CN101704608B - 一种集污泥处置的分散式污水深度处理装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种兼具剩余污泥处置功能的分散式污水深度处理装置。该一体化装置为一个底部呈锥形的圆桶体，由竖向平行隔板将其分割成互相连通的臭氧溶胞区、生化反应区、沉淀区、过滤区等四个功能区。污水直接流入淹没式生物膜生化反应区，其中大部分溶解性污染物被降解去除；处理后的污水经过沉淀区的泥水分离后，进入过滤区被进一步处理；沉淀后的少量剩余污泥，由锥底排泥系统被间歇性送至臭氧溶胞区进行污泥细胞破解，其释放的胞内物在下一次进泥时被排除进入生化反应区，作为二次底物与污水一道被生物膜降解利用。本发明装置构造简单、功能紧凑，适用于小流量、中低浓度的分散式污水的脱氮除磷和污泥减量，可实现污水和污泥的一体化处理。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种集污泥处置的分散式污水深度处理装置，以及利用该装置进行污水处理的方法。
(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。
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、流量较小、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；(4)剩余污泥处置困难。污水生物处理装置往往产生数量大、含有毒有害物质多的剩余污泥副产物，给用户和社会带来了较大的经济负担和环境风险；如何在保证污水处理效果的前提下，采取适当的措施使处理相同污水所产生的污泥数量降低，以实现从源头上解决污泥问题。
(三)发明内容
针对现有技术和装置的问题，本发明提供一种集污泥处置的分散式污水深度处理装置及方法。
本发明采用的技术方案是：
一种集污泥处置的分散式污水深度处理装置，其特征在于：
所述装置为桶体结构，桶底呈倒锥形；
所述桶体内部被竖直的平行排列的下沿封底半隔板(5)和下沿留空半隔板(6)分割，所述下沿封底半隔板(5)和下沿留空半隔板(6)分别和桶壁密封连接；所述下沿封底半隔板(5)的下沿与桶底密封连接、上沿留有工作距离；所述下沿留空半隔板(6)的下沿留有工作距离、上沿与桶壁的上沿平齐；
所述桶体内部依次被下沿封底半隔板A1(5-1)、下沿留空半隔板B1(6-1)、下沿留空半隔板B2(6-2)、下沿封底半隔板A2(5-2)、下沿留空半隔板B3(6-3)分割，所述下沿封底半隔板A1(5-1)的上沿高于下沿封底半隔板A2(5-2)的上沿高度，所述下沿留空半隔板B1(6-1)、下沿留空半隔板B2(6-2)、下沿留空半隔板B3(6-3)的下沿等高；所述下沿封底半隔板A1(5-1)和下沿留空半隔板B1(6-1)之间设置进水管(12)；
所述下沿封底半隔板A1(5-1)与桶壁和桶底围成臭氧溶胞区(1)，所述下沿封底半隔板A1(5-1)、下沿留空半隔板B2(6-2)和桶底围成生化反应区(2)，所述下沿留空半隔板B2(6-2)、下沿封底半隔板(5-2)和桶底围成沉淀区(3)，所述下沿封底半隔板A2(5-2)与桶壁和桶底围成过滤区(4)；污水流经生化反应区(2)、沉淀区(3)和过滤区(4)，污泥则通过锥底的管道间歇性的流经臭氧溶胞区(1)和生化反应区(2)。所述的桶体倒锥形底部的锥底部位位于所述的生化反应区(2)底部；
