申请日2021.01.30
公开日期2021.11.16
IPC分类C02F1/52;C02F3/14
摘要
本实用新型专利提出了一种多宫格循环AAO法一体化污水处理器。它的反应池、调节池和二沉池都由两两相邻的垂直宫格组成，各宫格上部是调节池，下部是反应池和二沉池；污水以下向流和上向流交替自流多次循环方式依次经过各垂直宫格。曝气风机根据调节池水位按循环AAO方式间歇开启和关停方式运行。采用本专利，整体污水处理器不需要水泵，只需要一台风机就可以实现同时脱氮除磷，并且风机可根据来水量自动开停控制，还可以采用气水比可调方式，因此可大大降低运行功耗。还可以方便集成格栅池和除油池。特别适合地埋式小型和分户污水处理器。
权利要求
1.一种多宫格循环AAO法一体化污水处理器，包括调节池、反应池和二沉池，其特征是：反应池、调节池和二沉池由多个两两相邻的垂直宫格组成，二沉池出水控制在污水处理器平均流量，并且采用上部自流方式，各垂直宫格在二沉池出水口以上部分为调节池，以下部分为反应池和二沉池；反应池各垂直宫格之间在上部或下部交替开联通孔；其曝气根据水位按循环AAO方式间歇开启和关停方式运行。
2.如权利要求1所述的一种多宫格循环AAO法一体化污水处理器，其特征是：反应池前若干个宫格设置为格栅池。
3.如权利要求1或2所述的一种多宫格循环AAO法一体化污水处理器，其特征是：反应池前若干过宫格设置为除油池。
说明书
一种多宫格循环AAO法一体化污水处理器
技术领域：
一种多宫格循环AAO法一体化污水处理器，属于水处理领域。
背景技术：
根据国家环境保护标准HJ-576-2010，AAO法是通过厌氧区、缺氧区、好氧区的各种组合以及不同的污泥回流组合方式来实现污水处理的活性污泥法污水处理方法。显然，AAO法一种在不同位置依序实现AAO的方法。
根据国家环境保护标准HJ-577-2010的定义，序批式活性污泥法(简称SBR法)是指在同一反应池中，按时间顺序组织排列进水、曝气、沉淀、排水、待机等基本工序组成的活性污泥法污水处理方法，其主要变形工艺包括(1)循环式活性污泥工艺(如CASS，CAST)，(2)连续或者间歇曝气工艺，如DAT-IAT，(3)交替式内循环工艺，如AICS等。SBR法是同一位置按不同时间顺序实现AAO的方法。
根据国家环境保护标准HJ-578-2010，氧化沟指反应池呈封闭无终端循环流渠布置，池内配备充氧和推流的活性污泥法污水处理方法。显然，它是一种通过连续空间循环实现AAO的方法。
SBR法的结构很简单，所有厌氧、缺氧和好氧反应均在一个池内进行，不需要污泥和混合液回流。但也有几个不足：(1)进水和排水要占用单独的时间，不能象氧化沟那样随时进行，从而影响整体的处理效率；(2)进水需要专门的电动阀门或水泵来完成，排水需要专门的电动阀门来完成，控制复杂，可靠性较低；(3)曝气后即完全静止沉淀，虽然可以使缺氧、厌氧的工艺与沉淀时间重合，有利于提高处理效率，但在曝气后，反应池内溶氧从2mg/L以上降到0.2mg/L以下的时间往往只有十分钟左右，造成缺氧工艺的持续时间太短，硝化反应不足。如二沉池的沉淀时间一般在3小时以上，如果曝气6小时后停止3小时，结果可能缺氧时间只有10多分钟，而厌缺时间达到近3小时，缺氧的水力停留时间难以满足要求；如果采用分级曝气来解决，又增加了系统的复杂性。
AAO法的控制简单，但各反应池一般都是混流，因此不能连续进、排水；氧化沟法可连续进、排水，但它要求池中污水的流速大(一般要求0.3米/秒以上)，否则污泥容易沉淀，并且污水每转一圈内需要完成一个缺氧、好氧循环，所需要的渠道非常长，在小型污水处理器中很难实现。
我公司在202020283551.4等专利中提出一种可连续进、排水的跃层式循环AAO法。由于小型污水处理设施曝气风机的供风量往往大于实际需要的风量，循环AAO法采用了循环间歇曝气方式，在每个循环周期内，曝气风机间歇运行，使污水周期性处于AAO状态。它本质上仍是一种循环序批式处理方法，因此，它可不需要污泥和混合液回流。
