一种反应沉淀一体化深水曝气塔及其处理工艺的制作方法

本发明涉及污水处理技术领域，特别涉及一种反应沉淀一体化深水曝气塔及其处理工艺。

背景技术：

当前，随着城市化发展的不断推进，城市建设用地趋于紧张，空间利用率要求也不断提高。在这种城市发展的背景下，污水处理厂的污水处理设施要求占地越省越好。由此，污水处理构筑物逐渐发展为由地面向空中或地下建设。地埋式污水处理设施埋设于地表以下，景观效果较好，但是不利于维修，且若防渗防腐不当会造成地下水污染的严重后果，故比较适用于处理水量较小的场合。对于水量大或浓度高的处理系统，则可考虑增加污水处理池体的设计高度以降低占地面积。

在污水处理领域，好氧生物处理是指在有游离氧(分子氧)存在的条件下，好氧微生物以水中的有机污染物作为营养源进行好氧代谢，从而使污水得到净化的方法。好氧生物处理的一个基本要素就是溶解氧。为提高好氧生物处理效率，使得好氧处理系统能够充分发挥作用，通常需要向好氧反应池进行曝气。一个典型的污水处理厂，曝气耗费往往占到运行费用的大部分，曝气效率对好氧生物处理法的能耗和处理效果起到决定性的作用。因此，提高曝气过程中氧的利用率，既能保持好氧处理对溶解氧的需求，又能尽可能地降低能耗，具有重大的经济效益和环境效益。

技术实现要素：

本发明为解决传统技术的上述缺陷，提供一种反应沉淀一体化深水曝气塔。

一方面，本发明提供一种反应沉淀一体化深水曝气塔，包括曝气塔本体，所述曝气塔本体为圆筒状结构，所述曝气塔本体的内腔上部设有曝气塔内筒，所述曝气塔内筒上部侧壁设有多个导流孔；

所述曝气塔内筒的下端与所述曝气塔本体内壁之间设有导流板，所述导流板上端固定于曝气塔本体的内壁，下端位于所述曝气塔内筒的下端的上侧，所述曝气塔内筒和导流板将曝气塔本体内腔分割为沉淀区和混合反应区，所述曝气塔本体顶部的内侧壁设有溢流堰槽，所述溢流堰槽与所述曝气塔本体底面的距离为9.5m～10.5m。

其中，所述曝气塔本体内腔上部还设有曝气塔外筒，所述曝气塔外筒设置于所述曝气塔内筒的外侧，所述曝气塔内筒和曝气塔外筒之间形成导流缝，所述导流板远离曝气塔本体内壁的一端部位于所述曝气塔外筒下端部的下侧，所述导流缝连通所述沉淀区。

