CN1994923A - 循环式双流态污水处理反应器 - Google Patents

Abstract

本发明是一种循环式双流态污水处理反应器，由系统控制器、四个多功能区、一个生化反应区以及附属设备构成。系统控制器由电源、程序控制器、交流继电器组成；四个多功能区尺寸相同，为矩形、底部有倒梯形存泥斗结构，每两个一组分布在生化反应区两侧，通过导流孔与生化反应区连接，四个多功能区彼此没有连接，有进出水、沉淀、排泥和曝气搅拌功能；生化反应区为矩形结构，有进水、曝气和搅拌功能。本发明结合间歇工艺与连续工艺运行模式，利用双反应沉淀区，省去了回流设备，使反应区内保持稳定的污泥浓度、提高运行稳定性，不同的运行模式达到良好的脱氮除磷效率。本发明结构紧凑、运行和维护简便，过程设置灵活，适用中小规模的城市污水处理。

Description

循环式双流态污水处理反应器

技术领域

本发明属于环境保护技术领域，是利用生物反应器处理废水的设备，特别涉及一种循环式双流态污水处理反应器。

背景技术

随着我国城市化水平以及人民生活水平的不断提高，环境污染已经成为改善人民生活质量的一个主要障碍，其中水环境更是与人民的生产生活息息相关。但是在中小城镇，污染源分布零散、污废水水质水量变化较大以及市政设施不够完善等因素，使得运行灵活、操作方便、费用低廉的污废水处理工艺成为中小城镇处理水污染的主要选择。另外，氮磷等营养物质的大量排放，导致了水体的富营养化，消除氮磷等污染也是势在必行。特别是磷，作为水体富营养化的一个控制性元素，更需要严格限制其排放。

生物处理技术作为应用最为广泛的水污染控制技术，其基本原理是通过微生物吸收、分解、转化等生化作用来降低水中污染物质的浓度，达到消除污染、净化水质的目的。COD等碳类污染物作为异养微生物的食物和能量来源，被异化作用转化成二氧化碳、水等低分子低(无)污染性物质释放到环境中，或者被同化作用形成新的微生物体，在固液分离单元与处理后的水分离，使得排入环境中的水得到净化。氮类污染物通常认为是先被转化为氨氮，氨氮在好氧条件下被自养菌转化为硝态氮，最后在缺氧条件下被异养菌转化为氮气排放到环境中，从而使氮得到脱除。而磷类(主要是无机磷类)的生物处理则是聚磷菌先在厌氧条件下充分释放磷，然后在好氧条件下超量吸收磷，通过排出超量吸磷的菌达到生物除磷的目的。

生物处理技术至今已经发展了多种形式，活性污泥法是最主要的形式之一。按照运行方式活性污泥法可以分为连续式和间歇式工艺，通过合理设计与布局，它们不但可以有效去除COD等有机污染物，还能减少或消除氮磷等营养的污染。

AA/O工艺、UCT工艺、MUCT工艺等是应用比较广泛的连续式活性污泥工艺，可以同时取得较好的除磷脱氮效果，但这些工艺的缺点是处理单元多、流程长、操作管理复杂、运转费用高。SBR工艺是比较典型的间歇式活性污泥工艺，通过合理的周期设置与运行控制可以达到较好的脱氮除磷效果。但其容积利用率较低，在水量较大的情况下，其调配控制比较复杂。UNITANK工艺是比利时SEGHERS公司提出的一种新型活性污泥法，具有经济、高效和灵活的特点，整个工艺没有专门的沉淀池，不需要污泥回流，结构比较紧凑，通过交替运行达到污泥在不同反应池的分配。同时利用间歇工艺的控制原理，对进水、出水、充氧和搅拌等过程进行控制，达到较好的污染物去除效率。但是，污泥浓度的不均匀性分配容易导致系统运行的不稳定性，从而影响了去除效果；脱氮除磷效果也不够稳定。

发明内容

本发明目的是提供一种循环式双流态污水处理反应器。

本发明的另一目的是提供一种循环式双流态污水处理反应器的操作方法。

为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种循环式双流态污水处理反应器，由四个多功能区、一个生化反应区和控制设备构成；其四个多功能区分列在生化反应区的两侧，每侧两个或者对称分布于生化反应区周围；

其多功能区，具有承载进水、缺氧、厌氧和好氧生化反应以及固液沉淀分离的功能；四个多功能区内对等布置充氧搅拌设备、分离出流设施、进水出水设施和排泥设施。

其生化反应区，为一完全混合反应器，只承载生化反应，生化反应区内布置充氧搅拌设备、进水设施。

所述的循环式双流态污水处理反应器，其所述四个多功能区和生化反应区，单个多功能区有效容积与生化反应区有效容积比为1∶2，它们之间通过导流孔或者管道连接，多功能区之间没有直接连接关系。

