竖向内外双循环连续流工艺处理城市污水的装置的制作方法

本实用新型属于污水生物处理技术领域，具体涉及一种竖向内外双循环连续流工艺处理城市污水的装置。

背景技术：

随着社会发展和城市化进程的加快，城市污水排放量日益增加。据统计，仅2014年一季度我国城镇污水处理厂累计建成3622座，日处理污水能力1.53×10⁸m³，运行负荷率达79.9％。而城市污水处理是一个高耗能产业，资料显示城市污水处理厂平均电耗值达到0.285kWh/m³，总电量消耗占据污水厂运行费用的60％，所以降低污水处理能耗可以有效减少污水处理厂的运营成本，提高资金的利用效率。

国内外的城市污水处理主要采用活性污泥法，活性污泥法中好氧反应池需要大量的曝气，以供好氧微生物降解水中的有机物。据统计，污水厂中核心生化处理单元耗电量占整个工艺的50％-70％，主要集中在鼓风机、搅拌器和内外回流泵上，此处的内外回流泵作用是回流硝化液和污泥。活性污泥法中，曝气能耗约占总能耗的55.6％。

传统工艺处理污水如图1所示，城市污水从原水水箱1通过恒流泵2.1把污水稳定送入有效容积为36L的传统反应器1中，其外连接空气压缩机2.3，转子流量计2.4；曝气池2出水依靠高度差进入竖流式沉淀池3，沉淀后出水经溢流堰3.1流出，沉淀池3内设有排泥口3.2，污泥经回流泵3.3回流至曝气池曝气管附近。

目前，已经公开的膜生物反应器技术，大多数为综合处理装置，所涉及的处理装置均是独立分离式的结构，不仅主体设备体积过大，系统繁杂，而且制造成本也高，运行成本也高，同步硝化反硝化能力低，容易造成曝气池底部积泥，利用率降低。

技术实现要素：

为实现上述目的，本实用新型提供一种竖向内外双循环连续流工艺处理城市污水的装置，解决了现有技术中同步硝化反硝化能力低、另设回流装置增加投资、氧气利用率低的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，竖向内外双循环连续流工艺处理城市污水的装置，包括依次设置的城市生活污水水箱、竖向内外双循环曝气池和竖流式沉淀池，所述城市生活污水水箱顶部出水口与竖向内外双循环曝气池顶部一侧进水口通过水管连通，所述水管上设置有进水泵且插入至竖向内外双循环曝气池底部，所述竖向内外双循环曝气池另一侧顶部出水口与竖流式沉淀池顶部的进水口相连通，所述竖向内外双循环曝气池内设置有横L型的导流板，所述导流板的竖板位于竖向内外双循环曝气池进水口一侧且竖板尾端朝下，所述导流板的横板尾端位于竖向内外双循环曝气池出水口一侧，所述横板和竖板与竖向内外双循环曝气池两侧内壁之间具有空隙，所述导流板下部空间区域与上部空间区域比例约为7:1，所述导流板横板表面设置有内部中空的水平增流板，所述增流板表面设置有多个喷气嘴，所述增流板内部与空气泵连通，所述竖向内外双循环曝气池进水口一侧的底部设置有穿孔曝气管，所述穿孔曝气管向外延与空气泵连接且穿孔曝气管上设置有气体流量计。

本实用新型的特征还在于，

进一步地，所述竖流式沉淀池顶部设置有溢流堰，所述竖流式沉淀池底部外接有排泥管，所述竖流式沉淀池底部设置有回流口与竖向内外双循环曝气池进水口一侧的底部通过管道连通，所述管道上设置有污泥回流泵。

进一步地，所述导流板竖板与垂直方向角度为345°-355°，所述导流板横板与水平方向成5°-15°倾角。

进一步地，所述竖向内外双循环曝气池出水口一侧设置有温度和溶解氧探头，所述温度和溶解氧探头插入至导流板横板与竖向内外双循环曝气池内壁间的空隙。

本实用新型的有益效果是：

(1)城市污水通过竖向内外双循环曝气池底部导流板竖板内侧曝气，气泡受导流板横板的阻挡形成水流循环，使低氧区、中氧区和高氧区同时存在于同一竖向内外双循环曝气池中，与传统工艺相比提高了反应池去除效率，减少了反应池的数量，减小反应池占地面积，同时减少了中氧和低氧区搅拌的电能消耗，依靠竖向内外双循环曝气池内水流流动进行搅拌，大大缩减了基建费用和运行费用。同时竖向内外双循环曝气池底部污泥受水流循环流动的冲击，不能沉积到底部形成死区，而是参与到整个反应过程中，提高了曝气池有效利用率，相应的减少了基建投资。

