CN1240632C - 污水净化设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种污水净化设备，包括厌氧池(1)，用于利用厌氧细菌处理污水；缺氧池(2)，用于利用脱氮细菌处理来自厌氧池(1)的污水并接着将部分污水返回到厌氧池(1)；需氧池(3)，用于利用需氧细菌处理来自缺氧池(2)的污水并接着将部分污水返回缺氧池(2)；澄清池(5)，用于沉淀来自需氧池(3)的污水，排出净化水，并将部分沉淀物通过返回管线(6)返回需氧池(3)。此外，本发明提供一种具有厌氧池、缺氧池、需氧池和澄清池的污水净化设备，包括溶解氧降低池，用于接收从位于缺氧池之后的需氧池返回的污水以及来自位于缺氧池之前区域的部分污水，以减少溶解氧，并且接着将接收的污水引入到缺氧池。

Description

污水净化设备和方法

技术领域

本发明涉及利用生物预处理污水的污水净化设备和方法。更具体地，本发明涉及新型组织的污水净化设备，使污水净化效率达到最大，其中包括厌氧池、缺氧池、需氧池和澄清池，以及使用此设备净化污水的方法。

背景技术

传统的污水净化设备和方法包括一个单独的池，例如，需氧池。在需氧池中处理的污水在澄清池中沉淀，然后排出。但是，这种传统的污水净化设备和方法在脱除氮、磷和有机物方面效率低，这样排入江河的净化污水反而引起富营养化。

在解决此问题的尝试中，已经有各种改进的污水净化方法，例如，A2/O法、Bardenpho法、UCT法等等。据报道，这些方法或者这些方法的改进仅在某种程度上对污水净化效率有所改善。

例如，A2/O法，是公知的生物脱除氮和磷的典型方法，在需氧池之前顺序地排列着厌氧池和缺氧池。需氧池中处理的污水返回到缺氧池，以消除硝酸盐中的氮。澄清池中沉淀的部分活性污泥返回厌氧池，不但保持所有池中的微生物浓度，也通过在厌氧池去除磷和在随后的需氧池吸收剩余的磷达到清除磷。

但是，A2/O法也将溶解氧以及在需氧池中处理的污水返回缺氧池。这样，缺氧池中的氮脱除效率反而降低了。

另外，当在澄清池中沉淀的部分活性污泥返回厌氧池时，也返回了含氮的硝酸盐。因此，抑制了厌氧池中磷的释放，从而降低了磷的脱除效率。并且，如上所述缺氧池中氮脱除效率的降低引起返回的硝酸盐浓度的增加，从而导致磷脱除效率的进一步降低。

A2/O法中厌氧池和缺氧池的结构不足以诱发微生物的内生呼吸，并导致低的污水净化效率。

并且，为了将A2/O法应用于传统的具有单独一个需氧池的污水处理设备，需要在需氧池之前布置厌氧池和缺氧池，并安装从澄清池到厌氧池的活性污泥返回管线。这种布置不可避免地需要污水净化设备长期停工，以及很多劳动和成本的消耗。

发明内容

本发明的一个目的是解决现有技术的问题，在简单的布置下提供能达到高污水净化效率的污水净化设备和方法。

本发明的另一个目的是提供污水净化设备和方法，可以另外布置厌氧池和缺氧池，而不改变传统的包括单独一个需氧池的污水处理设备的活性污泥返回管线，并且几乎不需要污水净化设备停工。

本发明的再一个目的是提供污水净化设备和方法，将澄清池的污水返回到需氧池并保持需氧池高的MLSS水平，进而在冬季低的水温下得到高的硝化效率，从而降低经净化污水的TN水平。

