CN109336253A - 一种污水生物处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种污水生物处理装置，包括竖直设置于池底上的圆柱形外壳和第一隔板，第一隔板将外壳的内部空间分割成半圆柱形的左部和右部，左部作为曝气槽；右部的下部设有倒置半圆锥台形的第二隔板，第二隔板将右部分割成上部和下部，上部作为沉淀槽，下部作为缺氧槽；第一隔板的中部设有连通曝气槽和沉淀槽的布水孔。本发明可提高脱氮除磷的效果，减少混合液在竖直方向上的流动距离以利于节能降耗。本发明的装置还具有结构强度大、材料利用率高、便于组装和建造等优点。

Description

一种污水生物处理装置和方法

技术领域

本发明涉及水处理领域，特别涉及一种污水生物处理装置和方法。

背景技术

随着环境意识的逐渐增强，环境保护法规的逐步完善，对污水处理的要求也日渐高涨。小型污水生物处理装置占地面积小，可以方便地就近安置在污染源附近，从而减少污水收集系统的建设和投资，特别适用于海岛、农村等地区。然而，小型污水生物处理装置的处理量较小，能耗较高，并且脱氮除磷方面仍然不尽如人意，且对污水水量和污染程度等方面的冲击往往耐受性较差。因此，仍然需要改进的污水生物处理装置以便更好地解决上述问题。

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前述现有技术中的问题。具体而言，本发明提供以下技术方案。

在一个方面，本发明提供一种污水生物处理装置，包括竖直设置于池底上的圆柱形外壳和第一隔板，第一隔板将外壳的内部空间分割成半圆柱形的左部和右部，左部作为曝气槽；右部的下部设有倒置半圆锥台形的第二隔板，第二隔板的下端连接于池底并且上端连接于外壳的内壁中部，右部被第二隔板分割成上部和下部，上部作为沉淀槽，下部作为缺氧槽；第一隔板的中部设有连通曝气槽和沉淀槽的布水孔；缺氧槽底部设有污水入口用于从进水管导入污水；沉淀槽上端的外壳内壁处设有溢流槽以及与溢流槽流体连通的出水管；沉淀槽底部的污泥出口与缺氧槽底部的污泥入口通过污泥回流管流体连通用于将沉淀槽底部的污泥导入缺氧槽；延伸进入曝气槽中部或上部的好氧混合液出口与缺氧槽底部的好氧混合液入口通过好氧混合液回流管流体连通用于将曝气槽中部或上部的好氧混合液导入缺氧槽；缺氧槽底部的缺氧混合液出口与曝气槽底部的缺氧混合液入口通过缺氧混合液回流管流体连通用于将缺氧槽中的缺氧混合液导入曝气槽。

进一步地，所述布水孔在曝气槽一侧的下沿设有向上延伸进入曝气槽的导流板，导流板与第一隔板在曝气槽一侧的壁面限定导流通道用于将曝气槽上部的混合液通过布水孔导入沉淀槽。

进一步地，所述布水孔在沉淀槽一侧的上沿设有向下延伸进入沉淀槽的布水板用于将来自布水孔的混合液导向沉淀槽的中部或下部。

进一步地，所述布水孔为横向布置在所述第一隔板的一个或多个狭缝或通孔，所述导流板和所述布水板均与所述布水孔同向布置。

进一步地，所述的污水生物处理装置还包括固定且贯穿所述第二隔板的放空管，使得所述缺氧槽的上部通过所述放空管与所述污水生物处理装置的上方环境空气流体连通。

进一步地，所述好氧混合液出口在曝气槽中向上延伸穿过导流板进入导流通道用于将导流通道中的好氧混合液导入缺氧槽。

进一步地，所述缺氧槽中沿圆柱形外壳的径向设有多个折流支撑板将缺氧槽分隔成多个喇叭口形的室，折流支撑板的上端与第二隔板的下侧壁连接并且下端与池底连接，所述多个折流支撑板交替地在靠近外壳内壁处形成允许混合液通过的第一通道和在靠近第二隔板下端处形成允许混合液通过的第二通道以便串联所述多个喇叭口形的室；所述污水入口、污泥入口和好氧混合液入口设于所述串联的多个喇叭口形的室中的第一个；所述缺氧混合液出口设于所述串联的多个喇叭口形的室中的最后一个。

