去除污水中的无极砂粒，上述处理单元是通过物理原理去除污水中颗粒性物质，称之为城市污水的一级处理。SBR反应池为污水生物处理单元，主要去除污水中溶解的、微小悬浮的有机物、氮、磷三类污染物，称之为城市污水二级处理。
SBR操作运行模式分为五个阶段，进水、反应、沉淀、排放和待机。
1、进水工序
在污水进入之前，反应池处于前一周期的结束阶段，反应池内剩有高浓度的活性污泥混合液，从污水注入到注满这一阶段，反应池起到调节池的作用，因此，对于水质和水量变化有一定的适应性。这一阶段，如进水曝气可起到预曝气的作用，使污泥再生恢复活性;如果要起到脱氮或释放磷的作用，则应进行缓慢搅拌;亦可不进行曝气和其他操作，单纯注水。
2、反应工序
反应工序是SBR工艺的最主要工序，降解有机物、脱氮、除磷均在这一工序完成。当污水注满后，首先开始进行曝气和搅拌，为SBR缺氧反应阶段，主要进行的是反硝化菌的反硝化代谢反应，有机物降解菌群和除磷菌群的代谢反应均受到抑制;首先开始进行SBR厌氧反应阶段，主要进行代谢反应的是聚磷菌的释磷代谢反应，而降解有机物菌群、脱氮菌群的代谢反应均受到抑制;在曝气一段时间后为SBR好氧反应阶段，主要进行的是有机物降解菌群的代谢反应、硝化菌群的硝化反应、聚磷菌的吸磷代谢反应，反硝化菌群的代谢反应受到抑制，因此，在该池内存在硝酸盐氮的积累。根据不同时段处理不同的物质，进而需要不同的处理办法，如BOD去除、硝化、磷的吸收，应进行曝气;释放磷或反硝化应进行缓慢搅拌。根据需要达到的处理程度决定反应时间。
3、沉淀工序
沉淀工序相当于二沉池的作用，停止曝气和搅拌，使混合液处于静止状态，完成泥水分离。由于是静止状态下沉淀，沉淀效果良好。
4、排放工序
经过沉淀后产生上清液，作为处理水排放，一直排放到最低水位。底部剩余的活性污泥作为回流污泥供下一周期使用。
5、待机工序
在处理水排放后，反应器处于停滞状态，等待下一个操作周期的开始。该工序也称闲置工序，待机时间根据实际情况确定。
城市污水生物处理单元的主要构筑物构造特点，即SBR反应池构造特点，反应池的结构形式均为长方形，反应池内混合液液面为自由液面(敞开式)，SBR反应池与前后构筑物通过管道连接。在SBR反应池内设有曝气装置、机械搅拌设备、上清液排水装置(滗水器)、在池底有排泥装置等。SBR工艺流程简单，一般不需要设调节池，可省去初沉池，无二沉池和污泥回流系统，基建费用低，维护管理方便。
城市污水生物处理单元的污染物去除的菌种是由降解有机物、脱氮、除磷三类功能菌群构成的。降解有机物的菌群为好氧异养菌群，脱氮菌群为好氧自养硝化菌和缺氧反硝化菌，除磷菌群为聚磷菌群。
有机物降解及有机物降解功能菌群的生化反应环境：对于大分子有机物降解在厌氧(即SBR厌氧阶段)和缺氧(即SBR缺氧阶段)环境下，可被一些兼性菌群水解为小分子有机物，在好氧环境下(即SBR好氧阶段)被降解二氧化碳和水等简单的无机物和合成为细菌的细胞(即剩余活性污泥)，有机物的降解主要发生在好氧环境及SBR好氧反应阶段。
氮的去除及脱氮菌群的生化反应环境：氮的去除是由自养型硝化和异养型反硝化两类菌群生化反应完成的，硝化菌群在好氧环境下，即在SBR好氧反应阶段内先后被亚硝化菌和硝化菌将氨氮转化为亚硝酸盐氮、硝酸盐氮;然后再在反硝化菌在缺氧环境下，即SBR缺氧阶段被反硝化菌先后转化亚硝酸氮、氮气，最终达到脱氮的目的。由于脱氮过程是先硝化后反硝化、反硝化菌属于异养均，因此SBR工艺上先是缺氧阶段，然后是好氧阶段。
