一种实现污泥快速沉降的sbr设备及其应用
【专利摘要】本发明提出一种实现污泥快速沉降的SBR设备，包括柱形反应器主体、用于待处理污水进水的进水单元、曝气单元、加药单元、序批模式控制单元，进水管进入柱形反应器主体，进气管连接的曝气器设置在柱形反应器主体内；加药单元包括位于柱形反应器主体外的配药箱，配药箱连接有加药计量泵、进药阀及加药管，加药管进入柱形反应器主体。本发明使用具备有机电荷的纳米絮凝剂，将生化反应池及二沉池中的絮状活性污泥迅速凝结成颗粒态，凝聚物依靠纳米晶体的电极作用快速凝聚，从而加快悬浮物的沉降速度，缩短了活性污泥沉淀时间，可提高反应器内污泥浓度，提高了反应器的池容利用率。
【专利说明】
一种实现污泥快速沉降的SBR设备及其应用
技术领域
[0001] 本发明属于废水处理领域，具体涉及一种序批式活性污泥法废水处理工艺的设备 和方法。
【背景技术】
[0002] 序批式反应器（SBR)是在同一个反应器内，通过在时间上的交替进水、曝气、沉 淀、排水和静置五个工序实现传统活性污泥法的整个过程。SBR法宜用于中、小型城镇污水 和工业废水处理工程。据统计，2011年全国已建2716座城镇污水处理厂中，有超过17. 7% 的污水厂采用了 SBR及其变形工艺。大部分的SBR反应器都是变水位运行的，在整个运行 周期中SBR反应器内的水位并没有始终处于100%的水平，在进水和滗水及静置期间部分 池容是闲置的，从某种程度上说SBR反应器的运行方式降低了反应器使用效率，从而微生 物的工作时间效率会更低，最终影响出水水质。
[0003] 随着我国经济快速发展及生活水平的提高，我多污水水量在日益增加，许多城市 污水处理规模不足，污水处理厂普遍处于"超负荷"运转状态。持续超负荷运行使得生物处 理单元污泥性能变差，处理效果下降，污泥上浮进而影响污泥的沉降性能，最终导致出水无 法稳定达标。同时，我国各级政府对水污染治理标准提出了更高的要求，因此，目前大部分 污水处理厂面临工艺改造、提升处理标准的严峻问题。部分污水处理厂采用投加PAM、聚铁、 聚铝等化学药剂作为应急手段，实现城镇污水处理厂的污泥快速沉淀，提高出水水质。然而 这些传统絮凝剂的投加不仅药剂用量大，增加运行成本；而且增加污泥产生量，进而造成后 续污泥处理负荷增大；此外，残留离子浓度较高，可能造成二次污染问题。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足之处，本发明的目的是提出一种用于城市污水处理的实现污 泥快速沉降的SBR设备。
[0005] 本发明的另一目的是提出应用所述设备处理污水的方法。
[0006] 实现本发明目的的技术方案为：
[0007] -种实现污泥快速沉降的SBR设备，包括柱形反应器主体、用于待处理污水进水 的进水单元、曝气单元、加药单元、75 %排水比时出水阀、50 %排水比时出水阀、序批模式控 制单元，
[0008] 所述进水单元包括进水栗、带有进水阀的进水管以及均匀布水器，所述进水管进 入柱形反应器主体，进水管连接的均匀布水器设置在柱形反应器主体下部；
[0009] 所述曝气单元包括设置在柱形反应器主体外的鼓风机，鼓风机连接带有进气阀的 进气管以及曝气器，所述进气管进入柱形反应器主体，进气管连接的曝气器设置在柱形反 应器主体内，位于所述均匀布水器的下方；
[0010] 所述加药单元包括位于柱形反应器主体外的配药箱，配药箱连接有加药计量栗、 进药阀及加药管，所述加药管进入柱形反应器主体内，
[0011] 所述序批模式控制单元还包括一个电控箱，电控箱内设置双循环数显时间继电器 和中间继电器，所述双循环数显时间继电器连接中间继电器，所述中间继电器连接所述进 水阀、进气阀、进药阀。
