CN116199333B - 一种强化内循环的污水厌氧处理方法 - Google Patents

一种强化内循环的污水厌氧处理方法

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Abstract

本发明公开了一种强化内循环的污水厌氧处理方法，加压污水经进水管进入进水区，进水与污泥搅拌区下方的污泥层混合后分流至多个内循环单元组，泥水混合液在内循环单元组向前流动并依次进入多个内循环单元，泥水混合液进入升流区，当流动至升流区顶部后在导流板的作用下进入降流区沉降，并实现颗粒污泥在相邻内循环单元内回流，水流和产气绕过导流板向上流动，导流体将上升水流分至两侧的集气罩实现气液分离，集气罩内的气体经排气管排出，水流升至溢流区顶部经溢流堰流入出水区，水流在重力作用下流入下方的污水厌氧处理模块，重复泥水混合、反应、循环、分离和溢流的过程。本发明提供的污水厌氧处理方法，可提高污泥搅拌效率，优化出水水质。

Description

一种强化内循环的污水厌氧处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种强化内循环的污水厌氧处理方法。
背景技术
在污废水处理领域，常采用升流式厌氧污泥床(UASB)、膨胀颗粒污泥反应器(EGSB)和厌氧折流板反应器(ABR)等厌氧反应器将高浓度有机物转化为沼气，以实现污染物削减和可生化性的提高。在传统厌氧反应器中，从下至上一般分为布水区、污泥区和三相分离区。其中，污泥区是整个反应器的核心，含有污染物的污水与污泥充分接触反应，污泥在水流和产气的剪切力作用下，逐步形成沉降性能优良的颗粒污泥。
在实际使用中，颗粒污泥形成时间一般较长，期间污泥层容易形成沟流，使得污水在未经充分处理的条件下就排出反应器，影响出水水质。此外，当一部分产气粘附在污泥疏水表面时，又会导致污泥层上浮，严重影响泥-水-气三相分离效果，出现污泥流失的情况。这在使用厌氧反应器进行高负荷的厌氧氨氧化脱氮处理时比较常见，严重干扰工艺的运行稳定性。
尽管采用机械搅拌或EGSB污水回流的方法能够在一定程度上改善污泥层沟流和污泥上浮现象，但存在需要增加外部设备、运行能耗偏高和转动轴影响密封性等弊端，推广应用受限。
为了解决上述问题，本发明因此而来。
发明内容
基于上述问题，本发明目的是提供一种强化内循环的污水厌氧处理方法，可提高污泥搅拌效率，优化出水水质。
为了解决现有技术中的问题，本发明提供的技术方案是：
一种强化内循环的污水厌氧处理方法，所述处理方法基于污水厌氧处理装置，所述污水厌氧处理装置包括上下叠置的若干个污水厌氧处理模块，所述污水厌氧处理模块包括反应器本体，所述反应器本体内设有依次连通的进水区、污泥搅拌区、气液分离区和出水区，位于上部的污水厌氧处理模块的出水区与位于下部的污水厌氧处理模块的进水区相连通；
所述污泥搅拌区内设有沿所述反应器本体第一方向布置的多个内循环单元组，每个内循环单元组包括沿所述反应器本体第二方向依次连通的多个内循环单元，所述多个内循环单元的高度由所述进水区向出水区方向依次增高，所述第一方向与所述第二方向相互垂直；
所述内循环单元包括相互连通的升流区和降流区；
加压污水经进水管进入进水区，进水与污泥搅拌区下方的污泥层混合后分流至多个内循环单元组，泥水混合液在内循环单元组向前流动并依次进入多个内循环单元，泥水混合液进入所述升流区，当流动至升流区顶部后在导流板的作用下进入降流区沉降，并实现颗粒污泥在相邻内循环单元内回流，水流和产气绕过导流板向上流动，导流体降上升水流分至两侧的集气罩实现气液分离，集气罩内的气体经排气管排出，水流升至溢流区顶部经溢流堰流入出水区，水流在重力作用下流入下方的污水厌氧处理模块，重复泥水混合、反应、循环、分离和溢流的过程。
