一种活性污泥水净化反应器及其应用的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种活性污泥水净化反应器及采用该反应器进行污水净化的方法。本发明活性污泥水净化反应器，包括兼氧区、主反应区和联合辐照室；兼氧区与主反应区、主反应区与联合辐照室之间均设有水通道，水通道处设有阀门；联合辐照室内设有超声波辐射系统和紫外辐射系统；超声波辐射系统包括超声波发生器和超声波转换器；紫外辐射系统包括紫外线发生器和紫外线转换器；超声波转换器、紫外线转换器分别与超声波发生器、紫外线发生器相连。本发明活性污泥水净化反应器建设费用低，由于省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备，建设费用可节省20％～30％。工艺流程简洁，布局紧凑，占地面积小，适合在居民小区或社区中使用。
【专利说明】—种活性污泥水净化反应器及其应用
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种活性污泥水净化反应器及其应用。
【背景技术】
[0002]随着环境污染尤其是水污染形式的日益严峻，饮用水质量问题备受关注，目前城镇中经污水处理厂处理后输送到各小区、社区的自来水仍存在氯离子去除不彻底、微生物含量超标等问题。为响应《节能减排“十二五”规划》关于“城镇生活污水处理设施建设工程”的号召，一种净化效率高、占地面积小、成本适中的城市生活污水净化设备的发明，具有十分重要的现实意义。
[0003]在污水处理中，传统的活性污泥污水处理方法具有处理量大,原料易得,对溶解性易降解有机物处理效率高等优点，目前被很多污水处理厂广泛采用。但是传统工艺在净化的效率、彻底性以及能源节约方面仍存在以下不足:首先，当进水的水质变化大，或者含有难降解物质时，传统活性污泥处理装置的生物处理效果往往不佳；其次，传统工艺中，在对活性污泥进行脱水时大多采用机械的方式，由于活性污泥中固体颗粒含水稳定，泥水分离困难，因而脱水效果很差，而高含水量的污泥进入到后继干化工艺，必然会造成大量热损；第三，污水处理设备占地面积大，造成一定的空间浪费。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，提供一种体积小、且能有效提高污水净化效果的装置。
[0005]为了达到上述目的，本发明提供了一种活性污泥水净化反应器，包括兼氧区、主反应区和联合辐照室；兼氧区与主反应区、主反应区与联合辐照室之间均设有水通道，水通道处设有阀门；联合辐照室内设有超声波辐射系统和紫外辐射系统；超声波辐射系统包括超声波发生器和超声波转换器；紫外辐射系统包括紫外线发生器和紫外线转换器；超声波转换器、紫外线转换器分别与超声波发生器、紫外线发生器相连。
[0006]其中，兼氧区的体积占活性污泥水净化反应器总体积的5%。
[0007]本发明活性污泥水净化反应器还包括PLC ;所述阀门为电动阀门；PLC分别与电动阀门、超声波发生器、超声波转换器、紫外线发生器、紫外线转换器相连。
[0008]对本发明的进一步改进在于:联合辐照室上分别设有污水入口、污水出口、活性污泥入口和活性污泥出口。
[0009]上述活性污泥水净化反应器还包括取泥机械手和污泥泵；PLC分别与取泥机械手、污泥泵相连。
[0010]本发明还提供了一种采用上述活性污泥水净化反应器对污水的净化方法，其步骤如下:
(1)预处理阶段:先将污水经格栅和调节池除去较大的漂浮物和悬浮物；
(2)进水一兼氧阶段:自流进入所述活性污泥水净化反应器的兼氧区，停留0.3-0.5h ；(3)进水一曝气阶段:打开兼氧区与主反应区之间的水通道阀门，进水的同时进行周期性曝气，在主反应区内进行生物降解；在生物降解过程中，从主反应区中抓取活性污泥入联合辐照室内进行超声波处理，处理后的活性污泥再送回主反应区内；所述超声波处理的超声波频率为21kHz，声强为0.2 — 0.3W/cm2，处理时间为10_15min ;所述活性污泥的抓取频率为每隔20min抓取8 一 1kg的活性污泥；
