CN109867356A - 一种新型处理城镇污水的高浓度粉末载体生物流化床工艺 - Google Patents

一种新型处理城镇污水的高浓度粉末载体生物流化床工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型处理城镇污水的高浓度粉末载体生物流化床工艺，污水先经过粗格栅和提升泵，提升至细格栅和沉砂池，再进入HPB生化池；所述HPB生化池包括复合粉末载体加料器和若干独立的单元格，各单元格均配备流道、闸阀和超越阀门，单元格之间相互连通；HPB生化池沿污水流向依次划分为厌氧区、缺氧区、好氧区和浓缩分离区，复合粉末载体加料器用于对厌氧区、缺氧区和好氧区投加复合粉末载体，所述厌氧区、缺氧区和好氧区均配备有搅拌设备，浓缩分离区浓缩的活性污泥回流至前端厌氧区进口，分离的上清液依次通过高效澄清池、过滤池和消毒池后实现净化。HPB工艺集成化高，处理效率高，出水水质好，可实现正常连续运行下的维护/检修。

Description

一种新型处理城镇污水的高浓度粉末载体生物流化床工艺
技术领域
本发明涉及城镇污水处理技术领域，具体涉及一种新型处理城镇污水的高浓度粉末载体生物流化床工艺。
背景技术
中国大部分地区污水处理厂执行的污染物排放标准为《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918-2002)的一级B标准；许多地区正在将排放标准提高到一级A标准；而一些更为严格的地方标准也在陆续颁布，例如湖南省即将从2019年3月25日起执行的《湖南省城镇污水处理厂主要水污染物排放标准》(DB43/T 1546-2018)。上述标准中对于排放水中主要污染物的浓度限值如表1所示。并且，伴随着社会进步，各地排放标准依然有继续提高的趋势。
表1水污染物排放浓度限值
单位：mg/L
注：①括号外数值为水温＞12℃时的控制指标，括号内数值为水温≤12℃时的控制指标。
为满足当前排放标准要求，常规的污水处理工艺基本遵循如下流程(见图1)。常规城镇污水的处理工艺，其特征在于，包括污水来自于污水收集沟道，依次经过粗格栅井及提升泵、细格栅及沉砂池、A2/O生化池、二沉池，再经二次提升泵、高效澄清池、深床反硝化滤池、消毒池，最终回用或排放。这种污水处理工艺过程存在的最大问题在于处理单元较多；污水经过多级生化、物化处理且各单元之间皆有高程衔接问题，因此二次提升不可避免，导致处理过程冗长、能耗较高。
发明内容
针对现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种新型的、基于高浓度粉末载体生物流化床(High Concentration Powder Carrier Biological Fluidized Bed,以下简称HPB)工艺的城镇污水处理工艺。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种新型处理城镇污水的高浓度粉末载体生物流化床工艺，包括依次连通的HPB生化池、高效澄清池、过滤池和消毒池，污水先经过粗格栅和提升泵，提升至细格栅和沉砂池，再进入HPB生化池；
所述HPB生化池包括复合粉末载体加料器和若干独立的单元格，每一所述单元格均通过流道和闸阀独立进出水，各所述单元格之间相互连通，每一所述单元格均配备有超越阀门；
所述HPB生化池沿污水流向依次划分为厌氧区、缺氧区、好氧区和浓缩分离区，所述复合粉末载体加料器用于对厌氧区、缺氧区和好氧区中的任意所述单元格投加复合粉末载体，所述复合粉末载体具有微生物亲和性，所述厌氧区、缺氧区和好氧区中的每一所述单元格均配备有搅拌设备；所述浓缩分离区中的每一所述单元格均配备有浓缩机，用于对处理后的污水进行浓缩分离，浓缩的活性污泥回流至前端厌氧区进口，分离的上清液依次通过高效澄清池、过滤池和消毒池后实现水体净化。
优选的，所述复合粉末载体采用膨润土、粉煤灰和沸石中的至少一种与硅藻土和絮凝剂复配。
优选的，所述搅拌设备为叶轮搅拌器。