所述的循环式双流态污水处理反应器的操作方法，其整个运行由两个对称的上、下半周期构成，只是水流方向正好相反，实现不同功能区之间的交替运行；在半周期内，同一侧的两个多功能区交替运行。

所述的方法，其在整个周期内，不同功能区之间交替运行，实现污泥的重新分配，可以减少污泥的回流设备。

所述的方法，其在半个周期内，通过调节进水点位置，实现多功能区水力学状态的交替改变。

所述的方法，其在上、下半周期内包括步骤：

a)生化反应区一侧的两个多功能区交替进水和作为缺氧反应区运行，生化反应区另一侧的两个多功能区则作为沉淀分离区，打开出水阀门，关闭所有进水阀门；

b)在反应器的进水端，原水首先进入其中一个多功能区，而另一个多功能区不进水，两个多功能区均处于缺氧搅拌状态；

c)生化反应区处于曝气好氧状态；

d)在a)、b)、c)步持续0.5～1小时后，原水改进入另一个多功能区，原来进水的一个多功能区停止进水，持续0.5～1小时后，进水过程再从另一个多功能区回复到一个多功能区重复一次，然后进入过渡阶段；

e)在过渡阶段内，一个多功能区和另一个多功能区均不进水，并处于好氧曝气状态，原水进入生化反应区，生化反应区处于曝气状态，在过渡阶段末期打开排泥阀，排出适量的泥；

f)最后是调整阶段，此时四个多功能区均保持静止沉淀状态，原水继续进入生化反应区，生化反应区停止曝气、开始搅拌。

本发明结合了中小城镇污水特点以及基础设施、技术人员状况，利用水力学原理，在连续式、间歇式和交替运行工艺的基础上提出本发明，本发明系统结构紧凑、控制灵活、操作简便、运行稳定、经济实用，并且能有效地去除有机污染物质和氮磷等营养物质。

本发明的特点：

一、各多功能区循环式进水，每个多功能区依次经过缺氧、厌氧、好氧和沉淀出水四个过程，可以提高反应器的脱氮除磷能力；

二、每个多功能区有效容积与生化反应区的有效容积比约为1∶2，并分别布置在生化反应区的两侧，

其特点如下：

(1)有利于调节进水点位置，实现反应器内混合液流动的双流态。所述双流态是指有污水进入时的水流推动流态和无污水进入时的无水流推动流态。有水流推动时，反应器内物质既有内部变化，也有空间移动形成的变化，即进入到生化反应区，从宏观来看属推流式反应过程；无水流推动时，反应器内物质为空间移动，只在内部发生变化，属完全混合式反应过程(亦为时间推流反应过程)。因此，本反应器集连续进水、间歇式运行、推流式反应和完全混合式反应特点于一体，可以有效的提高对有机污染物、氮和磷的去除效率，并可防止污泥膨胀。

(2)有水流推动时，由于进水只进入一个多功能区，与生化反应区的水力停留时间比约为1∶2，比较符合一般生物除磷的设计要求，有利于达到较好的除磷效果。而不进水的反应器则可以在比较安静的环境中充分释磷。鉴于厌氧释磷时间不易过长等原因，进水或不进水的持续时间不宜超过水力停留时间。

(3)由于缺乏污泥回流，单一多功能区中的污泥浓度受水力条件影响最大，即在不流入污泥的条件下，单一多功能区内污泥损失主要因为水流将其携带至下一反应区。同侧的两个多功能区交替进水，保证了进入生化反应区的污泥浓度，而多功能区因沉积了大量的污泥而不会导致污泥浓度降至过低水平。因此整个反应器内的污泥浓度保持了相对稳定。

本发明的设备具有如下优点：

(1)该反应器结构紧凑、构造简洁、占地面积小，运行操作与维护简单。

(2)多功能区之间交替运行既减少污泥回流设备，又充分利用了水力条件，保证污泥浓度的相对稳定。

(3)合理的有效容积分配有利于生物除磷过程，提高生物除磷效果。

(4)减少污泥回流等设备，节省运行费用。

(5)运行程序设置灵活，可以根据不同的水质条件设定不同的运行程序。

附图说明

图1.本发明循环式双流态污水处理反应器的平面图；

图2.本发明循环式双流态污水处理反应器的正立面剖视图；

图3.本发明循环式双流态污水处理反应器的A、B多功能区结构图；

图4.本发明电控设备线路简图。

具体实施方式

本发明一种循环式双流态污水处理反应器，其主体外形为一矩形结构(参见图1、图2)，该反应器由四个多功能区A、B、D、E和一个生化反应区C组成。该多功能区A、B、D、E是集进水、缺氧和好氧反应、沉淀功能于一体的区域。

