专利名称：一种可控制颗粒粒径与密度的颗粒污泥污水处理装置的制作方法
技术领域：
本发明属于污水处理领域，涉及一种污水处理装置，具体涉及一种可控制颗粒粒径与密度的颗粒污泥污水处理装置。
背景技术：
好氧颗粒污泥污水处理工艺自上个世纪90年代末被报道以来，已得到越来越多的环境工程学者的关注。由于好氧颗粒污泥具有很强的抗负荷冲击能力、污泥的沉淀效果好，能大大缩短污泥沉降时间，缩小污水处理厂的占地面积，降低工程造价，被誉为下一代污水处理新技术。然而好氧颗粒污泥的长期稳定是限制该技术推广应用的瓶颈。其主要原因是好氧颗粒污泥在培养过程中粒径难以控制，由于粒径的增大会导致颗粒结构的松散， 影响污泥的沉降性能以及出水水质，直至污泥颗粒发生解体。目前，学术界对颗粒污泥的控制进行了有益的探索，主要方法包括(1)在序批式反应器中，缩短进水时间，在较短的时间内使颗粒内部的微生物也可获得足够的基质，避免颗粒内部微生物由于缺乏基质而水解；( 通过微生物手段在污泥系统中富集慢速生长的微生物种群，如自养硝化菌等。这些方法在一定程度上能够缓解颗粒污泥的解体，但仍然实现颗粒污泥的长期稳定。旋流分离的基本工作原理是基于离心沉降作用，当待分离的两相混合液以一定的压力从旋流器上部周边切向进入分离器后，产生强烈的旋转运动，由于固液两相之间的密度差，所受到的离心力，向心浮力和流体曳力的并不相同，较重的固体颗粒经旋流器底流口排出.而大部分清液则经过溢流孔排出，从而实现分离的目的。如今旋流技术在水处理领域，已经被广泛的应用于一级处理，如旋流沉淀池等，但目前还没有直接用于生物处理过程的报道。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可控制颗粒粒径与密度的颗粒污泥污水处理装置，其能够实现曝气区与非曝气区的划分，并通过曝气装置的气提作用，实现混合液由曝气区进入旋流区进而再进入非曝气区，最后再通过曝气装置的抽吸作用重新进入曝气区，其中，通过旋流器装置加大剪切力实现好氧污泥的颗粒化并且实现好氧污泥颗粒粒径的人为控制和选择，并且实现了气、固、液三相的适度分离，使反应装置达到更好的处理效果，通过溶解氧从曝气区、气体分离区、旋流区和非曝气区溶解氧的浓度的梯度分布，可提高曝气区充氧效率，减少曝气区域，具有一定的节能功效。为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是一种可控制颗粒粒径与密度的颗粒污泥污水处理装置，包括同心的内筒10和外筒11，内筒10的下沿高于外筒11的下沿，内筒10的上沿低于外筒11的上沿，外筒11直立固定在基座21上，外筒11的侧壁上有出水口 7，内筒10通过内筒支撑桩14固定在基座21 上，在内筒10与外筒11之间的环形空间内设置曝气装置12，曝气装置12通过曝气装置支撑桩15固定在基座21上，曝气装置12连接进气管13，进气管13通到基座21外部，基座 21上还有排泥及放空管16，内筒10的内筒壁与圆筒状的旋流器筒体8的上沿密封连接，旋流器筒体8的下端连接穿壁管9，穿壁管9穿出内筒10和外筒11的筒壁，旋流器筒体8的侧壁上开有溢流孔6，内筒10的上筒口固定有进水漏斗3，进水漏斗3连接螺旋状的细弯管 4，细弯管4的出口紧贴旋流器筒体8的内侧壁。所述曝气装置12为微孔曝气、软管曝气或者砂芯曝气装置。内筒10的侧壁上有通气管2，设置在内筒10与外筒11之间的环形空间内，高于内筒10下沿0 0. 6倍内筒直径。所述旋流器筒体8、细弯管4、进水漏斗3以及穿壁管9组成旋流器装置。