进一步地，所述外壳、第一隔板和第二隔板均由板材通过拼装形成，所述板材选自防腐涂装碳钢板、不锈钢板或搪瓷钢板，

进一步地，所述池底为钢板或钢筋混凝土构筑物。

进一步地，所述进水管上设有污水泵、第一止回阀和第一流量调节阀用于控制进入缺氧槽的污水的流量；所述缺氧混合液回流管上设有混合液泵和第二流量调节阀用于控制从缺氧槽到曝气槽的缺氧混合液的流量；所述污泥回流管上设有第三流量调节阀和第二止回阀用于控制从沉淀槽到缺氧槽的污泥的流量；所述好氧混合液回流管上设有第四流量调节阀和第三止回阀用于控制从曝气槽到缺氧槽的好氧混合液的流量。

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。

术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

“基本”或“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。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。如果需要，“基本”或“基本上”可以以上浮动范围代替或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。

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。

本发明的污水生物处理装置在圆柱形外壳中设置水平并置的曝气槽和沉淀槽，并在沉淀槽的下方设置缺氧槽，使得曝气槽中混合液随曝气气体向上流动，然后曝气混合液的第一部分流入水平并置的沉淀槽进行泥水分离，分离出的污泥沉降至沉淀槽下部后作为回流污泥进入设置于沉淀槽下方的缺氧槽，同时曝气混合液的第二部分直接流入缺氧槽与污水和回流污泥混合进行反硝化，然后缺氧槽的混合液由混合液泵输送至曝气槽的下部，这样的布置有利于提高脱氮除磷的效果，减少混合液在竖直方向上的流动距离以利于节能降耗。尤其是在缺氧槽中设置串联的多个喇叭口形的室，使得由污水、回流污泥和好氧混合液形成的缺氧槽混合液多次经历在喇叭口形室小端的高剪切和在喇叭口形室大端的低剪切，可进一步提高了缺氧槽的脱氮除磷效果。此外，本发明的装置还具有结构强度大、材料利用率高、便于组装和建造等优点。

再者，在本发明的装置中，用于拼装其外壳和隔板等部件的板材(例如防腐涂装碳钢板、不锈钢板、搪瓷钢板等)可进行工厂化加工以提高加工速度及制作精度，然后现场组装，因此可以明显提高装置的施工速度及精度。采用板材拼装的方式组装，可以大大降低建造成本，并且拼装用的板材可进行二次拆卸和拼装，因此可异地搬迁重建，重建时只需重新建设钢筋混凝土基础(池底)即可，由此降低了二次建设的成本。

附图说明

图1是本发明装置的一个实施方式的结构示意图；

图2是图1所示装置的俯视结构示意图；

图3是图1所示装置的池底部分结构的示意图；

其中的附图标记的含义如下：1-曝气槽；11-进水管；12-进气管；13-出水管；14-放空管；15-缺氧混合液回流管；16-好氧混合液回流管；17-污泥回流管；2-沉淀槽；21-污水入口；22-缺氧混合液入口；23-好氧混合液出口；24-污泥出口；25-污泥入口；26-好氧混合液入口；27-缺氧混合液出口；3-缺氧槽；30-喇叭口形的室；31-第一流量调节阀；32-第二流量调节阀；33-第三流量调节阀；34-第四流量调节阀；41-第一止回阀；42-第二止回阀；43-第三止回阀；44-第四止回阀；51-外壳；52-第一隔板；53-第二隔板；54-池底；55-曝气器；56-折流支撑板；57-第一通道；58-第二通道；61-污水泵；62-混合液泵；71-导流通道；72-导流板；81-布水孔；82-布水板；9-溢流槽。

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。

参见图1-3，根据本发明的一种污水生物处理装置，包括竖直设置于池底54上的圆柱形外壳51和第一隔板52，第一隔板52将外壳51的内部空间分割成半圆柱形的左部和右部，左部的体积与右部的体积的比例可以是1:1至1:2，当比例为1:1时，第一隔板52通过圆柱形外壳51的直径，当比例大于1:1至1:2时，第一隔板52由分别通过圆柱形外壳51的半径并在轴部相接的两个部分组成。所述左部作为曝气槽1，底部设有曝气器55，通过进气管12向曝气器55提供诸如空气的含氧气体。所述右部的下部设有第二隔板53将右部分割成上部和下部，上部作为沉淀槽2，下部作为缺氧槽3，第二隔板53将上部沉淀槽2的底端限定为倒置的半圆锥台形。第二隔板53的下端连接于池底54并且上端连接于外壳51的内壁中部，以避免下部缺氧槽3的液体或气体进入上部沉淀槽2。