本发明的又一个目的是提供污水净化设备和方法，降低从需氧池返回缺氧池的返回污水中的溶解氧，从而提高缺氧池的处理效率。

本发明的另一目的是提高溶解氧的降低速度，将溶解氧降低池的体积减小到最低程度。

本发明的另一目的是使厌氧池和缺氧池中的微生物内生呼吸最佳化，从而提高总的污水净化效率。

本发明的又一个目的是提供污水净化设备和方法，能互换地应用于具有厌氧池、缺氧池和需氧池的各种污水净化设备。

为达到本发明的上述目的，提供的污水净化设备包括：厌氧池1，利用厌氧细菌处理污水；缺氧池2，利用脱氮细菌处理来自厌氧池1的污水并接着将部分污水返回到厌氧池1；需氧池3，利用需氧细菌处理来自缺氧池2的污水并接着将部分污水返回缺氧池2；澄清池5，沉淀来自需氧池3的污水，排出净化水，并将部分沉淀物通过返回管线6返回需氧池3。

优选地，厌氧池、缺氧池和需氧池是在一个单独的池中用PE板通过布置间壁形成的。

优选地，从需氧池3返回到缺氧池2的污水在中途引入到溶解氧降低池4以减少溶解氧，并接着返回缺氧池2。

优选地，部分污水在进入厌氧池之前或部分来自厌氧池的污水被另外引入到溶解氧降低池4。

按照本发明的另一个方面，提供的具有厌氧池、缺氧池、需氧池和澄清池的污水净化设备包括溶解氧降低池，用于接收从位于缺氧池之后的需氧池返回的污水以及来自位于缺氧池之前区域的部分污水，以减少溶解氧，并且接着将接收的污水引入到缺氧池。

优选地，来自位于缺氧池之前区域的污水是原始污水和来自位于缺氧池之前的厌氧池的污水中的至少一种。

优选地，位于缺氧池之前的厌氧池和缺氧池具有污水返回管线，用于将部分来自缺氧池的污水返回位于缺氧池之前的厌氧池，其特征在于缺氧池之后的需氧池和位于需氧池之后的澄清池具有污泥返回管线，用于将位于需氧池之后的澄清池的部分沉淀物返回位于缺氧池之后的需氧池。

优选地，在入口处装有喷嘴，来自溶解氧降低池4的污水通过它引入缺氧池。

优选地，多块隔板垂直地装在厌氧池和缺氧池内部，排列成Z字形，其特征在于每块隔板的一侧与厌氧池或缺氧池的一个侧壁紧密接触，每块隔板的另一侧离开厌氧池或缺氧池另一侧壁，从而在厌氧池和缺氧池中形成污水的栓塞流。

优选地，溶解氧降低池或隔板的制造是通过在需氧池3、厌氧池1或缺氧池2的内侧壁上固定PE板固定角铁，将PE板插入PE板固定角铁之间，接着堵塞接缝。

优选地，PE板是由多块PE板连接形成的。

根据本发明的再另一个方面，提供一种污水净化方法，包括以下步骤：用厌氧细菌处理引入厌氧池的污水；将污水从厌氧池引入缺氧池用脱氮细菌处理，接着将部分污水返回厌氧池；将污水从缺氧池引入需氧池用需氧细菌处理，接着将部分污水返回缺氧池；沉淀来自需氧池的污水，并将部分沉淀物返回需氧池。

优选地，从需氧池3返回缺氧池2的污水在中途被引入溶解氧降低池4，以减少溶解氧，接着返回缺氧池2。

根据本发明的另一个方面，提供一种净化污水的方法，其中处理污水所用的污水净化设备具有厌氧池、缺氧池、需氧池和澄清池，方法包括以下步骤：将部分来自位于缺氧池之前区域的污水和从位于缺氧池之后的需氧池返回的污水引入溶解氧降低池，以减少溶解氧；将溶解氧降低池的污水引入缺氧池。

