CN103395875B - 活性污泥面式气提微动力回流器 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于悬浮浓缩活性污泥回流的面式气提微动力回流器，包括进气管、端头封闭吸泥管、四周密闭箱体、空气喷头、立管弯头、回流斜管、回流穿墙管和池外压缩空气控制装置，其吸泥管上均匀分布若干小孔，吸泥管采用水平纵横联通排列，并汇集于中部位置的密闭箱体；箱体内设置有空气喷头，箱体顶部与立管弯头连接；回流穿墙管出口管底略低于水面或与水面持平。本发明结构巧妙而简单，与常规潜水排泥泵、穿墙回流泵或点式气提回流装置等相比，本发明回流效率高，均衡无死角，不破坏活性污泥絮体结构，回流量控制灵活快捷，利用污水处理厂曝气鼓风机供气，折算的气提能耗极低；水面下无活动部件和电动设备，可靠性极高。

Description

活性污泥面式气提微动力回流器

技术领域

本发明涉及一种活性污泥回流器，特别是利用空气动力学原理、气提原理和浮力原理，利用水平面穿孔吸泥管的均布构造，实现高效率的悬浮浓缩活性污泥全面均衡回流的面式气提微动力回流器。

背景技术

目前的污水处理方法中，活性污泥法仍然是世界各国应用最广泛的二级生物处理工艺。在污水经过曝气池进行二级生化处理后，一般需要进入二次沉淀池进行泥水分离，清水消毒排放，沉淀污泥则通过污泥回流泵回到曝气池中再利用，少部分污泥作为剩余污泥进行浓缩脱水处置。早期活性污泥回流采用占地较大的螺旋提升泵，后来大多采用占地小的离心泵或潜水轴流泵，但水泵机械高速旋转叶轮会打碎活性污泥絮凝体颗粒，且回流能耗高、设备维修维护工作量大，在本发明之前一直未能找到更好的办法和装置。

采用空气提升方法进行污泥提升排放或回流，早期也有一些应用，但规模化应用却遇到了工程实施不便利的难题。迄今为止，大多数污泥气提都是单点式的应用，也就是一个排泥斗对应一个气提吸泥管口或喇叭口，在水平面成片使用则因装置太多带来诸多不便而难于实施。

针对池底或斗底污泥的气提排泥装置，实用新型专利《一种气提装置》（公告号202864461U，公告日2013.4.10），其装置有一垂直设置的排泥管，其底端插置于水面下的淤泥位置，侧壁设有一进气管。从其附图可知，该装置是一种明显的点式装置，无法应用到大面积的悬浮污泥提升。同样，实用新型专利《一种气提式排泥装置》（公告号202139153U，公告日2012.2.8），其装置也是由吸泥喇叭口、吸泥喇叭口支架等构成，该装置也是一种点式装置，同样不能用于提升大面积的悬浮活性污泥。

目前，污水处理厂的污泥回流，大多仍然是采用潜污泵、轴流泵、离心泵、穿墙回流泵等水力机械进行回流，只有少数采用点式的气提回流装置进行污泥提升排放和回流。这些回流装置均不适应于大面积的悬浮活性污泥层的均衡及时回流，主要原因是悬浮活性污泥层位于水池的中间偏上位置，面积大，距离池底较远，水力机械装置和点式气提装置无法高效率地完成回流任务。

基于上述背景和各项公知技术的诸多不足，加上我国污水处理越来越多使用较大规模澄清池作为污水处理二次沉淀池使用，例如AO硅藻土污水处理工艺使用较大规模水力循环澄清池、Z型气提回流两级沉淀一体化工艺和V型气提脱氮除磷工艺等都使用了悬浮澄清池，而澄清池的特殊性在于上中下各层明显不同——上层为澄清液，中层为悬浮浓缩泥渣层，下层为颗粒密度较大的泥沙和惰性污泥，因而处于中层的悬浮浓缩活性污泥，亟需要一种高效节能的回流装置将其及时回流到生化处理池中再利用，因此，本发明专利申请应运而生。

发明内容

本发明的目的是要创造出一种简便高效的、能够将澄清池悬浮活性污泥及时、快速、全面地回流到生化处理池中，且不破坏活性污泥絮凝体颗粒结构的节能型免维护的活性污泥面式气提微动力回流器。本发明与当今各种活性污泥回流方法设备相比，不仅回流效率高，实现就地回流，在悬浮浓缩泥渣层面上无回流盲区，无死角，回流均衡且不破坏活性污泥絮体结构，回流量控制灵活快捷，而且利用污水处理厂曝气鼓风机供气，折算的气提能耗极低，不需要额外设置污泥回流专用鼓风机，并且，本发明装置在水面下无活动部件和电动设备，无磨损无缠绕无堵塞之忧，使用可靠性极高，基本无维护工作量。

