CN103288212B - 一种组合式高氧曝气泥水一体化处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种组合式高氧曝气泥水一体化处理系统及方法，所述系统包括有深池单元和曝气装置，所述曝气装置为组合式高氧曝气装置，包括固定设置在深池单元底部的曝气头，设有高氧供气止回阀的进气管道，以及通过进气管道与曝气头连通、并且生产含氧量40%～80%的高浓度氧的高浓度制氧机，所述曝气头由主曝气头支架、分曝气头固定架、固定在主曝气头支架上的一个筒状的主曝气头、通过分曝气头固定架围在主曝气头四周的一圈筒状的分曝气头、以及将主曝气头与分曝气头连通的通气管组成。本系统及方法能够实现在污水处理出水达到相关排放标准的同时，减少剩余活性污泥的产生量，从而达到无需专门设置活性污泥处理设施的目的。

Description

一种组合式高氧曝气泥水一体化处理系统及方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，特别是一种利用了活性污泥的污水处理系统及方法。

背景技术

污水活性污泥处理法是世界上应用最为广泛的污水处理技术之一，城市污水处理中采用污水活性污泥处理法的污水处理厂约占总数的80%～90%。污水活性污泥处理法是通过由微生物群构成的絮状活性污泥，在反应系统内不断循环，并人为控制将适量的活性污泥（即剩余活性污泥）排出系统之外，使得系统内的有机底物与微生物长期保持一定比例，并在不同的溶解氧含量的处理单元内，实现微生物利用底物来进行生物代谢和有机物降解的过程。

污水处理厂中的现有的活性污泥法处理系统是由一系列按照空间布置的处理构筑物、设备（如曝气、搅拌器等）和附属构筑物（如鼓风机房、活性污泥机房等）构成的，并由管道连接，需要大量的建设投入及较长的建设周期。现有的活性污泥法处理系统在运行时，会伴随产生大量剩余活性污泥，约占处理水量的0.3%～0.5%（含水率在97%）左右，其中有机物含量占固体含量的70%～80%。由于处理这些活性污泥需要专门的设备、设施，导致增加污水厂占地面积、基建投资。在欧美等国家，活性污泥处理设施的基建费用占整个污水厂基建费用的70%—80%。如何有效处理污水处理过程中产生的剩余活性污泥也是困扰国内污水处理行业的一大问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种组合式高氧曝气泥水一体化处理系统及方法，要解决现有的活性污泥法处理工艺活性污泥产量太高、需专门设置相应的活性污泥处理单元的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种组合式高氧曝气泥水一体化处理系统，包括有深池单元和曝气装置，其特征在于：所述深池单元的下部与进水管道连通，深池单元的上部与出水管道连通。

所述曝气装置为组合式高氧曝气装置，包括固定设置在深池单元底部的曝气头，设有高氧供气止回阀的进气管道，以及通过进气管道与曝气头连通、并且生产含氧量40%～80%（体积）的高浓度氧的高浓度制氧机。

所述曝气头由一个筒状的主曝气头和多个小于主曝气头的筒状的分曝气头组成，并且主曝气头通过通气管与分曝气头连通，所述主曝气头固定在主曝气头支架上，主曝气头支架又固定放置在深池单元底部，所述分曝气头通过分曝气头固定架均匀分布在主曝气头的四周，所述进气管道的出气端与主曝气头的底部连通，所述进水管道的出水口位于曝气头的下方。

所述组合式高氧曝气装置还包括驱动控制高浓度制氧机用的曝气控制机构，所述曝气控制机构由可编程逻辑控制器、溶解氧仪、溶解氧探头和变频控制器组成，所述可编程逻辑控制器的信号输入端与溶解氧仪的信号输出端信号连接，溶解氧仪的信号输入端又与溶解氧探头信号连接，溶解氧探头又设置在深池单元内的污水中，所述可编程逻辑控制器的信号输出端与变频控制器的信号输入端信号连接，变频控制器的信号输出端又控制连接高浓度制氧机的电机。

