CN105800751B - 用于固液分离的重力沉降装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种重力沉降装置，包括沉降池和从上到下依次设置在所述沉降池中的上清液出口、第一混合液入口、第二混合液入口、和浓缩混合液出口，其中第一混合液入口和第二混合液入口之间的快速沉降区中不设混合液入口，并且所述快速沉降区的高度占所述澄清区、快速沉降区和洗出区的总高度的比例为30％‑90％。本发明还涉及应用该重力沉降装置的污泥生物处理装置和方法。本发明重力沉降装置的固液分离能力和效率得到了显著的提高，可以在保持分离效果的同时增加上清液产量，或者在处理具有提高的颗粒浓度的混合液时保持期望的上清液产量。

Description

用于固液分离的重力沉降装置

技术领域

本发明涉及用于固液分离的重力沉降装置和方法，特别是用于污水生物处理中泥水分离的重力沉降装置和方法。本发明还涉及应用该重力沉降装置和方法的污水生物处理装置和方法。

背景技术

重力沉降法是利用液体介质中悬浮颗粒的可沉降性能(即悬浮颗粒的密度大于液体介质密度的特点)，在重力作用下产生下沉作用，以达到固液分离的一种过程。重力沉降广泛用于各种需要固液分离的场合。在污水生物处理中，重力沉降常用于：沉砂池，用以去除污水中的无机性易沉物；初次沉降池，用来以较经济的方式去除悬浮有机物，减轻后续生物处理构筑物的有机负荷；二次沉降池(或称二沉池)，用来分离生物处理工艺中产生的生物膜、活性污泥等，使处理后的水得以澄清，常用的二沉池有平流式、辐流式和竖流式二沉池(参见图1)；污泥浓缩池，将来自初沉池及二沉池的污泥进一步浓缩，以减小体积，降低后续构筑物的尺寸及处理费用等。

高浓度活性污泥法是尽可能保持曝气槽内活性污泥在高浓度水平的处理方法,其能够处理难分解物质,降低单位活性污泥基质的负荷量,促使有机性的剩余污泥减少甚至几乎不能产出。高浓度活性污泥法的优点还包括：a)提高处理工艺各单元的的反应速率，减小所需的反应时间；b)菌胶团直径相对较高，其菌胶团内更容易形成缺氧反硝化，可发生同程反硝化；c)有效降低回流中溶解氧含量，提高厌氧有效释磷、反硝化脱氮的有机物利用率；d)具有较高的泥龄，生物系统内的优势菌种一般不受泥龄限制，因此在脱氮除磷工艺中各类主要功能细菌在适应脱氮除磷环境时形成优势菌种；e)在厌氧阶段的水解酸化作用有利于后续反硝化作用时有机物的更好吸收利用。但是，随着系统污泥浓度的增加，污泥沉降性能会迅速下降，通常的二沉池往往不能实现具有高浓度污泥的曝气混合液的固液分离，使得高浓度活性污泥法难以实际应用。

目前，实现高浓度活性污泥法的途径包括：膜-生物反应器(Membrane Bio-Reactor，MBR)、人工添加泥沙、磁粉等增强污泥沉降性能的物质等。此外，也有报道通过序批式活性污泥法(Sequencing Batch Reactor activated sludge process，SBR)和低表面负荷高污泥回流比的二沉池等来实现高浓度活性污泥法。然而这些途径大都具有分离效率低、处理能力有限、不适于大规模和长时间应用等问题。

因此仍然需要改进的用于固液分离的重力沉降装置和方法，例如改进的二沉池等，以用于进一步改善固液混合液的固液分离效果，特别是污水生物处理中的泥水混合液的泥水分离效果。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于固液分离的重力沉降装置、一种用于固液分离的重力沉降方法以及利用本发明的重力沉降装置或方法的污水生物处理装置和方法。为此本发明提供以下技术方案。

1、一种重力沉降装置，其用于由颗粒和液体介质形成的混合液的连续固液分离，其中所述颗粒的密度大于所述液体介质的密度，所述重力沉降装置包括沉降池和从上到下依次设置在所述沉降池中的以下机构：在第一水平截面上设置的一个或多个上清液出口、第二水平截面上设置的一个或多个第一混合液入口、在第三水平截面上设置的一个或多个第二混合液入口、和第四水平截面上设置的一个或多个浓缩混合液出口，在所述第一水平截面和第二水平截面之间的区域设为澄清区，在所述第二水平截面和第三水平截面之间的区域设为快速沉降区，在所述第三水平截面和第四水平截面之间的区域设为洗出区，