(4)进水一沉淀阶段:停止曝气，静置沉淀使泥水分离，静置时间为90min;此阶段不停止进水，且同时进行步骤(3)中的活性污泥的超声波处理；
(5)排水阶段:打开主反应区与联合辐照室之间的水通道阀门，将经初步净化的水通入联合辐照室内同时经超声波和紫外辐射处理后，经石英砂和活性炭过滤；所述超声波和紫外辐射处理时间为45min ;所述超声波频率为24kHz，功率为90W，所述紫外辐射主波长为254nm ；
(6)后续处理阶段:将主反应区内的活性污泥先运送至联合辐照室内经超声波处理，处理后的污泥运送至污泥浓缩池等待处理；所述超声波频率为20 - 30kHz，声强为400W/m2，超声时间为2 - 4min。
[0011]其中，步骤(3)中进行周期性曝气时，控制所述主反应区内污水中溶解氧不大于
2.5mg/L。活性污泥的抓取通过PLC控制取泥机械手进行；所述步骤(3)和步骤(5)中的水通道阀门均采用电动阀门，且由PLC控制开关；超声波和紫外辐射处理分别通过PLC控制超声波辐射系统和紫外辐射系统实现。
[0012]上述PLC通过超声波传感器测量所述反应池内容物的含量；当反应池内容物高度达池深的2/3时，进行 步骤(3)的活性污泥超声波处理。
[0013]本发明相比现有技术具有以下优点:
1、本发明活性污泥水净化反应器建设费用低，由于省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流设备，建设费用可节省20%~30%。工艺流程简洁，布局紧凑，占地面积小，适合在居民小区或社区中使用。
[0014]2、本发明活性污泥水净化反应器运行费用省，由于曝气是周期性的，反应器的主反应区内的溶解氧浓度也是变化的，沉淀阶段和排水阶段溶解氧降低，重新开始曝气时，氧浓度梯度大，传递效率高，节能效果显著，运行费用节省10%~30%。
[0015]3、采用本发明活性污泥水净化反应器进行污水净化，有机物去除率高，出水水质好，不仅能有效去除污水中有机碳源污染物，而且具有良好的脱氮除磷效果；同时经紫外线杀菌后水质明显高于普通自来水。
[0016]4、本发明活性污泥水净化反应器管理简单，运行可靠。工艺流程由PLC程序控制器自动控制，不需人为参与，且由于不连续的污泥外送，减少了发生污泥膨胀的可能性。
[0017]5、本发明活性污泥水净化反应器自动化程度高，控制简便，运行高效。
[0018]6、污泥脱水性改善，便于进一步处理，减少后续处理能耗。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为本发明活性污泥水净化反应器的结构示意图；
图2为采用本发明活性污泥水净化反应器进行污水净化的工艺流程图；
图3为图1中联合辐照室的结构示意图。[0020]图中，1-兼氧区，2-主反应区，3-联合辐照室，4-水通道，5-定量取泥机械手，
6-污泥泵，7-超声波发生器，8-超声波转换器，9-紫外线发生器，10-紫外线转换器，11-污水入口，12-污水出口，13-活性污泥入口，14-活性污泥出口。
【具体实施方式】
[0021]下面结合附图对本发明进行详细说明。
[0022]本发明活性污泥水净化反应器由3个区域组成，即兼氧区1、主反应区2和联合辐照室3，如图1所示。
[0023]1、兼氧区I为设置在反应器前端的小容积区域，容积约为反应器总容积的5%，水力停留时间为0.3~0.5h，通常在兼氧的条件下运行。兼氧区不仅能对进水水质水量变化起到缓冲作用，还能促进磷的进一步释放和强化反硝化作用。兼氧区I与主反应区2之间设有水通道，水通道处设有电动阀门。
