CN102627351A

CN102627351A - 兼具污泥碳源转化功能的复合沉淀池

Info

Publication number: CN102627351A
Application number: CN2012100828200A
Authority: CN
Inventors: 张�杰; 杨殿海; 徐伟; 张�浩
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2012-03-27
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2012-08-08

Abstract

本发明涉及一种兼具污泥碳源转化功能的复合沉淀池，由中心变频传动装置、泥水混合器、导流管、污泥粉碎装置、泥水分配器、排泥装置、超声波发生器、固液分离器和整流出水堰组成，中心变频传动装置自上而下插入池体内，泥水混合器位于池体内上部，泥水混合器外周边一圈为整流出水堰，固液分离器位于池体内中上部，上层污泥粉碎装置位于池体内中部，下层污泥粉碎装置位于池体内中下部，上层污泥粉碎装置和下层污泥粉碎装置之间设有超声波发生器，排泥装置位于池体底部，下层污泥粉碎装置与排泥装置之间设有泥水分配器，导流管呈L型，导流管伸入池体内，其一端位于泥水混合器下方，另一端位于下层污泥粉碎装置下方和泥水分配器连接；本发明工艺流程简单、节约用地、管理便捷、大大降低运营成本、出水效果稳定。可广泛应用于污水厂脱氮除磷提标升级改造，以及对低碳源污染水体的脱氮处理。

Description

兼具污泥碳源转化功能的复合沉淀池

技术领域

本发明涉及一种污水处理技术领域的设备，尤其涉及一种兼具污泥碳源转化功能的复合沉淀池。

背景技术

我国“十一五”期间全国城镇污水处理的能力持续快速增长，实际处理污水量和污染物削减总量大幅度增加。但是，由于管网建设，尤其是雨污分流系统改造不到位，加之雨污混接和管网渗漏等问题比较突出，污水处理厂进水污染物浓度偏低，给脱氮除磷的效果带来很大影响，严重影响污染物去除效率。目前，我国运行的污水处理厂中，绝大多数污水处理厂存在碳源不足的问题，特别是南方地区更是呈现低碳相对高氮磷水质特征。由于除磷脱氮对碳源存在相互竞争问题，碳源不足是制约除磷脱氮效果的重要因素。除此之外，碳源不足对活性污泥系统的稳定性也有较大的影响，其运行工况也影响到氮磷的去除。因此，若不能妥善解决碳源不足的问题，城市污水处理厂将会成为二次污染源，继续污染水环境。如何在低碳源条件下提高除磷脱氮效果，尽可能满足排放标准要求，也是现阶段污水处理所要研究的重要问题。随着我国环境保护工作的快速发展，“十二五”期间国家将进一步严格控制水污染物排放。《国家环境保护标准“十二五”规划》和国家《“十二五”节能减排规划（草案）》就在原有的化学需氧量和二氧化硫总量控制基础上，新增加了氨氮和氮氧化物的总量控制要求，并且为适应化学需氧量和氨氮总量控制要求修订了约30项水污染物排放标准。

为解决城镇污水处理厂生物脱氮所需碳源不足，目前污水处理厂多从现有碳源的优化利用和投加外碳源两方面着手。在外碳源投加方面，多以投加甲醇、乙醇、乙酸、糖类等居多。由于投加外碳源不但增加了运行费用，而且一些有毒化工原料给安全管理带来隐患。因此以现有碳源的优化利用或者开发其他碳源（如细胞内碳源的强化利用、污泥发酵产生的挥发性脂肪酸（VFA）作为碳源）是污水处理厂解决碳源不足问题的发展方向。

将沉淀池污泥水解酸化发酵处理，能增加进水中溶解性有机物的含量，从而为氮的去除提供良好的碳源。根据国、内外研究表明，利用沉淀池污泥水解来增加生物可利用碳源是最为简单、有效、经济的方式，目前的沉淀池仅具备固液分离的功能，必须开发新型沉淀池来满足污泥水解所需的条件。

经对现有技术的文献检索发现，国内对沉淀池污泥水解开发碳源研究仅停留在研究及小试阶段，目前还没有相关成套设备的开发研制报道。

发明内容

本发明的目的是将沉淀池污泥碳源转化以克服现有生物脱氮技术的不足的缺陷，提供一种工艺简单，脱氮效果明显，处理成本低廉，对低碳/氮比水体脱氮的兼具污泥碳源转化功能的复合沉淀池。

