申请日2010.06.22
公开(公告)日2011.09.14
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明是对生物倍增工艺水处理装置的改进，其特征是曝气好氧区为环形沟，环形沟内有水流推进装置，进水混合反应区、水提升区、沉淀区内置环形沟内侧，环形沟分别与沉淀区及进水混合反应区连通。此池型结构，较好解决了生物倍增工艺要求低溶氧和高污泥含量矛盾，可以确保生物倍增工艺要求——低溶氧、高污泥浓度，从而确保生物倍增工艺实际效果及优势发挥;处理形成二个及以上环流，不仅方便对其中设备进行检修而无需停止运行，而且回流比可调及高回流比，以及提升区和环形沟间增设可控闸门或阀门，更是增加了实际运行可调性，可以在建设或建成后，根据处理水质情况，灵活增加或启、停曝气装置，应用可扩充性好，装置工艺适应性强。
摘要附图
权利要求书
1.高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，包括按生物倍增处理流程水连通的进水混合反应区、水提升区、曝气好氧区和沉淀区，其特征在于曝气好氧区为环形沟，环形沟内有水流推进装置，进水混合反应区、水提升区、沉淀区内置环形沟内侧，环形沟分别与沉淀区及进水混合反应区连通。
2.根据权利要求1所述高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，其特征在于曝气好氧区由底曝气供氧。
3.根据权利要求2所述高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，其特征在于底曝气供氧为微孔曝气器。
4.根据权利要求1所述高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，其特征在于水流推进装置至少一个设置在提升出水区附近。
5.根据权利要求1所述高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，其特征在于水提升区内水提升装置为空气提升气提装置。
6.根据权利要求1所述高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，其特征在于进水混合反应区内有加速混合搅流装置。
7.根据权利要求1所述高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，其特征在于沉淀区内有加速沉淀分离填料。
8.根据权利要求1所述高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，其特征在于水提升区与环形沟共用壁上有连通孔及可控闸门或阀门。
9.根据权利要求8所述高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，其特征在于环形沟内水流推进装置设置在可控闸门或阀门水流动方向前端。
10.根据权利要求1所述高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，其特征在于环形沟内溶解氧浓度为0.1～0.5mg/l，污泥浓度5～8g/l。
11.根据权利要求1所述高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，其特征在于环形沟上有转盘、转刷。
12.根据权利要求1所述高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，其特征在于进水混合反应区、水提升区、沉淀区单独或同时设置有二个。
13.根据权利要求1所述高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，其特征在于各处理池间连通口均有可控闸门。
14.根据权利要求1至13中任一权利要求所述高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，其特征在于环形沟有套合二个及以上。