进一步的，所述进水区、出水区在所述第二方向上的长度为所述反应器本体在第二方向上长度的1/10～1/12。
进一步的，所述内循环单元的高度为所述污水厌氧处理模块高度的40％～50％。
进一步的，所述内循环单元底部的高度由所述进水区向出水区方向依次抬高10～50cm。
进一步的，所述升流区、降流区在所述第二方向上的长度比为1：1～2。
进一步的，当用于高浓度有机废水处理时，污泥中产甲烷菌占古细菌的相对丰度为70～90％。
进-步的，当用于厌氧氨氧化脱氮处理时，污泥中厌氧氨化细菌占细菌的相对丰度为10～60％。
进一步的，所述内循环单元的下方设有导流组件，所述导流组件包括沿水平方向延伸且位于所述降流区下方的第一板件及由所所述进水区向出水区方向呈倾斜向上延伸的第二板件，所述第二板件延伸至所述升流区的下方以实现进水的导流。
进一步的，通过控制进水压力及所述第二板件与所述第一板件之间的夹角，以将所述升流区内泥水流速控制在0.5～3.0m/h。
进一步的，所述导流板设置在所述升流区上方且部分延伸至所述降流区。
与现有技术相比，本发明的优点是：
加压进水进入进水区与污泥层混合后分流至内循环单元组，每个内循环单元组的多个内循环单元的高度由进水区向出水区方向逐渐增加，泥水混合液可在内循环单元内实现向前推动，泥水混合液在升流区反应后进入降流区进行沉降，实现均匀布水和污泥回流，提高了污泥搅拌效率，不需要设置额外的机械搅拌设备，节省能耗，优化出水水质。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种强化内循环的污水厌氧处理模块实施例的结构示意图之一；
图2为本发明实施例一种强化内循环的污水厌氧处理模块的结构示意图之二；
图3为本发明实施例一种强化内循环的污水厌氧处理装置的结构示意图；
其中：
1、反应器本体；1-1、进水区；1-2、污泥搅拌区；1-2a、升流区；1-2b、降流区；1-3、气液分离区；1-4、出水区；
2、第一隔板；2-1、污泥回流孔；
3、第二隔板；
4、内循环隔板；
5、第一板件；
6、第二板件；
7、导流板；
8、导流体；
9、斜板；
10、溢流堰；
11、进水管；
12、出水管；
13、排泥管；
14、排气管；
15、第三隔板。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
参见图1和图2，为本发明的结构示意图，提供一种强化内循环的污水厌氧处理模块，包括反应器本体1，反应器本体1内设有依次联通的进水区1-1、污泥搅拌区1-2、气液分离器1-3和出水区1-4。进水区1-1和出水区1-4设置在反应器本体1相对的两侧且沿反应器本体1高度方向延伸，污泥搅拌区1-2设置在反应器本体1的下部，气液分离区1-3设置在污泥搅拌区1-2的上方。
本例中，反应器本体1为上下封闭的长方体，横向截面为正方形，高度与正方形边长的比为1～3：1，在反应器本体1内设置竖直方向延伸的第一隔板2和第二隔板3，第一隔板1由反应器本体1的顶部延伸至底部且与反应器本体1内壁之间形成进水区1-1，第二隔板3上端与反应器本体1顶部之间具有间距且下端延伸至底部，第二隔板3与反应器本体1之间形成出水区1-4。
污泥搅拌区1-2设置在第一隔板2和第二隔板3之间，包括沿反应器本体1第一方向并行布置的两个内循环单元组，两个内循环单元组之间经第三隔板15隔开。每个内循环单元组包括沿反应器本体1第二方向依次连通布置的四个内循环单元，该四个内循环单元的高度由进水区1-1向出水区1-4方向依次增加，其中，第一方向与第二方向相互垂直。本例中，反应器本体1第一方向和第二方向的边长相等。进水区1-1、出水区1-4在第二方向上的长度为反应器本体1在第二方向上长度的1/10～1/12。内循环单元的高度为反应器本体1高度的40％～50％，多个内循环单元的底部高度逐个抬高10～50cm。应该理解，内循环单元组的数目、内循环单元的数目可根据需要进行设置，本发明不做设置。