磷的去除和除磷菌群的生化反应环境：除磷菌群是一类在厌氧环境下释磷，在好氧环境下过量吸磷的菌群，又称聚磷菌。除磷过程是在厌氧环境下，即SBR厌氧阶段内释磷，然后在好氧环境下，即在SBR好氧阶段内过量的吸收磷，最终以富磷污泥的形式排出系统而达到除磷的目的。
SBR厌氧、缺氧、好氧阶段内各功能菌群的代谢特点：在SBR厌氧阶段，主要进行代谢反应的是聚磷菌的释磷代谢反应，而降解有机物菌群、脱氮菌群的代谢反应均受到抑制;在SBR缺氧阶段，主要进行的是反硝化菌的反硝化代谢反应，有机物降解菌群和除磷菌群的代谢反应均受到抑制;在SBR好氧阶段，主要进行的是有机物降解菌群的代谢反应、硝化菌群的硝化反应、聚磷菌的吸磷代谢反应，反硝化菌群的代谢反应受到抑制，因此，在该池内存在硝酸盐氮的积累。由于各种功能菌群对代谢环境的要求不同，在时间存在着代谢反应的不连续，限制了生化反应效率的提高。
间歇性活性污泥法污水处理工艺的核心处理为SBR反应单元，SBR厌氧反应阶段和SBR缺氧反映阶段都需要搅拌机进行污水的混合，消耗大量的动能，其好氧反应阶段需要大量曝气，强化溶进大量的氧气，供好氧微生物降解污水中的有机物，也消耗大量的电能。为了去除大部分有机物质，必须经过长时间搅拌和曝气，从而导致整体电能增加，基础建设投资和运行费用的增大。
在传统城市污水处理工艺中，产生污泥量约占总处理污水量体积的0.3%-0.5%。传统的污泥处理工艺处理费用昂贵，约占污水处理厂总运行费用的20%-50%，投资占污水处理厂总投资的30%-40%。剩余污泥中可以被转化的有机物只是一些能被溶解的有机物，只占生物污泥总量的20%-30%。由于剩余污泥中的有机物得不到良好的去除，剩余污泥的二次污染机会相当大。另外，由于剩余污泥含水量大，处理成本高。在全国现有污水处理设施中有污泥稳定处理设置的还不到25%，处理工艺和配套设备较为完善的不到10%。在我国目前仅有的十几座污泥消化池中，能够正常运行的为数不多，有些消化池根本就没有运行。某些地方的污水虽然得到了有效治理，但污泥却没有得到妥善处理和处置，造成了二次污染。污泥的处理已经成为了制约污水处理厂良好运行的关键。
发明内容
本发明针对城市污水处理的生物处理单元，提出一种在曝气的作用下实现缺氧、厌氧、好氧环境共存，有机物降解、脱氮、除磷同时进行的城市污水间歇生物处理装置。
本发明同时还提出了利用这种装置对城市污水进行处理的方法。
本发明装置由格栅、沉砂池、多菌群反应池构成，格栅、沉砂池、多菌群反应池依次连接，其中格栅、沉砂池与现有工艺中的设计及运行方法一致。
多菌群反应池由池体、盖板、护板和曝气扩散装置构成，池体是槽形体，其后端开有排水孔和排泥孔，池体左右宽度为4～6米，高度为4.5～6米，池体顶端的右侧装有盖板，形成池体的非自由液面，盖板与池体左侧壁之间有宽度为0.8～1.5米的间隙，为自由液面，自由液面周围有向上的护板，护板高度为1.0～1.5米，形成废气收集廊道，废气可从沿池长的某处由排气管引出，排水孔高度是池体高度的二分之一至四分之三，排泥孔在池体底部，沿池体长度方向在池体内的底部安装有曝气扩散装置，曝气扩散装置距池底0.1～0.5米，距右侧壁0.2～0.5米，曝气扩散装置的长度与池体长度相同
