公布日：2023.12.12
申请日：2023.09.28
分类号：C02F3/30(2023.01)I
摘要
本发明涉及污水处理设备技术领域，具体为一种竖流式AO污水处理装置及其处理污水的方法，该装置包括：罐体，所述罐体内部自下而上依次为厌氧区、兼氧区以及好氧区，所述罐体内填充有活性污泥，所述厌氧区及所述好氧区内分别填充有厌氧填料层及好氧填料层；布水器，所述布水器设置于罐体的底部，所述布水器用于将污水导入所述厌氧区；旋流曝气装置，所述旋流曝气装置设置于所述兼氧区和所述好氧区之间，所述旋流曝气装置通过进气口连接外部供气设备；出水口，所述出水口设置于所述罐体的顶部。该竖流式AO污水处理装置将厌氧、兼氧、好氧工艺过程集成在同一个罐体内，且每个工艺之间没有明显的区分与界限，巧妙的利用了力学的原理形成整个系统的循环系统。该装置适应性强，占地小，处理效率高，抗冲击能力强，负荷容积大。
权利要求书
1.一种竖流式AO污水处理装置，其特征在于，包括：罐体(1)，所述罐体(1)内部自下而上依次为厌氧区、兼氧区以及好氧区，所述罐体(1)内填充有活性污泥，所述厌氧区、所述好氧区内分别填充有厌氧填料层以及好氧填料层；布水器(2)，所述布水器(2)设置于罐体(1)的底部，所述布水器(2)用于将污水导入所述厌氧区；所述布水器(2)具有一环形进水管道，所述环形进水管道的内圈均匀分布有多个第一进水口，所述多个第一进水口的出水方向与所述环形进水管道具有45°夹角，所述环形进水管道的顶部还均布有多个第二进水口，所述多个第二进水口的出水方向垂直向上；旋流曝气装置(3)，所述旋流曝气装置(3)设置于所述兼氧区和所述好氧区之间，所述旋流曝气装置(3)通过进气口(4)连接外部供气设备；出水口(5)，所述出水口(5)设置于所述罐体(1)的顶部；所述厌氧填料层上附着有具有厌氧氨氧化菌、厌氧甲烷化菌和反硝化菌的生物膜，所述好氧填料层上附着有具有好氧氨氧化菌和硝化细菌的生物膜，所述活性污泥中含有生物菌群，所述生物菌群是由厌氧氨氧化菌、硝化和反硝化菌、芽孢杆菌三种菌群组合成一个相互制约、相互依存的兼性菌群体。
2.根据权利要求1所述的一种竖流式AO污水处理装置，其特征在于，所述好氧区设置有环形隔板(6)，所述环形隔板(6)与所述罐体(1)内壁之间为污泥沉淀区，所述环形隔板(6)的顶部设置有过流口(7)。
3.根据权利要求2所述的一种竖流式AO污水处理装置，其特征在于，所述环形隔板(6)的外侧设置有挡板(8)，所述罐体(1)的中部收窄与所述环形隔板(6)形成污泥回流缝(9)。
4.根据权利要求3所述的一种竖流式AO污水处理装置，其特征在于，所述污泥沉淀区的顶部设置有第一环形集水槽(10)，所述第一环形集水槽(10)与所述出水口(5)连通。
5.根据权利要求4所述的一种竖流式AO污水处理装置，其特征在于，所述罐体(1)下部的外侧设置有反硝化区，所述反硝化区的一侧设置有反硝化区进水口(11)，所述出水口(5)通过导流管(12)与所述反硝化区进水口(11)连通。
6.根据权利要求5所述的一种竖流式AO污水处理装置，其特征在于，所述反硝化区内填充有自养反硝化滤层(17)，所述反硝化区的顶部设置有第二环形集水槽(13)，所述第二环形集水槽(13)连通有排水口(14)。
7.根据权利要求6所述的一种竖流式AO污水处理装置，其特征在于，所述罐体(1)的底部还设置有排泥管(15)，所述排泥管(15)伸入所述罐体(1)内并具有多个支管。
8.根据权利要求7所述的一种竖流式AO污水处理装置，其特征在于，所述罐体(1)的底部还设置有排空管(16)。
