CN213738785U - 处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔 - Google Patents

Abstract

本实用新型的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔，包括进水管、厌氧反应柱、曝气柱、好氧反应柱和出水管，厌氧反应柱经第一连通柱与曝气柱相连通，曝气柱的底部设置有曝气盘，好氧反应柱的底部设置有布水管，曝气柱经第二连通柱与好氧反应柱相连通，布水管上开设有朝下的出水孔；好氧反应柱经第三连通柱与厌氧反应柱相连通。本实用新型的分置曝气组合塔，可实现充氧和搅拌和废水的自动循环，无需外加循环泵，降低了废水处理过程中的能耗；根据各类污水中污染物质的不同，通过控制曝气量和回流量可以使反应池发生不同的反应，从而更加经济高效的去除污染物质；废水经几十次循环处理后高浓度有机物和/或氨氮得以去除。

Description

处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔

技术领域

本实用新型涉及一种分置曝气组合塔，更具体的说，尤其涉及一种经曝气实现充氧和自循环的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔。

背景技术

目前高浓度有机含氮废水的处理过程通常旨在去除污水中的高浓度有机污染物质以及氮元素，这些污染物质在污水中导致水体富营养化，影响鱼类和其他水生生物的生长。

常用的处理有机含氮废水的生物处理方法主要有好氧活性污泥法、好氧生物膜法、A-B法、厌氧法等。好氧法通常需要大量曝气，导致耗电量大，一般曝气不均匀、不稳定；而且好氧菌反应速率较快，世代时间短，繁殖快，会产生大量剩余污泥。厌氧法处理有机废水，存在着厌氧菌增长缓慢，启动时间长，而且很难达到排放标准等问题。在实际应用中，关于好氧颗粒污泥应用是很少的，主要是因为传统方法好氧颗粒污泥培养时间长，且难以稳定，控制参数不明确。

目前高浓度有机废水的处理过程通常旨在去除污水中的高浓度有机污染物质，这些污染物质排入水体后消耗水中的溶解氧，使水体缺氧，影响鱼类和水生植物的生存。

传统的处理高浓度有机污染物质的生物方法：好氧法存在曝气不均匀、不稳定、有死区、且耗能大，剩余污泥产量多等缺点；厌氧法启动时间较长，反应速率较慢，且出水水质差，达不到排放标准。20世纪末发现了好氧颗粒污泥，但是在培养时存在种种困难，Mishima等学者首次在AUSB反应器中培养好氧颗粒污泥，但条件极为苛刻，需要曝纯氧气；随后Debeer等学者在流化床反应器中，使用进水预先曝气的方法培养出了颗粒污泥，但是回流比要保持在很高的水平，而流化床反应器并不能实现自动回流；SBR的发现促进了好氧颗粒污泥的发展，但是SBR为序批式反应器无法实现连续流。

本文旨在实用新型一种能够快速将好氧颗粒污泥培养起来，并结合厌氧污泥处理高浓度有机和/或含氮废水；单独设置曝气柱，污水能够在系统内不加动力的情况下循环几十次从而使污水达到排放标准的工艺设备。

发明内容

本实用新型为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔。

本实用新型的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔，包括进水管、厌氧反应柱、曝气柱、好氧反应柱和出水管，进水管用于向厌氧反应柱中通入待处理废水，出水管设置于好氧反应柱的上部，用于将处理后的废水排出；其特征在于：所述厌氧反应柱经第一连通柱与曝气柱相连通，第一连通柱的一端与厌氧反应柱的上端相连通，另一端与曝气柱的下端相连通；曝气柱的底部设置有对进入的废水进行曝气充氧的曝气盘，好氧反应柱的底部设置有布水管，曝气柱经第二连通柱与好氧反应柱相连通，第二连通柱的一端与曝气柱的上端相连通，另一端与布水管的进水口相连通，布水管上均匀开设有多个朝下的出水孔；好氧反应柱经第三连通柱与厌氧反应柱相连通，第三连通柱的一端与好氧反应柱的上端相连通，另一端与厌氧反应柱的下端相连通；厌氧反应柱和好氧反应柱中均培养有颗粒污泥；

