CN109912011B - 耐冲击负荷的生物反应器及污水处理工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于污水处理领域,具体涉及一种耐冲击负荷能力极强的生物反应器及污水处理工艺。包括渣泥分离干化器(1)、变负荷反应器(2)、变容积反应器(3)等,通过监测来水水量和排水水质指标,自动调整运行模式,变换处理负荷,适应时段性来水的冲击,污水总变化系数Kz允许高达10~50,并且具有卫生条件好,出水水质优,启动容易,运行稳定,系统集成度高因而占地面积较小、产泥量少且不需单独处理,动力设备少,自动化程度高,无需人员值守,操作管理简便,运行费用低等优点。
Description
技术领域
本发明属于污水处理领域,具体涉及一种耐冲击负荷能力极强的生物反应器及污水处理工艺。
背景技术
一些旅游景点、度假设施、公路服务区、间歇性生产配套生活设施等分散点源排放的污水不能进入市政管网,需就地处理达标排放。这些污水一般水量不大,日平均污水排放量一般小于100m3/d,但是,其水质水量变化大,更具有明显的时段性排放特点,污水总变化系数经常高达10以上,如采用常规生活污水处理工艺设计,通过加大调节池容积、提高污水处理系统内活性污泥保有量、调整污泥回流方式等方法来提高其抗冲击负荷能力,并不能适应这些污水排放特点,某些时段的营养过剩和另一些时段的营养不良,将使设备内微生物生长欠佳,不能实现稳定达标,甚至经常出现微生物大量失活的现象,污水处理系统不能连续运转。
未来生态环境保护工作将更加注重环境与经济的深度融合,分散点源治理工作刻不容缓,必须尽快开发出效果更好的适合小流量时段性排放生活污水的处理技术,因此,本申请的发明人开发了耐冲击负荷能力极强的生物反应器及污水处理工艺。
发明内容
本发明提供了一种耐冲击负荷能力极强的生物反应器及污水处理工艺,通过监测来水水量和排水水质指标,自动调整运行模式,变换处理负荷,适应时段性来水的冲击。
本发明通过以下技术方案实现:
一种耐冲击负荷能力极强的生物反应器,包括渣泥分离干化器(1)、变负荷反应器(2)、变容积反应器(3)以及配套的两组潜污泵、数个自动排水阀(V1~Vn)及排水管道等;
所述渣泥分离干化器(1)设置于变负荷反应器(2)顶部,包括进水口1(1-1)、布水器(1-2)、渣泥分离器(1-3)、渣泥干化斗(1-4)、排泥阀(1-5)、外罩(1-6);
所述进水口1(1-1)用于接收经提升的进水与脱落生物膜污泥形成的混合液;
所述布水器(1-2)为淹没孔口布水器,采用相关水力学公式设计;
所述渣泥分离器(1-3)采用市售栅隙0.5mm不锈钢楔形网裁剪焊制而成,可滤除水中细渣和部分脱落生物膜,设计污水过栅流速为≤0.5m/s;
所述渣泥干化斗(1-4)为上宽下窄重力压实斗,可干化渣泥,其内与变负荷反应器(2)共壁,并设栅隙0.5mm不锈钢楔形网滤水孔,其侧壁倾角为70~85°,设计时调整倾角使排泥阀(1-5)距离地面高度合适;
所述排泥阀(1-5)采用市售快开阀;
所述外罩(1-6)将渣泥分离器(1-3)和渣泥干化斗(1-4)包覆,起到隔臭、防蝇的作用;
所述变负荷反应器(2)包括外壁(2-1)、顶部通风管(2-2)、进水口2(2-3)、旋转布水器(2-4)、数层复合生物膜填料层(2-5),可根据复合生物膜填料层(2-5)的分层情况,合理地将变负荷反应器(2)分段,以便于安装及检修;