其中所述快速沉降区中不设混合液入口，并且所述快速沉降区的高度占所述澄清区、快速沉降区和洗出区的总高度的比例为20％-95％，30％-95％，35％-95％，30％-90％，35％-90％，40％-90％,45％-90％,35％-85％，40％-80％，40％-70％，40％-60％，约45％，约50％，约55％，约60％，约65％，约70％，约75％。

在一些实施方式中，所述重力沉降装置经设置使得由第一混合液入口进入沉降池的混合液的流量大于或等于由上清液出口排出沉降池的上清液的流量。在一些实施方式中，所述重力沉降装置经设置使得由浓缩混合液出口排出沉降池的浓缩混合液的流量大于或等于由第二混合液入口进入沉降池的混合液的流量。

2、根据以上技术方案中任一项的重力沉降装置，其中由浓缩混合液出口排出的浓缩混合液与由上清液出口排出的上清液的流量比为20％-1000％，例如20％-500％，20％-300％，20％-200％，20％-150％，30％-120％，50％-100％。

3、根据以上技术方案中任一项的重力沉降装置，其中所述澄清区的高度占所述澄清区、快速沉降区和洗出区的总高度的比例为5％-40％，例如5％-35％，8％-30％，10％-25％，15％-20％，约6％，约7％，约8％，约10％，约15％，约20％，约30％，约35％。

4、根据以上技术方案中任一项的重力沉降装置，其中所述洗出区的高度占所述澄清区、快速沉降区和洗出区的总高度的比例为1％-40％，例如5％-35％，8％-30％，10％-25％，15％-20％，约3％，约4％，约5％，约12％，约15％，约20％，约30％，约35％。

5、根据以上技术方案中任一项的重力沉降装置，其中所述颗粒是污水生物处理中的活性污泥，所述液体介质是水，例如污水、净水、废水等，所述混合液是由活性污泥和水形成的混合液(或称泥水混合液)，特别是经过曝气处理的混合液，例如来自曝气池的混合液。所述混合液的固体悬浮物浓度(SS)，也即颗粒浓度，大于等于500mg/L，例如大于等于600mg/L，700mg/L，800mg/L，900mg/L，1000mg/L，1500mg/L，2000mg/L，2500mg/L，3000mg/L，3500mg/L，4000mg/L，4500mg/L，5000mg/L，5500mg/L，6000mg/L，6500mg/L，7000mg/L，7500mg/L，8000mg/L，9000mg/L，10000mg/L。

6、根据以上技术方案中任一项的重力沉降装置，其中所述重力沉降装置是竖流式、平流式或辐流式沉降池，优选竖流式沉降池。

7、根据以上技术方案中任一项的重力沉降装置，其中所述重力沉降装置是污水生物处理中的二次沉降池(或称二次沉淀池、二沉池)。

8、根据以上技术方案中任一项的重力沉降装置，其中所述第一混合液入口和第二混合液入口分别是用于向所述竖流式沉降池提供混合液的竖管的上端口和下端口。

在一些实施方式中，所述一个或多个第一混合液入口可以设置于任意合适的位置，优选设置于竖流式或辐流式沉降池的中央，或者平流式沉降池的一端；或者在有多个第一混合液入口时，均匀地设置于竖流式或辐流式沉降池的周边或整个区域，或者平流式沉降池的一端。

在一些实施方式中，所述竖管的上端口和下端口之间设有混合液入口，所述竖管经设置使得由混合液入口进入的混合液经上端口流出的流体阻力小于等于经下端口流出的流体阻力。这样的设计可以有利地使得只有从上端口流出的混合液能够进入澄清区，而经下端口流出的混合液不会进入澄清区。通常，所述竖管可以是内径上下一致的圆管或多边形管。

9、根据以上技术方案中任一项的重力沉降装置，其中所述第一混合液入口处设有混合液分布机构和/或消能机构。所述混合液分布机构和/或效能机构可以是栅格、筛板、穿孔挡板、穿孔墙、反射板、潜孔等。所述一个或多个第一混合液入口通常是朝上或基本水平的方向的开口，一般应避免朝下开口以尽量减少对快速沉降区的干扰。所述一个或多个第二混合液入口通常是朝下或基本水平的方向的开口，一般应避免朝上开口以尽量减少对快速沉降区的干扰。

在一些实施方式中，所述一个或多个第二混合液入口可以具有任意合适的布置，优选的布置应尽量使来自快速沉降区的浓缩混合液快速从浓缩混合液出口排出。例如，所述一个或多个第二混合液入口可以设置在沉降池下部的一个或多个集泥槽中。