具体地，内循环单元包括靠近进水区1-1的降流区1-2b和远离进水区1-1的升流区1-2a，降流区1-2b和升流区1-2a沿竖直方向延伸且相互连通，升流区1-2a和降流区1-2b在反应器本体1的第二方向上的长度比为1：1～2。具体地，在反应器本体1内设置沿竖直方向布置的多个内循环隔板4，内循环隔板4与第一隔板2之间、相邻的内循环隔板4之间、内循环隔板4与第二隔板3之间形成降流区1-2b或升流区1-2a，多个内循环隔板4的底部高度依次抬高。
在内循环单元的下方设置导流组件，在升流区1-2a上方设置部分延伸至降流区1-2b上方的导流板7。本例中，大部分的导流板7固定在内循环板4的上端，靠近出水区1-4的导流板7固定在第二隔板3上，且呈凸弧状，以将升流区1-2a的污泥导流至降流区1-2b进行沉降。导流组件包括沿水平方向延伸且位于降流区1-2b下方的第一板件5及由进水区1-1向出水区1-4方向呈倾斜向上延伸的第二板件6，第二板件6延伸至升流区1-2a的下方以实现进水的导流，在第一隔板2上设有连通至降流区1-2b的污泥回流孔2-1。
第一板件5与第二板件6之间的夹角为135～150°，第二板件6起到闸板的作用，通过流速测定仪测定不同升流区1-2a的流速，控制进水压力，然后调节第二板件6与第一板件5之间的夹角，将泥水上升流速控制在0.5～3.0m/h，其中，第二板件6可铰接在第一板件5上，通过气缸驱动第二板件6沿着第一板件5转动以实现第二板件6与第一板件5之间角度的调节。此结构为现有技术，本发明没有具体图示。
气液分离区1-3设有自下而上布置的导流体8和集气罩，集气罩与反应器本体1之间形成集气区，在集气罩上方形成溢流区，集气区连接有排气管14，溢流区设有溢流堰10。通过导流体8将上升水流分至集气区实现气液分离。
其中，集气罩包括对称布置的两个斜板9，斜板9的一端固定在反应器本体1上且另一端向反应器本体1的中部延伸，导流体8设置两个斜板9的下方。
本例中，导流体8的纵向截面为轴对称的四边形，该四边形位于下部的顶角为136°，位于上部的顶角为94°。
反应器本体1位于污泥搅拌区1-2的下方连接有排泥管13，以排出污水厌氧模块内的污泥。
每个模块内污泥平均颗粒粒径优选在0.5～3.0mm，泥龄优选控制在30～60d，内循环单元内污泥浓度(MLVSS)在5～30g/L；当用于高浓度有机废水处理时，单个模块的有效容积负荷在5～30kg COD/m3/d，COD去除率在70％～85％，污泥中Methanobacterium、Methanothrix和Methanospirillum等产甲烷菌占古细菌的相对丰度优选为70～90％。当用于厌氧氨氧化脱氮处理时，单个模块的进水氮负荷为0.5～10kg N/m3/d，总氮去除率在75％～90％，污泥中Candidatus Brocadia、Candidatus Kuenenia和Candidatus Jettenia等厌氧氨氧化菌占细菌的相对丰度优选为10～60％。
如图3所示，本发明还公开一种强化内循环的污水厌氧处理装置，包括上下叠置的两个污水厌氧处理模块，位于上部的污水厌氧模块的出水区1-4与位于下部的污水厌氧模块的进水区1-1相连通，位于顶部的污水厌氧模块的进水区1-1连接有进水管11，位于底部的污水厌氧模块的出水区1-4连接有出水管12。应该理解，根据不同废水的处理要求，还可以设置其他数目的污水厌氧模块，相邻的污水厌氧模块之间经法兰连接。
