CN101012093A - 一体化同步脱氮除磷生物反应器 - Google Patents

一体化同步脱氮除磷生物反应器 Download PDF

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CN101012093A CN 200710051330 CN200710051330A CN101012093A CN 101012093 A CN101012093 A CN 101012093A CN 200710051330 CN200710051330 CN 200710051330 CN 200710051330 A CN200710051330 A CN 200710051330A CN 101012093 A CN101012093 A CN 101012093A
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Abstract

一体化同步脱氮除磷生物反应器，属于污水处理装置，克服现有技术的不足，达到高效低耗脱氮除磷目的。本发明功能上分为生化反应区、出水补氧区、物化反应区、排泥区、沉淀区及三相分离器六部分：外筒内设有内筒，为生化反应区；外筒与内筒之间的夹层依次由4块竖板分隔为出水补氧区，物化反应区，排泥区，沉淀区；生化反应区装有曝气型激波传质装置和搅拌型激波传质装置。当进水总磷浓度大于4mg/L时，污水先进物化反应区进行物化强化除磷，再进入生化反应区作进一步处理；当进水总磷浓度低于4mg/L时，污水直接进入生化反应区进行处理。本发明可实现恒水位、连续进出水、污泥自回流，提高系统耐冲击负荷能力，达到高效低耗脱氮除磷目的。

Description

一体化同步脱氮除磷生物反应器
技术领域
本发明属于污水处理装置，具体涉及一种一体化同步脱氮除磷生物反应器。
背景技术
生物脱氮除磷系统要求厌氧、缺氧和好氧环境交替运行方可实现。传统的污水生物脱氮除磷装置可以分为两类：
一类装置是利用空间序列操作，即用多个反应器在空间序列上创造好氧、缺氧及厌氧环境，从而完成硝化和反硝化及磷的厌氧释放和好氧过量吸收，达到生物脱氮除磷的目的。空间序列的优点在于多个反应器的排列可以强化单元功能，具有稳定的脱氮除磷效果；缺点在于需要单独设置前置厌氧池与二沉池，无法避免增加系统的复杂性，并增加了污泥回流及硝化液回流能耗，且季节适应性较差。
另一类装置是利用时间序列操作，在单池内实现间歇曝气脱氮除磷：在时间序列上创造好氧、缺氧及厌氧环境，达到脱氮除磷的目的。时间序列存在的问题在于需要多组交替运行，单池间歇进水、间歇排水，需配备昂贵的变水位出水设备，容积利用率低、设备闲置率高。且其曝气设备主要采用膜片式微孔曝气装置，而膜片式曝气装置存在易堵塞、易老化，且需配置相应的搅拌设备方可保证污泥处于悬浮状态，所以运行维护费用较高。
目前，连续流间歇曝气进行脱氮除磷的一体化氧化沟，基本上实现了时间序列和空间序列的统一，可以获得相对稳定的脱氮效果，但该装置将沉淀区设置在廊道中，反应区与沉淀区相互干扰，不可避免的会影响主反应廊道的流态，且未能很好的解决沉淀区固液气三相分离的问题，导致出水浊度受反硝化产气影响较大，影响沉淀效率。且受氧化沟池深限制，占地面积较大，同时由于其曝气设备采用表曝机或转刷曝气，氧转移率较低，能耗较高。
发明内容
本发明提供一种一体化同步脱氮除磷生物反应器，克服现有技术的不足之处，实现恒水位、连续进出水、污泥自回流，提高系统耐冲击负荷能力，达到高效低耗脱氮除磷目的。
本发明的一种一体化同步脱氮除磷生物反应器，功能上分为生化反应区、出水补氧区、物化反应区、排泥区、沉淀区及三相分离器六部分，其特征在于：