所述外壁(2-1)上部与渣泥分离干化器(1)集成,外壁(2-1)顶部与渣泥分离器(1-3)底部连接,外壁(2-1)上部的部分区域与渣泥干化斗(1-4)共壁并用滤水孔(2-1-1)连通,外壁(2-1)未被渣泥分离干化器(1)遮盖的部分设置有通风孔(2-1-2),设计时通风孔(2-1-2)总有效面积取复合生物膜填料层(2-5)总面积的10%~15%;
所述顶部通风管(2-2)用于流通渣泥分离干化器(1)与变负荷反应器(2)内的空气,设计时顶部通风管(2-2)的顶标高与地面标高的高差保证10米以上,使其具备抽吸作用;
所述进水口2(2-3)用于接收经提升的回流稀释水;
所述旋转布水器(2-4)用于对回流稀释水布水,采用相关水力学公式设计;
所述复合生物膜填料层(2-5)包括高负荷填料管(2-5-1)、滤板(2-5-2)、低负荷填料层(2-5-3)、溢流管(2-5-4)、填料层底板(2-5-5)、排水口(2-5-6),其层数为污水日变化系数Kd取整;
所述高负荷填料管(2-5-1)穿过滤板(2-5-2)和填料层底板(2-5-5),采用DN100管道内置市售Φ60mm生物绳填料集成,上下对应的高负荷填料管(2-5-1)用生物绳填料连接,并在下面的高负荷填料管(2-5-1)顶部做适度弯曲盘旋,接受待处理水的反复冲刷,形成高负荷处理填料区并向下层低负荷填料区(2-5-3)滴水,其管道在滤板(2-5-2)以上区域密集穿孔,孔径Φ6,孔中心距15mm,起到向同层低负荷填料区(2-5-3)供气和接受其渗水从而降低低负荷填料区(2-5-3)处理负荷的作用;
所述滤板(2-5-2)采用密集穿孔金属板,孔径Φ6,孔中心距15mm,承载同层低负荷填料层(2-5-3)并透过其处理后的水;
所述低负荷填料层(2-5-3)采用市售8~16mm火山岩滤料填装在高负荷填料管(2-5-1)之外与滤板(2-5-2)之上的区域内,填装厚度1~1.2m,以滴滤方式低负荷处理来水,保证水经处理后达标;
所述溢流管(2-5-4)、填料层底板(2-5-5)、排水口(2-5-6)的作用在于,当排水口(2-5-6)外的阀门(V1~Vn)打开时排放水,当排水口(2-5-6)外的阀门(V1~Vn)关闭时向下溢流水;
所述低负荷填料区(2-5-3)可采用普通生物滤池法的设计理论及相关计算公式,所述高负荷填料管(2-5-1)当分层数≤3时可采用高负荷生物滤池法的设计理论及相关计算公式,当分层数>3时可采用生物滤塔法的设计理论及相关计算公式;
所述变容积反应器(3)包括悬浮填料区(3-1)、滤网(3-2)、自洁斜板沉淀区(3-3)、虹吸排泥管(3-4)、脱落生物膜循环反应区(3-5)、出水调配区(3-6);
所述悬浮填料区(3-1)采用市售悬浮填料填装,在高水位时悬浮水中,在低水位时堆积于虹吸排泥管(3-4)近端吸泥斗内,接收变负荷反应器(2)跌落的充氧水,持续生物处理过程,另外,堆积的悬浮填料可增加虹吸排泥管(3-4)近端吸泥斗内的排水阻力,使自洁斜板沉淀区(3-3)底部的污泥排放彻底;
所述滤网(3-2)采用市售栅隙20mm不锈钢楔形网制作,隔开悬浮填料区(3-1)与自洁斜板沉淀区(3-3)和虹吸排泥管(3-4),以防悬浮填料层流失;
所述自洁斜板沉淀区(3-3)因为水位变化,尤其是经常排空,可保证斜板不堵塞,可采用间距30mm的斜板,降低雷诺数,提高弗劳德数,最大程度地发挥浅层沉淀效果;
所述虹吸排泥管(3-4)可在虹吸未形成前使悬浮填料区(3-1)、自洁斜板沉淀区(3-3)蓄水,虹吸时排泥;
