CN101391834A - 一种非均匀曝气的一体化污水深度处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非均匀曝气的一体化污水深度处理装置，所述的污水深度处理装置由内桶和外桶嵌套形成一个与底面液密封的一体化反应池，所述的内桶内腔为水解酸化池，内桶壁与外桶壁围成的腔室构成生物过滤池；本发明通过两个不同直径的通体相嵌套，形成内部为水解酸化池、外围为生物过滤池的一体化装置，以使固态和溶解性污染物去除在功能分区上更加合理，极大地提高了装置对污水水量、水质变化的适应性能，实现了对SS、COD、NH₄ ⁺、PO₄ ^3－、TN、TP等多种污染物的经济、高效去除，利于出水的后续再利用。

Description

一种非均匀曝气的一体化污水深度处理装置

(一)技术领域

本发明涉及一种非均匀曝气的一体化污水深度处理装置。

(二)背景技术

水污染控制技术是环境工程的一个分支，伴随着水资源短缺及环境标准紧缩，污水的深度处理技术，尤其是TN、TP、SS的深度脱除技术，已成为当前污水处理与回用的一个热点和难点。目前，大规模的集中式污水处理仍然是水污染控制的重要方式，但鉴于其巨大的投资和能量损失，以及大量未能纳入城市排水系统的生产、生活污染源的存在，分散式污水的处理与回用技术已成为是未来水污染控制发展的重要方向。

工业、农业、养殖业及第三产业等产生大量的分散式污水，由于其大部分未能被收集、处理及缺乏有效治理技术和设备，造成日益严重的水体污染。分散式污水一般具有种类多、分布广、水质水量变化大、可生化性较好等特点，常采用自行研发的小型处理装置和构筑物进行处理，其处理工艺较多且发展较快，主要有接触氧化法、改进型活性污泥法、序批式活性污泥法和膜生物反应器等，其中前两个技术应用约占市场的90％以上。目前，针对这类污水的处理技术和装置还存在以下一些问题：(1)装置针对性不强。受限于传统技术和设计理念束缚，许多成套装置只关注COD、BOD₅等有机物的去除，而忽视了脱氮除磷，导致装置出水水质大多未能满足受纳水体的功能要求，引起富营养化；(2)设计参数取值不当。分散式污水虽易降解，但水质、水量波动较大，导致装置在实际运行中常未能按照设计工况进行处理，而且由于缺乏调节和保障措施，影响了其在进水水质变化下的达标排放；(3)工艺繁锁且费用较大。为实现对污水的深度处理，先前的技术工艺和装置往往较为复杂，引致操作不便和成本较高，因而装置在运行过程中性能不稳定、设备故障多。

(三)发明内容

本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种具有SS、COD、NH₄ ⁺、PO₄ ^3-、TN、TP等多种污染物同时去除功能的非均匀曝气的一体化污水深度处理装置。

本发明采用的技术方案是：

一种非均匀曝气的一体化污水深度处理装置，所述的污水深度处理装置由内桶和外桶嵌套形成一个与底面液密封的一体化反应池，所述的内桶内腔为水解酸化池(10)，内桶壁与外桶壁围成的腔室构成生物过滤池(16)；

所述的水解酸化池(10)底部分别开设有通向所述一体化反应池外的进水管(1)和排泥管(5)；进水管固定于池体底部，由中心向池内均匀布水；排泥管设于池体中下部，通过排除过量厌氧污泥使水解酸化池上清液的SS维持在较低水平。

所述的生物过滤池(16)被完整隔板(7)、下沿留空半隔板(8)和下沿封底半隔板(9)分割，所述完整隔板(7)、下沿留空半隔板(8)和下沿封底半隔板(9)竖向排列并分别与内、外桶壁密封连接，所述的下沿留空半隔板(8)、下沿封底半隔板(9)与所述的完整隔板(7)的下沿或上沿留有工作距离，所述的完整隔板(7)、下沿封底半隔板(9)的下沿分别与所述底面密封连接，所述的下沿留空半隔板(8)的下沿与底面留有工作距离，所述下沿留空半隔板(8)的上沿与所述的完整隔板(7)的上沿水平位置齐平；