(A)外筒底部封闭，其内设有内筒，内筒内为生化反应区，生化进水管穿过外筒与内筒上部直达生化反应区中央；外筒与内筒之间的夹层依次由4块竖板分隔：第一竖板和第二竖板之间为出水补氧区，第二竖板和第三竖板之间为物化反应区，第三竖板和第四竖板之间为排泥区，第四竖板和第一竖板之间为沉淀区；内筒中下部设有半放空管，穿过沉淀区外筒联通外界；内筒下部开有排泥缝，联通排泥区；
(B)外筒的顶端除出水补氧区与物化反应区外的部分装有三角堰；外筒顶部外侧设有上边筒，上边筒顶端与内筒顶端平齐，上边筒底部通过圆环形平板与外筒的顶端外侧连接，形成出水堰；沉淀区与出水补氧区部分的外筒顶端低于内筒顶端；其他部分的外筒顶端与内筒顶端平齐；
(C)出水补氧区上部第一竖板与第二竖板顶端高于三角堰，相应外筒上部上边筒下边缘装有溢流管；出水补氧区底部连接有出水管；
(D)物化反应区第三竖板顶端低于三角堰，物化反应区底部连接有物化进水管；
(E)排泥区上部空间装有波形沉淀斜板，第四竖板顶端与内筒顶端平齐；第三竖板与第四竖板之间设置挡流板，其上端与内筒顶端平齐，下端与波形沉淀斜板底端平齐，挡流板与第三竖板之间为进水通道；直立的通气管底端位于排泥区底部，顶端与大气相通，排泥管一端与通气管相连，另一端穿过排泥区的外筒中下部联通外界；
(F)沉淀区上部装有波形沉淀斜板；沉淀区的下部为三项分离器，其构成为：在内筒中下部开有排气孔，紧贴排气孔的上方连接裙形斜板；在内筒底部开有一圈回流缝，紧贴回流缝的下缘连接倒裙形斜板；倒裙形斜板与回流缝上缘之间、裙形斜板与倒裙形斜板之间均存在间距；
(G)内筒内即生化反应区装有曝气型激波传质装置和搅拌型激波传质装置，曝气型激波传质装置由垂直放置的垂直激波传质器、上喉管、下喉管和潜污泵通过压力管连接构成；搅拌型激波传质装置由水平放置的水平激波传质器、左喉管、右喉管和潜污泵通过压力管连接构成。
所述的一体化同步脱氮除磷生物反应器，其特征在于：出水补氧区下部为第一竖板与第二竖板底部围成的斗；物化反应区下部为第二竖板与第三竖板围成的斗；排泥区下部为第三竖板与第四竖板围成的斗，所述排泥缝紧贴斗的顶端。
所述的一体化同步脱氮除磷生物反应器，其特征在于：裙形斜板与内筒的夹角β为30°-45°，裙形斜板与倒裙形斜板垂直间距为5-20mm；倒裙形斜板倾角α为45°-60°，倒裙形斜板与回流缝上边缘间距为5-20mm。
所述的一体化同步脱氮除磷生物反应器，所述波形沉淀斜板的板间距可以为5-10mm，倾角为45°-60°度，由角钢支撑。
所述的一体化同步脱氮除磷生物反应器，其特征在于：(A)曝气型激波传质装置包括垂直激波传质器、潜污泵、吸气管、上喉管、下喉管、垂直压力管及水平压力管，垂直激波传质器垂直安装，顶端顺次装有下喉管、上喉管，上喉管两侧各装有一根吸气管；上喉管通过水平压力管及垂直压力管与潜污泵相连；(B)搅拌型激波传质装置包括水平激波传质器、潜污泵、左喉管、右喉管、上压力管、下压力管，水平激波传质器水平安装，出水口处顺次水平安装有右喉管、左喉管；左喉管通过下压力管、上压力管与潜污泵相连。
所述的一体化同步脱氮除磷生物反应器，其特征在于：所述潜污泵由支架固定在内筒壁上，垂直激波传质器由支架固定在内筒底板上；水平激波传质器由支架固定在内筒底板上；垂直压力管与水平压力管相接处安装安全阀门，上压力管顶端装有安全阀门，两安全阀门均高于三角堰。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)一体化构造：采用一体化构造，将物化反应区、沉淀区、排泥区及出水补氧区设置在生化反应区周边，通过采用三相分离器将生化反应区与沉淀区有机结合在一起。