本发明与现有技术相比，具有以下优点(1)实现好氧污泥颗粒粒径的人为控制和选择混合液进入旋流器装置后，细弯管引导混合液紧贴内筒内壁斜向下流入，大粒径和大密度的颗粒在离心力的作用下率先向内壁迁移，在旋流器装置内碰壁沉降，在下部锥段富集的大粒径和大密度颗粒由穿壁管定期排出，粒径较小的颗粒或絮体，从旋流器装置上部设置的溢流孔进入非曝气区，穿壁管直径大于等于细弯管直径，实现适度的固液分离，进而实现了粒径与密度的控制。(2)实现混合液在反应装置内的循环流动曝气装置固定在基座上，位于内筒与外筒之间的环状空间内，并略高于内筒的下沿，通过曝气改变曝气区和非曝气区的水体密度，进而改变压力，使曝气区的压力小于非曝气区的压力，从而非曝气区的液体外流，达到抽吸的作用，反应装置进水后，曝气区混合液曝气后得以膨胀，水位得以提升，混合液通过气提作用溢流进锥形的进水漏斗并进入旋流器筒体，并在此实现气体的分离，通过旋流器装置实现颗粒粒径和密度的分离后，混合液并最终进入非曝气区，从而完成了混合液在反应器内的循环流动。(3)实现了气、固、液三相的适度分离固定于内筒上沿的进水漏斗在混合液进入旋流器前形成气液分离区，该区域起到收集整流的作用，并使曝气气提进来的气水混合液在该区域达到适度气液分离的作用；在旋流器筒壁上设置一通气管，使进入旋流器的混合液进一步气液分离，使旋流器工作区的上部始终保持大气压强，进而保证了旋流器的稳定工作条件。(4)出水水质好通过实现曝气区和非曝气区功能区域的划分，使整个反应装置具有良好的同步硝化反硝化的效果，实现了良好的出水水质。(5)充氧效率高由于微生物的代谢活动，溶解氧的浓度由曝气区、气体分离区、 旋流区和非曝气区依次降低，当污泥回流至曝气区时溶解氧几乎耗尽，从而提高了曝气区的浓度梯度，进而提高了该区的充氧效率。(6)双向选择，颗粒形成速度快出水口开启进行出水时，曝气区的液位会首先下降，由于连通的原因，非曝气区的液位随之下降，非曝气区的水由底部向曝气区出流，会使沉淀的污泥层发生一定的膨胀，使得污泥层上方的沉淀性能较差的污泥发生上浮从而得以随出水排出，从而改变了传统的只依靠设定较短沉淀时间的单向选择的方式，形成一种双向选择方式，加速颗粒的形成。(7)污泥负荷均衡上部内筒进水，使进水需穿过污泥层进入曝气区，加速了污泥与进水的混合，同时由非曝气区向曝气区、由内向外的辐射型的进水方式，更好的保证了污泥负荷的均衡性。
图1是利用本发明的结构示意图。图2是实施例中反应装置内污泥颗粒的2000倍电镜照片。图3是实施例中反应装置内污泥颗粒的12000倍电镜照片。图4是实施例中反应装置运行50天后出水的水质数据，横坐标为运行时间，纵坐标为COD去除率。图5是实施例中反应装置运行50天后出水的水质数据，横坐标为运行时间，纵坐标为氨氮去除率。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。如附图所示，本发明为一种可控制颗粒粒径与密度的颗粒污泥污水处理装置，包括同心的内筒10和外筒11，内筒10的下沿高于外筒11的下沿，内筒10的上沿低于外筒 11的上沿，外筒11直立固定在基座21上，外筒11的侧壁上有出水口 7，内筒10通过内筒支撑桩14固定在基座21上，在内筒10与外筒11之间的环形空间内设置曝气装置12，曝气装置12通过曝气装置支撑桩15固定在基座21上，曝气装置12连接进气管13，进气管13 通到基座21外部，基座21上还有排泥及放空管16，内筒10的内侧壁上设置一圈卡槽5，旋流器筒体8的上沿带有向外的水平边，该水平边卡合在卡槽5内，保证旋流器筒体8的上沿与内筒10的内侧壁结合紧密，也可以通过其它活动连接的方式，旋流器筒体8的下端连接穿壁管9，穿壁管9穿出内筒10和外筒11的筒壁，旋流器筒体8的侧壁上开有溢流孔6，内筒10的上筒口固定有进水漏斗3，进水漏斗3连接螺旋状的细弯管4，细弯管4的出口紧贴旋流器筒体8的内侧壁。