CN112939225A - 一种无动力污泥回流的污水脱氮除磷装置及其系统和方法 - Google Patents

一种无动力污泥回流的污水脱氮除磷装置及其系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无动力污泥回流的污水脱氮除磷装置及其系统和方法，该装置包括箱体，所述箱体内由下至上分别设置有厌氧区、缺氧‑好氧区、沉淀区、搅拌装置；所述厌氧区和所述缺氧‑好氧区之间设置有第一隔板，所述缺氧‑好氧区和所述沉淀区之间设置有第二隔板，所述箱体内设置有第三隔板，所述第三隔板与所述第二隔板倾斜向下的一端相连，并垂直向下连接至所述第一隔板倾斜向下的一端；所述箱体的侧壁底部开口作为装置的进水口，所述进水口上方设置排泥口，所述沉淀区的侧壁顶部开口作为装置的出水口。本发明采用网络、云计算等技术，对污泥回流实现自驱动管理，可以在获得较高处理效率的条件下实现较小的占地面积。

Description

一种无动力污泥回流的污水脱氮除磷装置及其系统和方法
技术领域
本发明属于水污染控制工程技术领域，涉及城市污水处理工艺的改进，具体涉及一种无动力污泥回流的污水脱氮除磷装置及其系统和方法。
背景技术
传统的氧化沟、SBR、A2/O等污水处理工艺虽在脱氮除磷方面具有很大优势，但是却也有明显的不足之处。
首先，传统的污水处理工艺在污泥回流以及搅拌设备上所投入的运行成本较高。为克服上述不足，专利CN202020114698.0提出了一种厌氧污泥回流装置，该装置单独设立了沉淀池，且在池内安装刮泥设备，这不仅增加了污泥沉淀部分的设备投入及维护支出，同时也增加了设备定期检修时人员工作强度，并且在设备检修维护时相应的沉淀池停止使用，也降低了污水处理的设备使用效率；专利申请CN202010569932.3提出了一种用于污水处理用高效搅拌装置，该方法通过电机连接多个含有搅拌叶的驱动轴来完成水量搅拌，但是系统结构复杂且系统在运行过程中极易出现运行故障等因素，导致该装置的实际水处理运行费用偏大。
其次，传统的污水处理工艺往往构建平级的缺氧池、好氧池，为实现脱氮除磷的高效效果，必须铺设硝化液内循环管道。此外，设置两个平行构筑物，还会存在碱度不平衡和碳源损耗的问题。如专利CN201921737802.5提出了一种一体化集装箱式多级多段AO工艺农村污水脱氮处理装置，该装置以此间隔布置多个缺氧柜和好氧柜，虽然弥补了碱度不平衡的问题，但是后级的缺氧和好氧柜会因存在碳源不足而脱氮效率偏低，为克服这一问题，必须在后续缺氧池内补充碳源，但这可能会造成出水COD值偏高的现象。
最后，传统的污水处理系统往往需要在同一水平面上设置沉砂池、调节池、厌氧池、缺氧池、好氧池和二沉池等污水处理构筑物，较多的工艺设施往往需要较多的地面面积，已不适合已在土地资源稀少，人口密集的城市区域建成的污水处理厂的提标改造。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明立意于环保生态和智能城市发展理念，结合传统污水处理厂在实际运行过程中出现的问题——运行成本偏高、低温处理效果不显著以及占地面积大的缺点，提供了一种无动力污泥回流的污水脱氮除磷装置及其系统和方法，采用网络、云计算等技术，对污泥回流实现自驱动管理；形成一个功能单元包含一个好氧区和两个缺氧区同时运行，节省工艺成本；应用垂向搭建的处理方法，可以减少占地面积。