更优选的，每一所述叶轮搅拌器的搅拌叶轮均位于对应单元格的底部，所述搅拌叶轮的外缘线速度优选为1～2m/s，所述单元格优选为边长2～15m的方格，水深优选5～8.5m，单位水体搅拌功率优选为4～6W/m3。
本发明的有益效果：
(1)HPB为高度集成化城镇污水处理工艺，处理过程仅一级提升，占地面积小，运行能耗低，处理效率高。
(2)在活性污泥中导入复合粉末载体，提高了污泥浓度，延长了污泥龄，增加了微生物多样性，还可通过改变控制条件，使该***提高污水生物处理深度除磷脱氮的能力。为避免复合粉末载体沉积，充分发挥HPB生化池活性污泥作用，所有单元格均配备搅拌设备，通过搅拌使HPB生化池混合液中活性污泥充分悬浮和混合，并强化对流传质、提高溶氧利用率。模拟试验证实，当单元格为方形，边长为2～15m，水深5～8.5m，搅拌叶轮的外缘线速度为 1～2m/s，单位水体搅拌功率为4～6W/m3时，溶氧利用率可提高8％～12％。
(3)HPB生化池后端配备浓缩分离区，用浓缩液回流代替内回流，保证了***的污泥浓度稳定，同时避免高浓度活性污泥对后续高效澄清池产生负担。浓缩后的上清液作为出水进入后续高效澄清池和过滤池，以去除少量残留的悬浮物(SS)和控磷，保证出水水质达标。
(4)HPB生化池采取模块化设计，污水处理在各个相互独立的单元格中进行，可实现正常连续运行条件下的维护/检修。
附图说明
图1为常规污水处理工艺流程；
图2为本发明HPB工艺全流程框图；
图3为一种实施方式的HPB生化池结构示意图；
图4双曲面搅拌机流场分析图。
具体实施方式
下面通过附图及具体实施方式对本发明进行详细的说明。
参见图2，为本发明HPB工艺的全流程框图。污水首先经过粗格栅(即沟道***)和提升泵，提升至细格栅和沉砂池，再进入HPB生化池。
HPB生化池(包含：厌氧Anaerobic/缺氧Anoxic/好氧Oxic/浓缩Concentrated四个功能区,简称A2/O/C)是***主体单元，包括复合粉末载体加料器和若干独立的单元格。各单元格之间可采用流道相互连通，并通过闸阀控制实现独立进出水，每一所述单元格均配备有超越阀门，可逐格进行停水检修或维护，同时不影响***的正常连续运行。所述流道可以是管道或渠道，以下以管道为例进行说明。
在单元格正常运行时，进出水管道闸阀同时开启，超越阀门关闭；在单元格维护或检修时，进出水管道同时关闭，超越阀门打开，污水和混合液可直接绕过该单元格进入后续单元格，待该单元格维护/检修完成后，再打开进出水管道阀门，同时关闭超越阀门，即可恢复正常进出水。
HPB生化池沿污水流向依次划分为厌氧区、缺氧区、好氧区和浓缩分离区，污水进入 HPB生化池后，需逐步导入适量复合粉末载体与池内活性污泥混合，提高池内的混合液浓度，同时提供更多附着微生物生长载体，增加活性污泥中的生物多样性，实现水中污染物的高效去除。为此，采用复合粉末载体加料器对厌氧区、缺氧区和好氧区中的任意所述单元格投加复合粉末载体。所述复合粉末载体具有微生物亲和性，优选采用膨润土、粉煤灰和沸石中的至少一种与硅藻土和絮凝剂复配，有利于硝化菌和反硝化菌的生长，使该***具有污水生物处理深度除磷脱氮的能力。
为避免复合粉末载体沉积，充分发挥HPB生化池活性污泥作用，所有单元格均配备搅拌设备，通过搅拌使生化池混合液中活性污泥充分悬浮和混合，并强化对流传质、提高溶氧利用率。所述搅拌设备优选为叶轮搅拌器，其中搅拌叶轮优选设置于相应单元格的底部。因为沉积发生在池底，所以无需对整池水体进行搅拌，仅需在底部输入较低的搅拌功率，即可有效防止沉积。根据《室外排水设计规范》(GB50014-2006)，混合液防止沉积的最小线速度为 0.6m/s。提高线速度可以增加扰动，防止粉体沉积，提高溶氧利用率，但是会增大能耗。为实现这一均衡，优选的方案是将单元格设计为方形，边长为2～15m，水深5～8.5m，搅拌叶轮的外缘线速度控制为1～2m/s，单位水体搅拌功率为4～6W/m3。根据《给水排水设计手册》推荐的公式计算，搅拌功率与桨板或叶轮的面积有关，当单元格截面尺寸为10m×10m，水深为5.5m时，水体容积为550m3，实际采用底部双曲面搅拌机的功率为2.7kW，折合为4.91W/m3。
