CN112047475A - 方形一体化垂直流迷宫结构及污水处理装置、系统、方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了方形一体化垂直流迷宫结构及污水处理装置、系统、方法，该结构包括方形的处理池、位于处理池内的竖向隔板以及用于控制污水在所述处理池中流动的控制系统，所述竖向隔板将所述处理池分割成厌氧区、缺氧区、好氧区和沉淀区，所述厌氧区前端至所述好氧区前端之间设有折流通道。本发明所提供的方形一体化垂直流迷宫结构，结构上大大延长了厌氧区和缺氧区的停留时间，通过控制回流，保证了厌氧区、缺氧区的高浓度活性污泥。在此流态环境中，充分利用活性污泥颗粒进行生化反应，实现高效脱氮除磷的目的。

Description

方形一体化垂直流迷宫结构及污水处理装置、系统、方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，具体涉及方形一体化垂直流迷宫结构及污水处理装置、系统、方法。

背景技术

我国是一个用水大国，但水的污染也十分严重。目前大多地方污水的收集与处理采用的是集中收集与处理的方式，但远离城镇、偏僻的工矿企业建造的住宅小区、农村聚集区等居住区，由于远离城镇污水处理厂，其产生的生活污水只能采用化粪池等简单的污水处理方式，达不到越来越严格的污水排放标准。尤其是我国广大农村、小城镇的污水处理设施和管网建设严重滞后，大量处理不完全，甚至没有经过处理的生活污水直接排放，对当地的水资源生态环境造成了极大的负担。

生化法处理污水是一种常用的污水处理办法，该方法利用微生物的新陈代谢功能，将污水中呈溶解或胶体状态的有机物分解氧化为稳定的无机物质，使污水得到净化。在处理过程中需要保持活性污泥的悬浮，不能使其沉降到池底。大部分生化法污水处理工艺，厌氧区和缺氧区底部装有潜水搅拌机，为防止活性污泥沉积潜水搅拌机通常为连续运行，好氧区底部装有曝气装置，由风机提供曝气，曝气风机通常为连续运行，底部还装有硝化液回流泵，把好氧区污泥回流至缺氧区，沉淀区进行泥水分离，池底装有污泥回流泵，把沉淀污泥回流至厌氧区。传统一体式污水处理设备为保障正常运行，至少需要2台潜水搅拌机，1台风机和2台回流泵。

但是，上述污水处理设备由于曝气管及潜水搅拌电机安装在池内，使得污水处理装置建设成本升高，同时需要不定期的对其进行修护检修，设备检修维护时首选需要将对各个池内的活性污泥移出，或者将潜水搅拌电机从池内取出，再进行维护，维护操作复杂，且增加了设备的维护成本，严重降低了污水处理装置的使用率。同时该污水处理设施的维护需要专业技术管理人员，而专业技术管理人员缺乏等原因，造成管理水平低，污水处理效果波动性大，检修及维护困难等问题。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种方形一体化垂直流迷宫结构。

实现本发明目的的技术方案如下：本发明提供了一种方形一体化垂直流迷宫结构，包括方形的处理池、位于处理池内的竖向隔板以及用于控制污水在所述处理池中流动的控制系统，所述竖向隔板将所述处理池分割成厌氧区、缺氧区、好氧区和沉淀区，所述厌氧区前端至所述好氧区前端之间设有折流通道，其中，所述折流通道设有多个导流板，所述导流板分为上导流板和下导流板，所述上导流板和所述下导流板间隔设置，所述上导流板和下导流板将所述折流通道分割成多个依次连通的折流池，所述上导流板与所述处理池的底部以及侧壁固定连接，且所述上导流板的高度低于所述处理池侧壁，所述上导流板与所述处理池侧壁形成污水通过的上部翻越通道；所述下导流板与所述处理池的侧壁固定连接，所述下导流板的下端与所述导流壁的底部间形成污水通过的下部通道；所述相邻上导流板和下导流板的顶部高度从厌氧区前端至好氧区前端逐渐降低，所述下导流板的下端与所述处理池底部的距离为5-500mm。