所述分曝气头可为4～8个。

所述的所有的分曝气头均处在同一水平面上，并且分曝气头的上端面低于主曝气头的上端面，分曝气头的下端面高于主曝气头的下端面。

所述出水管道的进水口到深池单元底面的距离＞8米，0.8米≤曝气头到深池单元底面的距离≤出水管道的进水口到深池单元底面的距离/8米。

一种应用组合式高氧曝气泥水一体化处理系统的方法，其特征在于：在深池单元内，由下至上分成为一区、二区、三区和四区，其中一区为深池单元底面与进气管道之间的区域，二区为进气管道与分曝气头的上端面之间的区域，三区为分曝气头的上端面与溶解氧探头的下端之间的区域，四区为溶解氧探头所在的区域。

所述污水经由进水泵或在重力作用下从进水管道流入一区，在一区中，污水与一区中上部的活性污泥混合，由于该区域内活性污泥溶解氧含量很低，混合后的污水经历厌氧处理过程，变为含氧泥水。

接着，在进水泵或在重力作用下，含氧泥水向上进入二区，在二区中，由于组合式高氧曝气装置的紊流作用，含氧泥水与该区内的高浓度活性污泥混合，形成缺氧环境，使得混合后的污水完成缺氧处理过程，变为混合液流。

再接着，在进水泵或在重力作用下，混合液流向上进入三区，在三区中，混合液流与含氧量40%～80%的高浓度氧不断混合，水、气、泥三项在上升过程中实现混合传质、好氧生化反应，进而完成好氧处理过程。

最后，在进水泵或在重力作用下，混合液流向上进入四区，在四区中，活性污泥在重力作用下下降，清水从出水管道排出，完成泥水分离过程。

与现有技术相比本发明具有以下特点和有益效果：本发明涉及一种活性污泥减量的污水一体化活性污泥处理系统及方法，可实现污泥、污水一体化处理，可以解决现有工艺活性污泥产量高、需专门设置相应的活性污泥处理单元的技术问题，可广泛适用于城镇、农村的污水处理。

本发明是一种紊流式污水活性污泥处理的系统及方法，能够实现在污水处理出水达到相关排放标准的同时，减少剩余活性污泥的产生量，从而达到无需专门设置活性污泥处理设施的目的，也就是说，本发明所述污水处理系统中无需设置独立的活性污泥处理单元。

本发明利用高浓度制氧机提供污水好氧处理所需的曝气（高浓度氧），同时利用组合式高氧曝气装置的紊流作用实现活性污泥矿化，从而实现活性污泥减量，进而达到无需专门添加活性污泥处理设备的目的。换句话说，就是本发明利用高浓度氧来提高好氧反应效率，同时利用组合式高氧曝气装置对污水产生紊流作用，通过高浓度氧的富氧效果和组合式高氧曝气装置的紊流效果的双重作用，来加快活性污泥矿化处理过程，进而实现活性污泥减量。

本发明与活性污泥法配合使用，所述深池单元内中不含填料，只是利用了系统内的以菌胶团形式存在的活性污泥，通过活性污泥与污水中的有机物的混合接触，完成微生物代谢和有机物分解的过程，从此实现污水处理。

本发明中的深池单元为底部进水、上部出水。污水从下至上与活性污泥混合，并在曝气作用下进行有机物去除。

本发明将污水处理、活性污泥处理统一于同一单元中完成，节省传统平面布置工艺的单体、管道建设费用及建设周期。

本发明中的溶解氧探头、可编程逻辑控制器、变频控制器与高浓度制氧机组成自控系统，可实现节能降耗。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。