所述脱落生物膜循环反应区(3-5)和所述出水调配区(3-6)用于化解污水逐时变化对处理稳定性的影响,按最大日时变化系数Kh进行调节能力设计,一般情况下,所述脱落生物膜循环反应区(3-5)有效容积≥8×最大时流量,接收进水和虹吸排泥管(3-4)的排泥,内置潜污泵组P1提升进水与脱落生物膜污泥形成的混合液至进水口1(1-1),其提升水量≥最大时流量;所述出水调配区(3-6)有效容积≥4×最大时流量,接收部分经高负荷填料管(2-5-1)和悬浮填料区(3-1)处理后并经沉淀的水,内置潜污泵组P2可提升水至进水口2(2-3),其提升水量≥最大日平均流量;
所述悬浮填料区(3-1)可采用跌水充氧接触氧化法的设计理论及相关计算公式,所述自洁斜板沉淀区(3-3)可采用斜板沉淀的设计理论及相关计算公式。
所述耐冲击负荷能力极强的生物反应器的污水处理工艺,为实现自动控制配套两个水位计、一套COD在线监测仪、一套氨氮在线监测仪等,依次包括进水、变水位调节及循环、渣泥分离干化及布水、虹吸污泥回流及生物膜循环处理、沉淀及生物膜循环处理、低负荷处理填料区生物膜处理、达标排放,其特征在于步骤如下:
①进水:进行必要的预处理,包括化粪池和栅隙≤10mm的格栅拦截;
②变水位调节及循环:经预处理的污水流进所述脱落生物膜循环反应区(3-5),与经所述虹吸排泥管(3-4)回流的脱落生物膜污泥混合,混合液用潜污泵组P1提升至所述进水口1(1-1),探测水位信号1,低水位1停泵,高水位1启泵;所述出水调配区(3-6)内的水用潜污泵组P2提升至进水口2(2-3),探测水位信号2,低水位2停泵,高水位2启泵,可循环稀释低负荷填料层(2-5-3)的进水保证其出水水质达标,在线监测出水COD、氨氮指标,当监测不达标时,关闭出水阀V0,使不达标水参与循环稀释再处理;本污水处理工艺的低水位为潜污泵组运行要求的保护水位,高水位为变值水位,高水位1的最大值设定为所述虹吸排泥管(3-4)的弯管与直管连接处,高水位1的最小值设定为潜污泵组P1启泵后到再停泵可持续1分钟以上,高水位2的最大值设定为与自洁斜板沉淀区(3-3)的斜板顶持平,高水位2的最小值设定为潜污泵组P2启泵后到再停泵可持续1分钟以上;设置自动控制系统,分别监测记录处理最大日最大时污水量时,从低水位到到高水位最大值的过程中,潜污泵组P1和P2停泵的时间间隔,并设为定值,然后,在其它流量时,在最小值以上的高水位以记录的定值时间间隔启泵;
③渣泥分离干化及布水:潜污泵组P1提升的混合液通过所述进水口1(1-1)流进所述渣泥分离干化器(1),通过所述布水器(1-2)布水,通过渣泥分离器(1-3)分离进水中的0.5mm以上的细渣和循环液中的脱落生物膜,即分离出渣泥,渣泥在所述渣泥干化斗(1-4)中干化,所述渣泥分离器(1-3)滴落的水洒向所述变负荷反应器(2)的顶部;
④虹吸污泥回流及生物膜循环处理:当所述虹吸排泥管(3-4)虹吸形成时,所述渣泥分离器(1-3)滴落的部分水,经过高负荷填料管(2-5-1)生物膜处理-悬浮填料区(3-1)生物膜处理-虹吸排泥管(3-4)虹吸污泥回流-生物膜循环反应区(3-5)内稀释及水解、反硝化等生物化学反应,形成本污水处理的工序②-③-④-②生物膜循环处理;
⑤沉淀及生物膜循环处理:当所述虹吸排泥管(3-4)虹吸未形成前,并使悬浮填料区(3-1)、自洁斜板沉淀区(3-3)蓄水至高水位2时,所述渣泥分离器(1-3)滴落的部分水,经过高负荷填料管(2-5-1)生物膜处理-悬浮填料区(3-1)生物膜处理-自洁斜板沉淀区(3-3)沉淀-出水调配区(3-6)调蓄-用潜污泵组P2提升至进水口2(2-3),形成本污水处理的工序②-⑤-②生物膜循环处理;
