专利名称：污水生化处理装置及其处理方法
技术领域：
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种污水生化处理装置及其处理方法。
背景技术：
近年来，我国城镇污水处理率不断提高，但是由氮磷污染引起的水体富营养化问题不仅没有得到解决，而且有日益严重的趋势。因此水体富营养化问题的加剧对氮、磷的去除提出了严格的要求，可见，污水处理的主要矛盾已由有机污染物的去除转变为氮、磷污染物的去除。我国对城镇污水处理厂的出水标准越来越高，特别提高了氮磷的标准，因此许多已建的城镇污水处理厂需要升级改造，增加设施去除污水中的氮、磷污染物，以达到国家规定的排放标准，新建的污水处理厂则须按照新标准进行建设。对于脱氮除磷工艺，今后的发展要求不仅仅局限于较高的氮磷去除率，而且要求处理效果稳定、可靠、工艺控制调节灵活、投资运行费用节省。目前，生物脱氮除磷工艺正向着这一简洁、高效、经济的方向发展。我国目前绝大部分地区的污水治理体系还没有区域化或综合化，各污染源处于分散治理状态，传统的活性污泥法等连续流生化处理工艺在处理水量较小、变幅大的污水时难以正常稳定运行，因此，发展高效、低耗、占地少的水处理工艺一直是废水处理领域的重要课题。生物一体化反应器技术因其自身优势以及近年来微生物固定化技术的日趋成熟而受到学术界得越来越多的关注，并已成功应用于多种废水的处理。与传统的废水处理工艺相比，这种新型反应器技术可减少工艺设备，降低工程造价，节约运行成本，减少占地面积，已引起政府和科技人员的高度重视。目前垂直分段一体化生物处理工艺研究很少，现有的污水生化处理方法及装置多为在空间的水平分段，最主要的有传统活性污泥法及其变形:A-0法、A-A-O法、A-B法、各种氧化沟等外加二沉池出水；SBR法为时间分段，不同的时间反应池起到不同的作用；MSBR法为空间的分评分段和时间分段的混合，以改善时间分段的缺点，最后出水都离不开二沉池，即等待污泥沉降下去以后 将上清液排出，往往因污泥沉降速度慢，而使二沉池的处理能力偏低，处理时间一般占整个水处理周期的二分之一。垂直分段一体化生物处理工艺以其污水处理时间短、节约用地、减少能耗、降低造价，同时保证高质量连续出水而被采用。孙复华发明了一套垂直分段一体化污水生化处理方法及相应的装置。该装置的底部形成一个倒锥形污泥分选旋流集泥坑，集泥坑中心有排泥口，生化池体上部设置有至少一个叠片滑滤出水井，曝气平面使生化池分段为厌氧、好氧、缺氧区，并形成垂直内循环，污水从曝气头和曝气管网下面厌氧污泥区域升至上面三相流好氧上升区域进行好氧曝气，又经环形阻挡漂浮物的裙板和虚拟的二次沉淀池的二相流静沉出水区进入叠片滑滤出水井或叠片滑滤出水堰，自井中心下部的出水口排出。污水由底部水平切向射水使池底的倒锥面起旋流器的作用对污泥进行微观的分选，分选所需的水平旋转的动力来自于进水的功能，必要时，需加水下机械搅拌推进器，通常情况下，单靠进水的功能提供分选所需的水平旋转的动力是不够的，需要加水下机械搅拌推进器才能够保证水平旋转的动力；另外该工艺所采用的装置既设置了二次沉淀池，还设有环形阻挡漂浮物的裙板以及至少一个叠片滑滤出水井或叠片滑滤出水堰等，该装置造价较为昂贵、运行管理也较为复杂，直接制约了垂直分段一体化污水生化处理装置在污水处理领域中的广泛应用。
发明内容
本发明在于提供一种工艺简单、成本低、且能够节约能耗的污水生化处理装置及其处理方法。本发明的具体技术方案如下:
一种污水生化处理装置，包括供气管、生化池体、设在生化池体上的出水口和污水进口，生化池体内底部形成一个倒锥形污泥分选旋流集泥坑，集泥坑中心设有排泥口，集泥坑上方分布有与污水进口连接的水平布水管和切向射水头，所述污水进口设在水平布水管和切向射水头的上方，生化池体上方的竖直方向设有至少一根升液管，供气管的出气端伸入升液管的下方，其进气端探出生化池体外；生化池体自上而下分为好氧区、缺氧区、厌氧区，所述出水口设在好氧区的上方，生化池体内靠近出水口处设有挡板，挡板与池壁平行且沿生化池体的四周延伸，挡板的顶部高于池体上的出水口。本发明中升液管的管间距、其高度以及截面大小可根据需要进行设定，优选的，所述升液管的管间距为3m，升液管横截面积与生化池体的横截面积比为1:36，升液管的高度与生化池体的高度比为3:8。本发明中升液管的高度可根据污水的特点进行选择，当升液管的高度大时，可以插入生化池体较深处，此时处理COD能力强，当升液管的高度较小时，可以插入生化池体较浅处，此时处理NH4+能力强。 所述好氧区设有填料架，填料架的高度占生化池体高度的1/2。填料架上设有填料作为好氧生物载体，所述填料的材质为聚丙烯。采用优质的聚丙烯材料，长时间浸泡在废水不会降解，也不会对微 生物有毒害作用；填料设于填料架上且悬浮在水中，对污水水质和水量的变动具有较好的适应能力；更换方便，使用寿命长。所述供气管的进气端与风机连接。本发明还涉及采用上述污水生化处理装置的处理方法，包括如下步骤:
(1)污水从污水进口进入水平布水管后在冲力的作用下从切向射水头射出，带动倒锥面池底污泥作水平旋流运动，并向集泥坑中心集中，比重大的老龄污泥较新生污泥集中的快，以实现对污泥的微观分选排放；
(2)生化池体自上而下分段为好氧区、缺氧区、厌氧区，污水从厌氧区上升至缺氧区，再由缺氧区进入好氧区后与供气管出气端的压缩空气混合后沿升液管往上流动；
(3)从升液管顶部出来的一部分水回流，在好氧区进行垂直循环，一部分水经挡板阻挡后污水中的污泥沿池壁滑落到池底，清水沿池壁缓慢上升经池壁与挡板形成的虚拟沉淀池后自池体上部的出水口流出。上述供气管的供气量优选为41-42m3/小时。本发明将待处理的污水由底部水平布水管和切向射水头水平切向射水使池底的倒锥面起旋流器的作用对污泥进行微观的分选，本发明将污水进口设置成高于水平布水管和切向射水头，利用污水的冲击作用使水从切向射水头射出，在不需要水下机械搅拌推进器的情况下为污泥进行微观的分选提供足够的水平旋转的动力，使进入的污水与污泥充分混合，防止污泥沉降，节约了能源，降低了成本。本发明采用向升液管通入压缩空气代替传统的曝气平面的曝气方式，将压缩空气引入到升液管中，由于含空气的水比重较小，促使污水与气体一起沿升液管往上流动，同时空气中的氧转移到污水中。升液管外的水流方向垂直向下，利用水的垂直循环将富氧水送到水下。在水往下流的同时，填料中的活性污泥呼吸消耗氧，进而在生化池体内形成氧浓度逐渐减小的氧浓度梯度，在某一深度，氧浓度等于零，这个过程实现了硝化与反硝化生化反应。此种曝气方式可以减小气泡尺寸，增大表面积，使氧向液体中的转移效率大大增强，由于氧浓度提高，加大了氧在污泥絮体颗粒内的渗透深度，使絮体中好氧微生物所占比例增大，污泥活性保持在较高水平上，因而净化功能良好，也不会发生由于缺氧而引起的丝状菌污泥膨胀，泥粒较结实，污泥浓度大大提高；硝化菌的生长也不会受到溶解氧不足的限制，有利于生物脱氮过程，从而达到强化脱氮的目的。本发明同现有技术相比，具有如下优点:
(1)本发明利用废水的垂直循环与填料配合，在垂直方向形成氧浓度梯度，有利于生物脱氮，从而达到强化脱氮的目的；减少能耗，提高氧利用效率；
(2)将污水进口设置成高于水平布水管和切向射水头，利用污水的冲击作用使水从切向射水头射出，为污泥进行微观的分选提供足够的水平旋转的动力，无需采用水下机械搅拌推进器，节约了能源，降低了成本；
(3)本发明结构简单、成本低，将供气管直接伸入升液管中，维修时只需取出供气管即可，无需进入池体内，维修方便；另外通过设置挡板，避免富氧水对污泥沉降的搅动，采用挡板与池壁形成的虚拟沉淀池完成污泥的沉降作用，结构简单，成本低，适宜在污水处理领域中大规模应用；
(4)本发明可以通过控制升液管的高度对不同类型的污水进行有针对性的处理；如果污水中COD浓度高，则升液 管的深度深一些(升液管的高度相对较大);如果污水中NH4+浓度高，则升液管的深度浅一些(升液管的高度相对较小)，实现一物多用，满足不同污水处理的要求。
图1为本发明结构示意图。其中:1为出水口，2为挡板,3为填料架，4为升液管,5为供气管,6为风机,7为布水管，8为射水头,9为排泥口，10为污水进口，11为填料,12为进水管，13为生化池体,A为好氧区，B为缺氧区，C为厌氧区，D为污泥区。
具体实施例方式以下结合附图进一步说明本发明。参见图1，本发明的污水生化处理装置，包括供气管5、生化池体13、设在生化池体13上的出水口 I和污水进口 10，生化池体13内底部形成一个倒锥形污泥分选旋流集泥坑，该集泥坑为污泥区D，污泥沉降后集中在D区，集泥坑中心有排泥口 9，集泥坑上方分布有水平布水管7和切向射水头8，水平布水管7和切向射水头8通过进水管12与污水进口 10连接，所述污水进口 10设在水平布水管7和切向射水头8的上方。生化池体13上方的竖直方向设有至少一根升液管4，供气管5的出气端伸入升液管4的下方，其进气端探出生化池体13外与风机6连接；生化池体13自上而下分为好氧区A、缺氧区B、厌氧区C，所述出水口 I设在好氧区A的上方且略高于升液管的上端，生化池体13内靠近出水口 I处设有挡板2，挡板2通过支架与生化池体13连接，由于此种连接方式是现有的，所以不作详细描述，挡板2与池壁平行且沿生化池体13的四周延伸，挡板2的顶部高于生化池体13上的出水口
1本发明中升液管的管间距、其高度以及截面大小可根据需要进行设定，优选的，所述升液管的管间距为3m，升液管横截面积与生化池体的横截面积比为1:36，升液管的高度与生化池体的高度比为3:8。
所述好氧区A设有填料架3，填料架的高度占生化池体高度的1/2。填料架上分布有填料，该填料是现有的填料，其材质可以是聚丙烯。采用上述污水生化处理装置的处理方法，包括如下步骤:
(1)污水从污水进口进入水平布水管后在冲力的作用下从切向射水头射出，带动倒锥面池底污泥作水平旋流运动，并向集泥坑中心集中，比重大的老龄污泥较新生污泥集中的快，以实现对污泥的微观分选排放；
(2)生化池体自上而下分段为好氧区、缺氧区、厌氧区，污水从厌氧区上升至缺氧区，再由缺氧区进入好氧区后与供气管出气端的压缩空气混合后沿升液管往上流动；
(3)从升液管顶部出来的一部分水回流，在好氧区进行垂直循环，一部分水经挡板阻挡后污水中的污泥沿池壁滑落到池底，清水沿池壁缓慢上升经池壁与挡板形成的虚拟沉淀池后自池体上部的出水口流出。上述供气管的供气量优选为41-42m3/小时。