图1是本发明的结构示意图。

图2是组合式高氧曝气装置实施例一的主视示意图。

图3是组合式高氧曝气装置实施例一的俯视示意图。

图4是组合式高氧曝气装置实施例二的俯视示意图。

图5是组合式高氧曝气装置实施例三的俯视示意图。

图6是组合式高氧曝气装置实施例四的俯视示意图。

图7是组合式高氧曝气装置实施例五的俯视示意图。

图8是曝气控制机构的电路原理示意图。

附图标记：1－曝气头、2－高氧供气止回阀、3－溶解氧探头、4－可编程逻辑控制器、5－变频控制器、6－高浓度制氧机、7－溶解氧仪、8－深池单元、9－进水管道、10－进水泵、11－出水管道、12－进气管道、13－通气管、14－主曝气头、15－分曝气头、16－分曝气头固定架、17－主曝气头支架。

具体实施方式

实施例参见图1所示，这种组合式高氧曝气泥水一体化处理系统，包括有深池单元8和曝气装置。

参见图1，所述深池单元8的下部与进水管道9连通，深池单元13的上部与出水管道11连通。

参见图1，所述曝气装置为组合式高氧曝气装置，包括固定设置在深池单元底部的曝气头1，设有高氧供气止回阀2的进气管道12，以及通过进气管道12与曝气头1连通、并且生产含氧量40%～80%（体积）的高浓度氧的高浓度制氧机6，高浓度制氧机6可提供用于生物反应所需的含氧量为40%～80%的高浓度氧。

参见2-7，所述曝气头1由一个筒状（或者叫筒状中空式结构或圆筒中空状）的主曝气头14和多个小于主曝气头的筒状的分曝气头15组成，并且主曝气头14通过通气管13与分曝气头15连通，所述主曝气头14固定在主曝气头支架17上，主曝气头支架17又固定放置在深池单元底部，所述分曝气头通过分曝气头固定架16均匀分布在主曝气头的四周，所述进气管道12的出气端与主曝气头14的底部连通，所述进水管道的出水口位于曝气头1的下方。本实施例中，所有的分曝气头15均处在同一水平面上，并且分曝气头15的上端面低于主曝气头14的上端面，分曝气头15的下端面高于主曝气头14的下端面。

所述主曝气头居中，分曝气头在周边均匀布置，并且根据不同的进水浓度和布置数量，按照分曝气头的个数分为了五种形式（参见图3-7，分曝气头15可以是4个、5个、6个、7个或8个）。所述分曝气头15围在主曝气头四周一圈，也可以说是分曝气头围绕主曝气头环形布置，或者说分曝气头呈簇状布置在主曝气头四周。

参见图1、图8，所述组合式高氧曝气装置还包括驱动控制高浓度制氧机6用的曝气控制机构，所述曝气控制机构由可编程逻辑控制器4（PLC）、溶解氧仪7、溶解氧探头3和变频控制器5（DST）组成，所述可编程逻辑控制器4的信号输入端与溶解氧仪7的信号输出端信号连接，溶解氧仪7的信号输入端又与溶解氧探头3信号连接，溶解氧探头3又设置在深池单元内的污水中，所述可编程逻辑控制器4的信号输出端与变频控制器5的信号输入端信号连接，变频控制器5的信号输出端又控制连接高浓度制氧机6的电机。

所述曝气控制机构通过溶解氧探头3实时监测水中溶解氧含量，然后根据浓度范围、通过可编程逻辑控制器4和变频控制器5实现对高浓度制氧机6的变频控制，利用此种实时监控、线性控制模式，可以达到节能降耗的目的。曝气控制机构是通过溶解氧探头3反馈的信号对高浓度制氧机6的功率实现变频控制的，其中溶解氧探头为信号源，高浓度制氧机为控制部件。

所述出水管道11的进水口到深池单元底面的距离H＞8米，即深池单元的有效深度大于8米。所述主曝气头到深池单元底部的距离h为：0.8米≤曝气头到深池单元底面的距离h≤出水管道的进水口到深池单元底面的距离/8米，即曝气头中的主曝气头通过主曝气头支架设置在距深水反应单元底部0.8米至H/8米之间。