(2)一部分气泡在竖向内外双循环曝气池内循环流动，一部分气泡沿着导流板竖板和导流板横板流动，最后才从自由液面溢出，所以竖向内外双循环曝气池的结构使气泡在污水中的滞留时间变长，行程增长，这使好氧微生物得到了更多的氧量，与传统曝气池相比提高曝气效率10％-15％，降低了曝气能耗。

(3)普通的活性污泥法在曝气池内全程硝化反硝化较低，竖向内外双循环曝气池由于在内部存在不同溶解氧梯度的区域，因此创造了一定的全程硝化反硝化条件，强化了污水中的有机物、氮、磷等的同步去除能力，与传统曝气池相比总氮去除率提高20％-30％，同时无需硝化液回流过程，减少了基建投资和运行费用。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1是传统连续流工艺处理城市污水的结构示意图；

图2是本实用新型竖向内外双循环连续流工艺处理城市污水的装置结构示意图；

图3是本实用新型竖向内外双循环连续流工艺处理城市污水的方法的推流式竖向双循环曝气池反应示意图。

图中，1.城市生活污水水箱，2.竖向内外双循环曝气池，3.竖流式沉淀池；

21.进水泵，22.温度和溶解氧探头，23.导流板，24.穿孔曝气管，25.空气泵，26.气体流量计，27.增流板；

31.溢流堰，32.排泥口，33.污泥回流泵。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型竖向内外双循环连续流工艺处理城市污水的装置，如图2所示，包括依次设置的城市生活污水水箱1、竖向内外双循环曝气池2和竖流式沉淀池3，所述城市生活污水水箱1顶部出水口与竖向内外双循环曝气池2顶部一侧进水口通过水管连通，所述水管上设置有进水泵21且插入至竖向内外双循环曝气池2底部，所述竖向内外双循环曝气池2另一侧顶部出水口与竖流式沉淀池3顶部的进水口相连通，所述竖向内外双循环曝气池2内设置有横L型的导流板23，所述导流板23的竖板位于竖向内外双循环曝气池2进水口一侧且竖板尾端朝下，所述导流板23的横板尾端位于竖向内外双循环曝气池2出水口一侧，所述横板和竖板与竖向内外双循环曝气池2两侧内壁之间具有空隙，所述导流板23下部空间区域与上部空间区域比例约为7:1，所述导流板23横板表面设置有内部中空的水平增流板27，所述增流板27表面设置有多个喷气嘴，所述增流板27内部与空气泵25连通，所述竖向内外双循环曝气池2进水口一侧的底部设置有穿孔曝气管24，所述穿孔曝气管24向外延与空气泵25连接，且穿孔曝气管24上设置有气体流量计26。

所述竖流式沉淀池3顶部设置有溢流堰31，所述竖流式沉淀池3底部外接有排泥管32，所述竖流式沉淀池3底部设置有回流口与竖向内外双循环曝气池2进水口一侧的底部通过管道连通，所述管道上设置有污泥回流泵33。

所述导流板23竖板与垂直方向角度为345-355°，所述导流板23横板与水平方向有5-15°倾角。

所述竖向内外双循环曝气池2出水口一侧设置有温度和溶解氧探头22，所述温度和溶解氧探头22插入至导流板23横板与竖向内外双循环曝气池2内壁间的空隙。

本实用新型竖向内外双循环连续流工艺处理城市污水的方法，如图3所示，具体按照以下步骤进行：

步骤一，配置污泥

竖向内外双循环曝气池内污泥来源于城市污水处理厂曝气池，配制污泥浓度在3000-4000mg/L的污泥进行接种，闷曝1-2天后开始进水，进水量每天逐次增加使微生物逐渐适用，至达到设计水量后继续运行1天，启动阶段结束，试验启动运行时间在1周左右；

步骤二，曝气准备

系统运行：连续流运行控制参数，反应器内污泥浓度为3000-4000mg/L，同时开始连续曝气，溶解氧浓度控制在2.0-3.0mg/L，水力停留时间为8h，污泥回流比为100％；

