申请日2017.05.23
公开(公告)日2017.07.14
IPC分类号C02F9/14; C02F3/30; B01D21/26
摘要
本发明涉及一种包括旋流处理的循环式活性污泥法污水处理方法，所述方法包括在使污泥从主反应区回流到生物选择区的管线上引入旋流分离器来对回流污泥进行旋流处理，旋流脱除回流污泥所挟带气体，控制系统泡沫产生，防止污泥气浮;使在旋流处理中贫氧混合液循环至生物选择区，且使在旋流处理中的富氧混合液进入主反应区的前端。本发明还涉及一种实施所述方法的装置。本发明的方法和装置能耗低、无二次污染、结构简单、易更换和不影响系统稳定运行，且通过在回流污泥管线上引入旋流分离器，利用强离心力场遴选出密实的、具有优质沉降性能的菌胶团结构返回至生物选择区补充优质污泥以减少丝状菌生成和强化生化效能。
权利要求书
1.一种包括旋流处理的循环式活性污泥法污水处理方法，所述方法包括依次在循环式活性污泥反应池的生物选择区、厌氧区和主反应区中处理污水，且使从主反应区排出的至少一部分污泥回流到生物选择区;
其中在使污泥从主反应区回流到生物选择区的管线上引入旋流分离器来对回流污泥进行旋流处理，旋流脱除回流污泥所挟带气体，控制系统泡沫产生，防止污泥气浮;以及
其中使在旋流处理中的贫氧混合液循环至生物选择区，且使在旋流处理中的富氧混合液进入主反应区的前端。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将回流污泥旋流处理包括利用非均态三维剪切力场和离心力场来(1)遴选出和形成结构紧凑的颗粒污泥以及密实易沉降的菌胶团;或(2)剪切破碎老化的污泥絮体以释放内碳源;或(3)脱除回流污泥中所携带的气体;或者(1)-(3)中的任意组合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋流分离器包括进料口、锥段、底流管、溢流管、筒体柱段和溢流管插入段。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述循环式活性污泥法包括所有循环式活性污泥法及其变形工艺，优选地包括CASS，CAST，CASP和ICEAS。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述循环式活性污泥法污水处理方法的污泥回流系统是间歇的或连续的，且污泥回流比是10%-100%。
6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，脱除回流污泥所挟带的气体降低进入生物选择区的流体氧含量，脱除的气体从旋流分离器的溢流管进入主反应区前端以强化硝化反应，且旋流分离器的底流管分流比为大于或等于90%。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋流分离器进口和底流口压力差是0.05-0.2MPa，入口流速是1-10m/s，且旋流分离器内平行流层间最高速度梯度G>1000s-1。
8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述形成结构紧凑的颗粒污泥以及密实易沉降的菌胶团包括将絮团污泥聚集体破碎成包含结构密实的菌胶团的絮体结构，以及清理所述絮体表面不稳定的、难降解的胶体物质，从而形成结构紧凑的颗粒污泥以及密实易沉降的菌胶团。
9.如权利要求2所述的方法，其特征在于，脱除回流污泥所挟带的气体包括利用旋流分离器中的离心湍动流场和剪切力场来脱除回流污泥表面和内部所含的氮气和/或氧气。
10.一种用来实施如权利要求1所述的方法的装置，所述装置包括：循环式活性污泥法反应池，所述反应池用于脱氮除磷，且包括生物选择区、厌氧区和主反应区;
以及旋流分离器，其中旋流分离器设置在从主反应区到生物选择区的污泥回流管线上。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述装置还包括沉砂池，滗水器和曝气增氧机。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述沉砂池包括旋流沉砂池。
13.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述旋流分离器包括进料口、锥段、底流管、溢流管、筒体柱段和溢流管插入段。
14.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述旋流分离器组进口流量为1-100m3/h，根据实际污泥回流量确定旋流分离器单管的公称直径，或通过并联多根旋流分离器单管的方式解决大流量污泥回流液处理工况。
