申请日20200518
公开(公告)日20200728
IPC分类号C02F9/14; C02F101/30; C02F101/16
摘要
本发明公开了一种闭式污水生化处理装置，包括封闭的罐体;其内设置内环，内环的下侧设置导流伞;内环的底部与导流伞之间具有间隙，导流伞与罐体的内壁之间具有间隙;导流伞的上侧区域内，在内环内侧、内环外侧与封闭罐体之间分别形成好氧区、缺氧厌氧区，导流伞的下侧区域形成沉淀区;好氧区内设置深水浅曝单元，还设置污泥回流单元;沉淀区内设置水力旋流单元，其与罐体底部的排泥口配合将污泥排出;罐体上的污水进水口连通至好氧区和/或缺氧区;导流伞的顶端与净化水出水口连通，用于澄清处理水。本发明还提供了相应的闭式污水生化处理工艺。该装置及工艺环保安全，实现缺氧、厌氧、好氧的全生化流程循环，可提高生化效率、提高污水处理效果。
权利要求书
1.一种闭式污水生化处理装置，其特征在于：
包括封闭的罐体;所述罐体内设置内环，所述内环的下侧设置导流伞;所述内环的底部与导流伞之间在竖直方向上具有间隙，所述导流伞与罐体的内壁之间在水平方向上具有间隙;
所述导流伞的上侧区域内，在内环内侧、内环外侧与封闭罐体之间形成两个分区，分别为好氧区、缺氧厌氧区，所述导流伞的下侧区域形成沉淀区;所述缺氧厌氧区包括上部的缺氧区及下部的厌氧区，所述缺氧区的水在重力作用下流向所述厌氧区;
所述好氧区内设置深水浅曝单元，所述深水浅曝单元与厌氧区连通，且与罐体外的气源连通，用于形成压差使厌氧区的污水回流至好氧区;
所述好氧区内还设置污泥回流单元，所述污泥回流单元与沉淀区连通，且与罐体外的气源连通，用于抽取沉淀区的污泥回流至好氧区并曝气活化污泥;
所述沉淀区内设置水力旋流单元，所述水力旋流单元与罐体底部的排泥口配合将污泥排出;
所述罐体上设有污水进水口、净化水出水口，所述污水进水口连通至好氧区和/或缺氧区;所述导流伞的顶端与净化水出水口连通，用于排出位于导流伞伞面以下、水力旋流单元以上的澄清处理水。
2.根据权利要求1所述的闭式污水生化处理装置，其特征在于：
所述深水浅曝单元包括在好氧区内一体连接的曝气提升管、强力管道曝气管，所述曝气提升管沿竖直方向设于导流伞的上侧且与厌氧区连通，所述强力管道曝气管在水平面内与罐体外的气源连接，通过对好氧区曝气形成的压差作用下使污水在缺氧区、厌氧区和好氧区之间循环。
3.根据权利要求1所述的闭式污水生化处理装置，其特征在于：
所述污泥回流单元包括一体设置的曝气提升管及强力管道曝气管，所述曝气提升管的一端位于沉淀区内、另一端位于好氧区内，所述强力管道曝气管与罐体外的气源连接，通过对好氧区曝气在压差作用下使沉淀区的污泥回流至好氧区。
4.根据权利要求1所述的闭式污水生化处理装置，其特征在于：
所述水力旋流单元包括设在罐体外部的推流泵，靠近罐体底部内壁设置的吸水环管以及靠近罐体底部中间设置的喷水环管;所述吸水环管与推流泵的入口端连接，所述喷水环管与推流泵的出口端连接;所述吸水环管、喷水环管上分别布设管嘴，用于形成环向水流;
所述排泥口设于罐体底部的中心处，与环向水流的中心相对。
5.根据权利要求4所述的闭式污水生化处理装置，其特征在于：
所述吸水环管、喷水环管上的喷嘴倾角相同;
和/或;
所述罐体的底部设为倒锥形，所述排泥口设于锥底。
6.根据权利要求1所述的闭式污水生化处理装置，其特征在于：
所述导流伞下侧的伞面内设置催化剂床层，所述催化剂床层的下侧还设置臭氧进气管，用于在导流伞下侧的伞面内形成臭氧催化氧化反应区。
7.根据权利要求6所述的闭式污水生化处理装置，其特征在于：
所说导流伞的顶部内置生物炭净化单元，所述生物炭净化单元与导流伞的顶部连通，用于对臭氧催化氧化处理后的污水进一步处理;