10、根据以上技术方案中任一项的重力沉降装置，其中所述沉降池具有锥形底部，所述浓缩混合液出口和所述第二混合液入口处设在所述锥形底部中。

11、根据以上技术方案中任一项的重力沉降装置，其中所述澄清区、快速沉降区和洗出区的高度比是1:(0.5-5):(0.1-1)。例如，1:(0.5-4):(0.2-1)，1:(0.6-3):(0.3-0.8)，1:(0.8-2.5):(0.4-0.6)。

12、一种重力沉降方法，其用于由颗粒和液体介质形成的混合液的连续固液分离，其中所述颗粒的密度大于所述液体介质的密度，所述重力沉降方法包括：

提供根据技术方案1-11中任一项的重力沉降装置；

将所述混合液分别从所述重力沉降装置的第一混合液入口和第二混合液入口引入沉降池；

由第一混合液入口进入沉降池的混合液的第一部分在澄清区中经稀释和固液分离产生的上清液由上清液出口排出；

由第一混合液入口进入沉降池的混合液的第二部分与从澄清区中沉降下来的颗粒一起在快速沉降区的上部稀释并向下运动，并且在快速沉降区的下部形成浓缩混合液；

由第二混合液入口进入沉降池的混合液与来自快速沉降区下部的浓缩混合液在洗出区中混合，并且从浓缩混合液出口排出。

13、根据技术方案12的重力沉降方法，其中由浓缩混合液出口排出的浓缩混合液流量与由上清液出口排出的上清液流量的比值为20％-1000％，例如20％-500％，20％-300％，20％-200％，20％-150％，30％-120％，50％-100％。

14、根据技术方案12或13的重力沉降方法，其中由第一混合液入口进入沉降池的混合液的第一部分与第二部分的流量比为1:0.1-10，例如1:0.2-8，1:0.3-6，1:0.4-5，1:0.5-4，1:0.6-3，1:0.7-2，1:0.8-1，1:0.9，1:1。

15、根据技术方案12、13或14的重力沉降方法，其中由第一混合液入口进入沉降池的混合液与由第二混合液入口进入沉降池的混合液的流量比为1:0.1-5，例如1:0.2-4.5，1:0.3-4，1:0.4-3.5，1:0.5-3，1:0.6-2.5，1:0.7-2，1:0.8-1.5，1:0.9-1。

由上清液出口排出的上清液的流量、由第一混合液入口进入沉降池的混合液与由第二混合液入口进入沉降池的混合液的流量比为1:(1.1-5):(0.1-5)，例如1:(1.1-3):(0.1-3)，1:(1.15-1.5):(0.15-1)，1:1.2:0.2，1:1.5:0.5等。若将由浓缩混合液出口排出的浓缩混合液流量与由上清液出口排出的上清液流量的比值定义为浓缩混合液回流比的话，该浓缩混合液回流比可以为20％-1000％，例如20％-500％，20％-300％，20％-200％，20％-150％，30％-120％，50％-100％等。

在本发明中，由第一混合液入口进入沉降池的混合液的第一部分向上流动进入澄清区，液体介质在澄清区中向上运动，最终以上清液的形式从上清液出口排出沉降池。从澄清区中沉降下来的颗粒进入快速沉降区并向下运动，在快速沉降区的下部形成浓缩混合液。若由第一混合液入口进入沉降池的混合液的流量大于上清液的流量，那么多出的混合液流量作为第一混合液入口进入沉降池的混合液的第二部分与从澄清区中沉降下来的颗粒一起进入快速沉降区并向下运动。来自第二混合液入口的混合液与来自快速沉降区下部的浓缩混合液在洗出区中混合，然后从浓缩混合液出口排出沉降池。

在所述澄清区中，颗粒浓度小于由第一混合液入口进入的混合液的颗粒浓度，颗粒向下运动的速度大于液体介质向上运动的速度，来自第一混合液入口的混合液的第一部分在澄清区中稀释和固液分离，澄清区上部的上清液从上清液出口排出沉降池。

在所述快速沉降区中，至少在所述快速沉降区的上部中颗粒浓度小于由第一混合液入口进入的混合液的颗粒浓度，来自第一混合液入口的混合液的第二部分在快速沉降区的上部稀释，颗粒和液体介质在快速沉降区中同时向下运动，并且颗粒的运动速度至少在快速沉降区的上部大于液体介质的运动速度。

在所述洗出区中，来自第二混合液入口的混合液在洗出区中与来自快速沉降区下部的浓缩混合液混合并从浓缩混合液出口排出沉降池，也即将所述浓缩混合液洗出沉降池，在洗出区中颗粒和液体介质同时向下运动并具有基本相同的运动速度。

