公布日：2023.11.17
申请日：2023.08.24
分类号：C02F7/00(2006.01)I;C02F3/12(2023.01)I
摘要
本发明公开了一种阶梯式废水曝气处理设备及其净化工艺，涉及印染废水生物处理领域，旨在解决当前对印染废水的曝气处理耗能高的问题，其技术方案要点是：一种阶梯式废水曝气处理设备，包括若干半径各异的腔体,若干腔体同轴且通过连通口依次连通设置，腔体内底部设置有活性污泥，连通口距离腔体底部的距离随着腔体的横截面积增大而减小，连通口内部设置有通气组件，腔体内壁的顶部固定连接有闭合挡板，闭合挡板距离腔体底部的距离小于连通口距离腔体底部的距离，横截面积最小的腔体顶部开设有进水口，进水口顶侧设置有气源。本发明的一种阶梯式废水曝气处理设备及其净化工艺通过重力和水的可塑性制造深水富氧区和浅水供氧区，减少曝气的电能消耗。
权利要求书
1.一种阶梯式废水曝气处理设备，包括若干半径各异的腔体(11),其特征在于：若干所述腔体(11)同轴且通过连通口(12)依次连通设置，所述腔体(11)内底部设置有活性污泥(13)，所述连通口(12)距离腔体(11)底部的距离随着腔体(11)的横截面积增大而减小，所述连通口(12)内部设置有通气组件，所述腔体(11)内壁的顶部固定连接有闭合挡板(14)，所述闭合挡板(14)距离腔体(11)底部的距离小于连通口(12)距离腔体(11)底部的距离，横截面积最小的所述腔体(11)顶部开设有进水口(15)，所述进水口(15)顶侧设置有与进水口(15)连通的气源(16)，当废水由进水口(15)进入腔体(11)时，气源(16)向废水供气使废水转变为富氧废水，富氧废水经过活性污泥(13)转化为缺氧废水，当废水继续通入腔体(11)，液面上涨至连通口(12)处，通气组件向废水供气使缺氧废水再次转变为富氧废水。
2.根据权利要求1所述的一种阶梯式废水曝气处理设备，其特征在于：所述通气组件包括与气源(16)连通并从腔体(11)外壁顶面连通到接近连通口(12)侧壁处的通气管道(17)，所述通气管道(17)远离腔体(11)顶面侧开设有若干通气孔一(19)，所述通气孔一(19)连通通气管道(17)和连通口(12)，所述通气孔一(19)的侧壁向连通口(12)的方向延伸形成通气头(21)。
3.根据权利要求2所述的一种阶梯式废水曝气处理设备，其特征在于：所述通气头(21)的侧壁在远离通气管道(17)处开设有若干通气孔二(20)。
4.根据权利要求2所述的一种阶梯式废水曝气处理设备，其特征在于：所述连通口(12)在连通方向的截面积随腔体(11)的横截面积变小而变小，所述通气孔一(19)的间距随连通口(12)在连通方向的截面积变小而变小。
5.根据权利要求2所述的一种阶梯式废水曝气处理设备，其特征在于：相邻所述连通口(12)的高度之差随着靠近进水口(15)而减小。
6.根据权利要求1所述的一种阶梯式废水曝气处理设备，其特征在于：相邻所述腔体(11)的半径之差随着靠近进水口(15)而减小。
7.根据权利要求2所述的一种阶梯式废水曝气处理设备，其特征在于：所述进水口(15)在腔体(11)外壁顶面的方向连通有进水管道，所述气源(16)套设于进水管道外壁且与进水管道内相连通，所述气源(16)在远离进水管道的方向连通有截面积逐渐扩大的气源通道(18)，所述气源通道(18)与通气管道(17)相连通。
8.根据权利要求1所述的一种阶梯式废水曝气处理设备，其特征在于：所述闭合挡板(14)和腔体(11)相对的面上固定连接有交错的若干环板(24)，若干所述环板(24)间的空隙构成弯曲水道(23)，所述活性污泥(13)设置于弯曲水道(23)中。
