CN110776099B - 一种自循环高效生物脱氮装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自循环高效生物脱氮装置及其工作方法，其技术要点是：所述池体从下至上分别排布有好氧区、缺氧区、沉淀池布水区、污泥区、泥水分离区和出水稳流区，沉淀池布水区包括位于池体中心的沉淀池进水导流筒，所述沉淀池进水导流筒底部与好氧区顶部间设有圆形蝶式射流布水器，沉淀池进水导流筒连接有分布于好氧区、厌氧区、污泥区的导流板，所述导流板用于三相分离与进行回流，所述导流板包括三段，形成硝化液回流缝与污泥回流缝，好氧区底部设有用于提供回流动力的曝气器，曝气器连接有位于池体外部的进气管，曝气器通过曝气的尾气压力实现硝化液回流，曝气器通过曝气形成的负压抽吸实现污泥回流。具有省去回流泵、节约能源等优点。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护、污水处理领域，更具体地说，它适用于低碳氮比生活污水的脱氮除磷，涉及到一种自循环高效生物脱氮装置及其工作方法。
背景技术
氮磷是引起水体富营养化的主要因素，主流处理工艺如：A/O工艺、A2/O工艺、OD系列和SBR系列，及各类生物膜工艺和膜生物反应器的工艺等工艺均需创造合适的溶解氧环境，培养优势微生物菌群，设计经济的回流比，达到生物反硝化脱氮的效果。
现有技术的脱氮反应一般采用一种脱氮反应器和二沉池水平串联的组合。该反应器的循环水管和循环泥管上均设置了循环泵，或采用水泵回流，属于传统的做法，并不节能。另外，该反应器的脱氮反应器要求维持微氧环境，溶解氧控制在0.6-0.8mg/L，现有的仪表精度很难控制，且曝气搅拌强度不够，污泥淤积不可避免。
公告号为CN106242050B的中国专利公开了一种立式内循环一体化污水处理设备，包括从上而下依次设置的气提区、好氧区、缺氧区和厌氧区，上述方案将厌氧、缺氧、好氧和沉淀等功能不同的反应器垂直叠加，并在厌氧区和缺氧区设置了三相分离器，三相分离器和厌氧区的底部之间设有循环泵，好氧顶部设置了气提区，斜板沉淀区顶部设置了填料区。
上述方案首先依然采用的是现有常规技术的循环泵水流循环，较为耗能，另该技术存在以下问题：为了保证厌氧区和缺氧区的污泥处于悬浮状态，必须增加反应器内部的上升流速，为了维持一定的上升流速可以提高反应器的长细比或增加内部循环量。如增加长细比，安全隐患会增加；如增加内部循环，能耗将会增加。陶粒填料层设置在斜板层的上方，极易堵塞，该专利技术重并没有提及延缓填料堵塞的应对措施。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种自循环高效生物脱氮装置及其工作方法，具有生物向更加丰富、利用污水中的碳源充分、利用曝气剩余压力回流、省去回流泵、节约能源等优点。
本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的，一种自循环高效生物脱氮装置，包括池体，所述池体从下至上分别排布有好氧区、缺氧区、沉淀池布水区、污泥区、泥水分离区和出水稳流区，所述好氧区与缺氧区位于同一水平面，所述好氧区位于缺氧区内部，所述好氧区与缺氧区间设有竖直的中间隔墙，所述中间隔墙底部贯穿设有通孔；
所述沉淀池布水区包括位于池体中心的沉淀池进水导流筒，所述沉淀池进水导流筒底部与好氧区顶部间设有布水器，所述布水器为圆形蝶式射流布水器；
所述布水器包括连通池体外部的进水管与多组呈扩散状分布的布水管，各组所述布水管均穿过中间隔墙；
所述沉淀池进水导流筒连接有分布于好氧区、厌氧区、污泥区的导流板，所述导流板用于三相分离与进行回流，所述导流板包括三段，顶板倾斜设置并分隔沉淀池布水区与好氧区，中段倾斜板分隔沉淀池污泥斗与缺氧区，与水平面夹角55°，中段倾斜板与中间隔墙间设有硝化液回流缝，所述污泥区位于导流板中段倾斜板的上部，竖直段与池体外壁间设有污泥回流缝；