(2)单池连续流同步脱氮除磷：能在单池内实现好氧、缺氧和厌氧交替运行达到同步脱氮除磷目的，并可在连续进水条件下恒水位出水，设备使用率及容积利用率高。
(3)时空序列结合流态：通过三相分离器实现空间序列连续运行，通过激波传质器运行状态控制实现时间序列连续运行，在曝气时处于完全混合状态，搅拌时介于完全混合流与推流之间，静沉时处于推流状态。
(4)三相分离器：可将泥水分离后的污泥自行回流到生化反应区，还可将污泥中所携带气体分离并送回到生化反应区。
(5)应用激波传质器实现曝气和搅拌功能：采用单一类型设备——激波传质器实现反应器内曝气、搅拌与静沉状态。
(6)调控能力：可根据季节性水质变化选择最佳运行工况。
附图说明
图1为本发明实施例的平面布置图；
图2为图1的局部放大图；
图3为图1的A-A剖面图；
图4为图1的B-B剖面图；
图5为图1的C-C剖面图；
图6(a)为曝气型激波传质装置安装示意图；
图6(b)为搅拌型激波传质装置安装示意图。
具体实施方式
由图1～图6所示，本发明的实施例功能上可分为生化反应区、出水补氧区、物化反应区、排泥区、沉淀区及三相分离器六部分：
(A)外筒2底部封闭，其内设有内筒3，内筒3内为生化反应区，生化进水管21穿过外筒2与内筒3上部直达生化反应区中央；外筒2与内筒3之间的夹层依次由4块竖板分隔：第一竖板5和第二竖板6之间为出水补氧区，第二竖板6和第三竖板7之间为物化反应区，第三竖板7和第四竖板8之间为排泥区，第四竖板8和第一竖板5之间为沉淀区；内筒3中下部设有半放空管25，穿过沉淀区外筒2联通外界；内筒3下部开有排泥缝15，联通排泥区；
(B)外筒2的顶端除出水补氧区与物化反应区外的部分装有三角堰12；外筒2顶部外侧设有上边筒1，上边筒1顶端与内筒3顶端平齐，上边筒1底部通过圆环形平板4与外筒2的顶端外侧连接，形成出水堰；沉淀区与出水补氧区部分的外筒2顶端低于内筒3顶端；其他部分的外筒2顶端与内筒3顶端平齐；
(C)出水补氧区上部第一竖板5与第二竖板6顶端高于三角堰12，相应外筒2上部上边筒1下边缘装有溢流管19；出水补氧区底部连接有出水管20；出水补氧区下部可以为第一竖板5与第二竖板6底部围成的斗；
(D)物化反应区第三竖板7顶端低于三角堰12，物化反应区底部连接有物化进水管22；物化反应区下部可以为第二竖板6与第三竖板7围成的斗；
(E)排泥区上部空间装有波形沉淀斜板13，第四竖板8顶端与内筒3顶端平齐；第三竖板7与第四竖板8之间设置挡流板9，其上端与内筒3顶端平齐，下端与波形沉淀斜板13底端平齐，挡流板9与第三竖板7之间为进水通道；直立的通气管24底端位于排泥区底部，顶端与大气相通，排泥管23一端与通气管24相连，另一端穿过排泥区的外筒2中下部联通外界；排泥区下部可以为第三竖板7与第四竖板8围成的斗，所述排泥缝15紧贴斗的顶端。
(F)沉淀区上部装有波形沉淀斜板13；沉淀区的下部为三项分离器，其构成为：在内筒3中下部开有排气孔14，紧贴排气孔14的上方连接裙形斜板10；在内筒3底部开有一圈回流缝16，紧贴回流缝16的下缘连接倒裙形斜板11；倒裙形斜板11与回流缝上缘之间、裙形斜板10与倒裙形斜板11之间均存在间距；
(G)内筒3内即生化反应区装有曝气型激波传质装置和搅拌型激波传质装置，曝气型激波传质装置由垂直放置的垂直激波传质器26、上喉管29、下喉管30和潜污泵27通过压力管连接构成；搅拌型激波传质装置由水平放置的水平激波传质器34、左喉管35、右喉管36和潜污泵27通过压力管连接构成。
如图3所示，裙形斜板10与内筒3的夹角β为30°-45°，裙形斜板10与倒裙形斜板11垂直间距为5-20mm；倒裙形斜板11倾角α为45°-60°，倒裙形斜板11与回流缝16上边缘间距为5-20mm。