废水首先进入厌氧反应柱在厌氧污泥中微生物的作用下发生厌氧反应，去除进水中COD以及好氧反应柱回水中的硝氮、COD和难降解物质；曝气盘对进入曝气柱的废水进行曝气充氧，废水因曝气膨胀使得相同高度上曝气柱中水压小于厌氧反应柱中的水压，迫使厌氧反应柱中废水自动流入曝气柱；曝气柱上端的废水在液位差的作用下进入好氧反应柱，废水在布水管的作用下实现均匀布水，废水在好氧反应柱中上升的过程中，在好氧颗粒污泥中微生物的作用下发生好氧反应，去除水中COD以及氨氮；好氧反应柱中的污水在液位差的作用下进入厌氧反应柱，实现废水回流，处理后的污水经出水管排出。

本实用新型的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔，所述厌氧反应柱和曝气柱位于好氧反应柱的两侧，第一连通柱、第二连通柱和第三连通柱均成倾斜状态，第一、第二和第三连通柱的水平段至倾斜段均为弧形过度，第一、第二和第三连通柱的倾斜设置和弧形过度均可减小废水流动过程中的水头损失。

本实用新型的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔，所述布水管为环形，环形布水管的下表面上均匀开设出水孔，所有出水孔的高度位于同一水平面上，以避免污泥在好氧反应柱底部出现淤积。

本实用新型的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔，所述厌氧反应柱、曝气柱和好氧反应柱的高径比范围为3～10。

本实用新型的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔，所述进水管设置于厌氧反应柱或第三连通柱上，进水管设置于厌氧反应柱上时与其底部相通，设置于第三连通柱上时与其上部相通。

本实用新型的有益效果是：本实用新型的分置曝气组合塔，通过将曝气柱与厌氧反应柱、好氧反应柱分开设置，曝气柱底部曝气盘对进入的废水进行曝气的过程中，不仅实现了对废水的曝气充氧和搅拌，而废水曝气后发生膨胀而密度降低，使得相同液位高度上曝气柱中的水压低于厌氧反应柱中的水压，迫使厌氧反应柱中的废水自动流入曝气柱，实现了废水的自动循环，无需外加循环泵，降低了废水处理过程中的能耗。

经进水管流入的废水与回水混合后首先在厌氧反应柱中发生厌氧反应，可去除进水中的COD以及回水中的COD、硝氮或难降解物质，然后经曝气柱的充氧后进入好氧反应柱发生好氧反应，进一步去除废水中COD或氨氮，使其适用于高浓度有机含氮废水、高浓度有机废水或者高浓度含氮废水的处理。同时，废水在好氧反应柱中上升的过程中，污泥受到水流剪切力的作用，以沉淀性能好的颗粒污泥在下、沉淀性能差的污泥在上的状态分布，有利于好氧反应柱中好氧颗粒污泥的形成和生产；经好氧反应柱处理后的绝大部分废水回流至厌氧反应柱中，少量废水经出水管排出，回流量是排出量的几十倍，废水经几十次循环处理后高浓度有机物和/或氨氮得以去除，使得出水满足排放要求。

附图说明

图1为本实用新型的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔的主视图；

图2为本实用新型的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔的后视图；

图3为本实用新型的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔的右视图；

图4为本实用新型的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔的俯视图；

图5、图6均为本实用新型的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔的立体图；

图7、图8均为本实用新型的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔的剖视图；

图9为本实用新型的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔的另一种结构形式的立体图。

图中：1进水管，2厌氧反应柱，3第一连通柱，4曝气柱，5第二连通柱，6好氧反应柱，7第三连通柱，8出水管，9曝气盘，10布水管，11出水孔，12密封盖。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1、图2、图3和图4所示，分别给出了本实用新型的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔的主视图、后视图、右视图和俯视图，图5和图6均给出了其立体图，图7和图8给出了其剖视图，所示的分置曝气组合塔由进水管1、厌氧反应柱2、曝气柱4、好氧反应柱6、出水管8、曝气盘9和布水管10组成，进水管1与厌氧反应柱2的底部相通，好氧反应柱6经第三连通柱7与厌氧反应柱2的底部相通，待处理的高浓度有机含氮废水经进水管进入到厌氧反应柱2的底部后，与经第三连通柱7回流的废水混合，并在好氧反应柱2中厌氧污泥中微生物的作用下发生厌氧反应，去除进水中的COD以及回水中的COD、硝氮和/或难降解物质。

