公布日：2023.06.02
申请日：2023.04.18
分类号：C02F3/30(2023.01)I;C02F3/34(2023.01)I;C02F1/00(2023.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/10(2006.01)N
摘要
本发明涉及多相紊流生物膜污水处理设备，包括污水处理池，所述污水处理池的内部依次设置有厌氧区、缺氧区、好氧区、沉淀区，在厌氧区内垂直设置有第一折流板，在缺氧区内垂直设置有第二折流板，在好氧区的底部设置有多个曝气管，所述好氧区与沉淀区之间设置有位于好氧区底部的连通口，在缺氧区与好氧区处均设置有改性悬浮填料，缺氧区处改性悬浮填料的投加比例为20～40％，好氧区处改性悬浮填料的投加比例为40～60％。本发明提供一种提高出水水质，特别是脱氮效果，减少占地面积、降低运行成本、提高挂膜效果，加快系统启动的多相紊流生物膜污水处理设备。
权利要求书
1.多相紊流生物膜污水处理设备，包括污水处理池，所述污水处理池的内部依次设置有厌氧区、缺氧区、好氧区、沉淀区，在厌氧区内垂直设置有第一折流板，在缺氧区内垂直设置有第二折流板，在好氧区的底部设置有多个曝气管，所述好氧区与沉淀区之间设置有位于好氧区底部的连通口，其特征在于：在缺氧区与好氧区处均设置有改性悬浮填料，缺氧区处改性悬浮填料的投加比例为20%，好氧区处改性悬浮填料的投加比例为40%；改性悬浮填料的粒径为12~13mm，比表面积大于700m2/m3，比重大于0.95g/cm3；所述好氧区内的污水体积与缺氧区内的污水体积之比为（2~3）:1；依靠缺氧区污水的上下折流，第一折流板和所述第二折流板的底端均呈倾斜设置，倾斜角度设置为45°，缺氧区无外部驱动力，缺氧区和好氧区内的改性悬浮填料完全流化。
2.根据权利要求1所述的多相紊流生物膜污水处理设备，其特征在于：在所述厌氧区设置有污泥排放管，所述沉淀区设置有斜管。
3.根据权利要求1所述的多相紊流生物膜污水处理设备，其特征在于：在厌氧区与缺氧区之间的交界处设置有固定拦截网，固定拦截网的网孔孔径小于改性悬浮填料的粒径；所述连通口处设置有可提升拦截网，可提升拦截网的网孔孔径小于改性悬浮填料的粒径。
4.根据权利要求3所述的多相紊流生物膜污水处理设备，其特征在于：可提升拦截网包括抽屉型结构的外层框架、拉绳，外层框架的左侧、右侧、后侧、下侧均设置有孔径为10mm的双层网，污水处理池的两侧设置有与拉绳相匹配的滑轨。
5.根据权利要求3所述的多相紊流生物膜污水处理设备，其特征在于：所述沉淀区设置有喷射方向对准可提升拦截网的脉冲清洗管，所述脉冲清洗管与污水处理池的底部设置有45°~60°的倾斜角度，所述脉冲清洗管包括输气段、渐缩段、冲击段，输气段的内径为D，所述冲击段的内径为d，冲击段的长度为L，D/d≥2，L/d≥3；所述输气段与气源之间安装有电磁阀，气源向脉冲清洗管供气采用脉冲法，用电磁阀控制，每10分钟冲洗10s。
6.根据权利要求1所述的多相紊流生物膜污水处理设备，其特征在于：在厌氧区、好氧区、缺氧区内分别设置有与沉淀区相连通的气提管。
7.根据权利要求1所述的多相紊流生物膜污水处理设备，其特征在于：所述连通口处设有向沉淀区倾斜的倾斜板，所述倾斜板的倾斜角度为45°。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供了多相紊流生物膜污水处理设备，具体技术方案如下：
多相紊流生物膜污水处理设备，包括污水处理池，所述污水处理池的内部依次设置有厌氧区、缺氧区、好氧区、沉淀区，在厌氧区内垂直设置有第一折流板，在缺氧区内垂直设置有第二折流板，在好氧区的底部设置有多个曝气管，所述好氧区与沉淀区之间设置有位于好氧区底部的连通口，在缺氧区与好氧区处均设置有改性悬浮填料，缺氧区处改性悬浮填料的投加比例为20～40％，好氧区处改性悬浮填料的投加比例为40～60％。
作为上述技术方案的改进，缺氧区处改性悬浮填料的投加比例与好氧区处改性悬浮填料的投加比例之间的比值为1:2。
作为上述技术方案的改进，改性悬浮填料的粒径约12～13mm，比表面积大于700m2/m3，比重大于0.95g/cm3。
本发明的核心创造是将多相紊流技术与生物膜悬浮填料(如本发明所述改性悬浮填料)相结合，利用多相紊流原理，在缺氧区依靠污水的上下折流，将污水与反应器内的活性污泥充分接触反应，从而取消了传统在缺氧区依靠搅拌器、推流器来将污泥与污水混合的模式，降低了污水处理能耗，减少了设备投资及设备维护工作量。
