CN103395947A - V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池 - Google Patents

Abstract

本发明提出的V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，其矩形池体内包含厌氧区、缺氧区、曝气区、V形澄清回流区和斜管／板沉淀区，在缺氧区和曝气区之间垂直隔墙上部水面处设有回流孔，并配合设置伞形搅拌器和辅助推流器，还同时设置仰斜孔洞式气水分离器、面式气提微动力回流器和L型水力混合起旋器等装备，实现了硝化液和污泥的气提回流，实现了生化反应后混合液的两级沉淀处理。本发明结构简便紧凑，其优点在于：同一池中完成脱氮除磷和沉淀分离。与常规工艺生化反应池→二沉池→混凝反应池→斜管沉淀池相比，本发明具有投资省占地小、药耗少排泥少、能耗低成本低、水质稳定可控、运行管理简便等诸多优点。

Description

V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池

技术领域

本发明涉及的是一种一体化污水处理池，特别是同时利用气提原理和两级沉淀原理，利用V形隔墙上下两侧空间互补的巧妙构造，实现高效率的脱氮除磷功能和一体化紧凑设计的污水处理池。

背景技术

常规的污水处理方法是以生化法为主，即活性污泥法和生物膜法两大类，其中活性污泥法是目前世界各国应用最广泛的一种二级生物处理工艺。早先活性污泥法工艺主要是去除有机污染物，目前已全面进入到既要去除有机污染物，又要脱氮除磷的工艺阶段。活性污泥法脱氮除磷工艺原理都基本类似，但表现形式有多种，目前较常用的有A／A／O工艺、UCT工艺、改良型卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟工艺、AB法工艺、SBR工艺、CAST工艺、Unitank工艺、MBR工艺、MSBR工艺等。常规活性污泥法工艺大多先要经过预处理或／和初次沉淀池沉淀的一级处理，然后进入曝气池进行二级生化处理，之后进入二次沉淀池进行泥水分离，清水消毒排放，沉淀污泥则通过回流泵回到曝气池中再利用，少部分污泥作为剩余污泥进行浓缩脱水处置。

上述已经很复杂的常规工艺，还要加上脱氮除磷功能，因而总体工艺变得异常复杂，流程更长，处理构筑物更多。鉴于现阶段和今后污水处理对出水水质要求越来越高，而1万～10万吨／日规模的污水处理厂因规模效应问题，以及项目投资、运行成本和用地指标限制等问题，并不适合继续延长工艺流程，故“麻雀虽小五脏俱全”的工艺做法并不是好办法，因此，迫切需要寻找到适合1万～10万吨／日规模的活性污泥法脱氮除磷新工艺方法，以适应我国新型城镇化建设的需要。

最近几年，我国小规模的活性污泥法脱氮除磷新工艺有AO硅藻精土工艺、双面导流水力循环澄清工艺、IBR连续流间歇反应工艺等，但这些工艺要么难以放大到1万～10万吨／日规模，要么放大后出水水质难以稳定达标，要么放大后不经济实用而增加了运行管理难度，或者放大后用地效率大为下降、建设成本显著增加。总之，污水处理领域创新发明出稳妥可靠的、先进的、能够应用于大中型污水处理的新工艺，是一项长期艰巨的任务。

发明专利《双面导流式生物法污水处理技术及其污水处理设备》（公开号CN 1223972A，公开日1999.7.28），其设备由缓冲槽、曝气池、沉降池等组成，该设备为较深的锥斗形，宽度比例不足，受结构形状和锥底坡度所限，不仅不能放大到100～10000吨／日的常用小规模，更无法放大到1万吨／日以上，况且该技术和设备只能去除有机污染物和氨氮，其运行原理决定了无法脱氮（总氮）更无法除磷，其出水水质氮磷指标不符合我国现行的国家排放标准，因而不是污水脱氮除磷装备。

发明专利《强制回流的双面导流式污水处理池》（申请号ZL200610125119.7），该池未设药剂投加装置，生物除磷和化学除磷功能不足，需要在后续工段投加药剂进行化学除磷；该池出水并不清澈透明，因而在该池末端设置了过滤层进一步过滤，然而过滤层在运行时很快就会堵塞，却无过滤层反冲洗装置，因此无法清除堵塞而难以正常运行；另外，该池采用污泥抽取管抽吸排泥，因而能耗高和排泥效果差，池底不可避免出现积泥问题。该池存在诸多缺陷，不能满足污水一体化处理实际需要，只能修改后作为非一体化的较长流程中的一个单元使用。

发明专利申请《一种污水生化处理一体化装置、***及工艺方法》（公开号CN 102923908A，公开日2013.2.13），基本能适应1500吨／日及以下规模的小型污水脱氮除磷需要，但该装置难以继续放大到1600吨／日以上，更无法放大到1万吨／日以上，且脱氮除磷效果需要进一步提高。主要原因是该装置继续放大后，斜向导流隔板将会进一步向上斜向延长，致使更加远处的污泥缺乏水平方向的动力难以到达垂直气提回流组件附近来，会出现污泥回流不及时带来的污泥失去活性上浮、厌氧产气上浮或死亡腐化上浮等问题，继而严重影响出水水质；同时，该装置因体积小使得垂直气提回流组件一侧全部为曝气生化区，没有可以利用污水自身碳源的前置缺氧反硝化区，更没有集成化的厌氧区，只能依靠颗粒污泥内部缺氧反硝化和垂直气提回流组件另一侧后置的缺乏碳源的缺氧反硝化，因而脱氮效果和除磷效果还有进一步提升的空间；另外，沉淀组件下方的药剂絮凝反应不充分不均匀，使得药剂用量较多，规模放大后配水效果变差，因而除磷效果和其它残余污染物去除效果还有进一步提升的空间。

