CN105366813A - 超声波结合a2o工艺进行污水处理与污泥减量的方法和系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种超声波结合A²O工艺进行污水处理与污泥减量的方法和系统，本发明通过将超声波与A²O工艺结合起来进行污水处理与污泥减量，能提高污水处理效率，且污泥减量效果好，占地面积缩小，基建成本及运营成本降低，适合大规模的污水处理。

Description

超声波结合A2O工艺进行污水处理与污泥减量的方法和系统

技术领域

本发明涉及同步进行污水处理与污泥减量的高效处理技术领域，特别涉及超声波结合A²O工艺进行污水处理与污泥减量的方法和系统。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

A²O工艺是一种以活性污泥法为基础的污水处理工艺，它主要由厌氧-缺氧-好氧三段式生物处理单元组成。因其工艺流程简单、污染物去除效果较高、污泥沉降性能良好等优点，一直被广泛应用。但其污泥产率高增加了污泥后续处置费用；同时沉淀池占地面积大，难以满足城市土地资源短缺的现状，这些都增加了工艺的投资及运营成本，限制了该工艺更广泛的应用和发展。因此在如何保持A²O工艺原有优点的基础上进行改良，减小占地面积、实现高效的污泥减量，成为人们关注的焦点问题。

超声波处理污泥是一种新型的污泥减量技术，研究表明超声波产生的空穴作用，可以有效破坏污泥的细胞壁，释放细胞内碳氮等营养物质以及一些酶类物质，释放的有机物回流至缺氧反应器中继续被活性污泥代谢再利用，即通过隐形生长实现污泥减量；释放的酶类物质回流至缺氧反应器中，加速了缺氧反应器中活性污泥对有机污染物的降解反应，提高反应速率，缩短反应时间。但是超声波功率的大小对污泥减量效果的影响非常大现有技术中也鲜有如何确定污水处理或污泥减量时的超声波功率方面的研究。

发明内容

本发明的目的在于提出一种超声波结合A²O工艺进行污水处理与污泥减量的方法和系统，能够克服传统A²O工艺污泥产率高、沉淀池占地面积大等方面的缺陷，为污水处理厂提供了一种更高效经济的污水污泥处理工艺和设备。

根据本发明的一个方面，提供一种超声波结合A²O工艺进行污水处理与污泥减量的方法，包括：

S1、依次采用厌氧反应器、缺氧反应器和好氧反应器对污水进行处理，得到第一混合液；

S2、按照预设的回流比，将第一混合液中的一部分回流至缺氧反应器；第一混合液的剩余部分流入沉淀池进行沉淀处理，得到第二混合液和第一污泥；通过沉淀池出水管将第二混合液排出；

S3、按照预设的超声波比例，将第一污泥中的一部分排入超声波反应器中进行超声波处理、第一污泥的剩余部分通过沉淀池排泥管排出；

S4、将超声波处理后的污泥回流至缺氧反应器；

其中，回流比R₁满足如下公式：

$R_1=\frac{{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2-{\mathrm{\ω}}_2^2}{{\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2}+{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2+1$

式中，ω₁为经缺氧反应器处理后的混合液的含氮量，单位为：mg/L；ω₂为第一混合液的含氮量，单位为：mg/L。

优选地，超声波比例R₂满足如下公式：

$R_2=\frac{(e^{{\mathrm{\ω}}_3/{\mathrm{\ω}}_2+1}-1)V_2}{c_1{V}_1}$

式中，ω₃为经第二混合液的含氮量，单位为：mg/L；c₁为厌沉池的污泥浓度，单位为：gMLSS/L；V₁为厌沉池的容积，单位为：L；V₂为超声反应器的容积，单位为：L。

优选地，步骤S3中所述进行超声波处理之前进一步包括：

实时检测排入超声波反应器中的第一污泥的量；

当排入超声波反应器中的第一污泥的量超过设定的阈值时，对排入超声波反应器中的第一污泥进行超声波处理。

优选地，步骤S3中所述进行超声波处理包括：

当排入超声波反应器中的第一污泥的量超过设定的阈值时，超声波发生器产生控制信号并将所述控制信号发送给超声波换能器；

超声波换能器在所述控制信号的控制下将电能转化成机械能，并传递至超声波探头；

所述超声波探头在所述机械能的驱动下振动产生超声波，对排入超声波反应器中的第一污泥进行超声波处理。

优选地，所述超声波的功率P满足如下公式：

$P=\frac{f\×Q}{t^3+2}ln\frac{5{\mathrm{\ω}}_4}{{\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_4}$