在没有外部驱动力(搅拌器、推流器、曝气等)的情况下，生物膜悬浮填料无法完全流化，部分生物膜悬浮填料悬浮在水面上，无法与生物活性污泥充分接触、挂膜；而多相紊流技术与生物膜悬浮填料结合后，无需外部驱动，依靠缺氧区污水的上下折流，使生物膜悬浮填料充分流化(经实验验证，可完全流化)，避免了生物膜悬浮填料在水面上堆积，迅速实现生物膜悬浮填料挂膜。
在本发明中，缺氧区中也有生物膜悬浮填料(如本发明所述改性悬浮填料)，其设置本身会使得缺氧区内流体的阻力变大。但是，依靠缺氧区污水的上下折流，尤其是第一折流板和所述第二折流板的底端均呈倾斜设置，倾斜角度设置为45°，即使在缺氧区无外部驱动力，也能够使得缺氧区和好氧区内的生物膜悬浮填料完全流化。完全流化判断标准是在试验过程中，生物膜悬浮填料不会长时间悬浮在水面上，以滞留在水面15秒为例，如果发现水面有一部分生物膜悬浮填料在水面滞留时间超过15秒，即表明该部分生物膜悬浮填料未完全流化。其中，在本发明中，在好氧区中采用曝气主要是为了保证好氧区的好氧环境。
传统的MBBR工艺一般挂膜速度较慢，反应器启动时间长达25～40天，不利于系统的快速启用。
经试验及研究，本发明将多相紊流技术与生物膜悬浮填料结合后，挂膜前改性悬浮填料4的比重为0.96～0.98g/cm3。判断是否挂膜成功，按照如下指标判断，当挂膜后改性悬浮填料4的比重大于或等于1g/cm3，同时，改性悬浮填料4表面的生物膜的平均厚度在0.2-0.5mm，即表示生物膜培养成功。在多相紊流生物膜污水处理设备中，在夏季，挂膜时间为15天，在春、秋、冬季，挂膜时间为20天左右。
本发明的另一个重大创造性的改进在于能较大的缩短多相紊流的停留时间，减少污水处理设备占地面积。
经试验及研究，多相紊流技术与生物膜悬浮填料结合后，在缺氧区与好氧区处均设置有改性悬浮填料4，缺氧区处改性悬浮填料4的投加比例为20～40％，好氧区处改性悬浮填料4的投加比例为40～60％。投加了生物膜悬浮填料，微生物富集生长，污泥浓度增加，多相紊流生物膜污水处理设备的缺氧区内污水停留时间由3h缩短为2h，好氧区内污水停留时间由8h缩短为6h。同等处理规模的污水处理设备(与单纯的未投入生物膜悬浮填料的多相紊流污水处理设备比较)生化区容积缩小27.2％。
作为上述技术方案的改进，在所述厌氧区设置有污泥排放管，所述沉淀区设置有斜管。
作为上述技术方案的改进，在厌氧区与缺氧区之间的交界处设置有固定拦截网，固定拦截网的网孔孔径小于改性悬浮填料的粒径；所述连通口处设置有可提升拦截网，可提升拦截网的网孔孔径小于改性悬浮填料的粒径。
作为上述技术方案的改进，可提升拦截网包括抽屉型结构的外层框架、拉绳，外层框架的左侧、右侧、后侧、下侧均设置有孔径为10mm的双层网，污水处理池的两侧设置有与拉绳相匹配的滑轨。
本发明创造性地将传统固定式拦截网设计为可提升式拦截网，便于拦截网的清理，防止拦截网堵塞，从而使污水处理系统运行更加稳定。
作为上述技术方案的改进，所述沉淀区设置有喷射方向对准可提升拦截网的脉冲清洗管，所述脉冲清洗管与污水处理池的底部设置有45°～60°的倾斜角度，所述脉冲清洗管包括输气段、渐缩段、冲击段，输气段的内径为D，所述冲击段的内径为d，冲击段的长度为L，D/d≥2，L/d≥3；所述输气段与气源之间安装有电磁阀，气源向脉冲清洗管供气采用脉冲法，用电磁阀控制，每10分钟冲洗10s。
脉冲清洗更加有利于将拦截网的杂物彻底清洗干净，从而降低人为清洗劳动强度。
作为上述技术方案的改进，在厌氧区、好氧区、缺氧区内分别设置有与沉淀区相连通的气提管，所述第一折流板和所述第二折流板的底端均呈倾斜设置，倾斜角度设置为45°。
作为上述技术方案的改进，所述连通口处设有向沉淀区倾斜的倾斜板，所述倾斜板的倾斜角度为45°。
45°的倾斜角度设计使得活性污泥、污水、生物膜悬浮填料混合液更加流畅的通过厌氧区和缺氧区的各个分区，待处理的污水和沉淀区回流的污水与厌氧区内的活性污泥充分反应，污水在此区域内充分释磷，从而在好氧区内更好的吸收磷，好氧区回流的硝化液与缺氧区内的活性污泥及生物膜悬浮填料上的微生物充分反应，实现硝酸盐氮的快速去除。
作为上述技术方案的改进，所述好氧区内的污水体积与缺氧区内的污水体积之比为(2～3):1。
本发明的有益效果：
本发明提供一种提高出水水质、特别是脱氮效果、减少占地面积、降低运行成本、提高挂膜效果、加快系统启动的多相紊流生物膜污水处理设备。
（发明人：王卫;郑芸芸;崔岳;张黎明;高贵锋;从志刚;商文秀;余正学;果长军）
