公布日：2022.09.06
申请日：2022.08.03
分类号：C02F3/30(2006.01)I;C02F7/00(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/38(2006.01)N
摘要
本发明公开了集约化自循环富集微生物综合曝气污水处理池及其工法，污水处理池包含厌氧反应池、与厌氧反应池连接的强化综合反应池、与强化综合反应池连接的多级好氧反应池以及与多级好氧反应池连接的高效快速澄清池。通过厌氧反应池内的微曝气、停留时间控制以及反硝化氮气的利用，利于保证污泥的裂解发酵，提供碳源；通过强化综合反应池的设置，保证污水在池内的稀释、自循环和搅拌强化反应；通过多级好氧反应池的设置，利于增大污水好氧反应时间和自循环处理，成倍的提供含微生物的污泥浓度；通过高效快速澄清池的设置，利于保证污水的快速三相分离且增大了沉淀面积和提高处理效率；通过终端控制系统的设置，利于保证实时在线的控制。
权利要求书
1.集约化自循环富集微生物综合曝气污水处理池，其特征在于，包含厌氧反应池（1）、与厌氧反应池（1）连接的强化综合反应池（2）、与强化综合反应池（2）连接的多级好氧反应池（3）以及与多级好氧反应池（3）连接的高效快速澄清池（4）；所述厌氧反应池（1）、强化综合反应池（2）、多级好氧反应池（3）和高效快速澄清池（4）呈田字分布，其中，高效快速澄清池（4）还与厌氧反应池（1）连通；所述强化综合反应池（2）包含与厌氧反应池（1）连接的接液进强化区（24）、与接液进强化区（24）连接的推液进强化区（25）、设置于推液进强化区（25）内的强化池空气推流器（26）、与推液进强化区（25）连接的强化综合反应一区（21）和强化综合反应二区（22）、连接于强化综合反应一区（21）和强化综合反应二区（22）底部的气升旋流搅拌器（23）；所述强化综合反应一区（21）和强化综合反应二区（22）含Z形隔档且自循环设置；所述强化综合反应一区（21）和强化综合反应二区（22）合围呈方形或长方形，方形或长方形内设置有Z形隔挡，Z形隔挡底部在强化综合反应池（2）底部贯通设置；所述多级好氧反应池（3）包含与强化综合反应池（2）连接的接液进氧气池区（34）、与接液进氧气池区（34）连接的推液进氧气池区（35）、设置于推液进氧气池区（35）内的好氧空气推流区（33）、与推液进氧气池区（35）连接的第一好氧反应曝气区（31）和第二好氧反应曝气区（32）；所述高效快速澄清池（4）包含与多级好氧反应池（3）连接的接液入澄清区（41）、与接液入澄清区（41）连接的澄清区，所述澄清区包含底部支撑（42）、连接于底部支撑（42）上方的下层三相分离区（43）、设置于下层三相分离区（43）上方的上层斜管填料区（44）、与上层斜管填料区（44）对应设置的出水支槽（45）、连接于顶部支架上的刮吸泥机（46）、以及设置于出液管处的澄清池空气推流器区（47）。
2.如权利要求1所述的集约化自循环富集微生物综合曝气污水处理池，其特征在于，所述厌氧反应池（1）包含池底设置的厌氧曝气管（11）和连接于厌氧曝气管（11）一侧的进气管（12），所述进气管（12）还与再利用反硝化氮气进管（13）连接，所述再利用反硝化氮气进管（13）与强化综合反应池（2）的反硝化氮气的集气管（49）连接；所述厌氧反应池（1）与高效快速澄清池（4）通过输泥管道连接。
3.如权利要求1所述的集约化自循环富集微生物综合曝气污水处理池，其特征在于，所述接液进强化区（24）和推液进强化区（25）相邻设置并通过隔挡分区，隔挡底部呈喇叭口设置；所述强化池空气推流器（26）设置于推液进强化区（25）且底部位于喇叭口处。