式中，Q为污水的量，单位为：m³/h；f为微波频率，单位为：MHz；t为超声波处理的时间，单位为：s；ω₄为超声波处理后的污泥的含氮量，单位为：mg/L。

优选地，所述超声波的功率为10KW～30KW。

根据本发明的另一个方面，提供一种超声波结合A²O工艺进行污水处理与污泥减量的系统，包括：厌氧反应器、缺氧反应器、好氧反应器、沉淀池和超声波反应器；其中，

缺氧反应器的进水口通过缺氧反应器进水管与厌氧反应器的出水口连接，缺氧反应器的出水口通过好氧反应器进水管与好氧反应器连接；

好氧反应器的第一出水口通过回流管与缺氧反应器的进水口连接，好氧反应器的第二出水口通过沉淀池进水管与沉淀池的进水口连接；

沉淀池的第一排出口与沉淀池出水管连接，用于排出结果沉淀池沉淀处理后的第二混合液；沉淀池的第二排出口通过沉淀池排泥管与超声波反应器连接，用于将第一污泥中的一部分排入超声波反应器中；沉淀池上还设置有第三排出口，用于将第一污泥的剩余部分排出；

超声波反应器的排出口与缺氧反应器的进水口连接，用于将超声波处理后的污泥排入缺氧反应器；

其中，回流比R₁满足如下公式：

$R_1=\frac{{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2-{\mathrm{\ω}}_2^2}{{\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2}+{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2+1$

其中，回流比是指：好氧反应器处理后得到的第一混合液中，回流至缺氧反应器的量与流入沉淀池的量的比值；

式中，ω₁为经缺氧反应器处理后的混合液的含氮量，单位为：mg/L；ω₂为第一混合液的含氮量，单位为：mg/L。

优选地，超声波比例R₂满足如下公式：

$R_2=\frac{(e^{{\mathrm{\ω}}_3/{\mathrm{\ω}}_2+1}-1)V_2}{c_1{V}_1}$

其中，超声波比例是指：厌沉池处理得到的第一污泥中，排入超声波反应器的量与通过第三排出口排出的量之间的比值；

式中，ω₃为经第二混合液的含氮量，单位为：mg/L；c₁为厌沉池的污泥浓度，单位为：gMLSS/L；V₁为厌沉池的容积，单位为：L；V₂为超声反应器的容积，单位为：L。

优选地，超声波反应器包括：反应器本体、污泥进口、污泥出口、超声波发生器、超声波换能器和超声波探头；

所述污泥进口设置在所述反应器本体上端并与沉淀池排泥管连接；

所述污泥出口设置在所述反应器本体下端并与缺氧反应器的进水口连接连接；

所述超声波发生器用于：当排入超声波反应器中的第一污泥的量超过设定的阈值时，产生控制信号并将所述控制信号发送给超声波换能器；

所述超声波换能器接收所述控制信号，并在所述控制信号的控制下将电能转化成机械能后传递至超声波探头；

所述超声波探头在所述机械能的驱动下振动产生超声波，对排入超声波反应器中的第一污泥进行超声波处理。

优选地，所述超声波的功率为10KW～30KW。

根据本发明的超声波结合A²O工艺进行污水处理与污泥减量的方法和系统，通过将超声波与A²O工艺结合起来进行污水处理与污泥减量，能显著缩短污水处理时间，提高污水处理效率，且污泥减量效果好，占地面积缩小，基建成本及运营成本降低，适合大规模的污水处理。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是示出根据本发明的超声波结合A²O工艺进行污水处理与污泥减量的系统示意图；

图2是示出根据本发明的超声波反应器的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

本发明中的A²O工艺又称AAO法，是英文Anaerobic-Anoxic-Oxic第一个字母的简称，即厌氧-缺氧-好氧法。

根据本发明的超声波结合A²O工艺进行污水处理与污泥减量的方法，在步骤S1中首先采用厌氧反应器、缺氧反应器和好氧反应器对污水进行处理，得到第一混合液。污水进入厌氧反应器之后，通过厌氧反应可以释放污水中的磷、并将污水中的有机物氨化。经厌氧反应器处理后的混合液进入缺氧反应器中进行脱氮处理。脱氮处理后的混合液进入好氧反应器经好氧处理之后，可以完成硝化、BOD去除以及磷的吸收。本发明中，厌氧反应器、缺氧反应器和好氧反应器的pH为6.5～7.5，温度为20℃～25℃。A²O工艺是本领域的常规技术，本发明中不再赘述。

