公布日：2022.12.02
申请日：2022.09.23
分类号：C02F3/08(2006.01)I;C02F3/12(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种环流泥膜耦合水处理设备及方法，设备的中心管、内筒壁、中间筒壁、外筒壁由内向外套设，中心管贯通内底板与下方空间连通；内底板下方设有底板；中间筒壁与内筒壁之间为第一反应区，内筒壁与中心管之间为第二反应区，外筒壁与中间筒壁之间以及中心管内为沉淀出水区；第一反应区的上部设有L型进水管；第一反应区和第二反应区的底部设有曝气头；第一反应区和第二反应区内设有活性污泥和生物填料，形成泥膜耦合处理；通过流线型穿孔进水管将第一反应区处理后污水转移到第二反应区或者将第二反应区处理后污水转移到沉淀出水区。本发明充分利用设备内部空间，实现反应器内环流泥膜耦合水处理同时集成沉淀出水，提高污染物质去除效率。
权利要求书
1.环流泥膜耦合水处理设备，其特征在于，所述设备包括人孔、顶板、L型进水管、中心管、内筒壁、中间筒壁、外筒壁、流线型穿孔进水管、出水孔、曝气头、内底板、底板；中心管、内筒壁、中间筒壁、外筒壁由内向外依次套设，中心管、内筒壁、中间筒壁共用内底板，中心管贯通内底板与下方空间连通；内底板下方平行设有底板，底板上设有外筒壁，外筒壁上设有出水孔；中间筒壁与内筒壁之间为第一反应区，内筒壁与中心管之间为第二反应区，外筒壁与中间筒壁之间以及与所述中心管连通的内底板下方空间为沉淀出水区；其中第一反应区的上部设有L型进水管，L型进水管的出口与水流面相切；第一反应区和第二反应区的底部均设有多个曝气头；第一反应区和第二反应区内均设有活性污泥和生物填料，形成泥膜耦合处理；通过流线型穿孔进水管经溢流和重力作用将第一反应区处理后污水转移到第二反应区或者将第二反应区处理后污水转移到沉淀出水区。
2.如权利要求1所述的环流泥膜耦合水处理设备，其特征在于，所述第一反应区到第二反应区以及第二反应区到沉淀出水区各设有一个流线型穿孔进水管；两个流线型穿孔进水管的进水端在上一个反应区，且进水端封死，管身开孔，开孔方向与上一个反应区的水流方向垂直；两个流线型穿孔进水管的出口端均沿各自出水端所在区域的水流运动方向设置。
3.如权利要求2所述的环流泥膜耦合水处理设备，其特征在于，所述第一反应区到第二反应区的流线型穿孔进水管位于内筒壁的上方，该流线型穿孔进水管出水端与第二反应区的水流面相切；所述第二反应区到沉淀出水区的流线型穿孔进水管位于中心管的顶部，该流线型穿孔进水管的出水端竖直向下。
4.如权利要求1-3任意一项所述的环流泥膜耦合水处理设备，其特征在于，所述第一反应区的工作液位比第二反应区的工作液位高至少100mm；第二反应区的工作液位比沉淀反应区的工作液位高至少100mm；污水依次流经第一反应区、第二反应区和沉淀出水区，并在进水推流和曝气侧向旋转流的情况下，实现各反应区内的污水、污泥和填料循环环向流动。
5.如权利要求4所述的环流泥膜耦合水处理设备，其特征在于，所述活性污泥和生物填料采取人工倾倒的方式且在倾倒时曝气头开启，形成侧向旋转流，充分混合活性污泥和生物填料；生物填料采取自组装形式，生物填料的外壳为塑料球形镂空外壳，内部装填聚氨酯材料，材料呈方块状且表面存在12-15mm的致密微孔，孔隙率为96-99%，生物填料的投加量为第一反应区或第二反应区容积的30-50%；活性污泥为污水处理厂好氧池后置沉淀池内的新鲜污泥，污泥无膨胀且颜色不发黑，污泥投加浓度为3000-7000mg/L。
6.如权利要求4所述的环流泥膜耦合水处理设备，其特征在于，所述中间筒壁和内筒壁的高度比第一反应区的工作液位高200-400mm；所述中心管的直径范围为100-200mm，若中心管的直径大于其上方的流线型穿孔进水管的出口断面，则中心管的高度比第二反应区的工作液位高200-400mm。
7.如权利要求4所述的环流泥膜耦合水处理设备，其特征在于，所述内底板和底板之间设有导流板以及多个支撑柱。
