CN104211275B - 污水生物处理装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种污水生物处理装置，包括污泥消解设备、污水处理设备和泥水混合设备，其中所述泥水混合设备的上游分别与污水进料管和所述污水处理设备流体连通，所述泥水混合设备的下游分别与所述污泥消解设备和所述污水处理设备流体连通，特别是所述泥水混合设备可以是缺氧泥水混合设备。本发明的污水生物处理装置结构紧凑，控制简单有效，可靠性高，适于对现有污水处理设备进行污泥减量化改造，可实现高效消解污泥、净化污水的技术效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种污水生物处理装置，特别是一种包括污泥消解设备、污水处理设备和泥水混合设备的污水生物处理装置；本发明还涉及应用该污水生物处理装置处理污水的方法。
背景技术
污水生物处理以高效低耗的突出优点被广泛用于污水处理。然而，现有的污水生物处理工艺并不完善。在实际运行过程中，多数污水生物处理厂面临以下问题：（1）进水水量不足，主要由超前规划和污水排放系统故障导致，影响污水处理设备的运行；（2）进水水质不稳定，主要原因是工业废水排入管网以及节假日和季节变化等导致的生活习惯改变等，可造成冲击负荷影响污水处理效果；（3）碳源不足，这是各污水处理厂所共同面临的问题，主要由现代生活习惯所致，可导致生物的营养物失衡影响氮和磷的去除效果。在面对这些问题时，传统活性污泥法日益暴露出以下缺陷：（1）曝气池中生物浓度低；（2）耐水质、水量冲击负荷能力差，运行不够稳定；（3）易产生污泥膨胀；（4）污泥产量大；（5）基建和运行费用高，占地面积大等。
中国专利CN102149645B公开了一种污水生物处理装置，包括污泥消解设备和污水处理设备，其中污水处理设备排出的一部分污泥和污水进料直接进入污泥处理装置中混合并经交替进行的好氧处理和缺氧处理后得到上清液，所述上清液和所述污水处理设备排出的另一部分污泥直接进入污水处理设备中混合并进行污水生物处理以得到净化出水和排出污泥。中国专利CN102149645B的全部内容通过引用并入本文。
尽管所述污水生物处理装置能够在基本不向外排出污泥的情况下实现对污水的高效净化处理，其仍然需要进一步的改进以便满足各种要求，适应各种环境，并进一步提高污泥消解和污水净化效果。
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以解决现有技术中的技术问题。为此本发明提供根据以下技术方案的污水生物处理装置。
1、一种污水生物处理装置，包括污泥消解设备、污水处理设备和泥水混合设备，其中所述泥水混合设备的上游分别与污水进料管和所述污水处理设备流体连通以在所述泥水混合设备的上游接收污水进料和所述污水处理设备排出的污泥，所述泥水混合设备的下游分别与所述污泥消解设备和所述污水处理设备流体连通以将所述泥水混合设备中由所述污水进料和所述污泥混合形成的混合液分别送入所述污泥消解设备和所述污水处理设备。
2、根据技术方案1的污水生物处理装置，其中所述泥水混合设备是缺氧泥水混合设备。
3、根据技术方案1或2的污水生物处理装置，其中所述泥水混合设备中混合液的停留时间是1-1200秒。
4、根据技术方案1-3中任一项的污水生物处理装置，其中所述污泥消解设备与所述污水处理设备之间设有上清液管以将所述污泥消解设备中的上清液送入所述污水处理设备。
5、根据技术方案1-4中任一项的污水生物处理装置，其中所述泥水混合设备的下游还设有混合液流量控制设备以控制进入污泥消解设备的混合液和进入污水处理设备的混合液的流量比。
6、根据技术方案4-6中任一项的污水生物处理装置，其中进入所述污泥消解设备的混合液和进入所述污水处理设备的混合液的流量比是1：99至99：1。
7、根据以上技术方案中任一项的污水生物处理装置，其中所述泥水混合设备是管道混合器、混合池、混合罐或其组合。
8、根据以上技术方案中任一项的污水生物处理装置，其中所述污泥消解设备还具有污泥回流管以将所述污泥消解设备下游排出的污泥回流至所述污泥消解设备的上游。
9、根据以上技术方案中任一项的污水生物处理装置，其中所述污水处理设备还具有污泥回流管以将所述污水处理设备下游排出的污泥回流至所述污水处理设备的上游。