[0024]2、主反应区为去除营养物质的 主要场所，内部主要功能物质为活性污泥。主反应区采用周期性曝气方式，通常控制溶解氧DO在0mg/L~2.5mg/L,使主反应区内溶液始终处于好氧状态，活性污泥内部处于缺氧状态，溶解氧向污泥絮体内的传递受到限制，而硝态氮由污泥内向主体溶液的传递不受限制，使主反应区同时发生硝化、反硝化作用和磷的吸收。主反应区2与联合辐照室3之间设有水通道4，水通道处设有电动阀门。
[0025]3、联合辐照室3的构成为在一个房室内设有超声波辐射系统和紫外辐射系统。结合图3，其中超声波辐射系统设有超声波发生器7和超声波转换器8 ;紫外辐射系统设有紫外线发生器9和紫外光转换器10。联合辐照室3分别设有污水入口 11、污水出口 12、活性污泥入口 13和活性污泥出口 14。超声波系统设有3个档位:生物处理强化档、深度净化档和污泥脱水档。由PLC (Programmable Logic Controller,可编程逻辑控制器)程序控制器自动控制辐射室内两大系统的开关以及各个档位的调节，并通过指示灯的亮暗反应辐射室当前所处状态。该联合辐射室可按时间顺序完成以下三个功能:
1、生物处理强化档:低强度超声波(超声波频率为21kHz，声强为0.2 — 0.3ff/cm2,)辐照活性污泥，依靠其机械效应和稳态空化效应使污泥中微生物的传质边界层减薄，并且使溶质离子运动加速，提高反应物进入酶或细胞活性部位及生成物进入液体煤质的传质扩散过程，加速分解有机物的过程，使净化更彻底。
[0026]2、深度净化档:高强度超声波(超声波频率为24kHz，功率为90W)辐射与紫外辐射(254nm)相配合使用进行深度净化。超声波的功率控制在较高的程度有助于提高超声降解速度，这是由于.0Η自由基的产率随声源频率的增加而增加。而紫外辐射与超声辐射具有互补协同性，两种辐射相辅相成，可以大大增强氧化剂的分解能力，缩短反应时间，减少氧化剂的用量，使COD的去除率和有机物的矿化速度都很高。
[0027]3、污泥脱水档:超声波频率为20 - 30kHz、声强为400W/m2的超声波处理使用过的污泥能改善污泥的脱水性，为后续处理节约能源。这是因为污泥中的水分主要以间隙水的形式存在，改变污泥的结构，可以改善污泥的脱水效果。由于菌胶团具有良好的保水性能，利用超声波破坏污泥结构，可以达到改善污泥脱水性能的目的。
[0028]具体实施步骤如下:
1、预处理阶段。[0029]经收集的污水首先经过隔栅和调节池，除去较大的漂浮物和悬浮物后，自流进入活性污泥水净化反应器。
[0030]2、进水一兼氧阶段。
[0031]自流进入所述活性污泥水净化反应器的兼氧区1，停留0.3-0.5h。
[0032]3、进水一曝气阶段。
[0033]PLC控制兼氧区I与主反应区2之间的水通道阀门，边进水边曝气，同时PLC控制开启联合辐照室紫外辐射系统的生物处理强化档，自动启动定量取泥机械手5，从主反应区中抓取一定量污泥，于联合辐照室内照射10-15min，再由PLC控制污泥送回机械手(或取泥机械手)将辐照后的污泥返还到主反应区2中参与后续反应。该取泥还泥过程在该阶段以每隔20min抓取8 一 1kg的活性污泥重复不间断进行。
[0034]4、进水一沉淀阶段。
[0035]停止曝气，静置沉淀使泥水分离，静置时间为90min。该沉淀阶段不仅不停止进水，而且取泥还泥过程也不停止。
[0036]5、排水阶段 。
[0037]此阶段反应器停止进水，取泥还泥系统也关闭。由PLC控制主反应区2与联合辐照室3之间的水通道4电动阀门打开，排出的水经由水通道4进入联合辐照室3的污水入口 11，由PLC控制开启超声波辐射系统的深度净化档和紫外辐射系统，关闭生物处理强化档和脱水档，进行深度净化45min，并将水由污水出口 12排出。
[0038]6、后续处理阶段。
