CN111018263A - 一种界面切割的生物净化污水处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种界面切割的生物净化污水处理装置，包括缺氧区、好氧区、清水区和污泥沉淀区；缺氧区的下部设有进水装置，好氧区设置于缺氧区的顶部，两者之间以多孔板相隔；好氧区的上部侧壁设有滤网，外侧设有出水堰板，构成清水区，污泥沉淀区设置于清水区下方；缺氧区和好氧区内均设有微生物填料。本发明将生物降解、沉淀、过滤、杀菌等过程在一个装置内完成，利用界面传质理论，促进有机质和氨氮快速降解，整个装置可以实现生活污水、工业污水中有机质、TN的降解和污泥的分离，与传统脱氮工艺相比，硝化液回流和污泥回流利用水力流体自循环，COD、总氮脱除负荷提高1倍，占地面积小，降低设备总投资的同时降低了运行费用。

Description

一种界面切割的生物净化污水处理装置
技术领域
本发明涉及一种界面切割的生物净化污水处理装置可同步去除污水中有机质、总氮、SS和微生物。可用于处理生活污水和工业污水。
背景技术
目前生活污水和含有机质、N、P等污染物的工业污水的处理，主要是好氧异养菌在曝气条件下，依靠水体中的碳源大量生长，达到去除有机质的目的；靠硝化菌和反硝化菌去除水体中氮，好氧条件下硝化菌可以将氨氮转化为硝酸盐氮，缺氧条件下反硝化菌将硝酸盐氮转化为氮气，排出水体，生的臭气需要通过物理、化学或生物脱臭的方法去除，增加建设成本和运行成本。
目前对易降解污水的处理多数通过生物方式或结合生态处理技术如人工湿地、厌氧生物滤床、生物膜反应器(MBR)实现生活污水的净化。人工湿地虽然可以有效去除生活污水中的有机质和氮素，但是人工湿地易受病虫害影响，占地面积大，会占用土地资源；厌氧生物滤床可以承担较高的有机负荷，运行管理方便，但是易发生堵塞和短路；膜生物反应器(MBR)可以快速高效去除污水中的污染物，但是对原水预处理要求高，运行管理费用和投资费用较高；氧化塘作为一种新技术，可以有效的去除水体的污染物，可以实现污水的资源化利用，但是占地面积大，易产生臭味、滋生蚊虫。
对于一些偏远地区而言，生活污水、工业污水收集设施不完善，污水分散排放，污水没有得到有效处理使水资源浪费，不利于生态建设，开发一种因地制宜的、符合实际条件的、小型的、经济的污水处理装置显得非常必要。现有的小型污水处理系统多数由缺氧箱体、好氧箱体拼接而成的集装箱形式，整个污水处理系统由集装箱拼接而成，占地面积较大，所用能耗大，需要进水泵、曝气泵、硝化液回流泵、污泥回流泵等，且缺氧池会产生甲烷、硫化氢等气体，需要增设除臭装置，投资成本较高。
发明内容
为解决上述问题，针对现有技术的不足，本发明提出一种能耗低、投资和运行费用少，应用前景广阔的一种界面切割的生物净化污水处理装置，对生活污水和工业污水进行处理且出水可以达到工业回用或农业灌溉回用标准，实现污水的资源化利用。
本发明结合界面切割、界面传质的原理，通过缺氧、好氧、沉淀、消毒、过滤等过程，达到去除生活污水或工业污水中污染物的目标。具体技术方案如下：
一种界面切割的生物净化污水处理装置，包括缺氧区、好氧区、清水区和污泥沉淀区；缺氧区的下部设有进水装置，好氧区设置于缺氧区的顶部，两者之间以多孔板相隔；缺氧区和好氧区内均设有微生物挂膜填料；好氧区的上部侧壁设有开口，开口处设有用于防止微生物挂膜填料随水流出的滤网，好氧区的上部侧壁的外侧设有出水堰板，与好氧区的上部侧壁之间构成清水区，污泥沉淀区设置于好氧区侧壁外侧、清水区的下方，与清水区连通。好氧区和清水区顶部设置排气孔。
进一步的，所述进水装置为下部为伞形、上部为漏斗型的变流速进水装置，其出口处设有若干个倾斜的叶片，将高速出水进行切割，增大界面传质速率。利用该装置出水流速较大的特性，将“液-液”界面切割，增加搅动力。
进一步的，所述好氧区的底部、多孔板的上方设有布水板，布水板的上方设置有自吸式溶气和微细气泡制造装置，通过高速流体引入空气，在旋转加压作用下，使水中溶气形成直径为10μm到数百纳米之间的纳米微气泡，这种气泡具有与常规气泡所不具备的物理与化学性质，可实现“气-液”相界面传质，扩大界面张力。