附图说明

图1是根据本发明一个优选实施例的污水净化设备的平面图；

图2是根据本发明一个优选实施例的溶解氧降低池的平面图，其中的溶解氧降低池应用在图1所示的污水净化设备上；

图3是表示根据本发明另一个优选实施例的溶解氧降低池的平面图；

图4是表示根据本发明另一个优选实施例将图3所示的溶解氧降低池应用在图1所示的污水净化设备上的平面图；

图5a和5b表示在图2所示污水净化设备的溶解氧降低池中所进行的测量溶解氧降低特性实验的结果，其中

图5a表示返回需氧池的污水的溶解氧降低特性，在需氧池中仍留有初始基质；

图5b表示基质彻底氧化后返回需氧池的污水的溶解氧降低特性；

图6a到6j表示在图4所示污水净化设备的溶解氧降低池中所进行的测量溶解氧降低特性实验的结果，其中改变来自厌氧池污水和从需氧池返回污水的混合比例；

图7到12是根据本发明又一个优选实施例装有图3所示的溶解氧降低池的污水净化设备的示意性平面图；

图13是根据本发明另一个优选实施例具有隔板的污水净化设备的示意性平面图；

图14是根据本发明另一个优选实施例具有隔板的如图2所示的污水净化设备的平面图；

图15a和15b示意性地表示根据本发明另一个优选实施例安装PE板的方法，其中PE板构成隔板、溶解氧降低池和以及间壁。

具体实施方式

图1是根据本发明一个优选实施例的污水净化设备的平面图。

图1所示的污水净化设备包括厌氧池1、缺氧池2、需氧池3和澄清池5，这与传统的使用A2/O方法的污水净化设备相似。厌氧池包括第一池1a和第二池1b，缺氧池包括第一池2a和第二池2b，需氧池包括第一池3a和第二池3b。本发明的污水净化设备将沉淀池5中沉淀的活性污泥返回需氧池，而使用A2/O法的传统污水净化设备将活性污泥返回厌氧池。

原始污水进入厌氧池。污水混合并用磷聚集有机物(PAO)去除其中的有机物(BOD)。从而磷(PO4--P)释放出来，增大了池中磷的含量。

在厌氧池中处理的污水进入缺氧池，接着用混合器混合。从而，在缺氧池中，通过脱氮细菌去除氮和有机物。

在缺氧池中处理的污水部分进入需氧池，部分通过污水返回管线返回厌氧池。当缺氧池中去除NOx的污水返回厌氧池时，很难产生由厌氧池中NOx引起的对磷减少的抑制，这样，提高了磷的最终去除效率。除此之外，向内部返回的污水含有PAO，在厌氧池重新利用以减少大量的磷并使需氧池吸收过剩的磷，从而导致磷的去除。从需氧池的底部吹入压缩空气，为需氧池供应氧气，从而去除残余有机物。并且，通过硝化细菌将铵中氮转化为NOx并向内返回到缺氧池，用脱氮细菌脱氮。在需氧池处理的污水部分返回缺氧池以去除氮，并且部分地进入澄清池5。

污泥在澄清池5中沉淀，澄清池5排出净化水并将部分活性污泥通过污泥返回管线返回需氧池。

图2是根据本发明一个优选实施例的溶解氧降低池的平面图，其中的溶解氧降低池应用在图1所示的污水净化设备上。

从需氧池返回缺氧池的污水在返回过程中通过溶解氧降低池4a降低返回污水中的溶解氧，从而增强缺氧池中的处理效率。

图中所示的溶解氧降低池4a安装在图2中需氧池的角上，但也可以单独地安装它。与需氧池中通入压缩空气不同，溶解氧降低池4a在底部装有返回管线，将底部处理后的污水抽出并输送到缺氧池。

根据本发明一个优选实施例，溶解氧降低池4a的壁高度比需氧池中水面略低，从而将需氧池中的污水引入到溶解氧降低池4a中，在溶解氧降低池4a的底部装有返回管线，用泵将底部的污水抽出。从而，污水同时流入溶解氧降低池4a并逐渐在溶解氧降低池4a中下降。由于没有压缩空气喷入溶解氧降低池4a，当污水在溶解氧降低池4a中下降的同时污水中的溶解氧减少。因此，当污水进入缺氧池时，污水中的溶解氧几乎变为零。

在脱氮阶段，NOx被用作电子接收器，其中在发电方面使用溶解氧很普遍，从而脱氮效率变差。这样，使用溶解氧降低池4a去除将溶解氧引入到缺氧池的过程，从而增强脱氮效率。

