申请日2017.05.23
公开(公告)日2017.07.21
IPC分类号C02F3/30; C02F3/34
摘要
本发明涉及一种包括旋流破解处理的A2O污水处理方法，该方法包括依次在包括好氧池、缺氧池和厌氧池的生化池以及二沉池中处理污水，在好氧池到缺氧池的内回流管线上设置第一旋流破解器组;在二沉池到缺氧池或厌氧池的外回流管线上设置第二旋流破解器组;且第一旋流破解器组和/或第二旋流破解器组包括至少一个旋流破解器单管。本发明还涉及一种实现上述包括旋流破解处理的A2O污水处理方法的装置。本发明的有益效果在于强化脱氮除磷和污泥减量，实现污泥资源化利用，实现过程减排。此外，旋流破解器结构简单、无二次污染且能耗低，具有经济和环保效益。
权利要求书
1.一种包括旋流破解处理的A2O污水处理方法，所述方法包括依次在包括好氧池、缺氧池和厌氧池的生化池以及二沉池中处理污水，其中使好氧池中包含活性污泥的至少一部分混合液通过内回流管线回流到生化缺氧池，且使二沉池中的至少一部分污泥通过外回流管线回流到沿着污水流动方向设置在生化池前端的缺氧池或厌氧池;
其中在所述内回流管线上设置第一旋流破解器组来对内回流混合液进行第一旋流破解处理;
其中在所述外回流管线上设置第二旋流破解器组来对外回流的污泥进行第二旋流破解处理;以及
其中所述第一旋流破解器组和/或第二旋流破解器组包括至少一个旋流破解器单管。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，沿着污水流动方向，所述生化池的排列顺序是缺氧池、厌氧池和好氧池，或者厌氧池、缺氧池和好氧池。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述第一旋流破解处理和/或第二旋流破解处理构造成(1)利用外加能量场将回流污泥中的有机质释放至水体，补充反硝化菌异化硝酸盐所需碳源，所述有机质包括多糖和蛋白质等;或(2)补充聚磷菌厌氧释磷所需碳源;或(3)利用外加能量场把活性污泥絮体破碎成多个更小的絮体结构以增加絮体界面的传质面积，并磨削去除挟裹在细菌表面老化的、难降解的脂状污染物;或者(1)-(3)的任意组合。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述能量场由旋流破解器的旋流场提供，其中旋流破解器单管进口和底流口之间的压降为0.02MPa-0.5MPa，进口流速为3m/s-10m/s。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一旋流破解器组用于处理内回流混合液，在旋流剪切流场下使有机质从破碎的活性污泥絮体和细胞中流出用于补充碳源，且所述有机质包括多糖和蛋白质等;以及其中未被完全破碎的活性污泥絮体则在水力剪切力作用下形成多个更小的絮体结构，所述更小的絮体结构具有比活性污泥絮体更高的活性、传质面积和传质性能。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二旋流破解器组用于处理外回流污泥，使以重量计30%-100%的污泥遭受大于或等于1000s-1切变速率的剪切作用。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，剩余污泥以重量计减量30%-60%。
8.一种用于实施如权利要求1所述方法的装置，所述装置包括通过管线依次连接的包括好氧池、缺氧池和厌氧池的生化池以及二沉池;设置在从好氧池到缺氧池的内回流管线上的第一旋流破解器组;以及设置在从二沉池到缺氧池或厌氧池的外回流管线上的第二旋流破解器组，其中所述第一旋流破解器组和/或第二旋流破解器组包括至少一个旋流破解器单管。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述旋流破解器单管包括进料口、圆柱段、锥段、底流管和溢流管。
10.如权利要求8所述的装置，其特征在于，沿着污水流动方向，所述生化池的排列顺序是缺氧池、厌氧池和好氧池，或者厌氧池、缺氧池和好氧池。
11.如权利要求8所述的装置，其特征在于，第一旋流破解器组和第二旋流破解器组的操作流量选择范围为10-100m3/h，且根据实际内回流混合液和污泥回流流量确定旋流破解器单管的公称直径，或通过并联多根旋流破解器单管的方式解决大流量回流液处理工况。
12.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述旋流破解器单管采用单进口或多进口，且进口采用切线进口，进口形状采用圆形或方形。