所述的生物过滤池(16)按顺时针方向依次排布有由完整隔板隔(7)与下沿留空半隔板(8-1)隔成的前好氧区(11)，以及依次由下沿留空半隔板(8-1)、下沿封底半隔板(9-1)、下沿留空半隔板(8-2)、下沿封底半隔板(9-2)、下沿留空半隔板(8-3)、完整隔板(7)围成的过渡区A(15-1)、缺氧区(12)、过渡区B(15-2)、后好氧区(13)和水质保障区(14)；各区之间布置有不同隔板使之相互连通或完全隔离，并形成两个过渡区以避免短流；

所述的水解酸化池(10)上部相对前好氧区(11)和缺氧区(12)的位置排布有通向生物过滤池(16)的配水管(2)，所述完整隔板的上沿高于配水管(2)的高度；若干配水管安装于水解酸化池上部，连通生物过滤池的前曝气区和缺氧区并进行定量配水，其数量及其阀门开启程度取决于进水水质和出水目标；

在前好氧区(11)和后好氧区(13)底部布设有独立的曝气装置(6)，在水质保障区开有设有出水管(3)，其最高位置至多与任一隔板上沿齐平，以确保出水所需水头，底部设有放空管(4)；所述的前好氧区(11)、缺氧区(12)、后好氧区(13)、水质保障区(14)分别内置有沸石填料(17)、(18)。

所述的外桶和内桶为柱体结构，所述外桶和内桶优选均为圆柱形。本发明通过两个不同直径的通体相嵌套，形成内部为水解酸化池、外围为生物过滤池的一体化装置，以使固态和溶解性污染物去除在功能分区上更加合理。

所述的前好氧区(11)、缺氧区(12)和后好氧区(13)内装填有沸石填料(17)粒径为20～30mm，在水质保障区(14)内填有沸石填(18)料粒径为10～20mm。

所述的曝气装置为大气泡的穿孔曝气管。

所述的水质保障区从上到下开设有2～10处设阀门的出水管(3)。

本发明还涉及一种用所述一体化污水深度处理装置处理污水的方法，所述的方法按如下步骤进行：将污水从进水管引入水解酸化池(10)，待污水高于配水管时，由配水管(2)进入前好氧区(11)和缺氧区(12)的上部，同时开启前好氧区(11)和后好氧区(13)内的曝气装置(6)，部分污水在前好氧区(11)处理后，经下沿留空半隔板(8-1)的下沿流入过渡区A(15-1)，再经下沿封底半隔板(9-1)的上沿折流入缺氧区(12)并与其余部分的污水汇合，经缺氧处理后的污水再次通过下沿留空半隔板(8-2)和下沿封底半隔板(9-2)的折流作用由上部进入后好氧区(13)，接着水流再从下沿留空半隔板(8-3)的下沿流入水质保障区下部，最后经深度处理后的污水由出水管(3)流出。