其中，所述曝气塔内筒和曝气塔外筒的上部均为圆筒型结构，所述曝气塔内筒和曝气塔外筒的下部均为喇叭口结构，所述喇叭口结构与曝气塔本体顶面的夹角为40°～50°。

其中，所述导流板的上端固定于所述曝气塔本体内壁，所述导流板的下端距离曝气塔内筒外侧壁15～20cm，所述导流板与曝气塔本体内壁的夹角为40°～45°。

其中，所述导流板的下侧设有脱气器，所述脱气器固定在所述曝气塔本体的侧壁，所述脱气器的表面与所述导流板的下端的间距为15～20cm。

其中，所述曝气塔本体的底部侧壁设有进水管和供气管，所述沉淀区的上侧设有出水管，所述曝气塔本体通过出水管与外界连通。

其中，所述沉淀区的表面负荷为0.8～1.0m³/(m²·h)，所述沉淀区的深度为1.2～1.5m。

其中，所述导流孔为矩形导流孔，所述导流孔的上边沿与所述曝气塔内筒顶端的距离不小于0.5m。

其中，所述曝气塔本体底部设有排泥放空管，所述曝气塔本体通过所述排泥放空管与外界连通。

其中，所述溢流堰槽设置于所述沉淀区内液面的上端，所述溢流堰槽与所述曝气塔内筒顶端的距离为30～50cm，所述溢流堰槽与所述沉淀区和出水管连通。

另一方面，本发明还提供一种反应沉淀一体化深水曝气塔的处理工艺，包括：

污水自曝气塔本体底部的进水管进入曝气塔本体，同时向曝气塔本体底部的供气管连续通入空气，污水与混合反应区的好氧污泥混合并发生好氧反应；

污水、好氧污泥和剩余空气所形成的混合液在曝气塔本体内上升，在上升过程中与脱气器及曝气塔内筒发生碰撞，混合液中的小气泡逐渐变大并在水面破裂；

混合液中部分好氧污泥因重力作用下降，回到曝气塔本体底部继续参与好氧反应，剩余的混合液经导流孔流出，并沿导流缝进入沉淀区，在沉淀区沉淀分离形成清液和好氧污泥，沉淀区上部的清液通过出水管流出曝气塔本体，沉淀区下部的好氧污泥沿导流板流入混合反应区进行好氧反应。

本发明提供的反应沉淀一体化深水曝气塔，通过增加曝气塔的高度，增大曝气塔内的有效水深，使曝气塔本体底部混合反应区的水压增大，氧的饱和溶解度增大，提高了混合反应区好氧污泥发生好氧反应的效率，加快了有机污染物的降解速率，从而提高了曝气塔的工作效率。

本发明通过曝气塔本体内的导流结构将曝气塔内部进行功能分区，使好氧生物反应和分离沉淀在一个设备中进行，同时利用曝气产生的升力和重力的共同作用，使好氧污泥经沉淀分离后沿导流缝重新回到混合反应区，补充混合反应区的污泥量。曝气塔结构紧凑，不需要另设沉淀池，同时减少了常规工艺中所需的污泥回流系统和设备，减少了处理设施的建筑面积，与常规的废水处理系统中多个设备连接复杂，造价较高相比，本发明结构紧凑，减少了建筑费用和运行费用，提高了经济效益。

附图说明

图1为根据本发明实施例提供的反应沉淀一体化深水曝气塔的结构示意图；

图2为根据本发明实施例提供的反应沉淀一体化深水曝气塔的处理工艺流程示意图；

图中，1.曝气塔本体；2.曝气塔内筒；3.曝气塔外筒；4.导流板；5.脱气器；6.导流孔；7.混合反应区；8.沉淀区；9.导流缝；10.进水管；11.出水管；12.排泥放空管。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一模块实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为根据本发明实施例提供的反应沉淀一体化深水曝气塔的结构示意图，如图1所示，反应沉淀一体化深水曝气塔包括曝气塔本体1，所述曝气塔本体1为圆筒状结构，所述曝气塔本体1的内腔上部设有曝气塔内筒2，所述曝气塔内筒2上部侧壁设有多个导流孔6；

所述曝气塔内筒2的下端与所述曝气塔本体1内壁之间设有导流板4，所述导流板4上端固定于曝气塔本体1的内壁，下端位于所述曝气塔内筒2的下端的上侧，所述曝气塔内筒2和导流板4将曝气塔本体内腔分割为沉淀区8和混合反应区7，所述曝气塔本体1顶部的内侧壁设有溢流堰槽，所述溢流堰槽与所述曝气塔本体1底面的距离为9.5m～10.5m。

具体地，曝气塔内筒2的下端不与曝气塔本体1的内壁连接，曝气塔内筒2的下端位于曝气塔本体1的上部，曝气塔内筒2上部侧壁设有多个导流孔6，曝气塔内筒2的下端与所述曝气塔本体1内壁之间设有导流板4，曝气塔内筒2和导流板4将曝气塔本体1由上至下分为沉淀区8和混合反应区7。

污水自曝气塔本体1底部进入曝气塔，同时向曝气塔本体1底部的连续通入空气，使污水与混合反应区7的好氧污泥混合并发生好氧反应。曝气塔本体1内混合液的深度为9.5m～10.5m，采用通入大量空气进行供氧时，空气中的氧在水中的饱和溶解度符合亨利定律：

C＝7.5×10^-3·K_T·P(L/m³·H₂O)