进一步的，所述自吸式溶气和微细气泡制造装置包括壳体，壳体的内部依次设有进水喷嘴、细管、扩散室、水气混合管；所述进水喷嘴自其进口至出口，流通面积逐渐减小，其出口连接细管的进口；壳体上开有进气口，扩散室的进口与进气口和细管的出口连通；扩散室自其进口至出口，流通面积逐步扩大后，逐步减小，逐步减小的部分内壁设有螺旋叶片，其出口连接水气混合管；水气混合管上设有若干个开口，开口处设有切片，切割水气形成纳米微气泡；水气混合管设置于好氧区底部、布水板的上方。所述自吸式溶气和微细气泡制造装置利用进水流速和压力使自吸式溶气和微细气泡制造装置内产生负压，将外界空气吸入装置内与水流混合，在螺旋状的微细气泡切割装置的作用下，将水-气混合均匀，进行一次切割，进入好氧区后，在好氧区进水管上开孔，并放置狼牙棒式的切割装置，将水-气进行二次切割，提高氧气利用率。
进一步的，所述出水堰板上的出水口连接出水堰；出水堰内设有紫外消毒装置，底部连通过滤器。
进一步的，所述筛网与出水堰板之间设有挡流板，使水的流速大于水中生物膜的流速，使水中生物膜沉降于污泥沉淀区。
进一步的，还包括硝化液回流管，硝化液回流管的两端分别连接所述筛网与出水堰板之间的水体和缺氧区。靠重力作用使好氧区出水口的硝化液回流至缺氧区，利用阀门控制硝化液回流量，不需要设置硝化液回流泵。
进一步的，所述污泥沉淀区底部通过污泥回流管连通缺氧区；污泥回流管上设有污泥回流控制阀门，污泥回流管连接排泥管，排泥管上设有排泥控制阀门。产生的污泥利用其重力作用，可通过阀门直接排泥，无需污泥泵。
进一步的，所述缺氧区有若干个，若干个缺氧区竖向依次设置，相邻缺氧区之间通过多孔板相隔。
进一步的，所述微生物挂膜填料为浮动填料，体积填充比例为30％～50％，填料直径为1cm、2cm或2.5cm，表面积为520-1000m2/m3。
进一步的，缺氧区和好氧区为拼接而成，两段之间可以法兰连接，也可以凹槽螺纹连接，方便拆卸及增加缺氧区，在处理工业污水或污染物浓度较高的污水时，可以通过叠加缺氧区达到使出水达标的目的。
进一步的，过滤器的孔径为100μm，可以有效去水中的悬浮物，过滤器所处位置低于其连接的出水管，在过滤器下端设置阀门，打开阀门，使水流短路，利用水的重力作用形成过滤器反冲洗，反冲洗水排入下部进水区。
进一步的，所述的生物净化污水处理装置由水泵将待处理水体泵入反应器内，待处理水体依次经过缺氧区，好氧区，通过回流的硝化液再经过缺氧区、好氧区，进入沉淀区，实现污染物的去除，整个处理过程可通过控制和管理系统实现现场无人操作，利用APP实现远程操作及监控。
进一步的，所述缺氧区和好氧区为圆形塔式结构，材质可以选用PVC材质也可以采用钢制防腐。
进一步的，所述缺氧区和好氧区内径相同，高度不同，内径和高度均根据日处理水量确定。
本发明的另一目的在于提供一种界面切割的生物净化污水处理装置去除污水中污染物，使出水达到回用标准的方法，包括如下步骤：
(1)实现有机质的去除
经界面切割的有机物易降解，进入生物净化污水处理装置下端为含有微生物挂膜填料的缺氧区，上部为含有微生物挂膜填料的好氧区，填料上附着的微生物，在缺氧条件下，以有机质作为碳源进行反硝化，可去除部分有机质，在好氧区内，大量的好氧异养菌附着在微生物填料表面，驯化之后在曝气条件下可以有效去除大部分有机质，以此达到去除污水中的有机质污染物。
(2)实现氮的去除
含有氮的污水进入生物净化污水处理装置，由下而上，在好氧区内的微生物挂膜填料上生长的硝化细菌，可以将污水中的氨氮氧化为硝态氮，利用好氧区硝化液回流至缺氧区，在缺氧区利用缺氧区填料上的反硝化细菌可以发生反硝化反应，将污水中的硝态氮还原为氮气而去除氮。
(3)实现磷的去除
磷元素是微生物生长必不可少的元素，在微生物的生长过程中，污水中的磷作为缺氧区的反硝化细菌和好氧区的硝化细菌的营养来源，被微生物吸收，实现去除污水中磷的目的。