13.如权利要求9所述的装置，其特征在于，第一旋流破解器组中旋流破解器单管锥段锥角为4°-20°，且第二旋流破解器组中的旋流破解器单管锥段锥角为10°-40°。
14.如权利要求8所述的装置，其特征在于，旋流破解器单管在第一旋流破解器组和第二旋流破解器组中可采用竖向、横向或倾斜的安装方式。
说明书
一种包括旋流破解处理的A2O污水处理方法及装置
技术领域
本发明属于污水处理工艺改造领域，涉及一种包括旋流破解处理的A2O污水处理方法及装置。具体地，在传统的A2O污水处理过程中设置污泥在线破解工艺，以强化生化池生化效果，提高脱氮除磷效能和减少污泥产量，以及实现该工艺所用的装置。
背景技术
随着我国城市化和工业化建设进程加快，工业废水和生活污水排放量逐年增加，城镇污水处理厂也急剧增加。据环境保护部统计，2014年全国污水排放量716.2亿吨，比2013年增加3.0%，其主要含氨氮238.5万吨，含化学需氧量(COD)2294.6万吨。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，直接排入水体会危害水体底栖生物的繁殖，使水体变黑变浑，发生恶臭，严重恶化环境。废水净化处理，实际上就是采用各种手段将废水中的污染物质分离出来，再转化为无害物质以净化废水，其主体工艺一般采用生物脱氮处理法。
我国6000多座污水处理厂主要采用14种生物脱氮处理工艺，可分为生物膜法和活性污泥法，其中活性污泥法占83.95%。A2O(厌氧-缺氧-好氧，Anaeroxic-Anoxic-Oxic)活性污泥法同步脱氮除磷工艺应用最为广泛，占21.42%。在好氧池中，主要进行硝化反应和聚磷反应，由自养型微生物(亚硝酸菌和硝酸菌)在好氧情况下将NH4+转化为NO2-和NO3-，为生物脱氮提供可利用氮源。在缺氧池中，反硝化菌以甲醇等有机碳作为碳源将NO2-和NO3-转化为无害化N2排出，实现脱氮。在厌氧池中，主要进行磷释放以增加聚磷菌在好氧池的吸磷动力，溶解性有机物被细菌细胞吸收而使污水中的BOD下降。由于好氧池中聚磷菌对磷的摄取，使混合液中的磷的浓度快速下降，实现脱磷。A2O工艺是厌氧池、缺氧池和好氧池联合完成脱氮除磷功能。
目前，污水处理面临着两大难题：第一个难题是随着人民生活水平的提高，废水中的营养元素N、P浓度增加，导致进水碳源不足，加剧了生化池中反硝化菌和聚磷菌对碳源的竞争，影响同步脱氮除磷效率;第二个难题是剩余污泥产量大且难以处置。全国城镇污水处理厂污泥(含水80%以上)产量达2800多万吨。污泥不仅含水率高，易腐烂，有强烈臭味，并且含有大量的原菌、寄生虫卵以及汞等难以降解的有毒有害物，若未经严格处理随意排放或进行填埋，经过雨水的侵蚀，极易对地下水和大气造成二次污染，严重威胁着生态环境和人类活动。针对以上难题，中国发明专利申请201210067683.3公开了一种在污水处理主要工艺内填充生物载体填料富有供微生物生长的微量元素，生物载体独特的形式能形成DO多变环境，污泥停留时间长，实现污泥减量的目的;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201410753368.5公开了一种强化型同步脱氮除磷污水处理方法及装置，结构新颖，但实施难度大，难以在已经有的污水处理设施上进行改造;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201010537762.7公开了一种提高低碳源污水生物除磷脱氮效率的装置及其处理方法，其主要是利用微波碱解剩余污泥获取内碳源以解决进水碳源不足问题。以上专利主要通过添加一些额外碳源、破解污泥获取内碳源或者改变整套装置等方法实现污泥减量和强化脱氮除磷，但这些方法涉及二次污染、运行不稳定、运行成本高、能耗高和操作复杂等问题。因此，如何更高效地处理污水、实现污泥资源化利用是目前仍需解决的问题。
由于污泥产量和不稳定性主要是污泥絮体内富含大量有机质所致，为此本发明提出利用过剩的污泥内碳源来补充碳源。为了节约成本，需要在生化处理过程中阻止生物量的增加和代谢产物产生，防止其形成剩余污泥，增加运输成本。为此，本发明引入低能耗的旋流破解器提供的特殊能量场来提高脱氮除磷和实现污泥减量。在运行过程中不需要投加药剂，能耗主要为旋流破解器前潜污泵加压，污水处理设施改造简单，操作方便，具有运行成本低和无副产物的优点。再者，污泥的旋流破解过程是在污水生化处理过程中开展的，避免了对已经产生的剩余污泥进行处理，减少了污泥处置和运输成本，符合一体化生产和“过程减排”的环保策略。
发明内容