与传统的AAO法相比，循环AAO法不仅节省了功耗，而且省掉了污泥和混合液回流。但农村分散污水处理，不仅每天来水量变化很大，甚至可能连续几天没有来水。增设调节池虽然可以解决这个问题，但需要配备水泵，增加功耗和投资。
现在市场上已有一些分户一体化污水处理器，如日本的氧化槽、深圳的合续罐等，一般只配置1台风机但风机不能根据来水量自动开启和关停。这种设备，当实际来水量比设计来水量很小甚至不来水时，风机的功耗则完全相同；这样吨水功耗就会成倍增加。另一方面，当来水量降低很大时，还可能出现氧化槽内溶氧太高，导致菌种变化，回流混合液将缺氧池也变成好氧池的可能，因此导致设计的生化反应不能完成，出水水质变坏。
目前，我们农村分散污水处理设备需求越来越大，迫切需要研制出一种既可以避免上述问题，又可以根据来水量自动开启和关停，降低实际吨水功耗的污水处理工艺和设备。
发明内容：
本实用新型专利提出了一种多宫格循环AAO法一体化污水处理器，至少包括调节池、反应池和二沉池，其特征是：反应池、调节池和二沉池由多个两两相邻的垂直宫格组成，二沉池出水控制在污水处理器的平均流量左右并且采用上部自流出水，各垂直宫格在二沉池出水口以上部分为调节池，以下部分为反应池和二沉池；反应池各垂直宫格之间在上部或者下部交替开联通孔；反应池的各垂直宫格底部大多布置有曝气装置；其曝气根据水位按循环AAO方式间歇开启和关停方式运行。
采用循环AAO方式时，一种是曝气风机按周期性间歇曝气运行，即曝气风机在每个运行周期T内只启动t时间(t≤T)，期间时间处于停止状态；另一种是曝气风机连续运行，但通过电磁阀控制风机按循环AAO方式向曝气装置曝气。对小型污水处理装置，曝气风机的曝气流量往往大大高于污水处理的流量，全时气水比(风机的曝气流量与污水平均进水流量之比)往往很高。在曝气风机运行时，反应池内的溶氧(DO)会明显高于2mg/L，反应池处于好氧状态；曝气停止后反应池内溶氧会持续下降，但会维护好氧状态一段时间，直至反应池内DO逐步降低到2mg/L以下；然后反应池内的DO会持续下降，维持缺氧状态一段时间(一般持续10分钟左右时间)，直至DO降至0.2mg/L以下，进入厌氧状态。如果按此状态长时间循环运行，那反应池内就呈循环AAO(或者循环AO)工作。因此，只要调整曝气风机的运行时间t和运行周期T，就可以得到合理循环AAO组合，使一个运行周期内的好氧、缺氧、厌氧工艺的水力停留时间比保持在合理的范围(如HJ576-2010中规定的好氧、缺氧、厌氧的水力停留时间之比)；只要整个反应池容积足够大，使总的水力停留时间大于好氧、缺氧和厌氧的水力停留时间之和，就可以使厌氧、缺氧和好氧各自的水力停留时间均保持在合理的范围内。
如果运行周期T不大于垂直宫格的水力停留时间，则在每个垂直宫格内均可以发生至少一轮AAO循环，既每个垂直宫格内都类似一个SBR法反应池，混合液和污泥形成内部混合，不需要专门设置混合液和污泥回流，就可以同时脱氮除磷。循环AAO法就相当于循环SBR法。
如果运行周期T大于垂直宫格的水力停留时间，则污水会在一个垂直宫格内完成循环AAO的上部分反应，然后转到下一下垂直宫格内完成循环AAO的下部分反应；同时，上一下宫格内完成了上部分反应的污水又转到本垂直宫格内完成下部分反应。整个循环AAO仍在多个垂直宫格内交替循环进行。每个垂直宫格内仍有混合液和污泥内部混合，不需要设置专门的混合液和污泥回流就可以同时脱氮除磷。
采用循环AAO法，只要风机的全时气水比较大，就可以采用气水比可调整的控制方式，从而使污水处理设施更灵活地适应来水水质和水量的变化。