10、根据以上技术方案中任一项的污水生物处理装置，其中所述污泥消解设备包括设置在所述污泥消解设备上游的好氧处理区和设置在所述污泥消解设备下游的缺氧处理区，所述好氧处理区与所述缺氧处理区之间设有污泥回流管以将从所述缺氧处理区分离出来的污泥回流至所述好氧处理区，所述泥水混合设备的下游与所述好氧处理区流体连通以将所述混合液送入所述好氧处理区，所述混合液在所述好氧处理区的给氧处理时间为0.1-4小时，所述混合液在所述缺氧处理区的缺氧处理时间为0.8-6小时，并且所述给氧处理时间与所述缺氧处理时间的比为1:0.5至1:6。
11、根据以上技术方案中任一项的污水生物处理装置，其中所述污水处理设备是能够根据Wuhrmann工艺、A/O工艺、Bardenpho工艺、Phoredox工艺、A2/O工艺、倒置A2/O工艺、UCT工艺、MUCT工艺、VIP工艺、OWASA工艺、JHB工艺、TNCU工艺、Dephanox工艺、BCFS工艺、MSBR工艺、SBR工艺、AB工艺、氧化沟工艺、生物膜工艺、流动床工艺或其组合进行污水生物处理的设备。
本发明的另一个目的是提供一种使用本发明污水生物处理装置进行污水生物处理的方法，具体而言，本发明提供根据以下技术方案的污水生物处理方法，所述污水生物处理方法是使用本发明污水生物处理装置进行污水生物处理的方法。
12、一种污水生物处理方法，包括：将污水进料与污水处理设备排出的污泥在泥水混合设备中混合得到混合液，以及将所述泥水混合设备中的混合液分别送入污泥消解设备和所述污水处理设备。
13、根据技术方案12的污水生物处理方法，其中所述污水进料与所述污泥在所述泥水混合设备中的混合是在缺氧条件下进行的。
14、根据技术方案12或13的污水生物处理方法，其中所述混合液在所述泥水混合设备中的停留时间是1-1200秒。
15、根据技术方案12至14中任一项的污水生物处理方法，还包括将所述污泥消解设备中通过处理所述混合液得到的上清液送入所述污水处理设备。
16、根据技术方案12至15中任一项的污水生物处理方法，其中进入污泥消解设备的混合液与进入污水处理设备的混合液的流量比是1：99至99：1。
在本发明的一些实施方式中，所述“缺氧泥水混合设备”是指在污水进料与污泥混合形成混合液时能够基本上避免混合液与含氧气体接触的泥水混合设备，或者混合液与含氧气体有接触但不足以使混合液的溶解氧浓度高于0.1mg/L的泥水混合设备。换句话说，所述缺氧泥水混合设备是混合液溶解氧浓度小于等于0.1mg/L的泥水混合设备。
在一些情况下，所述缺氧泥水混合设备可以是管道混合器、混合池或混合罐，可以设置或不设置挡板或折流板。所述缺氧泥水混合设备可以是密闭的管道混合器、混合池或混合罐，从而基本防止诸如空气等含氧气体与混合液接触。在一些情况下，所述缺氧泥水混合设备也可以是敞开的，例如敞口的混合池或混合罐或混合槽，其中敞口的混合池或混合罐或混合槽中的混合液与诸如空气等含氧气体接触的表面不足以使混合池或混合罐中的混合液的溶解氧浓度高于0.1mg/L。在另一些情况下，所述缺氧泥水混合设备具有机械搅拌器或者可以通入基本不含氧的气体例如氮气等进行气泡搅拌。
在本发明的一些实施方式中，所述泥水混合设备中混合液的停留时间可以是根据混合条件确定的任意合适的时间。优选所述停留时间可以是，例如，1-1800秒，1-1500秒，1-1200秒，1-900秒，1-600秒，1-300秒，1-150秒，1-60秒，1-30秒，1-15秒，1-10秒，约1秒，约2秒，约3秒，约5秒，约6秒，约7秒，约8秒，约9秒，约10秒，约15秒，约20秒，约30秒，约40秒，约50秒，约60秒，约90秒，约120秒等。对于管道混合器，所述停留时间可以是约1秒至约20秒。
在一些实施方式中，所述泥水混合设备优选为管道混合器。所述管道混合器可以是任意合适的能够混合污泥和污水的管道混合器，例如管式静态混合器（例如静态螺旋片式混合器）、喷嘴式管道混合器、涡流式管道混合器、异形管道混合器等。例如，在静态螺旋片式混合器中，每节混合器有一个180°扭曲的固定螺旋叶片，分左旋和右旋两种，相邻两节中的螺旋叶片旋转方向相反，并相错90°。管道内螺旋叶片是固定的，流体通过它产生流向变化，出现紊流现象从而提高混合效率。这种静态混合器除产生降压外，不用外部能源。相比其他混合设备，管道混合器具有快速高效混合、结构简单，节约能耗、体积小巧等特点，在不需外动力情况下，使通过管道混合器的不同流体产生分流、交叉混合和反向旋流，从而达到快速且充分混合的目的。在一些情况下，所述泥水混合设备还包括设置在管道混合器上游或下游的管路。