如图3-图5所示，波形沉淀斜板13的板间距可以为5-10mm，倾角为45°-60°度，由角钢17支撑。
如图6所示，曝气型激波传质装置包括垂直激波传质器26、潜污泵27、吸气管28、上喉管29、下喉管30、垂直压力管32及水平压力管33，垂直激波传质器26垂直安装，顶端顺次装有下喉管30、上喉管29，上喉管29两侧各装有一根吸气管28；上喉管29通过水平压力管33及垂直压力管32与潜污泵27相连。搅拌型激波传质装置包括水平激波传质器34、潜污泵27、左喉管35、右喉管36、上压力管37、下压力管38，水平激波传质器34水平安装，出水口处顺次水平安装有右喉管36、左喉管35；左喉管35通过下压力管38、上压力管37与潜污泵27相连。
潜污泵27由支架39固定在内筒3壁上，垂直激波传质器26由支架39固定在内筒3底板上；水平激波传质器34由支架39固定在内筒3底板上；垂直压力管32与水平压力管33相接处安装安全阀门31，上压力管37顶端装有安全阀门31，两安全阀门均高于三角堰12。
本发明在规模小于5000m3/d时可以采用圆形构造，当规模大于或等于5000m3/d时可采用方形构造。
本发明可以根据季节性原水水质变化及处理要求，灵活控制反应器激波传质器工作状态，调整运行工况：
(1)污水处理流程选择。
当进水总磷浓度大于4mg/L时，污水首先由物化进水管22进入物化反应区进行混凝强化除磷处理，将TP浓度降至4mg/L以下，再进入排泥区将产生的化学污泥与污水进行分离：化学污泥沉积在泥斗底部，分离后的污水则经排泥缝15进入生化反应区作进一步处理。
当进水总磷浓度小于或等于4mg/L时，污水直接通过生化进水管21进入生化反应区进行处理。
污水经生化反应区处理后进入三项分离器，在此实现污泥、污水与气体的分离：污泥经回流缝16回流至生化反应区，气体经排气孔14从生化反应区边缘逸出，而污水则进入沉淀区进行进一步处理。沉淀区内，在污水经过波形沉淀斜板13的过程中实现泥水分离。沉淀区出水经三角堰12进入出水堰，进行汇集后跌水进入出水补氧区，最后由出水管20排出反应器。当水量过大时，部分出水将由溢流管19排出反应器。
生化反应区剩余污泥由排泥缝15进入排泥区。排泥区的污泥通过静压排泥方式由通气管24底端进入排泥管23，排出反应器。当反应器内设备进行检修时，可通过半放空管25排放反应器内污水。
(2)曝气型激波传质装置和搅拌型激波传质装置运行操作：
本发明曝气型激波传质装置和搅拌型激波传质装置的垂直激波传质器26和水平激波传质器34均采用专利号：ZL01252372的隐吸双喷激波传质喷射器，通过不同的安装方式，实现曝气功能和搅拌功能。
当化学需氧量(COD)大于300mg/L，而总氮(TN)大于40mg/L时：若总磷浓度在2-4mg/L之间，运行3-2-1(3小时曝气、2小时搅拌、1小时静沉)工况；若总磷浓度小于2mg/L，运行3-3-0(3小时曝气、3小时搅拌)工况；
当化学需氧量(COD)大于300mg/L而总氮(TN)小于或等于40mg/L时：若总磷浓度小于2mg/L，运行3-1-2(3小时曝气、2小时搅拌、1小时静沉)工况；若总磷浓度在2-4mg/L，运行3-0-3(3小时曝气、3小时静沉)工况。
当化学需氧量(COD)小于或等于300mg/L，而总氮(TN)大于40mg/L时：若总磷浓度小于2mg/L，运行2-2-0(2小时曝气、2小时搅拌)工况；若总磷浓度在2-4mg/L，运行2-1-1(2小时曝气、1小时搅拌、1小时静沉)工况。