且所述净化水出水口与所述生物炭净化单元的出口连通。
8.根据权利要求1所述的闭式污水生化处理装置，其特征在于：
所说好氧区、缺氧区及厌氧区均设置固定或浮动式的填料或催化剂;和/或，
所述罐体的顶部设置排气口。
9.一种闭式污水生化处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：
将原污水引入封闭罐体内位于导流伞上侧的缺氧区或好氧区，在深水浅曝单元的曝气作用下，好氧区水中空气含量增加，密度降低，在好氧区、缺氧区、厌氧区之间造成压差，使污水形成立体循环流动，缺氧区的缺氧污水流入厌氧区、厌氧区污水回流进入好氧区进行曝气，以对污水进行缺氧-厌氧-好氧的生化处理;
经缺氧-厌氧-好氧生化处理后的污水在重力作用下沉降，进入封闭罐体内位于导流伞下侧的沉淀区对进行沉淀澄清，在导流伞顶端得到的澄清净化水从净化水出水口排出;污水中的含固部分则沉积于沉淀区的下部形成污泥，一部分污泥通过污泥回流单元抽取部分沉淀区的污泥回流到好氧区，充分溶入空气，使污泥活化，对好氧区污水进行好氧生化处理;另一部分污泥在水力旋流单元形成的环向水流作用下，推动污泥向心移动，使污泥从罐体底部中心的排泥口排出。
10.根据权利要求9所述的闭式污水生化处理工艺，其特征在于，生化处理的含固污水在重力作用下沉降，进入沉淀区后：
澄清水聚集在沉淀区上部的导流伞伞面下，臭氧进入罐内导流伞下设置的催化剂床层，在水力旋流单元的旋流推动下，在伞下缓慢扩散移动，与澄清水充分接触，进行臭氧催化氧化处理;
在导流伞顶部内置生物炭净化单元，经臭氧催化氧化后产生少量开环断链小分子有机污染物及臭氧氧化尾气在密闭条件下进入生物炭净化单元，进一步深度净化处理;净化水由生物炭净化单元流出至净化水出水口。
说明书
一种闭式污水生化处理装置及工艺
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，涉及一种闭式污水生化处理装置及工艺。
背景技术
好氧生化处理是污水处理的基本方法：通常是在生化池中引入污水、接种微生物的污泥和空气，在适当的温度和氧含量下微生物生长繁殖，降解消耗有机物。基本流程是如图1所示，其中：A为缺氧厌氧区，用于水解和反硝化。或置于前端，或置于后端，或前后端均设置;池中或有填料供微生物附着，设有搅拌机促使反应传质均匀;O为好氧生化池常称为好氧区或曝气区，通常为敞开式浅池系统，以利曝气;内置曝气装置，有外置鼓风机供气;二沉池将生化池混合液沉淀澄清，出水或经深度处理外排;沉淀污泥通过污泥回流泵部分外排，部分回流至曝气池。
存在问题是：1、生化池水力停留时间很长，一般生活污水需要数小时，工业污水需要数日，致使占地面积巨大;二沉池是浅池结构，占地面积同样比较大;2、池面巨大，导致废气外溢，面源空气污染严重;3、池面巨大，导致水流短路，传质不均，曝气很快溢出，气、液、固(微生物)接触时间短，充氧及生化效率低下;4、池面巨大，相应的散热大、不利保温，尤其寒冷地区，致使生化过程停滞;5、各处理单元的布置为平面叠加，未能充分利用空间。
中国专利文献CN102583736B公开了一种活性污泥与生物膜复合循环流污水生化处理工艺和装置，其生化池包括缺氧区、厌氧区和活性污泥与生物膜协同处理区，在活性污泥与生物膜协同处理区通过推流曝气形成循环水流，实现无泵内循环，与传统技术相比有很大改进。但该技术方案的自循环只存在于活性污泥与生物膜协同处理区，并没有实现全流程的生化流程的循环;而且，整个生化池仍是传统的开放性池体，存在VOCs废气无组织排放的问题。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本发明的目的是提供一种密闭式的，缺氧、厌氧、好氧全生化流程循环的闭式污水生化处理装置及工艺，该装置及工艺环保安全，实现缺氧、厌氧、好氧的全生化流程循环，可提高生化效率、提高污水处理效果。
