申请日2017.05.23
公开(公告)日2017.07.25
IPC分类号C02F3/12
摘要
本发明涉及一种包括旋流破散处理的氧化沟污水处理方法,所述方法包括在沉砂池、氧化沟以及二沉池中处理污水,且将二沉池中的至少一部分污泥回流到氧化沟进水口,其中通过旋流破散器组对二沉池回流至进水口的污泥进行旋流破散处理,利用旋流场中的速度梯度场强化活性污泥周边水力剪切效应,保证菌胶团表面的高活性,去除包覆在絮体表面难降解的网状杂质和结合水提高絮体界面到中心活性区的传质效能;同时推动了氧化沟底层污泥流动,使曝气区污泥悬浮于水体中,避免污泥沉积,增加污泥利用率;通过旋流破碎生化过程中因富集油脂和气泡而上浮的老化污泥,优化出水水质,防止污泥膨胀,提高沉降性能。本发明还涉及一种实现上述方法的装置。
权利要求书
1.一种包括旋流破散处理的氧化沟污水处理方法,所述方法包括在含有氧化沟、沉砂池以及二沉池中处理污水,且将二沉池回流至进水口的污泥通过旋流破散器,进行旋流破散处理,分离出的气体逸出至空气中,所述旋流破散器组包括至少一根旋流破散器。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述旋流破散处理构造成(1)利用旋流场中的速度梯度场强化活性污泥周边水力剪切效应,保证菌胶团表面的高活性,去除包覆在絮体表面难降解的网状杂质和结合水提高絮体界面到中心活性区的传质效能;或(2)利用旋流湍动作用来提高系统水流流动速率,促进氧气、水体污染物和微生物的充分混合,以强化好氧过程的硝化反应;或(3)推动了氧化沟底层污泥流动,使曝气区污泥悬浮于水体中,避免污泥沉积,增加污泥利用率;或(4)通过旋流破碎生化过程中因富集油脂和气泡而上浮的老化污泥,旋流脱除污泥中的气体,优化出水水质,防止污泥膨胀,提高沉降性能;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,所述氧化沟包括Carrousel氧化沟或Orbal氧化沟。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述旋流破散器包括进口段、柱段、锥段、底流直段以及溢流段,其中进口、底流口压力降为0.05-0.5MPa,入口流速为1-10m/s。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述旋流破散器内部的剪切效应来自于流体自身流动形成的速度梯度和压力梯度,剪切速率G为大于或等于1000s-1,在水力剪切作用下,絮体表面上长期堆积的难降解胶体类物质得以磨削去除,且形成紧实的、更高活性的颗粒污泥,有利于污泥沉降。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在旋流破散处理中,在旋流湍动作用下,推动了系统混合液流动,防止污泥沉积,代替了通过强化曝气强度来加强池内流动的方式,降低了能耗。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在旋流破散处理中,在高剪切作用下,絮体会分散成更高活性的更小絮体结构,从而增加了好氧菌吸附有机污染物的作用面积,而在生化反应后期小絮体通过静电作用、高分子缠绕和离子桥接作用再次团聚成高活性的絮团结构。
8.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在旋流破散处理中,利用旋流破散器中离心力和剪切效应去除结合水,减少因为水分子吸附于污泥表面而引起的污泥膨胀,增强污泥自身比重,防止丝状菌大量繁殖。
9.如权利要求1所述的方法,其特征在于,在旋流破散处理中,通过旋流剪切力和离心作用脱除吸附于污泥内部和表面的油及气泡,污泥比重增加,缓解了污泥腐化上浮程度。
10.一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连接的用于污水预处理的沉砂池、用于脱氮除磷的氧化沟反应池、以及用于进行旋流破散处理的旋流破散器。
11.如权利要求10所述的装置,其特征在于,旋流破散器进口流量范围为10-100m3/h,根据实际污泥回流量确定旋流破散器单管的公称直径,或通过并联多根旋流破散器单管的方式解决大流量污泥回流液处理工况。
12.如权利要求10所述的装置,其特征在于,所述旋流破散器包括进口段、柱段、锥段、底流直段以及溢流段,且所述旋流破散器采用单进口或多进口,锥段锥角为4°-20°。