发明内容

本发明的目的在于提出一种简便高效的、能够满足脱氮除磷要求和其它各项水质指标稳定达标的一体化污水处理池，以便广泛应用于1万～10万吨／日规模的V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池。

本发明是这样实现上述目的：通过在曝气区之前增设厌氧区和缺氧区，通过在曝气区末端设置V形澄清回流区，并在V形区内中部上方位置设置水平的活性污泥面式气提微动力回流器，通过在第二级的斜管／板沉淀区下层设置L型水力混合起旋器，在L型水力混合起旋器上部入口投加药剂，配合低溶解氧曝气和复合硅藻土药剂污泥全回流而顺利实现上述目的。

本发明V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，包括矩形池体，所述矩形池体内依次划分为厌氧区、缺氧区、曝气区、V形澄清回流区和斜管／板沉淀区；在缺氧区和曝气区之间的垂直隔墙上部水面处开有回流孔，所述回流孔的回流面积大于该隔墙底部的正向过流孔面积；所述回流孔两侧分别设有缺氧区内的伞形搅拌器和曝气区内的辅助推流器，在所述回流孔、伞形搅拌器底层吹扫和辅助推流器表层推进的共同作用下,加上池底鼓风曝气装置气泡上升流的气提作用，两方面的共同作用形成从曝气区到缺氧区的上层回流；在曝气区和V形澄清回流区之间的隔墙中部下方位置设有仰斜孔洞式气水分离器；在V形澄清回流区内中部上方位置设有面式气提微动力回流器；在斜管／板沉淀区下方设有L型水力混合起旋器。

所述辅助推流器设置于曝气区上层水面下，其推流方向朝向垂直隔墙上部的回流孔。

所述仰斜孔洞式气水分离器为水下仰斜安装，确保曝气区池底曝气气泡不随水流进入V形澄清回流区内。该气水分离器是利用气泡上升流速高于水流下向流速而实现气泡逃逸的简便分离装置，由若干块相互连接的板组成。具体包括与仰斜隔墙平行或基本平行的上升导流斜板和与仰斜隔墙相垂直的两侧面板围成的矩形外框，所述矩形外框内设有与外框底部平齐的梯形台，所述梯形台左右两侧外的侧面板底部设有隔离斜板，所述梯形台和两隔离斜板之间均设有V形开口；所述侧面板内壁中部向下设有左右对称的斜向导流沉泥板，斜向导流沉泥板位于梯形台的斜上方；所述侧面板上开设有排气孔，所述排气孔位于侧面板和斜向导流沉泥板连接处下方。

所述面式气提微动力回流器，利用污水处理厂鼓风机压缩空气气源，将V形澄清回流区内的悬浮浓缩活性污泥全面均衡地回流到曝气区再利用。具体包括进气管、端头封闭的吸泥管、四周密闭箱体、空气喷头、立管弯头、回流斜管、回流穿墙管和池外压缩空气控制装置；所述端头封闭的吸泥管呈纵横联通设置，各端头封闭的吸泥管位于同一水平面，各端头封闭的吸泥管上均匀分布多个进泥小孔；在端头封闭的吸泥管的整体中部位置设有四周密闭箱体，四周密闭箱体内设单个或多个与进气管相连通的空气喷头，四周密闭箱体顶部和立管弯头的一端相连；所述立管弯头的另一端依次连有回流斜管和回流穿墙管，所述回流穿墙管的出口管底略低于水面或与水面持平；所述池外压缩空气控制装置和进气管相连通。

所述L型水力混合起旋器的喷口为水平方向，喷口位于斜管／板沉淀区下方悬浮污泥层的中部或下部。水力混合起旋器是利用喷淋水力混合作用、内部穿孔板水力混合作用、内部管式静态混合作用和最后的喷嘴喷射水力混合，达到水和药剂快速充分混合的目的和悬浮污泥层缓慢旋转从而实现接触絮凝的功能。具体包括进水口立管、分水箱和附壁斜管，所述进水口立管经分水箱分流后分别依次与两边的水平管段和附壁斜管相连，附壁斜管又和带有异径喷嘴的L形弯管相连通，所述两个L形弯管呈非对称布置。所述分水箱内设双层穿孔板，双层穿孔板的孔口错开设置。所述附壁斜管内设1～3级螺旋固定叶片，每级由1～3片相互搭接且空间垂直的固定叶片组成，使水流发生螺旋前进；相邻级螺旋固定叶片之间保持一定距离。所述两L形弯管末端的异径喷嘴位于同一个水平面上并相隔一定距离，两异径喷嘴的喷出方向呈90°垂直。