本发明对常规沉淀池进行了重新设计，使其具备沉淀、厌氧、缺氧、污泥浓缩多种复合功能，但同时又避免了常规处理系统中碳源不足的弊病，特别是引入了机械、物理破碎功能，大大提升了污泥水解效率，在不外投加碳源的基础上，提供优质充足的碳源，满足生物脱氮的顺利实现，经济、有效的确保了脱氮效果。

本发明提出的兼具污泥碳源转化功能的复合沉淀池，由中心变频传动装置1、泥水混合器2、导流管3、上层污泥粉碎装置4、下层污泥粉碎装置5、泥水分配器6、排泥装置7、超声波发生器8、固液分离器9、整流出水堰10和池体11组成，中心变频传动装置1自上而下插入池体11内，泥水混合器2位于池体11内上部，泥水混合器2顶部分别设有进水口、污泥回流进口和污水回流进口，泥水混合器2周边围绕池体11内壁一圈为整流出水堰10，固液分离器9位于池体11内中上部，上层污泥粉碎装置4位于池体11内中部，下层污泥粉碎装置5位于池体11内中下部，上层污泥粉碎装置4和下层污泥粉碎装置5之间设有超声波发生器8，排泥装置7位于池体11底部，下层污泥粉碎装置5与排泥装置7之间设有泥水分配器6，导流管3呈L型，导流管3伸入池体11内，其一端于泥水混合器2连接，另一端位于泥水分配器6下方；整个复合沉淀池内分为泥水混合区、厌氧/缺氧区、碳源转化区、泥水分离区、以及污泥浓缩区；

泥水混合区：污水、回流污泥和回流污水进入泥水混合器2进行充分混合均匀；

厌氧/缺氧区：由泥水混合器2混合后的泥水混合物通过导流管3和泥水分配器6进行水力分配，泥水混合物以上向流形式由下而上在厌氧/缺氧区利用污泥水解产生的有机碳源完成脱氮处理；

碳源转化区：回流污泥通过上层污泥粉碎装置4、下层污泥粉碎装置5的粉碎，以及超声波发生器8的物理穿透，使污泥在碳源转化区内分解转化成优质碳源；

泥水分离区：混合污水在泥水分离区利用液体和固体不同的密度差及重力原理进行固液分离，通过固液分离器9完成泥水分离，澄清液通过整流出水堰10出水；

污泥浓缩区：老化及失去活性的污泥沉入污泥浓缩区，由排泥装置7排出。

本发明中，所述上层污泥粉碎装置4和下层污泥粉碎装置5通过传动轴连接。

本发明中，所述固液分离器9表面设有预留孔，用于穿过传动轴和导流管3穿过，固液分离器9分内外2层三角形状，内外层之间有空隙。

本发明中，泥水混合器2主要目的是将进水和回流污水、污泥混合均匀，确保进水浓度负荷保持平稳。导流管3主要目的是将污水、污泥导入沉淀池底部，满足处理流程顺序的需要。泥水分离器6主要目的是将需处理的污水、污泥均布在整个处理断面上，避免短流，均衡各项处理负荷。上、下层污泥粉碎装置主要目的是通过机械搅拌功能对污泥进行破碎来加速污泥水解，通过中心变频传动装置来控制机械搅拌转速和搅拌功率。超声波发生器8主要目的是通过超声波的物理穿透功能加速污泥水解。固液分离器9主要目的是确保固液分离效果，避免污泥外溢。整流出水堰10主要目的是确保出水堰沿长度方向各点出水水力负荷均匀，保持出水量稳定。

本发明充分利用沉淀污泥自身水解发酵来确保反硝化所需碳源的一种处理设备。本发明可以应用于现有污水处理厂提标改造以及低碳/氮比污水的生物脱氮处理。

兼具污泥碳源转化功能的复合沉淀池是将常规处理工艺中的沉淀、厌氧、缺氧、污泥浓缩功能汇集于一体的复合处理设备，但同时又避免了常规处理系统中碳源不足的弊病，是在不额外投加碳源的前提下处理低碳/氮比污水脱氮的新型处理设备。