厌氧反应柱2经第一连通柱3与曝气柱4相连通，第一连通柱3的进水口与厌氧反应柱2的上端相通，出水口与曝气柱4的下端相通。曝气盘9设置于曝气柱4的底部，布水管10设置于好氧反应柱6的底部，曝气柱4经第二连通柱5与好氧反应柱6相连通，第二连通柱5的进水口与曝气柱4的上端相通，第二连通柱5出水口与布水管10的进水口相连通。在曝气盘9的曝气作用下，实现对曝气柱4中废水的充氧，曝气柱4中废水曝气充氧后发生膨胀而密度降低，使得相通高度上曝气柱4中水压低于厌氧反应柱2中的水压，在压力差的作用下迫使厌氧反应柱2中的废水自动流入曝气柱4，实现废水自动流动，可见，由于曝气柱4采用分置形式布置，在曝气过程中不仅实现了对废水的充氧和搅拌，而且还为废水在整个组合塔的循环流动提供动力来源。

随着曝气柱4中废水的不断上升，在液位差的作用下曝气柱4中的废水经第二连通柱5流入布水管10，并经布水管10上的出水口11流出，实现流入废水在好氧反应柱6截面上的均匀分布。布水管10上的出水口11朝向开设，出水朝下流出，可避免污泥在好氧反应柱6中发生沉降和淤积，避免出水孔11发生堵塞。所示的布水管10可采用环形，环形布水管10的下表面上等间距开设若干出水口11，可实现良好的均匀布水效果。

所示的好氧反应柱6经第三连通柱7与厌氧反应柱2相连通，第三连通柱7的进水口与好氧反应柱6的上端相连通，第三连通柱7的出水口与厌氧反应柱2的下端相连通。出水管8与好氧反应柱6的上部相通，出水管8的内径远小于第三连通柱7的内径，以满足经好氧反应柱6处理后废水经第三连通柱7的回水，是经出水管8出水的几十倍。

废水在厌氧反应柱2中上升的过程中，初始阶段废水中的含氧量最高，在好氧颗粒污泥中微生物的作用下发生厌氧反应，去除废水中有机物和/或氨氮；随着废水的不断上升和溶解氧的不断消耗，当废水上升至好氧反应柱6的上部时，呈缺氧状态。同时，废水在好氧反应柱6中上升的过程中，污泥在水流剪切力的作用下发生断裂，以沉淀性能好的颗粒污泥在下、沉淀性能差的絮状污泥在上的状态分布，有利于颗粒污泥的形成和生长，保证好氧反应柱6中始终具有较强的污水处理能力。

经好氧反应柱6处理后的污水绝大部分经第三连通柱7回流至厌氧反应柱2，很少部分经出水管8排出。回流至厌氧反应柱2的废水与进水混合后再一次经厌氧反应柱2净化处理，回水中携带的絮状污泥进一步参与厌氧反应柱2和好氧反应柱6中颗粒污泥的形成和生长。由于回流量是排水量（等于进水量）的几十倍，废水会在组合塔中进行几十次循环处理，以保证出水达到排放标准。

如图9所示，给出了本实用新型的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔的另一种结构形式的立体图，本实施例中除了进水管1设置于第三连通柱7上以及厌氧反应柱2的顶端设置有密封盖12外，其余的结构均与上一个实施例中的相同。本实施例中的进水管1与第三连通柱7的上端相连通，使得进水与回水在第三连通柱7中混合后再进入厌氧反应柱2中。通过在厌氧反应柱2中设置密封盖12，保证了厌氧反应柱2中始终具有良好的缺氧环境。

在废水处理初期，好氧反应柱6以普通絮状污泥启动，开始时污泥沉降性能较差，因此要控制曝气柱4中曝气量较少使好氧反应柱6中污水上升流速较低而不至于污泥流失，好氧反应柱6污水上流过程中，污泥在剪切力等的作用下逐渐颗粒化，沉降性能提升，此时逐渐增加曝气量，加大污水上升流速以及回流流量，最后曝气量、回流量均达到最大值，启动完成，这一过程大约在一周到半月之间就可实现。

曝气柱4采用微孔曝气，使污水膨胀，膨胀率可达20%-60%。厌氧反应柱2进入曝气柱（4）的流量由好氧反应柱6和厌氧反应柱2中污水上升速度以及水头损失决定的，污水上升速度越大回流量越多，水头损失越小回流量越多，第一连通柱3、第二连通柱5和第三连通柱7的直径尺寸都是越大越好，以及连接口的尺寸应尽量与柱子尺寸相同，且弯管的量尽量减少，设置成斜的连接管可以减少水头损。好氧反应柱6和厌氧反应柱2中污水的上升流速是由多种因素决定的，曝气柱4中的曝气量产生的膨胀率越高，污水流动的动力越大；好氧反应柱6和厌氧反应柱2的高度越高，产生的动力也会越高；好氧反应柱6和厌氧反应柱2的截面积也是影响污水上升流速的因素，因此两个反应柱的高径比都比较大，范围为3-10。由于出中可能会携带絮状污泥，可在出水管8的出水口设置过滤装置截留悬浮物。