在返回管线的末端具有喷嘴，返回管线从溶解氧降低池4a连接到缺氧池，污水返回管线从缺氧池连接到厌氧池，使通过泵返回的污水喷到缺氧池和厌氧池进行混合，而不使用任何单独的混合设备。

图3是表示根据本发明另一个优选实施例的溶解氧降低池的平面图。

在图2所示的污水净化设备中，污水中含有的基质在污水通过厌氧池、缺氧池和需氧池时几乎消耗完，这样基质不足以使微生物氧化。在这种情况下，溶解氧降低池4a中出现溶解氧降低效率下降，从而整个过程中氮和磷的脱除效率下降。另一方面，在溶解氧降低池4a中将返回到缺氧池的污水中的溶解氧降低到一个阈值以下的保留时间必须很长，这样需要增大溶解氧降低池的容积。

但是，来自位于缺氧池2之前的区域的污水，例如原始污水或位于缺氧池2之前的厌氧池中的污水，含有大量基质。如图所示，本发明在溶解氧降低池4b中混合来自位于缺氧池2之后的需氧池3的返回污水与来自缺氧池2之前区域的含有大量基质的部分污水，通过物理混合和基于微生物的生物反应降低溶解氧。

图3所示的溶解氧降低池4b左侧的入口表示供应含有大量基质的部分污水，这可以是原始污水，来自厌氧池的污水，或两者都有。

图4是表示根据本发明另一个优选实施例将图3所示的溶解氧降低池应用在图1所示的污水净化设备上的平面图。

从厌氧池进入缺氧池的污水和从需氧池返回缺氧池的污水在溶解氧降低池4b中混合以降低溶解氧，接着进入缺氧池。因此，当污水进入缺氧池时混合污水中的溶解氧几乎为零。

设计者可以根据设计的目的确定从厌氧池排出的进入溶解氧降低池4b中的污水与没经过溶解氧降低池4b直接进入缺氧池的污水的比例。也就是，当所有从厌氧池排出的污水通过溶解氧降低池4b进入缺氧池时，无氧脱氮所必需的生物体不足，这样阻碍了有效脱氮。因此，厌氧池排出的进入溶解氧降低池4b中的污水的分配比例与原始污水中的生物体含量密切相关。

根据本发明的优选实施例，溶解氧降低池4b具有从需氧池到缺氧池的内部返回管线，因此部分从厌氧池排出的污水(约20-30％原始污水)与需氧池的内部返回的污水混合，通过物理稀释和基于微生物的生物反应快速降低污水的溶解氧量，使其小于0.2mg/l。因此，将由缺氧池中溶解氧引起的抑制脱氮减小到最低程度。

图5a和5b表示在图2所示污水净化设备的溶解氧降低池中所进行的测量溶解氧降低特性实验的结果，其中图5a表示返回需氧池的污水的溶解氧降低特性，在需氧池中仍留有初始基质；图5b表示基质彻底氧化后返回需氧池的污水的溶解氧降低特性。

为了测量溶解氧降低特性，收集从需氧池内部返回缺氧池的来自需氧池的排出污水，根据批量反应池的时间测量溶解氧。实验条件列于表1中。

                     表1

项目	MLSS浓度(mg/l)	温度(℃)
			实验条件	4500-5200	19-24℃

图5a表示在表1的条件下所做实验的结果。如图所示，所需的保留时间约为30分钟。可以认为，溶解氧曲线降低的斜率的差别是由基质初始浓度的差别产生的。

为了确定溶解氧浓度的降低与基质初始浓度之间的关系，在初始基质完全氧化后进行检测溶解氧降低特性的实验。实验条件列于表2。

                                表2

项目	MLSS浓度(mg/l)	温度(℃)	NH3	CODcr
					实验条件	4500-5200	19-24℃	低于1mg/l	低于15mg/l

图5b表示在表2条件下所做实验的结果。如图所示，基质的完全氧化导致溶解氧增大到7.0mg/l以上，将溶解氧降低到0.2mg/l以下所需要的时间约70分钟。在实际位置工作的需氧池中的溶解氧保持在最大值低于3mg/l。因此，需要约30分钟将溶解氧降低到与图5a相同的水平。