前好氧区(11)、缺氧区(12)配水流量比例不低于前好氧区(11)、缺氧区(12)的体积比例。

通过调节曝气量控制出水中前好氧区(11)DO浓度为2mg/L，控制后好氧区(13)出水中的DO浓度为5mg/L。

分散式污水经收集后由进水管从底部进入水解酸化池，池内的活性污泥在进水水力作用下悬浮于池体中下部，形成缓慢搅动的厌氧污泥床；SS和胶体颗粒在污水竖向流动过程中沉淀或被污泥吸附截留，并被水解转化为液态污染物；而大分子有机物通过酸化作用变成易生物降解的小分子物质；为避免SS截留及微生物增值引起污泥床变厚，引起进入到后续生物过滤池的上清液SS浓度过高，过量厌氧污泥通过排泥管适时进行排除；经厌氧预处理后的污水通过配水管按比例流入生物过滤池的前好氧区和缺氧区，原则上，当污水COD/NH₄ ⁺偏低或脱氮要求不苛刻时，可提高进入前好氧区与缺氧区的流量比值(甚至功能区的体积比值)，反之亦然。在前曝好氧区，COD、NH₄ ⁺、PO₄ ^3-主要在好氧生物膜的作用下发生同化、矿化和硝化反应，转化为CO₂、H₂O、NO₃ ^-和生物膜；好氧处理后的污水经过渡区折流入缺氧区上部，与直接进入该区另一部分污水混合，在缺氧生物膜的作用下发生反硝化反应，以脱除NO₃ ^-和TN；在后好氧区，HRT相对较短，好氧生物膜进一步对剩余的少量COD、NH₄ ⁺进行降解；当然在前好氧区、缺氧区、后好氧区三个功能区，沸石填料也通过吸附、离子交换、机械截留等物化作用对部分SS、COD、NH₄ ⁺、PO₄ ^3-、TN、TP等污染物进行去除，但在长期运行中其功能表现弱于生化去除作用；而在未曝气的水质保障区，经后好氧区充分曝气的污水由下往上流经区内小粒径的沸石填料层，在沸石和生物膜的物化、生化协同作用下为出水水质提供双重安全屏障；为克服污水在生物过滤池内的流动阻力及调节装置总HRT的需要，安装于水质保障区不同高度的出水管须根据进水污染物浓度和出水水质情况实时调整开启方案。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明中的多点配水及非均匀曝气的一体化污水处理设备，根据分散式污水的排放特点，合理利用了沸石填料的吸附、离子交换、机械截留，以及微生物的好氧、缺氧、厌氧降解原理，通过反应器结构、水、气等要素的合理设计，极大地提高了装置对污水水量、水质变化的适应性能，实现了对SS、COD、NH₄ ⁺、PO₄ ^3-、TN、TP等多种污染物的经济、高效去除，利于出水的后续再利用。

(四)附图说明

图1为本发明一体化装置结构示意图；图中1为进水管，2为配水管，3为出水管，4为放空管，5为排泥管，6为曝气装置，7为完整隔板，8(8-1、8-2、8-3)为下沿留空半隔板，9(9-1、9-2)为下沿封底半隔板，10为水解酸化池，11为前好氧区，12为缺氧区，13为后好氧区，14为水质保障区，15-1为过渡区A，15-2为过渡区B，16为生物过滤池，17、18为沸石填料，19为阀门；

图2为将外桶壁剖开后的隔板结构及位置示意图；

图3为本发明装置横剖面示意图。

(五)具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例1：

本发明的多点配水及非均匀曝气的一体化污水处理设备的结构如图1～3所示，其横截面呈环形，主要包括内部的水解酸化池10和外围的生物过滤池16。水解酸化池10为筒形结构，底部、中下部和上部分别安装进水管1、排泥管5和若干配水管2。

所述的生物过滤池(16)按顺时针方向依次排布有由完整隔板隔(7)与下沿留空半隔板(8-1)隔成的前好氧区(11)，以及依次由下沿留空半隔板(8-1)、下沿封底半隔板(9-1)、下沿留空半隔板(8-2)、下沿封底半隔板(9-2)、下沿留空半隔板(8-3)、完整隔板(7)围成的过渡区A(15-1)、缺氧区(12)、过渡区B(15-2)、后好氧区(13)和水质保障区(14)；其中，前好氧区、缺氧区和后好氧区三个功能区内装填有大粒径沸石填料17(20～30mm)，而水质保障区14填充小粒径沸石填料18(10～20mm)，其堆积高度至多与隔板9-2上沿齐平；在前好氧区11和后好氧区13底部安装有各自独立的曝气装置6；在水质保障区14的不同高度固定有个出水管3，其最高安装高度与隔板9-2上沿齐平。