生化反应区C位于反应器的中部，为矩形结构，内设曝气设备及管路、搅拌设备、进水管路及控制阀。四个多功能区A、B、D、E分列于生化反应区C两侧，每侧并列二个。每个多功能区的有效容积相同，且为矩形(参见图3，生化反应区C左侧为多功能区A和多功能区B，右侧为多功能区D和多功能区E)；各多功能区A、B、D、E内均设类型或尺寸完全一样的曝气设备及管路、搅拌设备、沉淀出水管路及控制阀、排泥管路及控制阀、进水管路及控制阀，底部设斗型或其它形式贮泥区。

每个多功能区的容积(贮泥区除外)为生化反应区容积的二分之一，各多功能区A、B、D、E之间不直接相连；各多功能区A、B、D、E与生化反应区C之间通过导流孔8连接，位于生化反应区C的导流孔8前设有与水流方向垂直的导流板7，导流板7高度不超过生化反应区C有效容积高度的四分之一。

该反应器的控制部分由电控设备构成，电控设备内由交流电源、直流电源、程序控制器、交流继电器等组成。反应器的所有需控设备均通过控制线路与电控设备内相应的继电器相连，程序控制器通过控制不同的继电器来控制不同需控设备的启闭。参见图-4，图中，PLC上1～19号接线柱与对应号码的交流继电器连接；1～5号交流继电器连接控制气路的电磁阀；；11～15号交流继电器连接控制搅拌器的电机；其余连接电动阀用于控制进水、出水和排泥。在运行时，先将运行程序及控制条件事先输入电控设备，然后按照程序控制进出水阀、进气阀、排泥阀和搅拌设备等，实现反应器的自动运行。

一种循环式双流态污水处理反应器的操作方法是：运行是周期性进行的，每个周期由两个运行程序完全一样的半周期构成，只是水流方向正好相反。在上半周期内，生化反应区C一侧的两个多功能区A、B或D、E交替进水和作为缺氧反应区运行，生化反应区另一侧的两个多功能区D、E或A、B则作为沉淀分离区，打开出水阀门，关闭所有进水阀门。在反应器的进水端，原水首先进入其中一个多功能区A或D，而另一个多功能区B或E不进水，两个多功能区均处于缺氧搅拌状态；生化反应区C处于曝气好氧状态。持续0.5～1小时后，原水改进入多功能区B或E，多功能区A或D停止进水。持续相同时间后，进水过程再从多功能区A或D到多功能区B或E重复一次，然后进入过渡阶段。在过渡阶段内，多功能区A或D和多功能区B或E均不进水，并处于好氧曝气状态，原水进入生化反应区C，生化反应区C处于曝气状态，在过渡阶段末期打开排泥阀，排出适量的泥；最后是调整阶段，此时多功能区A或D和多功能区B或E均保持静止沉淀状态，原水继续进入生化反应区C，生化反应区C停止曝气、采用搅拌，上半周期运行安排如表1所示。

所述方法中的氧由外加曝气设备提供(如空压机、鼓风机等)，经管路和阀门调节，按照程序设置运行。

表1反应器上半周期运行安排：

池体	上半周期
							第1时段	第2时段	第3时段	第4时段	第5时段	第6时段
	持续时间1	持续时间1	持续时间2	持续时间2	过渡时间	调整时间
							A池	进水搅拌	搅拌	进水搅拌	搅拌	曝气	静止沉淀

B池	搅拌	进水搅拌	搅拌	进水搅拌	曝气	静止沉淀
							C池	曝气	曝气	曝气	曝气	进水曝气	进水搅拌
D池	出水沉淀	出水沉淀	出水沉淀	出水沉淀	出水沉淀排泥	出水沉淀
							E池	出水沉淀	出水沉淀	出水沉淀	出水沉淀	出水沉淀排泥	出水沉淀

实施例1：

请参见图1、图2和图3。

PVC制成的循环式双流态污水处理反应器，其基本结构为矩形，多功能区A、B、D、E单个反应器矩形区尺寸为长×宽×高＝400×300×600MM，其中超高200MM，生化反应区C尺寸为长×宽×高＝400×600×600MM，其中超高200MM。多功能区的贮泥区为倒梯形，反应器的两个贮泥区共用一个底板，侧壁倾角为60度，下底板尺寸为长×宽＝370×170MM，上底外沿尺寸为长×宽＝600×400MM。