本发明的技术可靠性和独创性主要集中体现在以下三个方面：

首先，在曝气区之前“拉伸”开辟出两个空间，作为一体化池内的厌氧区和前置缺氧区。从曝气好氧区以气泡上升流方式气提回流到前置缺氧区的硝化液，在缺氧环境下被高浓度颗粒活性污泥中的反硝化菌利用刚进入缺氧区内污水所含的有机碳源进行反硝化脱氮生化反应，实现充分的生物脱氮和生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）污染物部分降解，获得进一步的强化脱氮效果。在冬季低温或季节性进水氨氮总氮明显超出设计值时，开启位于曝气区上层的辅助推流器，确保高浓度硝化液顺利回流到前置缺氧区完成反硝化脱氮反应。在最前端的厌氧区，聚磷菌在厌氧环境下充分释放磷而为后续好氧环境下充分吸收磷打好基础，以利于后续好氧生化处理顺利实现生物除磷功能，减少了化学除磷药剂使用量，减少了化学污泥的产生量。

第二，利用独创的V形纵向长条空间作为澄清回流区和底部排泥区，在该区中部上方位置创造性地首次提出安装水平的面式气提微动力回流器，使得澄清分离的活性污泥在水平方向全面无遗漏地回流，既能够解决大容量澄清池澄清污泥回流不及时不均匀带来的各种问题，又能够不破坏活性污泥的絮体结构和活性，因为不存在常规污泥回流泵高速叶轮“击碎”絮体的问题，且回流量大小即污泥回流比可通过调节面式气提微动力回流器供气量大小而快速简捷控制，配合剩余污泥排放控制及后续复合硅藻土药剂污泥的回流利用，经过反复的气提回流循环，实现生物反应区污泥浓度在3～9 g／L范围内可控，在本曝气区采用较低溶解氧控制曝气的运行状态下，利用颗粒污泥实现充分的硝化反应和反硝化反应，从而达到高效脱氮的目的。

上述V形纵向长条空间即V形澄清回流区和底部排泥区是一个空间整体，是本发明在专业上的一个创新点，既简单又实用。相比发明专利《强制回流的双面导流式污水处理池》（申请号为ZL200610125119.7）中的单个导流斜面，以及发明专利申请《一种污水生化处理一体化装置、***及工艺方法》（公开号CN 102923908A，公开日2013.2.13）中的单个斜向导流隔板，其上沉积的污泥在重力滑落过程中，在下方狭缝处都会出现上升水流顶托而下滑不畅，易引起污泥失去活性腐化上浮等问题，而本发明首次采用V形底部斗槽构造，配合侧面在一定高度位置进水，则从根本上解决了顶托问题，因而上述V形纵向长条空间中V形底部斗槽与同类一体化池相比是工程应用上的又一创新点和实用点。

第三，利用同一池内两级沉淀工艺实现生化处理后的污水高保障除磷和其它残余污染物的协同去除。在第一级的V形澄清回流区，生化处理后的泥水混合液在该区完全依靠重力作用实现第一次泥水分离，分离后澄清液经过第一级集水槽进入第二级的斜管／板沉淀区进行加药化学除磷和协同混凝沉淀处理。在斜管／板沉淀区下层本发明又创造性地设置了L型水力混合起旋器，在L型水力混合起旋器上部入口处投加药剂，在水力作用下悬浮污泥层缓慢旋转继而发生充分的接触絮凝反应而沉淀，剩下的细小颗粒污染物则在中间层的斜管／板中进一步沉淀去除，从而实现总磷（TP）和其它各项水质指标如悬浮物（SS）、五日生化需氧量（BOD₅）、化学需氧量（COD）等稳定达标的目的。

本发明的工作过程是这样的。通常来讲，大中型规模污水在经过位于地下的粗格栅拦渣、污水提升泵提升、地面的细格栅再次拦渣和沉砂池沉砂等预处理后，才进入本一体化池。污水首先进入厌氧区，在厌氧区内有随污水提升泵一起提升而来的两级沉淀回流污泥，在搅拌器作用下，处于悬浮状态的厌氧微生物及聚磷菌与污染物发生厌氧生化反应，实现污染物部分降解和生物除磷预处理功能。之后，污水进入前置缺氧区进行生化处理。在缺氧区安装有立式伞形搅拌器，既防止污泥沉积，又使得硝化液、活性污泥和污水三者充分混合，更重要的是能够协同缺氧区和曝气区混合液在竖向上反复循环交换，省去了硝化液内回流泵，在缺氧区内反硝化菌利用污水中碳源完成快速高效脱氮反应，硝化液则来自后续的曝气区。污水在总体推流作用下然后进入到曝气区进行好氧生化处理，在活性污泥微生物作用下进一步完成有机污染物降解、氨化硝化和生物除磷。硝化反应产物硝化液在气泡上升流的气提作用下，又从上层自动回流到缺氧区进行反硝化脱氮反应，最终生成N₂溢出到大气，如此反复循环，实现污水的充分脱氮、污染物降解和生物除磷的目的。随后，泥水气三相混合物经过仰斜孔洞式气水分离器后，只有泥水混合液进入V形澄清回流区进行泥、水自然分离。上层澄清液经第一级集水槽溢出；中层澄清活性污泥经水平安装的面式气提微动力回流器回流至曝气区和缺氧区，又是如此反复循环获得高浓度颗粒活性污泥；底层活性较差污泥则通过剩余污泥管排出，实现生物除磷富磷污泥从***中排除的目的。经过第一级自然澄清处理的澄清液进入第二级的斜管／板沉淀区，通过药剂喷淋装置加药进行化学除磷和协同混凝沉淀处理。在L型水力混合起旋器的水力作用下，悬浮污泥层缓慢旋转继而发生充分的接触絮凝反应而沉淀，剩下的细小颗粒污染物将在中间层的斜管／板沉淀组件中进一步沉淀去除，沉淀后的清水从第二级集水槽溢出到清水渠，最后经消毒后达标排放。