式中，P：液面上气体的平衡分压，单位Pa；K_T：溶气常数，是一定温度下该气-液体系的特征常数。

在一定温度下，氧的饱和溶解度与空气中氧的平衡分压成正比。深井曝气法以地下深竖井作为好氧曝气池，空气在深井底部所受的水压大，使得氧的平衡分压增加，氧的溶解度增加，传氧推动力显著增加。提高了混合反应区7好氧污泥发生好氧反应的效率，加快了有机污染物的降解速率，从而提高了曝气塔的工作效率。

污水从曝气塔本体1底部进入曝气塔，同时向曝气塔本体1底部连续通入空气，污水与混合反应区7的好氧污泥混合并发生好氧反应；

污水、好氧污泥和剩余空气所形成的混合液在曝气塔本体内腔上升；混合液中部分好氧污泥因重力作用下降，回到曝气塔本体1底部继续参与好氧反应，剩余的混合液经导流孔6流入沉淀区8，在沉淀区8沉淀分离形成清液和好氧污泥，沉淀区8上部的清液通过出水管11流出曝气塔，沉淀区8下部的好氧污泥沿导流板4流入混合反应区7进行好氧反应。

本发明实施例提供的反应沉淀一体化深水曝气塔，通过增加曝气塔的高度，增大塔内的有效深度，使曝气塔本体底部混合反应区的水压增大，氧的饱和溶解度增大，提高了混合反应区好氧污泥发生好氧反应的效率，加快了有机污染物的降解速率，从而提高了曝气塔的工作效率。

本发明实施例通过曝气塔内的导流结构将曝气塔内部进行功能分区，使好氧生物反应和分离沉淀在一个设备中进行，同时利用曝气产生的升力和重力的共同作用，使好氧污泥经沉淀分离后沿导流缝重新回到混合反应区，补充混合反应区的污泥量。曝气塔结构紧凑，不需要另设沉淀池，同时减少了常规工艺中所需的污泥回流系统和设备，减少了处理设施的建筑面积，与常规的废水处理系统中多个设备连接复杂，造价较高相比，本发明结构紧凑，减少了建筑费用和运行费用，提高了经济效益。

在本发明的一个优选实施例中，曝气塔本体1内腔上部还设有曝气塔外筒3，所述曝气塔外筒3设置于所述曝气塔内筒2的外侧，所述曝气塔内筒2和曝气塔外筒3之间形成导流缝9，所述导流板4远离曝气塔本体1内壁的一端部位于所述曝气塔外筒3下端部的下侧，所述导流缝连通所述沉淀区。

参照图1，曝气塔内筒2和曝气塔外筒3之间形成导流缝9，导流孔6与所述导流缝9连通，导流缝9连通沉淀区8。污水、好氧污泥和剩余空气所形成的混合液在曝气塔本体内腔上升；混合液中部分好氧污泥因重力作用下降，回到曝气塔本体1底部继续参与好氧反应，剩余的混合液经导流孔6流出，并沿导流缝9流入沉淀区8，在沉淀区8沉淀分离形成清液和好氧污泥。其中，导流板4远离曝气塔本体1内壁的一端部位于所述曝气塔外筒3下端部的下侧，使混合液顺利流入沉淀区8。

在本发明的一个优选实施例中，所述曝气塔内筒2和曝气塔外筒3的上部均为圆筒型结构，所述曝气塔内筒2和曝气塔外筒3的下部均为喇叭口结构，所述喇叭口结构与曝气塔本体1顶面的夹角为40°～50°。

参照图1，曝气塔内筒2和曝气塔外筒3的上部均为圆筒型结构，曝气塔内筒2和曝气塔外筒3的下部均为喇叭口结构。优选的，本实施例中喇叭口结构与曝气塔本体1顶面的夹角为40°～50°。曝气塔内筒2和曝气塔外筒3的下部均设置为喇叭口结构，有利于水流集中，避免因曝气塔过深、水压不足等原因造成沉淀反应区的混合液无法上升至曝气塔本体1顶部。

在本发明的一个优选实施例中，所述导流板4的上端固定于曝气塔内壁，导流板4的下端距离曝气塔内筒2外侧壁15～20cm，所述导流板4与曝气塔本体1内壁的夹角为40°～45°。

