CN103523920B - 污水生物处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种污水生物处理装置，包括浓缩混合液回流设备，其中所述浓缩混合液回流设备经设置以使用气体驱动浓缩混合液流动。所述气体可以是曝气气体，特别是完成曝气处理后的曝气气体。本发明的污水生物处理装置可充分利用曝气气体的能量以实现浓缩混合液的回流，从而显著减少了整个装置的能耗和运动部件，具有高效、节能、高可靠性、可小型化等有益特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种污水生物处理装置，其中所述污水生物处理装置的浓缩混合液回流设备经设置以利用气体驱动浓缩混合液流动。特别地，所述气体是用于所述污水生物处理装置的曝气气体。
背景技术
通常在污水生物处理装置中，混合液在曝气槽中经曝气处理后在沉淀槽中静置以分离得到上清液(或称为“出水”)和浓缩混合液(或称为“污泥”)，所述浓缩混合液的至少部分需要回流返回曝气槽(或称为“污泥回流”)与污水进料(或称为“进水”)混合。污泥回流通常利用污泥回流泵(一般为离心泵)来完成。然而，污泥回流泵需要消耗额外的能量，并且需要经常维护。此外，用电驱动的污泥回流泵还需要绝缘处理以防漏电危险。因此，污泥回流泵通常安装在特定位置，限制了工艺布置的灵活性，并且往往需要大量连接管路，增加了设备投资，减小的整个装置的可靠性。
此外，在污水生物处理中，曝气风机通常是主要的耗能设备，但是曝气气体在完成曝气处理后通常直接排放到大气中，因此曝气气体中的能量并未得到充分利用，使得污水生物处理装置的能耗较高。
因此，仍然需要发展新的具有低能耗、高可靠性和高效率的污水生物处理装置和方法。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种污水生物处理装置或方法以解决上述现有技术中的问题，为此本发明尤其提供以下技术方案：
1、一种污水生物处理装置，包括浓缩混合液回流设备，其中所述浓缩混合液回流设备经设置以使用气体驱动浓缩混合液流动。
2、根据技术方案1的污水生物处理装置，其中所述浓缩混合液回流设备经设置以允许所述气体与所述浓缩混合液接触。
3、根据技术方案1或2的污水生物处理装置，其中所述浓缩混合液回流设备包括允许所述气体与所述浓缩混合液进入并接触的导管，所述导管具有在所述导管下部的气体入口和浓缩混合液入口、在所述导管中部的气液混合输送段和在所述导管上部的气液混合物出口。
4、根据技术方案3的污水生物处理装置，其中所述浓缩混合液回流设备还包括与所述气液混合物出口流体连通的气液分离装置以分离所述气体和所述浓缩混合液。
5、根据前述任一项技术方案的污水生物处理装置，还包括曝气段以提供曝气气体作为所述气体。
6、根据前述任一项技术方案的污水生物处理装置，还包括沉淀段以提供所述浓缩混合液。
7、根据技术方案1的污水生物处理装置，还包括缺氧处理段、沉淀段和曝气段，其中所述缺氧处理段经设置以接收污水进料和来自所述浓缩混合液回流设备的所述浓缩混合液并且进行缺氧处理以得到缺氧处理混合液，所述曝气段经设置以接收所述缺氧处理混合液并使其与曝气气体接触以得到曝气处理混合液，所述沉淀段经设置以接收所述曝气处理混合液并分离得到上清液和所述浓缩混合液，并且所述浓缩混合液回流设备经设置以接收所述浓缩混合液并利用来自所述曝气段的曝气气体驱动所述浓缩混合液流动。
8、根据技术方案7的污水生物处理装置，其中所述曝气段设有气液分离装置以分离得到所述曝气处理混合液和曝气气体，所述气液分离装置与所述沉淀段流体连通以允许所述沉淀段接收所述曝气处理混合液，并且所述气液分离装置经设置以防止所述曝气气体进入所述沉淀段。