本发明V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，具有如下五条显著技术优势：

一是功能分区明确：一体化池5个主要功能区分工明确——厌氧区、缺氧区、曝气区、V形澄清回流区、沉淀区。厌氧区（Anaerobic）配合后续曝气区（Oxic）实现生物除磷功能；前置缺氧区实现反硝化脱氮且不需要外加碳源；好氧曝气区是最重要的主体，完成氨化硝化、污染物降解和部分生物除磷；V形澄清回流区实现第一级的泥水自然分离，上层澄清液进入下道工序，中层澄清污泥气提回流到曝气区和缺氧区实现高浓度颗粒活性污泥工况，底层污泥作为剩余污泥排放和一部分回流到进水提升泵房；第二级的斜管／板沉淀区在加药混凝作用下，起到化学除磷和其它各项水质指标协同达标的最后把关作用，若采用复合硅藻土药剂则沉淀污泥可全部回流到进水提升泵房前池再利用到生化处理池中。5大功能区融于本发明的1座一体化池中，明显提高了污水处理效率，而且节约了用地，节省了工程造价，方便了运行管理。

二是水平安装的面式气提微动力回流器全面优于污泥回流泵：①面式气提微动力回流器吸泥管水平间隔满铺安装于V形澄清回流区中部上方位置，无盲区无死角，回流均衡，回流路线短，回流污泥浓度高，回流量可通过供气量直观调控；②气提回流能耗低，属于微动力回流，据有关实验数据显示，气提回流能耗比电动回流泵节能65%（注：在气提淹没深度2.4m，气提提升高度0.6m时，要达到0.38m³/min的气提流量，离心泵需要1.60kW，气提装置折算的鼓风机耗功仅0.56kW）；③气提回流属于温和回流，无叶轮高速运动，活性污泥絮体结构不会被击碎，污泥经多次回流循环后，絮体颗粒反复碰撞而强度又不至于颗粒破裂，最终形成密实的好氧颗粒污泥，高浓度的颗粒活性污泥在生化反应区内实现同步硝化反硝化，大幅度提高了脱氮效率；④面式气提微动力回流器在池内无电机或机械活动部件，不易损坏，稳定可靠。

三是V形澄清回流区的泥水分离不耗能，无需加药，效率高：本V形澄清区不同于水力循环澄清池，本发明无需提供水力喷射，仅用独创的V形结构并借助重力作用即可实现泥水分离，其原理是泥水混合液在自下而上的行进过程中，变截面水体上升流速逐渐减缓，在某个高度位置水流上升速度和颗粒污泥下沉速度达到平衡，该高度位置将自动形成活性污泥悬浮层，利用活性泥渣层的过滤和网捕拦截作用，达到很好的泥水分离效果。因此，澄清前混合液悬浮物（MLSS）浓度为3000～9000 mg／L或以上，澄清后澄清液悬浮物（SS）浓度则下降至100 mg／L以下甚至20mg／L，澄清效率达97%以上。

四是加药量小带来一系列优点：①由于只需对悬浮物（SS）浓度在100 mg／L以下的澄清液进行加药，因而药剂投加量小，药耗成本低，完全不同于一般二级生化工艺在生化池中或二沉池入口处对3000～4500mg／L左右的混合液进行加药，浓度高就加药量大，成本高；②因气提回流的活性污泥根本就没有加药，就不存在药剂对生化池活性污泥的抑制影响问题；③所产生的化学污泥量小，因而不增加后续污泥处理难度，原因是化学污泥含水率高，较难处理；本发明药剂污泥即使全部回流到生化处理***，因总量小加上及时排放剩余污泥也基本不影响生物活性；④本发明可将复合硅藻土药剂化学絮凝沉淀污泥全部回用到生化反应***，将药剂污泥中吸收的残余污染物经生化反应去除，化学除磷沉淀物与生物除磷富磷菌体污泥一起，最后通过V形澄清回流区底层以剩余污泥形式排出***，因而污泥的含水率得以显著降低，解除了单独的化学污泥浓缩脱水之忧。