8.利用权利要求1-7任意一项所述的环流泥膜耦合水处理设备的环流泥膜耦合水处理方法，其特征在于，所述方法包括：（1）通过格栅井过滤后的污水经污水提升泵提升通过L型进水管的出水口喷射出，带动第一反应区内的污水形成推流，从而引起污水沿着第一反应区环向流动；在流动的过程中，由于曝气头的曝气气泡产生的密度差，会产生旋转流，使得第一反应区内的污水呈旋转推流态；在该状态下，污水经泥膜耦合处理后，水中的污染物质得到初步降解；（2）经初步降解的污水沿着第一反应区流动，达到流线型穿孔进水管的进水液位后，流入第二反应区，第二反应区的污水、污泥和填料在进水推流和曝气旋流作用下，呈现旋转推流态；在该状态下，污水经泥膜耦合处理，污泥和填料中的微生物在流动中将水中溶解性的污染物质进行深度降解；（3）深度降解的污水沿着第二反应区流动，达到流线型穿孔进水管的进水液位后，经中心管流入与中心管连通的沉淀出水区，经过沉淀澄清后通过出水孔流出；（4）在沉淀出水区内污泥积累后，需利用外置吸泥泵将其一部分回流至第一反应区，一部分储存外置专门处理。
9.如权利要求8所述的环流泥膜耦合水处理方法，其特征在于，所述步骤（2）中，由于流线型穿孔进水管的出水端沿着水流方向布置，即出水端与水流面相切，且与流线型穿孔进水管的进水孔存在一定高度差，使得流线型穿孔进水管的出水端的水流速度提高，带动第二反应区的污水形成推流，从而污水沿着第二反应区环向流动；在流动的过程中，由于曝气头的曝气气泡产生的密度差，会产生旋转流，使得第二反应区内的污水呈旋转推流态；所述步骤（3）中，由于流线型穿孔进水管的出水端沿着水流方向布置，即出水端竖直向下，且与流线型穿孔进水管的进水孔存在一定高度差，使得流线型穿孔进水管的出水端的水流速度提高，带动沉淀出水区的污水由上向下运动。
10.如权利要求8或9所述的环流泥膜耦合水处理方法，其特征在于，所述第一反应区的工作液位比第二反应区的工作液位高至少100mm；第二反应区的工作液位比沉淀反应区的工作液位高至少100mm。
发明内容
本发明提供一种环流泥膜耦合水处理设备及方法，充分利用圆柱形反应器环形结构的内部空间，集成生物反应、固液分离等处理工艺，创新性解决了流动床生物膜技术流态控制和出水孔堵塞问题，实现反应器内环流活性污泥法和生物膜法耦合(以下简称泥膜耦合)提高处理效能。
本发明的技术方案如下：
环流泥膜耦合水处理设备，所述设备包括人孔、顶板、L型进水管、中心管、内筒壁、中间筒壁、外筒壁、流线型穿孔进水管、出水孔、曝气头、内底板、底板；中心管、内筒壁、中间筒壁、外筒壁由内向外依次套设，中心管、内筒壁、中间筒壁共用内底板，中心管贯通内底板与下方空间连通；内底板下方平行设有底板，底板上设有外筒壁，外筒壁上设有出水孔；中间筒壁与内筒壁之间为第一反应区，内筒壁与中心管之间为第二反应区，外筒壁与中间筒壁之间以及中心管内为沉淀出水区；其中第一反应区的上部设有L型进水管，L型进水管的出口与水流面相切；第一反应区和第二反应区的底部均设有多个曝气头；第一反应区和第二反应区内均设有活性污泥和生物填料，形成泥膜耦合处理；通过流线型穿孔进水管经溢流和重力作用将第一反应区处理后污水转移到第二反应区或者将第二反应区处理后污水转移到沉淀出水区。
进一步的，所述第一反应区到第二反应区以及第二反应区到沉淀出水区各设有一个流线型穿孔进水管；两个流线型穿孔进水管的进水端在上一个反应区，且进水端封死，管身开孔，开孔方向与上一个反应区的水流方向垂直；两个流线型穿孔进水管的出口端均沿各自出水端所在区域的水流运动方向设置。
更进一步的，所述第一反应区到第二反应区的流线型穿孔进水管位于内筒壁的上方，该流线型穿孔进水管出水端与第二反应区的水流面相切；所述第二反应区到沉淀出水区的流线型穿孔进水管位中心管的顶部，该流线型穿孔进水管的出水端竖直向下。
进一步的，所述第一反应区的工作液位比第二反应区的工作液位高至少100mm；第二反应区的工作液位比沉淀反应区的工作液位高至少100mm；污水依次流经第一反应区、第二反应区和沉淀出水区，并在进水推流和曝气侧向旋转流的情况下，实现各反应区内的污水、污泥和填料循环环向流动。
