CN107459130B

CN107459130B - 一种间歇曝气循环型生化反应器及间歇曝气循环方法

Info

Publication number: CN107459130B
Application number: CN201710802467.1A
Authority: CN
Inventors: 李英杰; 邓彦; 林启才; 王佩; 马琪; 袁家根; 李蕊; 孙长顺; 弋长先
Original assignee: SHAANXI PROVINCIAL ACADEMY OF ENVIRONMENTAL SCIENCE
Current assignee: SHAANXI PROVINCIAL ACADEMY OF ENVIRONMENTAL SCIENCE
Priority date: 2017-09-07
Filing date: 2017-09-07
Publication date: 2023-06-13
Anticipated expiration: 2037-09-07
Also published as: CN107459130A

Abstract

本发明公开了一种间歇曝气循环型生化反应器及间歇曝气循环方法，包括曝气反应室，三通导流管，出水管，曝气头、曝气泵、组合填料、斜板导流装置、污泥回流管、污泥回流泵、电源控制器。污水通过三通导流管从曝气反应室底部进入，在曝气气提作用下，流经组合填料，经好氧和兼氧生物净化处理后，一部分在出流、曝气气提和污泥回流三种动能的作用下，经斜板导流装置导流，与回流污泥混合，在曝气反应室内循环，剩余部分通过出水管流入沉淀池。本发明优化了传统好氧处理装置，采用间歇曝气将曝气反应室内DO浓度控制在好氧兼氧交替水平，结合污水循环，形成良好的缺‑好氧环境，有利于COD和TN等污染物的去除，又显著降低运行费用。

Description

一种间歇曝气循环型生化反应器及间歇曝气循环方法

技术领域

本发明涉及环保工程领域可生化处理污水的生物处理系统，特别涉及用于农村污水(包括生活污水和养殖废水等)处理的生物曝气处理装置及其方法。

背景技术

随着我国经济社会的不断发展和人民生活水平的提高，农村污水治理越来越迫切，已经成为一项国家需求。关于印发《2013年全国自然生态和农村环境保护工作要点》的通知(环办[2013]5号)明确要求，加快解决农村突出环境问题，扩大农村环境连片整治范围，在各省(区、市)全面推行连片整治。但是总体而言，支撑我国农村污水治理的技术能力较低，缺乏适用的低成本、易维护管理农村污水处理装置。处理设施建设质量低下、技术装置应用不当导致一大批农村污水处理工程难以持续发挥环保效益，被迫进行二次改造。陕西省2012-2014年农村环境连片治理，多数采用处理装置投资少、运行费用低的水解酸化-人工湿地复合处理工艺，但运行实践显示，相当一部分工程存在处理效果不稳定、易堵塞、不易达标排放等问题。此外，一些工程采用的MBR膜处理等技术装置存在所需资金大、运行成本高、技术和管理跟不上等问题，同样不适用于农村地区。

厌氧技术由于在节能、物质和能源回收方面具有显著优势，在我国农村污水处理中发挥着重要作用。但是如果只进行厌氧处理，出水效果较差，多数情况下难以满足排放要求。一种农村社区污水泥液无动力混合、抗低温生化处理装置(专利号：ZL201420237601.X)的工程应用实践显示，该装置具有成本造价低、运行成本低、易维护等特点，提高了污水与活性污泥的混合程度，具有较好的COD去除效果(水力停留时间2-3天的条件下，平均去除率约60％)。但是，其脱氮除磷效果较差，在进水COD较高的情况下，COD也不易达标排放。湖北省环保局对全省52套无动力生活污水处理装置效果的典型检测显示，处理效果一般优于普通化粪池，COD去除率29.31％-79.99％，平均去除率为53.73％，但是对氨氮、磷酸盐的处理效果很差。

将厌气处理技术与好氧处理技术相结合，采用厌氧-好氧组合处理工艺处理生活污水等可生化污水是满足较高出水水质要求的正确方案，已在城市污水处理厂广泛应用，近年来也逐渐应用于农村污水处理。主要缺点一是曝气好氧处理大量耗能，运行费用较高；二是回流污泥与进入曝气后的污水不能充分混合，且相互反应时间短。间歇曝气接触氧化法处理生活污水(专利号：ZL200410015578.0)等一批专利技术给出了“间歇曝气+填料”的解决方案，但仍难以兼顾节约能源(降低运行费)和提高处理效果两个方面。

