CN103193321B - 一种适用于直排水体的污泥自循环分散污水处理装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种适用于直排水体的污泥自循环分散污水处理装置及其方法，属于污水处理技术领域。本发明的污泥自循环分散污水处理装置包括一体化反应器，其内部划分为缺氧区、污泥上升区、污泥下降区和沉淀区，缺氧区与污泥上升区之间设置有第一分隔板，污泥上升区和污泥下降区之间设置有第二分隔板，污泥下降区与沉淀区之间设置有第三分隔板。本发明采用污泥自循环氮磷强化去除方法，用于出水直排水体，通过缺氧反硝化和投药辅助除磷，保障一体化单元的处理出水可满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B的要求。本发明生物反应池污泥浓度高、无需污泥回流设施、出水浊度低，处理污水时运行简便、功能多样并可实现无人值守。
Description
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，涉及一种污水处理装置及利用该装置进行污水处理的方法，尤其涉及一种既可用于城镇、村镇污水，也可用于分散别墅、旅游区及低浓度有机工业废水的处理装置及利用其进行污水处理的方法。
背景技术
污水主要包括生活污水和工业废水。按照人口聚集情况的不同，我国的居民分为城市（含县城）居民和村镇（含建制镇）居民，城镇和村镇产生的污水通常定义为集中排放的城市污水和分散排放的村镇污水。随着我国经济的快速发展，城市污水产生量不断增加，城市的水环境质量急剧下降，各级城市都面临严峻的水环境压力。为改善城市居民的水环境质量，政府近年来投入了大量的资金建设了集中的城市污水处理厂，通过多年的建设，城市生活污水和大水量工业废水得到有效的收集和处理，目前我国大中城市和县城大多都建设了相对完善的城市污水处理厂和工业废水处理站。受限于政府财力，国家对一些分散污水处理设施建设的投入较少，在分散污水的处理方面仍有很大欠缺，急需应用经济、简便的分散污水处理技术，处理相对分散的村镇、别墅区、旅游区及乡镇企业污水。
污水中主要污染物是水中有机物和氮磷污染物，在排放水体或回收利用前，需要对其进行去除。相对来说，城市污水处理厂和大部分城市企业废水的建设水平较高，污水处理单元的自动化水平较高，为了应对有机物和氮磷污染物的去除，采取了较长的工艺流程，在工艺实施上应用了比较复杂的工艺，甚至使用了投资较大的膜分离技术。受限于薄弱的经济基础和落后的管理水平，以村镇污水为代表的分散污水的处理，不能照搬城市污水的处理技术和工艺，需要应用与村镇社会经济发展状况、管理水平、污水水量水质特征、地形地势等具体条件相适应的、高效低耗、经济适用型处理工艺的技术。
为节省投资，在设计分散污水处理方法时，需要考虑尽量减少污水或污泥的提升、减少剩余污泥的排放、减少专用的排泥设施。为减少污水处理站的运行管理费用，在设计分散污水时，尽量考虑一体化的设计思路。为保障运行效果的稳定，尽量考虑分散污水的水质水量波动大的特点。
发明内容
本发明提供了一种适用于水质、水量波动大的村镇及分散污的处理装置及其方法，通过一体化污水处理装置的设计，保障了处理出水能够满足生活污水达标排放的目的。
本发明的目的是通过如下技术方案实现的：
技术方案一：
本发明的适用于直排水体的污泥自循环分散污水处理装置包括一体化反应器，一体化反应器的左侧壁的下部连接有进水管，右侧壁的上部设置有出水堰和出水管，出水堰与出水管相连，右侧壁的底部连接有排泥管，一体化反应器的内部自左向右划分为缺氧区、污泥上升区、污泥下降区和沉淀区，缺氧区与污泥上升区之间设置有第一分隔板，污泥上升区和污泥下降区之间设置有第二分隔板，污泥下降区与沉淀区之间设置有第三分隔板；其中：所述缺氧区的内部设置有搅拌机，缺氧区与污泥下降区之间连接有硝化液回流管；所述污泥上升区的底部设置有曝气头或曝气管，曝气头或曝气管连接有鼓风机管；所述污泥下降区设置有加药管，污泥下降区的底部设置有污泥回流泵，污泥回流泵与硝化液回流管相连；所述沉淀区内设置有第一沉淀板和第二沉淀板，第一沉淀板与第三分隔板的底端相连并形成第一沉淀角，第二沉淀板位于第一沉淀板的上方并固定在一体化反应器的右侧内壁上，第二沉淀板与位于其上方的一体化反应器的右侧内壁之间形成第二沉淀角。