本实用新型的分置曝气组合塔处理高浓度有机含氮废水的方法，如下：

a).厌氧反应，待处理高浓度有机含氮废水经进水管进入到厌氧反应柱中，并与经第三连通柱回流的废水混合，在厌氧污泥中微生物的作用下发生厌氧反应，去除进水中的COD以及回水中的硝氮、COD和难降解物质；

b).自动进水和曝气，曝气盘对进入曝气柱的废水进行曝气充氧，废水发生曝气膨胀而密度降低，使得相同高度上曝气柱中水压低于厌氧反应柱中的水压，迫使厌氧反应柱中的废水自动流入曝气柱，曝气为废水在整个组合塔的自动循环流动提供动力源；

c).好氧反应，在液位差的作用下，曝气柱上部的废水经第二连通柱进入好氧反应柱，在布水管的作用下进行均匀布水，废水在好氧反应柱中上升的过程中，在好氧颗粒污泥中微生物的作用下发生好氧反应，去除水中COD以及氨氮；随着废水在好氧反应柱的上升和好氧反应对氧的消耗，污水流至好氧反应柱的顶部时呈厌氧状态；同时，在废水上升的过程中，污泥以沉降性能好的颗粒污泥在下、沉降性能差的絮状污泥在上分布，有利于好氧颗粒污泥的形成和生长；

d).废水回流和排出，在液位差的作用下，好氧反应柱上部的废水以及携带的絮状污泥经第三连通柱进入厌氧反应柱，实现废水回流；处理后的废水经出水管排出，回流量是出水量的几十倍，以实现废水经组合塔进行几十次的循环处理，保证出水达标；回流的絮状污泥进一步参与厌氧反应柱和好氧反应柱中颗粒污泥的形成和生成。

本实用新型的分置曝气组合塔处理高浓度有机废水的方法，如下：

1).进水和厌氧反应，待处理高浓度有机废水经进水管流入，并与经第三连通柱回流的废水充分混合，充分混合后的进水与回水在厌氧反应柱中上升的过程中，与其中的厌氧颗粒污泥充分接触，在微生物的作用下消耗污水中的有机物并产生沼气，在来水以及产生气体的扰动作用下污水快速上升，整个厌氧反应柱呈厌氧颗粒污泥膨胀床，大量有机污染物在微生物作用下去除；

2).曝气和自循环，在曝气盘的曝气作用下，不仅实现了对曝气柱底部污水的充氧，而且曝气使得曝气柱底部污水的密度减小和压强减小，使得等高液位下第一连通柱中的污水压力高于曝气柱中的污水压力，在压力差的作用下厌氧反应柱中的污水经第一连通柱流入曝气柱，由于污水的流入和曝气盘的曝气，使得曝气柱的液位上升，在液位差的作用下曝气柱中的污水经第二连通柱流入好氧反应柱，在液位差的作用下好氧反应柱中的污水经第三连通柱流入厌氧反应柱，实现了无外界动力源的情况下污水在厌氧反应柱-曝气柱-好氧反应柱中的循环流动；

3).布水和好氧反应，曝气充氧后的污水经第二连通柱流入布水管，再经布水管上均匀朝下的出水孔流出，实现了污水在好氧反应柱底部的均匀分布，朝下出水可将好氧反应柱底部的污泥冲散避免污泥淤积；进入到好氧反应柱底部的污水中溶解氧含量较高，污水在好氧反应柱中快速上流的过程中，与其中的沉淀性能较好的颗粒污泥充分接触，在微生物的作用下，将污水中剩余的有机污染物质去除；

4).出水和回流，在液位差的作用下，好氧反应柱中的大部分污水经第三连通柱回流至厌氧反应柱，剩余的少部分污水经出水管排出，回流量是出水量的几十至上百倍，以便污水经几十至上百次的循环处理后排出。

其中，启动阶段，厌氧反应柱2以厌氧颗粒污泥启动，可以节省启动时间；好氧反应柱6以普通絮状污泥启动，絮状污泥沉淀性能较差，因此培养初期应控制曝气量较少，防止污泥过量流失，随着沉淀性能较好的污泥（例如好氧颗粒污泥）的形成，曝气量逐渐增大，最后达到最大，这一过程大致需要一周到半月。厌氧反应柱2整个柱子呈密闭状态，底部设有布水管，上部有三相分离器将其中的厌氧颗粒污泥截留在反应柱内，并且有气体收集装置。在运行培养初期，好氧反应柱6中会有沉淀性能较差的悬浮态污泥，位于好氧反应柱6上部，这类污泥大部分继续在系统中循环，有机会成为颗粒污泥，少量通过出水口流出，当颗粒污泥完全形成时，悬浮污泥就会大量减少，为了保证出水中的悬浮颗粒物浓度较低，可以在出水口处设置过滤装置。