本发明的优点如下：

1．工艺流程简单

将常规工艺的初次沉淀池、厌氧池、缺氧池、污泥浓缩池有机组合在一体，减少工艺流程的长度。

2．降低投资费用、减少占地

由于将常规工艺的4个处理单元合并成1个处理单元，降低投资费用的同时大大减少了用地面积。

3．减少运行费用

相比较外投加碳源的处理工艺而言，不投加额外化学药剂，降低了运行成本，同时避免了化学药剂有可能存在的毒性。

4．污泥量少

由于污泥处于水解发酵阶段，污泥量大大减少，同时降低了污泥处理设施的投资及污泥处理费用。

5．处理效果好

由于污泥水解产生大量充足且优质的碳源，能确保生物脱氮的顺利进行，同时避免了除磷对碳源的竞争，脱氮除磷效率明显提高。

6．系统耐冲击能力高

兼具污泥碳源转化功能的复合沉淀池内由于池内污泥浓度高，对于进水水质变化的适应能力强，提高了系统冲击能力，亦能适应高浓度废水的处理。

附图说明

图1为本发明的结构图示。

图2为图1中A-A的剖视图。

图3为图1中B-B的剖视图。

图4为图1中C-C-的剖视图。

图中标号：1为中心变频传动装置；2为泥水混合器；3为导流管；4为上层污泥粉碎装置；5为下层污泥粉碎装置；6为泥水分离器；7为排泥装置；8为超声波发生器；9为固液分离器；10为整流出水堰；11为池体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细方式和工作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，兼具污泥碳源转化功能的复合沉淀池主要包括：1、中心变频传动装置；2、泥水混合器；3、导流管；4、上层污泥粉碎装置；5、下层污泥粉碎装置；6、泥水分离器；7、排泥装置；8、超声波发生器；9、固液分离器；10、整流出水堰。整个设备根据功能不同分为五个部分：1、碳源转化区——污泥在该区被分解转化成优质碳源；2、厌氧/缺氧区——含硝酸盐的污水利用碳源完成反硝化脱氮；3、泥水分离区——将水中的泥水分离；4、澄清区——上清液通过配水装置均匀外排；5、污泥浓缩区——系统老化及剩余污泥进行浓缩降低含水率后外排。

如图2所示，整流出水堰10：堰口宽20CM，深度20CM，围绕池体11内部设置一圈，底部和池内部焊接固定，整个堰口必须做到绝对水平，堰口顶端设置调节堰板，可以根据需要调节水平高度。泥水混合器2：外观采用圆形托盘构造，下部用角钢承托并和池内壁焊接固定，内部采用迷宫式构造设计，满足G值以及GT值要求，以保证混合的效果。

如图3所示，固液分离器9：采用轻型塑料材料制造，表面设有预留孔，便于传动轴和导流管3穿过，固液分离器9分内外2层三角形状，内外层之间有空隙。混合物首先碰到固液分离器9下部反射板，折向四周斜板，固体颗粒比重较大，在重力作用下沿着内层斜壁向下滑入污泥区，液体向上经过内外2层斜板壁空隙进入出水区，污泥被分离器阻挡而不被水带出。固液分离器在整个池体平面上满铺，采用螺栓和池内四周的牛腿固定。

如图4所示，上、下层污泥粉碎装置：采用不锈钢板制作，间隔一定位置和转动轴连接，和池壁之间保持一定间隙。导流管底部连接泥水分配器。分配器上布置不同口径的出水孔，按照大阻力配水系统设计，使每个出水孔出水量尽可能均匀，保证整个处理断面的水力负荷稳定，导流管和分配器采用UPVC管材，固定在泥水混合器底部。

本实施例的工作过程如下：

第一步，泥水混和

需要处理的污水首先进入泥水混合器2和系统的回流污泥以及通过好氧构筑物处理的含有大量硝酸盐的回流污水进行充分混合均匀。

第二步，泥水分配

将混合完全的泥水混合物通过导流管3和设置在厌氧/缺氧区底部的泥水分配器6进行水力分配，其目的是确保在整个处理断面上水力负荷基本一致，从而避免短流现象导致有机负荷不均匀而影响处理效果。

第三步，污泥水解转化形成碳源

污泥水解转化速率受到温度、pH、水力停留时间、污泥粒径等影响。污泥水解为表面一级反应，污泥粒径是影响颗粒状有机物水解酸化速率的重要因素之一。兼具污泥碳源转化功能的复合沉淀池结合复杂的水力模型设置了上、下二层污泥搅拌粉碎装置，同时采用超声波发生器8利用超声波的物理穿透作用，大大提高了污泥水解效果，在碳源转化区形成优质碳源。