⑥低负荷处理填料区生物膜处理:本污水处理工艺的工序②-③-④-②生物膜循环处理和工序②-⑤-②生物膜循环处理,可以分别或同时进行,也有可能同时间歇停止,但所述低负荷填料层(2-5-3)内的生物膜处理过程变负荷持续进行,所述低负荷填料层(2-5-3)可适应平均日流量与最大日流量的变化,当所述排水口(2-5-6)外的底部阀门(Vn)打开时,处理≤平均日流量的来水,依次向上打开所述排水口(2-5-6)外的阀门(Vn-1~V1),处理水量增加,当所述排水口(2-5-6)外的阀门(V1~Vn)全部打开时,处理最大日流量的来水;
⑦达标排放:所述耐冲击负荷能力极强的生物反应器的出水,除总磷(以P计)外,可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级标准的B标准,其出水总磷(以P计)可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002二级标准,为保证出水稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002一级标准的A标准,所述耐冲击负荷能力极强的生物反应器的出水宜进行化学除磷或稳定塘深度处理,在旅游景点、度假设施、公路服务区内,稳定塘可与水景、喷泉等结合。
本发明耐冲击负荷能力极强的生物反应器及污水处理工艺的有益效果如下:
(1)抗冲击负荷能力极强,污水总变化系数Kz允许高达10~50,所述复合生物膜填料层(2-5)的层数可取2~10,对应的污水日变化系数Kd为2~10,一般情况下,所述脱落生物膜循环反应区(3-5)有效容积≥8×最大时流量,所述出水调配区(3-6)有效容积≥4×最大时流量,对应的Kh最大值为5;
(2)隔臭,防蝇,卫生条件好;
(3)出水水质好,启动容易,运行稳定;
(4)系统集成度高,减少占地;
(5)产泥量少,不需单独处理,减少二次污染;
(6)动力设备少,只有两组潜污泵,自动化程度高,无需人员值守,操作管理简便;
(7)根据水量变化自动调整潜污泵运行时间,运行费用低。
附图说明
图1为本发明耐冲击负荷能力极强的生物反应器的构造示意图,
图2为本发明耐冲击负荷能力极强的生物反应器包含的变负荷反应器(2)构造示意图,
图3为本发明耐冲击负荷能力极强的生物反应器的污水处理工艺PID图。
Claims (3)
1.一种耐冲击负荷的生物反应器,其特征在于:
包括渣泥分离干化器(1)、变负荷反应器(2)、变容积反应器(3),以及配套的两组潜污泵、数个自动排水阀(V1~Vn)及排水管道;
所述渣泥分离干化器(1)设置于所述变负荷反应器(2)顶部,包括进水口1(1-1)、布水器(1-2)、渣泥分离器(1-3)、渣泥干化斗(1-4)、排泥阀(1-5)、外罩(1-6);
所述渣泥干化斗(1-4)内与变负荷反应器(2)共壁,并设滤水孔;
所述外罩(1-6)将渣泥分离器(1-3)和渣泥干化斗(1-4)包覆;
所述变负荷反应器(2)包括外壁(2-1)、顶部通风管(2-2)、进水口2(2-3)、旋转布水器(2-4)、数层复合生物膜填料层(2-5),所述复合生物膜填料层(2-5)又包括高负荷填料管(2-5-1)、滤板(2-5-2)、低负荷填料层(2-5-3)、溢流管(2-5-4)、填料层底板(2-5-5)、排水口(2-5-6);
所述外壁(2-1)顶部与渣泥分离器(1-3)底部连接,外壁(2-1)上部的部分区域与渣泥干化斗(1-4)共壁并用滤水孔(2-1-1)连通,外壁(2-1)未被渣泥分离干化器(1)遮盖的部分设置有通风孔(2-1-2);