本发明的目的是提供一种包括旋流破解处理的A2O污水处理方法及装置，在传统A2O污水处理工艺的内回流和污泥回流管线上增设旋流破解器组，利用外加能量场提高活性污泥生化活性、强化系统工艺效能和实现污泥减量。本发明适于现有城镇污水处理厂以A2O工艺为主体工艺的提标改造，能达到城镇污水处理厂提标改造的要求，使处理后出水达到国家的排放标准要求;而且操作简单、能耗低并能减少湿泥大面积堆积造成的环境污染，具有经济和环保效益。
在第一方面中，本发明提供一种包括旋流破解处理的A2O污水处理方法，所述方法包括依次在包括好氧池、缺氧池和厌氧池的生化池以及二沉池中处理污水，其中使好氧池中包含活性污泥的至少一部分混合液通过内回流管线回流到生化缺氧池，且使二沉池中的至少一部分污泥通过外回流管线回流到沿着污水流动方向设置在生化池前端的缺氧池或厌氧池;其中在所述内回流管线上设置第一旋流破解器组来对内回流混合液进行第一旋流破解处理;其中在所述外回流管线上设置第二旋流破解器组来对外回流的污泥进行第二旋流破解处理;以及其中所述第一旋流破解器组和/或第二旋流破解器组包括至少一个旋流破解器单管。
在第一方面的一种实施方式中，沿着污水流动方向，所述生化池的排列顺序是缺氧池、厌氧池和好氧池，或者厌氧池、缺氧池和好氧池。
在第一方面的另一种实施方式中，所述第一旋流破解处理和/或第二旋流破解处理构造成(1)利用外加能量场将回流污泥中的有机质释放至水体，补充反硝化菌异化硝酸盐所需碳源，所述有机质包括多糖和蛋白质等;或(2)补充聚磷菌厌氧释磷所需碳源;或(3)利用外加能量场把活性污泥絮体破碎成多个更小的絮体结构以增加絮体界面的传质面积，并磨削去除挟裹在细菌表面老化的、难降解的脂状污染物;或者(1)-(3)的任意组合。
在第一方面的另一种实施方式中，所述能量场由旋流破解器的旋流场提供，其中旋流破解器单管进口和底流口之间的压降为0.02MPa-0.5MPa，进口流速为3m/s-10m/s。
在第一方面的另一种实施方式中，所述第一旋流破解器组用于处理内回流混合液，在旋流剪切流场下使有机质从破碎的活性污泥絮体和细胞中流出用于补充碳源，且所述有机质包括多糖和蛋白质等;以及其中未被完全破碎的活性污泥絮体则在水力剪切力作用下形成多个更小的絮体结构，所述更小的絮体结构具有比活性污泥絮体更高的活性、传质面积和传质性能。
在第一方面的另一种实施方式中，所述第二旋流破解器组用于处理外回流污泥，使以重量计30%-100%的污泥遭受大于或等于1000s-1切变速率的剪切作用。
在第一方面的另一种实施方式中，污泥破解后释放至水体的内碳源被消耗，形成的无机气体释放至空中，避免了有机质沉积成为剩余污泥，剩余污泥以重量计减量30%-60%。
在第二方面中，本发明提供一种用于实施如第一方面所述方法的装置，所述装置包括通过管线依次连接的包括好氧池、缺氧池和厌氧池的生化池以及二沉池;设置在从好氧池到缺氧池的内回流管线上的第一旋流破解器组;以及设置在从二沉池到缺氧池或厌氧池的外回流管线上的第二旋流破解器组，其中所述第一旋流破解器组和/或第二旋流破解器组包括至少一个旋流破解器单管。
在第二方面的一种实施方式中，所述旋流破解器单管包括进料口、圆柱段、锥段、底流管和溢流管。
在第二方面的另一种实施方式中，沿着污水流动方向，所述生化池的排列顺序是缺氧池、厌氧池和好氧池，或者厌氧池、缺氧池和好氧池。
在第二方面的另一种实施方式中，第一旋流破解器组和第二旋流破解器组的操作流量选择范围为10-100m3/h，且根据实际内回流混合液和污泥回流流量确定旋流破解器单管的公称直径，或通过并联多根旋流破解器单管的方式解决大流量回流液处理工况。
在第二方面的另一种实施方式中，所述旋流破解器单管采用单进口或多进口，且进口采用切线进口，进口形状采用圆形或方形。
在第二方面的另一种实施方式中，第一旋流破解器组中旋流破解器单管锥段锥角为4°-20°，且第二旋流破解器组中的旋流破解器单管锥段锥角为10°-40°。
在第二方面的另一种实施方式中，旋流破解器单管在第一旋流破解器组和第二旋流破解器组中可采用竖向、横向或倾斜的安装方式。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：(1)通过旋流破解法获取污泥内碳源以补充生化反应所需有机碳源，强化脱氮除磷，同时实现了污泥减量30%-60%，实现了污泥资源化利用，避免了湿泥大面积污染环境，具有经济和环保效益;(2)在生化处理过程中进行在线污泥破解，实现“过程减排”，减少了剩余污泥的运输成本和处置成本;以及(3)在现有污水处理厂的A2O装置的基础上进行提标改造，操作简单，旋流破解器结构简单、无二次污染且能耗低。