这种应用组合式高氧曝气泥水一体化处理系统的方法，其步骤如下。

在深池单元8内，由下至上分成为一区Ⅰ、二区Ⅱ、三区Ⅲ和四区Ⅳ，其中一区Ⅰ为深池单元底面与进气管道之间的区域，二区Ⅱ为进气管道与分曝气头的上端面之间的区域，三区Ⅲ为分曝气头的上端面与溶解氧探头的下端之间的区域，四区Ⅳ为溶解氧探头所在的区域。

所述污水（即从进水管道9流入的进水）经由进水泵10或在重力作用下从进水管道9流入一区Ⅰ，在一区中，污水与一区中上部的活性污泥混合，由于该区域内活性污泥溶解氧含量很低，混合后的污水经历厌氧处理过程，变为含氧泥水。

接着，在进水泵10或在重力作用下，含氧泥水向上进入二区Ⅱ，在二区中，由于组合式高氧曝气装置的紊流作用，含氧泥水与该区内的高浓度活性污泥混合，形成缺氧环境，使得混合后的污水完成缺氧处理过程，变为混合液流。

再接着，在进水泵10或在重力作用下，混合液流向上进入三区Ⅲ，在三区中，混合液流与大量的气泡（即含氧量40%～80%的高浓度氧）不断混合，水、气、泥三项在上升过程中实现混合传质、好氧生化反应，进而完成好氧处理过程。

最后，在进水泵10或在重力作用下，混合液流向上进入四区Ⅳ，在四区中，活性污泥在重力作用下下降，处理后的清水从出水管道排出，完成泥水分离过程。IV区相当于传统活性污泥法处理生活污水工艺中的二沉池阶段。

总的来说，就是污水依次经过Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区、Ⅳ区后，变为清水并从出水管道11流出，也就是说，污水（进水）经由进水泵10或在重力作用下从进水管道9流入深池单元8（从深池单元底部进入），并与活性污泥（底泥）混合，并经曝气头1混合在III区中反应，然后在IV区中完成泥水分离，变为清水（出水）并通过出水管道11从深池单元8的上部排出，从而完成整个污水处理过程。

常规污水的活性污泥法处理工艺中，一般是采用空气为曝气气源，空气中氧的含量仅占21%，而本发明为好氧反应提供含氧量40%～80%的高浓度氧（根据进水水质确定供氧的浓度范围），含氧量40%～80%的高浓度氧能够提高氧转移速率，较高的氧分压提高生化反应效率。

所述曝气头1兼具搅拌及活性污泥矿化的功能，实现了活性污泥减量的目的，这是因为以下两点。

1、所述主曝气头14和分曝气头15均为筒状，气体与泥水混合后从筒中由下向上运动，不仅会对上部区域进行曝气，还会利用强烈的紊流作用，对曝气头底部及周边的泥水产生影响，扩大了曝气头的作用区域，具体来说，在运行时，含氧量40%～80%（体积）的高浓度氧由筒中部进入，当气泡溢出时，主曝气头14和分曝气头15内部会出现真空，因此底部泥水补入，并对周边区域形成强烈的紊流扰动，完成泥、水、气混合过程。

2、在高浓度氧和剧烈的紊流条件下，曝气头附近区域的氧的转移效率与常规曝气方式相比会有很大提高，使得曝气头周边的活性污泥中所含的有机物大量降解，增强了对活性污泥的矿化作用，这种区域内的反复循环使得活性污泥以无机物的形式沉积，因此减少了剩余活性污泥所占的空间，因此，曝气头产生的水力效应既提高了氧化效率，又具备活性污泥矿化功能。

Claims (4)

1.一种组合式高氧曝气泥水一体化处理系统，包括有深池单元（8）和曝气装置，其特征在于：所述深池单元（8）的下部与进水管道（9）连通，深池单元（8）的上部与出水管道（11）连通；