技术方案二：
《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级B标准主要去除污染物包括有机物、氨氮、总氮和总磷，利用上述污泥自循环装置处理污水达到直排水体目的处理的方法包括如下步骤：
（1）将一体化反应器（1）内部充满泥水混合液；
（2）分散污水经进水管（2）从一体化反应器（1）下部进入缺氧区（18）与泥水混合液混合，缺氧区（18）内的水从第一分隔板（19）上部设置的过水孔流入污泥上升区（4）；
（3）在污泥上升区（4）内，在进水的同时空气从曝气头或曝气管（7）中逸出后，带动泥水混合液上升，使污水及污泥围绕第二分隔板（3）在污泥上升区（4）和污泥下降区（5）中循环，污泥上升区（4）和污泥下降区（5）中的泥水混合液在好氧的环境下充分反应，完成有机污染物的去除和氨氮的氧化，有机物通过好氧反应过程变成二氧化碳和水，氨氮被氧化为硝态氮；
（4）在进水的同时，通过加药管（23）向污泥下降区（5）内投加硫酸亚铁或硫酸铝化学药剂，每天从排泥管（24）排放一定的污泥；
（5）在进水同时启动污泥回流泵（22），将污泥下降区（5）底部的污水泵入硝化液回流管（21）进入缺氧区（18）内，进水中的有机物作为碳源被硝化液回流管（21）中的硝酸盐氮利用，完成反硝化过程，硝酸盐氮变为氮气；
（6）在进水水流的推动下，泥水混合液从沉淀区（9）底部的空隙向上流动，在重力的作用下，污泥分别通过第一沉淀板（11）和第二沉淀板（12）返回污泥下降区（5），重新进入污水生物反应过程，沉淀污泥后的污水在向上流动的过程逐渐澄清，出水经出水堰（15）流至出水管（16），分散污水出水经消毒处理后即可满足直排水体的要求。
本发明采用污泥自循环氮磷强化去除方法，用于出水直排水体，通过缺氧反硝化和投药辅助除磷，保障一体化单元的处理出水可满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级B的要求。
本发明具有如下优点：
（1）在泥水分离环节利用了双斜板交叉强化污泥沉降的思想，代替传统重力沉淀的思想；
（2）在污泥回流环节利用了污泥自循环的理念，代替传统生活污水处理单元的污泥回流理念，节省了污泥回流设施；
（3）在生物反应环节利用生物载体自循环的理念，提高了生物反应单元的生物浓度，在生物反应池中同步实现硝酸盐氮、氨氮、总氮及有机物的去除；
（4）在出水澄清设计环节利用了污泥吸附层的思想，在污水回用时节省了污水过滤设施。
（5）生物反应池污泥浓度高、无需污泥回流设施、出水浊度低，处理污水时运行简便、功能多样并可实现无人值守；
（6）抗水质水量变化能力强、反应器污泥浓度高和体积负荷高，可以模块化生产，一体化的设计及污泥自循环的理念能够使污水处理站实现无人值守。
（7）通过设置缺氧区，可以完成总氮和硝态氮的去除，通过设置投药装置，可以完成总磷的去除，简易高效。
附图说明
图1为适用于直排水体的污泥自循环分散污水处理装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的说明，但并不局限如此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。
如图1所示，本实施方式的适用于直排水体的污泥自循环分散污水处理装置包括一体化反应器1，一体化反应器1的左侧壁的下部连接有进水管2，右侧壁的上部设置有出水堰15和出水管16，出水堰15与出水管16相连，右侧壁的底部连接有排泥管24，一体化反应器1的内部自左向右划分为缺氧区18、污泥上升区4、污泥下降区5和沉淀区9，缺氧区18与污泥上升区4之间设置有第一分隔板19，第一分隔板19与一体化反应器1底部相连，第一分隔板19的上部设置有过水孔，污泥上升区4和污泥下降区5之间设置有第二分隔板3，污泥下降区5与沉淀区9之间设置有第三分隔板10；其中：所述缺氧区18的内部设置有搅拌机20，缺氧区18与污泥下降区5之间连接有硝化液回流管21；所述污泥上升区4的底部设置有曝气头或曝气管7，曝气头或曝气管7连接有鼓风机管6；所述污泥下降区5设置有加药管23，污泥下降区5的底部设置有污泥回流泵22，污泥回流泵22与硝化液回流管21相连；所述沉淀区9内设置有第一沉淀板11和第二沉淀板12，第一沉淀板11与第三分隔板10的底端相连并形成第一沉淀角13，第二沉淀板12位于第一沉淀板11的上方并固定在一体化反应器1的右侧内壁上，第二沉淀板12与位于其上方的一体化反应器1的右侧内壁之间形成第二沉淀角14。