9、根据技术方案7或8的污水生物处理装置，其中缺氧处理段、沉淀段和曝气段经设置以使所述污水生物处理装置形成卧式污水生物处理装置。
10、根据上述任一项的技术方案的污水生物处理装置，其中所述污水生物处理装置的至少部分设置在地面以下或地面以上，或者所述污水生物处理装置设置在可移动的平台上。
11、一种污水生物处理方法，包括：利用气体驱动浓缩混合液流动。
12、根据技术方案11的污水生物处理方法，其中至少部分所述气体是曝气气体。
13、根据技术方案11或12的污水生物处理方法，所述浓缩混合液来自沉淀段。
14、根据技术方案11的污水生物处理方法，还包括：将污水进料与所述浓缩混合液混合并引入缺氧处理段进行缺氧处理以得到缺氧处理混合液，将缺氧处理混合液引入曝气段与曝气气体接触以得到曝气处理混合液，将所述曝气处理混合液引入沉淀段以得到上清液和所述浓缩混合液，并且将曝气气体用作所述气体以驱动所述浓缩混合液流动。
15、根据技术方案11-14中任一项的污水生物处理方法，其中所述气体与所述浓缩混合液接触。
16、根据技术方案11-15中任一项的污水生物处理方法，其中所述气体是含氧气体。
根据本发明的污水生物处理装置的一些实施方式，所述浓缩混合液回流设备利用气体驱动浓缩混合液流动，其中所述气体可以直接与浓缩混合液接触，优选所述气体与所述浓缩混合液混合，这样所述气体夹带浓缩混合液上浮，从而驱动浓缩混合液流动。
在一些实施方式中，所述浓缩混合液回流设备包括允许所述气体与所述浓缩混合液进入的导管，所述导管具有气体入口、混合液入口和气液混合物出口。当气体从气体入口进入后在导管中与从混合液入口进入的浓缩混合液混合，在气体的压力和上浮作用下，气体和浓缩混合液在导管中形成气液混合物并且并流流动，然后从气液混合物出口排出，从而驱动浓缩混合液流动。在一些实施方式中，所述导管以倾斜向上的方式或基本竖直的方式布置以利于气体上浮。
在一些实施方式中，所述导管的气体入口可以与合适的气源流体连通，并通过流量控制阀以控制进入导管的气体流量，从而控制浓缩混合液的流量。在另一些实施方式中，所述导管的混合液入口的上游设置流量控制阀以控制进入导管的浓缩混合液的流量。
在一些情况下，所述气体可以来自任何可用的气体来源，例如所述气体可以来自于空气压缩机、风机、诸如空气、氧气、氮气、惰性气体等气体的储罐。优选所述气体的压力大于或等于大气压。优选所述气体是含氧气体。在一些情况下，至少部分所述气体来自曝气气体。曝气气体可以收集自曝气装置的任何位置。优选地，曝气气体是在曝气装置上方收集的从曝气混合液中逸出的曝气气体。通常曝气气体中的氧在曝气处理中不能全部消耗，因此经过曝气处理后的曝气气体仍然含有氧。在一些情况下，也可以设置额外的污泥回流泵以驱动浓缩混合液流动。在一些情况下，可以利用所述气体来驱动额外的污泥回流泵。
本发明的发明人意外地发现，当采用曝气气体与浓缩混合液接触(优选混合)来驱动浓缩混合液流动时，污水处理的脱氮效果和/或去除COD的效果得到了意想不到的提高。不受任何理论的约束，可以认为来自沉淀段的浓缩混合液与含氧气体(优选曝气气体)接触后再与污水进料混合，增强了反硝化作用，由此实现了更好的脱氮和去除COD的效果。
根据本发明的一些实施方式，所述沉淀段可以是任何能够使曝气处理混合液分离形成上清液和浓缩混合液的装置。通常，沉淀段可以是沉淀槽或沉淀池，其中可以设置斜板或斜管以加强分离效果。浓缩混合液通常在沉淀作用下形成于沉淀槽或沉淀池的下部，其中可以设有集泥槽以加强浓缩混合液的沉降效果。沉淀段与浓缩混合液回流设备可以通过污泥回流管流体连通。所述污泥回流管的一端可以设置在沉淀槽或沉淀池的下部，优选设置在集泥槽中，以抽取浓缩混合液。所述污泥回流管的另一端可以与混合液入口流体连通。沉淀段中可以设置混合液分布器以使来自曝气段的曝气处理混合液均匀分布在沉淀段中并避免扰动沉淀段中已经分离的上清液和浓缩混合液。在一些情况下，在沉淀段的上部设有溢流槽以排出上清液作为出水。