经A²O工艺处理得到的第一混合液中含有大量的易降解的有机物和酶类等，因此可以将部分第一混合液回流至A²O工艺进行再次降解。好氧处理之后的第一混合液中含有大量氧气，若将第一混合液回流至A²O工艺的起始步骤、即厌氧反应器中，则在回流至厌氧反应器之前还需要进行脱氧处理，步骤繁琐、影响污水处理的效率。由于好氧处理后的第一混合液中的有机物较易降解，因此可以直接回流至缺氧反应器，由缺氧反应器和好氧反应器依次进行缺氧和好氧处理，从而降解其中的大分子有机物。好氧处理后的第一混合液中还含有大量污泥，为了降低第一混合液中污泥的含量，步骤S2中按照预设的回流比，将第一混合液中的一部分回流至缺氧反应器，第一混合液的剩余部分流入沉淀池进行沉淀处理，得到第二混合液和第一污泥。污泥的沉降性能较好，因此可以通过静止分离达到出水标准，沉淀后得到的第二混合液通过沉淀池出水管直接排出，即为回用水。根据本发明的处理处理方法得到的回用水的BOD去除率可达到90％以上，COD去除率可达到88％以上，氨氮去处率可达90％以上，磷的去除率可达91％以上，均较传统A²O提高20％左右。根据本发明的优选实施例，回流比R₁满足如下公式：

$R_1=\frac{{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2-{\mathrm{\ω}}_2^2}{{\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2}+{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2+1$

式中，ω₁为经缺氧反应器处理后的混合液的含氮量，单位为：mg/L；ω₂为第一混合液的含氮量，单位为：mg/L。

现有技术中，随着沉淀池中处理污水的量的不断增加，沉淀池中的污泥的量也不断增加。当沉淀池中的污泥量过高时，会影响沉淀池的处理效果和处理效率，因此有必要对污泥进行减量处理。在步骤S3中，按照预设的超声波比例，将第一污泥中的一部分排入超声波反应器中进行超声波处理，在超声波的空穴作用下污泥破壁溶胞，释放碳氮等营养物质及酶类物质，第一污泥的剩余部分通过沉淀池排泥管排出。根据本发明的优选实施例，步骤S3中进行超声波处理之前进一步包括：

实时检测排入超声波反应器中的第一污泥的量；

当排入超声波反应器中的第一污泥的量超过设定的阈值时，对排入超声波反应器中的第一污泥进行超声波处理。

优选地，步骤S3中进行超声波处理包括：

当排入超声波反应器中的第一污泥的量超过设定的阈值时，超声波发生器产生控制信号并将所述控制信号发送给超声波换能器；

超声波换能器在控制信号的控制下将电能转化成机械能，并传递至超声波探头；

超声波探头在机械能的驱动下振动产生超声波，对排入超声波反应器中的第一污泥进行超声波处理。

根据本发明的优选实施例，超声波比例R₂满足如下公式：

$R_2=\frac{(e^{{\mathrm{\ω}}_3/{\mathrm{\ω}}_2+1}-1)V_2}{c_1{V}_1}$

式中，ω₃为经第二混合液的含氮量，单位为：mg/L；c₁为厌沉池的污泥浓度，单位为：gMLSS/L；V₁为厌沉池的容积，单位为：L；V₂为超声反应器的容积，单位为：L。

为了达到较好的污泥减量效果，单次处理的污水的量越大，超声波的功率也就越大。优选地，超声波的功率P满足如下公式：

$P=\frac{f\×Q}{t^3+2}ln\frac{5{\mathrm{\ω}}_4}{{\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_4}$

式中，Q为污水的量，单位为：m³/h；f为微波频率，单位为：MHz；t为超声波处理的时间，单位为：s；ω₄为超声波处理后的污泥的含氮量，单位为：mg/L。

根据本发明的优选实施例，超声波的功率为10KW～30KW。

在超声波的空穴作用下，污泥破壁溶胞，释放碳氮等有机营养物质及酶类物质，由于这些有机营养物质易降解，因此可以将其回流至A²O工艺进行再次降解。超声波处理之后的污泥中含有大量氧气，若将其直接回流至A²O工艺的起始步骤、即厌氧反应器中，则在回流至厌氧反应器之前还需要进行脱氧处理，步骤繁琐、影响污水处理的效率。由于超声波处理之后的污泥中的有机物较易降解，因此步骤S4中将超声波处理后的污泥回流至缺氧反应器，由缺氧反应器和好氧反应器依次进行缺氧和好氧处理。有机营养物质一方面能够为缺氧反应器和好氧反应器中的微生物提供营养物质，促进微生物的生长和代谢，提高微生物进行污水处理的效率，另一方面随着微生物降解有机物过程的进行，污泥的量也不断地减少，达到污泥减量的效果。酶类物质回流至缺氧反应器后，能够加速了缺氧反应器和好氧反应器中微生物的降解活动，提高反应速率，缩短反应时间。本发明通过将超声波处理后的污泥回流至缺氧反应器，能够通过隐性生长实现污泥的高效减量。根据本发明的污水处理与污泥减量的方法，污泥产率较传统活性污泥法污泥产率降低35％以上。