所述臭氧溶胞区(1)为鼓泡型接触反应柱、臭氧溶胞区(1)相应的底部设置有微孔曝气装置(7)，其功能是通过序批式运行方式利用鼓入的臭氧空气将来自装置锥底的污泥氧化溶解；每天操作一次，反应时间为2h，臭氧投量在0.08～0.20g·O3/g·MLSS(根据臭氧、污泥浓度及产生污泥产量决定)；所述生化反应区(2)在下沿留空半隔板B1(6-1)与下沿留空半隔板B2(6-2)区间内挂有生物填料(9)(填充率50％左右)、生化反应区(2)相应的底部设置有穿孔曝气装置(8)，穿孔曝气装置设置在偏离锥底中心的位置，以避免对沉淀区3的泥水分离和污泥浓缩产生水力扰动；所述过滤区(4)内填充氮磷吸附型生物滤料(11)、上部设置有出水管(13)。
所述的沉淀区3近似竖流式沉淀工作模式，在进入底部的污泥固体负荷较低的情况下可保证其上部出水中悬浮物浓度处于较低水平，避免堵塞过滤区4。
优选的，所述桶体为圆柱体结构、桶底为倒圆锥体。
所述臭氧溶胞区(1)、生化反应区(2)、沉淀区(3)和过滤区(4)体积比为1∶20∶5∶10。
所述倒锥形底部的锥底部位设置有排泥口与排泥系统(10)连接，所述的排泥系统(10)与臭氧溶胞区(1)相通，每天一次将一定体积的污泥(约生化反应区体积的1/20)送至臭氧溶胞区。
所述的排泥系统主要由污泥泵和排泥管构成，管道两头连接装置锥底与臭氧溶胞区(1)的底部，通过泵的提升作用将锥底污泥输送至臭氧溶胞区，每次工作时新一批次污泥会将上一批次经臭氧溶胞后的污泥从臭氧溶胞区(1)顶入到生化反应区(2)。
所述过滤区内中下部充满氮磷吸附型生物滤料(11)，自下而上粒径逐渐减小。
本发明还涉及一种利用集污泥处置的分散式污水深度处理装置处理污水的方法，所述方法如下：将污水从进水管(12)引入生化反应区(2)底部，在生物膜的异化、同化、硝化、反硝化等作用下，大部分有机物、氮、磷等污染物得到去除；老化脱落的少量生物膜则经过沉淀区3的泥水分离作用掉落到水力扰动较小的锥底区域，经处理形成剩余污泥和上清液，上清液经下沿封底半隔板(5-2)和下沿留空半隔板(6-3)之间的通道进入到过滤区(4)底部进行进一步降解，在其中颗粒滤料的吸附和生物降解作用下，上部出水中的有机物、氮、磷等进一步下降；锥底的剩余污泥定期经排泥口通过排泥系统(10)进入到臭氧溶胞区(1)，通过微孔曝气装置鼓入臭氧混合气对污泥细胞进行溶解成易生化的有机质，臭氧投量为0.08～0.20g·O3/g·MLSS，待下一次间歇排泥时被自动顶入进水通道，与污水一道被生物膜降解利用。
所述生化反应区(2)内挂生物填料的填充率为50％，溶解氧1.5～3.0mg/L，水力停留时间8h。
本发明的有益效果主要体现在：通过引入生物膜、生物过滤、溶胞等过程单元，有机整合了物化、生化等方法的多种作用原理，实现了污水和污泥的一体化处理。本发明适用于农业、养殖业及第三产业等排放的小流量、中低浓度的有机废水的脱氮除磷和污泥减量。
(四)附图说明
图1为本发明一种集污泥处置的分散式污水深度处理装置的结构示意图，
图中1为臭氧溶胞区，2为化反应区，3为沉淀区，4为过滤区，5(包括5-1、5-2)为下沿封底半隔板，6(包括6-1、6-2、6-3)为下沿留空半隔板，7为微孔曝气装置，8为穿孔曝气装置，9为生物填料，10为排泥系统，11为吸附型生物滤料，12为进水管，13为出水管；
图2为本发明装置剖面视图。
(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：