所述曝气装置12为微孔曝气、软管曝气、砂芯曝气或射流曝气装置，保证气体不会进入内筒10，并且可以达到良好的抽吸提升作用，使底部不会发生污泥的沉积。内筒10的侧壁上有通气管2，设置在内筒10与外筒11之间的环形空间内，高于内筒 10下沿0 0.6倍内筒直径。所述旋流器筒体8、细弯管4、进水漏斗3以及穿壁管9组成旋流器装置。内筒10 与外筒11之间的环形空间即为曝气区19，旋流器筒体8以下与内筒10之间的空间为非曝气区20，旋流器筒体8、进水漏斗3以及内筒10围成的空间为旋流区18，进水漏斗3内为整流气液分离区17。更优一步设计，外筒11的高度与直径之比为15 1 5 1，内筒10的下沿高于外筒11的下沿0. 3 1. 2倍的内筒直径，内筒10的上沿低于外筒11的上沿1倍或1倍以上的内筒直径，曝气装置12设置在内筒10与外筒11之间的环形空间内，高于内筒10下沿0 0. 6倍内筒直径，旋流器筒体8的直径为内筒10直径的0. 2 0. 9倍，旋流器筒体 8的长度为直径的0. 7 2倍，旋流器筒体8与穿壁管9连接处为倒置的圆锥形，其锥角为 5° 60°。最佳的一种选择，外筒11的高度为600cm，外筒11的筒径为120cm，内筒10的筒径为65cm，内筒10的下沿高于外筒11的下沿30cm，内筒10的上沿低于外筒11的上沿100cm， 在曝气区19且高于内筒10下沿25cm设置曝气装置12，旋流器装置腔体的长度为75cm，旋流器筒体8与穿壁管9连接处锥角为45°，旋流器筒体8的筒径为50cm，细弯管4的管径为8cm，流入角度与水平线夹角为30°。曝气装置12通过曝气改变曝气区19和非曝气区20的水体的密度，进而改变压力，使曝气区19的压力小于非曝气区20的压力，从而非曝气区20的液体外流，达到抽吸的作用，反应装置进水后，水位控制在进水漏斗3上沿与底座高度的0. 8 0. 95倍，曝气区19 混合液曝气后得以膨胀，水位得以提升，混合液通过气提作用进入进水漏斗3再进入旋流器装置，并在此实现气体的分离，通过旋流器装置实现颗粒粒径和密度的分离后，混合液并最终进入非曝气区20，从而完成了混合液在反应器内的循环流动。混合液中的颗粒根据不同粒径、不同密度，所产生的离心力不同，在进入旋流区后，大粒径和大密度的颗粒率先向内壁迁移，在旋流区内碰壁沉降，在锥段下部富集，由锥段下部连接的穿壁管9定期排出，穿壁管9直径取0. 15 1倍出流孔直径，粒径为50 1500um的颗粒和密度为1. 01 1. 20g/cm3的颗粒或絮体，从旋流器筒体8上部设置的溢流孔6出流进入非曝气区20，溢流孔6直径大于等于细弯管4直径，实现适度的固液分离，进而实现了粒径与密度的控制。通过外筒11上的出水口 7开启进行出水时，会排出一部分在设定沉淀时间内未沉淀至出水口 7下方的絮体(此为传统的单向选择)，另外，曝气区19的液位会首先下降，由于连通的原因，非曝气区20的液位随之下降，非曝气区20的水由底部向曝气区19出流，一定的出流流速会将已经沉淀至出水口下方7的密度与粒径较小的絮体随出水排出，进而改变了传统的单向选择的方式，形成一种双向选择方式，在运行初期加速颗粒的形成。