所述好氧区底部设有用于提供回流动力的曝气器，所述曝气器连接有位于池体外部的进气管，所述曝气器通过曝气的尾气压力实现硝化液回流，所述曝气器通过曝气形成的负压抽吸实现污泥回流。
通过采用上述技术方案，污水经过布水器均匀布水至缺氧区，经好氧区底部的曝气器，与好氧区内回流硝化液充分混合，在缺氧区发生反硝化脱氮，好氧区与缺氧区顶部通过导流板形成硝化液回流缝，回流动力为好氧区曝气的尾气，缺氧区与污泥区间通过导流板形成污泥回流缝，回流动力为好氧区曝气形成的负压抽吸，污泥积聚至污泥区，经泥水分离区的斜向填料进行过滤，与出水稳流区通过出水管进行排水，导流板顶板与水平面夹角设为15°，导流板中段倾斜板与水平面设为夹角55°，导流板竖直段长度设为30cm，与反应器外壁间隙设为3cm。通过独特形状的导流板设计与曝气器的配合，实现无需循环泵的回流，节能减排，优化结构。
作为优选，所述出水稳流区顶部边缘设有出水堰，所述出水堰连通有位于池体外的出水管，所述导流板顶部竖直连接有导气管，所述导气管定位于池体外部并连接有通风帽。
通过采用上述技术方案，氮气和经过好氧区利用后的尾气通过导气管释放，导气管与通风帽配合，释放反硝化氮气和经过曝气区利用后的尾气，防止反应器产生气阻。
作为优选，所述好氧区内设有可选材质的悬浮填料，投配比例为50％～70％。
通过采用上述技术方案，可根据不同的水质选用不同的悬浮填料，实施例选用的悬浮填料材质为聚氨酯，比表面积达到20000㎡/m3，投配比例为15％。
作为优选，所述泥水分离区内设有填料，所述填料设为斜管或斜板。
通过采用上述技术方案，斜管或斜板的安装角度65°～70°，高度1.0m～1.2m。
作为优选，所述曝气器采用单孔膜曝气器，安装密度为每平方米36-64个。
通过采用上述技术方案，其布气分管及布水管采用ABS或UPVC塑料硬管；单孔膜曝气器采用ABS制成，由上管夹、下管夹、单孔膜、ABS固定调节支架等组成。
作为优选，所述池体材料为钢筋混凝土、防腐碳钢、不锈钢板或塑料板。
通过采用上述技术方案，多种材质的池体材料适用于不用环境与需求。
作为优选，所述池体形状可为圆柱体、长方体、正方体，所述导流板俯视形状与池体俯视图形状相配合。
通过采用上述技术方案，多种形状的池体形状适用于不用环境与装配加工需求。
一种自循环高效生物脱氮装置的工作方法，包括步骤：
(1)污水经过布水器均匀布水至缺氧区，经好氧区底部的曝气器，与好氧区内回流硝化液充分混合，在缺氧区发生反硝化脱氮，氮气和经过好氧区利用后的尾气通过导气管释放；
(2)好氧区与缺氧区顶部通过导流板形成硝化液回流缝，回流动力为好氧区曝气的尾气；
(3)缺氧区与污泥区间通过导流板形成污泥回流缝，回流动力为好氧区曝气形成的负压抽吸；
(4)污泥积聚至污泥区，经泥水分离区的斜向填料进行过滤，与出水稳流区通过出水管进行排水。
综上所述，本发明的有益效果有：
1、本发明能耗更低，装置设计利用流体力学的基本原理，在没有回流泵的情况下，实现硝化液和污泥的回流，节省能耗；
2、本发明在采用了单孔膜曝气器，曝气更加均匀，提高了氧的利用率，减少供气量，节省能耗；
3、本发明采用了泥-膜双***处理污水，泥***的污泥龄控制在5d以内，有利于生物除磷，膜***的污泥龄一般在15d左右(老化生物膜会自动脱落)，有利于硝化反应；
4、本发明将沉淀区叠加于生物反应器上部，减少占地面积，同时本结构减少了对污泥回流比的限制，相同情况可减少回流缝的宽度，减少体积。
附图说明
图1为本实施例的整体结构的示意图；
图2为本实施例的整体结构的上部示意图；
图3为本实施例的中部示意图；
图4为本实施例的底部结构示意图。
附图标记：1、进水管；2、出水管；3、进气管；4、池体；5、布水器；6、布水管；7、硝化液回流缝；8、导气管；9、通风帽；10、导流板；11、污泥回流缝；12、曝气器；13、沉淀池进水导流筒；14、导流筒隔板；15、沉淀池布水区；16、泥水分离区；17、出水稳流区；18、出水堰；19、污泥区；20、缺氧区；21、好氧区；22、反应器池壁；23、中间隔墙。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1：如图1所示，一种自循环高效生物脱氮装置，包括池体，池体材料为钢筋混凝土、防腐碳钢、不锈钢板或塑料板。多种材质的池体材料适用于不用环境与需求。池体形状可为圆柱体、长方体、正方体，导流板俯视形状与池体俯视图形状相配合。本实施例采用圆柱形的池体，俯视图为圆形。