本发明是这样实现上述目的的：通过在澄清池中部上方位置设置呈“王”、“丰”、“田”等字形的水平穿孔吸泥管，利用吸泥管内气提作用产生的负压，将悬浮活性污泥均衡地吸入到管道内，在中部上方的四周密闭箱体内和上方管道内，空气喷头朝上释放出的压缩空气与密闭空间内的泥水混合在一起，形成的泥水气三相混合物容重明显小于吸泥管之外的容重，因而产生源源不断的浮力，泥水气三相混合物在持续的浮力作用下，通过上方的立管弯头、回流斜管和穿墙管，均衡地进入到生化处理池中，实现了悬浮活性污泥的节能回流。

本发明活性污泥面式气提微动力回流器，包括进气管1、端头封闭的吸泥管2、四周密闭箱体3、空气喷头4、立管弯头5、回流斜管6、回流穿墙管7和池外压缩空气控制装置8；所述端头封闭的吸泥管2呈纵横联通设置，各端头封闭的吸泥管2位于同一水平面，各端头封闭的吸泥管2上均匀分布多个进泥小孔9；在端头封闭的吸泥管2的整体中部位置设有四周密闭箱体3，四周密闭箱体3内设单个或多个与进气管1相连通的空气喷头4，四周密闭箱体3顶部和立管弯头5的一端相连；所述立管弯头5的另一端依次连有回流斜管6和回流穿墙管7，所述回流穿墙管7的出口管底略低于水面或与水面持平；所述池外压缩空气控制装置8和进气管1相连通。

所述端头封闭的吸泥管2任意处管道截面面积，大于该截面所服务的进泥小孔面积之和。

所述端头封闭的吸泥管2的水平淹没深度小于所在池深的二分之一。

本发明的技术独创性和技术可靠性主要集中体现在以下三个方面：

首先，利用气提原理，创造性地在国内首次提出水平面式全回流装置，从根本上解决了大面积的悬浮浓缩泥渣层活性污泥需要快速便捷回流的问题。在此之前，污水处理界都是采用集中回流泵或气提装置进行点式回流。在大面积的悬浮澄清池中，若采用池底污泥回流或环形管道污泥回流，都将会出现局部污泥回流不及时带来的污泥失去活性上浮、厌氧产气上浮或死亡腐化上浮等问题，继而严重影响澄清池出水水质，因而都不是理想的悬浮活性污泥回流装置。

第二，本发明经过严格的科学计算，对每一段水平吸泥管的进泥小孔直径、孔间距和管间距、吸泥管管径和吸泥范围，利用流体力学方程计算得出的结果是吸泥管小孔直径在15～40mm之间最适宜，开孔方向交错，且吸泥管任何截面处的截面面积应该大于该截面所服务的进泥小孔面积之和，以确保悬浮污泥层上下左右各处吸泥均匀，又不被污泥中杂质堵塞，也不出现污泥在吸泥管中板结沉积和结垢等问题，确保了理论与实践的一致性。

第三，最简洁的方式，往往也是最为可靠的方式。本发明真正做到了节能运行。据有关实验数据显示，以往常规气提回流能耗比电动回流泵节能65%（注：在气提淹没深度2.4m，气提提升高度0.6m时，要达到0.38m³/min的气提流量，离心泵需要1.60kW，气提装置折算的鼓风机耗功仅0.56kW，节能65%）；而本发明的面式气提微动力回流器提升高度仅需要0.10m左右，而其它回流方式均需要0.50m以上甚至5m左右的扬程，因此能耗高，回流路线长，且破坏了污泥活性。因此，本发明是真正意义上最有效的微动力回流器。

本发明活性污泥面式气提微动力回流器，具有三点最明显的有益效果：

第一是回流效率高：在水平面上无盲区无死角，回流均衡，回流路线短，回流污泥浓度高，属于温和回流，无叶轮高速运动，活性污泥絮体结构不会被击碎，污泥经多次反复回流循环后，絮体颗粒反复碰撞而强度又不至于颗粒破裂，最终形成密实的好氧颗粒污泥，高浓度的颗粒活性污泥在生化反应区内实现同步硝化反硝化，大幅度提高了生化处理效率。污泥回流量控制灵活快捷，只需通过位于池外的压缩空气控制装置调控供气量即可实现无级变速式的直观调节回流量。

第二是节能效果显著：利用污水处理厂曝气鼓风机供气，折算的气提能耗极低。根据空气动力学公式计算，本发明所用压缩空气量很小，因为需要提升的高度仅为0.10m左右，折算成污水处理厂曝气鼓风机的轴功率功耗，仅为电动回流泵能耗的20%，也就是节能80%。因而节能效果显著。

第三是回流可靠性高，运行效果好：本发明在水面下无机械活动部件和电动设备，不易损坏，可靠性极高；本发明无需增加电动设备，不仅明显节省了工程投资，节约了用地，节省了运行成本，而且方便了运行管理。