所述第二水平截面与所述第三水平截面分别是设置第一混合液入口和第二混合液入口的最低水平截面和最高水平截面，因此在快速沉降区中没有另外的混合液入口。所述快速沉降区的高度可以由最低的第一混合液入口和最高的第二混合液入口之间的距离确定。在实际操作中，可以通过调节由第一混合液入口和第二混合液入口进入的混合液的流量以及从上清液出口排出的上清液流量和从浓缩混合液出口排出的浓缩混合液的流量来保证澄清区、快速沉降区和洗出区的上述工作方式。例如，在一些实施方式中，所述重力沉降装置经设置使得由第一混合液入口进入沉降池的混合液的流量大于或等于由上清液出口排出沉降池的上清液的流量。例如，在一些实施方式中，所述重力沉降装置经设置使得由第一混合液入口进入沉降池的混合液的流量基本等于或略微大于由上清液出口排出沉降池的上清液的流量，使得快速沉降区中的液体介质处于基本静止或不流动的状态，从而颗粒能够在快速沉降区中不受干扰地快速沉淀。在一些实施方式中，所述重力沉降装置经设置使得由浓缩混合液出口排出沉降池的浓缩混合液的流量大于或等于由第二混合液入口进入沉降池的混合液的流量；例如，所述重力沉降装置经设置使得由浓缩混合液出口排出沉降池的浓缩混合液的流量略微大于由第二混合液入口进入沉降池的混合液的流量，由此使得由第二混合液入口进入沉降池的混合液将不能进入快速沉降区，也即不会干扰快速沉降区中颗粒的沉淀。

在保证澄清区具有足够高度以获得需要的固液分离效果和排出的上清液流量的前提下，该快速沉降区所占比例越高越好。所述快速沉降区的高度越大，快速沉降区内的颗粒沉降越充分，快速沉降区上部的颗粒浓度越低，由第一混合液入口进入沉降池的混合液的稀释程度越大，颗粒在混合液稀释区中的沉降速度越快，甚至使得颗粒的沉降模式由区域沉降(成层沉降)转变为自由沉降。同时，所述快速沉降区的高度越大，由第二混合液入口进入沉降池的混合液对快速沉降区中的颗粒沉的降影响越小，有利于颗粒与液体的快速分离。由此含有高浓度活性污泥的混合液的固液分离能够以高效快速的方式完成。然而，快速沉降区的高度过大，也会占据过多的沉降池的体积而导致固液分离能力下降，并且造成颗粒停留时间的延长。因此，合适的快速沉降区高度可以为等于或略大于快速沉降区中自第二水平截面起至颗粒浓度达到由第二混合液入口进入的混合液的浓度之处的高度与自第三水平截面起至由第二混合液入口进入的混合液不再扰动快速沉降区中颗粒沉降之处的高度的和。自第三水平截面起至由第二混合液入口进入的混合液不再扰动快速沉降区中颗粒沉降之处的高度通常由沉降池和第二混合液入口的结构以及由第二混合液入口进入的混合液的流量来确定，一般而言，流量越大则此高度越大。

不受任何理论的限制，发明人认为设置具有适当高度的快速沉降区并避免在其中设置混合液入口可以显著提高重力沉降装置的固液分离效率并改善其固液分离效果。尤其在所述重力沉降装置经设置使得由第一混合液入口进入沉降池的混合液的流量大于或等于由上清液出口排出沉降池的上清液的流量时，快速沉降区中的液体介质向下流动或基本静止，颗粒在快速沉降区中向下的沉降运动得到加强或至少不受液体介质的干扰，因此颗粒在快速沉降区中的沉降得到了显著改善。此外，由于至少在快速沉降区的上部中颗粒向下的运动速度大于液体介质向下的运动速度，因此在合适的由第一混合入口进入的混合液的流量下，至少在快速沉降区的上部可以保持颗粒浓度始终低于由第一混合液入口进入的混合液的颗粒浓度。由第一混合液入口进入的混合液(特别是含有高浓度颗粒的混合液)在此区域稀释后，颗粒的沉降由干涉沉降模式转变为自由沉降模式或更接近自由沉降的模式，沉降速度将显著增加，分离效果得到改善，从而提高了固液分离效率。