图6a到6j表示在图4所示污水净化设备的溶解氧降低池中所进行的测量溶解氧降低特性实验的结果，其中改变来自厌氧池污水和从需氧池返回污水的混合比例。

如前所述，图5a和5b所示的污水净化设备需要约30分钟降低溶解氧。为了缩短保留时间，本发明利用基质氧化法降低溶解氧，包括将基质加入到从需氧池返回的污水中。在最优选的方法中，如图4所示，从厌氧池排出的部分污水，其溶解氧保持在0.2mg/l以下，与溶解氧为2-3mg/l的返回污水混合，从而利用物理混合和基于微生物的基质氧化降低溶解氧，基质包含在从厌氧池中排出的水中。

表3表示将从厌氧池中排出的污水与返回到需氧池中的污水混合时检测溶解氧降低特性实验中所用的实验条件。

                           表3

项目反应池	MLSS浓度(mg/l)	溶解氧浓度(mg/l)	温度(℃)
				厌氧池	1200-1500	低于0.1	14-16
需氧池	4800-5500	3.0-2.5
			全部	3000-3500

图6a到6j表示在表3所示条件的实验中检测的溶解氧降低特性，其中来自厌氧池的污水与从需氧池向内部返回的污水的混合比例为1∶1到1∶10。

对比图6a和5a，降低溶解氧所需的时间为混合前约30分钟和混合后约4分钟，此结果的产生不但是混合厌氧池排出的污水的物理效应造成溶解氧降低，也是微生物相关的生物反应使厌氧池排出的污水中含有的大量基质氧化的结果。

为了根据实验结果确定来自厌氧池的污水与从需氧池向内部返回的污水的最佳混合比例，进行实验时来自厌氧池的污水与从需氧池向内部返回的污水的混合比例在1∶2到1∶10的范围内变化。结果，最大所需时间约为6分钟。可以看出，为保留向内返回的污水一段预定时间，如图1所示，以降低溶解氧，优选地，混合从厌氧池排出的部分污水，如图4所示。

为了总结实验结果，从需氧池向内返回的污水与从厌氧池排出的污水的混合比例在溶解氧降低池中优选地小于10，污水在溶解氧降低池中的保留时间最多10分钟。但是，应注意的是混合比例和保留时间并不限于上述的范围，只要保留时间少于图5a中的30分钟。

图7到图12是根据本发明又一个优选实施例装有图3所示的溶解氧降低池的污水净化设备的示意性平面图。图7所示的污水净化设备与图4的不同，不需要单独的空间来安装溶解氧降低池。

图8所示的污水净化设备，除了从需氧池返回的污水、部分原始污水和来自厌氧池的污水进入溶解氧降低池4b以外，在结构上也与图4的相似。图9所示的污水净化设备，除了从需氧池返回的污水和部分原始污水进入溶解氧降低池4b以外，在结构上也与图4的相似。

图10、11和12将图3所示的溶解氧降低池4b分别应用于传统的A2/O法、传统的5级Bardenpho法和传统的UCT法的示意图。

图13是根据本发明另一个优选实施例具有隔板8的污水净化设备的示意性平面图。如图所示，多个隔板8垂直地装在厌氧池1和缺氧池2中，从而在厌氧池1和缺氧池2中产生栓塞流。

每个隔板8的一个侧面与厌氧池1或缺氧池2的一个侧壁紧密接触，另一侧离开厌氧池1或缺氧池2的另一侧面一定距离。并且，多个隔板8排成Z字形，在厌氧池1和缺氧池2中形成栓塞流。