五是无需专门单独设置需要额外占地且复杂的混凝工段。本发明在斜管／板沉淀区下层设置了L型水力混合起旋器，利用药剂喷淋装置和水力作用混合药剂，并在水力作用下使得悬浮污泥层缓慢旋转并螺旋上升，继而发生充分的接触絮凝反应而沉淀，剩下的细小颗粒污染物将在中间层的斜管／板中进一步沉淀去除，从而实现总磷（TP）和其它各项水质指标如悬浮物（SS）、五日生化需氧量（BOD₅）、化学需氧量（COD）等稳定达标的目的。L型水力混合起旋器简单、实用、效果好，利用接触絮凝原理降低了药耗，减少了化学泥量。同时，两级沉淀区内L型水力混合起旋器及全部排泥装置，在水下均无机械活动部件，无电机传动，池内无排泥泵或刮泥机等装置，不仅高效节能，而且无维修量，使用成本低，操作管理简化，而且工程投资低。

本发明的重点在于2处创新地利用了气提原理：1是水平满铺安装的面式气提微动力回流器将澄清回流区内澄清活性污泥源源不断地、全面均匀地回流到生化反应区；2是曝气区内生化反应产生的硝化液，在池底鼓风曝气装置气泡上升流的气提作用下，从上层液面自动回流到前置缺氧区进行反硝化脱氮反应。前者使得***获得高浓度颗粒活性污泥，显著提高***处理速率和脱氮效率，气提回流能耗比电动回流泵节能明显，且不破坏颗粒污泥絮体结构；后者简化和节省了硝化混合液内回流泵，借助鼓风曝气本身的气提浮力作用，不需要额外的回流能耗。

本发明的另外一个重点在于巧妙利用了两级沉淀原理：两级沉淀由本发明独创的V形隔墙隔开，第一级的泥水分离不耗能，不加药，效率高，达到97%以上，气提回流到生化区的活性污泥不受药剂的抑制作用影响：第二级的沉淀是只对悬浮物（SS）浓度在100 mg／L以下的澄清液进行加药，因而药剂投加量小，药耗成本低，所产生的化学污泥量小，不增加后续污泥处理难度。经过两级沉淀处理后，出水水质更有保障，只需要通过调整药剂投加量和药剂品种，就可确保高效除磷和其它残余污染物高效协同去除，保障最终水质稳定达标。

本发明V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，具有三点最明显的有益效果：

第一是脱氮效率高：在气提作用下，污水和活性污泥在缺氧／好氧环境下反复循环处理，而活性污泥又在澄清区／生化区多次气提回流循环，最终形成粒径大、密度高的好氧颗粒污泥，污水在宏观缺氧和微观缺氧两种缺氧状态下，利用颗粒污泥中硝化菌和反硝化菌，实现高效率的好氧硝化反应和高速率缺氧反硝化脱氮反应，脱氮流程短，动力消耗少，氨氮（NH₃-N）和总氮（TN）的脱氮效果好，特别是出水总氮（TN）比其他工艺更易于达标；

第二是除磷彻底：在A／O生物除磷的基础上辅以化学除磷。聚磷菌（PAB）微生物在曝气区供氧作用下过量地摄取超过其生理需要的磷，同时污染物得到好氧降解，产生的富磷污泥以剩余污泥形式排出***实现除磷。当污水磷浓度较高超过生物除磷限度时，即以化学沉淀法进行化学除磷后处理，经过对本一体化池低浓度澄清液进行加药，通过L型水力混合起旋器产生的缓慢旋流进行接触絮凝和斜管／板沉淀，总磷（TP）和其它残余污染物如五日生化需氧量（BOD₅）、化学需氧量（COD）、悬浮物（SS）等指标都将全部稳定达标。两级沉淀法是本发明的辅助手段和最后的保障手段。

第三是工程技术经济效益显著：本发明利用V形构造和气提原理将污水处理五大功能区巧妙融于一体，明显提高了1～10万吨／日规模污水脱氮除磷的技术经济效益，不再需要分散建设二沉池、内回流泵池、污泥外回流泵池和深度处理混凝沉淀池等水池构筑物，不仅明显节省了投资，节约了用地，而且方便了运行管理。

上述各项优势充分表明，本发明V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，明显缩短了污水处理脱氮除磷工艺流程，与常规A／A／O工艺或改良型卡鲁塞尔（Carrousel）氧化沟等工艺相比，不仅脱氮除磷效率高，水质稳定达标有保障，而且结构简便紧凑、占地小投资省、药耗少排泥少、能耗低成本低、操作管理简单，适合在我国城市和城镇污水处理中和新型城镇化建设中广泛应用。