本发明所提供的一种方形一体化垂直流迷宫结构，还可以具有这样的特征：所述好氧区和所述缺氧区之间的导流板为上导流板。

本发明所提供的一种方形一体化垂直流迷宫结构，还可以具有这样的特征：所述控制系统包括：曝气单元，设置在所述好氧区中，用于所述好氧区的曝气；回流单元，用于在所述厌氧区、所述缺氧区、所述好氧区和所述沉淀区之间多点回流；在线监测单元，设置在所述好氧区，用于监测所述好氧区的工作数据；控制单元，与所述曝气单元、所述回流单元和所述在线监测单元连接，用于根据接收所述在线监测单元所监测的工作数据生成控制所述曝气单元和所述回流单元的工作命令。

本发明所提供的一种方形一体化垂直流迷宫结构，还可以具有这样的特征：所述回流单元包括从下述回流管中选出的一种或多种，第一回流管，设置在所述缺氧区和所述厌氧区之间，用于所述缺氧区末端至所述厌氧区前端的回流；第二回流管，设置在所述缺氧区内部，用于所述缺氧区后端底部至所述缺氧区前端的回流；第三回流管，设置在所述好氧区和所述缺氧区之间，用于所述好氧区至所述缺氧区前端的回流；第四回流管，设置在所述沉淀区和所述缺氧区之间，用于所述沉淀区底部至所述缺氧区前端的回流；第五回流管，设置在所述沉淀区和所述好氧区之间，用于所述沉淀区底部至所述好氧区的回流。

本发明所提供的一种方形一体化垂直流迷宫结构，还可以具有这样的特征：所述回流单元还包括风机，所述风机用于提供回流单元的回流动力。

本发明所提供的一种方形一体化垂直流迷宫结构，还可以具有这样的特征：所述控制系统还包括电磁阀组箱，所述电磁阀组箱与所述曝气单元、所述回流单元和所述控制单元连接，用于执行所述控制单元所发出的工作命令。

本发明所提供的一种方形一体化垂直流迷宫结构，还可以具有这样的特征：所述控制单元控制所述曝气单元的曝气强度和曝气时间，以及所述回流单元的回流强度和回流时间。

本发明的另一目的在于提供一种污水处理装置，具有这样的特征，所述污水处理装置包含上述任一项所述的方形一体化垂直流迷宫系统。

本发明的目的还在于提供一种污水处理系统，具有这样的特征，所述污水处理系统包括上述的污水处理装置。

本发明的目的还在于提供一种污水处理方法，具有这样的特征，所述污水处理方法使用如上述任一项所述的一种方形一体化垂直流迷宫结构。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明所提供的一种方形一体化垂直流迷宫结构，结构上大大延长了厌氧区和缺氧区的流程，消除回流活性污泥对厌氧区和缺氧区的不利影响，并大幅度地提高其脱氮效率，同时有利于除磷，控制和适应厌氧区、缺氧区对碳源的利用。

2、本发明所提供的一种方形一体化垂直流迷宫结构，运行过程全部由控制单元根据在线检测设备采集数据自动控制完成，运行过程全程自动化，无需人工干涉，在设备运行过程中，无需配备专业技术人员进行人工操作，节省了人工，降低了运行成本。

3、本发明所提供的一种方形一体化垂直流迷宫结构的运行方式为程序控制，通过在线检测设备检测数值不断调整运行程序的曝气强度和持续时间，在设备运行中根据在线检测设备检测数据实行间歇程序运行，而非传统设备中的多台动力设备连续运行，更加节能降耗。

4、本发明所提供的一种方形一体化垂直流迷宫结构无需设置调节池，垂直流迷宫结构从池型结构和运行管理两方面进行优化，整个系统是在高污泥浓度下运行的，完全具备抗冲击负荷的能力，节省了停留时间为8-12小时的调节池的土建投资，现场占地紧张，工期短，材料可以重复利用，土建占比小，土建专业费用可以降低，工期受土建制约较小。

5.本发明所提供的一种方形一体化垂直流迷宫结构的工艺污泥培养驯化时间短且污泥性能高，特别适用于如学校、酒店等受假期影响，忙季淡季交叉的情况。当学校再次开学、酒店进入忙季的时候，垂直流迷宫结构系统从启动到系统运行正常时间较短。

附图说明

图1为本发明的所提供的垂直流迷宫结构的反应流程图；

图2为本发明的实施例所提供方形一体化垂直流迷宫结构的示意图；

图3为本发明的实施例所提供的折流通道的结构示意图；

其中，1：处理池；2：竖向隔板；3：好氧区；4：折流通道；5：导流板；51：下导流板；52：上导流板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