第一隔板52的中部设有连通曝气槽1和沉淀槽2的布水孔81。所述布水孔81在曝气槽1一侧的下沿设有向上延伸进入曝气槽1的导流板72，导流板72与第一隔板52在曝气槽1一侧的壁面限定导流通道71用于将曝气槽1上部的混合液通过布水孔81导入沉淀槽2。所述布水孔81在沉淀槽2一侧的上沿设有向下延伸进入沉淀槽2的布水板82用于将来自布水孔81的混合液导向沉淀槽2的中部或下部。所述布水孔81为横向布置在所述第一隔板52的一个或多个狭缝或通孔，所述导流板72和所述布水板82均与所述布水孔81同向布置。如图2所示，导流板72和布水板各自的两端分别与外壳51的内壁相接。

沉淀槽2上端的外壳51内壁处设有溢流槽9以及与溢流槽9流体连通的出水管13，用于将处理后的净水排出。

第二隔板53上还固定有放空管14，放空管14贯穿第二隔板53使得所述缺氧槽3的上部通过所述放空管14与所述污水生物处理装置的上方环境空气流体连通，以便将缺氧槽3中的气体排出。

缺氧槽3底部设有污水入口21用于从进水管11导入污水，所述进水管11上设有污水泵61、第一止回阀41和第一流量调节阀31用于控制进入缺氧槽3的污水的流量。

沉淀槽2底部的污泥出口24与缺氧槽3底部的污泥入口25通过污泥回流管17流体连通用于将沉淀槽2底部的污泥导入缺氧槽3；所述污泥回流管17上设有第三流量调节阀33和第二止回阀42用于控制从沉淀槽2到缺氧槽3的污泥的流量并防止混合液倒流进入沉淀槽2。

在曝气槽1中设置有延伸进入曝气槽1中部或上部的好氧混合液出口23，好氧混合液出口23与缺氧槽3底部的好氧混合液入口26通过好氧混合液回流管16流体连通用于将曝气槽1中部或上部的好氧混合液导入缺氧槽3；所述好氧混合液回流管16上设有第四流量调节阀34和第三止回阀43用于控制从曝气槽1到缺氧槽3的好氧混合液的流量。在一些情况下，所述好氧混合液出口23在曝气槽1中向上延伸穿过导流板72进入导流通道71用于将导流通道71中的好氧混合液导入缺氧槽3；一方面，导流通道71中的混合液来自曝气槽1的上部，已经充分曝气而富含溶解氧，有利于缺氧槽中的反硝化；另一方面，由于导流通道71中的混合液基本不含曝气气体，因此可以避免曝气气体进入缺氧槽3而破坏缺氧槽的缺氧环境，也有利于缺氧槽中的反硝化。

缺氧槽3底部的缺氧混合液出口27与曝气槽1底部的缺氧混合液入口22通过缺氧混合液回流管15流体连通用于将缺氧槽3中的缺氧混合液导入曝气槽1；所述缺氧混合液回流管15上设有混合液泵62和第二流量调节阀32用于控制从缺氧槽3到曝气槽1的缺氧混合液的流量。

混合液泵62从缺氧槽中抽出混合液从而使得曝气槽1中的混合液和沉淀槽2中的污泥在重力驱动下进入缺氧槽，由此实现了利用单个混合液泵62驱动整个装置中混合液的循环。在一些情况下，当调节第一流量调节阀31和污水泵61将流量为1Q的污水送入缺氧槽3时，可以调节第二流量调节阀32和混合液泵62将流量为3Q的缺氧混合液从缺氧槽3中抽出并输入曝气槽1，同时调整第三流量调节阀33和第四流量调节阀34分别使流量为1Q的污泥和流量为1Q的好氧混合液进入缺氧槽3，这样即可在出水管13处获得流量为1Q的出水。

本发明的污水生物处理装置在圆柱形外壳中设置水平并置的曝气槽和沉淀槽，并在沉淀槽的下方设置缺氧槽，使得曝气槽中混合液随曝气气体向上流动，然后曝气混合液的第一部分流入水平并置的沉淀槽进行泥水分离，分离出的污泥沉降至沉淀槽下部后作为回流污泥进入设置于沉淀槽下方的缺氧槽，同时曝气混合液的第二部分直接流入缺氧槽与污水和回流污泥混合进行反硝化，然后缺氧槽的混合液由混合液泵输送至曝气槽的下部，这样的布置有利于提高脱氮除磷的效果，并且可减少了混合液在竖直方向上的流动距离，有利于节能降耗。