附图说明

图1为本发明V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池的流程框图。

图2为本发明V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池的结构示意图。

图3为本发明V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池的平面示意图。

图4为本发明V型污水处理池隔墙上部水面处的回流孔分布示意图。

图5为本发明所用仰斜孔洞式气水分离器的立体结构示意图。

图6为本发明所用仰斜孔洞式气水分离器的总体装配示意图。

图7为本发明所用仰斜孔洞式气水分离器的正视剖面结构示意图。

图8为本发明所用仰斜孔洞式气水分离器的俯视图。

图9为本发明所用面式气提微动力回流器的剖面图。

图10为本发明所用面式气提微动力回流器的立体管路示意图。

图11为本发明所用面式气提微动力回流器的俯视图。

图12为本发明所用L型水力混合起旋器的剖面结构示意图。

图13为本发明所用L型水力混合起旋器的右视图。

图14为本发明所用L型水力混合起旋器的俯视图。

其中：1—V型气提回流两级沉淀一体化池体，2—厌氧区，3—缺氧区，4—搅拌器，5—曝气区，6—回流孔，7—仰斜孔洞式气水分离器，8—面式气提微动力回流器，9—L型水力混合起旋器，10—曝气装置，11—辅助推流器，12—V形澄清回流区，13—1级集水槽，14—剩余污泥管，15—剩余污泥泵，16—药剂喷淋装置，17—斜管／板沉淀区，18—悬浮泥渣层，19—斜管／板沉淀组件，20—回流污泥管，21—2级集水槽，22—遮光板，23—清水渠；

71—上升导流斜板、72—侧面板、73—排气孔、74—斜向导流沉泥板、75—梯形台、76—隔离斜板、77—加强肋板、78—固定件、79—隔墙仰斜孔洞；

81—进气管，82—端头封闭吸泥管，83—四周密闭箱体，84—空气喷头，85—回流立管，86—回流斜管，87—回流穿墙管，88—池外压缩空气控制装置，89—进泥小孔；

91—进水口、92—分水箱、93—箱内双层穿孔板、94—附壁斜管、95—螺旋固定叶片、96—L形弯管、97—异径喷嘴、98—支撑件。

具体实施方式

实施例一

下面对照附图，同时结合国家重点流域某污水处理项目采用本发明V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池作为实施例，对本发明做进一步说明。

如图1的流程框图所示，本发明V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池的工艺流程简捷顺畅，在同一池内实现脱氮除磷，达到该流域要求的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级A标准，且能够稳定运行，***不设内回流泵，也不设外回流泵（外回流污泥浓度高，污泥体积小，直接借用总进水污水泵提升），无刮泥机，简化了运行管理。

如图2的结构示意图和图3的平面示意图所示，本发明V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，顺污水流程方向看，V型一体化池体1由5个功能区组成：厌氧区2、缺氧区3、曝气区5、V形澄清回流区12、斜管／板沉淀区17，水位依次从高到低。

本污水处理池脱氮除磷的工艺流程说明如下：

1、厌氧区2：污水经过格栅拦渣和沉砂池沉砂等预处理后，首先进入厌氧区2，该区内有随污水提升泵一起提升而来的两级沉淀回流污泥，在搅拌器作用下，处于悬浮状态的厌氧微生物及聚磷菌与污染物发生厌氧生化反应，实现污染物部分降解和生物除磷预处理功能。

2、缺氧区3：污水在缺氧区3不曝气，该区内安装的伞形搅拌器4有底层吹扫作用和上层卷吸作用，有利于缺氧区3和曝气区5的混合液交换。该区内反硝化菌利用来自厌氧区2的污水中碳源完成快速高效脱氮反应，硝化液来自后续的曝气区5。在冬季低温时或季节性进水氨氮总氮明显超出设计值时，开启位于曝气区上层的辅助推流器11，确保曝气区5硝化液顺利回流到前置缺氧区3完成反硝化脱氮反应。另外，冬季低温常常通过减少排泥来加大生物反应池活性污泥浓度，低温时粘度增大，浓度加大时粘度亦增大，此时高粘度硝化液可能会需要定期开启辅助推流器11，实现临时性的强制回流。

3、曝气区5：污水在推流作用下依次进入到曝气区5进行好氧生化处理，在活性污泥微生物作用下完成有机污染物降解、氨化硝化和生物除磷。硝化反应产物硝化液在曝气装置10鼓风曝气气泡上升流的气提作用下，又从上层自动回流到缺氧区3进行反硝化脱氮反应，最终生成氮气（N₂）溢出到大气，如此反复循环，实现污水的充分脱氮、污染物降解和大部分除磷的目的。

4、V型澄清回流区12：泥水气三相混合物经过仰斜孔洞式气水分离器7后，泥水混合液进入到V形澄清回流区12进行泥、水自然分离，V形澄清回流区12不允许随水流带入气泡，以免影响澄清出水水质。上层澄清液经第一级集水槽13溢出；中层澄清活性污泥经水平安装的面式气提微动力回流器8从上方回流至曝气区5和缺氧区3，又是如此反复循环获得高浓度颗粒活性污泥；底层活性较差污泥则通过剩余污泥管14排出，实现生物除磷污泥、后续化学除磷污泥及化学絮凝污泥回流而来的污泥、惰性污泥和老化污泥等污泥从***中排除的目的。

5、斜管／板沉淀区17：经过第一级自然澄清处理的澄清液进入第二级的斜管／板沉淀区17，通过药剂喷淋装置16加药进行化学除磷和协同混凝沉淀处理。在L型水力混合起旋器9的水力作用下，悬浮污泥层18缓慢旋转继而发生充分的接触絮凝反应而沉淀，剩下的细小颗粒污染物将在中间层的斜管／板沉淀组件19中进一步沉淀去除，沉淀后的清水从第二级集水槽21收集到清水渠23。悬浮污泥层18底部沉积的污泥则通过回流污泥管20由进水提升泵房提升回到生化处理***处理。为了避免藻类对斜管的影响，斜管／板沉淀区池顶设置遮光板22。