在本发明中，缺氧处理可以通过任何能够基本避免含氧气体与混合液接触的方法来实现。通常只要基本上不存在溶解氧，例如溶解氧水平低于0.1mg/L时，即可认为是处于缺氧处理状态。根据本发明的一些实施方式，所述缺氧处理段可以是任何能够使浓缩混合液和污水进料混合后形成的混合液经受缺氧处理的装置。根据本发明的另一些实施方式，所述缺氧处理段可以是任何能够使来自浓缩混合液回流设备的浓缩混合液和污水进料混合并经受缺氧处理的装置。在一些情况下，缺氧处理可以通过在没有曝气的情况下使混合液缓慢流动的方式实现。合适的缺氧处理段可以是允许混合液以平流式、竖流式或辐流式等方式流动的池或槽。
根据本发明的一些实施方式，曝气段可以是任何能够进行混合液曝气处理的装置，例如曝气池或曝气槽。曝气段中可以设置曝气器以强化曝气处理，所述曝气器可以是例如螺旋曝气器、微孔曝气器、板式曝气器、旋混曝气器、管式曝气器、射流式曝气器等。
在一些情况下，曝气段经设置使得来自缺氧处理段的缺氧处理混合液从曝气段的第一端进入，而曝气处理后形成的曝气处理混合液从曝气段的第二端排出后引入沉淀段，其中曝气段的第一端和第二端经设置彼此远离以尽可能避免沟流和短路。在另一些情况下，曝气段中还设有折流板以进一步加强曝气处理效果以及避免沟流和短路。
在一些情况下，曝气段中的至少部分，优选全部曝气气体经收集后引入所述浓缩混合液回流设备。在一些情况下，在曝气段的第二端设置气液分离装置以将曝气气体与曝气处理混合液分离，使曝气处理混合液引入沉淀段并防止曝气气体进入沉淀段。所述气液分离装置可以是任何能够实现曝气气体与曝气处理混合液分离的装置。例如，所述气液分离装置可以是一个或多个容器或一段或多段管，其顶部设有允许曝气处理混合液进入所述容器或管的一个或多个开口，并且其底部设有与沉淀段流体连通的管路以允许所述容器或管中的曝气处理混合液进入沉淀段。在一些情况下，所述容器或管的所述开口没入曝气段的混合液中以接收曝气处理混合液并防止曝气气体进入沉淀段。
在一些实施方式中，在曝气段中设置集气装置以收集曝气气体。所述导管的气体入口与集气装置流体连通。所述集气装置可以包括设置在曝气装置上方的集气罩，集气罩的顶部设有导气管以允许集气罩收集的气体由气体入口进入所述导管。在一些实施方式中，在所述导气管上设有流量控制阀以控制进入所述导管的气体的流量，从而控制浓缩混合液的流量。在一些情况下，集气罩还可以设有放空管以将集气罩收集的气体的至少部分排放，在所述放空管上还可以设置控制阀以控制排放气体的流量或比例，进而控制进入所述导管的气体的流量并控制浓缩混合液的流量。
在一些情况下，集气罩可以设置在曝气段的中部或顶部。集气罩的部分可以向上延伸凸出曝气段的顶部壁面以形成集气包。至少部分集气罩的壁面可以是限定曝气段的壁面。在一些情况下，集气罩可以是位于曝气段内部的独立的伞形罩。在另一些情况下，集气罩由曝气段的顶部以及任选的与顶部相接的侧壁限定。
根据本发明的污水生物处理装置的一些实施方式，所述缺氧处理段、沉淀段和曝气段可以设置在呈卧式布置的同一筒体中。所述筒体可以是圆形筒体或多边形筒体(优选四、五、六、七、八或更多边筒体)。
根据本发明的污水生物处理装置的一些实施方式，提供所述气体的装置，例如提供曝气气体的风机等，和/或提供污水进料的装置，例如污水进料泵或真空汲水装置(包括真空泵等)，可以设置在污水生物处理装置的内部，例如缺氧处理段、沉淀段和/或曝气段的内部，优选曝气段的内部。这样设置的好处至少是可以减少噪音，便于布置和安装，以利于在小区等人口众多、空间狭小的地方部署。