15.如权利要求10所述的装置，其特征在于，旋流分离器单管采用单入口或多入口，锥段锥角为4°-20°。
16.如权利要求10所述的装置，其特征在于，旋流分离器入口采用切线入口，入口形状采用圆形或方形。
17.如权利要求10所述的装置，其特征在于，旋流分离器可采用串联方式以增加污泥絮体在旋流场中的停留时间，以适应不同工况下所要求的污泥破碎率。
18.如权利要求10所述的装置，其特征在于，旋流分离器脱气效率为大于或等于95%。
说明书
包括旋流处理的循环式活性污泥法污水处理方法及装置
技术领域
本发明属于生化污水处理领域，涉及一种包括旋流处理的循环式活性污泥法污水处理方法及装置。所述方法和装置提高循环式活性污泥法污水处理的生化效能、增强对泡沫的控制且减少剩余污泥的量。具体来说，本发明涉及在传统的循环式活性污泥法主反应区至生物选择区的污泥回流管线上增设旋流分离器，依靠外加剪切力场和离心力场强化厌氧/缺氧/好氧微生物脱氮除磷除碳效能、减少污泥气浮和控制泡沫现象的方法，以及实现该方法的装置。
背景技术
随着我国城市化和工业化建设进程加快，工业污水和生活污水排放量逐年增加，预计2017年全国污水排放量达800亿吨。水体中的污染物包括固体废弃物、有机污染物、油类污染物、生物污染物、有毒物质和营养物质污染物等。这些污染物直接排入水体会危害水底生物的繁殖，使水体变黑变浑，发生恶臭，严重恶化环境和威胁人类的身体健康。因此，污水处理技术一直是学者研究的热点。
污水净化处理技术包括物理处理法、化学处理法、生物处理法。因自然界存在大量的微生物，具有氧化分解有机物并将其转化为无机物的巨大功能，还可以使某些有毒的有机物如酚、醛、脂等无害化，故生物脱氮法是污水处理的主体工艺，且包括活性污泥法和膜处理法。据统计，全国4136家污水处理厂中采用活性污泥法污水处理工艺的占84%。循环式活性污泥法及其改进工艺包括CASS(循环式活性污泥系统，Cyclic Activated SludgeSystem)，CAST(循环式活性污泥技术，Cycl ic Activated Sludge Technology)，CASP(循环式活性污泥工艺，Cyclic Activated Sludge Process)和ICEAS(间歇式循环延时曝气循环式活性污泥法，Intermittent Cyclic Extended System)等。因为循环式活性污泥法构筑物数量少、造价低、无二沉池，便于操作和维护管理，避免了传统活性污泥法(如缺氧-好氧活性污泥法、厌氧-缺氧-好氧活性污泥等)处理效率低、占地大的缺点，是国内公认的生活污水及工业污水处理的先进工艺，在我国至少12%的污水处理厂采用此工艺。
目前我国城镇污水处理厂在污水处理方面面临很多难题。我国污水收集设施不健全，雨水和污水合流进入排水系统，导致我国城市污水处理厂的进水水质C/N比普遍偏低，当碳氮比低于完全反硝化所需要的最小值时，会发生不完全反硝化反应从而影响脱氮除磷效率。而且由于过量曝气、表面活性剂作用或反硝化反应等产生微小气泡，使污泥的密度减小，导致污泥上浮，产生泡沫现象，影响污泥沉降性和生化效能，因此需要采用物理、化学等方法减少泡沫的形成。另一方面，污水中存在大量的毒性和难降解污染物，长期包裹于活性污泥絮体表面无法降解或脱离而造成传质受阻、导致硝化或反硝化细菌不能及时得到营养供应引起细菌生化性能变差。除污泥传质受阻、脱氮除磷效率低等问题外，剩余污泥产量大、难以资源化处理等问题也是现有污水处理所面临的重大难题。针对以上问题，中国发明专利申请201210172789.X公开了一种在厌氧池中入固态营养盐进行反硝化等厌氧生化反应，实现污泥减量;中国发明专利申请200910072268.5公开了一种将部分污泥超声破碎、臭氧处理后与城市污水一起进入初沉池进行水解酸化处理，提高污泥活性、强化脱氮除磷效果;中国发明专利申请201310392290.4公开一种污水脱氮处理工艺，通过向污水中投加有机物以补充脱氮除磷碳源不足;中国发明专利申请201510938384.6公开了一种超声波结合A2O工艺进行污水处理与污泥减量的方法和系统，通过超声处理回流污泥实现剩余污泥减量的目的。以上专利主要通过额外添加一些物质、增加能耗实现污泥减量和强化脱氮除磷，但这些方法存在二次污染、运行不稳定、运行成本高等问题。
污泥的产生和不稳定性主要在于污泥絮体内富含大量有机质所致，故考虑在生化处理过程中，对污泥絮体进行机械破碎，释放多糖和蛋白质等有机质为异养菌提供营养，以实现过程减排。再者，为强化污泥絮体周边的剪切效应，去除包覆在絮体表面难降解胶体物质提高有机污染物到絮体活性区的传质性能，保持污泥絮体的高活性，主要通过增加曝气强度来加强池内混合和剪切效果，但这势必造成空气曝气的能耗浪费，而且还会产生大量的泡沫现象，影响出水水质。通过以上两点考虑，本发明创造性地提出在现有循环式活性污泥法处理工艺污泥回流管线上增设旋流分离器，利用旋流场中的剪切力和离心力使大部分污泥絮体破碎和进行絮体周边剪切处理，脱除细菌和絮体表面吸附的胶体物质，暴露酶活性位点、提高污泥活性。旋流分离器还用来脱除回流污泥中的气体，且使脱除的气体进入反应池的主反应区，从而增强硝化作用。旋流分离器在运行过程中不需要投加药剂，具有运行成本低、能耗低、无二次污染的优点，而且在生化处理过程中进行污泥减量和资源化利用，符合国家提倡的“过程减排”环保策略。