在本发明的一些实施方式中，所述污泥消解设备可以是任意合适的污泥消解设备，例如可以是中国专利CN102149645B公开的污泥消解装置或污泥减量化处理装置。在一些实施方式中，所述污泥消解设备的好氧处理区中污泥浓度为3000-30000mg/L，例如3000～20000mg/L，或4000～15000mg/L。在一些实施方式中，好氧处理区的好氧处理时间为0.1～4小时，例如0.5～2小时，或0.5～1.5小时；缺氧处理区的缺氧处理时间为0.8～6小时，例如1～4小时，或1～3小时；并且好氧处理时间与缺氧处理时间的比为1:0.5～1:6，例如1:1～1:3，1:1.5～1:2，或1:2。
在本发明的一些实施方式中，所述污水处理设备是任意合适的污水生物处理设备，只要能够将来自污泥消解设备的上清液和来自泥水混合设备的混合液通过生物处理得到净化出水和浓缩混合液（也称为污泥）即可。在一些实施方式中，所述污水处理设备可以是例如中国专利CN102149645B中提到的那些污水生物处理设备，例如能够根据Wuhrmann工艺、A/O工艺、Bardenpho工艺、Phoredox工艺、A2/O工艺、倒置A2/O工艺、UCT工艺、MUCT工艺、VIP工艺、OWASA工艺、JHB工艺、TNCU工艺、Dephanox工艺、BCFS工艺、MSBR工艺、SBR工艺、AB工艺、氧化沟工艺、生物膜工艺、流动床工艺或其组合的进行污水生物处理的设备。
在本发明的一些实施方式中，从泥水混合设备排出的混合液分别进入污泥消解设备和污水处理设备，进入污泥消解设备的混合液与进入污水处理设备的混合液的流量比可以是根据诸如污泥消解设备和污水处理设备的运行情况、污水进料情况等条件确定的任意合适的比例，例如1：99～99：1、1：90～90：1、1：80～80：1、1：70～70：1、1：60～60：1、1：50～50：1、1：40～40：1、1：30～30：1、1：20～20：1、1：15～15：1、1：12～12：1、1：10～10：1、1：8～8：1、1：5～5：1、1：4～4：1、1：3～3：1、1：2～2：1、约1：1等。在一些情况下，可以在泥水混合设备与污水处理设备之间的混合液连通管路上设置流量控制设备，例如流量控制阀等来控制所述进入污水处理设备的混合液流量，并由此控制上述流量比。同时，若污泥消解设备的液位高于污水处理设备的液位，泥水混合设备与污泥消解设备之间的混合液连通管路上可以不设控制阀，由此节约了设备投资，简化了控制，并提高了可靠性。
在本发明的一些实施方式中，从所述污水生物处理装置的上游至下游，依次设置所述泥水混合装置、所述污泥消解设备和所述污水处理设备。在一些实施方式中，所述污泥消解设备中的液位高于所述污水处理设备中的液位，并且当所述泥水混合设备是混合池或混合罐时，所述泥水混合设备中的液位高于所述污泥消解设备中的液位。这样的设置可以充分利用液位差，减少输送混合液、上清液等需要的动力设备，实现所谓“一步提升，步步自流”的技术效果。
在本文中，“上游”和“下游”可以参照诸如混合液等流体的流动方向来确定。例如，在诸如泥水混合设备、污泥消解设备和污水处理设备等设备中，上游可以是接收流体或流体进入的位置或部分，而下游可以是排出流体或流体离开的位置或部分。
本发明的发明人意外地发现，与CN102149645B公开的污水生物处理装置相比，本发明的污水生物处理装置具有较好的污泥消解效果和污水净化效果，尤其是当使用管道混合器等高效的泥水混合设备时可以实现更好的污泥消解效果和污水净化效果。在本发明的污水生物处理装置中，从所述污水处理设备排出的污泥与污水进料先在所述泥水混合设备中混合然后根据需要按比例分别进入污泥消解设备和污水处理设备，由于该污泥与污水混合形成的混合液在泥水混合设备中基本不与含氧气体接触，因此处于乏营养状态的污泥与富营养的污水进料得以在泥水混合设备的缺氧环境下混合接触。不依赖于任何已知的理论，发明人认为所述乏营养的污泥与富营养的污水在缺氧环境下的泥水混合设备中的接触改善了污泥的活性，因此在污泥消解设备中增强了污泥消解效果，在污水处理设备中促进了污泥对污水的净化效果。