如图1所示，池体从下至上分别排布有好氧区、缺氧区、沉淀池布水区、污泥区、泥水分离区和出水稳流区，好氧区与缺氧区位于同一水平面，好氧区位于缺氧区内部，好氧区与缺氧区间设有竖直的中间隔墙，中间隔墙底部贯穿设有通孔，沉淀池布水区包括位于池体中心的沉淀池进水导流筒，沉淀池进水导流筒底部与好氧区顶部间设有布水器。
如图1、图3所示，布水器为圆形蝶式射流布水器，其材质为玻璃钢、碳钢(防腐)或不锈钢，布水器包括连通池体外部的进水管与多组呈扩散状分布的布水管，各组布水管均穿过中间隔墙，本实施例采用一个进水管和八个布水管，安装于池体正中心，位于好氧区顶部和沉淀池进水导流筒的底部，沉淀池进水导流筒为筛管，其底部紧靠反应器进水布水器5，顶部为实心隔板14，高度为1m。
如图1所示，沉淀池进水导流筒连接有分布于好氧区、厌氧区、污泥区的导流板，导流板用于三相分离与进行回流，导流板包括三段，顶板倾斜设置并分隔沉淀池布水区与好氧区，中段倾斜板分隔沉淀池污泥斗与缺氧区，与水平面夹角55°，中段倾斜板与中间隔墙间设有硝化液回流缝，硝化液回流缝宽度为30cm，材质为玻璃钢、防腐碳钢或不锈钢，构造形式为筛板，空隙率50％。污泥区位于导流板中段倾斜板的上部，竖直段与池体外壁间设有污泥回流缝。
如图1所示，好氧区底部设有用于提供回流动力的曝气器，曝气器采用单孔膜曝气器，安装密度为每平方米36-64个。其布气分管及布水管采用ABS或UPVC塑料硬管；单孔膜曝气器采用ABS制成，由上管夹、下管夹、单孔膜、ABS固定调节支架等组成。曝气器连接有位于池体外部的进气管，曝气器通过曝气的尾气压力实现硝化液回流，曝气器通过曝气形成的负压抽吸实现污泥回流。本实施例设定的最优方案，导流板顶板与水平面夹角设为15°，导流板中段倾斜板与水平面设为夹角55°，导流板竖直段长度设为30cm，与反应器外壁间隙设为3cm。
如图1所示，出水稳流区顶部边缘设有出水堰，出水堰连通有位于池体外的出水管，导流板顶部竖直连接有导气管，导气管定位于池体外部并连接有通风帽，氮气和经过好氧区利用后的尾气通过导气管释放，导气管与通风帽配合，释放反硝化氮气和经过曝气区利用后的尾气，防止反应器产生气阻。污水经过布水器均匀布水至缺氧区，经好氧区底部的曝气器，与好氧区内回流硝化液充分混合，在缺氧区发生反硝化脱氮，好氧区与缺氧区顶部通过导流板形成硝化液回流缝，回流动力为好氧区曝气的尾气，缺氧区与污泥区间通过导流板形成污泥回流缝，回流动力为好氧区曝气形成的负压抽吸，污泥积聚至污泥区，经泥水分离区的斜向填料进行过滤，与出水稳流区通过出水管进行排水，通过独特形状的导流板设计与曝气器的配合，实现无需循环泵的回流，节能减排，优化结构。
如图1、图2、图4所示，好氧区内设有可选材质的悬浮填料，投配比例为50％～70％。可根据不同的水质选用不同的悬浮填料，实施例选用的悬浮填料材质为聚氨酯，比表面积达到20000㎡/m3，投配比例为15％。泥水分离区内设有填料，填料设为斜管或斜板，斜管或斜板的安装角度65°～70°，高度1.0m～1.2m。
一种自循环高效生物脱氮装置的工作方法，包括步骤：
(1)污水经过布水器均匀布水至缺氧区，经好氧区底部的曝气器，与好氧区内回流硝化液充分混合，在缺氧区发生反硝化脱氮，氮气和经过好氧区利用后的尾气通过导气管释放；
(2)好氧区与缺氧区顶部通过导流板形成硝化液回流缝，回流动力为好氧区曝气的尾气；
(3)缺氧区与污泥区间通过导流板形成污泥回流缝，回流动力为好氧区曝气形成的负压抽吸；
(4)污泥积聚至污泥区，经泥水分离区的斜向填料进行过滤，与出水稳流区通过出水管进行排水。
