垂直式污水处理设备和方法
【专利摘要】本发明提供了一种垂直式污水处理设备，其包括厌氧格室、缺氧格室、好氧格室和二次沉淀格室，其特征在于：厌氧格室、缺氧格室、好氧格室和二次沉淀格室由下至上依次垂直布置。另一方面，本发明还提供了一种利用上述垂直式污水处理设备处理污水的方法。本发明的污水处理设备和方法具有减少占地、提高充氧效率、减少水头损失、减少无效结构体积、热量损失小等优点。
【专利说明】垂直式污水处理设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种污水处理设备和方法，主要应用于城市集中污水处理、工业废水处理、分散污水处理等污水生物处理领域。
【背景技术】
[0002]现代污水处理技术包括物理处理法、化学处理法、生物处理法。物理化学法一般作为污水处理中的预处理方法，生物处理法作为主要处理工艺，目前在各国污水处理工艺中采用较多的生物处理法还是活性污泥法。
[0003]活性污泥法8111(1^6 ￠^0(3688)是以活性污泥为主体的废水生物处理工艺方法，活性污泥法是向废水中连续通入空气，经一定时间后因好氧微生物繁殖而形成的污泥状絮凝物。其上栖息着以菌胶团为主的微生物群，具有很强的吸附与氧化有机物的能力。利用活性污泥的生物凝聚、吸附和氧化作用，以分解去除污水中的有机污染物，然后使污泥与水分离，大部分污泥再回流到曝气池，多余部分则排出活性污泥系统。
[0004]采用活性污泥法污水处理工艺的污水处理厂以八20工艺为例，一般采用如下流程:污水先经过格栅，经过水泵提升后，进入沉沙池、初沉池、厌氧池、缺氧池、好氧池、二次沉淀池，最后经过处理后达到排放标准的水排出。一般在污水处理厂中，各处理单元是水平布置，为了使污水从前至后顺利通过各处理单元，后一个处理单元自由水面要低于前一个处理单元的自由水面，前后两个水面的高差要能够满足污水通过连接管道的水头损失。
[0005]这种传统水平布局的污水处理工艺具有以下缺点:(1)占地大，因所有污水处理构筑物全部平铺在地面上，造成污水处理厂占地面积大；(2)水头损失大，在各污水处理构筑物之间需要管道连接，造成各处理构筑物之间都要有一定的水头损失；(3)充氧效率低，由于曝气池深度有限，造成水压较低，充氧效率低，动力损失大；(4)构筑物结构无效体积较多，为了保证构筑物中污水不溢出，每个构筑物上端都要留有一定的超高部分，造成构筑物结构无效体积较多；(5)冬季热量损失大，因所有污水处理构筑物全部平铺在地面上，形成很大的水面，在冬季寒冷气候条件下热量损失大。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明提供了一种垂直式污水处理设备和方法，其克服了现有水平式污水处理工艺的上述缺点。
[0007]—方面，本发明提供了一种垂直式污水处理设备，其包括厌氧格室、缺氧格室、好氧格室和二次沉淀格室，其特征在于:厌氧格室、缺氧格室、好氧格室和二次沉淀格室由下至上依次垂直布置。
[0008]另一方面，本发明还提供了一种利用上述垂直式污水处理设备处理污水的方法，其包括步骤:
[0009](1)污水经过沉砂池、初次沉淀池进行一级处理；
[0010](2)在污水泵的压力下，污水从垂直式污水处理设备的下方进入，依次进入厌氧格室、缺氧格室、好氧格室和二次沉淀格室，最后由上方出水。
[0011]其中，在厌氧格室内，污水与从二次沉淀格室输送的回流污泥混合，污泥中的聚磷菌利用原污水中的溶解态有机物进行厌氧释磷；