清水渠23清水经污水处理厂内消毒设施消毒处理，最后达标排放。

本实施例中，污水处理量为1.2万m³／d，除2座各6000m³／d的主体V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池外，还配套建有1座地下式进水提升泵房，1座地面式综合设备间（配电、罗茨鼓风机、污泥脱水机、加药机等）和1座小型综合楼（值班办公、中控室、化验室、资料室、库房等）。单座一体化池占地面积661m²，图3即为单座6000m³／d的V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池的平面示意图。

该V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池的主要技术参数如下：

① 生化反应区，总水力停留时间HRT=6.7 h；有效水深H水=5.3m；

混合液MLSS浓度：X=6.0g／L，硝化液内回流率100%～300%；

污泥负荷：Ls=0.084 kgBOD5／kgMLSS·d，污泥龄20d；

气水比（含气提回流用气）：4 : 1；

3台变频调速罗茨鼓风机，2用1备；

单台最大供气量16.67 m³／min，轴功率24.4 kW；

② 澄清回流区，澄清停留时间2.0 h，有效水深4.0m；

活性污泥气提内回流率33%～100%，澄清活性污泥浓度24～12g／L；

澄清区底部剩余污泥含水率：96%～98 %；

③ 斜管沉淀区，斜管表面负荷1.44 m³／m²·h；

沉淀时间3.15 h，有效水深4.20m，出水堰流率<1.2 L／s·m；

污水专用斜管填料Φ=80mm，L=1m，H=877mm，倾角60°，单格173.6m²；

复合硅藻土改性水处理药剂投加量：35mg／L；

斜管沉淀区不设刮吸泥机，斗槽重力排泥；

一体化污水处理池进、出水水质表

项目

COD

BOD5

SS

TN

NH3-N

TP

进水水质(mg／L)

300

140

200

40

35

4

出水水质(mg／L)

≤50

≤10

≤10

≤15

≤5(8)

≤0.5

处理效率 (%)

≥83.3

≥92.9

≥95.0

≥62.5

≥85.7(77.1)

≥87.5

污水处理厂定员8人，处理每m³污水的电耗和药耗直接成本合计为0.21元，其中该V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池的工程单位直接投资为944元／吨日规模。与其他活性污泥法脱氮除磷工艺技术的污水处理项目相比，从可比内容来看即从格栅沉砂到消毒出厂的内容来看，本发明可节省该部分工程内容的直接工程投资大约30%，而电耗和药耗等直接运行成本则可节约20%左右，因而，本发明的技术经济效益是非常显著的。

实施例二

某城市新区规划建设一座工业和生活污水合用的新城污水处理厂，经水质取样分析认为基本适合采用生化处理为主并辅以物化处理的污水处理工艺，出水水质要求达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准，选用本发明的V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，作为污水处理主体构筑物取得良好效果。该新区规划污水处理总量为7.8万m³／d，分三期建设，一期先建2.6万m³／d规模，即2座1.30万m³／d的V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池外，还配套建有1座地下式粗格栅及提升泵房，1座水质事故应急池，1座细格栅沉砂池，1座水解酸化池，1座接触消毒池及其他附属设施。该主体的一体化池单座占地面积1376m²，由2格各6500m³／d的一体化池并联共墙而建。在保证出水水质的情况下，为了精简流程，本实施例减去了本发明池型最前端的厌氧区。

该V型气提一体化污水处理池的主要技术参数如下：

① 生化反应区：

缺氧区HRT=3h，好氧区HRT=4h；有效水深H_水=6.0m；

混合液MLSS浓度：X=6.0g／L，硝化液内回流率100%～300%；

污泥负荷：Ls=0.063 kgBOD₅／kgMLSS·d，污泥龄20d；

缺氧区内各设1台共4台立式伞形搅拌器，N=4 kW；

配双速电机（低速2.2 kW，全速4 kW）以节能；

气水比（含气提回流用气）：4 : 1；

鼓风机共3台，2用1备，均采用变频调速控制供气量；

单台鼓风机风量为36.2m³／min，N=75kW，压差0.72bar；

② 澄清回流区，澄清停留时间100min ，有效水深4.0m；

活性污泥气提内回流率33%～100%，澄清活性污泥浓度24～12g／L；

澄清区底部剩余污泥含水率：96%～98 %；

③ 斜管沉淀区，斜管表面负荷1.5 m³／m²·h；

沉淀时间2.7 h，有效水深4.00m，出水堰流率<1.2 L／s·m；

污水专用斜管填料Φ=80mm，L=1m，H=877mm，倾角60°；

复合硅藻土改性水处理药剂投加量：30mg／L；

斜管沉淀区不设刮吸泥机，斗槽重力排泥；

一期（2.6万m³／d）剩余污泥干重：3.92 t／d；

一体化污水处理池进、出水水质表

项目

COD

BOD5

SS

TN

NH3-N

TP

进水水质(mg／L)