在本实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“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创造和简化描述，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创造的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，为一体化垂直流迷宫结构的反应流程图，垂直流迷宫工艺是指在厌氧区和缺氧区内置竖向导流板，将厌氧区和缺氧区隔成若干个串联竖向流的反应室，每个反应室都是相对独立的上下流式污泥床系统。工艺的原理是厌氧区和缺氧区结构上采用垂直流迷宫式结构，多个向下流和向上流污泥床间隔串联。VFL组合池的进水方式为脉冲式进水，使其中向上流的分格内，在进水时由于污水的向上流速使污泥形成悬浮的污泥床，部分污泥会随水流进入下一个向下流分格，大部分污泥在停止进水的状态下因重力作用留在该格内，因此这一结构使厌氧缺氧区内保持很高的污泥浓度，使单位池容的反应效率大幅度提高。特别是应对东北地区冬季水温低的情况，高浓度污泥系统能够以自身为补充碳源，并克服低温下污泥活性降低的困难。该结构在相同池容的条件下最大限度地延长了厌氧区和缺氧区的停留时间，不仅避免了污水在反应池中发生短流，而且使污水与微生物充分接触、混合，延长有效反应时间。其具有独特的污泥循环路线。沉淀区泥斗内的活性污泥一部分回流到缺氧区前端，这部分污泥带有溶解氧，同样由于垂直流结构的特点，水流至缺氧区第二、三格，溶解氧浓度迅速下降，反硝化在较长的缺氧流程中进行非常彻底，并充分利用污水中的碳源(BOD5)，其反硝化速率远远高于依靠内源呼吸作用进行的反硝化。缺氧区中部的污泥不断回流到迷宫格最前端，同时厌氧、缺氧、好氧区的污泥都可从本区末端回流至本区前端，总的来说，污泥不断被输送到迷宫格前端，污泥沿迷宫格保持流动性，并由于迷宫上下翻腾的结构保持高的污泥浓度，迷宫部分污泥浓度7-8g/L，好氧部分3-4g/L。

在本发明的实施例中，如图2所示，为一种方形一体化垂直流迷宫结构，包括方形的处理池1、位于处理池内的竖向隔板2以及用于控制污水在所述处理池中流动的控制系统，所述竖向隔板2将所述处理池分割成依次连接的厌氧区、缺氧区、好氧区3和沉淀区，所述厌氧区前端至所述好氧区3前端之间设有折流通道4，如图3所示，折流通道4设有多个导流板5，导流板分为上导流板52和下导流板51，上导流板52和下导流板51间隔设置，上导流板52和下导流板51将折流通道4分割成多个依次连通的折流池，上导流板52与处理池1的底部以及侧壁固定连接，且上导流板52的高度低于处理池1侧壁，上导流板52与处理池1侧壁形成污水通过的上部翻越通道；下导流板51与处理池1的侧壁固定连接，下导流板51的下端与处理池1的底部间形成污水通过的下部通道。好氧区3和所述缺氧区之间的导流板为上导流板52。

控制系统包括曝气单元、回流单元、在线监测单元和控制单元。

曝气单元，设置在所述好氧区3中，用于所述好氧区3的曝气；

回流单元(含1种或多种)，包括第一回流管、第二回流管、第三回流管、第四回流管和第五回流管，回流单元用于使污水在所述厌氧区、所述缺氧区、所述好氧区3和所述沉淀区之间回流；第一回流管，设置在所述缺氧区和所述厌氧区之间，用于所述缺氧区末端至所述厌氧区前端的回流；第二回流管，设置在所述缺氧区内部，用于所述缺氧区后端底部至所述缺氧区前端的回流；第三回流管，设置在所述好氧区3和所述缺氧区之间，用于所述好氧区3至所述缺氧区前端的回流；第四回流管，设置在所述沉淀区和所述缺氧区之间，用于所述沉淀区底部至所述缺氧区前端的回流；第五回流管，设置在所述沉淀区和所述好氧区3之间，用于所述沉淀区底部至所述好氧区3的回流。

在线监测单元，设置在所述好氧区3，用于监测所所述好氧区3的工作数据；

控制单元，与所述曝气单元、所述回流单元和所述在线监测单元连接，用于根据所述在线监测单元所监测的工作数据生成控制所述曝气单元和所述回流单元的工作命令，控制单元控制所述曝气单元的曝气强度和曝气时间，以及所述回流单元的回流强度和回流时间。