[0039]净水结束后，由PLC控制污泥泵6将主反应区内的活性污泥泵入联合辐照室3，并通过PLC程序控制超声波辐射系统开启并打开脱水档，照射2-4min，破坏污泥结构，利用菌胶团的保水性改善污泥的脱水性能，改善后的污泥运送至污泥浓缩池等待处理。
【权利要求】
1.一种活性污泥水净化反应器，其特征在于:包括兼氧区、主反应区和联合辐照室；所述兼氧区与主反应区、主反应区与联合辐照室之间均设有水通道，水通道处设有阀门；所述联合辐照室内设有超声波辐射系统和紫外辐射系统；所述超声波辐射系统包括超声波发生器和超声波转换器；所述紫外辐射系统包括紫外线发生器和紫外线转换器；所述超声波转换器、紫外线转换器分别与超声波发生器、紫外线发生器相连。
2.根据权利要求1所述的活性污泥水净化反应器，其特征在于:所述兼氧区的体积占所述活性污泥水净化反应器总体积的5%。
3.根据权利要求1或2所述的活性污泥水净化反应器，其特征在于:所述活性污泥水净化反应器还包括PLC ;所述阀门为电动阀门；所述PLC分别与电动阀门、超声波发生器、超声波转换器、紫外线发生器、紫外线转换器相连。
4.根据权利要求3所述的活性污泥水净化反应器，其特征在于:所述联合辐照室上分别设有污水入口、污水出口、活性污泥入口和活性污泥出口。
5.根据权利要求4所述的活性污泥水净化反应器，其特征在于:所述活性污泥水净化反应器还包括取泥机械手和污泥泵；所述PLC分别与取泥机械手、污泥泵相连。
6.一种采用权利要求1所述活性污泥水净化反应器对污水的净化方法，其特征在于:所述净化方法步骤如下: (1)预处理阶段:先将污水经格栅和调节池除去较大的漂浮物和悬浮物； (2)进水一兼氧阶段:自流进入所述活性污泥水净化反应器的兼氧区，停留0.3-0.5h ； (3)进水一曝气阶段:打开兼氧区与主反应区之间的水通道阀门，进水的同时进行周期性曝气，在主反应区内进行生物降解；在生物降解过程中，从主反应区中抓取活性污泥入联合辐照室内进行超声波处理，处理后的活性污泥再送回主反应区内；所述超声波处理的超声波频率为21kHz，声强为0.2 — 0.3W/cm2，处理时间为10_15min ;所述活性污泥的抓取频率为每隔20min抓取8 一 1kg的活性污泥； (4)进水一沉淀阶段:停止曝气，静置沉淀使泥水分离，静置时间为90min;此阶段不停止进水，且同时进行步骤(3)中的活性污泥的超声波处理； (5)排水阶段:打开主反应区与联合辐照室之间的水通道阀门，将经初步净化的水通入联合辐照室内同时经超声波和紫外辐射处理后，经石英砂和活性炭过滤；所述超声波和紫外辐射处理时间为45min ;所述超声波频率为24kHz，功率为90W，所述紫外辐射主波长为254nm ； (6)后续处理阶段:将主反应区内的活性污泥先运送至联合辐照室内经超声波处理，处理后的污泥运送至污泥浓缩池等待处理；所述超声波频率为20 - 30kHz，声强为400W/m2，超声时间为2 - 4min。
7.根据权利要求6所述的净化方法，其特征在于:所述步骤(3)中活性污泥的抓取通过PLC控制取泥机械手进行；所述步骤(3 )和步骤(5 )中的水通道阀门均采用电动阀门，且由PLC控制开关；所述超声波和紫外辐射处理分别通过PLC控制超声波辐射系统和紫外辐射系统实现。
8.根据权利要求7所述的处理方法，其特征在于:所述PLC通过超声波传感器测量所述反应池内容物的含量；当所述反应池内容物高度达池深的2/3时，进行所述步骤(3)的活性污泥超声波处理。
9.根据权利要求6所述的处理方法，其特征在于:所述步骤(3)中进行周期性曝气时，控制所述主反 应区内污水中溶解氧在0mg/L~2.5mg/L之间。
【文档编号】C02F9/14GK104030534SQ201410303194
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年6月30日 优先权日:2014年6月30日
【发明者】石雅媛, 薛艳, 芮茂凌, 蒋烨林, 王镇乾 申请人:南京信息工程大学