发明内容

为解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种具有好氧缺氧溶解氧浓度梯度(降低运行费)、污水循环、污泥和污水高效混合(提高处理效果)反应装置及其方法。

本发明是通过下述技术方案来实现的。

一种间歇曝气循环型生化反应器，包括曝气反应室，在曝气反应室中部设有组合填料，与厌氧处理池连通的三通导流管贯穿所述组合填料至曝气反应室底部，在曝气反应室底部设有连通曝气泵的曝气头，在组合填料上方设有斜板导流装置；在曝气反应室液面下、斜板导流装置外侧的曝气反应室侧壁设有出水管，斜板导流装置上方设有连通至曝气反应室外的污泥回流管。

优选的，所述曝气反应室池底向远离三通导流管进水口的一侧倾斜，与地平面的夹角为10°。

优选的，所述曝气头上设有微孔，布置于曝气反应室池底50％-70％的面积上，三通导流管出水口下端池底不设置曝气头。

优选的，所述三通导流管一端贯穿组合填料伸入曝气反应室底部，其出水口距曝气反应室池底40cm-60cm，一端伸出液面，另一端与厌氧处理池的污水管相连通。

优选的，所述组合填料布置于曝气头上部80cm以上的空间，高1-3m，组合填料密度大于3kg/m³；贯穿三通导流管侧的组合填料与反应室侧壁距离20-40cm，不设置组合填料。

优选的，所述斜板导流装置由若干个呈倾斜角度分布的斜板置于组合填料上方，斜板分布与曝气头布置区域对应，斜板间距为40cm-60cm，斜板与水平面夹角为60°。

优选的，所述出水管位于曝气反应室液面下30cm；所述出水管侧的斜板贴紧曝气反应室侧壁，斜板两侧设排泥口，排泥口为20×20cm的矩形口。

优选的，所述曝气泵连接电源控制器控制曝气泵的曝气量。

曝气反应室采用钢筋水泥或玻璃钢结构，三通导流管、出水管、污泥回流管管径均为100-200mm。

相应地，本发明提供了一种间歇曝气循环型生化反应器间歇曝气循环方法，包括下述步骤：

1)污水通过三通导流管从曝气反应室底部进入，与曝气反应室内的循环水流混合，与循环水流中的污泥充分接触，然后在循环水流的带动作用下，流经曝气头所在的曝气区；

2)在间歇曝气气提作用下，流经组合填料，经好氧和兼氧生物净化处理后，一部分在进水流速、曝气器曝气提升和污泥回流流速三种动能的作用下，经斜板导流装置导流，与回流污泥混合，在曝气反应室内循环，剩余部分通过出水管流入沉淀池；出水DO浓度控制在0.5-4mg/L。

优选的，所述间歇曝气的曝气及间隔时间均为1-2小时；水力停留时间24小时；所述污泥回流比为50-80％。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果:

1、本处理装置采用间歇曝气方式，并利用进水流速、曝气器曝气提升和污泥回流流速三种动能，实现反应器内水流的充分循环，从而在一个反应室内充分发挥厌氧生物处理、好氧生物处理的优势，将两种技术组合，以较低的耗能，获得了更好的COD和总氮处理效果，出水COD达50-60mg/L，TN降至14mg/L。

2、污泥回流与曝气同步，间歇回流污泥，在节能的条件下，提高反应室内的活性污泥的浓度，改善了污水的净化效果。

3、反应室内水流的充分循环，污泥回流，可使进水水质均衡，污染物浓度降低，降低进水水质波动带来的不利影响，从而更有利于污水处理。

4、本处理装置高密度配置组合填料，在为生化反应微生物提供载体的同时，改善曝气充氧效果，具有减少死区百分率，减少污泥流失功能，提高活性污泥的浓度等多种作用。

5、本处理装置之上设有斜板导流装置，一方面促进了系统内的水循环，一方面为污水提供了沉淀条件，可防止脱落生物膜排出，影响水质。

6、该装置结构简单，造价低廉，安装方便，装置内无复杂设备。整套装置只有一个污泥回流泵和一台曝气泵需要外加能源，节能效果明显。日常维护主要是对这两台泵的维护，这两台泵可以整体拆卸，更换速度快，且不影响设备的运行。装置全自动运行，日常无人值守，只需定期检查。因此具有显著的经济和社会效益。