9.一种采用权利要求6-8任一项所述的竖流式AO污水处理装置处理污水的方法，包括：S1、污水通过罐体(1)底部的布水器(2)进入到罐体(1)内，经多个所述第一进水口在水平面形成涡旋，同时污水还从所述第二进水口垂直向上喷出；所述活性污泥和所述厌氧区中的生物菌体随涡旋产生的离心力而聚积在旋流之中，当上升到一定高度时由于上升推力小于所述活性污泥和所述厌氧区中生物菌体的自身重力，所述活性污泥和生物菌体开始沉降，使得生物菌体与水逐渐分离，上清液向上进入兼氧区和好氧区进一步处理；S2、上清液随着水位的上升进入兼氧区，利用生物菌体的联合作用将水中的氨氮转化为氮气、亚硝酸盐和硝酸盐；在兼氧区由于重力作用，活性污泥、污水部分下沉再次进入厌氧区，部分逃逸由旋流曝气的吸力进入好氧区，好氧区旋流曝气会产生上下流动的涡旋，部分活性污泥、污水由于重力作用逃逸至下层兼氧区；S3、气体从进气口(4)进入旋流曝气装置(3)内部时，气流推动旋流曝气装置(3)内部的桨叶高速旋转，污水从旋流曝气装置(3)底部吸入，和进入旋流曝气装置(3)中的空气混合，然后由高速旋转的桨叶送入旋流曝气装置(3)最上部的剪切刀头，剪切刀头对进入的物质进行层层剪切，使气泡变得越来越细小，保证气体中的氧分子充分游离于水体中并被生物菌体利用，维持自身繁殖以及好氧功能的代谢过程；S4、气流上升后随着气压向水面运动速度慢慢减缓，此时活性污泥、水体中的生物菌体由于重力作用下沉，与上升过程中的污泥和水体形成冲击，产生垂直方向的涡流；好氧区中的泥水混合物不断上升逃逸至水平面，通过所述过流口(7)流入污泥沉淀区并由于污泥自重下沉实现泥水分离，污泥自污泥回流缝(9)回流至罐体(1)中继续好氧循环，上清液则由水平面溢流出；S5、上清液从出水口(5)流出经导流管(12)从反硝化区进水口(11)进入反硝化区，随着水量的增加自底部缓慢推流上升与自养反硝化滤层(17)中的反硝化菌充分接触深度脱氮，最后经从第二环形集水槽(13)从排水口(14)溢流排出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种竖流式AO污水处理装置及其处理污水的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明的一方面提供如下技术方案：
一种竖流式AO污水处理装置，包括：
罐体，所述罐体内部自下而上依次为厌氧区、兼氧区以及好氧区，所述罐体内填充有活性污泥，所述厌氧区、所述好氧区内分别填充有厌氧填料层以及好氧填料层；
布水器，所述布水器设置于罐体的底部，所述布水器用于将污水导入所述厌氧区；所述布水器具有一环形进水管道，所述环形进水管道的内圈均匀分布有多个第一进水口，所述多个第一进水口的出水方向与所述环形进水管道具有45°夹角，所述环形进水管道的顶部还均布有多个第二进水口，所述多个第二进水口的出水方向垂直向上；
旋流曝气装置，所述旋流曝气装置设置于所述兼氧区和所述好氧区之间，所述旋流曝气装置通过进气口连接外部供气设备；
出水口，所述出水口设置于所述罐体的顶部；
所述厌氧填料层上附着有具有厌氧氨氧化菌、厌氧甲烷化菌和反硝化菌的生物膜，所述好氧填料层上附着有具有好氧氨氧化菌和硝化细菌的生物膜，所述活性污泥中含有生物菌群，所述生物菌群是由厌氧氨氧化菌、硝化和反硝化菌、芽孢杆菌三种菌群组合成一个相互制约、相互依存的兼性菌群体。
优选地，所述好氧区设置有环形隔板，所述环形隔板与所述罐体内壁之间为污泥沉淀区，所述环形隔板的顶部设置有过流口。
优选地，所述环形隔板的外侧设置有挡板，所述罐体的中部收窄与所述环形隔板形成污泥回流缝。
优选地，所述污泥沉淀区的顶部设置有第一环形集水槽，所述第一环形集水槽与所述出水口连通。
优选地，所述罐体的外侧设置有反硝化区，所述反硝化区的一侧设置有反硝化区进水口，所述出水口通过导流管与所述反硝化区进水口连通。
优选地，所述反硝化区内填充有自养反硝化滤层，所述反硝化区的顶部设置有第二环形集水槽，所述第二环形集水槽连通有排水口。
优选地，所述罐体的底部还设置有排泥管，所述排泥管伸入所述罐体内并具有多个支管。
优选地，所述罐体的底部还设置有排空管。
本发明的另一方面提供了一种竖流式AO污水处理装置处理污水的方法，包括：
S1、污水通过罐体底部的布水器进入到罐体内，经多个所述第一进水口在水平面形成涡旋，同时污水还从所述第二进水口垂直向上喷出；所述活性污泥和所述厌氧区中的生物菌体随涡旋产生的离心力而聚积在旋流之中，当上升到一定高度时由于上升推力小于所述活性污泥和所述厌氧区中生物菌体的自身重力，所述活性污泥和生物菌体开始沉降，使得生物菌体与水逐渐分离，上清液向上进入兼氧区和好氧区进一步处理；