4.如权利要求3所述的集约化自循环富集微生物综合曝气污水处理池，其特征在于，所述强化综合反应池（2）底部两侧设置有气升旋流搅拌器（23）；所述气升旋流搅拌器（23）的供气管道、强化池空气推流器（26）的供气管道以及厌氧曝气管（11）的供气管道串联设置。
5.如权利要求1所述的集约化自循环富集微生物综合曝气污水处理池，其特征在于，所述的接液进氧气池区（34）和推液进氧气池区（35）竖向平行设置，二者之间设置有竖向隔挡；竖向隔挡底部呈喇叭口设置且贯通连接接液进氧气池区（34）和推液进氧气池区（35）。
6.如权利要求5所述的集约化自循环富集微生物综合曝气污水处理池，其特征在于，所述第一好氧反应曝气区（31）和第二好氧反应曝气区（32）的池底连接有曝气排管，曝气排管采用微孔软管；所述曝气排管临近强化综合反应池（2）一侧可拆卸连接有悬吊组件（38），另一侧可拆卸连接有鼓风组件（36）。
7.如权利要求6所述的集约化自循环富集微生物综合曝气污水处理池，其特征在于，所述好氧空气推流区（33）包含设置于接液进氧气池区（34）内的好氧气升推流器（331）、连接于好氧气升推流器（331）四角且与池顶可拆卸连接的好氧吊丝（381）软管（332）、连接于好氧气升推流器（331）中部的好氧转子流量计（333）；所述好氧空气推流区（33）并排多组布置。
8.如权利要求7所述的集约化自循环富集微生物综合曝气污水处理池，其特征在于，所述鼓风组件（36）一侧设置的曝气排管还可拆卸连接有吊杆，所述吊杆与多级好氧反应池（3）顶部的栏杆（37）可拆卸连接；所述悬吊组件（38）包含与曝气排管连接的吊丝（381）和连接于吊丝（381）顶部的吊钩（382），所述吊钩（382）可拆卸连接于池顶。
9.如权利要求1所述的集约化自循环富集微生物综合曝气污水处理池，其特征在于，所述接液入澄清区（41）设置为U形，一侧竖部区对接多级好氧反应池（3）、对应厌氧反应池（1）设置有输泥管道且对应外界还设置有收渣装置（48）；另一侧竖部对应连接澄清池空气推流器区（47），接液入澄清区（41）横部上方依次设置有下层三相分离区（43）和上层斜管填料区（44）；所述下层三相分离区（43）和上层斜管填料区（44）之间还设置有集气管（49）；所述澄清池空气推流器区（47）包含设置的澄清池空气推流器（471）、连接澄清池空气推流器（471）四角的澄清池吊绳（472）、连接于澄清池空气推流器（471）长向或短向中部的澄清池软吊管（473）、连接于澄清池软吊管（473）顶部的澄清池转子流量计（474）和出液管。
10.一种如权利要求1至9任意一项所述的集约化自循环富集微生物综合曝气污水处理池的施工方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、污水进入厌氧反应池（1），通过厌氧反应池（1）内厌氧曝气管（11）的微孔曝气软管进行曝气，在此厌氧反应池（1）停留时间控制在2-3h，曝气采用间歇式曝气每隔2h进行1分钟曝气；在厌氧反应池（1）内完成磷酸盐和能量释放，同时污泥层裂解产生VFA（挥发性脂肪酸）以PHA（聚羟基脂肪酸）形式储存在聚磷菌体内；其中，厌氧反应池（1）内设置有由污泥混合液形成污泥层，增加厌氧区污泥层的停留时间,控制污泥层的ORP（氧化还原电位）值小于-250mv时，发生污泥的裂解发酵，使污泥中的有机物VFA(挥发性有机酸)得以释放出来，在脉冲气提系统的作用下，释放进水体，与进水中的快速可生物降解COD为反硝化菌和聚磷菌提供碳源，并且伴随磷的释放；步骤二、随后污水进入强化综合反应池（2），在强化综合反应池（2）内发生反硝