通过实现曝气区和非曝气区功能区域的划分，使整个反应装置具有良好的同步硝化反硝化的效果，实现了良好的出水水质；与此同时，由于微生物的代谢活动，溶解氧的浓度由曝气区、气体分离区、旋流区和非曝气区依次降低，当污泥回流至曝气区时溶解氧几乎耗尽，从而提高了曝气区的浓度梯度，进而提高了该区的充氧效率。使用时，使污水从进水口 1通过进水漏斗3进入装置，进水口 1可设置在进水漏斗 3的正上方，污水先通过进水漏斗3进入旋流区18，然后通过旋流器筒体8侧壁的溢流孔6 进入到非曝气区20，再从内筒10的底部辐射型穿过污泥层进入到曝气区19，加速泥水混合，平衡负荷；随着不断进水，装置内水位不断上升，进水时间控制在1到30分钟。当装置内水位达到进水漏斗3的上边缘与基座21距离的80% 95%时，停止进水，开始曝气，进水水位可用液位计控制。此时，曝气区19的混合液在曝气的作用下发生膨胀，当混合液膨胀溢过进水漏斗3边缘时，混合液进入整流气液分离区17，在此进行气液分离，使尽量少的气体进入旋流器装置，随后在重力作用下由细弯管4引流至旋流区18，由于细弯管紧贴筒壁，在旋流器筒体8边壁上形成切向流动从而形成旋流，由于污泥颗粒与液体的密度不同， 从而需承受不同的离心力，需要排除的污泥由于受到较大的离心力向边壁迁移，碰壁时发生沉降；密度较小的液体及小粒径的污泥由于受到相对小的离心力，会旋流向上从溢流孔 6流出进入到非曝气区20，达到固液分离，粒径选择和控制的效果(在反应器运行初期，旋流区18主要起到加大剪切力，促进颗粒形成的作用)。与此同时，曝气区19内的混合液在气体的气提作用下，曝气区19的压力小于非曝气区20内的压力，使得非曝气区20内的混合液被抽吸到曝气区19，使反应器形成连续的循环流动。为了使内筒10内被抽吸后不形成真空，保证液体的流动顺畅，在内筒10上设置了通气管2，并且对部分进入旋流区18的气体进行排放，进一步加强了气液分离的效果。整个曝气周期控制在2到8个小时，当反应完全时，停止曝气，沉淀2 60分钟后， 出水口 7开启进行出水，此时外筒11与内筒10间的液位会首先下降，由于连通的原因，内筒10的液位随之下降，内筒10的水由底部向外筒11与内筒10之间出流，会使沉淀的污泥层发生一定的膨胀，使得污泥层上方的沉淀性能较差的污泥发生二次选择从而得以随出水排出，加强了反应器内微生物量的控制步骤，在反应装置运行初期，更有利于颗粒的形成。上述最佳选择的一个具体应用，反应装置采用污水厂的回流污泥进行接种，进水 C0D1200mg/L，氨氮120mg/L，每个循环周期为4个小时，采用进水-曝气-沉淀-出水的间歇循环式运行，其中进水2分钟，沉淀8分钟，出水2分钟，剩余时间为曝气时间；运行第15 天开始形成颗粒，颗粒大小在0. 15 0. 35mm ；反应器运行到第50天，反应装置内几乎完全颗粒化，颗粒粒径始终维持在0. 15 0. 50mm之间，粒径控制良好，实现小粒径颗粒化并且颗粒的圆度平均可达0. 9，图2为反应器内污泥颗粒的2000倍电镜照片，图3为反应器内污泥颗粒的12000倍电镜照片，图中显示污泥颗粒密实，表面光滑，细菌数量多。图4和图 5为运行50天后出水的水质数据，可以发现COD的去除率平均达到93%以上，氨氮去除率平均达到60% -70%，具有良好的出水水质。本发明通过旋流器装置及特殊的排泥方式的设计，以及曝气装置的合理放置，成功克服了污泥颗粒粒径难于控制的问题，并且实现了好氧厌氧功能区的连续交替，使反应器具有了同步硝化反硝化的功能，提高了出水水质以及污泥颗粒的稳定性，并大大降低了传统好氧处理工艺的能耗。
权利要求