如图2-3所示，所述缺氧槽3中沿圆柱形外壳51的径向设有多个(例如1、3、5、7、9个，优选7个)折流支撑板56将缺氧槽3分隔成多个(2、4、6、8、10个，优选8个)喇叭口形的室30，折流支撑板56的上端与第二隔板53的下侧壁连接并且下端与池底54连接，所述多个折流支撑板56交替地在靠近外壳51内壁处形成允许混合液通过的第一通道57和在靠近第二隔板53下端处形成允许混合液通过的第二通道58以便串联所述多个喇叭口形的室30；所述污水入口21、污泥入口25和好氧混合液入口26设于所述串联的多个喇叭口形的室30中的第一个；所述缺氧混合液出口27设于所述串联的多个喇叭口形的室30中的最后一个。在缺氧槽中设置串联的多个喇叭口形的室，使得由污水、回流污泥和好氧混合液形成的缺氧槽混合液多次交替地经历在喇叭口形室小端的高剪切(高流速)和在喇叭口形室大端的低剪切(低流速)，进一步提高了缺氧槽的脱氮除磷效果。

使用本发明的装置进行污水生物处理的方法，包括：将污水进水导入缺氧槽3与来自沉淀槽2的污泥和来自曝气槽1的曝气混合液的第一部分混合后经缺氧处理得到缺氧混合液；将缺氧混合液导入曝气槽1中进行曝气处理；将曝气槽1中的曝气混合液的第一部分导入缺氧槽3以及曝气混合液的第二部分导入沉淀槽2；将曝气混合液的第二部分在沉淀槽2中进行沉淀处理得到沉淀槽2上部的上清液和沉淀槽2下部的污泥，将上清液作为出水从出水管13排出，将污泥导入缺氧槽3。混合液在缺氧槽3中多次交替地经历高剪切和低剪切。缺氧槽3中的活性污泥(包括多种菌类、藻类等原生植物和各种原生动物等生物体)的性质(也即进行诸如反硝化等生化反应的特性)受到包括流动状态(包括剪切和流速等)等多种因素的影响，高剪切(高流速)可破坏并减小絮状体的尺寸，有利于改善絮状体内生物体的物质传递以增加反应速率，而低剪切(低流速)有利于为生物体提供安定的栖居环境以便提高生物体的繁殖速率。因此，将缺氧槽3中的混合液交替地处于高流速状态和低流速状态，可以提高缺氧槽3中的脱氮除磷效果。在一些情况下，所述高剪切可以是混合液流速为2-10，优选2-5，更优选3-4米/秒的状态，所述低剪切可以是混合液流速为0.1-1，优选0.2-0.6，更优选0.3-0.5米/秒的状态。

此外，本发明的装置还具有结构强度大、材料利用率高、便于组装和建造等优点。所述外壳51、第一隔板52和第二隔板53均由板材通过拼装形成，所述板材选自防腐涂装碳钢板、不锈钢板或搪瓷钢板，所述池底54为钢板或钢筋混凝土构筑物。在本发明的装置中，用于拼装其外壳和隔板等部件的板材(例如防腐涂装碳钢板、不锈钢板、搪瓷钢板等)可进行工厂化加工以提高加工速度及制作精度，然后现场组装，因此可以明显提高装置的施工速度及精度。采用板材拼装的方式组装，可以大大降低建造成本，并且拼装用的板材可进行二次拆卸和拼装，因此可异地搬迁重建，重建时只需重新建设钢筋混凝土基础(池底)即可，由此降低了二次建设的成本。

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，其特征在于，包括竖直设置于池底(54)上的圆柱形外壳(51)和第一隔板(52)，第一隔板(52)将外壳(51)的内部空间分割成半圆柱形的左部和右部，左部作为曝气槽(1)；右部的下部设有倒置半圆锥台形的第二隔板(53)，第二隔板(53)的下端连接于池底(54)并且上端连接于外壳(51)的内壁中部，右部被第二隔板(53)分割成上部和下部，上部作为沉淀槽(2)，下部作为缺氧槽(3)；第一隔板(52)的中部设有连通曝气槽(1)和沉淀槽(2)的布水孔(81)；缺氧槽(3)底部设有污水入口(21)用于从进水管(11)导入污水；沉淀槽(2)上端的外壳(51)内壁处设有溢流槽(9)以及与溢流槽(9)流体连通的出水管(13)；沉淀槽(2)底部的污泥出口(24)与缺氧槽(3)底部的污泥入口(25)通过污泥回流管(17)流体连通用于将沉淀槽(2)底部的污泥导入缺氧槽(3)；延伸进入曝气槽(1)中部或上部的好氧混合液出口(23)与缺氧槽(3)底部的好氧混合液入口(26)通过好氧混合液回流管(16)流体连通用于将曝气槽(1)中部或上部的好氧混合液导入缺氧槽(3)；缺氧槽(3)底部的缺氧混合液出口(27)与曝气槽(1)底部的缺氧混合液入口(22)通过缺氧混合液回流管(15)流体连通用于将缺氧槽(3)中的缺氧混合液导入曝气槽(1)。