13.如权利要求10所述的装置,其特征在于,所述旋流破散器进口采用切线进口,进口形状采用圆形或方形。
14.如权利要求10所述的装置,其特征在于,所述旋流破散器的脱气效率为95%以上。
说明书
一种包括旋流破散处理的氧化沟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散处理的氧化沟污水处理方法及装置,具体地,在氧化沟系统污泥回流管线上增设旋流破散器,依靠旋流剪切力场和离心力场强化厌氧/缺氧/好氧微生物净化效能,以及实现该方法的装置。
背景技术
氧化沟是一种活性污泥处理系统,在水力流态上不同于传统的活性污泥法,其曝气池呈封闭的沟渠型,污水处理的整个过程如进水、曝气、沉淀和出水等都集中在氧化沟内完成,在短期内呈推流状态,而在长期内又呈混合状态,对不易降解的有机物也有较好的处理能力。氧化沟工艺以其经济简便的突出优势成为中小型城市污水厂的首选工艺。
目前随着城镇化建设进程的加快,工业和生活污水成分更加复杂,包含有机污染物、油类污染物、生物污染物和有毒物质等,使得传统的氧化沟工艺在运行过程中面临较大难题。第一个难题是当废水中的碳水化合物过高时,微生物负荷过高,积贮起大量高粘性的多糖类物质,大量水附着于污泥表面,污泥体积指数(Sludge Volume Index,SVI)值很高,引起污泥膨胀和丝状菌生长。第二个难题是部分油脂或微小气泡未经系统完全处理而富集于污泥表面或孔隙中,环流于氧化沟中经转刷充氧搅拌,产生大量泡沫,引起污泥变轻而上浮。而且反硝化菌异化硝酸盐时会释放微小氮气泡,污泥携气泡上升,若不及时排出,长期环流于氧化沟会引起污泥沉降性能下降,最终影响出水水质。第三个难题是氧化沟工艺主要采用水流推动作用,其环流速度主要由进水水流速度、回流流速率、曝气量决定,水流速度(不发生沉积的平均流速应达到0.3~0.5m/s)过低会造成沟底大量积泥,大大减少了氧化沟的有效容积,降低了微生物、氧气与微生物的混合效果,影响了出水水质,而通过强化曝气强度来加强池内混合和剪切效果势必造成空气曝气的能耗浪费,而且还会产生大量泡沫。因此需要寻找有效且低成本方法来提高出水水质。中国实用新型专利200620039472.9公开了一种用于消除氧化沟活性污泥产生膨胀和泡沫的装置,通过设置导轨和填料栅防止丝状菌悬浮生长,可缓解污泥膨胀和泡沫问题,需要定期清理和更换。中国发明专利申请201510211294.7公开了一种机械消除泡沫的氧化沟,在氧化沟A和氧化沟B侧墙上安装轴承座包括转动轴,转动轴的圆周面设置有若干破泡棒,以实现消除泡沫的目的。中国发明专利申请201510152913.X公开了一种AAO氧化沟实时调控系统及其污水处理方法,通过在氧化沟的第一直道内设置一台水下推流器和一台浮筒式推流器推动沟内水流,优化水流流速,以解决污泥沉积问题,提高脱氮除磷效率。中国发明专利申请201310511102.5提出一种旋流曝气与推流喷嘴协同增效的氧化沟系统,其采用旋流剪切曝气的方法改善供氧效果来提高氧化沟处理效能,并没有解决部分油脂或气泡未经系统完全处理而富集于污泥表面或孔隙中导致的污泥上浮和膨胀问题。综上,以上专利只是针对氧化沟工艺某些问题提出了解决方案,且在现有氧化沟系统上进行提标改造仍面临着能耗高、成本高和改造复杂等问题。
本发明人考虑到旋流破散器中旋流场的特殊性,利用比重力大几十甚至几百倍的离心力脱除轻质气体;利用水力剪切流场强化污泥絮体周边的剪切效应,使小絮体结构保持高活性,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性能;同时利用旋流场内的湍动能充分混合流体改善系统水力环境,使曝气区污泥悬浮,提高污泥利用率,强化脱氮除磷效能。因此,本发明人创造性地提出在传统的氧化沟工艺上耦合旋流工艺,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。该改造系统简单、维护方便、投资少,适于现有城镇污水处理厂以氧化沟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。
发明内容
本发明提供一种包括旋流破散处理的氧化沟污水处理方法及装置,在氧化沟污水处理工艺污泥回流管线上引入旋流破散工艺,以强化废水处理效能、减少污泥膨胀和提高污泥沉降性能。该改进工艺装置结构简单、能耗低和成本低,具有环保和经济效益。
为了解决现有技术中的技术问题,本发明提供以下技术方案:
在一方面中,本发明提供一种包括旋流破散处理的氧化沟污水处理方法,所述方法包括在含有氧化沟、沉砂池以及二沉池中处理污水,且将二沉池回流至进水口的污泥通过旋流破散器,进行旋流破散处理,分离出的气体逸出至空气中,所述旋流破散器组包括至少一根旋流破散器。
在第一方面的一种实施方式中,所述旋流破散处理构造成(1)利用旋流场中的速度梯度场强化活性污泥周边水力剪切效应,保证菌胶团表面的高活性,去除包覆在絮体表面难降解的网状杂质和结合水提高絮体界面到中心活性区的传质效能;或(2)利用旋流湍动作用来提高系统水流流动速率,促进氧气、水体污染物和微生物的充分混合,以强化好氧过程的硝化反应;或(3)推动了氧化沟底层污泥流动,使曝气区污泥悬浮于水体中,避免污泥沉积,增加污泥利用率;或(4)通过旋流破碎生化过程中因富集油脂和气泡而上浮的老化污泥,旋流脱除污泥中的气体,优化出水水质,防止污泥膨胀,提高沉降性能;或者(1)-(4)中的任意组合。
在第一方面的另一种实施方式中,所有方法适用于所有含有污泥回流系统的氧化沟工艺,所述氧化沟可包括Carrousel氧化沟或Orbal氧化沟。
在第一方面的另一种实施方式中,所述旋流破散器包括进口段、柱段、锥段、底流直段以及溢流段,其中进口、底流口压力降为0.05-0.5MPa,入口流速为1-10m/s。
在第一方面的另一种实施方式中,所述旋流破散器内部的剪切效应来自于流体自身流动形成的速度梯度和压力梯度,剪切速率G为大于或等于1000s-1,在水力剪切作用下,絮体表面上长期堆积的难降解胶体类物质得以磨削去除,且形成紧实的、更高活性的颗粒污泥,有利于污泥沉降。
在第一方面的另一种实施方式中,在旋流破散处理中,在旋流湍动作用下,推动了系统混合液流动,防止污泥沉积,代替了通过强化曝气强度来加强池内流动的方式,降低了能耗。
在第一方面的另一种实施方式中,在旋流破散处理中,在高剪切作用下,絮体会分散成高活性的小絮体结构,从而增加了好氧菌吸附有机污染物的作用面积,而在生化反应后期小絮体通过静电作用、高分子缠绕和离子桥接作用再次团聚成高活性的絮团结构。
在第一方面的另一种实施方式中,微生物吸附了大量的营养物质而积贮起大量高粘性的多糖类物质,使得大量水分子吸附于污泥表面引起污泥膨胀,在旋流破散处理中,利用旋流破散器中离心力和剪切效应去除结合水,减少因为水分子吸附于污泥表面而引起的污泥膨胀,增强污泥自身比重,防止丝状菌大量繁殖。
在第一方面的另一种实施方式中,在旋流破散处理中,通过旋流剪切力和离心作用脱除吸附于污泥内部和表面的油及气泡,污泥比重增加,缓解了污泥腐化上浮程度。
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、用于脱氮除磷的氧化沟反应池、以及用于进行旋流破散处理的旋流破散器。
在第二方面的一种实施方式中,旋流破散器进口流量可选范围为10-100m3/h,根据实际污泥回流量确定旋流破散器单管的公称直径,或通过并联多根旋流破散器单管的方式解决大流量污泥回流液处理工况。
在第二方面的另一种实施方式中,所述旋流破散器可包括进口段、柱段、锥段、底流直段以及溢流段,且所述旋流破散器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,所述旋流破散器进口可采用切线进口,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,所述旋流破散器的脱气效率可为95%以上。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于(1)本发明在氧化沟工艺污泥回流管线上增设旋流破散器,利用旋流剪切流场和离心湍动流场去除长期包覆在污泥絮体表面的难降解胶体物质和油膜,在水力剪切作用下提高污泥活性;增加了氧气、污染物和微生物的接触面积和概率,提高了水流流动速率,防止其发生沉积,提高了污水处理效率,节约了通过增加曝气量来改善水力条件而产生的大量能耗。旋流破散器具有能耗低、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,适于现有城镇污水处理厂以氧化沟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。
(2)本发明还利用旋流破散器的离心力场脱除回流污泥中的微小气泡,控制污泥上浮和防止污泥膨胀,提高了污泥沉降性能,优化出水水质。