通常池底曝气溶氧过程仅为池底部微气泡上升至水面的过程，上下水体交换速率与微气泡上升速率有关，因此交换速率较低。采用机械搅拌后，水体可沿搅拌器形成竖向旋流场。经模拟试验表明，上述方案上下水体交换速率可增至微气泡作用的至少3倍以上(采用fluent 软件进行模拟，试验数值详见图4)；相当于微气泡在水体中行程增加，强化了对流传质，提高了溶氧效率。实测停止曝气后，水中溶氧衰减时间明显延长，至少增加8％～12％。
HPB生化池后端配备浓缩分离区，所述浓缩分离区中的每一所述单元格均配备有浓缩机，用于对处理后的污水进行浓缩分离，浓缩的活性污泥回流至前端厌氧区进口，以维持***混合液浓度稳定和生物除磷效果，同时避免高浓度活性污泥对后续高效澄清池产生负担。优选的方式是将大部分浓缩的活性污泥回流利用，小部分作为剩余污泥排出。经浓缩分离的上清液作为出水进入后段高效澄清池，进一步去除出水中少量残留的SS和控磷，然后经过滤池和消毒池处理后实现水体净化，净化水可回用或达标排放。
本发明的HPB工艺为高度集成化城镇污水处理工艺，处理过程仅一级提升，占地面积小，运行能耗低，日处理量达10000m3/d以上。
作为本发明的一种实施方式，HPB生化池设计参数可以为：
单元格平面为正方形，边长2m＜L＜15m；
单元格水深，5m＜h＜8.5m；
总水力停留时间HRT＝10～13h；
总变化系数Kz＝1.5～2.0。
以处理量为10000m3/d为例，HPB生化池共设12格，每格尺寸为8.7m×8.7m，有效水深5.5m，停留时间12小时。池型设计详见图3，污水经管道或渠道进入HPB生化池，纵向S 型顺次流经厌氧区(2格)、缺氧区(1格)、好氧区(6格)和浓缩分离区(3格)。本案例 HPB生化池外形尺寸平面为27m×27m，后续接高效澄清池，表面负荷率为6m3/m2/h。后续再接过滤池，滤速为5m3/h/m2；后续接消毒池，计量后回用或排放。
以上实施例是对本发明的解释，但是，本发明并不局限于上述实施方式中的具体细节，本领域的技术人员在本发明的技术构思范围内进行的多种等同替代或简单变型方式，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种新型处理城镇污水的高浓度粉末载体生物流化床工艺，其特征在于，包括依次连通的HPB生化池、高效澄清池、过滤池和消毒池，污水先经过粗格栅和提升泵，提升至细格栅和沉砂池，再进入HPB生化池；
所述HPB生化池包括复合粉末载体加料器和若干独立的单元格，每一所述单元格均通过流道和闸阀独立进出水，各所述单元格之间相互连通，每一所述单元格均配备有超越阀门；
所述HPB生化池沿污水流向依次划分为厌氧区、缺氧区、好氧区和浓缩分离区，所述复合粉末载体加料器用于对厌氧区、缺氧区和好氧区中的任意所述单元格投加复合粉末载体，所述复合粉末载体具有微生物亲和性，所述厌氧区、缺氧区和好氧区中的每一所述单元格均配备有搅拌设备；所述浓缩分离区中的每一所述单元格均配备有浓缩机，用于对处理后的污水进行浓缩分离，浓缩的活性污泥回流至前端厌氧区进口，分离的上清液依次通过高效澄清池、过滤池和消毒池后实现水体净化。
2.根据权利要求1所述的新型处理城镇污水的高浓度粉末载体生物流化床工艺，其特征在于，所述复合粉末载体采用膨润土、粉煤灰和沸石中的至少一种与硅藻土和絮凝剂复配。
3.根据权利要求1所述的新型处理城镇污水的高浓度粉末载体生物流化床工艺，其特征在于，所述搅拌设备为叶轮搅拌器。
4.根据权利要求3所述的新型处理城镇污水的高浓度粉末载体生物流化床工艺，其特征在于，每一所述叶轮搅拌器的搅拌叶轮均位于对应单元格的底部。
5.根据权利要求4所述的新型处理城镇污水的高浓度粉末载体生物流化床工艺，其特征在于，所述单元格为边长2～15m的方格，水深5～8.5m，所述搅拌叶轮的外缘线速度为1～2m/s，单位水体搅拌功率为4～6W/m3。
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