[0012]在缺氧格室中，来自厌氧格室的污泥中的反硝化菌利用剩余的有机物和从好氧格室输送的混合液中的硝酸盐混合并进行反硝化脱氮；
[0013]在好氧格室中，来自缺氧格室的污泥中的硝化菌在富氧的条件下进行硝化作用将污水中的氨氮转化为硝酸盐，同时聚磷菌进行好氧吸磷，剩余的有机物也在此被好氧菌氧化；
[0014]在二次沉淀格室中，水和污泥分离，经过处理后的水由出水口排放，沉淀的污泥返回厌氧格室，磷以富磷剩余污泥的形式排出。
[0015]本发明的污水处理设备和方法具有以下特点:
[0016](1)减少占地，本发明的污水处理工艺主体构筑物占地面积为污水量除以二次沉淀格室的表面水力负荷，既二次沉淀池的面积；(2)提高充氧效率，由于在好氧格室之上还有二次沉淀格室，好氧格室水压加大，使得好氧格室充氧效率提闻；(3)减小水头损失，在设备中各处理格室之间直接相连，减小了水头损失。(4)减小无效的结构体积，厌氧格室与缺氧格室及缺氧格室与好氧格室之间直接相连，减小了超高部分结构体积。(5)热量损失小，由于各格室沿高度布置，减少露天水面面积，减少散热面积，冬季热量损失小。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明的垂直式污水处理设备的俯视图；
[0018]图2是沿着图1中的八-八线的剖面图；
[0019]图3是沿着图2中的8-8线的剖面图。
[0020]其中，1为垂直式污水处理构筑物的厌氧格室，2为缺氧格室，3为好氧格室，4为二次沉淀格室，5为水平网格，6为好氧格室至二次沉淀格室混合液通道，7为进水，8为厌氧格室混合泵及管路，9为污泥回流泵及管路，10为好氧格室混合液至缺氧格室回流泵及管路，11为缺氧格室混合泵及管路，12为射流曝气器，13为加压泵，14为鼓风机，15为二次沉淀格室吸泥管，16为二次沉淀格室吸泥机，17为好氧格室排气管，18为排气口气水分离器，19为出水。
【具体实施方式】
[0021]本发明的垂直式污水处理设备主要包括厌氧格室1、缺氧格室2、好氧格室3、二次沉淀格室4。厌氧格室1、缺氧格室2、好氧格室3和二次沉淀格室4由下至上依次垂直布置。在上下布置的厌氧格室1与缺氧格室2之间及缺氧格室2与好氧格室3之间采用水平孔板或网格5分格。水平孔板或网格5 —方面既要使污水能从下一格室到上一格室均匀通过，还要有一定的阻隔作用，使不同格室之间混合液不产生大的对流，另一方面对构筑物起加强结构作用。在上下布置的好氧格室3和二次沉淀格室4之间，采用水平格板分格，水平格板既是好氧格室3的顶板，也是二次沉淀格室4的底板。并且在水平格板一侧留有好氧格室3的混合液进入二次沉淀格室4的通道6，在通道6的一侧，水平分格板连接向下垂直的格板，垂直格板高度大于好氧格室中气、液分离区的高度(参见图2左侧)。通道6只准许好氧格室3的混合液进入二次沉淀格室4，而不准许气体通过。
[0022]在本发明中，在厌氧格室1外两侧布置混合泵8、污泥回流泵9及管道，混合泵8将厌氧格室1中新进入的污水与回流污泥混合，污泥回流泵9将二次沉淀格室4的沉淀污泥输送至厌氧格室1，回流量一般为进水量的40-100%。
[0023]在本发明中，在缺氧格室2外两侧布置混合泵11、好氧格室混合液至缺氧格室回流泵10及管道，混合泵11混合缺氧格室2中的混合液，混合液回流泵10将好氧格室3的混合液输送至缺氧格室2，回流量一般为进水量的100-400%。