[0012] 其中，所述的均匀布水器由多根布水管组成，所述布水管布置为网格式、隔栅式、 放射形或鱼骨形，布水管朝下布置两排布水孔，布水孔的中心线与铅垂线成45°角。
[0013] 两排布水孔优选为两边对称布置，达到均匀布水。
[0014] 优选地，所述曝气器为微孔曝气盘。
[0015] 进一步地，所述的配药箱内设置有搅拌器，所述加药管为多孔管，所开的加药孔向 下方向布置。
[0016] 其中，所述柱形反应器主体上部设置有溢流口阀门，底部设置有排泥阀。
[0017] 进一步地，在所述柱形反应器主体上设置有第一排水比时出水阀和第二排水比时 出水阀；所述第一排水比时出水阀设置在柱形反应器主体从下向上70-80%高度处，所述 第二排水比时出水阀设置在柱形反应器主体40-60%高度处；两个排水阀均与中间继电器 连接。整个控制系统分自动手动两部分，既能够实现无人值守的全自动运行，也能够调整为 手动模式进行检测、修正。
[0018] 应用本发明所述的设备处理城市污水的方法，包括：
[0019] 步骤一，开启进水阀和进水栗，此步骤进水量控制在处理量的55-65% ;
[0020] 步骤二，步骤一进水后，关闭进水阀门和进水栗，同时开启曝气阀门和鼓风机， 空气通过反应器底部的微孔曝气器进入反应器，此步骤曝气时间控制为总曝气时间的 55-65% ；
[0021] 步骤三，再次开启进水阀和进水栗，与步骤一相同的环境下运行，此次进水量控制 在处理量的27-33% ;
[0022] 步骤四，关闭进水阀门和进水栗，同时开启曝气阀门和鼓风机，与步骤二相同的环 境下运行，此次曝气时间控制为总曝气时间的27-33% ;
[0023] 步骤五，再次开启进水阀和进水栗，与步骤一相同的环境下运行，此次进水量控制 在处理量的8-12% ;
[0024] 步骤六，关闭进水阀门和进水栗，同时开启曝气阀门和鼓风机，与步骤二相同的环 境下运行，此次曝气时间控制为总曝气时间的8-12% ;
[0025] 步骤七，关闭鼓风机和曝气阀门，活性污泥在纳米絮凝剂作用下，形成大颗粒絮 体，沉淀4-8分钟；
[0026] 步骤八，开启排水阀，排水并静置4-8分钟。到此完成一个运行周期。之后再重复 上述步骤。
[0027] 步骤一中，开启进水阀和进水栗后，污水通过反应器底部均匀布水器进入反应器， 以较低的上升速度通过底部活性污泥层，形成厌氧环境，实现反硝化脱氮和厌氧释磷反应。 进水量用进水时间控制，进水时间优选控制为总进水时间的60%。
[0028] 步骤二开启曝气阀门和鼓风机形成好氧环境，实现有机物的去除，氨氮的氧化以 及好氧吸磷反应。
[0029] 所述步骤六中，在鼓风机停止曝气前2分钟，开启加药阀门和加药栗，控制1分钟 之内加药完成，然后关闭加药栗和加药阀门，所加药剂为絮凝剂。
[0030] 所述絮凝剂为纳米絮凝剂，可选自纳米级的粉末状聚丙烯酰胺、纳米壳聚糖、纳米 聚硅酸、纳米聚合氯化铝中的一种或多种。实现活性污泥快速沉降同时抑制污泥膨胀；
[0031] 本发明可达到5分钟内沉淀完成。因此优选地，步骤七中沉淀时间5分钟。
[0032] 其中，步骤八中排水静置5分钟。
[0033] 所述的方法，每天控制运行步骤一至八的周期数为2-8个；每个周期内，进水总时 间与曝气总时间之比在1:1. 5~1:2之间。
[0034] 本发明的有益效果在于：