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种无动力污泥回流的污水脱氮除磷装置，包括箱体，所述箱体内由下至上分别设置有厌氧区、缺氧-好氧区、沉淀区、搅拌装置；所述搅拌装置设置在所述箱体的顶部，包括搅拌杆，所述搅拌杆由箱体顶部直通箱体底部，所述搅拌杆的底端设置有第一搅拌扇叶和第二搅拌扇叶，所述第一搅拌扇叶设置于厌氧区内，所述第二搅拌扇叶设置于缺氧-好氧区内；所述厌氧区和所述缺氧-好氧区之间设置有第一隔板，所述第一隔板的一端连接至所述箱体的侧壁，另一端倾斜向下，倾斜角度为8°～12°；所述第一隔板连接至侧壁的一端的板面上设置有两排方形孔洞；所述第一隔板倾斜向下的一端的上方设置有曝气装置，所述曝气装置的曝气头朝向第一隔板；所述缺氧-好氧区和所述沉淀区之间设置有第二隔板，所述第二隔板的一端连接至所述箱体的顶部中段，另一端倾斜向下，倾斜角度为50°～60°；所述第二隔板连接至箱体顶部的一端的板面上设置有孔洞；所述箱体内设置有第三隔板，所述第三隔板与所述第二隔板倾斜向下的一端相连，并垂直向下连接至所述第一隔板倾斜向下的一端；所述第三隔板将所述箱体的侧壁与所述厌氧区、所述缺氧-好氧区隔开形成一条由所述沉淀区直通所述箱体底部的通道，所述通道内设置有第一阀门；所述箱体的侧壁底部开口作为装置的进水口，所述进水口上方设置排泥口，所述排泥口处设有第二阀门；所述沉淀区的侧壁顶部开口作为装置的出水口。
优选地，所述厌氧区、所述缺氧-好氧区和所述沉淀区三者的体积比为1:8:1。
优选地，所述方形孔洞的宽度为0.5～1.5cm，所述两排方形孔洞的间隔为0.2～0.5cm。
优选地，所述排泥口位于所述进水口上方2～3cm处。
一种无动力污泥回流的污水脱氮除磷系统，包括上述的无动力污泥回流的污水脱氮除磷装置，以及与其依次无线连接的PLC设备、基站和应用客户端。
优选地，所述第二隔板上设置有水质分析仪，所述水质分析仪与所述PLC设备无线连接。
一种基于上述的无动力污泥回流的污水脱氮除磷系统的污水脱氮除磷方法，包括以下步骤：
步骤1)污水由进水口进入到厌氧区，同时从沉淀区自驱动回流的污泥也进入厌氧区，回流量是按照水质分析仪通过将检测缺氧-好氧区内的污泥浓度经PLC设备过基站在应用客户端分析决定的，应用客户端会实时操纵第一阀门的启动和关闭来确定回流量的多少，经过第一阀门的污泥会在重力的作用下自驱动下降到厌氧区；利用第一搅拌扇叶的搅拌，使得污水和污泥在厌氧区内实现流化状态，流化状态的水在厌氧区的水力停留时间为1～2h，污泥浓度为2200～2500mg/L；流化后的处理水通过倾斜设置的第一隔板上的两排方形孔洞进入到缺氧-好氧区；
步骤2)污水由厌氧区进入到缺氧-好氧区，此时的水力停留时间为2～4h，污泥浓度为3000～3500mg/L；向缺氧-好氧区内填充海绵填料，在曝气装置的曝气动力、第二搅拌扇叶的搅拌作用以及第二隔板的阻挡作用下，海绵填料随水流转动，从而实现双缺氧-好氧的区域，即在装置和海绵填料边缘区域的DO为2～4±0.5mg/L，装置和海绵填料内部区域的DO为0.7～1.2mg/L；
步骤3)污水通过第二隔板上的孔洞由缺氧-好氧区进入到沉淀区，此时水流平缓，在第二隔板的作用下，污水在沉淀区完成泥水分离，澄清水从上部区域通过出水口流出，污泥在重力作用下通过通道回流至厌氧区，并由排泥口排出，完成沉淀分离；
步骤4)水质分析仪会实时自动检测活性污泥的浓度，若活性污泥的浓度在3000～3500mg/L时，此时的应用客户端会平移第一阀门，使其角度在20°～30°；若活性污泥的浓度<2700mg/L时，则全打开第一阀门；若活性污泥的浓度>3500mg/L时，平移第一阀门，使其角度在10°以下，且第二阀门全部打开，从而完成自动调整。
优选地，步骤2)所述海绵填料的直径为0.6～1.2cm，填充比为15％～20％。
本发明的有益效果如下：
1、本发明的装置采用垂向式的自然动力下的污泥回流和排泥，不需要动力(无需污泥回流泵)，在污水处理厂规划在用地紧张的大背景下，选择搭建垂向处理设施，不仅占地面积小，而且节约工艺的运行成本。