本发明优化了传统曝气好氧处理工艺设施，通过采用间歇曝气方式将反应室内溶解氧浓度控制在好氧兼氧交替水平，结合强化反应室内污水循环，在反应室内形成良好的DO梯度，从而形成了良好的缺-好氧环境，有利于COD和TN等污染物的去除，又显著降低运行费用。通过巧妙结构设计，有效利用进水流速、曝气提升和污泥回流流速三种动能，在节能的情况下实现了反应器内水流的充分循环。解决了传统曝气好氧处理运行费用高、TN去除率低等问题，具有成本造价低、运行成本低、高效、易推广等特点。

附图说明

图1是本发明装置剖面结构示意图。

图2是本发明竖向平面结构示意图。

图中：1-曝气反应室；2-三通导流管；3-曝气头；4-组合填料；5-斜板导流装置；6-出水管；7-污泥回流管；8-排泥口；9-曝气泵；10-污泥回流泵；11-电源控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对本发明做任何限制的依据。

参照图1和图2所示，该用于农村污水(包括生活污水和养殖废水等)处理的间歇曝气循环型生物反应器，包括曝气反应室1，在曝气反应室1中部设有组合填料4，与厌氧处理池连通的三通导流管2贯穿组合填料4至曝气反应室1底部；在曝气反应室1底部设有连通曝气泵9的曝气头3，在组合填料4上方设有斜板导流装置5，出水管6位于曝气反应室1液面下、斜板导流装置5外侧的曝气反应室1侧壁上，斜板导流装置5上方设有连通至曝气反应室1外的污泥回流管7，通过污泥回流泵10将污泥排出。

其中，曝气反应室是一个长宽比3：2-5：2，深5-8米的反应室。为了利于污泥与污水混合，以及促进反应室系统内循环，池底略向远离进水口的一侧倾斜，与地平面的夹角约10度。

曝气采用微孔曝气方式，布置于曝气反应室池底50％-70％的面积上，三通导流管出水口下端池底不设置曝气头。

三通导流管2一端贯穿组合填料伸入曝气反应室1底部，其出水口距曝气反应室1池底40cm-60cm，一端伸出液面，另一端与厌氧处理池的污水管相连通。

组合填料布置于曝气头上部80cm以上的空间，高1-3m，高密度配置，组合填料密度大于3kg/m³。为了促进反应室系统内循环，三通导流管进水口一侧与反应室侧壁距离20-40cm的长度空间，不设置组合填料。

斜板导流装置设于组合填料之上，斜板导流装置5由若干个呈倾斜角度分布的斜板置于组合填料4上方，斜板分布与曝气头布置区域对应，斜板间距40-60cm，斜板与水平面夹角60度。出水管侧的斜板贴紧曝气反应室侧壁，斜板两侧设排泥口8，排泥口尺寸为20×20cm的矩形口。

出水管6位于曝气反应室1液面下30cm。曝气泵9连接电源控制器11控制曝气泵的曝气量。

曝气反应室采用钢筋水泥或玻璃钢结构。装置内进水管、出水管、导流管、污泥回流管等管径均为100-200mm，根据处理水量、水质情况等确定。

本发明装置进行间歇曝气的方法过程如下：

来自厌氧处理池的污水或其它低污染水通过三通导流管2从曝气反应室1底部进入，与曝气反应室1内的循环水流混合，与循环水流中的污泥充分接触，然后在循环水流的带动作用下，流经曝气头3所在的曝气区。再在曝气作用下，流经悬挂的组合填料4，再经过斜板导流装置5区，经好氧和兼氧生物净化处理后，一部分通过位于液面下30cm的出水管流出进入下一处理工序，剩余部分在三通导流管出流流速(控制流速约0.1米/秒)、曝气器曝气提升(控制间歇曝气的曝气和间隔时间均为1-2小时)和污泥回流流速(控制回流比为50-80％)三种动能的作用下，与贴近液面设置的污泥回流管排出污泥混合，参与到曝气反应室系统内大循环。

为了节能，降低运行费用，运行期间，通过电源控制器控制，反应器间歇曝气，并根据当地生活习惯夜间不曝气，出水DO浓度在0.5-4mg/L。同时，随着污水在反应器内的循环，在反应器内形成良好的DO梯度，从而反应器内形成了良好的缺-好氧环境，甚至厌氧环境，形成同步硝化反硝化功能。与传统不加控制相比，这种运行控制可以降低曝气所需电耗约40％。