15.根据权利要求1或7所述高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，其特征在于沉淀区内有刮和/或吸泥排泥装置。
说明书
高效稳定生物倍增工艺污水处理装置
技术领域
本发明是对生物倍增工艺水处理装置的改进，尤其涉及一种改变处理池布局，能形成二个及以上处理循环的高效稳定生物倍增工艺污水处理装置(环形沟内置合建式生物倍增处理装置)。
背景技术
生物倍增工艺(Bio-dopp)是德国发明的一种新颖污水处理工艺，其将所有单一工艺(生物硝化、反硝化，释磷、吸磷，有机物氧化、沉淀等多个单元)组合在一个相邻分隔有几个不同处理单元的矩形池中，并且采用低溶解氧(通常0.3～0.5mg/l)实现纵向短程硝化/反硝化脱氮，高污泥浓度(通常5～8g/l)确保处理高效持续稳定(低溶氧及高污泥浓度是其工艺二大特色)。较现有水处理工艺具有：操作简单，低溶氧下高效生物脱氮和良好除磷效果，同池实现同步及短程硝化/反硝化脱氮，运行高效、持续，出水稳定，低污泥产出，剩余污泥可比传统工艺少40-60%，维护工作量小，占地面积小，使用长方形水池节约了大量土地，污水处理厂只需一个常规工艺污水处理厂一半面积，并大减少了管道投资省，投资与运行成本低，投资、运行成本大致可减少一半左右。因而在污水处理中得到重视和推广。
现有生物倍增工艺，处理池平面布置基本结构如图1，在一个矩形池内，相邻分隔出曝气好氧区3、空气提升区2、进水混合厌氧反应区1(释磷区)，内置泥水分离填料8及刮/吸泥机9的沉淀区4。处理水进入进水混合厌氧反应区1，与原得到初步处理的泥水混合物稀释混合，并在其内进行厌氧释磷处理，然后通过底部连通进入气提区2，由气提装置提升进入设有曝气软管的曝气好氧区3，在曝气好氧区进行好氧处理，再经沉淀区4进入进水混合厌氧反应区，形成单一处理循环。沉淀池污泥部分通过底部连通进水混合厌氧反应区补充，其余由刮/吸泥机排出。然而在实际工程运行中，由于工艺处理池布局上的缺陷，使得实际运行难以达到要求的低溶氧(例如0.3～0.5mg/l)、高活性污泥(例如5～8g/l)运行的理想状态，因而实际工程运行难以达到设计效果，原因：
在处理单一循环中，泥水混合及流动主要依靠底部曝气软管及气提产生的水动力，低溶解氧曝气和高污泥浓度矛盾难以协调，例如满足低溶解氧，曝气产生动力低，高含量污泥极易发生污泥沉淀，不仅造成运行污泥浓度降低，影响处理效果，而且污泥沉降还影响底部曝气设备正常运行;为防止污泥沉降，加大曝气量，又因溶氧过大又难以实现处理高效的短程硝化/反硝化，实际工程中溶解氧通常达到2mg/l左右，导致短程硝化/反硝化效果达不到设计要求，造成脱氮效率不高，容易出现出水氮不达标。其次，泥水混合循环流动力主要依靠气提形成的液位差，流速相对较低加之处理水循环流距离较长，也限制了污泥浓度提高，难以实现生物倍增要求的高污泥浓度。污泥浓度降低又反过来影响短程硝化/反硝化，同时仅靠气提产生液位差提供的循环动力，以及循环液通过沉淀池，造成混合液循环量小，回流比可调性差，抗负荷冲击及曝雨冲击能力差，例如在进水水质异常或暴雨时，不能保持稳定的污泥活性及浓度。再就是，沉淀区与曝气好氧区相邻并列布置，沉淀区承担循环过流，不仅难以确保澄清所要求水流静态，影响澄清效果，而且容易出现环流死角产生流动泥水中污泥沉淀，也造成环流污水中污泥浓度降低;在遇暴雨进水量突然增大，又容易造成大流量进水引起污泥流失，同样造成雨后环流污泥浓度降低，如果关闭气提，虽然可以减少污泥流失，但又会造成因缺乏污泥更新循环，使得维持微生物代谢所需营养不够，造成微生物代谢营养不足而产生微生物无营养源“饥饿死亡”，造成雨后系统恢复时间较长，影响正常出水，因此抗暴雨冲击能力差。此外，此池型处理单元布局，处理过程泥水混合物只有一种循环，各池呈串联运行，形成封闭单一循环，这样任何一池检修，均影响其他池的运行。前述由于处理池结构带来的缺陷，严重影响生物倍增工艺应有优势和处理效果，导致实际工程运行难以达到设计效果，限制了生物倍增工艺优势的发挥。