2、本发明的装置仅利用一个搅拌装置，从而减少了投资成本和运行费用,而且每一个小室内呈现完全混合式流态。
3、相较于传统的污水处理工艺而言，将缺氧区和好氧区置于一个功能单元，同时在该功能单元上填充填料，这样填料表面存在好氧区，填料内部上为缺氧区，双缺氧-好氧的设定不仅增强原有处理系统的脱氮除磷的效果，并且可以在低温下也获得一定的处理效率，这样的设置不仅省去了硝化液回流装置，而且可以减少碳源的投入和弥补碱度的差异。
4、采用活性污泥法和生物膜两相结合的方法处理污水，可以成功克服硝化菌和聚磷菌污泥龄冲突的问题，提高了脱氮除磷的效能。
5、借助网络、大数据、云计算等技术，根据运行工艺系统内的污泥浓度，实现污泥回流阀门的自动开启，以此构建更加精细化、智能化污水处理装置，有效提升了污水处理系统的管理水平。
附图说明
图1为无动力污泥回流的污水脱氮除磷系统的结构示意图；
图中：1、箱体；2、厌氧区；3、缺氧-好氧区；4、沉淀区；5、搅拌装置；6、搅拌杆；7、第一搅拌扇叶；8、第二搅拌扇叶；9、第一隔板；10、方形孔洞；11、曝气装置；12、第二隔板；13、水质分析仪；14、第三隔板；15、通道；16、第一阀门；17、排泥口；18、第二阀门；19、出水口；20、PLC设备；21、基站；22、应用客户端；23、海绵填料；24、孔洞；25进水口。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
一种无动力污泥回流的污水脱氮除磷系统，如图1所示，包括无动力污泥回流的污水脱氮除磷装置，以及与其依次无线连接的PLC设备20、基站21和应用客户端22。
所述无动力污泥回流的污水脱氮除磷装置包括箱体1，所述箱体1内由下至上分别设置有厌氧区2、缺氧-好氧区3、沉淀区4、搅拌装置5；所述厌氧区2、所述缺氧-好氧区3和所述沉淀区4三者的体积比为1:8:1。
所述搅拌装置5设置在所述箱体1的顶部，包括搅拌杆6，所述搅拌杆6由箱体1的顶部直通箱体1的底部，所述搅拌杆6的底端设置有第一搅拌扇叶7和第二搅拌扇叶8，所述第一搅拌扇叶7设置于厌氧区2内，所述第二搅拌扇叶8设置于缺氧-好氧区3内。
所述厌氧区2和所述缺氧-好氧区3之间设置有第一隔板9，所述第一隔板9的一端连接至所述箱体1的侧壁，另一端倾斜向下，倾斜角度为8°～12°；所述第一隔板9连接至侧壁的一端的板面上设置有两排方形孔洞10。所述第一隔板9倾斜向下的一端的上方设置有曝气装置11，为了避免污泥在第一隔板9倾斜向下的一端的板面上沉积，所述曝气装置11的曝气头朝向第一隔板9。所述缺氧-好氧区3和所述沉淀区4之间设置有第二隔板12，所述第二隔板12的一端连接至所述箱体1的顶部中段，另一端倾斜向下，倾斜角度为50°～60°；所述第二隔板12连接至箱体1顶部的一端的板面上设置有孔洞24。所述第二隔板上设置有水质分析仪13，所述水质分析仪13与所述PLC设备20无线连接。所述箱体1内设置有第三隔板14，所述第三隔板14与所述第二隔板12倾斜向下的一端相连，并垂直向下连接至所述第一隔板9倾斜向下的一端；所述第三隔板14将所述箱体1的侧壁与所述厌氧区2、所述缺氧-好氧区3隔开形成一条由所述沉淀区4直通所述箱体1底部的通道15，所述通道15内设置有第一阀门16；所述箱体1的侧壁底部开口作为装置的进水口25，所述进水口25上方2～3cm处设置排泥口17，所述排泥口17处设有第二阀门18；所述沉淀区4的侧壁顶部开口作为装置的出水口19。
基于上述无动力污泥回流的污水脱氮除磷系统的污水脱氮除磷方法，具体步骤如下：
(1)厌氧单元