令人惊奇的是，不在快速沉降区中设置混合液入口并增加快速沉降区的高度显著地增加了颗粒在快速沉降区中的沉降速度。这可能是因为不在快速沉降区中设置混合液入口避免了混合液流入时对快速沉降区中颗粒沉降的扰动，并且增加快速沉降区高度进一步避免了洗出区中混合液的流入、混合和排出等运动对快速沉降区中颗粒沉降的扰动。同时，快速沉降区高度的增加，也意味着快速沉降区中无干扰的颗粒沉降的空间和时间的增加，因此快速沉降区颗粒沉降更为充分，其上部与澄清区相接的部分具有更低的颗粒浓度，可以确保由第一混合液入口进入的混合液以及来自澄清区下部的颗粒的充分稀释，这也相应地改善了澄清区中的固液分离。

此外，在洗出区设置第二混合液入口以引入通常与由第一混合液入口进入的相同的混合液，可以将来自快速沉降区下部的浓缩混合液快速洗出(引出、导出或排出)沉降池，避免颗粒在沉降池下部(特别是快速沉降区下部)的过度积聚和停留时间过长，由此进一步改善了固液分离效果。由于颗粒的积聚会导致颗粒浓度上升而妨碍颗粒沉降和固液分离，而颗粒浓度的增加和停留时间的延长有可能导致颗粒相互架桥或附着于池壁或导致颗粒性质的变化(例如污泥颗粒可能在较长时间停留中发生厌氧反应而产生气体，最终导致污泥颗粒上浮使得分离失败)，因此通过第二混合液入口向洗出区导入混合液可以有效地降低颗粒浓度并减少混合液的停留时间可以充分避免这些问题的发生。

在现有技术中，有时候会采用穿孔墙或整流管(3)对进入沉降池(例如二沉池)的混合液进行消能和布水(参见图1)。通常，穿孔墙或整流管(3)上设有多个进水孔并以竖直的方式设置在沉降池的进水口，这些进水孔一般以均匀且密集的方式布置，相邻进水孔之间距离很近，混合液通过这些进水孔均匀地进入沉降池，以便实现消能和均匀的布水，尽量减少混合液的进入对沉降池中颗粒沉降和固液分离的扰动。

对于具有穿孔墙的传统沉降池，若减小进入沉降池的混合液的流量，将表面水力负荷(也即“排出的上清液流量”或“上清液产量”)和排出的浓缩混合液流量都降至非常低的水平(这可能导致增加澄清区(9)的高度，使得大部分甚至全部进水孔都位于澄清区(9))，沉降池在这样的条件下有可能进行高颗粒浓度混合液的固液分离，但固液分离效率和上清液产量也将降至极低水平，并且混合液在沉降池中的停留时间将显著增加。若将表面水力负荷保持在低水平，并且同时增加进入沉降池的混合液的流量和排出沉降池的浓缩混合液的流量(这可能使澄清区(9)高度减小，部分进水孔将位于浓缩区(6))，虽然这样可以使混合液在沉降池中的停留时间减少，但排出的上清液流量仍然很小，固液分离效率仍然不高。此外，由于位于澄清区(9)的进水孔与位于浓缩区(6)的进水孔之间的距离通常很小，由位于浓缩区(6)的进水孔进入的混合液一方面会干扰澄清区(9)中的颗粒沉降，另一方面会增加浓缩区(6)上部的颗粒浓度，使得进入浓缩区(6)的混合液得不到充分稀释，颗粒沉降速度得不到充分提高，由此导致固液分离效率降低。综上，对于传统的设有穿孔墙或整流管的沉降池(二沉池)，减小表面水力负荷可以分离具有更大污泥浓度的混合液或具有更差污泥沉降性能的混合液，但是也将导致出水量下降，即固液分离效率的下降；而增加污泥回流比并不能提高固液分离效率并需要相应地增加用于污泥回流的动力消耗。

与现有技术中设有穿孔墙的沉降池相比，本发明的重力沉降装置至少具有以下区别特征：1)设有紧邻澄清区下部的快速沉降区，快速沉降区具有一定的高度，并且在快速沉降区中不设混合液入口；2)设有紧邻快速沉降区下部的洗出区，洗出区上部设有第二混合液入口。由于第二混合液入口设在快速沉降区的下方，由第二混合液入口进入的混合液既不会增加快速沉降区上部的颗粒浓度，也不会扰动快速沉降区上部的颗粒沉降，并且能将快速沉降区下部的浓缩混合液及时带走，使得快速沉降区下部的颗粒浓度降低或维持在较低水平，有利于快速沉降区中颗粒的快速平稳沉降。因此，来自澄清区的颗粒和由第一混合液入口进入的混合液的第二部分可以在本发明装置的快速沉降区中得到充分稀释，使得颗粒沉降速度加快，分离效率也由此提高。此外，由第二混合液入口进入洗出区的混合液在降低浓缩混合液浓度和减少混合液停留时间的同时还避免了对快速沉降区中颗粒沉降的干扰，这同样有利于固液分离效果的提高。因此，本发明重力沉降装置的固液分离效果和效率都得到了显著的提高，可以在保持分离效果的同时增加上清液产量，或者在处理具有高颗粒浓度的混合液时保持期望的上清液产量。