9.根据权利要求8所述的一种阶梯式废水曝气处理设备，其特征在于：所述环板(24)在垂直于腔体(11)底部的方向上开设有若干通孔(25)，所述通孔(25)内壁固定连接有防水透气膜(26)。
10.一种阶梯式废水曝气处理设备的净化工艺，具体步骤如下：步骤一：废水从进水口(15)进入横截面积最小的腔体(11)内，控制废水流量小于截面积最小的连通口(12)的容积之和，气源(16)同时朝进水口(15)方向通气，此时废水氧气含量高，废水携带氧气与活性污泥(13)接触；步骤二：废水进入弯曲水道(23)与活性污泥(13)充分接触，同时将携带的氧气提供给活性污泥(13)，活性污泥(13)消耗氧气并净化废水，此时废水氧气含量降低；步骤三：随着废水继续从进水口(15)注入，废水通过弯曲水道(23)段离开活性污泥(13)，此时废水氧气含量低，液面上升至连通口(12)处；步骤四:连通口(12)处废水液面浅，通气组件向液面和废水内部通气使氧气与废水充分接触，废水内氧气含量回到高水平；步骤五：废水进入下一个腔体(11)，随后重复步骤二到五直到废水处理完毕。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种阶梯式废水曝气处理设备及其净化工艺。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种阶梯式废水曝气处理设备，包括若干半径各异的腔体,若干所述腔体同轴且通过连通口依次连通设置，所述腔体内底部设置有活性污泥，所述连通口距离腔体底部的距离随着腔体的横截面积增大而减小，所述连通口内部设置有通气组件，所述腔体内壁的顶部固定连接有闭合挡板，所述闭合挡板距离腔体底部的距离小于连通口距离腔体底部的距离，横截面积最小的所述腔体顶部开设有进水口，所述进水口顶侧设置有与进水口连通的气源，当废水由进水口进入腔体时，气源向废水供气使废水转变为富氧废水，富氧废水经过活性污泥转化为缺氧废水，当废水继续通入腔体，液面上涨至连通口处，通气组件向废水供气使缺氧废水再次转变为富氧废水。
通过采用上述技术方案，根据液面高度将各个相连通的腔体内部分为活性污泥所处的深水富氧区和连通口处的浅水供氧区，将供氧和耗氧区域分开，利用连通口处的浅液面向废水内部通气，以此使通气设备所需的电能消耗降低，同时利用腔体和闭合挡板组成的通路限制废水的流动，使废水多次与活性污泥充分接触从而提升活性污泥的工作效果，以此做到在保证曝气效果的同时，大幅减少电能消耗，起到节约能源的效果。
本发明进一步设置为：所述通气组件包括与气源连通并从腔体外壁顶面连通到接近连通口侧壁处的通气管道，所述通气管道远离腔体顶面侧开设有若干通气孔一，所述通气孔一连通通气管道和连通口，所述通气孔一的侧壁向连通口的方向延伸形成通气头。
通过采用上述技术方案，通气头进入连通口，减少气体流出通气组件后与液面的距离，同时根据废水流量的不同，使通气组件被水浸没程度不同，起到根据流量控制进入废水中的氧气量的效果。
本发明进一步设置为：所述通气头的侧壁在远离通气管道处开设有若干通气孔二。
通过采用上述技术方案，通气孔二垂直于废液的流动方向设置，增加通气组件向废水内的排气量。
本发明进一步设置为：所述连通口在连通方向的截面积随腔体的横截面积变小而变小，所述通气孔一的间距随连通口在连通方向的截面积变小而变小。
