申请日2017.05.23
公开(公告)日2017.07.21
IPC分类号C02F3/30; B02C19/00
摘要
本发明涉及一种包括在线旋流释碳的SBR废水处理方法，所述方法包括在SBR生化池中进行的进水阶段、曝气阶段、沉淀阶段、滗水阶段和闲置阶段，其中在曝气阶段通过旋流释碳器对SBR生化池中的内回流混合液进行在线旋流释碳，以及其中将经过在线旋流释碳的混合液再次回流到SBR生化池。本发明还涉及用于实施上述包括在线旋流释碳的SBR废水处理方法的装置。本发明的有益效果在于提高生化效能和污泥减量;具有“过程减排”的创新思路，减少污泥处理处置成本;以及旋流释碳器具有能耗低、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。
权利要求书
1.一种包括在线旋流释碳的SBR废水处理方法，所述方法包括在SBR生化池中进行的进水阶段、曝气阶段、沉淀阶段、滗水阶段和闲置阶段，其中在曝气阶段通过旋流释碳器对SBR生化池中的内回流混合液进行在线旋流释碳，以及其中将经过在线旋流释碳的混合液再次回流到SBR生化池。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在线旋流释碳构造成(1)利用外加能量场将污泥絮团破散成更小的絮体结构，清理细胞表面杂质并疏通所述絮体结构内部营养物质传递通道，强化所述絮体结构的界面传质性能，使所述絮体结构保持比污泥絮团更高的活性和生化性能;或(2)在旋流剪切场作用下，使完全破解的污泥絮团将有机质释放至水体中，补充微生物进行反硝化反应所需电子供体，强化脱氮效能，所述有机质包括胞外聚合物EPS、胞内多糖和蛋白质等;或(3)使污泥絮体释放至水体中的有机质被微生物降解，阻碍系统生物总量的增加和代谢废物的产生，最终削减剩余污泥产量;或(4)提高反应池内流体湍动度，促进细菌反应产物间传递速率，增加微生物与废水污染物的接触概率，强化生化效能;或者(1)-(4)中的任意组合。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋流释碳器在曝气阶段引入，其同步运行时间根据污水水质设定，其中旋流释碳器的剪切作用和离心作用释放包覆在絮体表面和孔隙的堵塞杂质，暴露酶活性位点，提高絮体结构的活性，且其中旋流释碳器入口流速是1-10m/s，优选地1-7m/s。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋流释碳器内部强剪切效应的形成来自于旋流场内液体自身流动形成的速度梯度和压力梯度，所述旋流释碳器包括进料口、圆柱段、锥段、溢流管和底流管，所述旋流释碳器进料口和底流管之间的压降为0.02MPa-0.5MPa，溢流口质量流量为进料口流量的1%-10%，使流场切变速率G>1000s-1。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在在线旋流释碳过程中，部分细菌在旋流剪切作用下死亡，释放出的有机质被异养菌降解，减少了剩余污泥产量。
6.一种用于实施如权利要求1所述的方法的装置，所述装置包括通过管线连接的用于污水预处理的沉砂池、用于脱氮除磷的SBR生化池、用于进行在线旋流释碳的旋流释碳器。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述旋流释碳器包括进料口、圆柱段、锥段、溢流管和底流管，所述旋流释碳器进料口的流量范围为1-100m3/h，根据实际混合液回流量确定旋流释碳器单管的公称直径，或通过并联多根旋流释碳器单管的方式解决大流量混合液处理工况。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述旋流释碳器采用单进口或多进口，锥段锥角为4°-20°。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述旋流释碳器进料口采用切线进口，进口形状采用圆形或方形。
10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述旋流释碳器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絮团破碎率。
说明书
一种包括在线旋流释碳的SBR废水处理方法及装置
技术领域
本发明属于活性污泥法废水处理工艺改造领域，涉及一种包括在线旋流释碳的SBR废水处理方法及装置，具体地，在传统的SBR生化池旁安装旋流释碳装置，在曝气阶段同步引入在线旋流释碳工艺强化缺氧/好氧生物脱氮效能和和实现污泥减量的方法，以及实现该方法的装置。
背景技术
现有较成熟的工业生活废水的净化处理技术包括物理、化学、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，故生物处理法是污水处理的主体工艺。SBR(Sequencing Batch Activated Sludge Reactor Technology)即序批式活性污泥法与其它工艺不同，它采用时间分割代替空间分割的操作方式，工艺过程包括5个阶段，即进水、曝气、沉淀、滗水、闲置阶段。该工艺构筑物数量少、造价低，不需要二沉地，便于操作和维护管理，避免了传统厌氧反应器处理效率低、占地大的缺点，被全球广泛认同。
现有的工业污水存在大量的毒性和难降解污染物，长期包裹在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使细菌活性变差。另外，随着人民生活水平的提高，城镇化建设的加快，生活废水中营养元素N、P浓度提高，导致进水C相对浓度降低，影响反硝化脱氮效果。除污泥传质受阻、污泥活性低、脱氮除磷效率等问题外，剩余污泥产量大、有机毒性高、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;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。以上专利主要通过额外添加一些物质或者增加能耗实现污泥减量、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。污泥产量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，释放絮体内多糖和蛋白质等有机质，并作为有机碳源在反应池中再利用，以实现过程减排;活性游离菌群可在生物处理过程中再次形成高活性污泥絮体，以强化系统生化效能，符合污泥源头减量和实现污泥资源化利用的要求。