本发明的目的之一是提供一种闭式污水生化处理装置，所采用的技术方案如下：
一种闭式污水生化处理装置，包括封闭的罐体;所述罐体内设置内环，所述内环的下侧设置导流伞;所述内环的底部与导流伞之间在竖直方向上具有间隙，所述导流伞与罐体的内壁之间在水平方向上具有间隙;
所述导流伞的上侧区域内，在内环内侧、内环外侧与封闭罐体之间形成两个分区，分别为好氧区、缺氧厌氧区，所述导流伞的下侧区域形成沉淀区;所述缺氧厌氧区包括上部的缺氧区及下部的厌氧区，缺氧区的水在重力作用下流向厌氧区;
所述好氧区内设置深水浅曝单元，所述深水浅曝单元与厌氧区连通，且与罐体外的气源连通，用于形成压差使厌氧区的污水回流至好氧区，进而使污水在缺氧区、厌氧区、好氧区之间回流;
所述好氧区内还设置污泥回流单元，所述污泥回流单元与沉淀区连通，且与罐体外的气源连通，用于抽取沉淀区的污泥回流至好氧区并曝气活化污泥;
所述沉淀区内设置水力旋流单元，所述水力旋流单元与罐体底部的排泥口配合将污泥排出;
所述罐体上设有污水进水口、净化水出水口，所述污水进水口连通至好氧区或缺氧区;所述导流伞的顶端与净化水出水口连通，用于排出位于导流伞伞面以下、水力旋流单元以上的澄清处理水。
优选的，所述深水浅曝单元包括在好氧区内一体连接的曝气提升管、强力管道曝气管，所述曝气提升管沿竖直方向设于导流伞的上侧且与厌氧区连通，所述强力管道曝气管在水平面内与罐体外的气源连接，通过对好氧区曝气形成的压差作用下使污水缺氧区、厌氧区、好氧区之间循环。
优选的，所述污泥回流单元包括一体设置的曝气提升管及强力管道曝气管，所述曝气提升管的一端位于沉淀区内、另一端位于好氧区内，所述强力管道曝气管与罐体外的气源连接，通过对好氧区曝气在压差作用下使沉淀区的污泥回流至好氧区。
优选的，所述水力旋流单元包括设在罐体外部的推流泵，靠近罐体底部内壁设置的吸水环管以及靠近罐体底部中间设置的喷水环管;所述吸水环管与推流泵的入口端连接，所述喷水环管与推流泵的出口端连接;所述吸水环管、喷水环管上分别布设管嘴，用于形成环向水流;
所述排泥口设于罐体底部的中心处，与环向水流的中心相对。
进一步的，所述吸水环管、喷水环管上的喷嘴倾角相同。
进一步的，所述罐体的底部设为倒锥形，所述排泥口设于锥底。
优选的，所述导流伞下侧的伞面内设置催化剂床层，所述催化剂床层的下侧还设置臭氧进气管，用于在导流伞下侧的伞面内形成臭氧催化氧化反应区。
进一步的，所说导流伞的顶部内置生物炭净化单元，所述生物炭净化单元与导流伞的顶部连通，用于臭氧催化氧化处理后的污水进行吸附处理;且所述净化水出水口与所述生物炭净化单元的出口连通。
优选的，所说好氧区、缺氧区及厌氧区均设置固定或浮动式的填料或催化剂。
优选的，所述罐体的顶部设置排气口。
优选的，所述深水浅曝单元的气水比控制为(3～10)：1。
优选的，所述厌氧区的缺氧、厌氧混合污水的回流比控制为(5～25)：1。
优选的，所述污泥回流单元的气水比控制为(1.5-4):1。
优选的，所述沉淀区污泥的回流比控制为(0.5-3)：1。
本发明的目的之二是提供一种闭式污水生化处理工艺，包括如下步骤：
将原污水引入封闭罐体内位于导流伞上侧的缺氧区或好氧区，在深水浅曝单元的曝气作用下，好氧区水中空气含量增加，密度降低，在好氧区和缺氧区、厌氧区之间造成压差，使污水形成立体循环流动，缺氧区的缺氧污水在重力作用下，向下流动，溶氧减少，至缺氧厌氧区的下部变为厌氧区进行厌氧生化，厌氧区的厌氧污水回流进入好氧区进行曝气，以对污水进行缺氧-厌氧-好氧的生化处理;