污水由进水口25进入到厌氧区2，同时从沉淀区4自驱动回流的污泥也进入厌氧区2，回流量是按照水质分析仪13通过将检测缺氧-好氧区3内的污泥浓度经PLC设备20过基站21在应用客户端22分析决定的，应用客户端22会实时操纵第一阀门16的启动和关闭来确定回流量的多少，经过第一阀门16的污泥会在重力的作用下自驱动下降到厌氧区2。为获得泥水在厌氧区2内获得较高的泥水混合度，首先设置污泥回流位置靠近进水位置(即进水口25)，其次利用第一搅拌扇叶7的搅拌，使得泥水在厌氧区2内实现流化状态，流化状态的水在厌氧区2的水力停留时间为1～2h，污泥浓度为2200～2500mg/L；流化后的处理水通过倾斜设置的第一隔板9上的两排方形孔洞10进入到缺氧-好氧区3。
一种优选的方案，所述方形孔洞10的宽度为0.5～1.5cm，所述两排方形孔洞10的间隔为0.2～0.5cm。
(2)混合单元
污水由厌氧区2进入到缺氧-好氧区3，此时的水力停留时间为2～4h，污泥浓度为3000～3500mg/L。向缺氧-好氧区3内填充海绵填料23，在曝气装置11的曝气动力、第二搅拌扇叶8的搅拌作用以及第二隔板12的阻挡作用下，海绵填料23随水流转动，从而实现双缺氧-好氧的区域，即在装置和海绵填料23边缘区域的DO为2～4±0.5mg/L，装置和海绵填料23内部区域的DO为0.7～1.2mg/L。
一种优选的方案，所述海绵填料23的直径为0.6～1.2cm，填充比为15％～20％
(3)无动力污泥回流单元
污水通过第二隔板12上的孔洞24由缺氧-好氧区3进入到沉淀区4，此时水流平缓，在第二隔板12的作用下，污水在沉淀区4完成泥水分离，澄清水从上部区域通过出水口19流出，污泥在重力作用下通过通道15回流至厌氧区2，并由排泥口17排出，完成沉淀分离。
(4)智能分析监测系统
水质分析仪13会实时自动检测活性污泥的浓度，若活性污泥的浓度在3000～3500mg/L时，此时的应用客户端22会平移第一阀门16，使其角度在20°～30°；若活性污泥的浓度<2700mg/L时，则全打开第一阀门16；若活性污泥的浓度>3500mg/L时，平移第一阀门16，使其角度在10°以下，且第二阀门18全部打开，从而完成自动调整。
实施例2
针对传统污水处理厂存在的问题，本实施例设计了一个中试试验，无动力污泥回流的污水脱氮除磷装置是长30cm、宽20cm、高50cm的有机长方体，由下到上分别设置为厌氧区、缺氧-好氧区和沉淀区，利用隔板控制三者的体积比为1:8:1，即厌氧区3L，缺氧-好氧区24L和沉淀区3L。
进水水质为COD为330mg/L，氨氮为40mg/L，TN为52mg/L，TP为4.8mg/L。
接种污泥后，污水同经智能控制设备控制沉淀区回流过来的含磷污泥一同进入厌氧区，在搅拌装置的作用下，污泥和水充分混合并呈循环往复的流态，本反应区(厌氧单元)的主要功能是释放磷，同时部分有机物氨化；污水由厌氧区过第一隔板上的方形孔洞进入缺氧-好氧区，本反应区(混合单元)的主要任务是脱氮和去除COD和吸收P。
经过处理之后，出水COD为15mg/L，氨氮为0.6mg/L，TN为8.5mg/L，TP为0.3mg/L。

Claims (8)

1.一种无动力污泥回流的污水脱氮除磷装置，其特征在于，包括箱体，所述箱体内由下至上分别设置有厌氧区、缺氧-好氧区、沉淀区、搅拌装置；所述搅拌装置设置在所述箱体的顶部，包括搅拌杆，所述搅拌杆由箱体顶部直通箱体底部，所述搅拌杆的底端设置有第一搅拌扇叶和第二搅拌扇叶，所述第一搅拌扇叶设置于厌氧区内，所述第二搅拌扇叶设置于缺氧-好氧区内；所述厌氧区和所述缺氧-好氧区之间设置有第一隔板，所述第一隔板的一端连接至所述箱体的侧壁，另一端倾斜向下，倾斜角度为8°～12°；所述第一隔板连接至侧壁的一端的板面上设置有两排方形孔洞；所述第一隔板倾斜向下的一端的上方设置有曝气装置，所述曝气