装置运行时，分散式污水由进水管1从底部进入水解酸化池10，SS在污水竖向流经厌氧污泥床时被有效去除，同时污水可生化性得到一定改善，上清液则通过配水管2按一定流量比例进入生物过滤池16的前好氧区11和缺氧区12，排泥管5适时开启排除过量厌氧污泥以控制上清液中SS维持在较低水平。部分污水经过前好氧区11的硝化处理后，在缺氧区12与其余部分污水汇合并发生反硝化作用；之后，污水中剩余的少量SS、COD、NH₄ ⁺、PO₄ ^3-、TN、TP等污染物继续在后好氧区13和水质保障区14的物化及生化作用下被进一步去除。在保证出水水质的前提下，应尽量开启较低安装高度的出水管3，以增加装置处理负荷。

以下为本发明的一个具体实例：

某黑鱼养殖户拥有面积2亩的养殖池塘，由于采取高密度(5000尾/亩)的养殖模式，每周约排放700m³的养殖废水，其水质如下：SS 145±30mg/L；COD 115±25mg/L；NH₄ ⁺-N13±6mg/L；TN 18±8mg/L；TP1.5±0.8mg/L。为减少该地区此类养殖废水造成面源污染，并同时改善养殖水质，在养殖池塘附近修建了一个具有水解酸化池和生物过滤池的一体化钢筋混凝土池体作为污水的一体化处理与回用装置，结构如图1所示。

一体化装置为筒形柱状结构，有效直径和高度分别为2m和2.5m，超高0.5m；中心嵌套有等高的圆筒形水解酸化池10，直径为1m，其有效体积与外部截面为环形的生物过滤池16有效体积之比为1∶3，废水总HRT接近2h。

水解酸化池10的底部布设一根DN90的PVC进水管1，由中心进水，高径比为2.5的池体保证了养殖废水在其中呈缓慢竖向流动，HRT约为0.5h。距池底0.5m安装一根DN90的PVC排泥管5，排泥口位于截面中心。距池上沿0.5m安装9根DN75的PVC配水管2，其中6根向生物过滤池16的前好氧区11配水，剩余3根向缺氧区12配水，调节阀门19使进入两个区的流量之比在2～3：1范围。

生物过滤池16的前好氧区11、缺氧区12、后好氧区13、水质保障区14有效体积之和占滤池总体积的90％，其中前好氧区11、缺氧区12、后好氧区13、水质保障区14的体积比为4：2：1：1。前三个区装填有粒径20～30mm的天然斜发沸石，而水质保障区14的沸石粒径为10～20mm；填料高度为2.0m，包括1.5m沸石填料层和0.5m鹅卵石承托层。前好氧区11和后好氧区13底部布有连接鼓风机的穿孔曝气管6，调节相应阀门19控制各自出水的DO水平在2和5mg/L附近。隔板7与反应器相等，隔板8-1、8-2、8-3上沿与反应器齐平而下沿距池底0.2m，隔板9-1、9-2上沿距装置上沿1.0m而底部与装置相连；在水质保障区14固定有4根DN75的出水管3，分别距装置上沿1.0、1.5、2.0和2.5m；底部设DN90的放空管4。

在实际运行中，通过排泥管5的间歇开启避免水解酸化池10的厌氧污泥层增厚，排泥频率选择以保证进入生物过滤池16的上清液SS<50mg/L为依据。经过一年的实地运行，发现整个系统运行良好，装置功能分区明显，固态污染物(SS)和溶解性污染物(COD、NH₄ ⁺、PO₄ ^3-、TN、TP)分别在水解酸化池10和生物过滤池16中获得显著去除，而生物过滤池16的各功能区也未发生明显堵塞现象。出水SS、COD、NH₄ ⁺-N、TN、TP平均含量分别在10、30、5、10、0.5mg/L以下，其作为回用水补充该养殖户黑鱼养殖用水，不仅削减了向外排放污染物的数量，而且改善了养殖水体的水质，取得了一定的社会和经济效益。

Claims (8)