发明内容
本发明提供一种包括旋流处理的循环式活性污泥法污水处理方法及装置，在循环式活性污泥法污水处理工艺污泥回流管线上引入旋流工艺，并将旋流工艺中脱除的气体循环到活性污泥法的主反应池来强化其中的硝化反应，以实现深度脱碳除氮、减少污泥气浮和污泥减量。该装置结构简单、能耗低和成本低，具有环保和经济效益。
在第一方面中，本发明提供一种包括旋流处理的循环式活性污泥法污水处理方法，所述方法可包括依次在循环式活性污泥反应池的生物选择区、厌氧区和主反应区中处理污水，且使从主反应区排出的至少一部分污泥回流到生物选择区;其中在使污泥从主反应区回流到生物选择区的管线上引入旋流分离器来对回流污泥进行旋流处理，旋流脱除回流污泥所挟带气体，控制系统泡沫产生，防止污泥气浮;以及其中使在旋流处理中的贫氧混合液循环至生物选择区，且使在旋流处理中的富氧混合液进入主反应区的前端。
在一种实施方式中，所述将回流污泥旋流处理可包括利用非均态三维剪切力场和离心力场来(1)遴选出和形成结构紧凑的颗粒污泥以及密实易沉降的菌胶团;或(2)剪切破碎老化的污泥絮体以释放内碳源;或(3)脱除回流污泥中所携带的气体;或者(1)-(3)中的任意组合。
在一种实施方式中，所述旋流分离器可包括进料口、锥段、底流管、溢流管、筒体柱段和溢流管插入段。
在一种实施方式中，所述循环式活性污泥法可包括所有循环式活性污泥法及其变形工艺，优选地包括CASS，CAST，CASP和ICEAS。
在一种实施方式中，所述循环式活性污泥法污水处理方法的污泥回流系统可为间歇的或连续的，且污泥回流比可为10%-100%。
在一种实施方式中，脱除回流污泥所挟带的气体降低进入生物选择区的流体氧含量，脱除的气体从旋流分离器的溢流管进入主反应区前端以强化硝化反应，且旋流分离器的底流管分流比为大于或等于90%。
在一种实施方式中，所述旋流分离器入口、出口压力差是0.05-0.2MPa，入口流速是1-10m/s，且旋流分离器内平行流层间最高速度梯度G>1000s-1。
在一种实施方式中，所述形成结构紧凑的颗粒污泥以及密实易沉降的菌胶团包括将絮团污泥聚集体破碎成包含结构密实的菌胶团的絮体结构，以及清理所述絮体表面不稳定的、难降解的胶体物质，从而形成结构紧凑的颗粒污泥以及密实易沉降的菌胶团。
在一种实施方式中，脱除回流污泥所挟带的气体包括利用旋流分离器中的离心湍动流场和剪切力场来脱除回流污泥表面和内部所含的氮气和/或氧气。
在第二方面中，本发明提供一种用来实施如第一方面所述方法的装置，所述装置包括循环式活性污泥法反应池，用于脱氮除磷，且包括生物选择区、厌氧区和主反应区;以及旋流分离器，其中旋流分离器设置在从主反应区到生物选择区的污泥回流管线上。
在一种实施方式中，所述装置还包括沉砂池，滗水器和曝气增氧机。
在一种实施方式中，所述沉砂池包括旋流沉砂池。
在一种实施方式中，所述旋流分离器包括进料口、锥段、底流管、溢流管、筒体柱段和溢流管插入段。
在一种实施方式中，所述旋流分离器入口流量为1-100m3/h，根据实际污泥回流量确定旋流分离器单管的公称直径，或通过并联多根旋流分离器单管的方式解决大流量污泥回流液处理工况。
在一种实施方式中，旋流分离器采用单入口或多入口，锥段锥角为4°-20°。
在一种实施方式中，旋流分离器入口采用切线入口，入口形状采用圆形或方形。
在一种实施方式中，旋流分离器可采用串联方式以增加污泥絮体在旋流场中的停留时间，以适应不同工况下所要求的污泥破碎率。
在一种实施方式中，旋流分离器脱气效率为大于或等于95%。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：(1)本发明利用旋流分离器的剪切流场破碎活性污泥，释放污泥中的多糖和蛋白质等有机碳源至水体中，补充微生物进行反硝化异化硝酸盐所需电子供体，在生化处理过程中实现了污泥的资源化利用和污泥减量，减少了污泥处置成本，具有经济和环保效益;创造水力剪切环境，从而培养和遴选出稳定的、高活性污泥絮体回流至生物选择区，整体上提高系统污泥的生化性能。与其它污泥破解技术相比，旋流分离器具有能耗低、无二次污染、结构简单、易更换和不影响系统稳定运行的特点。
(2)本发明利用旋流分离器的离心作用脱除主反应区至生物选择区回流污泥中所含的微小气泡，控制污泥上浮和泡沫的产生，优化出水水质。