一体化反应器1在运行时充满泥水混合液。分散污水经进水管2从一体化反应器1下部进入缺氧区18与反应器中的泥水混合液混合，缺氧区18内的水从第一分隔板19上部设置的过水孔流入污泥上升区4。污泥上升和污泥下降通过单侧通入空气实现，鼓风机管6连接曝气头或曝气管7，由于只是在第二分隔板3的左侧反应区设置曝气，空气从曝气头（管）中逸出后带动混合液上升，泥水混合液会从第二分隔板3的左侧压缩整体上升形成污泥上升区4，第二分隔板3的右侧则成为污泥下降区5。为提高污泥上升区4和污泥下降区5中微生物的浓度，可在污泥上升区投加载体8，在泥水混合液的循环带动下，载体8可以同污水及污泥围绕第二分隔板3循环。在污泥上升区4和污泥下降区5中的泥水混合液在好氧的环境下充分反应，完成有机污染物的去除和氨氮的氧化，有机物通过好氧反应过程变成二氧化碳和水，氨氮被氧化为硝态氮。进水中的有机物作为碳源被硝化液回流管21中的硝酸盐氮利用，完成反硝化过程，硝酸盐氮变为氮气。硝化液回流管21中的混合液通过污泥回流泵22来自污泥下降区5底部。为强化磷的去除，需要通过加药管23投加硫酸亚铁、硫酸铝等化学药剂，为保障除磷，每天从排泥管24排放一定的污泥。在进水水流的推动下，泥水混合液进入沉淀区9。泥水混合液从沉淀区9底部的空隙向上流动，在重力的作用下，污泥分别通过第一沉淀板11和第二沉淀板12返回生物反应污泥下降区5，重新进入污水生物反应过程，沉淀污泥后的污水在向上流动的过程逐渐澄清，出水经出水堰15流至出水管16，出水经消毒处理后即可满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）一级B的要求。
污水中的有机物在污泥上升区4和污泥下降区5中被泥水混合液中的微生物转换为二氧化碳和水，同时也增殖了一些新生微生物。为保障同步脱氮除磷，污水在缺氧池18的停留时间1.5-2.5小时，污水在污泥上升区4和污泥下降区5的停留时间10-12小时，为保障除磷，每天从排泥管24排放一定的污泥，排泥量为生物反应池污泥量的1/15-1/20。
在工程应用时，一体化反应器1平面（横截面）可以是方形、圆形或矩形。一体化反应器1可以是钢、玻璃钢、有机玻璃、PP等材料。
在工程应用时，一体化反应器1的污泥上升区4和污泥下降区5中也可以不投加生物载体，在单侧曝气的推动下，泥水混合液也能围绕第二分隔板3循环，形成污泥上升区4和污泥下降区5。
在工程应用时，为防止污泥在第一沉降板11处沉积，也可在此处设置污泥提升手段，将该处的污泥提升到污泥上升区4或污泥下降区5。
在工程应用时，为在污泥沉淀区9下部形成污泥吸附层，也可以在出水堰15和第二沉降角14中间设置外部的污泥提升管17，将污泥提升管17与污泥泵连接，将污泥提升到污泥上升区4或污泥下降区5，这样在沉淀区9底部和提升管17中间就可以形成污泥吸附层。污泥吸附层的上升流速控制在0.6-1.6m/h。
第二分隔板3距离反应器底部20-30cm，第一沉淀角13和第二沉淀角14的角度设计为120-150度。
出水堰15的出水能力小于2L/m.s。
沉淀区9的总水力停留时间不小于5小时。
投加载体8时，载体8投加量为污泥上升区4体积的20－40%，投加载体8为悬浮载体，也可以不投加悬浮载体。
污泥上升区4和污泥下降区5的体积比为2-3：1。
Claims (7)