上述的污水厌氧处理装置的处理方法为：加压污水经进水管11进入进水区1-1，进水与污泥搅拌区1-2下方的污泥层混合后均匀分流至多个内循环单元组；泥水混合液在内循环单元组下方向前流动，并依次进入多个内循环单元，泥水混合器经第二板件6进入升流区1-2a，当流动至升流区1-2a顶部，在导流板7作用下进入降流区1-2b沉降，并实现颗粒污泥在相邻内循环单元内回流，水流和产气绕过导流板7向上流动；导流体8将上升水流分至两侧的集气罩实现气液分离，集气区的气体由排气管14排出，水流升至气液分离区1-3的顶部经溢流堰10流入出水区1-4，在重力作用下流入下方的污水厌氧模块，重复泥水混合、反应、循环、分离和溢流的过程。
以下是污水厌氧处理装置处理厌氧废水的具体实施例：
实施例1：待处理水为某化工废水中污染物均值浓度为COD 4000mg/L，总氮150mg/L，pH 8.0～8.2，碱度1000mg/L(以CaCO3计)，处理规模约300m3/d。
污水厌氧处理装置采用单个污水厌氧处理模块，不锈钢覆盖搪瓷材质，主要用于去除进水中有机物。每个模块为上下底封闭的长方体，高度约8m，截面呈正方形，内部边长4m，有效容积负荷控制在17kgCOD/m3/d左右。进水区与出水区宽度为0.3m，第一隔板、第二隔板、内循环隔板厚度约0.03m。内部设有两个内循环单元组，用中央隔板隔开；每个内循环单元组包括四个内循环单元，每个内循环单元高度约3m，升流区、降流区宽度分别为0.3m和0.5m；靠近进水区的第1个内循环单元底部距离模块底面距离为0.5m，随后各单元依次抬高0.3m，模块内污泥层有效容积约4.5m×4.0m×4.0m。内循环单元组上方0.5m设置导流体，导流体的纵向剖面呈轴对称四面形，高度约0.3m；导流体上方两侧安装斜板集气罩，高度1.7m，集气罩顶端设置沼气排气管；集气罩上方0.5m设置溢流堰，宽度4m，采用常规三角堰设计。运行期间，内循环单元内MLVSS浓度约为20g/L，剩余污泥由排泥管排出，控制污泥龄约为50d。
实施例1结果表明，装置内颗粒污泥粒径在1.2～3.0mm，污泥中Methanobacterium、Methanothrix和Methanospirillum等产甲烷菌占古细菌的相对丰度约为82％。装置对进水中COD的去除率为75％～78％，出水COD浓度稳定在1000mg/L以下，水质满足传统A/O工艺进水要求，实施进一步生物脱氮处理。
实施例2：待处理水：某污泥干化厂废水，经预处理后拟采用厌氧氨氧化法处理，污染物均值浓度为氨氮180mg/L，亚硝态氮200mg/L，COD＜150mg/L，pH8.5，碱度300mg/L(以CaCO3计)，处理规模约900m3/d。
污水厌氧处理装置采用两个污水厌氧处理模块叠加组合而成，模块为不锈钢覆盖搪瓷材质，采用法兰连接，顶部模块的出水口与底部模块的进水口连通。每个模块为上下底封闭的长方体，高度约7m，截面呈正方形，内部边长4m，有效容积负荷控制在5kgCOD/m3/d左右。进水区与出水区宽度为0.3m，第一隔板、第二隔板、内循环隔板厚度约0.03m。内部设有两个内循环单元组，用中央隔板隔开；每个内循环单元组包括四个内循环单元，每个内循环单元高度约2.5m，升流区、降流区宽度分别为0.4m和0.4m；靠近进水区的第1个内循环单元底部距离模块底面距离为0.5m，随后各单元依次抬高0.4m，模块内污泥层有效容积约4.5m×4.0m×4.0m。内循环单元组上方0.5m设置导流体，导流体的纵向剖面呈轴对称四面形，高度约0.3m；导流体上方两侧安装斜板集气罩，高度1.5m，集气罩顶端设置沼气排气管；集气罩上方0.3m设置溢流堰，宽度4m，采用常规三角堰设计。底部模块结构与顶部模块相同，安装方向相反，有效容积负荷控制在1kgN/m3/d左右。运行期间，顶部和底部模块内循环单元内MLVSS浓度分别为27g/L和8g/L，剩余污泥由排泥管排出，污泥龄分别为40d和32d。