[0035] 本发明中使用具备了特别有机电荷的纳米絮凝剂可以将生化反应池及二沉池中 的絮状活性污泥迅速凝结成颗粒态，凝聚物依靠纳米晶体的电极作用快速凝聚，从而加快 悬浮物的沉降速度，进而缩短了活性污泥沉淀时间，即缩短了序批式控制模式的反应周期， 同时可提高反应器内污泥浓度，提高了反应器的池容利用率；此外，采用脉冲进水，控制厌 氧进水、好氧曝气的重复循环，可以将前一个循环的硝化液与原始在厌氧环境下实现反硝 化除氮，提高脱氮效果；此外厌氧-好氧环境有利于释磷及吸磷的反应，纳米絮凝剂还可起 到化学除磷的作用，因此可实现超负荷条件下持续稳定脱氮除磷的高效处理效果。
【附图说明】
[0036] 图1是本发明实施例的实现污泥快速沉降的SBR设备的结构示意图；
[0037] 图2是本发明实施例的均匀布水器结构示意图；
[0038] 图3是均匀布水器的正视图；
[0039] 图4是一根布水管正视图；
[0040] 图5为图4的A-A面剖视图。
[0041] 图中，1-主反应器；2-进水栗；3-进水阀；4-均匀布水器；5-鼓风机；6-进气阀； 7-微孔曝气器；8-75%排水比时排水阀；9-50%排水比时排水阀；10-溢流口阀门；11-加 药管；12-进药阀；13-加药计量栗；14-带搅拌的配药箱；15-排泥阀；16-序批模式控制单 元；17-布水管；18-布水孔。
【具体实施方式】
[0042] 现以以下实施例来说明本发明，但不用来限制本发明的范围。实施例中使用的手 段，如无特别说明，均使用本领域常规的手段。
[0043] 实施例中使用的絮凝剂为Nanof loc A 644,购自奥地利VTA集团公司。_
[0044] 实施例1 :
[0045] 参见图1，一种实现污泥快速沉降的SBR设备，包括柱形反应器主体1、用于待处 理污水进水的进水单元、曝气单元、加药单元、75 %排水比时出水阀8、50 %排水比时出水阀 9、序批模式控制单元，
[0046] 进水单元包括进水栗2、带有进水阀3的进水管以及均匀布水器4,所述进水管进 入柱形反应器主体1，进水管连接的均匀布水器4设置在柱形反应器主体1下部；柱形反应 器主体1上部设置有溢流口阀门10,底部设置有排泥阀15。
[0047] 曝气单元包括设置在柱形反应器主体1外的鼓风机5,鼓风机5连接带有进气阀6 的进气管以及曝气器7,所述进气管进入柱形反应器主体1，进气管连接的曝气器7设置在 柱形反应器主体1内，位于所述均匀布水器4的下方；曝气器7为微孔曝气盘。
[0048] 所述加药单元包括位于柱形反应器主体1外的配药箱14,配药箱14连接有加药计 量栗13、进药阀12及加药管11，所述加药管11进入柱形反应器主体1内，配药箱14内设 置有搅拌器，加药管为多孔管，所开的加药孔向下方向布置。
[0049] 序批模式控制单元包括一个电控箱16,电控箱内设置双循环数显时间继电器和中 间继电器，所述双循环数显时间继电器连接中间继电器，所述中间继电器连接所述进水阀 3、进气阀6、进药阀12、75%排水比时出水阀8和50%排水比时出水阀9。整个控制系统分 自动手动两部分，既能够实现无人值守的全自动运行，也能够调整为手动模式进行检测、修 正。
[0050] 参见图2至图5,均匀布水器4由多根布水管14组成，布水管14布置为隔栅式， 管体上朝下开两排布水孔，布水孔的中心线与铅垂线成45°角，两边对称布置，达到均匀布 水。
[0051] 实施例2:
[0052] 应用实施例1的设备，主反应器有效工作体积3L。污水处理过程为：
[0053] 步骤一，事先在配药箱14中将纳米絮凝剂以1:100的稀释比例稀释，开启搅拌器 使其混合均匀，然后停止搅拌。将纳米絮凝剂稀释以便于控制投药量，减少因原液投药量太 少而较大的误差。