所述高负荷填料管(2-5-1)穿过滤板(2-5-2)和填料层底板(2-5-5),上下对应的高负荷填料管(2-5-1)用生物绳填料连接,并在下面的高负荷填料管(2-5-1)顶部做适度弯曲盘旋,其管道在滤板(2-5-2)以上区域密集穿孔;
所述低负荷填料层(2-5-3)采用滤料填装在高负荷填料管(2-5-1)之外与滤板(2-5-2)之上的区域内;
所述溢流管(2-5-4)、填料层底板(2-5-5)、排水口(2-5-6)的作用在于,当排水口(2-5-6)外的阀门(V1~Vn)打开时排放水,当排水口(2-5-6)外的阀门(V1~Vn)关闭时向下溢流水;
所述变容积反应器(3)包括悬浮填料区(3-1)、滤网(3-2)、自洁斜板沉淀区(3-3)、虹吸排泥管(3-4)、脱落生物膜循环反应区(3-5)、出水调配区(3-6);
所述悬浮填料区(3-1)采用悬浮填料填装,在高水位时悬浮水中,在低水位时堆积于虹吸排泥管(3-4)近端吸泥斗内;
所述滤网(3-2)隔开悬浮填料区(3-1)与自洁斜板沉淀区(3-3)和虹吸排泥管(3-4)。
2.一种耐冲击负荷的污水处理工艺,采用权利要求1所述的生物反应器,其特征在于:
包括进水、变水位调节及循环、渣泥分离干化及布水、虹吸污泥回流及生物膜循环处理、沉淀及生物膜循环处理、低负荷处理填料区生物膜处理、达标排放步骤,具体步骤如下:
①进水:进行必要的预处理,包括化粪池和栅隙≤10mm的格栅拦截;
②变水位调节及循环:经预处理的污水流进所述脱落生物膜循环反应区(3-5),与经所述虹吸排泥管(3-4)回流的脱落生物膜污泥混合,混合液用潜污泵组P1提升至所述进水口1(1-1),探测水位信号1,低水位1停泵,在设定最小值以上的变值高水位1以定值时间间隔启泵;所述出水调配区(3-6)内的水用潜污泵组P2提升至进水口2(2-3),探测水位信号2,低水位2停泵,在设定最小值以上的变值高水位2以定值时间间隔启泵,在线监测出水COD、氨氮指标,当监测不达标时,关闭出水阀V0,使不达标水参与循环稀释再处理;
③渣泥分离干化及布水:潜污泵组P1提升的混合液通过所述进水口1(1-1)流进所述渣泥分离干化器(1),通过所述布水器(1-2)布水,通过渣泥分离器(1-3)分离出渣泥,渣泥在所述渣泥干化斗(1-4)中干化,所述渣泥分离器(1-3)滴落的水洒向所述变负荷反应器(2)的顶部;
④虹吸污泥回流及生物膜循环处理:当所述虹吸排泥管(3-4)虹吸形成时,形成工序②-③-④-②生物膜循环处理;
⑤沉淀及生物膜循环处理:当所述虹吸排泥管(3-4)虹吸未形成前,并使悬浮填料区(3-1)、自洁斜板沉淀区(3-3)蓄水至高水位2时,形成工序②-⑤-②生物膜循环处理;
⑥低负荷处理填料区生物膜处理:所述低负荷填料层(2-5-3)内的生物膜处理过程变负荷持续进行;
⑦达标排放:所述耐冲击负荷的生物反应器的出水,可稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002二级标准。
3.根据权利要求1所述的一种耐冲击负荷的生物反应器,其特征在于:
所述低负荷填料层(2-5-3)采用普通生物滤池法污水处理工艺,所述高负荷填料管(2-5-1)当分层数≤3时采用高负荷生物滤池法污水处理工艺,当分层数>3时采用生物滤塔法污水处理工艺。
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