如图1所示，曝气塔内筒2和导流板4将曝气塔本体内腔由上至下分为沉淀区8和混合反应区7，污水与混合反应区7的好氧污泥混合并发生好氧反应，混合液中部分好氧污泥因重力作用下降，回到曝气塔本体1底部继续参与好氧反应，剩余的混合液经导流孔6流出，并沿导流缝9进入沉淀区8，在沉淀区8沉淀分离形成清液和好氧污泥。

在本发明的一个优选实施例中，所述导流板4的下侧设有脱气器5，所述脱气器5固定在所述曝气塔本体1的侧壁。其中，脱气器5的截面呈底角为40°～45°的等腰三角形，所述脱气器5的表面与曝气池内导流筒下端的间距为15～20cm。

脱气器5普遍是采用电机带动脱气甩盘，在高速运转的情况下，将利用真空设备将气泡内的气体吸出的原理进行工作。在导流板4下侧的沉淀反应区设置脱气器5，沉淀反应区的混合液在上升与脱气器5及曝气塔内筒2发生碰撞，混合液中的小气泡被脱气器5去除。

在本发明的一个优选实施例中，所述曝气塔本体1的底部侧壁设有进水管10和供气管，所述沉淀区的上侧设有出水管11，所述曝气塔本体1通过出水管11与外界连通。

如图1所示，污水自曝气塔本体1底部的进水管10进入曝气塔，同时向曝气塔本体1底部的供气管连续通入空气，污水与混合反应区7的好氧污泥混合并发生好氧反应。部分混合液经导流孔6流出，并沿导流缝9进入沉淀区8，在沉淀区8沉淀分离形成清液和好氧污泥，沉淀区8上部的清液通过出水管11流出曝气塔。

在本发明的一个优选实施例中，所述沉淀区8的表面负荷为0.8～1.0m³/(m²·h)，所述沉淀区8深度为1.2～1.5m。

表面负荷，又称为溢流率、表面水力负荷率，是给、排水处理厂中沉淀池的设计指标之一。当一个悬浮颗粒在理论停留时间内通过一段恰好等于池深的距离时而沉淀，其沉降速度称作溢流率或表面负荷率，沉淀池的效率通常以表面负荷率为基础，以每平方米水面面积每天流过水量的立方米数表示。当颗粒物的沉降速度大于表面负荷时，能有效沉降到池底，完成固液分离。优选的，本实施例中沉淀区8的表面负荷为0.8～1.0m³/(m²·h)，使沉降速度大于0.8～1.0m³/(m²·h)的好氧污泥沉降到曝气塔本体1底部，完成固液分离。优选的，本实施例中沉淀区8深度为1.2～1.5m。

在本发明的一个优选实施例中，所述导流孔6为矩形导流孔6，所述导流孔6的上边沿与所述曝气塔内筒2顶端的距离不小于0.5m。将导流孔6设置在距离曝气塔内筒2顶端50cm以下的位置，避免因曝气塔本体1过深、水压不足等原因造成沉淀反应区的混合液无法上升至曝气塔本体1的顶端，使曝气塔内筒中的混合液顺利从导流孔6溢出。

在本发明的一个优选实施例中，所述曝气塔本体1底部设有排泥放空管12，所述曝气塔本体1通过排泥放空管12与外界连通。

曝气塔本体1底部设置有排泥放空管12，通过排泥放空管12将曝气塔本体1与外界连通。排泥放空管12多为塑料或钢管连接而成，常见的排泥放空管12有穿孔式排泥管。在曝气塔本体1底部设置排泥放空管12，在曝气塔本体1内的工作完成后，通过排泥放空管12排出曝气塔本体1底部残留的好氧污泥及其它沉淀物。

在本发明的一个优选实施例中，曝气塔本体1顶部的内侧壁设有溢流堰槽，溢流堰槽设置于沉淀区8内液面的上端，溢流堰槽与曝气塔内筒2顶端的距离为30～50cm，溢流堰槽与沉淀区8和出水管11连通。