350

110

250

42

33

3.5

出水水质(mg／L)

≤60

≤20

≤20

≤20

≤8(15)

≤1.0

处理效率 (%)

≥82.9

≥81.8

≥92.0

≥52.4

≥75.8(54.5)

≥71.4

该新城污水处理厂定员30人，一体化池处理每m³污水的电耗和药耗直接成本合计为0.20元（不含污水进厂提升和水解酸化电耗），其中该V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池的工程单位直接投资为905元／吨日规模。与其他活性污泥法脱氮除磷工艺技术的污水处理项目相比，从可比内容来看即从生化池开始到消毒工序之前的内容来看，本发明可节省该部分工程内容的直接工程投资大约25%～30%，而电耗和药耗等直接运行成本则可节约20%以上，因而，本发明的技术经济效益和环境效益非常显著。

从上述实施例可以看出，本发明V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，特别适合我国中小城市1万～10万吨／日规模的污水处理厂采用，与其他大中型活性污泥法脱氮除磷工艺相比，不仅脱氮除磷效率更高，水质和水量适应性更广，出水稳定达标，而且更加紧凑省地，电耗药耗更低，工程投资更省，运行成本更低，污泥排放更少，更易于操作管理。

另外，从以上两个实施例可以看出，本发明V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，不仅可以处理生活污水，而且可以处理工业园区可生化的混合污水，不仅可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）一级B标准，而且易于直接达到一级A标准而现有短流程无需延长，只需在设计或运行时调整参数，首先确保生物反应池TN指标达到一级A要求，无需另外增设深度处理构筑物；然后在总磷（TP）和悬浮物（SS）指标上选取恰当参数和调整药剂投加量，即可便捷地达到一级A标准。因此，本发明与常规的活性污泥法脱氮除磷工艺和深度处理工艺相比，获得了意想不到的有益效果。

Claims (5)

1.V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，包括矩形池体⑴，池体⑴内划分为厌氧区⑵、缺氧区⑶、曝气区⑸、V形澄清回流区⑿和斜管／板沉淀区⒄，其特征在于：在缺氧区⑶和曝气区⑸之间的垂直隔墙上部水面处开有回流孔⑹，所述回流孔⑹的回流面积大于该隔墙底部的正向过流孔面积；所述回流孔⑹两侧分别设有缺氧区⑶内的伞形搅拌器和曝气区⑸内的辅助推流器⑾；在曝气区⑸和V形澄清回流区⑿之间的隔墙中部下方位置设有仰斜孔洞式气水分离器⑺；在V形澄清回流区⑿内中部上方位置设有面式气提微动力回流器⑻；在斜管／板沉淀区⒄下方设有L型水力混合起旋器⑼。

2.如权利要求1所述的V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，其特征在于：在曝气区⑸上层水面下设有辅助推流器⑾，所述辅助推流器⑾的推流方向朝向垂直隔墙上部的回流孔⑹。

3.如权利要求1所述的V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，其特征在于：所述仰斜孔洞式气水分离器⑺，包括与仰斜隔墙平行或基本平行的上升导流斜板(71)和与仰斜隔墙相垂直的两侧面板(72)围成的矩形外框，所述矩形外框内设有与外框底部平齐的梯形台(75)，所述梯形台(75)左右两侧外的侧面板(72)底部设有隔离斜板(76)，所述梯形台(75)和两隔离斜板(76)之间均设有V形开口；所述侧面板(72)内壁中部向下设有左右对称的斜向导流沉泥板(74)，斜向导流沉泥板(74)位于梯形台(75)的斜上方；所述侧面板(72)上开设有排气孔(73)，所述排气孔(73)位于侧面板(72)和斜向导流沉泥板(74)连接处下方。

4.如权利要求1所述的V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，其特征在于：所述面式气提微动力回流器⑻，包括进气管(81)、端头封闭的吸泥管(82)、四周密闭箱体(83)、空气喷头(84)、立管弯头(85)、回流斜管(86)、回流穿墙管(87)和池外压缩空气控制装置(88)；所述端头封闭的吸泥管(82)呈纵横联通设置，各端头封闭的吸泥管(82)位于同一水平面，各端头封闭的吸泥管(82)上均匀分布多个进泥小孔(89)；在端头封闭的吸泥管(82)的整体中部位置设有四周密闭箱体(83)，四周密闭箱体(83)内设单个或多个与进气管(81)相连通的空气喷头(84)，四周密闭箱体(83)顶部和立管弯头(85)的一端相连；所述立管弯头(85)的另一端依次连有回流斜管(86)和回流穿墙管(87)，所述回流穿墙管(87)的出口管底略低于水面或与水面持平；所述池外压缩空气控制装置(88)和进气管(81)相连通。

5.如权利要求1所述的V型气提回流两级沉淀一体化污水处理池，其特征在于：所述L型水力混合起旋器⑼，包括进水口(91)、分水箱(92)和附壁斜管(94)，所述进水管(91)经分水箱(92)分流后分别和两附壁斜管(94)相连，两附壁斜管(94)分别和带有异径喷嘴(97)的两L形弯管(96)相连通，所述两L形弯管(96)呈非对称布置。

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