[0024]在本发明中，在好氧格室3外两侧布置射流曝气器12、加压泵13、鼓风机14，以便为好氧格室内生物反应提供氧。在好氧格室3顶部布置排气管17，将好氧格室3顶部气水分离区中的废气排出。为提高曝气压力，以此提高好氧格室3中曝气充氧效率，将好氧格室3的排气管17的排气口置于二次沉淀格室4的水面之上，在排气口设气水分离器18，如重力式气水分离器，以保证在好氧格室3的气水分离区内具有一定的压力，使好氧格室3内的混合液不从排气管17流出。气水分离器18内气体的压力等于二次沉淀格室4的水面与好氧格室3的水面之间水位压力差与大气压之和。在排气管17内设喷水装置，以便消除好氧格室3的表面产生的泡沫和浮渣。
[0025]在本发明中，在二次沉淀格室4内布置吸泥管15，上部设置吸泥机16。二次沉淀格室4底部的沉淀污泥通过吸泥管15由吸泥机16吸出，一部分回流至厌氧格室1，重新参与生物降解反应，另一部分以剩余污泥的形式排出。
[0026]本发明的设备加工材料可采用钢板、钢筋砼等。构筑物内不放置机械设备，以避免设备维修带来的不便。
[0027]本发明的设备的平面尺寸由污水量除以二次沉淀格室的表面水力负荷，即二次沉淀池的面积确定，纵向高度由污水流量乘以各生物处理格室停留时间除以平面面积确定。当污水处理量较大时，也可以多组单体设备并联运行，当多组单体设备并联运行时，需要采用水下设备廊道，将各个格室外部的混合泵、射流曝气器、加压泵、鼓风机等外部设备布置于水下设备廊道中，便于工人管理、维护。
[0028]污水处理设备的规模可以从每天100吨到每天100万吨。
[0029]利用本发明的垂直式污水处理设备进行污水处理的流程如下，以八20工艺为例说明，污水首先经过沉砂池和初次沉淀池。如果污水中悬浮物浓度不是很高，也可以如通常情况那样省去初次沉淀池，保留污水中足够的有机碳源，以满足反硝化除氮过程中对碳源的需求。可以考虑污水在经过沉砂池之后，再由水泵加压进入到垂直式污水处理设备中。
[0030]然后，污水进入到厌氧格室1，在厌氧格室1内原污水7与从污泥回流泵9输送的回流污泥由混合泵8混合，污泥中的聚磷菌利用原污水中的溶解态有机物进行厌氧释磷。[0031〕 厌氧格室1中的混合液然后通过水平孔板或网格5进入到缺氧格室2，在此污泥中的反硝化菌利用剩余的有机物和回流泵10输送的好氧格室3混合液中的硝酸盐在混合泵11混合下进行反硝化脱氮。
[0032]脱氮反应完成后，缺氧格室2中的混合液通过水平孔板或网格5进入到好氧格室3，在好氧格室两侧布置的射流曝气器12、加压泵13、鼓风机14为好氧格室3内的生物反应提供氧。在此污泥中的硝化菌在富氧的条件下进行硝化作用将污水中的氨氮转化为硝酸盐，同时聚磷菌进行好氧吸磷，剩余的有机物也在此被好氧菌氧化。在好氧格室3顶部布置的排气管17，将好氧格室3顶部气水分离区中的废气排出。
[0033]好氧格室3的混合液通过通道6进入到二次沉淀格室4，在二次沉淀格室4中泥水分离，经过处理后的水由出水口 19排放，沉淀的污泥经过吸泥管15、吸泥机16及污泥回流泵9返回厌氧格室1，磷以富磷剩余污泥的形式排出。
【权利要求】
1.一种垂直式污水处理设备，其包括厌氧格室(I)、缺氧格室(2)、好氧格室(3)和二次沉淀格室(4)，其特征在于:厌氧格室(I)、缺氧格室(2)、好氧格室(3)和二次沉淀格室(4)由下至上依次垂直布置。
2.根据权利要求1所述的垂直式污水处理设备，其特征在于:厌氧格室(I)外两侧布置有第一混合泵(8)、污泥回流泵(9)及管道，污泥回流泵(9)将二次沉淀格室(4)的沉淀污泥输送至厌氧格室(I)，第一混合泵(8)将厌氧格室(I)中新进入的污水与回流污泥混口 ο