混合液经导流孔6流出，导流孔6设置在距离曝气塔内筒2顶端50cm～80cm的侧壁，混合液经导流孔6流出后沿导流缝9进入沉淀区8，在沉淀区8沉淀分离形成清液和好氧污泥，沉淀区8上部的清液流入溢流堰槽，通过溢流堰槽流入出水管11，并通过出水管11流出曝气塔本体1。溢流堰槽使沉淀区8上部的清液均匀溢出。

图2为根据本发明实施例提供的反应沉淀一体化深水曝气塔的处理工艺流程示意图，如图2所示，反应沉淀一体化深水曝气塔的处理工艺包括：

步骤S1，污水自曝气塔本体1底部的进水管10进入曝气塔本体1，同时向曝气塔本体1底部的供气管连续通入空气，污水与混合反应区7的好氧污泥混合并发生好氧反应；

步骤S2，污水、好氧污泥和剩余空气所形成的混合液在曝气塔本体1内上升，在上升过程中与脱气器5及曝气塔内筒2发生碰撞，混合液中的小气泡逐渐变大并在水面破裂；

步骤S3，混合液中部分好氧污泥因重力作用下降，回到曝气塔本体1底部继续参与好氧反应，剩余的混合液经导流孔6流出，并沿导流缝9进入沉淀区8，其中，混合液在导流缝9中的流速为0.2～0.3m/s。进入沉淀区8的混合液在沉淀区8沉淀分离形成清液和好氧污泥，沉淀区8上部的清液通过出水管11流出曝气塔本体1，沉淀区8下部的好氧污泥沿导流板4流入混合反应区7进行好氧反应。

具体地，曝气塔本体1的内腔上部从内至外依次设有曝气塔内筒2和曝气塔外筒3，曝气塔内筒2上部侧壁设有多个导流孔6，曝气塔内筒2和曝气塔外筒3之间形成导流缝9，导流孔6与所述导流缝9连通；导流缝9下方设置有斜向下的导流板4，所述导流板4固定于曝气塔内壁，曝气塔内筒2和导流板4将曝气塔本体1由上至下分为沉淀区8和混合反应区7。

污水自曝气塔本体1底部的进水管10进入曝气塔本体1，同时向曝气塔本体1底部的供气管连续通入空气，使污水与混合反应区7的好氧污泥混合并发生好氧反应。曝气塔本体1内有效水深为9.5m～10.5m，采用通入大量空气进行供氧时，空气中的氧在水中的饱和溶解度符合亨利定律：

C＝7.5×10^-3·K_T·P(L/m³·H₂O)

式中，P：液面上气体的平衡分压，单位Pa；K_T：溶气常数，是一定温度下该气-液体系的特征常数。

在一定温度下，氧的饱和溶解度与空气中氧的平衡分压成正比。深井曝气法以地下深竖井作为好氧曝气池，空气在深井底部所受的水压大，使得氧的平衡分压增加，氧的溶解度增加，传氧推动力显著增加。提高了混合反应区7好氧污泥发生好氧反应的效率，加快了有机污染物的降解速率，从而提高了曝气塔的工作效率。

本发明实施例提供的反应沉淀一体化深水曝气塔，通过增加曝气塔的高度，增大塔内的有效深度，使曝气塔本体底部混合反应区的水压增大，氧的饱和溶解度增大，提高了混合反应区好氧污泥发生好氧反应的效率，加快了有机污染物的降解速率，从而提高了曝气塔的工作效率。

本发明实施例通过曝气塔内的导流结构将曝气塔内部进行功能分区，使好氧生物反应和分离沉淀在一个设备中进行，同时利用曝气产生的升力和重力的共同作用，使好氧污泥经沉淀分离后沿导流缝重新回到混合反应区，补充混合反应区的污泥量。曝气塔结构紧凑，不需要另设沉淀池，同时减少了常规工艺中所需的污泥回流系统和设备，减少了处理设施的建筑面积，与常规的废水处理系统中多个设备连接复杂，造价较高相比，本发明结构紧凑，减少了建筑费用和运行费用，提高了经济效益。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然能够对前述各个实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中模块技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各个实施例技术方案的精神和范围。