工作流程：

待处理污水依次进入厌氧区、缺氧区、好氧区3和沉淀区进行生物脱氨除磷处理。污水在折流通道4内折流通过，依次从上部翻越通道和下部翻越通道通过。折流通道4内多个向下流和向上流污泥床间隔串联。其中在向上流的分格内，由于污水的向上流速使污泥形成悬浮的污泥床，少部分污泥会随着污水进入下一个向下流分格，大部分污泥因重力作用留在该格内,在好氧区3的好氧条件下微生物把污水中的氨氮转化为硝酸盐氮或亚硝酸盐氮，在缺氧区的缺氧条件下微生物把硝酸盐氮和亚硝酸盐氮转化为氮气，逸出水面从而完成脱氮。厌氧区内水中溶解氧＜0.2mg/L、缺氧区内水中溶解氧＜0.5mg/L、好氧区3内水中溶解氧＞2mg/L。好氧区3中设置的在线监测单元监测ORP值，即氧化还原电位，将ORP值传递给控制单元后，控制单元生成不同的工作命令，控制第一回流管、第二回流管、第三回流管、第四回流管和第五回流管的工作。控制了第一回流管从缺氧区末端至厌氧区前端的回流、第二回流管从缺氧区后端底部至所述缺氧区前端的回流、第三回流管从好氧区3至缺氧区前端的回流、第四回流管从沉淀区底部至缺氧区前端的回流以及第五回流管从沉淀区底部至好氧区3的回流。在污水处理装置、系统和方法中含1种或多种上述回流。

在上述实施例中，方形的处理池可以实现去工程化，实现材料的可重复利用，土建占比小，土建专业费用可以降低，工期受土建制约较小，而且方形结构更适合运输，适用于长距离运输的村镇、偏远工厂等环境。这一结构使厌氧缺氧区内保持很高的污泥浓度，一般在6000～8000mg/L，使处理池的反应效率大幅提高。同时，该结构在相同池容的条件下最大限度地延长了厌氧区和缺氧区的流程，不仅避免了污水在反应池中发生短流，而且使污水与微生物充分接触、混合，延长有效反应时间。尤其是上升流态的分格消除了回流污泥中硝酸盐对厌氧区和缺氧区环境状态的不利影响，大幅度地提高污水处理效率和抗冲击能力、并大幅度地提高其脱氮效率，同时有利于除磷，控制和适应厌氧区、缺氧区对碳源的利用。设有控制单元，运行程序全部由控制单元根据在线检测设备采集数据自动控制完成，运行过程全程自动化，无需人工干涉，在设备运行过程中，无需配备专业技术人员进行人工操作，节省了人工，降低了运行成本。通过在线检测设备检测数值不断调整自动运行程序的曝气强度和持续时间，在设备运行中无需人员手动操作，自动化程度高。并且程序之间的运行周期通过在线监测所得到的工作数据所计算，在不同时间内进行不同的程序，从而节约能耗。

在本发明的另一个实施例中，在上述实施例的基础上，回流单元还包括风机，所述风机用于提供回流单元的回流动力。

在上述实施例中，风机作为回流单元的回流动力源，解决了现有技术中还需要的安装在池底的曝气管和潜水搅拌电机等设备，避免了检修设备时还需要将各个池内的活性污泥移出，或者将潜水搅拌电机从池内取出，再进行维护的复杂操作，降低了维护检修的成本，同时解决了现有技术中对于维护所需要的专业技术人员的依赖问题，进一步降低了成本。

在本发明的另一实施例中，控制系统还包括电磁阀组箱，所述电磁阀组箱与所述曝气单元、所述回流单元和所述控制单元连接，用于执行所述控制单元所发出的工作命令。电磁阀组箱通过控制柜借助在线测量设备测量数据控制回流阀组箱执行回流程序，回流程序控制第一回流管、第二回流管、第三回流管、第四回流管、第五回流管，上述回流包含1种或多种。曝气程序控制好氧区底部曝气膜和污泥区曝气膜。

在上述实施例中，本发明所提供的一种方形一体化垂直流迷宫结构内部设有运行程序，通过在线检测设备检测数值不断调整自动运行程序的曝气强度和持续时间，在设备运行中无需人员手动操作，自动化程度高。