经缺氧-厌氧-好氧生化处理后的污水在重力作用下沉降，进入封闭罐体内位于导流伞下侧的沉淀区对进行沉淀澄清，在导流伞顶端得到的澄清净化水从净化水出水口排出;污水中的含固部分则沉积于沉淀区的下部形成污泥，一部分污泥通过污泥回流单元抽取部分沉淀区的污泥回流到好氧区，充分溶入空气，使污泥活化，对好氧区污水进行好氧生化处理;另一部分污泥在水力旋流单元形成的环向水流作用下，推动污泥向心移动，使污泥从罐体底部中心的排泥口排出。
优选的，生化处理的含固污水在重力作用下沉降，进入沉淀区后：
澄清水聚集在沉淀区上部的导流伞伞面下，臭氧进入罐内导流伞下设置的催化剂床层，在水力旋流单元的旋流推动下，在伞下缓慢扩散、移动，与澄清水充分接触，进行臭氧催化氧化处理;
在导流伞顶部内置生物炭净化单元，经臭氧催化氧化后产生少量开环断链小分子有机污染物及臭氧氧化尾气在密闭条件下进入生物炭净化单元，进一步深度净化处理;净化水由生物炭净化单元流出至净化水出水口。
本发明能够带来以下有益效果：
1)本发明的闭式污水生化处理装置通过在封闭式的罐体内设置内环和导流伞，进行缺氧厌氧区、好氧区和沉淀区的分区，其中，内环的底部与导流伞的端部之间在竖直方向上具有间隙，使厌氧区与好氧区在导流伞上侧连通，导流伞的端部与罐体的内壁之间在水平方向上具有间隙，使缺氧厌氧区或好氧区与沉淀区上下连通，从而缺氧区、厌氧区、与好氧区虽在功能上相互独立分区，但整体连通，通过在好氧区的曝气，可以降低好氧区的密度而在封闭罐体内形成立体循环流动。从而，本发明装置通过深水浅曝，携气循环，使罐体内的水流状态稳定，气、液、固接触充分，实现了密闭式的缺氧、厌氧、好氧全生化流程循环，明显提高生化处理效率;并且，极大地减少占地，增加了生化池深度，在空间下部叠加沉淀池，占地面积不足现有工艺的1/4。
2)本发明的装置和工艺中，通过将原污水引入封闭罐体内的缺氧区或好氧区，利用深水浅曝单元对污水充分溶入空气，使好氧区氧含量达到需要的程度，在曝气作用下，形成罐体内缺氧区、厌氧和好氧区自适应的立体循环流动，使缺氧区污水下流至厌氧区、厌氧污水回流至好氧区进行曝气，实现对污水进行缺氧-厌氧-好氧的生化处理;罐体内的污水在经过缺氧、厌氧、曝气条件下的生化处理后进入沉淀区，在导流伞下的沉淀区沉降，在导流伞顶部得到的澄清净化水从净化水出水口排出;同时，固体污泥在重力作用下下沉，沉积于沉淀区下部的部分污泥通过污泥回流单元抽取到好氧区，充分溶入空气，使污泥活化，对好氧区污水进行好氧生化处理;沉积于罐体底部的污泥经水力旋流单元从排泥口排出。从而在封闭的罐体内完成对污水的生化处理，使得生化过程均匀、稳定、持久、高效。
3)本发明中好氧区与缺氧厌氧区的位置可以任意对换，污水进水口可连接管道将原污水引入缺氧区和/或好氧区的任意位置，通过形成缺氧区、厌氧和好氧区自适应的立体循环流动，以在罐体内形成缺氧-厌氧-曝气、曝气-缺氧-厌氧、缺氧-厌氧-曝气等交替循环延时生化系统，使处理液回流充分，使得生化过程均匀、稳定、持久，从而更加高效，且能够适应不同水质处理的需要。
4)本发明在封闭的罐体中还可以集成高级氧化深度处理，经伞内设置的催化剂床层进行臭氧催化氧化反应处理;经臭氧催化氧化处理后的污水进入生物炭净化单元再做进一步的吸附及深度生化处理、进一步的深度氧化处理，实现三级污水处理能力，有效保证所排出的净化水的杂质去除率。同时不增加装置的占地面积，节省成本。
5)本发明采用封闭式罐体对污水进行生化处理，可以消除面源废气污染，更加环保安全，而且投资减少，节省运行费用。此外，本发明不需要设置污水提升泵、也不需要布设大量的曝气装置(曝气头)及系统管道，无需大量的土建工程，经济性好，适于推广应用。（发明人王日彩;庞景宾;徐少辉;张文军;陈玉兰）