当污水生物处理装置或方法中用于泥水分离的沉降池(例如用于曝气混合液泥水分离的二沉池)采用本发明的重力沉降装置或方法时，沉降池能够处理的污泥浓度可以大于等于2000mg/L，例如2500mg/L，3000mg/L，4000mg/L，5000mg/L，6000mg/L，7000mg/L，8000mg/L，9000mg/L，甚至大于等于10000mg/L，并且沉降池对沉降性能较弱的污泥颗粒也有较好的分离效果。因此采用本发明重力沉降装置或方法的污水生物处理装置或方法可以在高污泥浓度条件下工作，由此获得污水处理量大、高效、快速、剩余污泥少、抗冲击性能强等高污泥浓度污水生物处理方法所具有的各种优点和益处。同时，可以通过对现有重力沉降装置(例如二沉池)进行改造来实现本发明的技术方案。因此，本发明还具有操作简便、投资少、易于工业化应用等诸多益处。

在本文中所用的术语具有其在本领域内公知的含义，然而为清楚起见，仍然给出以下定义。

“液体介质”是指任意合适的在沉降分离过程中以液体形式存在并作为颗粒的分散介质的物质。液体介质可以是单一的含或不含溶质的连续相，或者是含有分散相和连续相的分散体。所述分散相可以是任意合适的与连续相不相溶的液体、气体或固体。例如，液体介质可以是水、水溶液或水分散体，例如污水、废水等。

“颗粒”是指可分散在液体介质中的任意合适的固体分散相，例如固体悬浮物、污泥颗粒等。

“混合液”是指由作为连续相的液体基质和作为分散相的颗粒组成的分散体、混悬液、混合液、悬浮体等。例如由污泥与水形成的分散体，例如泥水混合物或泥水混合液。

“浓缩混合液”是指将上述混合液经分离除去至少部分分散介质后得到的颗粒浓度提高的混合液。例如，泥水混合液在分离除去部分水之后得到的泥水混合液也称为污泥。

“颗粒浓度”是指颗粒在混合液中的体积浓度或重量浓度。

“污水”是指任何可用生物处理方法处理的主要含有机污染物的污水，包括任何合适的工业废水、生活污水及其任意组合，特别是城市生活污水。污水可以是从产生污水的地点直接得到污水、通过管网搜集得到污水、将污水贮存一定时间后得到的污水、或者是将污水经过发酵、酸碱调节、成分调节、浓度调节以及沉淀、过滤、离心等生物、化学和/或物理处理之后得到的污水。

“污泥”和“活性污泥”是指污水生物处理过程中产生的活性污泥。活性污泥是污水中的生物形成的絮凝体，主要含有水和各种以微生物为主的活的生物，例如好氧菌、厌氧菌和兼性菌，还有真菌、藻类、原生动物等，这些生物能够吸附、吸收甚至吃掉污水中的有机或无机污染物，从而实现净化污水的效果。

“污水生物处理”是指利用主要以微生物为主的生物的代谢作用使污水中的有机污染物转化为稳定的无害物质的过程。

“基本上”并不排除“完全”的意思。如一个成分“基本上不含”Y，也可以是完全不含有Y。如果需要，“基本上”可以从本发明定义中删除。

“含有”既包括提到的因素，也允许包括附加的、不确定的因素。

“大约”、“约”、“左右”在限定具体数值的情况下，是指该具体数值具有以该具体数值为基础的上下浮动的范围，浮动范围可以是该具体数值的+/-5％，+/-4％，+/-3％，+/-2％，+/-1％，+/-0.5％，+/-0.2％，+/-0.1％，+/-0.05％，+/-0.01％等。

“和/或”表示由其连接的多个术语可以各自单独地使用，也可以相互任意地组合。

本发明中，为简明起见而使用的数值范围不仅包括其端点值，也包括其所有的子范围和此范围内所有的单独的数值。例如，数值范围1-6不仅包括子范围，例如1-3、1-4、1-5、2-4、2-6、3-6等，也包括此范围内单独的数值，例如1、2、3、4、5、6。