再就是，生物倍增工艺中低的溶解氧，对于氨氮含量较低的废水，能够处理达标并节省能耗，但当处理污水氨氮(NH3-N)浓度较高，例如制革废水、酒精废水等(NH3-N≥100mg/l)，低溶解氧会导致好氧区供氧不足很难实现氮氮的完全氧化，影响氨氮的去除效果，因此限制了其在高氨氮废水中的应用，造成工艺的局限性。
中国专利CN101602541生物污水处理工艺及装置，其处理池型仍然同典型的生物倍增，其上述由池型结构带来的缺点仍然没有得到克服。
上述不足仍有值得改进的地方。
发明内容
本发明目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种不仅可以确保短程硝化/反硝化要求低溶氧，而且高污泥浓度不沉降，并且处理过程能形成二个及以上环流，能够充分发挥生物倍增工艺优势的高效稳定生物倍增工艺污水处理装置。
本发明另一目的在于提供一种工艺可调性好，能应用于多种废水的高效稳定生物倍增工艺污水处理装置。
本发明目的实现，主要改进是将原生物倍增工艺中曝气好氧区设计为环形沟，环形沟内设置形成环流的推流装置，将相邻设置的提升区、进水混合反应区和沉淀区移至环形沟内侧，并使相应功能区连通，通过环形沟形成至少二个环流，从而克服了现有生物倍增工艺处理池布局带来的不足，实现本发明目的。具体说，本发明高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，包括按生物倍增处理流程水连通的进水混合反应区、水提升区、曝气好氧区和沉淀区，其特征在于曝气好氧区为环形沟，环形沟内有水流推进装置，进水混合反应区、水提升区、沉淀区内置环形沟内侧，环形沟分别与沉淀区及进水混合反应区连通。
本发明装置处理基本流程，与现有技术生物倍增污水处理工艺大致相同：
处理进水，首先进入进水混合反应区，进水混合反应区视处理水质情况，可通过调节进入的回流量分别设定为缺氧状态或厌氧状态，分别进行生物脱氮或生物除磷;经生物脱氮或生物除磷处理污水通过连通口或管进入提升区，由提升装置提升进入好氧环形沟，在水流推进装置推动下在环形沟内形成环流，并通过环形沟向其它处理单元配水：例如环形沟内一部分混合泥水通过池壁开孔或连通管进入沉淀区，进行泥水分离，澄清出水由上部出水堰收集排出;一部分混合泥水依环形沟流动通过池壁开孔等进入进水混合反应区循环(简称小循环)，一部分混合泥水在环形沟内环流(简称大循环)，从而使处理污水形成至少二个处理循环，循环量视污水水质调节。沉淀池沉淀污泥，部分通过池壁开孔等回流至进水混合反应区以保持处理中高污泥浓度，其余部分作为多余的污泥排出。由于在环形沟内增加推流装置，从而加大了混合泥水在环形沟内流速，可以确保生物倍增工艺要求低溶氧下的小曝气量，高污泥含量不沉降(混合泥水流动主要依靠推流装置推流)，既可以确保短程硝化/反硝化的进行，又保持高的污泥含量，可以确保生物倍增工艺优势发挥。各池容积按水质及工艺处理要求计算确定。
本发明中：
曝气好氧环形沟，一是如现有生物倍增技术作为好氧反应区，在低溶氧下实现纵向短程硝化/反硝化脱氮，以及生物去除有机物，二是形成处理混合泥水不同环流提供配水通道，形成至少二个处理环流。按此功能，环形沟，沟形例如可以是矩形沟，也可以是类似氧化沟的两端弧形沟，为延长混合泥水在好氧沟内环流时间，以及在短的地块能满足环流停留时间要求，还可以将环形沟设计成套合的二沟或以上。环形沟内充氧装置，基本类同生物倍增工艺，主要以底曝气供氧装置供氧为主，例如可以是水处理用各种微孔曝气器、射流曝气装置、散流曝气装置等，其中尤以微孔曝气器为佳，其产生气泡细小、比表面积大，上升流速慢，微生物更容易获取氧，并可以提高氧传递效率。此外，根据处理水水质情况，例如氨氮过高或过低的废水处理，也可以通过增加表面曝气装置，形成以表面曝气装置为主或底部曝气+表面曝气两种充氧模式，提高水中溶氧。