当化学需氧量(COD)小于或等于300mg/L时：若总氮(TN)浓度在20-40mg/L之间、总磷浓度在2-4mg/L之间，运行2-1-1(2小时曝气、1小时搅拌、1小时静沉)工况；若总氮(TN)浓度小于20mg/L、总磷浓度在2-4mg/L之间，运行2-0-2(2小时曝气、2小时静沉)工况；若总氮(TN)浓度在20-40mg/L之间、总磷浓度小于2mg/L时，运行2-2-2(2小时曝气、2小时搅拌、2小时静沉)工况；若总氮(TN)浓度小于20mg/L、总磷浓度小于2mg/L时，运行1-1-1(1小时曝气、1小时搅拌、1小时静沉)工况。
通过调整反应周期及曝气比，可以在吨水处理能耗为0.18～0.23kWh时，达到化学需氧量(COD)去除率65.84％～90.10％、氨氮(NH3-N)去除率65.95％～92.30％、总氮(TN)去除率44.17％～75.31％、总磷(TP)去除率57.48％～89.35％水平，处理出水能满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B排放标准。
效果例1
运行模式(曝气2h、搅拌1小时、静沉1h)，进水指标：平均水温13.30℃，吨水处理能耗为0.23kWh，化学需氧量(COD)平均进水浓度为205.45mg/L，氨氮(NH3-N)平均进水浓度为25.77mg/L，总氮(TN)平均进水浓度为28.81mg/L，总磷(TP)平均进水浓度为2.81mg/L，采用这一运行模式时，化学需氧量(COD)平均去除率为78.43％，氨氮(NH3-N)平均去除率为65.95％，总氮(TN)平均去除率为55.31％，总磷(TP)平均去除率67.48％，出水能够满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B排放标准。
效果例2
运行模式(曝气2h、静沉2h)，进水指标：平均水温12.65℃，吨水处理能耗为0.18kWh，化学需氧量(COD)平均进水188.22mg/L，氨氮(NH3-N)平均进水15.51mg/L，总氮(TN)平均进水18.87mg/L，总磷(TP)平均进水3.33mg/L。化学需氧量(COD)平均去除率79.84％，氨氮(NH3-N)平均去除率66.91％，总氮(TN)平均去除率44.17％，总磷(TP)平均去除率79.35％，出水能够满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B排放标准。

Claims (6)

1.一种一体化同步脱氮除磷生物反应器，功能上分为生化反应区、出水补氧区、物化反应区、排泥区、沉淀区及三相分离器六部分，其特征在于：
(A)外筒(2)底部封闭，其内设有内筒(3)，内筒(3)内为生化反应区，生化进水管(21)穿过外筒(2)与内筒(3)上部直达生化反应区中央；外筒(2)与内筒(3)之间的夹层依次由4块竖板分隔：第一竖板(5)和第二竖板(6)之间为出水补氧区，第二竖板(6)和第三竖板(7)之间为物化反应区，第三竖板(7)和第四竖板(8)之间为排泥区，第四竖板(8)和第一竖板(5)之间为沉淀区；内筒(3)中下部设有半放空管(25)，穿过沉淀区外筒(2)联通外界；内筒(3)下部开有排泥缝15，联通排泥区；
(B)外筒(2)的顶端除出水补氧区与物化反应区外的部分装有三角堰(12)；外筒(2)顶部外侧设有上边筒(1)，上边筒(1)顶端与内筒(3)顶端平齐，上边筒(1)底部通过圆环形平板(4)与外筒(2)的顶端外侧连接，形成出水堰；沉淀区与出水补氧区部分的外筒(2)顶端低于内筒(3)顶端；其他部分的外筒(2)顶端与内筒(3)顶端平齐；