所述曝气装置为组合式高氧曝气装置，包括固定设置在深池单元底部的曝气头（1），设有高氧供气止回阀（2）的进气管道（12），以及通过进气管道（12）与曝气头（1）连通、并且生产含氧量40%～80%（体积）的高浓度氧的高浓度制氧机（6）；

所述曝气头（1）由一个筒状的曝气方向向上的主曝气头（14）和多个小于主曝气头的筒状的曝气方向向上的分曝气头（15）组成，并且主曝气头（14）通过通气管（13）与分曝气头（15）连通，所述主曝气头（14）固定在主曝气头支架（17）上，主曝气头支架（17）又固定放置在深池单元底部，所述分曝气头通过分曝气头固定架（16）均匀分布在主曝气头的四周，所述进气管道（12）的出气端与主曝气头（14）的底部连通，所述进水管道的出水口位于曝气头（1）的下方；

所述组合式高氧曝气装置还包括驱动控制高浓度制氧机（6）用的曝气控制机构，所述曝气控制机构由可编程逻辑控制器（4）、溶解氧仪（7）、溶解氧探头（3）和变频控制器（5）组成，所述可编程逻辑控制器（4）的信号输入端与溶解氧仪（7）的信号输出端信号连接，溶解氧仪（7）的信号输入端又与溶解氧探头（3）信号连接，溶解氧探头（3）又设置在深池单元内的污水中，所述可编程逻辑控制器（4）的信号输出端与变频控制器（5）的信号输入端信号连接，变频控制器（5）的信号输出端又控制连接高浓度制氧机（6）的电机；

所有的分曝气头（15）均处在同一水平面上，并且分曝气头（15）的上端面低于主曝气头（14）的上端面，分曝气头（15）的下端面高于主曝气头（14）的下端面。

2.根据权利要求1所述的一种组合式高氧曝气泥水一体化处理系统，其特征在于：所述分曝气头（15）为4～8个。

3.根据权利要求1所述的一种组合式高氧曝气泥水一体化处理系统，其特征在于：所述出水管道（11）的进水口到深池单元底面的距离（H）＞8米，0.8米≤曝气头到深池单元底面的距离（h）≤出水管道的进水口到深池单元底面的距离/8米。

4.一种应用上述权利要求1-3中任意一项所述的组合式高氧曝气泥水一体化处理系统的方法，其特征在于：

在深池单元（8）内，由下至上分成为一区（Ⅰ）、二区（Ⅱ）、三区（Ⅲ）和四区（Ⅳ），其中一区（Ⅰ）为深池单元底面与进气管道之间的区域，二区（Ⅱ）为进气管道与分曝气头的上端面之间的区域，三区（Ⅲ）为分曝气头的上端面与溶解氧探头的下端之间的区域，四区（Ⅳ）为溶解氧探头所在的区域；

污水经由进水泵（10）或在重力作用下从进水管道（9）流入一区（Ⅰ），在一区中，污水与一区中上部的活性污泥混合，由于该区域内活性污泥溶解氧含量很低，混合后的污水经历厌氧处理过程，变为含氧泥水；

接着，在进水泵（10）或在重力作用下，含氧泥水向上进入二区（Ⅱ），在二区中，由于组合式高氧曝气装置的紊流作用，含氧泥水与该区内的高浓度活性污泥混合，形成缺氧环境，使得混合后的污水完成缺氧处理过程，变为混合液流；

再接着，在进水泵（10）或在重力作用下，混合液流向上进入三区（Ⅲ），在三区中，混合液流与含氧量40%～80%的高浓度氧不断混合，水、气、泥三项在上升过程中实现混合传质、好氧生化反应，进而完成好氧处理过程；

最后，在进水泵（10）或在重力作用下，混合液流向上进入四区（Ⅳ），在四区中，活性污泥在重力作用下下降，清水从出水管道排出，完成泥水分离过程。