2.根据权利要求1所述的污水生物处理装置，其特征在于，所述布水孔(81)在曝气槽(1)一侧的下沿设有向上延伸进入曝气槽(1)的导流板(72)，导流板(72)与第一隔板(52)在曝气槽(1)一侧的壁面限定导流通道(71)用于将曝气槽(1)上部的混合液通过布水孔(81)导入沉淀槽(2)。

3.根据权利要求2所述的污水生物处理装置，其特征在于，所述布水孔(81)在沉淀槽(2)一侧的上沿设有向下延伸进入沉淀槽(2)的布水板(82)用于将来自布水孔(81)的混合液导向沉淀槽(2)的中部或下部。

4.根据权利要求3所述的污水生物处理装置，其特征在于，所述布水孔(81)为横向布置在所述第一隔板(52)的一个或多个狭缝或通孔，所述导流板(72)和所述布水板(82)均与所述布水孔(81)同向布置。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的污水生物处理装置，其特征在于，还包括固定且贯穿所述第二隔板(53)的放空管(14)，使得所述缺氧槽(3)的上部通过所述放空管(14)与所述污水生物处理装置的上方环境空气流体连通。

6.根据权利要求2-4中任一项所述的污水生物处理装置，其特征在于，所述好氧混合液出口(23)在曝气槽(1)中向上延伸穿过导流板(72)进入导流通道(71)用于将导流通道(71)中的好氧混合液导入缺氧槽(3)。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的污水生物处理装置，其特征在于，所述缺氧槽(3)中沿圆柱形外壳(51)的径向设有多个折流支撑板(56)将缺氧槽(3)分隔成多个喇叭口形的室(30)，折流支撑板(56)的上端与第二隔板(53)的下侧壁连接并且下端与池底(54)连接，所述多个折流支撑板(56)交替地在靠近外壳(51)内壁处形成允许混合液通过的第一通道(57)和在靠近第二隔板(53)下端处形成允许混合液通过的第二通道(58)以便串联所述多个喇叭口形的室(30)；所述污水入口(21)、污泥入口(25)和好氧混合液入口(26)设于所述串联的多个喇叭口形的室(30)中的第一个；所述缺氧混合液出口(27)设于所述串联的多个喇叭口形的室(30)中的最后一个。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的污水生物处理装置，其特征在于，所述外壳(51)、第一隔板(52)和第二隔板(53)均由板材通过拼装形成，所述板材选自防腐涂装碳钢板、不锈钢板或搪瓷钢板。

9.根据权利要求1-4中任一项所述的污水生物处理装置，其特征在于，所述进水管(11)上设有污水泵(61)、第一止回阀(41)和第一流量调节阀(31)用于控制进入缺氧槽(3)的污水的流量；所述缺氧混合液回流管(15)上设有混合液泵(62)和第二流量调节阀(32)用于控制从缺氧槽(3)到曝气槽(1)的缺氧混合液的流量；所述污泥回流管(17)上设有第三流量调节阀(33)和第二止回阀(42)用于控制从沉淀槽(2)到缺氧槽(3)的污泥的流量；所述好氧混合液回流管(16)上设有第四流量调节阀(34)和第三止回阀(43)用于控制从曝气槽(1)到缺氧槽(3)的好氧混合液的流量。

10.一种污水生物处理方法，包括以下步骤：

步骤100，提供根据权利要求1-9中任一项所述的污水生物处理装置；

步骤200，将污水导入缺氧槽(3)与来自沉淀槽(2)的回流污泥和来自曝气槽(1)的曝气混合液的第一部分混合后经缺氧处理得到缺氧混合液，并且缺氧混合液在缺氧槽(3)中多次交替地经历高剪切和低剪切；

步骤300，将步骤200中的缺氧混合液导入曝气槽(1)中进行曝气处理；

步骤400，将曝气槽(1)中的曝气混合液的第一部分导入缺氧槽(3)，并且将曝气槽(1)中的曝气混合液的第二部分导入沉淀槽(3)；

步骤500，将步骤400中的曝气混合液的第二部分在沉淀槽(2)中进行沉淀处理，以此在沉淀槽(2)的上部得到上清液，在沉淀槽(2)的下部得到污泥，将上清液作为出水从出水管(13)排出，以及将污泥导入缺氧槽(3)。