实施例2结果表明，顶部模块内颗粒污泥粒径为1.2～2.5mm，厌氧氨氧化菌以Candidatus Brocadia和Candidatus Kuenenia为主，相对丰度约47％，对进水总氮去除率约为80％；底部模块内颗粒污泥粒径为0.8～1.9mm，厌氧氨氧化菌相对丰度约18％，出水总氮浓度低于20mg/L，水质满足《污水排入城镇下水道水质标准》(GB/T31962-2015)。
上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种强化内循环的污水厌氧处理方法，其特征在于：所述处理方法基于污水厌氧处理装置，所述污水厌氧处理装置包括上下叠置的若干个污水厌氧处理模块，所述污水厌氧处理模块包括反应器本体，所述反应器本体内设有依次连通的进水区、污泥搅拌区、气液分离区和出水区，位于上部的污水厌氧处理模块的出水区与位于下部的污水厌氧处理模块的进水区相连通；
所述污泥搅拌区内设有沿所述反应器本体第一方向布置的多个内循环单元组，每个内循环单元组包括沿所述反应器本体第二方向依次连通的多个内循环单元，所述多个内循环单元的高度由所述进水区向出水区方向依次增高，所述第一方向与所述第二方向相互垂直；
所述内循环单元包括相互连通的升流区和降流区；
所述升流区上方设有部分延伸至所述降流区的导流板，所述导流板呈凸弧状；
所述内循环单元的下方设有导流组件，所述导流组件包括沿水平方向延伸且位于所述降流区下方的第一板件及由所述进水区向出水区方向呈倾斜向上延伸的第二板件，所述第二板件延伸至所述升流区的下方以实现进水的导流；
加压污水经进水管进入进水区，进水与污泥搅拌区下方的污泥层混合后分流至多个内循环单元组，泥水混合液在内循环单元组向前流动并依次进入多个内循环单元，泥水混合液进入升流区，当流动至升流区顶部后在导流板的作用下进入降流区沉降，并实现颗粒污泥在相邻内循环单元内回流，水流和产气绕过导流板向上流动，导流体将上升水流分至两侧的集气罩实现气液分离，集气罩内的气体经排气管排出，水流升至溢流区顶部经溢流堰流入出水区，水流在重力作用下流入下方的污水厌氧处理模块，重复泥水混合、反应、循环、分离和溢流的过程。
2.根据权利要求1所述的强化内循环的污水厌氧处理方法，其特征在于：所述进水区、出水区在所述第二方向上的长度为所述反应器本体在第二方向上长度的1/10～1/12。
3.根据权利要求1所述的强化内循环的污水厌氧处理方法，其特征在于：所述内循环单元的高度为所述污水厌氧处理模块高度的40%～50%。
4.根据权利要求1所述的强化内循环的污水厌氧处理方法，其特征在于：所述内循环单元底部的高度由所述进水区向出水区方向依次抬高10～50cm。
5.根据权利要求1所述的强化内循环的污水厌氧处理方法，其特征在于：所述升流区、降流区在所述第二方向上的长度比为1:1～2。
6.根据权利要求1所述的强化内循环的污水厌氧处理方法，其特征在于：当用于高浓度有机废水处理时，污泥中产甲烷菌占古细菌的相对丰度为70～90%。
7.根据权利要求1所述的强化内循环的污水厌氧处理方法，其特征在于：当用于厌氧氨氧化脱氮处理时，污泥中厌氧氨化细菌占细菌的相对丰度为10~60%。
8.根据权利要求1所述的强化内循环的污水厌氧处理方法，其特征在于：通过控制进水压力及所述第二板件与所述第一板件之间的夹角，以将所述升流区内泥水流速控制在0.5～3.0 m/h。
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