化和厌氧氨氧化脱氮过程，设置强化综合反应池（2）内溶解氧＜0.2mg/L，进行水解酸化效应，为好氧区的降解有机物提供反应基础；其中，通过强化池空气推流器（26）进行气升推流混合，依托空气作为动力来源，实现推流混合作用，在强化综合反应池（2）设置的接液进强化区（24）和推液进强化区（25）的池型结构，在该结构内，借助空气扩散装置，向水中扩散压缩空气，使结构内泥水混合物的密度瞬间降低，产生向上的负压动力，抽吸效应，进而抬高了结构断面液位，对混合液产生推动力，实现大水量被推动，液位抬高控制在50-100mm，实现对进水几十倍至几百倍的稀释，提高系统额抗冲击能力，保证系统的稳定性和池内污染物很小的浓度梯度；通过气升旋流搅拌器（23）进行气升旋流搅拌，气升旋流搅拌器（23）包含风机和布气设备，收集池内厌氧缺氧区产生的气体，再经由布气设备回送到池内，起到气搅拌的作用保证了池内的厌氧环境不会被破环，其中部分的反硝化氮气通过再利用反硝化氮气进管（13）进入厌氧反应池（1）进行曝气使用；在强化综合反应池（2）水平纵向上由气升推流器推动混合液水平流动，在竖向上，由气升旋流搅拌器（23）形成环流对混合液进行搅拌；由此对强化综合反应池（2）内污水进行强化综合反应；步骤三、然后污水进入多级好氧反应池（3），在好氧空气推流区（33）内气升推流设备的作用下，好氧区通过微孔曝气软管技术使得溶解氧控制在一个较低的范围0.1-0.3mg/l内，在此溶解氧条件下，使得氨氧化古菌HJ-2b及古菌的另一个菌门AOA（氨氧化菌奇古菌门）得以成倍的富集，其中，污泥浓度为5000-8000mg/L；同时使得AOB（氨氧化菌）和NOB（亚硝酸盐氧化菌）的增殖受到抑制，具备了短程硝化反硝化的条件；结合好氧区的溶解氧控制在0.1-0.3mg/l,具备了同步脱氮的条件，实现同步硝化反硝化，同时具有反硝化能力的聚磷菌在低溶解氧下利用在厌氧区储存的PHA（聚羟基脂肪酸）提供的C源进行反硝化脱氮和磷吸收；在低溶解氧0.1-0.3mg/l的条件下，改变了菌群胞外荚膜的特性，更利于吸附氧气，进而保障了更高的氧传递效率，同时由于污泥颗粒相对比较密实，氧气又不容易穿透至污泥内层，使得NOB菌难以富集，这样短程硝化反硝化得以实现；并且通过第一好氧反应曝气区（31）和第二好氧反应曝气区（32）的自循环的曝气处理，使得污泥混合液达标；步骤四、最后达标混合液进入高效快速澄清池（4）完成泥水分离，分离的污泥回流至厌氧反应池（1），出水通过出液管达标排放；在该澄清区内设置释气装置，可以防止气泡裹挟污泥上浮影响出水水质，另外在该区域内设置高效分离稳流设备为下层三相分离区（43），该设备具有快速分离泥水气三相的作用，另外进行污泥的筛选，将密实度高的污泥截留，让整体污泥呈现成熟、密实、易于沉降；其中，在澄清区设置收水区、两层分离区、反冲洗装置，收水区由出水支槽（45）收集达标的出水，两层分离区上层为上层斜管填料区（44），利用斜管的优势，增大了沉淀面积，提高处理效率，下层为下层三相分离区（43），通过下层三相分离器作为高效分离稳流设备，进一步起到稳流，达到增加处理效率和大大提高表面负荷，另外在三相分离区下面设置反冲洗装置，定期对三相分离器和斜管进行反冲洗；另外三相分离器具有截留密实的污泥颗粒的作用，从而使整个生化系统的污泥性状得以提高，此外，在三相分离器处还设置的集气管（49），收集上升过程中污泥中的气泡，避免气泡裹挟污泥上浮影响出水水质；步骤五、在整个处理池运行过程中，通过控制系统进行监控，控制系统由溶氧仪、ORP（氧化还原）、PLC（可编程逻辑控制器）、鼓风机组成控制回路，控制模式分三个层次，即控制溶解氧值、控制ORP