参见附图1、2，分散式污水经收集后由进水管12沿着下封底半隔板5-1与下沿留空半隔板6-1间的通道经折流后进入生化反应区2的底部；在穿孔曝气装置8的鼓气作用下与生物填料9上生物膜充分接触反应，污水中大部分有机物、氮、磷等污染物在微生物异化、同化、硝化、反硝化等作用下获到去除；处理后污水由下而上竖流通过沉淀区3，其中比重较大的老化生物膜掉落到装置中扰动较小的锥底区域，浓缩后形成一定数量的剩余污泥；上清液则经由下沿封底半隔板5-2与下沿留空半隔板6-3形成的通道进入到过滤区4底部，在其中的吸附型生物滤料11的作用下，进水中残余的氮、磷、有机物等污染物进一步被吸附和生物降解，出水水质基本可满足我国城市污水再生利用的要求(GB/T18919-2002、GB/T18920-2002和GB/T18921-2002)；剩余污泥则以每天一次的频率通过排泥系统10进入到臭氧溶胞区1底部直至充满大部分体积，而后臭氧经由耐腐蚀的微孔曝气装置7鼓入接触柱将污泥细胞溶解成易生化的有机质，待下一次排泥时被自动顶入进水通道，与污水一道被生物膜降解利用，最终大大减少剩余污泥排放量，甚至实现零排放。
实施例2：
某小区生活污水水质如下：COD＝238±26mg/L，NH4 +-N＝24±6mg/L，TN＝33±7mg/L，TP＝5.7±0.3mg/L，pH＝6.8±0.7；为实现污水的深度处理和就地回用，采用如图1的装置开展试验性研究，处理水量Q＝60m3/d。
桶形装置为PVC材料，底部呈锥形，有效直径和高度分别为3m和2.5m，超高0.3m，竖剖面锥底呈直角。下沿封底半隔板5-1、下沿留空半隔板6-1、下沿留空半隔板6-2、下沿封底半隔板5-2、下沿留空半隔板6-3等五块隔板分别依次竖向平行(沿横截面的径向)安装于装置内，将装置分割成体积比为1∶20∶5∶10的四个功能区，即依次臭氧溶胞区1、生化反应区2、沉淀区3和过滤区4；其中下沿封底半隔板5-1和5-2的上沿分别距离装置上沿0.3m和0.8m，其余边沿与桶壁或桶底密封连接；而下沿留空半隔板6-1、6-2和6-3的上沿与装置上沿齐平，下沿则统一距装置上沿2.3m，其余边沿与桶壁密封连接。锥底安装一根DN75的PVC排泥管，并通过自吸式污泥泵与臭氧溶胞区1的底部连接，形成排泥系统10；每天定期开启一次将剩余污泥引入臭氧溶胞区1，每次抽吸时间视排入的污泥体积充满臭氧溶胞区1有效体积的80％为宜。下沿封底半隔板5-1与下沿留空半隔板6-1之间安放一根DN75的PVC进水管12，进水口距装置上沿0.8m；一根DN75的出水管13则安置于过滤区4的边壁上，距装置上沿也为0.8m。臭氧溶胞区1和生化反应区2底部的中心位置分别布有微孔曝气装置7和穿孔曝气装置8，距装置上沿均为2.5m；其中微孔曝气装置7为散气性好且耐臭氧腐蚀的气泡石，穿孔曝气装置8则为一组丰字形排布的PVC曝气管。臭氧溶胞区1采用的臭氧浓度为1.2mg/L，由空气气源臭氧发生装置产生；污泥臭氧化时间为2h，每天一次操作，臭氧投量在0.08～0.20g·O3/g·MLSS。生化反应区2内通过尼龙绳固定有生物填料9，填充率50％左右，溶解氧控制在1.5～3.0mg/L；其中生物填料9为立体弹性填料，直径150mm，由耐腐、耐温、耐老化的聚烯烃类材料制成(宜兴市乐美环保填料有限公司)，起到生物载体和剪切气泡的作用。过滤区4填充了颗粒状氮磷吸附型生物滤料11，从下而上具体为0.6m厚粒径20～30mm的天然斜发沸石和1.2m厚粒径10～20mm的天然斜发沸石。生化反应区2采用快速排泥挂膜法进行启动，即将一定量城市污水处理厂活性污泥作为种泥加入到反应器中，加入该小区生活污水后闷曝72h，当填料表面形成黄褐色生物膜后将污泥排走，并开始连续进水进行污水处理。
按照实施例1的操作方式，经过一年的实地运行，发现整个装置运行良好，功能分区明显，不仅出水水质达到了我国城市污水再生利用的相关标准，适合小区日常生活杂用的要求，而且在运行过程中未出现剩余污泥的排放及处置问题，因而极大地降低了该类污水的处理费用。