(4)实现悬浮物的去除
经过处理的污水在沉淀区，通过重力沉降作用去除部分悬浮物，在出水口设置了过滤器，利用100μm过滤精度的过滤器有效去除水中的悬浮物，同时设置了反冲洗，利用水的重力作用，定时对过滤器进行反冲洗，反冲洗水流入缺氧区。
(5)实现微生物的去除
水中的微生物会影响处理后出水的回用，通过设置UVC波段紫外杀菌装置，利用紫外线对微生物DNA和RNA的破坏作用，造成细胞死亡，达到杀菌效果。
本发明所要解决的技术问题就是提供一种集污水生物处理、物化处理于一体的装置，适合于生活污水和工业污水，采取不同的缺氧段实现污水的处理达标排放或回收利用。
本发明的方法具有如下优点：
1.一种界面切割的生物净化污水处理装置充分利用流体势能，所需能耗小、运行成本低、通用性好，可以广泛运用在农村、城镇处理生活污水和工业污水；
2.一种界面切割的生物净化污水处理装置利用界面切割易降解污染物，负荷高，占地面积小，构筑物少，设置于地上或地下均可；
3.一种界面切割的生物净化污水处理装置内为填料，比表面积大，生物膜附着能力强，污水与微生物接触面积大，抗冲击负荷能力强，出水水质稳定，产泥量少；
4.一种界面切割的生物净化污水处理装置出水设有过滤系统和消毒装置，过滤系统设置反冲洗，可以做到出水回用(冲厕、浇花、灌溉等)；
5.一种界面切割的生物净化污水处理装置缺氧池为底部，好氧池在缺氧池上方，有效解决了臭气的问题，生物膜反应器所产生污泥量少，可统一放置在污泥池，该装置有效解决了污泥的问题；
6.一种界面切割的生物净化污水处理装置运行操作简单，安装方便，更换填料方便，管理简单，适用于楼宇别墅、农村和城市生活污水、工业污水的处理与改善，实现污水的资源化利用；
7.一种界面切割的生物净化污水处理装置的进水装置采用下部伞形上部漏斗形的进水装置，使进水流速较大，将“液-液”界面切割，使液体颗粒物破碎，易于被填料上的生物膜利用，促进反硝化的进行；
8.一种界面切割的生物净化污水处理装置的好氧区和缺氧区的分界处，设置自吸式溶气装置，使“气-液”高速运动切割形成10μm到数百纳米之间的纳米微气泡，改变液相水表面张力，增大传质速率和传质面积，促进微生物分解水体中的污染物；
9.一种界面切割的生物净化污水处理装置设置控制和管理系统，与传统脱氮工艺相比，硝化液回流和污泥回流利用水力流体自循环，COD、总氮脱除负荷提高1倍，占地面积小，降低设备总投资的同时降低了运行费用，且该装置具有控制和管理系统，可通过APP实现自动远程操作和监控，操作简单。
附图说明
图1是本发明所述的装置的纵剖面构造图；其中，箭头表示水流方向。附图标注：1-缺氧区，2-好氧区，3-沉淀区，4-紫外杀菌灯，5-过滤器，6-缺氧区填料，7-布水板，8-自吸式溶气和微细气泡制造装置，9-挡流板，10-筛网，11-出气孔，12-污泥回流管，13-硝化液回流管，14-硝化液回流控制阀门，15-水泵，16-下部伞形上部漏斗型的变流速进水装置，17-多孔板，18-好氧区填料，19-进水管，20-出水堰板，21-出水堰，22-污泥回流控制阀门，23-排泥管，24-排泥控制阀门，25-出水管，26-分配装置，27-底托，28-出水水质监测仪器，29-反冲洗水管，30-三通，31-反冲洗水管控制阀门。
图2是本发明所述的自吸式溶气和微细气泡制造装置8的纵剖面构造图。附图标注：32-进水喷嘴，33-细管，34-扩散室，35-螺旋叶片，36-切片，37-水气混合管。
图3是本发明所述的下部伞形上部漏斗型的进水装置16的纵剖面构造图。附图标注：38-伞状进水室，39-漏斗型出水室，40-倾斜的切割叶片。
具体实施方式
下面结合附图说明和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步描述。
本实施例说明本发明的装置的具体实施方式。