本发明的污水生物处理装置结构紧凑，能够有效地去除污水中的污染物和消解污泥，并且可以方便灵活地应用于各种现有污水生物处理装置以进行污泥减量化改造。例如，当对现有污水生物处理装置进行污泥减量化改造时，可以将现有的污水生物处理装置作为本发明的污水处理设备，然后根据本发明在其上游设置泥水混合设备和污泥减量设备即可。
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。
图2是根据图1的污水生物处理装置中污泥消解设备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是本发明污水生物处理装置的一个实施方式的结构示意图，其中泥水混合设备是在缺氧条件下工作的管道混合器。来自污水进料管（1）的污水进料与来自污泥回流管（5）的污泥进入泥水混合设备的上游并在其中混合，所得混合液从泥水混合设备的下游排出后分别通过混合液管（2）和混合液管（2’）进入污泥消解设备和污水处理设备。进入污泥消解设备和污水处理设备的混合液流量由流量控制阀（V）控制。进入污泥消解设备的混合液经污泥消解处理后得到的上清液经上清液管（4）进入污水处理设备，污泥消解处理后得到的污泥通过污泥回流管（3）返回污泥消解设备的上游。来自上清液管（4）的上清液与来自混合液管（2’）的混合液一起进入污水处理设备进行污水处理，污水处理后得到的净化出水经净化出水管（6）排出，污水处理后得到的污泥分别经污泥回流管（5）和污泥回流管（5’）回流至泥水混合设备的上游和污水处理设备的上游。
在一些情况下，污泥消解设备中的液位高于污水处理设备中的液位，混合液管（2’）上设置流量控制阀（V）以控制进入污水处理设备的混合液流量，而其余的混合液流量则通过混合液管（2）进入污泥消解设备。
在一些情况下，在污泥消解设备的下游设置污泥泵（未示出）以将污泥消解处理后得到的污泥通过污泥管（3）泵送至污泥消解设备的上游；在污水处理设备的下游设置污泥泵（未示出）以将污水处理后得到的污泥通过污泥回流管（5）和污泥回流管（5’）分别泵送至泥水混合设备的上游和污水处理设备的上游，其中通过污泥回流管（5）和污泥回流管（5’）分别送入泥水混合设备的上游和污水处理设备的上游的污泥的流量可以通过流量控制阀（未示出）来控制。在另一些情况下，未设置污泥回流管（5’），因此来自污水处理设备的污泥全部通过污泥回流管（5）回流至泥水混合设备的上游。
根据图1的本发明污水生物处理装置中的污泥消解设备可以是根据图2所示的污泥消解设备，包括给氧处理区、缺氧处理区、以及由泥水分离设备和污泥回流管（3）构成的污泥循环装置，其中好氧处理区通过混合液管（2）接收来自泥水混合设备的混合液；所述好氧处理区用于对接收的混合液和回流污泥进行好氧处理，所述好氧处理可以间歇曝气或连续曝气的方式进行；所述缺氧处理区用于将所述好氧处理区得到的混合液进行缺氧处理（例如沉淀处理）以形成上清液和回流污泥；所述污泥循环装置用于将所述回流污泥循环返回好氧处理区。在一些情况下，所述好氧处理区的好氧处理时间为0.1～4小时，所述缺氧处理区的缺氧处理时间为0.8～6小时，并且好氧处理时间与缺氧处理时间的比为1:0.5～1:6。
根据图1的本发明的污水生物处理装置结构紧凑，控制简单有效，可靠性高，适于对现有污水处理设备进行污泥减量化改造，可实现高效消解污泥、净化污水的技术效果。例如，在同样条件下，采用本发明的污水生物处理装置可以在实现相同污水处理效果和基本不排出剩余污泥的情况下提高5%至80%的污水处理量。
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 (10)
1.一种污水生物处理装置，包括污泥消解设备、污水处理设备和泥水混合设备，其中所述泥水混合设备的上游分别与污水进料管和所述污水处理设备流体连通以在所述泥水混合设备的上游接收污水进料和所述污水处理设备排出的污泥，所述泥水混合设备的下游分别与所述污泥消解设备和所述污水处理设备流体连通以将所述泥水混合设备中由所述污水进料和所述污泥混合形成的混合液分别送入所述污泥消解设备和所述污水处理设备,其中所述污泥与所述污水进料混合形成的混合液在所述泥水混合设备中基本不与含氧气体接触，所述泥水混合设备是缺氧泥水混合设备，所述泥水混合设备中混合液的停留时间是1-1200秒，所述污泥消解设备与所述污水处理设备之间设有上清液管以将所述污泥消解设备中的上清液送入所述污水处理设备。