环形沟内的水流推进装置，主要为混合泥水在环形沟内快速流动提供动力，一方面确保长的循环环流实现，另一方面提供混合泥水足够流速，防止高浓度污泥因低流速而产生污泥沉降。使实现纵向短程硝化/反硝化曝气供氧，与混合泥水推流动力分开，从而可以确保为实现短程硝化/反硝化所需低溶氧，而又可保持循环液高污泥浓度，因而较好协调了生物倍增工艺高污泥浓度及低溶氧矛盾，使两者达到工艺要求统一。水流推进装置，由于其主要功能是提供混合泥水流动推流动力，理论上对推进器可以不限定，例如可以是叶轮式推进器，也可以是氧化沟用转盘或转刷，以及射流器、吸射器等，只要能推动水流流动的动力均可以被应用，为避免推流中过渡增氧破坏低溶氧，一种较好为采用水下推进器。从形成推流功能，推进装置可以设计在环形沟的任意位置，其中一种较好是设置在提升出水区附近，可以同时利用提升水位差增加推流，以降低推流功率。视处理水设计环形沟环流长度，水流推进装置，可以是一处，也可以是在流程路径上两个或以上。在大循环中，为防止循环未端因流速降低，造成污泥沉降，水流推进装置推流，可以设计成间隙双向运行，例如采用转盘间隙正反运转，这样循环头尾交替可以有效防止未端因流速降低导致污泥沉淀。
提升装置，主要功能同生物倍增工艺，将来目进水混合反应区混合泥水提升进入外侧环形沟，形成更新环流。提升装置，可以是泵，也可以是气提装置，或者其他具有提水功能装置，例如在提升区与环形沟池壁上开孔，设置推进器，其中一种较好为采用空气提升，气提具有能耗低，节能。提升区，可以与进水混合反应区平行布置，也可以是垂直布置。
进水混合反应区，是进水处理第一步，除承担进水混合功能外，根据进水水质情况，可以分别通过调节进入进水区回流量大小，设置为缺氧状态或厌氧状态，分别实现生物脱氮为主运行模式或生物除磷为主运行模式，实现以生物脱氮为主，或以生物除磷为主两种处理功能，因而又可称为厌氧区或缺氧区。
此外：
为了改善进水混合反应区内水流状态，防止高污泥浓度产生污泥沉降，以及加快进水混合，进水区内较好设置有加速混合搅流装置，例如叶轮推进器、搅拌器等水力混合、推进器，以提高污水混合能力和流动速度。
沉淀区，为实现快速澄清以及提高澄清效果，可以同生物倍增工艺，在沉淀池内设置加速泥水分离沉淀填料，例如斜板或斜管泥水分离填料。斜板或斜管可以采用直通道斜置例如60度斜置方式，也可以采用竖向弯曲波纹斜板竖向安装方式;底部沉淀污泥，一部分通过底部开口或连通，向进水混合反应区补充活性污泥，保持污泥含量要求，一部分被排出沉淀池。排出沉淀池可以通过设置在沉淀区的刮/吸泥装置排出，或者通过固定安装在沉淀区或靠近沉淀区的抽吸泵排出。根据沉淀池形结构，其刮和/或吸泥装置，可以采用往复式，或旋转式，只需在加速沉淀泥水分离填料两侧或中心留出驱动空间。
为了增强已定型池的工艺可调节性，提高对处理污水的适应性，以及进一步节约运行能耗，一种较好在提升区与环形沟共用壁上设置连通流量可控的闸门或阀门或推流装置。运行中：例如当进水污染物浓度较低，通过较小循环流量即可达到处理要求时，可以停止或减小提升装置提升，开启闸门或阀门或池壁面的推流装置，向环形沟补充进水，这样可以节省提升能耗，在更节能下运行。为提高自流进入环形沟“自动力”，环形沟内推进环流的水流推进装置，较好设置在可控闸门或阀门或推流装置水流动方向前端，通过推流装置形成的“抽吸作用”，增强自流“动力”及自流量。
为了提高对高NH3-N(例如NH3-N≥100mg/l的皮革、酒精)废水的氮去除能力，可以通过增加曝气提高好氧沟的溶解氧含量，例如使溶解氧至2mg/l。提高溶解氧方式，可以是加大底曝供气量，或者再增加表曝装置，例如转盘、转刷等充氧装置，还可以单独采用表曝供氧。
本发明高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，相对于现有生物倍增工艺池型，由于改变了池型布置结构，将曝气好氧区改为环形沟，并在环形沟内设置推进环流的水流推进装置，将其他处理功能区内置于环形沟圈内侧相邻设置。从而带来了如下变化：