值、大数据收集风险预判，三者共同保证池内溶氧的恒定与稳定，保证微生物生存环境及各类生化反应的顺利进行；首先，由溶氧探头检测到池内溶氧数值，然后反馈给PLC控制系统，由PLC控制系统分析，溶氧数值是否在正常范围，超出正常范围时，控制系统自动向风机发出指令，调节风机频率，增加或者减少风量输出，以达到精确控制溶解氧值的目的，其次由ORP仪检测池内氧化还原电位数值，同样将数值的反馈给PLC控制系统分析研判，保证数值在正常范围；再者引入大数据收集风险预判模式，该模式在控制系统运行当中，自动收集溶氧和ORP数据，并生成曲线，当曲线斜率将发生大幅变化时，系统会及时做出反应，输出信号，精准控制溶解氧，以保证生化系统的正常稳定。
发明内容
本发明提供了集约化自循环富集微生物综合曝气污水处理池及其工法，用以解决污水处理池的集约化布置、强化综合反应、自循环处理、微生物大量富集、多级氧化处理以及快速高效澄清等技术问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
集约化自循环富集微生物综合曝气污水处理池，包含厌氧反应池、与厌氧反应池连接的强化综合反应池、与强化综合反应池连接的多级好氧反应池以及与多级好氧反应池连接的高效快速澄清池；
所述厌氧反应池、强化综合反应池、多级好氧反应池和高效快速澄清池呈田字分布，其中，高效快速澄清池还与厌氧反应池连通；
所述强化综合反应池包含与厌氧反应池连接的接液进强化区、与接液进强化区连接的推液进强化区、设置于推液进强化区内的强化池空气推流器、与推液进强化区连接的强化综合反应一区和强化综合反应二区、连接于强化综合反应一区和强化综合反应二区底部的气升旋流搅拌器；所述强化综合反应一区和强化综合反应二区含Z形隔档且自循环设置；
所述多级好氧反应池包含与强化综合反应池连接的接液进氧气池区、与接液进氧气池区连接的推液进氧气池区、设置于推液进氧气池区内的好氧空气推流区、与推液进氧气池区连接的第一好氧反应曝气区和第二好氧反应曝气区；
所述高效快速澄清池包含与多级好氧反应池连接的接液入澄清区、与接液入澄清区连接的澄清区，所述澄清区包含底部支撑、连接于底部支撑上方的下层三相分离区、设置于下层三相分离区上方的上层斜管填料区、与上层斜管填料区对应设置的出水支槽、连接于顶部支架上的刮吸泥机、以及设置于出液管处的澄清池空气推流器区。
进一步的，所述厌氧反应池包含池底设置的厌氧曝气管和连接于厌氧曝气管一侧的进气管，所述进气管还与再利用反硝化氮气进管连接，所述再利用反硝化氮气进管与强化综合反应池的反硝化氮气的集气管连接；所述厌氧反应池与高效快速澄清池通过输泥管道连接。
进一步的，所述接液进强化区和推液进强化区相邻设置并通过隔挡分区，隔挡底部呈喇叭口设置；所述强化池空气推流器设置于推液进强化区且底部位于喇叭口处。
进一步的，所述强化综合反应一区和强化综合反应二区合围呈方形或长方形，方形或长方形内设置有Z形隔挡，Z形隔挡底部在强化综合反应池底部贯通设置；强化综合反应池底部两侧设置有气升旋流搅拌器；所述气升旋流搅拌器的供气管道、强化池空气推流器的供气管道以及厌氧曝气管的供气管道串联设置。
进一步的，所述的接液进氧气池区和推液进氧气池区竖向平行设置，二者之间设置有竖向隔挡；竖向隔挡底部呈喇叭口设置且贯通连接接液进氧气池区和推液进氧气池区。
进一步的，所述第一好氧反应曝气区和第二好氧反应曝气区的池底连接有曝气排管，曝气排管采用微孔软管；所述曝气排管临近强化综合反应池一侧可拆卸连接有悬吊组件，另一侧可拆卸连接有鼓风组件。