如图1所示的一种界面切割的生物净化污水处理装置，所述的反应装置为上向流式反应器，主要包括五部分，分别为缺氧区1、好氧区2、污泥沉淀区3、紫外杀菌装置4、过滤器5。缺氧区1和好氧区2为圆柱体结构，材质选用透明PVC，缺氧区1和好氧区2之间由多孔板17将其隔开，避免好氧区2的填料18和缺氧区1的填料6混合，同时使缺氧区1内水流均匀进入好氧区2内；所述的好氧区2底端设置布水板7，布水板7上方设置有自吸式溶气和微细气泡制造装置8的水气混合管37。水流经过进水喷嘴32和细管33，使水流速度增大，形成负压，将外部空气吸入装置内，水和气在扩散室34内经过螺旋叶片35的作用下混合均匀，在出水管37内的切片36的作用下再次将水-气进行切割，将水-气混合均匀，提高氧气的利用率。
为防止所述的反应器倾倒，反应器底部设置底托27，为实现无人条件下利用APP远程监控，设置了控制和管理系统，将出水水质自动检测仪器28与硝化液回流控制阀门14、污泥回流控制阀门22联动，根据出水水质调控硝化液回流量与污泥回流量，设置定时排泥系统，定时开启排泥控制阀门24。
所述的反应器下部设置下部伞形上部漏斗形的变流速进水装置16，污水在变频水泵15的工作下，经进水管19进入变流速进水装置16内，在伞状进水室38和漏斗型出水室39的作用下，使进水流速增大，同时在切割叶片40的作用下，将出水切割，使水流分布均匀。污水经变流速进水装置16均匀进入缺氧区1内，在填料6上的反硝化细菌的作用下去除水体内的有机质和硝态氮，变流速进水装置16为PVC材质，进水软管19为硅胶管、橡胶管或者其他材质软管。水随着推流作用，进入好氧区2，与好氧区2中的填料18接触，在微生物的作用下，将氨氮转化为硝态氮，同时微生物生长可以消耗水体中的有机质。好氧区2中的硝化液在硝化液回流控制阀门14的打开的条件下，依靠水的重力作用，回流至缺氧区1，在缺氧区1内，经过缺氧区填料6上的微生物的作用，完成反硝化过程，硝化液回流量可利用自动化控制系统根据出水水质进行调整。沉淀区3中的污泥在排泥控制阀24的打开的条件下依靠重力作用排出，在污泥回流控制阀22打开的条件下依靠重力作用完成污泥回流过程，污泥回流控制阀22和排泥控制阀24根据自动化控制系统根据出水水质进行启停与控制。
打开反冲洗水管控制阀门31使水流短路，上部清水倒流至过滤器5，实现对过滤器5的反冲洗，反冲洗水沿反冲洗水管29进入下部缺氧区1内。
净化后的水体最后经过筛网10，防止填料随水流动而流失，出水经过挡板9的作用，使水的流速大于生物膜的流速，使生物膜沉降在出水区3的底部，处理后的水经过出水堰板20，在出水堰21中的经紫外消毒装置4的作用下杀死剩余微生物，经过过滤装置5去除水中的悬浮物，使出水达到回用标准，出水经过出水管25排出回用，在出水水质检测仪器28的作用下，实现出水水质的自动化检测。
实施例1
本实施例用于说明本发明装置的具体应用效果。本实施例中，对南京市江宁区某农村生活污水开展一种界面切割的生物净化污水处理装置，其中进水量为0.5m3/d，进水COD为200mg/L，氨氮为30mg/L，TN为35mg/L。
本实施例中的一种界面切割的生物净化污水处理装置，每段直径均为200mm，缺氧区1高度为250mm，好氧区2高度为1130mm，选用MBBR填料，填料直径为1cm，填料6和填料18的填充比例均为40％，缺氧区1和好氧区2之间的多孔板17为无纺布和PP材质，反应器中水流为由下向上，原水先经过进水装置16均匀进入缺氧区1，在进水装置16的作用下，进水流速较快，可以使缺氧区内的“液-液”界面切割，使其更易与在缺氧区1中的悬浮填料6上的微生物相作用，部分有机质和硝态氮被去除。水体再通过布水板7均匀进入好氧区2，在布水板7旁的自吸式溶气和微细气泡制造装置8的作用下，通过高速流动的水体产生低压，吸附空气进入好氧区，同时由于旋转加压，使水中溶气形成直径为10μm到数百纳米之间的纳米微气泡，将水气混合均匀，使以将“气-液”界面的颗粒物破碎为更易分解的小分子，促进“气-液”界面的总传质效率，提高有机质的传递速率，同时在好氧区2中的填料18上的微生物的作用下，消耗大量有机质，并将原水中的氨氮转化为硝态氮，好氧区的溶解氧保持在2-3mg/L，水体在沉淀区3的上部设置硝化液回流处，将沉淀区3内的硝化液依靠重力作用回流至缺氧区1内，补充缺氧区1中的硝态氮，依靠阀门14控制硝化液回流比，可根据实际出水情况调整硝化液回流比。