根据本发明的超声波结合A²O工艺进行污水处理与污泥减量的方法采用如图1所示的系统，包括：厌氧反应器1、缺氧反应器2、好氧反应器3、沉淀池4和超声波反应器5。缺氧反应器2的进水口通过缺氧反应器进水管(图中未示出)与厌氧反应器1的出水口连接，缺氧反应器2的出水口通过好氧反应器进水管(图中未示出)与好氧反应器3连接；

好氧反应器3的第一出水口通过回流管(图中未示出)与缺氧反应器2的进水口连接，好氧反应器3的第二出水口通过沉淀池进水管(图中未示出)与沉淀池4的进水口连接；

沉淀池4的第一排出口与沉淀池出水管(图中未示出)连接，用于排出结果沉淀池沉淀处理后的第二混合液；沉淀池4的第二排出口通过沉淀池排泥管(图中未示出)与超声波反应器5连接，用于将第一污泥中的一部分排入超声波反应器中；沉淀池4上还设置有第三排出口(图中未示出)，用于将第一污泥的剩余部分排出；

超声波反应器5的排出口与缺氧反应器2的进水口连接，用于将超声波处理后的污泥排入缺氧反应器2。

其中，回流比R₁满足如下公式：

$R_1=\frac{{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2-{\mathrm{\ω}}_2^2}{{\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2}+{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2+1$

其中，回流比是指：好氧反应器处理后得到的第一混合液中，回流至缺氧反应器的量与流入沉淀池的量的比值；

式中，ω₁为经缺氧反应器处理后的混合液的含氮量，单位为：mg/L；ω₂为第一混合液的含氮量，单位为：mg/L。

优选地，超声波比例R₂满足如下公式：

$R_2=\frac{(e^{{\mathrm{\ω}}_3/{\mathrm{\ω}}_2+1}-1)V_2}{c_1{V}_1}$

其中，超声波比例是指：厌沉池处理得到的第一污泥中，排入超声波反应器的量与通过第三排出口排出的量之间的比值；

式中，ω₃为经第二混合液的含氮量，单位为：mg/L；c₁为厌沉池的污泥浓度，单位为：gMLSS/L；V₁为厌沉池的容积，单位为：L；V₂为超声反应器的容积，单位为：L。

优选地，参见图2，超声波反应器5包括：反应器本体56、污泥进口54、污泥出口55、超声波发生器51、超声波换能器52和超声波探头53；污泥进54口设置在反应器本体56上端并与沉淀池排泥管(图中未示出)连接；污泥出口55设置在反应器本体56下端并与缺氧反应器2的进水口连接连接；超声波发生器51用于：当排入超声波反应器5中的第一污泥的量超过设定的阈值时，产生控制信号并将控制信号发送给超声波换能器52；

超声波换能器52接收控制信号，并在控制信号的控制下将电能转化成机械能后传递至超声波探头53；

超声波探头53在机械能的驱动下振动产生超声波，对排入超声波反应器中的第一污泥进行超声波处理。

优选地，超声波的功率为10KW～30KW。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。

Claims (10)

1.一种超声波结合A²O工艺进行污水处理与污泥减量的方法，其特征在于包括：

S1、依次采用厌氧反应器、缺氧反应器和好氧反应器对污水进行处理，得到第一混合液；

S2、按照预设的回流比，将第一混合液中的一部分回流至缺氧反应器；第一混合液的剩余部分流入沉淀池进行沉淀处理，得到第二混合液和第一污泥；通过沉淀池出水管将第二混合液排出；

S3、按照预设的超声波比例，将第一污泥中的一部分排入超声波反应器中进行超声波处理、第一污泥的剩余部分通过沉淀池排泥管排出；

S4、将超声波处理后的污泥回流至缺氧反应器；

其中，回流比R₁满足如下公式：

$R_1=\frac{{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2-{\mathrm{\ω}}_2^2}{{\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2}+{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2+1$