附图说明

图1是现有技术中常用的各种二沉池的结构示意图，包括：(a)平流式二沉池；(b)辐流式二沉池；和(c)竖流式二沉池。

图2是本发明重力沉降装置的一个实施方式的结构示意图，该装置是竖流式沉降池。

图3是本发明重力沉降装置的一个实施方式的结构示意图，该装置是辐流式沉降池。

图4是本发明重力沉降装置的一个实施方式的结构示意图，该装置是平流式沉降池。

附图中的带箭头的线表示流体流动方向，带圆头的线表示颗粒沉降的方向，其他符号含义如下：

1——进水槽(进水管)；2——混合液进料(进水)；3——穿孔整流墙(穿孔墙或整流管)；4——集泥槽；5——浓缩混合液出口；6——浓缩区；7——上清液出料(出水)；8——上清液出口(出水槽)；9——澄清区；10——反射板(挡流板)；11——第一混合液入口；12——第二混合液入口；13——快速沉降区；14——洗出区；15——浓缩混合液出料(回流污泥)；h1——澄清区的高度；h2——快速沉降区的高度；h3——洗出区的高度。

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2是根据本发明重力沉降装置的一个实施方式的结构示意图，该装置是通常用于污水生物处理中曝气混合液的固液分离的竖流式沉降池(或称二沉池)。其中澄清区的高度h1，快速沉降区的高度h2和洗出区的高度h3由进水管(1)上端的第一混合液入口(11)和进水管(1)下端的第二混合液入口(12)的位置确定，其h1、h2与h3的比例为2:4:1。混合液进料(2)通过进水管(1)分别由进水管(1)上端的第一混合液入口(11)和进水管(1)下端的第二混合液入口(12)进入沉降池。由第一混合液入口(11)进入的混合液的第一部分向上流动进入澄清区(9)，固液分离后的上清液向上运动经由上清液出口(8)排出作为上清液出料(7)。由第一混合液入口(11)进入的混合液的流量略大于或基本等于但不小于上清液出料(7)的流量。通常，由第一混合液入口(11)进入的混合液的流量为上清液出料(7)的流量101％至120％。

澄清区(9)中固液分离后的颗粒向下运动与由第一混合液入口(11)进入的混合液的第二部分一起进入快速沉降区(13)的上部，稀释后，颗粒以更快的沉降速度在同样向下运动或基本静止的液体介质中向下运动，在快速沉降区(13)的下部浓缩。由于快速沉降区(13)中未设其他混合液入口，至少快速沉降区(13)的上部不会被由第一混合液入口(11)进入的混合液的第二部分之外的其他来源的混合液增浓，并且快速沉降区(13)中颗粒的沉降将会加强而不会被扰动，因此保证了颗粒在快速沉降区(13)中的快速沉降。

来自快速沉降区(13)下部的浓缩混合液进入洗出区(14)，与由第二混合液入口(12)进入的混合液混合，然后由浓缩混合液出口(5)排出作为浓缩混合液出料(15)。由于浓缩混合液出料(15)通常都回流返回曝气池，因此也称为“回流污泥”。由于第二混合液入口(12)设于快速沉降区(13)之下，并且浓缩混合液出料(15)的流量略大于或基本等于但不小于由第二混合液入口(12)进入的混合液的流量，因此由第二混合液入口(12)进入的混合液不会进入快速沉降区(13)，更不会扰动快速沉降区(13)中的颗粒沉降。此外，由第二混合液入口(12)进入的混合液还将快速沉降区(13)下部的浓缩混合液连续地洗出和带走，因此快速沉降区(13)下部的颗粒浓度通常不超过由第二混合液入口(12)进入的混合液的颗粒浓度，保证了快速沉降区(13)中颗粒浓度始终处于有利于颗粒沉降的较低水平。

图3和图4分别是根据本发明重力沉降装置的另外两个实施方式的结构示意图。图3所示的装置是通常用于污水生物处理中曝气混合液的固液分离的辐流式沉降池，其中h1、h2与h3的比例为2:3:1。图4所示的装置是通常用于污水生物处理中曝气混合液的固液分离的平流式沉降池，其中h1、h2与h3的比例为2:3:1。图3和图4所示的装置都可以按照上述图2所示装置的相同方式工作并相应地实现本发明的上述技术效果。

尽管本发明的技术方案在图2-4的装置中应用时均可在不同程度上实现快速沉降区中颗粒的快速沉降，获得改善的固液分离效果。通常，图2所示的竖流式沉降池的快速沉降区中的混合液基本沿竖直方向向下流动或保持基本静止的状态，基本没有水平方向的流动，快速沉降区中的扰动减少对固液分离效果的改善更为显著；而对于图3的辐流式沉降池和图4的平流式沉降池，混合液在快速沉降区中会沿水平方向流动，快速沉降区中扰动减少对固液分离的改善相对较小。本发明的技术方案尤其适合于竖流式沉降池。