步骤三，曝气过程

空气进入竖向内外双循环曝气池2后，被穿孔曝气管24分割成小气泡并沿着导流板23竖板进入池体，接着气泡上升到导流板23横板，受其阻挡，水平运动至导流板23横板边缘，一部分气泡从池体的自由液面溢出；另有一部分气泡在水流的作用下没有溢出水面，而是随水流运动，其中部分气泡在导流板23以下区域，受竖向内外双循环曝气池2内壁的阻挡向下运动，而后随着曝气的上升流动，形成顺时针的涡流；另一部分随导流板23上部液体回流到竖向内外双循环曝气池2底部并随着曝气再次上升，形成逆时针的循环流动，即内外双循环运动形式；

在导流板23横板以下混合液中滞留的气体，在曝气的作用下，中心部分流速缓慢，越向外流速越大，使导流板23横板以下的池内空间中心区域为低氧区，向外为中氧区，边缘为高氧区，三个区域的范围随曝气量大小而改变；曝气量增大时，高氧区域范围大，缺氧和中氧区域的范围依次减小，曝气量减小时，高氧区域范围小，缺氧和中氧区域的范围依次增大；还有一部分小气泡随水流在导流板23横板以上混合液中滞留，在增流板27喷气嘴的助力下，随水流沿着导流板逆向运动，最后回到竖向内外双循环曝气池2底部，随着曝气的进行再次上升，进而形成循环运动；

在导流板23横板与竖向内外双循环曝气池2底板之间溶解氧浓度自中心向外围逐渐升高，有机物降解主要发生在高氧区域，对于小分子有机物可以直接在此氧化成二氧化碳和水；对于分子结构复杂、难于生物降解的有机物可以在中氧或低氧区域完成酸化水解后被输送至此，继续完成氧化过程；缺氧和中氧区域的存在，为微生物反硝化提供了有利的条件，硝态氮和亚硝态氮可以在缺氧和中氧区域被反硝化去除，提高了曝气池同步硝化反硝化效率。

本实用新型竖向内外双循环连续流工艺处理城市污水的方法，城市污水从城市生活污水水箱1通过进水泵21把污水稳定送入有效容积为36L的竖向内外双循环曝气池2中，竖向内外双循环曝气池2其内的导流板23的竖板和横板分别与竖直方向和水平方向成15度角相交，通过温度和溶解氧探头22在线监测变化，同时导流板23竖板内侧有穿孔曝气管24，其外连接空气泵25和气体流量计2.6；竖向内外双循环曝气池2出水依靠高度差进入竖流式沉淀池3，沉淀后出水经溢流堰31流出，竖流式沉淀池3内设有排泥口32，污泥经回流泵3.3回流至竖向内外双循环曝气池2曝气管24附近。

导流板23呈L型设计，这种L型导流板23可有效地将气泡收集，保证气泡上升后，能够完全被导流板23阻挡，沿着导流板23运动形成循环结构，收集后的气体能够具有足够动力继续带动上部循环。同时导流板23的距离竖向内外双循环曝气池2侧壁的空隙保证上部循环回流至底部，5°-15°倾角有利于污泥回到底部，增流板27的喷气嘴喷出气体，提供辅助的动力，在导流板23上部不产生大量集泥现象，且不影响上部整体的循环过程。

实施例

实验采用城市生活污水为原水，具体水质如下：COD浓度为250～320mg/L、NH₄-N浓度为10～15mg/L、TN浓度为10～20mg/L、TP浓度为2～6mg/L。竖向内外双循环曝气池2由有机玻璃板制成，长0.3m、宽0.3m、高0.5m，有效水深为0.4m，有效容积为36L。

具体运行如下：

1)两对比反应池污泥均来源于城市污水处理厂曝气池，配成污泥浓度为4000mg/L，试验正式运行前，把污泥培养1周，恢复其活性。

2)正常运行阶段：

两对比反应池按相同运行模式控制：

①水力停留时间为8h，污泥龄为18d；

②采用连续进水模式，进水流量为4.5L/h，污泥回流量比为100％，进水曝气同时进行，溶解氧控制在2.0mg/L，采用定期瞬时排泥控制反应池内污泥浓度。

③实验结果如下表1所示，

运行稳定后，传统反应器出水COD浓度为20-50mg/L，平均去除率为88％；竖向双循环反应池出水COD浓度为15.0～30.0mg/L、去除率保持在90％以上；两反应池对比NH₄-N去除率分别为82.54％和95.80％，TN为去除率分别为87.14％和91.24％、TP去除率均达到90％以上。竖向双循环反应池2污染物去除效率均在90％以上，且高于传统反应池。溶解氧监测结果显示：达到出水溶解氧为2.0mg/l时，竖向双循环反应池曝气量为0.12L/min，传统反应器曝气量为0.15L/min，竖向双循环反应池节约了曝气能耗。

表1

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围内。