装置的曝气头朝向第一隔板；所述缺氧-好氧区和所述沉淀区之间设置有第二隔板，所述第二隔板的一端连接至所述箱体的顶部中段，另一端倾斜向下，倾斜角度为50°～60°；所述第二隔板连接至箱体顶部的一端的板面上设置有孔洞；所述箱体内设置有第三隔板，所述第三隔板与所述第二隔板倾斜向下的一端相连，并垂直向下连接至所述第一隔板倾斜向下的一端；所述第三隔板将所述箱体的侧壁与所述厌氧区、所述缺氧-好氧区隔开形成一条由所述沉淀区直通所述箱体底部的通道，所述通道内设置有第一阀门；所述箱体的侧壁底部开口作为装置的进水口，所述进水口上方设置排泥口，所述排泥口处设有第二阀门；所述沉淀区的侧壁顶部开口作为装置的出水口。
2.根据权利要求1所述的一种无动力污泥回流的污水脱氮除磷装置，其特征在于，所述厌氧区、所述缺氧-好氧区和所述沉淀区三者的体积比为1:8:1。
3.根据权利要求1所述的一种无动力污泥回流的污水脱氮除磷装置，其特征在于，所述方形孔洞的宽度为0.5～1.5cm，所述两排方形孔洞的间隔为0.2～0.5cm。
4.根据权利要求1所述的一种无动力污泥回流的污水脱氮除磷装置，其特征在于，所述排泥口位于所述进水口上方2～3cm处。
5.一种无动力污泥回流的污水脱氮除磷系统，其特征在于，包括如权利要求1-4任一项所述的无动力污泥回流的污水脱氮除磷装置，以及与其依次无线连接的PLC设备、基站和应用客户端。
6.根据权利要求5所述的一种无动力污泥回流的污水脱氮除磷系统，其特征在于，所述第二隔板上设置有水质分析仪，所述水质分析仪与所述PLC设备无线连接。
7.一种基于权利要求6所述的无动力污泥回流的污水脱氮除磷系统的污水脱氮除磷方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)污水由进水口进入到厌氧区，同时从沉淀区自驱动回流的污泥也进入厌氧区，回流量是按照水质分析仪通过将检测缺氧-好氧区内的污泥浓度经PLC设备过基站在应用客户端分析决定的，应用客户端会实时操纵第一阀门的启动和关闭来确定回流量的多少，经过第一阀门的污泥会在重力的作用下自驱动下降到厌氧区；利用第一搅拌扇叶的搅拌，使得污水和污泥在厌氧区内实现流化状态，流化状态的水在厌氧区的水力停留时间为1～2h，污泥浓度为2200～2500mg/L；流化后的处理水通过倾斜设置的第一隔板上的两排方形孔洞进入到缺氧-好氧区；
步骤2)污水由厌氧区进入到缺氧-好氧区，此时的水力停留时间为2～4h，污泥浓度为3000～3500mg/L；向缺氧-好氧区内填充海绵填料，在曝气装置的曝气动力、第二搅拌扇叶的搅拌作用以及第二隔板的阻挡作用下，海绵填料随水流转动，从而实现双缺氧-好氧的区域，即在装置和海绵填料边缘区域的DO为2～4±0.5mg/L，装置和海绵填料内部区域的DO为0.7～1.2mg/L；
步骤3)污水通过第二隔板上的孔洞由缺氧-好氧区进入到沉淀区，此时水流平缓，在第二隔板的作用下，污水在沉淀区完成泥水分离，澄清水从上部区域通过出水口流出，污泥在重力作用下通过通道回流至厌氧区，并由排泥口排出，完成沉淀分离；
步骤4)水质分析仪会实时自动检测活性污泥的浓度，若活性污泥的浓度在3000～3500mg/L时，此时的应用客户端会平移第一阀门，使其角度在20°～30°；若活性污泥的浓度<2700mg/L时，则全打开第一阀门；若活性污泥的浓度>3500mg/L时，平移第一阀门，使其角度在10°以下，且第二阀门全部打开，从而完成自动调整。
8.根据权利要求7所述的一种污水脱氮除磷方法，其特征在于，步骤2)所述海绵填料的直径为0.6～1.2cm，填充比为15％～20％。
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