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 (14)

1.一种重力沉降方法，包括：

提供一种重力沉降装置，其中所述重力沉降装置包括沉降池和从上到下依次设置在所述沉降池中的以下机构：在第一水平截面上设置的一个或多个上清液出口、在第二水平截面上设置的一个或多个第一混合液入口、在第三水平截面上设置的一个或多个第二混合液入口、和在第四水平截面上设置的一个或多个浓缩混合液出口，在第一水平截面和第二水平截面之间的区域设为澄清区，在第二水平截面和第三水平截面之间的区域设为快速沉降区，在第三水平截面和第四水平截面之间的区域设为洗出区，其中所述快速沉降区中不设混合液入口，并且所述快速沉降区的高度占所述澄清区、快速沉降区和洗出区的总高度的比例为30%-90%；

将由颗粒和液体介质形成的混合液分别从所述重力沉降装置的第一混合液入口和第二混合液入口引入沉降池；

由第一混合液入口进入沉降池的混合液的第一部分在澄清区中经稀释和固液分离产生的上清液由上清液出口排出，其中由第一混合液入口进入沉降池的混合液的流量大于由上清液出口排出沉降池的上清液的流量；

由第一混合液入口进入沉降池的混合液的第二部分与从澄清区中沉降下来的颗粒一起在快速沉降区的上部稀释并向下运动，并且在快速沉降区的下部形成浓缩混合液，其中颗粒和液体介质在快速沉降区中同时向下运动，并且颗粒的运动速度至少在快速沉降区的上部大于液体介质的运动速度；

由第二混合液入口进入沉降池的混合液与来自快速沉降区下部的浓缩混合液在洗出区中混合，并从浓缩混合液出口排出沉降池，其中在洗出区中颗粒和液体介质同时向下运动并具有基本相同的运动速度，并且由浓缩混合液出口排出沉降池的浓缩混合液的流量大于由第二混合液入口进入沉降池的混合液的流量，由此使得由第二混合液入口进入沉降池的混合液不能进入快速沉降区。

2.根据权利要求1的所述重力沉降方法，其中由浓缩混合液出口排出的浓缩混合液流量与由上清液出口排出的上清液流量的比值为20%-1000%。

3.根据权利要求1的所述重力沉降方法，其中由第一混合液入口进入沉降池的混合液的第一部分与第二部分的流量比为1:0.1-10。

4.根据权利要求1的所述重力沉降方法，其中由第一混合液入口进入沉降池的混合液与由第二混合液入口进入沉降池的混合液的流量比为1:0.1-5。

5.根据权利要求1-4中任一项的所述重力沉降方法，其中由第一混合液入口进入沉降池的混合液与由第二混合液入口进入沉降池的混合液来自同一混合液或不同混合液。

6.根据权利要求1-4中任一项的所述重力沉降方法，其中所述澄清区的高度占所述澄清区、快速沉降区和洗出区的总高度的比例为5%-40%。

7.根据权利要求1-4中任一项的所述重力沉降方法，其中所述洗出区的高度占所述澄清区、快速沉降区和洗出区的总高度的比例为1%-40%。

8.根据权利要求1-4中任一项的所述重力沉降方法，其中所述颗粒是污水生物处理中的活性污泥，所述液体介质是水，所述混合液是由活性污泥和水形成的混合液，所述混合液的颗粒浓度为大于等于500mg/L。

9.根据权利要求1-4中任一项的所述重力沉降方法，其中所述重力沉降装置是竖流式沉降池、平流式沉降池或辐流式沉降池。

10.根据权利要求1-4中任一项的所述重力沉降方法，其中所述重力沉降装置是污水生物处理中的二沉池。

11.根据权利要求9的所述重力沉降方法，其中在所述竖流式沉降池中，所述第一混合液入口和第二混合液入口分别是用于向所述竖流式沉降池提供混合液的竖管的上端口和下端口。

12.根据权利要求1-4中任一项的所述重力沉降方法，其中所述第一混合液入口处设有混合液分布机构和/或消能机构。

13.根据权利要求11的所述重力沉降方法，其中所述竖流沉降池具有锥形底部，所述浓缩混合液出口和所述第二混合液入口处设在所述锥形底部中。

14.根据权利要求1-4中任一项的所述重力沉降方法，其中所述澄清区、快速沉降区和洗出区的高度比是1:（0.5-5）:（0.1-1）。