在现有SBR污水处理工程中，为强化污泥絮体周边的剪切效应，保持活性污泥具有高活性、小絮体的结构特性，以及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，常通过强化曝气强度以加强池内混合和剪切效果。这样势必造成空气曝气的能耗浪费。为此，在传统SBR工艺曝气阶段增设旋流释碳器，利用废水旋流场中的剪切应力场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。再者，在旋流剪切应力和离心力作用下，絮体细胞内或孔隙中的多糖和蛋白质等有机碳源脱离至水体中，用于补充异养菌降解污染物(氨氮等)所需能源。生化系统中有机物的消耗避免了其沉积转化为剩余污泥排出，防止湿泥大面积堆放导致的环境污染。在传统的SBR污水处理系统旁只需建立旋流释碳器，运行过程中不需要投加药剂，能耗主要为旋流释碳器前潜污泵加压，具有运行成本低，无副产物的优点，而且在生化处理过程中减少剩余污泥产量，减少了污泥处理成本和运输成本，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在线旋流释碳的SBR废水处理方法，在传统SBR污水处理系统中增设旋流释碳器管路，以提高活性污泥生物活性、强化污水处理工艺效能和实现污泥减量。用于实施上述方法的装置结构简单、能耗低并能减少湿泥大面积堆积造成的环境污染。
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供下述技术方案：
在第一方面中，本发明提供一种包括在线旋流释碳的SBR废水处理方法，所述方法包括在SBR生化池中进行的进水阶段、曝气阶段、沉淀阶段、滗水阶段和闲置阶段，其中在曝气阶段通过旋流释碳器对SBR生化池中的内回流混合液进行在线旋流释碳，以及其中将经过在线旋流释碳的混合液再次回流到SBR生化池。
在第一方面的一种实施方式中，所述在线旋流释碳构造成(1)利用外加能量场将污泥絮团破散成更小的絮体结构，清理细胞表面杂质并疏通所述絮体结构内部营养物质传递通道，强化所述絮体结构的界面传质性能，使所述絮体结构保持比污泥絮团更高的活性和生化性能;或(2)在旋流剪切场作用下，使完全破解的污泥絮团将有机质释放至水体中，补充微生物进行反硝化反应所需电子供体，强化脱氮效能，所述有机质包括胞外聚合物(Extracellular Polymeric Substances，EPS)、胞内多糖和蛋白质等;或(3)使污泥絮体释放至水体中的有机质被微生物降解，阻碍系统生物总量的增加和代谢废物的产生，最终削减剩余污泥产量;或(4)提高反应池内流体湍动度，促进细菌反应产物间传递速率，增加微生物与废水污染物的接触概率，强化生化效能;或者(1)-(4)中的任意组合。
在第一方面的另一种实施方式中，所述旋流释碳器在曝气阶段引入，其同步运行时间根据污水水质设定，其中旋流释碳器的剪切作用和离心作用释放包覆在絮体表面和孔隙的堵塞杂质，暴露酶活性位点，提高絮体结构的活性，且其中旋流释碳器入口流速是1-10m/s，优选地1-7m/s。
在第一方面的另一种实施方式中，所述旋流释碳器内部强剪切效应的形成来自于旋流场内液体自身流动形成的速度梯度和压力梯度，所述旋流释碳器包括进料口、圆柱段、锥段、溢流管和底流管，所述旋流释碳器进料口和底流管之间的压降为0.02MPa-0.5MPa，溢流口质量流量为进料口流量的1%-10%，使流场切变速率G>1000s-1。
在第一方面的另一种实施方式中，在在线旋流释碳过程中，部分细菌在旋流剪切作用下死亡，释放出的有机质被异养菌降解，减少了剩余污泥产量。
在第一方面的另一种实施方式中，在SBR污水处理工艺曝气阶段引入旋流释碳器，促进池内流体快速流动，污泥絮体间相互剪切，释放包覆在絮体表面杂质，促进界面传质;同时增加细菌与废水污染物的接触概率，提高污染物的降解速率，强化生化效能。
在第二方面中，本发明提供一种用于实施如权利要求1所述的方法的装置，所述装置可包括通过管线连接的用于污水预处理的沉砂池、用于脱氮除磷的SBR生化池、用于进行在线旋流释碳的旋流释碳器。
在第二方面的一种实施方式中，所述旋流释碳器可包括进料口、圆柱段、锥段、溢流管和底流管，所述旋流释碳器进料口的流量范围为1-100m3/h，根据实际混合液回流量确定旋流释碳器单管的公称直径，或通过并联多根旋流释碳器单管的方式解决大流量混合液处理工况。
在第二方面的另一种实施方式中，所述旋流释碳器可采用单进口或多进口，锥段锥角为4°-20°。
在第二方面的另一种实施方式中，所述旋流释碳器进料口可采用切线进口，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，所述旋流释碳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絮团破碎率。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于利用旋流释碳器的旋流剪切和离心作用破碎活性污泥，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反应所需碳源降解污染物，提高生化效能和污泥减量。与其它污泥破解技术相比，此技术处理对象并不是对已经产生的剩余污泥进行破解，而是在生化处理过程中阻止了生物量的大量增加和代谢产物产生，具有“过程减排”的创新思路，减少污泥处理处置成本。另一方面，存活微生物在剪切场作用下仍保持着高活性，用于污水高效处理。再者，旋流释碳器具有能耗低、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。