1.一种适用于直排水体的污泥自循环分散污水处理装置，其特征在于所述污泥自循环分散污水处理装置包括一体化反应器(1)，一体化反应器(1)的左侧壁的下部连接有进水管(2)，右侧壁的上部设置有出水堰(15)和出水管(16)，出水堰(15)与出水管(16)相连，右侧壁的底部连接有排泥管(24)，一体化反应器(1)的内部自左向右划分为缺氧区(18)、污泥上升区(4)、污泥下降区(5)和沉淀区(9)，缺氧区(18)与污泥上升区(4)之间设置有第一分隔板(19)，第一分隔板(19)的上部设置有过水孔，污泥上升区(4)和污泥下降区(5)之间设置有第二分隔板(3)，第二分隔板(3)距离一体化反应器(1)底部的距离为20-30cm，污泥下降区(5)与沉淀区(9)之间设置有第三分隔板(10)；其中：所述缺氧区(18)的内部设置有搅拌机(20)，缺氧区(18)与污泥下降区(5)之间连接有硝化液回流管(21)；所述污泥上升区(4)的底部设置有曝气头或曝气管(7)，曝气头或曝气管(7)连接有鼓风机管(6)；所述污泥下降区(5)设置有加药管(23)，污泥下降区(5)的底部设置有污泥回流泵(22)，污泥回流泵(22)与硝化液回流管(21)相连；所述沉淀区(9)内设置有第一沉淀板(11)和第二沉淀板(12)，第一沉淀板(11)与第三分隔板(10)的底端相连并形成第一沉淀角(13)，第二沉淀板(12)位于第一沉淀板(11)的上方并固定在一体化反应器(1)的右侧内壁上，第二沉淀板(12)与位于其上方的一体化反应器(1)的右侧内壁之间形成第二沉淀角(14)，所述第一沉淀角(13)和第二沉淀角(14)的角度均为120-150度。
2.根据权利要求1所述的适用于直排水体的污泥自循环分散污水处理装置，其特征在于所述一体化反应器(1)的横截面为方形或圆形；材料为钢、玻璃钢、有机玻璃或PP材料。
3.根据权利要求1所述的适用于直排水体的污泥自循环分散污水处理装置，其特征在于所述出水堰(15)和第二沉淀角(14)之间设置外部的污泥提升管(17)。
4.一种利用权利要求1-3任一权利所述的适用于直排水体的污泥自循环分散污水处理装置进行污水处理的方法，其特征在于所述方法包括如下步骤：
(1)将一体化反应器(1)内部充满泥水混合液；
(2)分散污水经进水管(2)从一体化反应器(1)下部进入缺氧区(18)与泥水混合液混合，缺氧区(18)内的水从第一分隔板(19)上部设置的过水孔流入污泥上升区(4)；
(3)在污泥上升区(4)内，在进水的同时空气从曝气头或曝气管(7)中逸出后，带动泥水混合液上升，使污水及污泥围绕第二分隔板(3)在污泥上升区(4)和污泥下降区(5)中循环，污泥上升区(4)和污泥下降区(5)中的泥水混合液在好氧的环境下充分反应，完成有机污染物的去除和氨氮的氧化，有机物通过好氧反应过程变成二氧化碳和水，氨氮被氧化为硝态氮；
(4)在进水的同时，通过加药管(23)向污泥下降区(5)内投加硫酸亚铁或硫酸铝化学药剂，每天从排泥管(24)排放一定的污泥；
(5)在进水时启动污泥回流泵(22)，将污泥下降区(5)底部的污水泵入硝化液回流管(21)进入缺氧区(18)内，进水中的有机物作为碳源被硝化液回流管(21)中的硝酸盐氮利用，完成反硝化过程，硝酸盐氮变为氮气；
(6)在进水水流的推动下，泥水混合液从沉淀区(9)底部的空隙向上流动，在重力的作用下，污泥分别通过第一沉淀板(11)和第二沉淀板(12)返回污泥下降区(5)，重新进入污水生物反应过程，沉淀污泥后的污水在向上流动的过程逐渐澄清，出水经出水堰(15)流至出水管(16)，分散污水出水经消毒处理后即可满足直排水体的要求。
5.根据权利要求4所述的利用适用于直排水体的污泥自循环分散污水处理装置进行污水处理的方法，其特征在于为了提高污泥上升区(4)和污泥下降区(5)中微生物的浓度，在污泥上升区(4)投加载体(8)，在泥水混合液的循环带动下，载体(8)同污水及污泥围绕第一分隔板(3)循环；所述载体(8)为悬浮载体，投加量为污泥上升区(4)体积的20-40％。
6.根据权利要求4所述的利用适用于直排水体的污泥自循环分散污水处理装置进行污水处理的方法，其特征在于所述出水堰(15)的出水能力小于2L/m.s；排泥管(24)的排泥量为一体化反应器(1)污泥量的1/15-1/20。
7.根据权利要求4所述的利用适用于直排水体的污泥自循环分散污水处理装置进行污水处理的方法，其特征在于所述污水在缺氧区(18)的停留时间为1.5-2.5小时，在污泥上升区(4)和污泥下降区(5)的总停留时间为10-12小时，沉淀区(9)的总水力停留时间不小于5小时。
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