首先，改变了处理混合液循环形式并提高了循环流速，使处理混合泥水形成了进水混合反应区-提升区-好氧环形沟-进水混合反应区小循环;和好氧环形沟内大循环;以及还有好氧环形沟-沉淀区出水通道(沉淀出水与处理循环分开)，这样使得需检修其中某一单元设备时，不会因不能实现处理循环而导致要停止运行，同时小循环，已得到处理的低浓度循环混合液对进水进行大比倍稀释(循环流量可根据需要为进水量的几十甚至上千倍)，使进水污染物浓度被迅速降低，使进水在进水混合反应区池内污染物浓度差大幅降低，更有效避免了进水高浓度的COD造成对活性污泥的冲击，稳定了微生物生长环境，从而提高了抗冲击负荷能力;好氧沟内的大循环，增加了污水在好氧环形沟内水力流程及停留时间(好氧流程被加长)，不仅强化了COD、BOD、NH3-N、特别是总氮的去除，而且由于循环液中的污染物随着水流循环，被微生物逐渐降解污染物浓度降低，在循环末端形成了溶氧浓度相对提高，硝态氮含量增加，从而强化了脱氮功能，并对难降解有机废水以及生化性差的废水有较好的处理效果，特别是将环形沟设计成套合的二沟或以上，更是延长了混合泥水环流时间，以及未端溶氧高段流程，提高了污水处理能力，可以确保出水总氮稳定达标，同时此设计还提高了对短小地块的适应性。高的环流流速，确保了在低曝气溶氧下(溶氧最低可在0.1mg/l)，高污泥含量(例如污泥浓度8g/l)也不会发生污泥沉淀，较好解决了生物倍增工艺要求低溶氧和高污泥含量矛盾;此外，推进器产生高的流速还使泥水混合及与氧接触传质加快，可以确保生物倍增工艺优势发挥;加大推流还能进一步提高污泥浓度。此外，此沟形设计及增加推流装置，还提高了回流比，以及回流比的可调性，可以根据处理污水情况，灵活调节回流比;大的回流比又保持了高的污泥浓度，高的污泥浓度可以确保纵向短程硝化/反硝化较低溶氧，短程硝化/反硝化效果好，两者很好协调是本专利区别于现有生物倍增池型布置的最大区别。
其次，沉淀区置于环形沟内，仅起泥水分离澄清用，而无原来环流过流功能，不仅可以确保澄清所要求的水流静态，有利于快速澄清和高的澄清效果，即使不设置加速泥水分离沉淀填料，也能很好实现沉淀分离;而且克服了现有技术沉淀区过流产生死角导致污泥沉淀，降低环流污泥浓度现象。
再就是，提升区和环形沟间增设可控闸门或阀门，使得在曝雨或进水低污染物浓度，可以关闭提升装置，依靠闸门或阀门连通为环流提供新鲜混合液，保持一定补充循环量，从而确保维持微生物代谢所需营养，可避免因关闭提升，造成无增补混合液循环引起微生物代谢营养不足而造成微生物无营养源“饥饿死亡”，还节省了曝气能耗，实现更节能运行。同时曝雨时可使进水直接进入沉淀区，经澄清后直接排出，避免因暴雨造成大流量而引起污泥流失现象，提高了工艺抗暴雨冲击能力，易于系统回复使用。同时，提升区和环形沟间增设可控闸门或阀门，还提高了处理装置根据处理污水调节的灵活性。
本发明高效稳定生物倍增工艺污水处理装置，保持了生物倍增工艺运行条件，而又不同于现有生物倍增池型，其环形沟内置合建式生物倍增处理池型，确保生物倍增工艺要求——低溶氧、高污泥浓度，在实际工程中更能实现，本专利池型溶氧可以控制在0.1～0.5mg/l，污泥浓度实际可以提高到5～8g/l或更高(视推流)而不会出现污泥沉淀。克服了现有生物倍增工艺处理单元布局难以克服的缺点，可以更充分发挥生物倍增工艺处理效果及优势，并且装置工艺适应性强，可以根据不同处理污水及处理要求调节总回流比，及二个循环回流量，能高效稳定实现生物倍增工艺，并提高了抗冲击负荷以及抗曝雨冲击能力，此为实用新型装置最大特点。
在好氧沟上增设或替代设置曝气转盘、转刷等充氧装置，通过加大好氧沟的溶解氧含量，例如将溶解氧提高至2mg/l或更高，可以提高对高NH3-N(例如NH3-N≥100mg/l的皮革、酒精等废水氮去除能力，扩大了生物倍增工艺应用范围。并且，本装置可以在建设或建成后，根据处理水质情况，灵活增加曝气装置实现，更是提高了专利装置的灵活性，应用可扩充性好，克服了现有生物倍增工艺池型布局建成后难以扩展功能的局限。
以下结合若干具体实施例，示例性说明及帮助进一步理解本发明实质，但实施例具体细节仅是为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方案，因此不应理解为对本发明总的技术方案限定，一些在技术人员看来，不偏离本发明构思的非实质性增加和/或改动，例如以具有相同或相似技术效果的技术特征简单改变或替换，均属本发明保护范围。