栓塞流的优点是能满足诱发微生物的内生呼吸，从而增强污染物的脱除效率。因此，这种栓塞流增大了厌氧池1或缺氧池的处理速度，提高了处理效率。

图14是根据本发明另一个优选实施例具有隔板8的如图2所示的污水净化设备的平面图。

图15a和15b示意性地表示根据本发明另一个优选实施例安装PE板的方法，其中PE板构成隔板8、溶解氧降低池4a和4b以及间壁。

如图15a所示，池中装的PE板10在比较简单的安装工作下形成溶解氧降低池4a和4b中的隔板8和间壁。固定PE板的两根角铁9相互之间隔开预定的距离，并固定在池的内壁上。PE板10插在它们之间，接着堵塞接缝，完成溶解氧降低池4a和4b、隔板8和间壁的安装。使用PE板10可实现快速安装，并且PE板10具有优异的性能，包括防水性和耐用性。从图15b中可以看出，可以使用一张单独的大的PE板10，也可以用多张宽和薄的板10a安装时垂直连接在一起。这使溶解氧降低池4a和4b的高度可以调节。

Claims (12)

1、一种污水净化设备，包括：

厌氧池(1)，用于利用厌氧细菌处理污水；

缺氧池(2)，用于利用脱氮细菌处理来自厌氧池(1)的污水并接着将部分污水返回到厌氧池(1)；

需氧池(3)，用于利用需氧细菌处理来自缺氧池(2)的污水并接着将部分污水返回缺氧池(2)；

澄清池(5)，用于沉淀来自需氧池(3)的污水，排出净化水，并将部分沉淀物通过返回管线(6)返回需氧池(3)。

2、如权利要求1所述的污水净化设备，其特征在于厌氧池、缺氧池和需氧池是在一个单独的池中用PE板通过布置间壁形成的。

3、如权利要求1所述的污水净化设备，其特征在于从需氧池(3)返回到缺氧池(2)的污水在中途引入到溶解氧降低池(4)以减少溶解氧，并接着返回缺氧池(2)。

4、如权利要求3所述的污水净化设备，其特征在于部分污水在进入厌氧池之前或来自厌氧池的部分污水被另外引入到溶解氧降低池(4)。

5、如权利要求4所述的污水净化设备，其特征在于来自位于缺氧池之前区域的污水是原始污水和来自位于缺氧池之前的厌氧池的污水中的至少一种。

6、如权利要求4或5所述的污水净化设备，其特征在于位于缺氧池之前的厌氧池和缺氧池具有污水返回管线，用于将部分污水从缺氧池返回位于缺氧池之前的厌氧池，并且缺氧池之后的需氧池和位于需氧池之后的澄清池具有污泥返回管线，用于将部分沉淀物从位于需氧池之后的澄清池返回位于缺氧池之后的需氧池。

7、如权利要求3所述的污水净化设备，另外包括装在入口处的喷嘴，来自溶解氧降低池(4)的污水通过它引入缺氧池。

8、如权利要求1所述的污水净化设备，另外包括多块隔板垂直地装在厌氧池和缺氧池内部，排列成Z字形，其特征在于每块隔板的一侧与厌氧池或缺氧池的一个侧壁紧密接触，每块隔板的另一侧离开厌氧池或缺氧池的另一侧壁，从而在厌氧池和缺氧池中形成污水的栓塞流。

9、如权利要求8所述的污水净化设备，其特征在于溶解氧降低池或隔板的制造通过在需氧池(3)、厌氧池(1)或缺氧池(2)的内侧壁上固定PE板固定角铁，将PE板插入PE板固定角铁之间，接着堵塞接缝。

10、如权利要求2或9所述的污水净化设备，其特征在于PE板是由多块PE板连接形成的。

11、一种污水净化方法，包括以下步骤：

用厌氧细菌处理引入厌氧池的污水；

将污水从厌氧池引入缺氧池用脱氮细菌处理，接着将部分污水返回厌氧池；

将污水从缺氧池引入需氧池用需氧细菌处理，接着将部分污水返回缺氧池；

沉淀来自需氧池的污水，并将部分沉淀物返回需氧池。

12、如权利要求11所述的污水净化方法，其特征在于从需氧池(3)返回缺氧池(2)的污水在中途被引入溶解氧降低池(4)，以减少溶解氧，接着返回缺氧池(2)。

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