进一步的，所述好氧空气推流区包含设置于接液进氧气池区内的好氧气升推流器、连接于好氧气升推流器四角且与池顶可拆卸连接的好氧吊丝软管、连接于好氧气升推流器中部的好氧转子流量计；所述好氧空气推流区并排多组布置。
进一步的，所述鼓风组件一侧设置的曝气排管还可拆卸连接有吊杆，所述吊杆与多级好氧反应池顶部的栏杆可拆卸连接；
所述悬吊组件包含与曝气排管连接的吊丝和连接于吊丝顶部的吊钩，所述吊钩可拆卸连接于池顶。
进一步的，所述接液入澄清区设置为U形，一侧竖部区对接多级好氧反应池、对应厌氧反应池设置有输泥管道且对应外界还设置有收渣装置；另一侧竖部对应连接澄清池空气推流器区，接液入澄清区横部上方依次设置有下层三相分离区和上层斜管填料区；所述下层三相分离区和上层斜管填料区之间还设置有集气管；
所述澄清池空气推流器区包含设置的澄清池空气推流器、连接澄清池空气推流器四角的澄清池吊绳、连接于澄清池空气推流器长向或短向中部的澄清池软吊管、连接于澄清池软吊管顶部的澄清池转子流量计和出液管。
进一步的，集约化自循环富集微生物综合曝气污水处理池的施工方法，具体步骤如下：
步骤一、污水进入厌氧反应池，通过厌氧反应池内厌氧曝气管的微孔曝气软管进行曝气，在此厌氧反应池停留时间控制在2-3h，曝气采用间歇式曝气每隔2h进行1分钟曝气；在厌氧反应池内完成磷酸盐和能量释放，同时污泥层裂解产生VFA（挥发性脂肪酸）以PHA（聚羟基脂肪酸）形式储存在聚磷菌体内；
其中，厌氧反应池内设置有由污泥混合液形成污泥层，增加厌氧区污泥层的停留时间,控制污泥层的ORP（氧化还原电位）值小于-250mv时，发生污泥的裂解发酵，使污泥中的有机物VFA(挥发性有机酸)得以释放出来，在脉冲气提系统的作用下，释放进水体，与进水中的快速可生物降解COD为反硝化菌和聚磷菌提供碳源，并且伴随磷的释放；
步骤二、随后污水进入强化综合反应池，在强化综合反应池内发生反硝化和厌氧氨氧化脱氮过程，设置强化综合反应池内溶解氧＜
0.2mg/L，进行水解酸化效应，为好氧区的降解有机物提供反应基础；
其中，通过强化池空气推流器进行气升推流混合，依托空气作为动力来源，实现推流混合作用，在强化综合反应池设置的接液进强化区和推液进强化区的池型结构，在该结构内，借助空气扩散装置，向水中扩散压缩空气，使结构内泥水混合物的密度瞬间降低，产生向上的负压动力，抽吸效应，进而抬高了结构断面液位，对混合液产生推动力，实现大水量被推动，液位抬高控制在50-100mm，实现对进水几十倍至几百倍的稀释，提高系统额抗冲击能力，保证系统的稳定性和池内污染物很小的浓度梯度；
通过气升旋流搅拌器进行气升旋流搅拌，气升旋流搅拌器包含风机和布气设备，收集池内厌氧缺氧区产生的气体，再经由布气设备回送到池内，起到气搅拌的作用保证了池内的厌氧环境不会被破环，其中部分的反硝化氮气通过再利用反硝化氮气进管进入厌氧反应池进行曝气使用；在强化综合反应池水平纵向上由气升推流器推动混合液水平流动，在竖向上，由气升旋流搅拌器形成环流对混合液进行搅拌；由此对强化综合反应池内污水进行强化综合反应；
步骤三、然后污水进入多级好氧反应池，在好氧空气推流区内气升推流设备的作用下，好氧区通过微孔曝气软管技术使得溶解氧控制在一个较低的范围0.1-0.3mg/l内,在此溶解氧条件下，使得氨氧化古菌HJ-2b及古菌的另一个菌门AOA得以成倍的富集，其中，污泥浓度为5000-8000mg/L；同时使得AOB和NOB的增殖受到抑制，具备了短程硝化反硝化的条件；结合好氧区的溶解氧控制在0.1-0.3mg/l,具备了同步脱氮的条件，实现同步硝化反硝化，同时具有反硝化能力的聚磷菌在低溶解氧下利用在厌氧区储存的C源（PHA）进行反硝化脱氮和磷吸收；