进一步的，所述活性污泥和生物填料采取人工倾倒的方式且在倾倒时曝气头开启，形成侧向旋转流，充分混合活性污泥和生物填料；生物填料采取自组装形式，生物填料的外壳为塑料球形镂空外壳，内部装填聚氨酯材料，材料呈方块状且表面存在12-15mm的致密微孔，孔隙率为96-99％，生物填料的投加量为第一反应区或第二反应区容积的30-50％；活性污泥为污水处理厂好氧池后置沉淀池内的新鲜污泥，污泥无膨胀且颜色不发黑，污泥投加浓度为3000-7000mg/L。
进一步的，所述中间筒壁和内筒壁的高度比第一反应区的工作液位高200-400mm；所述中心管的直径范围为100-200mm，若中心管的直径大于其上方的流线型穿孔进水管的出口断面，则中心管的高度比第二反应区的工作液位高200-400mm。
进一步的，所述内底板和底板之间设有导流板以及多个支撑柱。
环流泥膜耦合水处理方法，所述方法包括：
(1)通过格栅井过滤后的污水经污水提升泵提升通过L型进水管的出水口喷射出，带动第一反应区内的污水形成推流，从而引起污水沿着第一反应区环向流动；在流动的过程中，由于曝气头的曝气气泡产生的密度差，会产生旋转流，使得第一反应区内的污水呈旋转推流态；在该状态下，污水经泥膜耦合处理后，水中的污染物质得到初步降解；
(2)经初步降解的污水沿着第一反应区流动，达到流线型穿孔进水管的进水液位后，流入第二反应区，第二反应区的污水、污泥和填料在进水推流和曝气旋流作用下，呈现旋转推流态；在该状态下，污水经泥膜耦合处理，污泥和填料中的微生物在流动中将水中溶解性的污染物质进行深度降解；
(3)深度降解的污水沿着第二反应区流动，达到流线型穿孔进水管的进水液位后，经中心管流入与中心管连通的沉淀出水区，经过沉淀澄清后通过出水孔流出；
(4)在沉淀出水区内污泥积累后，需利用外置吸泥泵将其一部分回流至第一反应区，一部分储存外置专门处理。
进一步的，所述步骤(2)中，由于流线型穿孔进水管的出水端沿着水流方向布置，即出水端与水流面相切，且与流线型穿孔进水管的进水孔存在一定高度差，使得流线型穿孔进水管的出水端的水流速度提高，带动第二反应区的污水形成推流，从而污水沿着第二反应区环向流动；在流动的过程中，由于曝气头的曝气气泡产生的密度差，会产生旋转流，使得第二反应区内的污水呈旋转推流态；
进一步的，所述步骤(3)中，由于流线型穿孔进水管的出水端沿着水流方向布置，即出水端竖直向下，且与流线型穿孔进水管的进水孔存在一定高度差，使得流线型穿孔进水管的出水端的水流速度提高，带动沉淀出水区的污水由上向下运动。
进一步的，所述第一反应区的工作液位比第二反应区的工作液位高至少100mm；第二反应区的工作液位比沉淀反应区的工作液位高至少100mm。
本发明具有如下优点和积极效果：
(1)该发明采用污水提升泵进水，一方面使得该集成设备可以满足地上或地下布置；一方面提供动能，使得集成设备内的反应区可以实现推流；另一方面充分使用池子的内部空间，提高池子的费效比。
(2)该发明各反应区呈现旋转推流态，使得污水时刻呈流动态，达到匀和水质和水量、实现反应器内的混合反应、减少搅拌设备的使用和提高经济性的目的
(3)该设备各反应区的生化处理采用活性污泥法和流动床生物膜法，即泥膜耦合处理(泥膜耦合技术是活性污泥法和流动床生物膜法的糅合，对两种原理优势的叠加和劣势消减)，设备内污水、污泥和填料时刻呈现旋转推流，污染物质与污泥和填料的微生物充分接触反应，由于设备内部结构的特殊性，可以在填料流动的过程出水，创新性解决了流动床生物膜法初期挂膜难、流态控制难题和堵塞出水孔的问题。
(4)该发明实现在处理污水的同时实现污水的沉淀出水，在满足出水要求的同时将污泥回流至反应区内，使之循环反应，持续高效的降低溶解性污染物质。
(5)该发明实现自动控制，无需专人看守，维修方便且实现多功能集成，解决设备功能单一，造价高的问题；可根据需求，增设设备进行串联，扩大处理量；也可根据需求，对原有水处理工艺进行改造，增设该处理设备可加强污染物的去除；制作好的设备在现场只需简单安装，即可使用。
总之，本发明发充分利用圆柱形反应器环形结构的内部空间，集成生物反应、固液分离等处理工艺，创新性解决了流动床生物膜技术流态控制和出水孔堵塞问题，实现反应器内环流活性污泥法和生物膜法耦合(泥膜耦合)提高处理效能。
（发明人：李平海;吴军;朱俊伟;杨智力;薛王峰;周慧惠;罗智峰;李智;王庆）