1、一种非均匀曝气的一体化污水深度处理装置，其特征在于：

所述的污水深度处理装置由内桶和外桶嵌套形成一个与底面液密封的一体化反应池，所述的内桶内腔为水解酸化池(10)，内桶壁与外桶壁围成的腔室构成生物过滤池(16)；

所述的水解酸化池(10)底部分别开设有通向反应池外的进水管(1)和排泥管(5)；

所述的生物过滤池(16)被完整隔板(7)、下沿留空半隔板(8)和下沿封底半隔板(9)分割，所述完整隔板(7)、下沿留空半隔板(8)和下沿封底半隔板(9)竖向排列并分别与内、外桶壁密封连接，所述的下沿留空半隔板(8)、下沿封底半隔板(9)与所述的完整隔板(7)的下沿或上沿留有工作距离，所述的完整隔板(7)、下沿封底半隔板(9)的下沿分别与所述底面密封连接，所述的下沿留空半隔板(8)的下沿与底面留有工作距离，所述下沿留空半隔板(8)的上沿与所述的完整隔板(7)的上沿水平位置齐平；

所述的生物过滤池(16)按顺时针方向依次排布有由完整隔板隔(7)与下沿留空半隔板(8-1)隔成的前好氧区(11)，以及依次由下沿留空半隔板(8-1)、下沿封底半隔板(9-1)、下沿留空半隔板(8-2)、下沿封底半隔板(9-2)、下沿留空半隔板(8-3)、完整隔板(7)围成的过渡区A(15-1)、缺氧区(12)、过渡区B(15-2)、后好氧区(13)和水质保障区(14)；

所述的水解酸化池(10)上部相对前好氧区(11)和缺氧区(12)的位置排布有通向生物过滤池(16)的配水管(2)，所述完整隔板的上沿高于配水管(2)的高度；

在前好氧区(11)和后好氧区(13)底部布设有独立的曝气装置(6)，在水质保障区开有设有出水管(3)，底部设有放空管(4)，所述的前好氧区(11)、缺氧区(12)、后好氧区(13)、水质保障区(14)分别内置有沸石填料(17)、(18)。

2、如权利要求1所述的一体化污水深度处理装置，其特征在于所述的外桶和内桶均为圆柱形。

3、如权利要求1所述的一体化污水深度处理装置，其特征在于所述的前好氧区(11)、缺氧区(12)和后好氧区(13)内装填有沸石填料(17)粒径为20～30mm，在水质保障区(14)内填有沸石填(18)料粒径为10～20mm。

4、如权利要求1所述的一体化污水深度处理装置，其特征在于所述的曝气装置为大气泡的穿孔曝气管。

5、如权利要求1所述的一体化污水深度处理装置，其特征在于所述的水质保障区从上到下开设有2～10处设阀门的出水管(3)。

6、一种用权利要求1所述的一体化污水深度处理装置处理污水的方法，所述的方法按如下步骤进行：将污水从进水管引入水解酸化池(10)，待污水高于配水管时，由配水管(2)进入前好氧区(11)和缺氧区(12)的上部，同时开启前好氧区(11)和后好氧区(13)内的曝气装置(6)，部分污水在前好氧区(11)处理后，经下沿留空半隔板(8-1)的下沿流入过渡区A(15-1)，再经下沿封底半隔板(9-1)的上沿折流入缺氧区(12)并与其余部分的污水汇合，经缺氧处理后的污水再次通过下沿留空半隔板(8-2)和下沿封底半隔板(9-2)的折流作用由上部进入后好氧区(13)，接着水流再从下沿留空半隔板(8-3)的下沿流入水质保障区下部，最后经深度处理后的污水由出水管(3)流出。

7、如权利要求6所述的处理污水的方法，其特征在于前好氧区(11)、缺氧区(12)的配水流量比例不低于前好氧区(11)、缺氧区(12)的体积比例。

8、如权利要求6所述的处理污水的方法，其特征在于通过调节曝气量控制出水中前好氧区(11)DO浓度为2mg/L，控制后好氧区(13)出水中的DO浓度为5mg/L。

Images