上述各项优势充分表明，本发明活性污泥面式气提微动力回流器，不仅结构巧妙简洁、不占地，而且投资省、能耗低、运行成本低、操作管理简单，适合在我国城市污水处理中和新型城镇化建设中广泛应用。

附图说明

图1为本发明活性污泥面式气提微动力回流器的剖面图。

图2为本发明的一个实施例的立体管路示意图。

图3为本发明活性污泥面式气提微动力回流器的俯视图。

其中：1—进气管，2—端头封闭的吸泥管，3—四周密闭箱体，4—空气喷头，5—立管弯头，6—回流斜管，7—回流穿墙管，8—池外压缩空气控制装置，9—进泥小孔。

具体实施方式

实施例一

下面对照附图，同时结合某城市污水处理采用本发明活性污泥面式气提微动力回流器作为实施例，对本发明做进一步说明。

从图1和图3中可以看出，本回流器主要由水平的进气管1、水平纵横相接的端头封闭吸泥管2、位于吸泥管中部上方的四周密闭箱体3、位于箱体内的空气喷头4以及立管弯头5、回流斜管6、回流穿墙管7组成，并由水池外的压缩空气控制装置8进行控制。

每根水平吸泥管2上均开有进泥小孔9，进泥小孔直径一般在15mm~40mm范围使用效果最好，本实施例中选用小孔直径24mm；纵横吸泥管2任何截面处的截面面积，大于该截面所服务的进泥小孔面积之和。吸泥管2的水平设置深度小于池深的二分之一，是因为该位置正好处于澄清池悬浮泥渣层的高度之中，便于及时回流水平吸泥管上下左右各方位的浓缩活性污泥。密闭箱体3中空气喷头4高于水平吸泥管2顶面，这样可以获得用最少空气量实现最大回流量的效果。同时，回流穿墙管7为水平方向或倾斜向上朝向出口方向，一是可以减少积气，二是可以避免不必要的水头浪费而获得很好的节能效果。另外，污泥回流的速度和回流量影响能耗和澄清效果，本发明通过池外的压缩空气控制装置8调节空气量而控制回流量，实现了最小能耗和最好出水水质的目标。

实施例二

某污水处理厂污水处理量为1.2万m³／d，建有2座各6000m³／d的V型气提一体化污水处理池，采用本发明的面式气提微动力回流器对一体化池澄清区中悬浮活性污泥进行回流，共设置了2套气提回流器，每套消耗空气量0.995m³／min，折算的鼓风机功率消耗为1.456Kw（单台鼓风机参数Q=16.67 m³／min，P=58.8kPa，配30kW电机带变频装置，实际轴功率24.4kW），获得了良好的活性污泥回流效果和污水处理效果。其水质见下表。

污水处理厂设计进、出水水质表

项目

COD

BOD5

SS

TN

NH3-N

TP

进水水质(mg／L)

300

140

200

40

35

4

出水水质(mg／L)

≤50

≤10

≤10

≤15

≤5(8)

≤0.5

处理效率 (%)

≥83.3

≥92.9

≥95.0

≥62.5

≥85.7(77.1)

≥87.5

倘若该污水处理厂采用常规污泥回流方法，则需要配用3台潜污泵作为回流污泥泵（2用1备），并配置“王、丰、田、口”等字形的污泥吸泥管和压送出泥管以及阀门系统，且不便于将泵和阀门淹没于水中，必须设置在池外的泵房内，系统极为复杂；单台回流泵Q=250m³／h，H=5m，N=7.5kW，因此，本发明面式气提回流所耗鼓风机功率仅为回流泵所耗功率的19.4%，故气提回流节能80%，每年可节约电耗10.51万度，节能效果显著，对我国节能型社会的建立和新型城镇化污水处理建设，具有明显的促进作用。

Claims (1)

1.活性污泥面式气提微动力回流器，其特征在于：包括进气管⑴、端头封闭的吸泥管⑵、四周密闭箱体⑶、空气喷头⑷、立管弯头⑸、回流斜管⑹、回流穿墙管⑺和池外压缩空气控制装置⑻；所述端头封闭的吸泥管⑵呈纵横联通设置，各端头封闭的吸泥管⑵位于同一水平面，各端头封闭的吸泥管⑵上均匀分布多个进泥小孔⑼；在端头封闭的吸泥管⑵的整体中部位置设有四周密闭箱体⑶，四周密闭箱体⑶内设单个或多个与进气管⑴相连通的空气喷头⑷，四周密闭箱体⑶顶部和立管弯头⑸的一端相连；所述立管弯头⑸的另一端依次连有回流斜管⑹和回流穿墙管⑺，所述回流穿墙管⑺的出口管底略低于水面或与水面持平；所述池外压缩空气控制装置⑻和进气管⑴相连通；所述端头封闭的吸泥管⑵任意处管道截面面积，大于该截面所服务的进泥小孔面积之和；所述端头封闭的吸泥管⑵的水平淹没深度小于所在池深的二分之一。