第四步，污水充分利用碳源进行反硝化脱氮

泥水混合物以上向流形式由下而上分别经过厌氧区/缺氧区利用污泥水解产生的有机碳源完成脱氮处理。

第五步，泥水分离

污水进入泥水分离区后，利用重力原理进行固液分离，最后通过设置在出水堰底部的固液分离器9强化泥水分离效果，最终通过整流出水堰10均布出水的水力负荷，澄清液进入后续生物处理系统。

第六步，间歇排泥

在处理过程中老化和失去活性的污泥沉入底部污泥浓缩区，经过水解和浓缩后的污泥量和含水率较低，可直接进行脱水处理。

本实施例的兼具污泥碳源转化功能的复合沉淀池，设计流量1m³/h，进水浓度：

COD	BOD₅	SS	NH₃-N	TKN
					196	106	139	31.3	38.5

根据进水水质分析，BOD₅：NH₃-N≈2.75，根据室外排水设计规范要求：BOD ₅ ：TKN＞4.0是满足生物脱氮的基本要求 ,因此该污水进水碳源明显不足，在经过兼具污泥碳源转化功能的复合沉淀池处理后，提高了BOD₅：NH₃-N的比值，在不外投加碳源的情况下，提高了脱氮效率，其出水指标如下：

COD	BOD₅	SS	NH₃-N	TN
					≤60	≤20	≤20	≤8（15）	≤20

出水满足《城镇污水处理厂排放标准GB18918-2002》一级B标准。

Claims

1.一种兼具污泥碳源转化功能的复合沉淀池，由中心变频传动装置(1)、泥水混合器(2)、导流管(3)、上层污泥粉碎装置(4)、下层污泥粉碎装置(5)、泥水分配器(6)、排泥装置(7)、超声波发生器(8)、固液分离器(9)、整流出水堰(10)和池体(11)组成，其特征在于中心变频传动装置(1)自上而下插入池体(11)内，泥水混合器(2)位于池体(11)内上部，泥水混合器(2)顶部分别设有进水口、污泥回流进口和污水回流进口，泥水混合器(2)周边围绕池体(11)内壁一圈为整流出水堰(10)，固液分离器(9)位于池体(11)内中上部，上层污泥粉碎装置(4)位于池体(11)内中部，下层污泥粉碎装置(5)位于池体(11)内中下部，上层污泥粉碎装置(4)和下层污泥粉碎装置(5)之间设有(2)组超声波发生器(8)，排泥装置(7)位于池体(11)底部，下层污泥粉碎装置(5)与排泥装置(7)之间设有泥水分配器(6)，导流管(3)呈L型，导流管(3)伸入池体(11)内，其一端位于泥水混合器(2)下方，另一端与泥水分配器(6)连接；整个复合沉淀池内分为泥水混合区、厌氧/缺氧区、碳源转化区、泥水分离区、以及污泥浓缩区；

泥水混合区：污水、回流污泥和回流污水进入泥水混合器(2)进行充分混合均匀；

厌氧/缺氧区：由泥水混合器(2)混合后的泥水混合物通过导流管(3)和泥水分配器(6)进行水力分配，泥水混合物以上向流形式由下而上在厌氧/缺氧区利用污泥水解产生的有机碳源完成脱氮处理；

碳源转化区：回流污泥通过上层污泥粉碎装置(4)、下层污泥粉碎装置(5)的粉碎，以及超声波发生器(8)的物理穿透，使污泥在碳源转化区内分解转化成优质碳源；

泥水分离区：混合污水在泥水分离区利用液体和固体不同的密度差及重力原理进行固液分离，通过固液分离器(9)完成泥水分离，澄清液通过整流出水堰(10)出水；

污泥浓缩区：老化及失去活性的污泥沉入污泥浓缩区，由排泥装置(7)排出。

2.根据权利要求1所述的兼具污泥碳源转化功能的复合沉淀池，其特征在于所述上层污泥粉碎装置(4)和下层污泥粉碎装置(5)通过传动轴连接。

3.根据权利要求2所述的兼具污泥碳源转化功能的复合沉淀池，其特征在于所述固液分离器(9)表面设有预留孔，用于穿过传动轴和导流管(3)穿过，固液分离器(9)分内外2层三角形状，内外层之间有空隙。