本实用新型的分置曝气组合塔在用来处理高浓度含氮废水时，未处理废水首先与第三连通柱6中废水混合进入厌氧反应柱2，污水与厌氧反应柱2中的厌氧氨氧化颗粒污泥（红菌）充分接触，进水中的氨氮与回水中的亚硝氮发生厌氧氨氧化反应，生成氮气，除去水中的亚硝氮和部分氨氮；厌氧反应柱2上部污水通过第一连通柱3进入曝气柱4进行曝气，在液位差作用下通过第二连通柱5流入好氧反应柱6，通过控制曝气量控制好氧反应柱6（或称之为亚硝化反应柱）中污水溶解氧在0.2-1之间，污水与其中沉淀性能好的污泥充分接触，发生亚硝化反应，将氨氮转化为亚硝氮，这部分污水大量与进水完全混合进入厌氧反应柱2进行循环，少量排出，经几十至上百次的循环处理后，使污水达到排放标准。

Claims (5)

1.一种处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔，包括进水管（1）、厌氧反应柱（2）、曝气柱（4）、好氧反应柱（6）和出水管（8），进水管用于向厌氧反应柱中通入待处理废水，出水管设置于好氧反应柱的上部，用于将处理后的废水排出；其特征在于：所述厌氧反应柱经第一连通柱（3）与曝气柱（4）相连通，第一连通柱的一端与厌氧反应柱的上端相连通，另一端与曝气柱的下端相连通；曝气柱的底部设置有对进入的废水进行曝气充氧的曝气盘（9），好氧反应柱的底部设置有布水管（10），曝气柱经第二连通柱（5）与好氧反应柱相连通，第二连通柱的一端与曝气柱的上端相连通，另一端与布水管的进水口相连通，布水管上均匀开设有多个朝下的出水孔（11）；好氧反应柱经第三连通柱（7）与厌氧反应柱相连通，第三连通柱的一端与好氧反应柱的上端相连通，另一端与厌氧反应柱的下端相连通；厌氧反应柱（2）和好氧反应柱（6）中均培养有颗粒污泥；

废水首先进入厌氧反应柱在厌氧污泥中微生物的作用下发生厌氧反应，去除进水中COD以及好氧反应柱回水中的硝氮、COD和难降解物质；曝气盘对进入曝气柱的废水进行曝气充氧，废水因曝气膨胀使得相同高度上曝气柱中水压小于厌氧反应柱中的水压，迫使厌氧反应柱中废水自动流入曝气柱；曝气柱上端的废水在液位差的作用下进入好氧反应柱，废水在布水管的作用下实现均匀布水，废水在好氧反应柱中上升的过程中，在好氧颗粒污泥中微生物的作用下发生好氧反应，去除水中COD以及氨氮；好氧反应柱中的污水在液位差的作用下进入厌氧反应柱，实现废水回流，处理后的污水经出水管排出。

2.根据权利要求1所述的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔，其特征在于：所述厌氧反应柱（2）和曝气柱（4）位于好氧反应柱（6）的两侧，第一连通柱（3）、第二连通柱（5）和第三连通柱（7）均成倾斜状态，第一、第二和第三连通柱的水平段至倾斜段均为弧形过度，第一、第二和第三连通柱的倾斜设置和弧形过度均可减小废水流动过程中的水头损失。

3.根据权利要求1或2所述的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔，其特征在于：所述布水管（10）为环形，环形布水管的下表面上均匀开设出水孔（11），所有出水孔的高度位于同一水平面上，以避免污泥在好氧反应柱底部出现淤积。

4.根据权利要求1或2所述的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔，其特征在于：所述厌氧反应柱（2）、曝气柱（4）和好氧反应柱（6）的高径比范围为3～10。

5.根据权利要求1或2所述的处理高浓度有机和/或含氮废水的分置曝气组合塔，其特征在于：所述进水管（1）设置于厌氧反应柱（2）或第三连通柱（7）上，进水管设置于厌氧反应柱上时与其底部相通，设置于第三连通柱上时与其上部相通。

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