污泥回流与曝气同步，间歇回流污泥，回流比30％-80％，尽量提高反应室内的活性污泥的浓度。特别地，当需处理的污水COD浓度较低时，可不需厌氧预处理，直接通过本间歇曝气循环型生化反应器进行处理。

下面给出本装置的一个实施例来进一步说明本发明效果。

设计间歇曝气循环型生物反应器的小试试验。装置高60cm，有效容积30升。实验用水采用社区厌氧处理后的出水。进水COD为187.45mg/L，TN 78.67mg/L、TP1.65mg/L，水温约24℃，pH 6.76，DO 0.12mg/L。实验共进行20天，实验期间，连续进水，进水流量30升/天，污泥回流比60％。结果显示：采用80L/h的曝气量，连续曝气，曝气约1小时后出水DO升至4mg/L，停止曝气后约50分钟后DO降至1mg/L以下。故采用曝气、间歇均为1小时的方式进行曝气。实验初期，污染物去除率不高，调试运行15日后，系统正常运行，出水COD 50-60mg/L，TN约14mg/L，TP约1.4mg/L。可见间歇曝气循环型生物反应器对COD和TN具有很好的净化处理效果，但对TP的去除效果有限。对出水进一步静置沉淀处理，TP降至约0.5mg/L。

本发明并不局限于上述实施例，在本发明公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本发明的保护范围内。

Claims

1.一种间歇曝气循环型生化反应器间歇曝气循环方法，其特征在于，

所述方法采用间歇曝气循环型生化反应器，包括曝气反应室，在曝气反应室中部设有组合填料，与厌氧处理池连通的三通导流管贯穿所述组合填料至曝气反应室底部，在曝气反应室底部设有连通曝气泵的曝气头，在组合填料上方设有斜板导流装置；在曝气反应室液面下、斜板导流装置外侧的曝气反应室侧壁设有出水管，斜板导流装置上方设有连通至曝气反应室外的污泥回流管；

所述曝气反应室池底向远离三通导流管进水口的一侧倾斜，与地平面的夹角为10°；

所述曝气头上设有微孔，布置于曝气反应室池底50%-70%的面积上，三通导流管出水口下端池底不设置曝气头；

所述组合填料布置于曝气头上部80cm以上的空间，高1-3m，组合填料密度大于3kg/m³；贯穿三通导流管侧的组合填料与反应室侧壁距离20-40cm，不设置组合填料；

所述斜板导流装置由若干个呈倾斜角度分布的斜板置于组合填料上方，斜板分布与曝气头布置区域对应，斜板间距为40cm-60cm，斜板与水平面夹角为60°；

所述方法包括下述步骤：

1）污水通过三通导流管从生化反应器的曝气反应室底部进入，与曝气反应室内的循环水流混合，与循环水流中的污泥充分接触，然后在循环水流的带动作用下，流经曝气头所在的曝气区；

2）在间歇曝气气提作用下，流经曝气反应室中的组合填料，经好氧和兼氧生物净化处理后，控制流速0.1米/秒，控制间歇曝气的曝气和间隔时间均为1-2小时，控制污泥回流比为50-80%，水力停留时间为24小时；一部分在进水流速、曝气器曝气提升和污泥回流流速三种动能的作用下，经置于组合填料上方的斜板导流装置导流，与回流污泥混合，在曝气反应室内循环，剩余部分通过出水管流入沉淀池；出水DO浓度控制在0.5 -4 mg/L。

2.根据权利要求1所述的一种间歇曝气循环型生化反应器间歇曝气循环方法，其特征在于，所述三通导流管一端贯穿组合填料伸入曝气反应室底部，其出水口距曝气反应室池底40cm-60cm，一端伸出液面，另一端与厌氧处理池的污水管相连通。

3. 根据权利要求1所述的一种间歇曝气循环型生化反应器间歇曝气循环方法，其特征在于，所述出水管位于曝气反应室液面下30cm；所述出水管侧的斜板贴紧曝气反应室侧壁，斜板两侧设排泥口，排泥口为20×20 cm的矩形口。

4.根据权利要求1所述的一种间歇曝气循环型生化反应器间歇曝气循环方法，其特征在于，所述曝气泵连接电源控制器控制曝气泵的曝气量。