1.一种可控制颗粒粒径与密度的颗粒污泥污水处理装置，其特征在于，包括两端贯通且同心的内筒(10)和外筒(11)，内筒(10)的下沿高于外筒(11)的下沿，内筒(10)的上沿低于外筒(11)的上沿，外筒(11)直立固定在基座上，外筒(11)的侧壁上有出水口 (7)，内筒(10)通过内筒支撑桩(14)固定在基座(21)上，在内筒(10)与外筒(11)之间的环形空间内设置曝气装置(12)，曝气装置(1 通过曝气装置支撑桩(1 固定在基座上，曝气装置(1 连接进气管(13)，进气管(1 通到基座外部，基座上还有排泥及放空管(16)，内筒(10)的内筒壁上与圆筒状的旋流器筒体(8)的上沿密封连接，旋流器筒体(8)的下端连接穿壁管(9)，穿壁管(9)穿出内筒(10)和外筒(11)的筒壁，旋流器筒体⑶的侧壁上开有溢流孔(6)，内筒(10)的上筒口固定有进水漏斗(3)，进水漏斗(3) 连接螺旋状的细弯管G)，细弯管的出口紧贴旋流器筒体(8)的内侧壁。
2.根据权利要求1所述的一种可控制颗粒粒径与密度的颗粒污泥污水处理装置，其特征在于，所述曝气装置(1 为微孔曝气头、曝气软管、砂芯或射流曝气装置。
3.根据权利要求1所述的一种可控制颗粒粒径与密度的颗粒污泥污水处理装置，其特征在于，内筒(10)的侧壁上有通气管O)。
4.根据权利要求1所述的一种可控制颗粒粒径与密度的颗粒污泥污水处理装置，其特征在于，所述曝气装置(12)设置在内筒(10)与外筒(11)之间的环形空间内，高于内筒 (10)下沿0 0.6倍内筒直径。
5.根据权利要求1所述的一种可控制颗粒粒径与密度的颗粒污泥污水处理装置，其特征在于，外筒(11)的高度与直径之比为15 1 5 1。
6.根据权利要求1所述的一种可控制颗粒粒径与密度的颗粒污泥污水处理装置，其特征在于，所述的旋流器筒体(8)的长度为其直径的0. 7 2倍。
7.根据权利要求1所述的一种可控制颗粒粒径与密度的颗粒污泥污水处理装置，其特征在于，旋流器筒体(8)与穿壁管(9)连接处为倒置的圆锥形，其锥角为5° 60°。
8.根据权利要求1所述的一种可控制颗粒粒径与密度的颗粒污泥污水处理装置，其特征在于，内筒(10)的下沿高于外筒(11)的下沿0. 3 1. 2倍的内筒直径，内筒(10)的上沿低于外筒(11)的上沿1倍或1倍以上的内筒直径。
9.根据权利要求1所述的一种可控制颗粒粒径与密度的颗粒污泥污水处理装置，其特征在于，旋流器筒体(8)的直径为内筒(10)直径的0. 2 0. 9倍。
10.根据权利要求1所述的一种可控制颗粒粒径与密度的颗粒污泥污水处理装置，其特征在于，穿壁管(9)的直径为溢流孔(6)直径的0. 15 1倍。
全文摘要
本发明为一种可控制颗粒粒径与密度的颗粒污泥污水处理装置，包括同心的内筒和外筒，在内筒与外筒之间的环形空间内设置曝气装置，曝气装置通过曝气装置支撑桩固定在基座上，内筒的内筒壁上连接有圆筒状的旋流器筒体，旋流器筒体的下端连接穿壁管，穿壁管穿出内筒和外筒的筒壁，旋流器筒体的侧壁上开有溢流孔，内筒的上筒口固定有进水漏斗，进水漏斗连接螺旋状的细弯管，细弯管的出口紧贴旋流器筒体的内侧壁，本发明在保证良好出水水质的基础上，成功实现了好氧污泥颗粒粒径和密度的人为控制和选择，实现固液适度分离；另外本发明使得初期颗粒形成速度快，污泥负荷均衡，并通过气液分离，提高充氧效率，具有节能高效的优点。
文档编号C02F3/30GK102153198SQ20101057566
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者姬晓琴, 李志华, 杨帆, 王晓昌 申请人:西安建筑科技大学