根据本发明的污水生物处理装置的一些实施方式，其中所述污水生物处理装置的至少部分经设置位于地面以下。例如，根据本发明的污水生物处理装置可以至少部分甚至全部设置于地面以下，例如半地下室或地下室内，以节约用地、减少噪音并避免对景观的影响。在一些情况下，所述污水生物处理装置可以设置在地面上。当本发明的污水生物处理装置设置在地面上或半地下室内时，可以置于露天场所或建筑物内。在另一些情况下，本发明的污水生物处理装置可以设置在可移动的平台上，例如拖车等交通工具上，从而可以方便灵活地在不同的需要污水处理的地点之间运输，快速地部署和投入使用。
本发明的污水生物处理装置和方法充分利用了污水生物处理中的曝气气体，可以不再使用污泥回流泵，因此减少了能耗和设备投资，使得装置和工艺的布置更加灵活，并且由于减少了装置的运动部件和管路连接，从而提高其可靠性。
本发明的污水生物处理装置和方法使回流的浓缩混合液与曝气气体接触从而强化了脱氮和消除COD的效果，提高了污水处理效果。因此本发明的污水生物处理装置和方法具有出水水质好、容积负荷高、节省占地、污泥产量低、对周边环境影响小等优点。
本发明的污水生物处理装置可以采用卧式布置，适合于置入建筑物中或埋入地下，或者设置在可移动的平台上。并且本发明的污水生物处理装置尤其适合于小型化和社区化污水处理的需要。
附图说明
图1是本发明污水生物处理装置的一个实施方式的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的一些实施方式进行进一步的介绍，但并非意欲限制本发明的保护范围。
图1是根据本发明的污水生物处理装置的一个实施方式的结构示意图，其中所述污水生物处理装置包括缺氧处理段(S1)、沉淀段(S2)和曝气段(S3)，它们设置在同一筒体中，相互之间用隔板隔开。
污水进料作为进水通过污水进料供应装置(可以是污水泵或汲水装置，未示出)送入缺氧处理段(S1)。污水进料在缺氧处理段(S1)中与来自浓缩混合液回流设备(包括浓缩混合液管(3)、导管(9)、气液混合物管(10)和气液分离器(11))的浓缩混合液混合，并从缺氧处理段(S1)中缓慢通过以得到缺氧处理混合液。
来自缺氧处理段(S1)的所述缺氧处理混合液通过缺氧处理混合液管(1)进入曝气段(S3)中，并与来自曝气器(4)的曝气气体接触以进行曝气处理从而得到曝气处理混合液。曝气气体在曝气段(S3)中上浮并逸出曝气处理混合液的液面，从而在曝气段(S3)的上部积聚。曝气处理混合液通过气液分离装置(6)和曝气处理混合液管(5)进入沉淀段(S2)，其中气液分离装置(6)具有向上的允许曝气处理混合液进入所述气液分离装置(6)的开口，并且所述开口位于混合液液面以下以防止曝气气体进入沉淀段(S2)。
来自曝气段(S3)的所述曝气处理混合液通过混合液分布器(2)均匀分布在沉淀段(S2)中，并分离成在沉淀段(S2)上部的上清液和在沉淀段(S2)下部的浓缩混合液。所述上清液作为出水通过溢流槽(12)排出。位于沉淀段(S2)下部的所述浓缩混合液经过浓缩混合液回流设备(包括浓缩混合液管(3)、导管(9)、气液混合物管(10)和气液分离器(11))进入缺氧处理段(S1)。
积聚在曝气段(S3)上部的曝气气体通过集气罩(7)和导气管(8)进入导管(9)。集气罩(7)中多余的曝气气体可以通过放空阀(13)排出。所述曝气气体与来自沉淀段(S2)的浓缩混合液在导管(9)中接触并混合以形成气液混合物。气液混合物在气体的压力和上浮作用下在导管(9)中向上运动并通过气液混合物管(10)进入气液分离装置(11)。气液混合物在气液分离装置(11)中分离成浓缩混合液和曝气气体，其中曝气气体排出，而浓缩混合液被引入缺氧处理段(S1)。