多功能区A、B、D、E内均装有搅拌设备1；出水溢流堰2，出水口3，其中出水口3下缘与溢流堰2底板上沿平齐；气路安装位置4用于布置进气管路；曝气头5和支架6构成曝气系统，气源由外设的空气压缩机提供。

生化反应区C内装有搅拌设备1；气路安装位置4；曝气头5和支架6构成曝气系统，气源由外设的空气压缩机提供；导流板7用于均匀分配进入生化反应区C的水流，同时防止短流现象发生。

多功能区ABDE和生化反应区C之间由导流孔8连接。

周期安排如表2所示。

表2实施例中反应器上半周期运行安排：

池体	上半周期
							第1时段	第2时段	第3时段	第4时段	第5时段	第6时段
	60min	60min	30min	30min	30min	30min
							A池	进水搅拌	搅拌	进水搅拌	搅拌	曝气	静止沉淀
B池	搅拌	进水搅拌	搅拌	进水搅拌	曝气	静止沉淀
							C池	曝气	曝气	曝气	曝气	进水曝气	进水搅拌
D池	出水沉淀	出水沉淀	出水沉淀	出水沉淀	出水沉淀排泥	出水沉淀
							E池	出水沉淀	出水沉淀	出水沉淀	出水沉淀	出水沉淀排泥	出水沉淀

进水水源取自某办公楼化粪池出水，COD为100～600mg/L，氨氮为30～80mg/L，磷酸盐为2～5mg/L，总磷为2～7mg/L。进水流量为40L/h，水力停留时间为12小时(包括沉淀2.4小时)。运行结果表明，COD去除率在70％以上，达到40～70mg/L，总磷去除率在75％以上，基本低于1mg/L，氨氮去除率较低，在20％～40％之间。需要说明的是，由于水源不具有典型的城市污水特征，而且可能含有大量重金属等有害物质，导致污泥颜色发黑，影响到污泥的性能，造成部分污染物质去除效率不够理想。

Claims (6)

1.一种循环式双流态污水处理反应器，由四个多功能区、一个生化反应区和控制设备构成；其特征在于：四个多功能区分列在生化反应区的两侧，每侧两个或者对称分布于生化反应区周围；

其多功能区，具有承载进水、缺氧、厌氧和好氧生化反应以及固液沉淀分离的功能；四个多功能区内对等布置充氧搅拌设备、分离出流设施、进水出水设施和排泥设施。

其生化反应区，为一完全混合反应器，只承载生化反应，生化反应区内布置充氧搅拌设备、进水设施。

2.如权利要求1所述的循环式双流态污水处理反应器，其特征在于：所述四个多功能区和生化反应区，单个多功能区有效容积与生化反应区有效容积比为1∶2，它们之间通过导流孔或者管道连接，多功能区之间没有直接连接关系。

3.如权利要求1或2所述的循环式双流态污水处理反应器的操作方法，其特征在于：整个运行由两个对称的上、下半周期构成，只是水流方向正好相反，实现不同功能区之间的交替运行；在半周期内，同一侧的两个多功能区交替运行。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：在整个周期内，不同功能区之间交替运行，实现污泥的重新分配，可以减少污泥的回流设备。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于：在半个周期内，通过调节进水点位置，实现多功能区水力学状态的交替改变。

6、如权利要求3所述的方法，其特征在于：在上、下半周期内包括步骤：

a)生化反应区一侧的两个多功能区交替进水和作为缺氧反应区运行，生化反应区另一侧的两个多功能区则作为沉淀分离区，打开出水阀门，关闭所有进水阀门；

b)在反应器的进水端，原水首先进入其中一个多功能区，而另一个多功能区不进水，两个多功能区均处于缺氧搅拌状态；

c)生化反应区处于曝气好氧状态；

d)在a)、b)、c)步持续0.5～1小时后，原水改进入另一个多功能区，原来进水的一个多功能区停止进水，持续0.5～1小时后，进水过程再从另一个多功能区回复到一个多功能区重复一次，然后进入过渡阶段；

e)在过渡阶段内，一个多功能区和另一个多功能区均不进水，并处于好氧曝气状态，原水进入生化反应区，生化反应区处于曝气状态，在过渡阶段末期打开排泥阀，排出适量的泥；

f)最后是调整阶段，此时四个多功能区均保持静止沉淀状态，原水继续进入生化反应区，生化反应区停止曝气、开始搅拌。

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