在本发明的另一实施例中，沉淀区设有泥水分离器和出水槽。泥水分离器形状为倒锥形，底部朝上，锥顶与池底连接，泥水分离器的其中一侧侧壁开有梯形孔洞，孔洞外装有档板，档板与侧壁有一定角度，供好氧区3污泥进入。泥水分离器可由PP板或碳钢板焊接制作。出水槽置于泥水分离器上部，收集槽为长条形，四周为锯齿形出水堰。

在上述实施例中，在沉淀区的末端设置了泥水分离器，将污水中的活性污泥和水分离开，水通过收集槽排出污水处理设备，活动污泥下沉，分离器设置为倒锥形，保证了活性污泥全部回流，不会堆积在泥水分离器中。挡板和侧壁的角度控制了泥水混合物进入的量、进入角度和速度，使得污水可以在泥水分离器中进行有效的分离，不会发生流速过低导致的进口污染，或者流速过快产生湍流，影响污泥沉淀。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.方形一体化垂直流迷宫结构，其特征在于，包括方形的处理池、位于处理池内的竖向隔板以及用于控制污水在所述处理池中流动的控制系统，所述竖向隔板将所述处理池分割成厌氧区、缺氧区、好氧区和沉淀区，所述厌氧区前端至所述好氧区前端之间设有折流通道，

其中，

所述折流通道设有多个导流板，所述导流板分为上导流板和下导流板，所述上导流板和所述下导流板间隔设置，所述上导流板和下导流板将所述折流通道分割成多个依次连通的折流池，

所述上导流板与所述处理池的底部以及侧壁固定连接，且所述上导流板的高度低于所述处理池侧壁，所述上导流板与所述处理池侧壁形成污水通过的上部翻越通道；所述下导流板与所述处理池的侧壁固定连接，所述下导流板的下端与所述导流壁的底部间形成污水通过的下部通道；

所述相邻上导流板和下导流板的顶部高度从厌氧区前端至好氧区前端逐渐降低，所述下导流板的下端与所述处理池底部的距离为5-500mm。

2.根据权利要求1所述的方形一体化垂直流迷宫结构，其特征在于，所述好氧区和所述缺氧区之间的导流板为上导流板。

3.根据权利要求1所述的方形一体化垂直流迷宫结构，其特征在于，所述控制系统包括：

曝气单元，设置在所述好氧区中，用于所述好氧区的曝气；

回流单元，用于在所述厌氧区、所述缺氧区、所述好氧区和所述沉淀区之间多点回流；

在线监测单元，设置在所述好氧区，用于监测所述好氧区的工作数据；

控制单元，与所述曝气单元、所述回流单元和所述在线监测单元连接，用于根据接收所述在线监测单元所监测的工作数据生成控制所述曝气单元和所述回流单元的工作命令。

4.根据权利要求3所述的方形一体化垂直流迷宫结构，其特征在于，所述回流单元包括从下述回流管中选出的一种或多种：

第一回流管，设置在所述缺氧区和所述厌氧区之间，用于所述缺氧区末端至所述厌氧区前端的回流；

第二回流管，设置在所述缺氧区内部，用于所述缺氧区后端底部至所述缺氧区前端的回流；

第三回流管，设置在所述好氧区和所述缺氧区之间，用于所述好氧区底部至所述缺氧区前端的回流；

第四回流管，设置在所述沉淀区和所述缺氧区之间，用于所述沉淀区底部至所述缺氧区前端的回流；

第五回流管，设置在所述沉淀区和所述好氧区之间，用于所述沉淀区底部至所述好氧区的回流。

5.根据权利要求4所述的方形一体化垂直流迷宫结构，其特征在于，所述回流单元还包括风机，所述风机用于提供回流单元的回流动力。

6.根据权利要求3所述的方形一体化垂直流迷宫结构，其特征在于，所述控制系统还包括电磁阀组箱，所述电磁阀组箱与所述曝气单元、所述回流单元和所述控制单元连接，用于执行所述控制单元所发出的工作命令。

7.根据权利要求3所述的方形一体化垂直流迷宫结构，其特征在于，所述控制单元控制所述曝气单元的曝气强度和曝气时间，以及所述回流单元的回流强度和回流时间。

8.污水处理装置，其特征在于，所述污水处理装置包含权利要求1-7任一项所述的方形一体化垂直流迷宫系统。

9.污水处理系统，其特征在于，所述污水处理系统包括权利要求8所述的污水处理装置。

10.污水处理方法，其特征在于，所述污水处理方法使用如权利要求1-7任一项所述的方形一体化垂直流迷宫结构。

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