沉淀区3中的污泥通过污泥回流控制阀22和排泥控制阀24根据自动化控制系统根据出水水质进行启停与控制。处理后的水经出水口排入沉淀区3，通过紫外杀菌4和过滤装置5，使出水达到回用标准。水流在整个升流式反应器中的停留时间为5.4小时，水泵15为变频泵，可利用自动化控制系统，调控进水量。
在系统运行的120天期间，对农村生活污水的垂直流生物膜反应器的一体化水处理系统的进出水水质进行了检测分析，发现有机质去除率为83.3％，氮的去除率为70.58％，COD出水为48mg/L，氨氮出水为3.8mg/L，TN出水为10mg/L，实现了出水达到回用标准。
尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种界面切割的生物净化污水处理装置，其特征在于，包括缺氧区、好氧区、清水区和污泥沉淀区；缺氧区的下部设有进水装置，好氧区设置于缺氧区的上方，两者之间以多孔板相隔；缺氧区和好氧区内均设有微生物挂膜填料；好氧区的上部侧壁设有开口，开口处设有用于防止微生物挂膜填料随水流出的滤网，好氧区的上部侧壁的外侧设有出水堰板，与好氧区的上部侧壁之间构成清水区，污泥沉淀区设置于好氧区侧壁外侧、清水区的下方，与清水区连通。
2.根据权利要求1所述的一种界面切割的生物净化污水处理装置，其特征在于，所述进水装置为下部为伞形、上部为漏斗型的变流速进水装置，其出口处设有若干个倾斜的叶片，将高速出水进行切割，增大界面传质速率。
3.根据权利要求1所述的一种界面切割的生物净化污水处理装置，其特征在于，所述好氧区的底部、多孔板的上方设有布水板，布水板的上方设置有用于形成纳米微气泡的自吸式溶气和微细气泡制造装置。
4.根据权利要求3所述的一种界面切割的生物净化污水处理装置，其特征在于，所述自吸式溶气和微细气泡制造装置包括壳体，壳体的内部依次设有进水喷嘴、细管、扩散室、水气混合管；所述进水喷嘴自其进口至出口，流通面积逐渐减小，其出口连接细管的进口；壳体上开有进气口，扩散室的进口与进气口和细管的出口连通；扩散室自其进口至出口，流通面积逐步扩大后，逐步减小，逐步减小的部分内壁设有螺旋叶片，其出口连接水气混合管；水气混合管上设有若干个开口，开口处设有切片，切割水气形成纳米微气泡；水气混合管设置于好氧区底部、布水板的上方。
5.根据权利要求1所述的一种界面切割的生物净化污水处理装置，其特征在于，所述出水堰板上的出水口连接出水堰；出水堰内设有紫外消毒装置，底部连通过滤器。
6.根据权利要求5所述的一种界面切割的生物净化污水处理装置，其特征在于，所述筛网与出水堰板之间设有挡流板，使水的流速大于水中生物膜的流速，使水中生物膜沉降于污泥沉淀区。
7.根据权利要求5所述的一种界面切割的生物净化污水处理装置，其特征在于，还包括硝化液回流管，硝化液回流管的两端分别连接所述筛网与出水堰板之间的水体和缺氧区。
8.根据权利要求1所述的一种界面切割的生物净化污水处理装置，其特征在于，所述污泥沉淀区底部通过污泥回流管连通缺氧区；污泥回流管上设有污泥回流控制阀门，污泥回流管连接排泥管，排泥管上设有排泥控制阀门。
9.根据权利要求1所述的一种界面切割的生物净化污水处理装置，其特征在于，所述缺氧区有若干个，若干个缺氧区竖向依次设置，相邻缺氧区之间通过布水板相隔。
10.根据权利要求1所述的一种界面切割的生物净化污水处理装置，其特征在于，所述微生物挂膜填料为浮动填料，体积填充比例为30％～50％，填料直径为1cm、2cm或2.5cm，表面积为520-1000m2/m3。
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