氧化沟工艺中的污水整体处于推流状态，其循环沟渠呈平面展开，沟渠非常长，长宽比非常大，这对于小型污水处理设施难以实现。本专利提出一种垂直多宫格形反应池，污水按照上向流与下向流(或者下向流与上向流)交替自流多次循环方式依次经过所有垂直宫格。污水流经的沟渠长度相当于反应池各垂直宫格的高度之和，而一般多宫格都有一定的高宽比，因此，这种设计使反应池具有很大的“长”宽比，可以使反应池中的污水整体处于推流状态。并且在水流转向时会出现一定的紊流，对污水会起到一定的搅拌作用。
当反应池中的污水整体处于推流状态时，新进入反应池的部分污水要到达出水位置一般需要相当长的时间。连续理想状态运行时，这个时间相当于反应池的总水力停留时间。只要反应池设计的水力停留时间不低于AAO工艺要求的厌氧、缺氧、好氧水力停留时间之和，并且在这段时间内，反应池始终处于循环AAO运行状态，进来污水会经过足够的AAO循环处理后再进入二沉池。
一般情况下，可以在反应池各垂直宫格底部都设置曝气装置，这样不仅可以增加垂直宫格内的污泥浓度，进而增加处理效果，而且底部曝气可以防止垂直宫格内的污泥淤积。当然，如果进水污泥浓度非常高，也可以在反应池各垂直宫格底部间歇设置曝气装置，采用中间沉池方式适当降低后续垂直宫格内的污泥浓度。但这样要注意对底部没有设置曝气装置的垂直宫格的污泥清掏。
一般二沉池采用高位出水方式。二沉池的自流出水方式一般分为自由自流出水和限量自流出水两种，前者出水口径不小于污水处理器的进水口径，污水处理器一般进水流量与出水流量相同。后者将二沉池的出水设定为一定流量，如污水处理器的平均流量。当一段时间内进入反应池的污水流量高于该设定流量时，就会使各垂直宫格内的污水水位抬高，污水会自动进入各垂直宫格的调节池区域。因整体处于推流状态，也只会是前面几个垂直宫格内调节区和反应区内全部为新进污水，而后面几个垂直宫格内的调节区和反应区内全部为原来经过处理过的污水。因此，完全可以根据调节池内的水位来控制曝气风机的开启和关停。
当一段时间内进入反应池的污水流量低于设定流量甚至停止进水时，反应池内水位会保持稳定，污水不会进入调节区内。虽然反应池整体处于推流状态，新进入的污水不会马上到达反应池的出水口，但当持续时间达到反应池的总水力停留时间时，就有可能新进污水到达出水口。为此，需要设定一个曝气风机停止运行的最长期限，当这个时间到达时，即使水位开关没有开启，也要启动曝气风机的运行。显然，这个时间与设定的出水流量有关，一般当出水流量设定为污水处理器的平均流量情况下，这个时间不宜高于反应池的总水力停留时间的50％。实际上，设定这种最长停机时限也有利于反应池内菌种的保持，也相当于一种保种运行。
由于二沉池所需要的水力停留时间较长，一般大于一个垂直宫格的水力停留时间，因此，二沉池可以采用多个垂直宫格，或者相当于多个垂直宫格的空间。为了便于二沉池内底部污泥抽取，一般以采用一个相当于多个垂直宫格的空间为宜。
由于多宫格的特点，也可以方便地将反应池前的若干个垂直宫格设置成格栅池或除油池，也可以既设置格栅池也设置除油池。为了增加格栅池和除油池的处理效果，还可以在格栅池和除油池的垂直宫格底部也适当设置曝气装置，这种格栅池和除油池效果会更好。
如果格栅池、除油池、反应池和二沉池都是采用自流方式，因此，各池在二沉池出水口以都可以成为调节池。原则上，水位开关可以安装在调节池内任何位置，但考虑各池内污泥浓度及可能对水位开关可靠性的影响，以及自流的水压差等原因，水位开关宜安装在二沉池内。
综合来看，采用本专利的一体化污水处理器，具有如下优点：
(1)整个污水处理器不需要配置水泵，只需要用一台曝气风机，使结构和控制更简单；
(2)曝气风机可以根据进水流量自动开启和关停，因此可以大大降低实际的吨水功耗，更适合分散污水处理；
(3)可采用循环AAO工艺，进一步降低功耗，还可以采用用气水比可调的控制方式，可以大大提高污水处理设施对进水流量和进水水质变化的适应性；
(4)可以方便集成格栅池和除油池；
(5)减少占地。
显然，这种污水处理方法要求进水高度或者压力不低于调节池，因此更适合地埋或半地埋安装，特别适合小型污水处理设施。