实施例生化池体13为筒状，其直径为3m，高度为8m ;生化池体的中心的垂直方向插入一根直径为50cm的升液管，升液管的高度为3m ;生化池体上方的填料架的高度为4m，升液管的上端略高于填料架的上端；供气管的供气量为41-42m3/小时；生化池体处理污水的处理量为10 m3/小时。从污水进口进入的污水中COD 200mg/L，NH4+20mg/L;经本发明污水生化处理装置处理后，从出水口流出的水中COD 60mg/L, NH4+ 8mg/L,达到国家排放标准。
权利要求
1.一种污水生化处理装置，包括供气管、生化池体、设在生化池体上的出水口和污水进口，生化池体内底部形成一个倒锥形污泥分选旋流集泥坑，集泥坑中心设有排泥口，集泥坑上方分布有与污水进口连接的水平布水管和切向射水头， 其特征在于所述污水进口设在水平布水管和切向射水头的上方，生化池体上方的竖直方向设有至少一根升液管，供气管的出气端伸入升液管的下方，其进气端探出生化池体外； 生化池体自上而下分为好氧区、缺氧区、厌氧区，所述出水口设在好氧区的上方，生化池体内靠近出水口处设有挡板，挡板与池壁平行且沿生化池体的四周延伸，挡板的顶部高于池体上的出水口。
2.根据权利要求1所述的污水生化处理装置，其特征在于所述升液管的管间距为3m，升液管横截面积与生化池体的横截面积比为1:36，升液管的高度与生化池体的高度比为3:8。
3.根据权利要求1或2所述的污水生化处理装置，其特征在于所述好氧区设有填料架，填料架的高度占生化池体高度的1/2。
4.根据权利要求1所述的污水生化处理装置，其特征在于所述供气管的进气端与风机连接。
5.上述任一权利要求所述的污水生化处理装置的处理方法，其特征在于包括如下步骤: (1)污水从污水进口进入水平布水管后在冲力的作用下从切向射水头射出，带动倒锥面池底污泥作水平旋流运动，并向集泥坑中心集中，比重大的老龄污泥较新生污泥集中的快，以实现对污泥的微观分选排放； (2)生化池体自上而下分段为好氧区、缺氧区、厌氧区，污水从厌氧区上升至缺氧区，再由缺氧区进入好氧区后与供气管出气端的压缩空气混合后沿升液管往上流动； (3)从升液管顶部出来的一部分水回流，在好氧区进行垂直循环，一部分水经挡板阻挡后污水中的污泥沿池壁滑落到池底，清水沿池壁缓慢上升经池壁与挡板形成的虚拟沉淀池后自池体上部的出水口流出。
6.根据权利要求5所述的处理方法，其特征在于所述供气管的供气量为41-42m3/小 时。
全文摘要
本发明涉及一种污水生化处理装置，包括供气管、生化池体、设在生化池体上的出水口和污水进口，生化池体内底部形成一个倒锥形污泥分选旋流集泥坑，集泥坑中心设有排泥口，集泥坑上方分布有与污水进口连接的水平布水管和切向射水头，污水进口设在水平布水管和切向射水头的上方，生化池体上方的竖直方向设有至少一根升液管，供气管的出气端伸入升液管的下方，其进气端探出生化池体外；生化池体自上而下分为好氧区、缺氧区、厌氧区，所述出水口设在好氧区的上方，生化池体内靠近出水口处设有挡板，挡板的顶部高于池体上的出水口。本发明还涉及采用该处理装置的处理方法，采用本发明具有工艺简单、成本低、且能够节约能耗的特点。
文档编号C02F3/30GK103183412SQ20131010533
公开日2013年7月3日 申请日期2013年3月29日 优先权日2013年3月29日
发明者韩寒, 刘志宏 申请人:江苏盛世水业发展有限公司