S2、上清液随着水位的上升进入兼氧区，利用生物菌体的联合作用将水中的氨氮转化为氮气、亚硝酸盐和硝酸盐；在兼氧区由于重力作用，活性污泥、污水部分下沉再次进入厌氧区，部分逃逸由旋流曝气的吸力进入好氧区，好氧区旋流曝气会产生上下流动的涡旋，部分活性污泥、污水由于重力作用逃逸至下层兼氧区；
S3、气体从进气口进入旋流曝气装置内部时，气流推动旋流曝气装置内部的桨叶高速旋转，污水从旋流曝气装置底部吸入，和进入旋流曝气装置中的空气混合，然后由高速旋转的桨叶送入旋流曝气装置最上部的剪切刀头，剪切刀头对进入的物质进行层层剪切，使气泡变得越来越细小，保证气体中的氧分子充分游离于水体中并被生物菌体利用，维持自身繁殖以及好氧功能的代谢过程；
S4、气流上升后随着气压向水面运动速率慢慢减缓，此时活性污泥、水体中的生物菌体由于重力作用下沉，与上升过程中的污泥和水体形成冲击，产生垂直方向的涡流；好氧区中的泥水混合物不断上升逃逸至水平面，通过所述过流口流入污泥沉淀区并由于污泥自重下沉实现泥水分离，污泥自污泥回流缝回流至罐体中继续好氧循环，上清液则由水平面溢流出；
S5、上清液从出水口流出经导流管从反硝化区进水口进入反硝化区，随着水量的增加自底部缓慢推流上升与自养反硝化滤层中的反硝化菌充分接触深度脱氮，最后经从第二环形集水槽从排水口溢流排出。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明的实施方式提供的一种竖流式AO污水处理装置，将厌氧、兼氧、好氧工艺过程集中在同一个罐体内，罐体内填充有活性污泥，所述活性污泥中含有生物菌群，其是通过将厌氧氨氧化菌、硝化和反硝化菌、芽孢杆菌三种不同类型的菌群组合成一个相互制约、相互依存的兼性菌群体，即在好氧环境下可以进行好氧代谢，在厌氧环境时也不会死亡，能够完成其自身在缺氧环境下的消解、代谢以及协同耦合作用，去除COD和营养氮组分。此外，在好氧区的上部与第一环形集水槽交接区域设置有锯齿形堰口，含有生物菌体的泥水混合物从锯齿形堰口进入沉降区，达到泥水分离、菌种和水分离，菌体和污泥由重力再次进入兼氧区，又可以在系统内完成整个循环。
(2)本发明的实施方式提供的一种竖流式AO污水处理装置，污水自竖流式AO系统的底部由分散式布水器进入罐体，进入厌氧区微循环，随着水位的上升进入兼氧区，在兼氧区由于重力的作用，部分污泥、污水下沉再次进入厌氧，部分污泥、污水逃逸由旋流曝气的吸力进入好氧区，好氧区旋流曝气会产生上下流动的涡旋，在重力的作用下也会有部分污泥、污水逃逸至下层兼氧区，由此完成整个大内循环。该装置通过更加简洁的工艺，在一个统一结构中通过物理手段，结合了重力、气举、吸力等力学作用，巧妙的利用了旋流曝气产生的强大的推力和吸引力，完成了厌氧、兼氧、好氧三个区域中污水、污泥、生物菌体在三个不同的环境中的交换和转换，同时也保证了污水、污泥、生物菌体在各个区域内的自循环，因此无需内回流泵，减少了能量的消耗和设备的投入。
(3)本发明的实施方式提供的一种竖流式AO污水处理装置，设置有一个特殊的布水器，该所述布水器用于将污水导入所述厌氧区；所述布水器具有一环形进水管道，所述环形进水管道的内圈均匀分布有多个第一进水口，所述多个第一进水口的出水方向与所述环形进水管道具有45°夹角，污水从出水口喷射出来时会在水平方向形成水平的旋流；所述环形进水管道的顶部还均布有多个第二进水口，所述多个第二进水口的出水方向垂直向上；污水从出水口垂直向上喷出，可以有效维持厌氧区域的动力平衡。
(4)本发明的实施方式提供的一种竖流式AO污水处理装置，将厌氧、兼氧、好氧工艺过程集中在同一个罐体内，且每个工艺之间没有明显的区分与界限，通过一个中置的旋流曝气装置，完成厌氧、兼氧、好氧的过程，将氨氧化、甲烷化与反硝化三者有机的耦合在一个罐体的不同区域中。同时在整个罐体内通过生物菌体在系统内高速运行，提高对污水的处理能力，基于以上技术结合固定化生物酶技术和无动力式内循环技术，提高能量利用率及菌种与污水接触效率，大大提高了生化装置的容积负荷。
（发明人：周莉;王本洋;张鹏）