[0054] 步骤二，原污水经进水栗2由底部输送至主反应器1内，在厌氧条件下，控制进水 时间为总进水时间的60%，即进水量为每批次进水总量的60%，然后关闭进水栗2,同时开 启鼓风机5,空气经微孔曝气管7进入反应器，形成好氧环境，控制曝气时间为总曝气时间 的 60% ;
[0055] 步骤三，关闭鼓风机5,再次开启进水栗2,控制进水时间为总进水时间的30%，即 进水量为每批次进水量的30%，然后关闭进水栗2,再次开启鼓风机5,控制曝气时间为总 曝气时间的30% ;
[0056] 步骤四，再次关闭鼓风机5,开启进水栗2,控制进水时间为总进水时间的10%，即 进水量为每批次进水量的10%，然后关闭进水栗2,再次开启鼓风机5,控制曝气时间为总 曝气时间的10% ;
[0057] 步骤五，在步骤四的曝气结束前2分钟时，开启加药栗13,按照加药量为20 y 1原 液/L污水的比例投加纳米絮凝剂，投药时间控制在1分钟内，关闭加药栗13 ;
[0058] 步骤六，曝气结束后，关闭鼓风机5,静置沉淀5分钟，实现固液分离；
[0059] 步骤七，沉淀结束后，开启阀门9,排出处理后的上清液，然后静置，总时间控制5 分钟，此时构成一个周期，静置结束后开启进水栗，进入下一个循环周期。
[0060] 采用本实例的技术方案，效果如下：
[0061] 平均进水C0D浓度为240mg/L，出水C0D浓度小于50mg/L，进水平均氨氮23mg/L， 出水氨氮小于3mg/L，平均进水TN浓度为32mg/L，出水TN浓度小于15mg/L，平均进水TP浓 度为3. 7mg/L，出水TP浓度小于0. 5mg/L，出水SS小于10mg/L，污泥沉降性能SVI平均50， 沉淀时间小于5分钟，排水时间小于5分钟。
[0062] 对比传统SBR技术的沉淀时间lh和排水时间1. 0~1. 5h，在更短的沉淀时间和排 水时间内，保障了污水处理效果，体现了快速沉降提高容积利用率上的显著优势。
[0063] 实施例3
[0064] 操作步骤同实施例2,不同之处在于每日进行8个循环，进水时间和曝气时间分别 为60min和110分钟。
[0065] 实施例4
[0066] 操作步骤同实施例2,不同之处在于每日进行8个循环，进水时间和曝气时间分别 为60min和110分钟。体积交换比为75%。体积交换比是每个周期排出水量占总体积的百 分比。该数值不影响进水的指标，只影响处理水量。
[0067] 三个实施例的具体工况如表1所示。
[0068] 表1实施例的具体工况
[0070] 以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进 行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通工程技术人员对本发明的技术方 案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
【主权项】
1. 一种实现污泥快速沉降的SBR设备，其特征在于，包括柱形反应器主体（1)、用于待 处理污水进水的进水单元、曝气单元、加药单元、序批模式控制单元， 所述进水单元包括进水栗（2)、带有进水阀（3)的进水管以及均匀布水器（4)，所述进 水管进入柱形反应器主体（1)，进水管连接的均匀布水器（4)设置在柱形反应器主体（1)下 部； 所述曝气单元包括设置在柱形反应器主体（1)外的鼓风机（5)，鼓风机（5)连接带有进 气阀（6)的进气管以及曝气器（7)，所述进气管进入柱形反应器主体（1)，进气管连接的曝 气器（7)设置在柱形反应器主体（1)内，位于所述均匀布水器（4)的下方； 所述加药单元包括位于柱形反应器主体（1)外的配药箱（14)，配药箱（14)连接有加药 计量栗（13)、进药阀（12)及加药管（11)，所述加药管（11)进入柱形反应器主体⑴内； 所述序批模式控制单元还包括一个电控箱（16)，电控箱内设置双循环数显时间继电器 和中间继电器，所述双循环数显时间继电器连接中间继电器，所述中间继电器电连接所述 进水阀（3)、进气阀（6)、进药阀（12)。