2.根据权利要求1的污水生物处理装置，其中所述泥水混合设备的下游还设有混合液流量控制设备以控制进入污泥消解设备的混合液和进入污水处理设备的混合液的流量比。
3.根据权利要求2的污水生物处理装置，其中进入所述污泥消解设备的混合液和进入所述污水处理设备的混合液的流量比是1：99至99：1。
4.根据以上权利要求1-3中任一项的污水生物处理装置，其中所述泥水混合设备是管道混合器、混合池、混合罐或其组合。
5.根据以上权利要求1-3中任一项的污水生物处理装置，其中所述污泥消解设备还具有污泥回流管以将所述污泥消解设备下游排出的污泥回流至所述污泥消解设备的上游。
6.根据以上权利要求1-3中任一项的污水生物处理装置，其中所述污水处理设备还具有污泥回流管以将所述污水处理设备下游排出的污泥回流至所述污水处理设备的上游。
7.根据以上权利要求1-3中任一项的污水生物处理装置，其中所述污泥消解设备包括设置在所述污泥消解设备上游的好氧处理区和设置在所述污泥消解设备下游的缺氧处理区，所述好氧处理区与所述缺氧处理区之间设有污泥回流管以将从所述缺氧处理区分离出来的污泥回流至所述好氧处理区，所述泥水混合设备的下游与所述好氧处理区流体连通以将所述混合液送入所述好氧处理区，所述混合液在所述好氧处理区的给氧处理时间为0.1-4小时，所述混合液在所述缺氧处理区的缺氧处理时间为0.8-6小时，并且所述给氧处理时间与所述缺氧处理时间的比为1:0.5至1:6。
8.根据以上权利要求1-3中任一项的污水生物处理装置，其中所述污水处理设备是能够根据Wuhrmann工艺、A/O工艺、Bardenpho工艺、Phoredox工艺、A2/O工艺、倒置A2/O工艺、UCT工艺、MUCT工艺、VIP工艺、OWASA工艺、JHB工艺、TNCU工艺、Dephanox工艺、BCFS工艺、MSBR工艺、SBR工艺、AB工艺、氧化沟工艺、生物膜工艺、流动床工艺或其组合进行污水生物处理的设备。
9.一种污水生物处理方法，包括：将污水进料与污水处理设备排出的污泥在泥水混合设备中混合得到混合液，以及将所述泥水混合设备中的混合液分别送入污泥消解设备和所述污水处理设备,其中所述污泥与所述污水进料混合形成的混合液在所述泥水混合设备中基本不与含氧气体接触，所述污水进料与所述污泥在所述泥水混合设备中的混合是在缺氧条件下进行的，所述混合液在所述泥水混合设备中的停留时间是1-1200秒，以及将所述污泥消解设备中通过处理所述混合液得到的上清液送入所述污水处理设备。
10.根据权利要求9的污水生物处理方法，其中进入污泥消解设备的混合液与进入污水处理设备的混合液的流量比是1：99至99：1。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20141217 Assignee: Gongs Water Company Limited Assignor: Li Jinmin|Zhou Liankui|Li Dayong Contract record no.: 2017990000197 Denomination of invention: Sewage biotreatment apparatus and method thereof Granted publication date: 20160217 License type: Exclusive License Record date: 20170523 |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20190418 Address after: 276036 Station of Bancheng Town, Lanshan District, Linyi City, Shandong Province Patentee after: Gongs Water Company Limited Address before: 2736 Jinluo Science Park, Bancheng Town, Lanshan District, Linyi City, Shandong Province Co-patentee before: Zhou Liankui Patentee before: Li Jinmin Co-patentee before: Li Dayong |