曝气扩散装置是管壁上有向下的均匀布孔的管体，管体的内直径为0.1～0.2米，孔的直径为3～9毫米，孔间距为10～50毫米。
处理方法由以下步骤完成：
1、将城市污水通过格栅截留污水中大的悬浮物和漂浮物后进入沉砂池，去除污水中比重大的沙粒完成污水的一级处理，然后进入多菌群反应池。
2、空气通过多菌群反应池的曝气扩散装置，被空气分割为小气泡进入反应池体，气泡首先上升到池体非自由液面顶部，受到盖板的阻挡，然后水平流动至反应池自由液面顶部溢出液面，有一部分小气泡在水流的作用下，没有溢出液面，而是随水流在混合液中滞留，在曝气的作用下，反应池中心区域为厌氧区，向外为缺氧区，最外缘为好氧区，厌氧区、缺氧区、好氧区的范围变化随曝气量而变化，曝气量增大时，好氧区范围增大，缺氧区、厌氧区的范围依次减小，反之，曝气量减小时，好氧区范围减小，缺氧区、厌氧区的范围依次增大，再试运行阶段根据水质情况通过调整曝气量获得最佳运行参数，曝气量值为3～8米3空气/米3污水，曝气时间为4-7小时。
3、停止曝气，使多菌群反应池处于静沉阶段，静沉时间为1-2小时，进行高效泥水分离;并在沉淀后排出反应池内1/3-1/2的水，再将多余污泥通过池底部排泥泵排出池外。
其中曝气量优选值为5～6米3空气/米3污水，曝气时间为5-6小时。
多种功能菌群连续代谢的城市污水处理工艺，因生化反应池的特殊结构形式及生化反应特点，因此具有以下优点：
(1)池体顶部大部分处于非自由液面，无超高，池体有效容积增大。多菌群反应池具有三个处理区域：好氧区、缺氧区和厌氧区(如图3)。三个区域在同一个反应池内，对污水进行三个不同阶段的处理，城市污水通过多菌群反应池底部曝气在反应池内形成水流循环，通过不同的区域进行不同的阶段处理，有机物可以通过缺氧区和厌氧区转化成为小分子物质或被厌氧微生物所里要哪个，明显改善城市污水的生物降解性，大大提供了反应池的效率，也大大减少反应池的数量，减少反应池占地面积，而且也减少厌氧区和缺氧区的电能消耗，依靠反应池内水流流动进行搅拌，减少基础建设投资和运行费用;
(2)城市污水在多菌群反应池内要通过三个区域，进而行程变长，加大处理的时间，处理效果更好;
(3)当曝气的气泡达到反应池顶部，由于出气廊道在另一面，会在反应池的顶部进行前进，进而达到出气廊道，这样就使得气泡在污水中滞留时间变长，使得好氧微生物得到更多的氧量，加大氧的利用率，使好氧菌加大消化有机物的效果;
(4)减少亚硝化的时间，普通的活性污泥法亚硝化为：NH4+-NO2--NO3--NO2--N2;多菌群反应池亚硝化为：NH4+-NO2--N2;减少传统活性污泥法的硝化液回流，使得亚硝化时间缩短，并且在一个反应池内完成亚硝化过程，减少动能和基础投资建设。
本发明可以有效的去除城市污水中的有机物、氮和磷，其出水水质要远远优于传统的城市污水处理方法。这些水可以作为多种水源，如冷却、绿化、景观用水等，甚至可以通过进一步深度处理，可以作为饮用水的补充水源。这样，城市污水不但不会再污染环境，反而会解决我国日益严重的水资源短缺问题，有效地为城市提供二次水源。