3.根据权利要求2所述的垂直式污水处理设备，其特征在于:缺氧格室(2)外两侧布置有第二混合泵(11)、混合液回流泵(10)及管道，混合液回流泵(10)将好氧格室(3)的混合液输送至缺氧格室(2)，第二混合泵(11)混合缺氧格室(2)中的混合液。
4.根据权利要求3所述的垂直式污水处理设备，其特征在于:好氧格室(3)外两侧布置射流曝气器(12)、加压泵(13)和鼓风机(14)，以便为好氧格室(3)内的生物反应提供氧。
5.根据权利要求4所述的垂直式污水处理设备，其特征在于:好氧格室(3)中曝气的气体上升至顶部气水分离区，经由排气管(17)排出。
6.根据权利要求5所述的垂直式污水处理设备，其特征在于:在排气管(17)口设气水分离器(18);在排气管(17)内设喷水装置，用于消除好氧格室(3)的表面产生的泡沫和浮渣。
7.根据权利要求1至6任一所述的垂直式污水处理设备，其特征在于:二次沉淀格室(4)内布置有吸泥管(15)，上部设置有吸泥机(16)，二次沉淀格室(4)底部的沉淀污泥通过吸泥管(15)由吸泥机(16)吸出，一部分作为回流污泥由所述污泥回流泵(9)回流至厌氧格室(I)，重新参与生物降解反应，另一部分以剩余污泥的形式排出。
8.根据权利要求1至6任一所述的垂直式污水处理设备，其特征在于:厌氧格室(I)与缺氧格室(2)之间及缺氧格室(2)与好氧格室(3)之间采用水平孔板或网格(5)分格。
9.根据权利要求1至6任一所述的垂直式污水处理设备，其特征在于:好氧格室(3)与二次沉淀格室(4)之间采用水平格板分格，并在一侧留有供好氧格室(3)内的混合液进入二次沉淀格室(4)的通道￠)，并且在所述通道￠)的一侧处，水平格板连接向下的垂直格板，垂直格板的高度大于好氧格室(3)中的气水分离区的高度。
10.根据权利要求1至6任一所述的垂直式污水处理设备，其特征在于:当多组垂直式污水处理设备并联运行时，采用水下设备廊道，并将各个设备的第一和第二混合泵(8，11)、射流曝气器(12)、加压泵(13)和鼓风机(14)布置于所述水下设备廊道中。
11.一种利用如权利要求1至10中任一所述的垂直式污水处理设备处理污水的方法，其包括步骤: (1)污水经过沉砂池、初次沉淀池进行一级处理； (2)在污水泵的压力下，污水从垂直式污水处理设备的下方进入，依次进入厌氧格室、缺氧格室、好氧格室和二次沉淀格室，最后由上方出水。 其中，在厌氧格室内，污水与从二次沉淀格室输送的回流污泥混合，污泥中的聚磷菌利用原污水中的溶解态有机物进行厌氧释磷； 在缺氧格室中，来自厌氧格室的污泥中的反硝化菌利用剩余的有机物和从好氧格室输送的混合液中的硝酸盐混合并进行反硝化脱氮； 在好氧格室中，来自缺氧格室的污泥中的硝化菌在富氧的条件下进行硝化作用将污水中的氨氮转化为硝酸盐，同时聚磷菌进行好氧吸磷，剩余的有机物也在此被好氧菌氧化；在二次沉淀格室中，水和污泥分离，经过处理后的水由出水口排放，沉淀的污泥返回厌氧格室，磷以富磷剩余污泥的形式排出。
【文档编号】C02F9/14GK104445798SQ201410040760
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年1月26日 优先权日:2013年12月10日
【发明者】向连城, 宋永会, 吴俊奇, 王思宇, 李剑屏, 刘兴法 申请人:中国环境科学研究院