通过采用上述技术方案，使废水在连通口处的液面高度变化，同时气孔一的间距变化使废水流动携带走的氧气量随着靠近进水口而增多，满足曝气法所需氧气量的由多到少的变化。
本发明进一步设置为：相邻所述连通口的高度之差随着靠近进水口而减小。
通过采用上述技术方案，使废水在各个腔体之间的流动路径长度产生变化，以满足活性污泥法对应的氧气消耗量变化。
本发明进一步设置为：相邻所述腔体的半径之差随着靠近进水口而减小。
通过采用上述技术方案，进一步使废水在各个腔体之间的流动路径长度产生变化，同时使充满活性污泥的弯曲水道的长度随腔体半径的变化而变化，半径越小的腔体内弯曲水道和废水路径越短，以此控制各个腔体内活性污泥的氧气消耗量。
本发明进一步设置为：所述进水口在腔体外壁顶面的方向连通有进水管道，所述气源套设于进水管道外壁且与进水管道内相连通，所述气源在远离进水管道的方向连通有截面积逐渐扩大的气源通道，所述气源通道与通气管道相连通。
通过采用上述技术方案，使气源对各通道和进水口提供的通气量适量，进水口处通气量最多，随着气源管道的延伸，越靠近进水口的连通口处的通气量越多。
本发明进一步设置为：所述闭合挡板和腔体相对的面上固定连接有交错的若干环板，若干所述环板间的空隙构成弯曲水道，所述活性污泥设置于弯曲水道中。
通过采用上述技术方案，环板增加废水水体与活性污泥的接触充分性，弯曲水道确保废水只往一个方向移动，同时限制活性污泥在腔体内的运动。
本发明进一步设置为：所述环板在垂直于腔体底部的方向上开设有若干通孔，所述通孔内壁固定连接有防水透气膜。
通过采用上述技术方案，防水透气膜能透过气体，活性污泥与氧气反应产生的气体通过防水透气膜流动到液面上方被排出。
本发明还提供一种阶梯式废水曝气处理设备的净化工艺，具体步骤如下：
步骤一：废水从进水口进入横截面积最小的腔体内，控制废水流量小于截面积最小的连通口的容积之和，气源同时朝进水口方向通气，此时废水氧气含量高，废水携带氧气与活性污泥接触；
步骤二：废水进入弯曲水道与活性污泥充分接触，同时将携带的氧气提供给活性污泥，活性污泥消耗氧气并净化废水，此时废水氧气含量降低；
步骤三：随着废水继续从进水口注入，废水通过弯曲水道段离开活性污泥，此时废水氧气含量低，液面上升至连通口处；
步骤四:连通口处废水液面浅，通气组件向液面和废水内部通气使氧气与废水充分接触，废水内氧气含量回到高水平；
步骤五：废水进入下一个腔体，随后重复步骤二到五直到废水处理完毕。
通过采用上述技术方案，取代原有净水工艺供气与耗气同时作用的结构，将供气与耗气端分离为浅水供氧区和深水富氧区，使废液在浅水供氧区和深水富氧区内循环流动，同时使废液在浅水供氧区内和深水富氧区的循环流动中逐渐远离进水口，整个过程完全自动化且所需电能大幅降低，无需人工手动改变后续废液流量、气体通量，各个腔体形状相同仅半径不同，因此循环次数可以随需要通过控制腔体的数量进行增减，适用于污染程度不同的废水。
综上所述，本发明具有以下有益效果：腔体和闭合挡板控制废液只能单向流动，通过单向流动确保废水和活性污泥之间的充分接触，通过环板增加和活性污泥接触区域的长度以增强接触的充分性，通过在单向流通的废液的流通路径上通过重力和水的可塑性划分深水富氧区和浅水供氧区，取代传统的深水中供气方式，在浅水区完成供气，保证曝气效果的同时大幅降低供气所需的能耗，节约了电能，降低了能源成本，同时全过程自动化，无需额外人力监管控制，降低人力成本，可以根据需要随意增减腔体数量，降低后续改造维护成本。
（发明人：张志峰;常敬国;张昊;杨宗魁）