在低溶解氧0.1-0.3mg/l的条件下，改变了菌群胞外荚膜的特性，更利于吸附氧气，进而保障了更高的氧传递效率，同时由于污泥颗粒相对比较密实，氧气又不容易穿透至污泥内层，使得NOB菌难以富集，这样短程硝化反硝化得以实现；并且通过第一好氧反应曝气区和第二好氧反应曝气区的自循环的曝气处理，使得污泥混合液达标；
步骤四、最后达标混合液进入高效快速澄清池完成泥水分离，分离的污泥回流至厌氧反应池，出水通过出液管达标排放；在该澄清区内设置释气装置，可以防止气泡裹挟污泥上浮影响出水水质，另外在该区域内设置高效分离稳流设备为下层三相分离区，该设备具有快速分离泥水气三相的作用，另外进行污泥的筛选，将密实度高的污泥截留，让整体污泥呈现成熟、密实、易于沉降；
其中，在澄清区设置收水区、两层分离区、反冲洗装置，收水区由出水支槽收集达标的出水，两层分离区上层为上层斜管填料区，利用斜管的优势，增大了沉淀面积，提高处理效率，下层为下层三相分离区，通过下层三相分离器作为高效分离稳流设备，进一步起到稳流，达到增加处理效率和大大提高表面负荷，另外在三相分离区下面设置反冲洗装置，定期对三相分离器和斜管进行反冲洗；另外三相分离器具有截留密实的污泥颗粒的作用，从而使整个生化系统的污泥性状得以提高，此外，在三相分离器处还设置的集气管，收集上升过程中污泥中的气泡，避免气泡裹挟污泥上浮影响出水水质；
步骤五、在整个处理池运行过程中，通过控制系统进行监控，控制系统由溶氧仪、ORP（氧化还原）、PLC（可编程逻辑控制器）、鼓风机组成控制回路，控制模式分三个层次，即控制溶解氧值、控制ORP值、大数据收集风险预判，三者共同保证池内溶氧的恒定与稳定，保证微生物生存环境及各类生化反应的顺利进行；首先，由溶氧探头检测到池内溶氧数值，然后反馈给PLC控制系统，由PLC控制系统分析，溶氧数值是否在正常范围，超出正常范围时，控制系统自动向风机发出指令，调节风机频率，增加或者减少风量输出，以达到精确控制溶氧额目的，其次由ORP仪检测池内氧化还原电位数值，同样将数值的反馈给PLC控制系统分析研判，保证数值在正常范围；再者引入大数据收集风险预判模式，该模式在控制系统运行当中，自动收集溶氧和ORP数据，并生成曲线，当曲线斜率将发生大幅变化时，系统会及时做出反应，输出信号，精准控制控制溶解氧，以保证生化系统的正常稳定。
本发明的有益效果体现在：
1）本发明通过厌氧反应池内的微曝气、停留时间控制以及反硝化氮气的再利用，利于保证污泥的裂解发酵，快速生成生物降解COD为反硝化菌和聚磷菌提供碳源，并且伴随磷的释放；
2）本发明通过强化综合反应池的设置，利于对进入好氧反应区内的污水进行强化反应，通过强化综合反应一区和强化综合反应二区的Z形隔档，且通过气升旋流搅拌器和强化池空气推流器的设置，利于保证污水在池内的稀释、竖向和水平向的自循环和搅拌，强化污水的反应；
3）本发明通过多级好氧反应池的设置，一方面多级曝气区的设置利于增大污水好氧反应时间和自循环处理，另一方面通过低溶解氧的控制可以大量富集微生物且成倍的提供含微生物的污泥，进一步保证污水的处理；而且通过好氧空气推流区的设置，利于对强化综合反应池的水进行抬升和稀释；
4）本发明通过高效快速澄清池的设置，利于保证污水的快速三相分离且增大了沉淀面积和提高处理效率，还为厌氧反应池提供处理的污泥；
5）本发明通过终端控制系统的设置，利于保证实时在线的控制，其中对于控制溶解氧值、控制ORP值和大数据收集风险预判，可分为三个层次对整个系统进行控制；
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解；本发明的主要目的和其它优点可通过在说明书中所特别指出的方案来实现和获得。
（发明人：杨守斌）