Claims (7)
1.一种集污泥处置的分散式污水深度处理装置，其特征在于：
所述装置为桶体结构，桶底呈倒锥形；
所述桶体内部被竖直的平行排列的下沿封底半隔板(5)和下沿留空半隔板(6)分割，所述下沿封底半隔板(5)和下沿留空半隔板(6)分别和桶壁密封连接；所述下沿封底半隔板(5)的下沿与桶底密封连接、上沿留有工作距离；所述下沿留空半隔板(6)的下沿留有工作距离、上沿与桶壁的上沿平齐；
所述桶体内部依次被下沿封底半隔板A1(5-1)、下沿留空半隔板B1(6-1)、下沿留空半隔板B2(6-2)、下沿封底半隔板A2(5-2)、下沿留空半隔板B3(6-3)分割，所述下沿封底半隔板A1(5-1)的上沿高于下沿封底半隔板A2(5-2)的上沿高度，所述下沿留空半隔板B1(6-1)、下沿留空半隔板B2(6-2)、下沿留空半隔板B3(6-3)的下沿等高；所述下沿封底半隔板A1(5-1)和下沿留空半隔板B1(6-1)之间设置进水管(12)；
下沿封底半隔板A1(5-1)与桶壁和桶底围成臭氧溶胞区(1)，下沿封底半隔板A1(5-1)、下沿留空半隔板B2(6-2)和桶底围成生化反应区(2)，下沿留空半隔板B2(6-2)、下沿封底半隔板A2(5-2)和桶底围成沉淀区(3)，下沿封底半隔板A2(5-2)与桶壁和桶底围成过滤区(4)；所述的桶体倒锥形底部的锥底部位位于所述的生化反应区(2)底部；
所述臭氧溶胞区(1)为鼓泡型接触反应柱、臭氧溶胞区(1)相应的底部设置有微孔曝气装置(7)；所述生化反应区(2)在下沿留空半隔板B1(6-1)与下沿留空半隔板B2(6-2)区间内挂有生物填料(9)、生化反应区(2)相应的底部设置有穿孔曝气装置(8)；所述过滤区(4)内填充氮磷吸附型生物滤料(11)、上部设置有出水管(13)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述桶体为圆柱体结构。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述臭氧溶胞区(1)、生化反应区(2)、沉淀区(3)和过滤区(4)体积比为1∶20∶5∶10。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述倒锥形底部的锥底部位设置有排泥口与排泥系统(10)连接，所述的排泥系统(10)与臭氧溶胞区(1)相通。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于所述过滤区内填充的氮磷吸附型生物滤料(11)自下而上粒径逐渐减小。
6.一种利用权利要求1所述集污泥处置的分散式污水深度处理装置处理污水的方法，所述方法如下：将污水从进水管(12)引入生化反应区(2)底部，经处理形成剩余污泥和上清液，上清液经下沿封底半隔板A2和下沿留空半隔板B3之间的通道进入到过滤区(4)底部进行进一步降解；锥底的剩余污泥定期经排泥口通过排泥系统(10)进入到臭氧溶胞区(1)，通过微孔曝气装置鼓入臭氧混合气对污泥细胞进行溶解，臭氧投量为0.08～0.20g·O3/g·MLSS。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于所述生化反应区(2)内挂生物填料的填充率为50％，溶解氧1.5～3.0mg/L，水力停留时间8h。
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