2. 根据权利要求所述的SBR设备，其特征在于，所述的均匀布水器由多根布水管组成， 所述布水管布置为网格式、隔栅式、放射形或鱼骨形，布水管朝下布置两排布水孔，布水孔 的中心线与铅垂线成45°角；所述曝气器（7)为微孔曝气盘。3. 根据权利要求1所述的SBR设备，其特征在于，所述的配药箱（14)内设置有搅拌器， 所述加药管为多孔管，所开的加药孔向下方向布置。4. 根据权利要求1-3任一所述的SBR设备，其特征在于，所述柱形反应器主体（1)上部 设置有溢流口阀门（10)，底部设置有排泥阀（15)。5. 根据权利要求1-4任一所述的SBR设备，其特征在于，在所述柱形反应器主体（1)上 设置有第一排水比时出水阀（8)和第二排水比时出水阀（9);所述第一排水比时出水阀（8) 设置在柱形反应器主体（1)从下向上70-80%高度处，所述第二排水比时出水阀（9)设置在 柱形反应器主体（1)40-60%高度处；两个排水阀均与所述中间继电器连接。6. 应用权利要求1-5任一所述的设备处理城市污水的方法，其特征在于，包括： 步骤一，开启进水阀和进水栗，此步骤进水量控制在处理量的55-65% ; 步骤二，步骤一进水后，关闭进水阀门和进水栗，同时开启曝气阀门和鼓风机，空气通 过反应器底部的微孔曝气器进入反应器，此步骤曝气时间控制为总曝气时间的55-65% ; 步骤三，再次开启进水阀和进水栗，与步骤一相同的环境下运行，此次进水量控制在处 理量的27-33% ; 步骤四，关闭进水阀门和进水栗，同时开启曝气阀门和鼓风机，与步骤二相同的环境下 运行，此次曝气时间控制为总曝气时间的27-33% ; 步骤五，再次开启进水阀和进水栗，与步骤一相同的环境下运行，此次进水量控制在处 理量的8-12% ; 步骤六，关闭进水阀门和进水栗，同时开启曝气阀门和鼓风机，与步骤二相同的环境下 运行，此次曝气时间控制为总曝气时间的8-12% ; 步骤七，关闭鼓风机和曝气阀门，活性污泥在纳米絮凝剂作用下，形成大颗粒絮体，沉 淀4-8分钟； 步骤八，开启排水阀，排水并静置4-8分钟，到此完成一个运行周期，之后再重复上述 步骤。7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤六中，在鼓风机停止曝气前2分 钟，开启加药阀门和加药栗，控制1分钟之内加药完成，然后关闭加药栗和加药阀门，所加 药剂为絮凝剂。8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤七中沉淀时间5分钟。9. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤八中排水静置5分钟。10. 根据权利要求6-9任一所述的方法，其特征在于，每天控制运行步骤一至八的周期 数为2-8个；每个周期内，进水总时间与曝气总时间之比在1:1. 5~1:2之间。
【文档编号】C02F3/30GK105984951SQ201510078593
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2015年2月13日
【发明人】王凯军, 汪翠萍, 郗皓, 马克思·多曼
【申请人】清华大学