(C)出水补氧区上部第一竖板(5)与第二竖板(6)顶端高于三角堰(12)，相应外筒(2)上部上边筒(1)下边缘装有溢流管(19)；出水补氧区底部连接有出水管(20)；
(D)物化反应区第三竖板(7)顶端低于三角堰(12)，物化反应区底部连接有物化进水管(22)；
(E)排泥区上部空间装有波形沉淀斜板(13)，第四竖板(8)顶端与内筒(3)顶端平齐；第三竖板(7)与第四竖板(8)之间设置挡流板(9)，其上端与内筒(3)顶端平齐，下端与波形沉淀斜板(13)底端平齐，挡流板(9)与第三竖板(7)之间为进水通道；直立的通气管(24)底端位于排泥区底部，顶端与大气相通，排泥管(23)一端与通气管(24)相连，另一端穿过排泥区的外筒(2)中下部联通外界；
(F)沉淀区上部装有波形沉淀斜板(13)；沉淀区的下部为三项分离器，其构成为：在内筒(3)中下部开有排气孔(14)，紧贴排气孔(14)的上方连接裙形斜板(10)；在内筒(3)底部开有一圈回流缝(16)，紧贴回流缝(16)的下缘连接倒裙形斜板(11)；倒裙形斜板(11)与回流缝上缘之间、裙形斜板(10)与倒裙形斜板(11)之间均存在间距；
(G)内筒(3)内即生化反应区装有曝气型激波传质装置和搅拌型激波传质装置，曝气型激波传质装置由垂直放置的垂直激波传质器(26)、上喉管(29)、下喉管(30)和潜污泵(27)通过压力管连接构成；搅拌型激波传质装置由水平放置的水平激波传质器(34)、左喉管(35)、右喉管(36)和潜污泵(27)通过压力管连接构成。
2.如权利要求1所述的一体化同步脱氮除磷生物反应器，其特征在于：出水补氧区下部为第一竖板(5)与第二竖板(6)底部围成的斗；物化反应区下部为第二竖板(6)与第三竖板(7)围成的斗；排泥区下部为第三竖板(7)与第四竖板(8)围成的斗，所述排泥缝(15)紧贴斗的顶端。
3.如权利要求1或2所述的一体化同步脱氮除磷生物反应器，其特征在于：裙形斜板(10)与内筒(3)的夹角β为30°-45°，裙形斜板(10)与倒裙形斜板(11)垂直间距为5-20mm；倒裙形斜板(11)倾角α为45°-60°，倒裙形斜板(11)与回流缝(16)上边缘间距为5-20mm。
4.如权利要求3所述的一体化同步脱氮除磷生物反应器，其特征在于：所述波形沉淀斜板(13)的板间距为5-10mm，倾角为45°-60°度，由角钢支撑。
5.如权利要求1或4所述的一体化同步脱氮除磷生物反应器，其特征在于：(A)曝气型激波传质装置包括垂直激波传质器(26)、潜污泵(27)、吸气管(28)、上喉管(29)、下喉管(30)、垂直压力管(32)及水平压力管(33)，垂直激波传质器(26)垂直安装，顶端顺次装有下喉管(30)、上喉管(29)，上喉管(29)两侧各装有一根吸气管(28)，上喉管(29)通过水平压力管(33)及垂直压力管(32)与潜污泵(27)相连；(B)搅拌型激波传质装置包括水平激波传质器(34)、潜污泵(27)、左喉管(35)、右喉管(36)、上压力管(37)、下压力管(38)，水平激波传质器(34)水平安装，出水口处顺次水平安装有右喉管(36)、左喉管(35)，左喉管(35)通过下压力管(38)、上压力管(37)与潜污泵(27)相连。
6.如权利要求5所述的一体化同步脱氮除磷生物反应器，其特征在于：所述潜污泵(27)由支架固定在内筒(3)壁上，垂直激波传质器(26)由支架固定在内筒(3)底板上；水平激波传质器(34)由支架固定在内筒(3)底板上；垂直压力管(32)与水平压力管(33)相接处安装安全阀门(31)，上压力管(37)顶端装有安全阀门(31)，两安全阀门均高于三角堰(12)。
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