在图1所示的污水生物处理装置中，用曝气气体驱动浓缩混合液(污泥)流动，并由此带动浓缩混合液在整个污水生物处理装置中的循环，因此充分利用了气体的能量，其中回流污泥的流量可通过放空阀(13)控制的进入导气管(8)的曝气气体的流量来调节和控制，减少了整个污水生物处理装置的能耗。此外，由于避免了污泥回流泵的使用，减少了设备投资，增加了污水处理装置的可靠性。
此外，图1所示的污水生物处理装置可以为卧式布置，从而减小了整个装置的高度。同时缺氧处理段(S1)、沉淀段(S2)和曝气段(S3)紧凑地集成在一起，减小了占地，简化了结构，方便了维护。因此所述污水生物处理装置可以设置在地下或半地下构筑物中，或者在需要时可以安装在可移动的平台上(例如交通工具上)，有利于节约用地、保持温度、美化环境、方便运输和部署。
图1所示的污水生物处理装置通过使曝气气体与浓缩混合液(活性污泥)接触，在其回流的提升过程中对其进行充氧，使得充氧后的浓缩混合液在随后与污水进料混合并进行缺氧处理时能够强化了缺氧处理段中的反硝化作用，从而增强了整个装置的脱氮和消除COD的效果，提高了污水处理的效率，改善了出水水质。
以上通过举例说明的方式描述了本发明。但是，应当理解，本发明绝不仅仅限于这些具体实施方式。普通技术人员可以对本发明进行各种修改或变动，而这些修改和变动都属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种污水生物处理装置，包括浓缩混合液回流设备、沉淀段和曝气段，其中所述浓缩混合液回流设备经设置以使用气体驱动浓缩混合液流动，所述曝气段中设有提供曝气气体的曝气装置，所述曝气装置的上方设有集气装置以收集曝气气体作为所述驱动浓缩混合液流动的气体，所述浓缩混合液回流设备包括允许所述驱动浓缩混合液流动的气体与所述浓缩混合液进入并接触的导管，所述导管具有在所述导管下部的气体入口和浓缩混合液入口、在所述导管中部的气液混合输送段和在所述导管上部的气液混合物出口，所述导管下部的气体入口位于所述集气装置的上方。
2.根据权利要求1的污水生物处理装置，其中所述浓缩混合液回流设备还包括与所述气液混合物出口流体连通的气液分离装置以分离所述气体和所述浓缩混合液。
3.根据权利要求1的污水生物处理装置，还包括缺氧处理段、沉淀段和曝气段，其中所述缺氧处理段经设置以接收污水进料和来自所述浓缩混合液回流设备的所述浓缩混合液并且进行缺氧处理以得到缺氧处理混合液，所述曝气段经设置以接收所述缺氧处理混合液并使其与曝气气体接触以得到曝气处理混合液，所述沉淀段经设置以接收所述曝气处理混合液并分离得到上清液和所述浓缩混合液，并且所述浓缩混合液回流设备经设置以接收所述浓缩混合液并利用来自所述曝气段的曝气气体驱动所述浓缩混合液流动。
4.根据权利要求3的污水生物处理装置，其中所述曝气段设有气液分离装置以分离得到所述曝气处理混合液和曝气气体，所述气液分离装置与所述沉淀段流体连通以允许所述沉淀段接收所述曝气处理混合液，并且所述气液分离装置经设置以防止所述曝气气体进入所述沉淀段。
5.根据权利要求3或4的污水生物处理装置，其中缺氧处理段、沉淀段和曝气段经设置以使所述污水生物处理装置形成卧式污水生物处理装置。
6.根据权利要求1-4中任一项的污水生物处理装置，其中所述污水生物处理装置的至少部分设置在地面以下或地面以上，或者所述污水生物处理装置设置在可移动的平台上。
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