式中，ω₁为经缺氧反应器处理后的混合液的含氮量，单位为：mg/L；ω₂为第一混合液的含氮量，单位为：mg/L。

2.如权利要求1所述的方法，其中，超声波比例R₂满足如下公式：

$R_2=\frac{(e^{{\mathrm{\ω}}_3/{\mathrm{\ω}}_2+1}-1)V_2}{c_1{V}_1}$

式中，ω₃为经第二混合液的含氮量，单位为：mg/L；c₁为厌沉池的污泥浓度，单位为：gMLSS/L；V₁为厌沉池的容积，单位为：L；V₂为超声反应器的容积，单位为：L。

3.如权利要求2所述的方法，其中，步骤S3中所述进行超声波处理之前进一步包括：

实时检测排入超声波反应器中的第一污泥的量；

当排入超声波反应器中的第一污泥的量超过设定的阈值时，对排入超声波反应器中的第一污泥进行超声波处理。

4.如权利要求3所述的方法，其中，步骤S3中所述进行超声波处理包括：

当排入超声波反应器中的第一污泥的量超过设定的阈值时，超声波发生器产生控制信号并将所述控制信号发送给超声波换能器；

超声波换能器在所述控制信号的控制下将电能转化成机械能，并传递至超声波探头；

所述超声波探头在所述机械能的驱动下振动产生超声波，对排入超声波反应器中的第一污泥进行超声波处理。

5.如权利要求4所述的方法，其中，所述超声波的功率P满足如下公式：

$P=\frac{f\×Q}{t^3+2}ln\frac{5{\mathrm{\ω}}_4}{{\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_4}$

式中，Q为污水的量，单位为：m³/h；f为微波频率，单位为：MHz；t为超声波处理的时间，单位为：s；ω₄为超声波处理后的污泥的含氮量，单位为：mg/L。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述超声波的功率为10KW～30KW。

7.一种超声波结合A²O工艺进行污水处理与污泥减量的系统，其特征在于包括：厌氧反应器、缺氧反应器、好氧反应器、沉淀池和超声波反应器；其中，

缺氧反应器的进水口通过缺氧反应器进水管与厌氧反应器的出水口连接，缺氧反应器的出水口通过好氧反应器进水管与好氧反应器连接；

好氧反应器的第一出水口通过回流管与缺氧反应器的进水口连接，好氧反应器的第二出水口通过沉淀池进水管与沉淀池的进水口连接；

沉淀池的第一排出口与沉淀池出水管连接，用于排出结果沉淀池沉淀处理后的第二混合液；沉淀池的第二排出口通过沉淀池排泥管与超声波反应器连接，用于将第一污泥中的一部分排入超声波反应器中；沉淀池上还设置有第三排出口，用于将第一污泥的剩余部分排出；

超声波反应器的排出口与缺氧反应器的进水口连接，用于将超声波处理后的污泥排入缺氧反应器；

其中，回流比R₁满足如下公式：

$R_1=\frac{{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2-{\mathrm{\ω}}_2^2}{{\mathrm{\ω}}_1+{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2}+{\mathrm{\ω}}_1{\mathrm{\ω}}_2+1$

其中，回流比是指：好氧反应器处理后得到的第一混合液中，回流至缺氧反应器的量与流入沉淀池的量的比值；

式中，ω₁为经缺氧反应器处理后的混合液的含氮量，单位为：mg/L；ω₂为第一混合液的含氮量，单位为：mg/L。

8.如权利要求7所述的系统，其中，超声波比例R₂满足如下公式：

$R_2=\frac{(e^{{\mathrm{\ω}}_3/{\mathrm{\ω}}_2+1}-1)V_2}{c_1{V}_1}$

其中，超声波比例是指：厌沉池处理得到的第一污泥中，排入超声波反应器的量与通过第三排出口排出的量之间的比值；

式中，ω₃为经第二混合液的含氮量，单位为：mg/L；c₁为厌沉池的污泥浓度，单位为：gMLSS/L；V₁为厌沉池的容积，单位为：L；V₂为超声反应器的容积，单位为：L。

9.如权利要求8所述的系统，其中，超声波反应器包括：反应器本体、污泥进口、污泥出口、超声波发生器、超声波换能器和超声波探头；

所述污泥进口设置在所述反应器本体上端并与沉淀池排泥管连接；

所述污泥出口设置在所述反应器本体下端并与缺氧反应器的进水口连接连接；

所述超声波发生器用于：当排入超声波反应器中的第一污泥的量超过设定的阈值时，产生控制信号并将所述控制信号发送给超声波换能器；

所述超声波换能器接收所述控制信号，并在所述控制信号的控制下将电能转化成机械能后传递至超声波探头；

所述超声波探头在所述机械能的驱动下振动产生超声波，对排入超声波反应器中的第一污泥进行超声波处理。

10.如权利要求9所述的系统，其中，所述超声波的功率为10KW～30KW。