以处理150m3/d生活污水，进水水质CODcr浓度250mg/L，BOD5浓度150mg/L，Nk(凯氏氮)浓度30mg/L，TP浓度5mg/L，TSS浓度250mg/L，碱度SALK浓度280mg/L。冬季水位10℃，夏季水温10℃。处理出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中的一级A标准，即设计出水水质为BOD5≤10mg/L，NH3-N≤5mg/L，TN≤15mg/L，TP≤0.5mg/L为例：
好氧区21填料投配比60％，计算好氧区21填料BOD5负荷1.2kgBOD5/(m3·d)，池容为20m3，满足《室外排水设计规范》(GB 50014-2006 2016版)第6.9.11条推荐的接触氧化工艺同时碳化和硝化时填料的BOD5负荷参考值0.2～2.0kgBOD5/(m3·d)，可以判定本例好氧区21可以满足硝化要求。
缺氧区20按活性污泥法计算，其容积为20m3。
缺氧区20夏季(计算水温25℃)运行参数：污泥浓度为2.5g/L，反硝化负荷为0.045kgNO3-N/(kgMLSS·d)，满足《室外排水设计规范》(GB 50014-2006 2016版)第6.6.18条推荐的反硝化负荷0.044～0.088kg NO3-N/kg MLSS·d，说明可满足反硝化要求。
缺氧区20夏季(计算水温10℃)运行参数：污泥浓度为5.0g/L，反硝化负荷为0.023kgNO3-N/(kgMLSS·d)，满足《室外排水设计规范》(GB 50014-2006 2016版)第6.6.18条推荐的反硝化负荷0.014～0.028kg NO3-N/kg MLSS·d，说明可满足反硝化要求。
污泥浓度可通过调整排泥量调整。
实施例生化反应总容积40m3，比普通A/O工艺减少池容50％。
本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下，还可做出同等变型或替换，这些变形或替换包括沉淀(不论何种形式的沉淀池)+气浮(不论何种形式的气浮池)的所有形式，即先沉淀后气浮。这些同等的变型或替换均包含在本申请专利所限定的思想范围与保护范围内。
Claims (5)
1.一种自循环高效生物脱氮装置，其特征在于：包括池体，所述池体从下至上分别排布有好氧区、缺氧区、沉淀池布水区、污泥区、泥水分离区和出水稳流区，所述好氧区与缺氧区位于同一水平面，所述好氧区位于缺氧区内部，所述好氧区与缺氧区间设有竖直的中间隔墙，所述中间隔墙底部贯穿设有通孔；
所述沉淀池布水区包括位于池体中心的沉淀池进水导流筒，所述沉淀池进水导流筒底部与好氧区顶部间设有布水器，所述布水器为圆形蝶式射流布水器；
所述布水器包括连通池体外部的进水管与多组呈扩散状分布的布水管，各组所述布水管均穿过中间隔墙；
所述沉淀池进水导流筒连接有分布于好氧区、厌氧区、污泥区的导流板，所述导流板用于三相分离与进行回流，所述导流板包括三段，顶板倾斜设置并分隔沉淀池布水区与好氧区，中段倾斜板分隔沉淀池污泥斗与缺氧区，与水平面夹角55°，中段倾斜板与中间隔墙间设有硝化液回流缝，所述污泥区位于导流板中段倾斜板的上部，竖直段与池体外壁间设有污泥回流缝；
所述好氧区底部设有用于提供回流动力的曝气器，所述曝气器连接有位于池体外部的进气管，所述曝气器通过曝气的尾气压力实现硝化液回流，所述曝气器通过曝气形成的负压抽吸实现污泥回流；
所述出水稳流区顶部边缘设有出水堰，所述出水堰连通有位于池体外的出水管，所述导流板顶部竖直连接有导气管，所述导气管定位于池体外部并连接有通风帽；
所述好氧区内设有可选材质的悬浮填料，投配比例为50％～70％；
所述泥水分离区内设有斜管填料或斜板填料。
2.根据权利要求1所述的一种自循环高效生物脱氮装置，其特征在于：所述曝气器采用单孔膜曝气器，安装密度为每平方米36-64个。
3.根据权利要求1所述的一种自循环高效生物脱氮装置，其特征在于：所述池体材料为钢筋混凝土、防腐碳钢、不锈钢板或塑料板。
4.根据权利要求1所述的一种自循环高效生物脱氮装置，其特征在于：所述池体形状可为圆柱体、长方体或正方体，所述导流板俯视形状与池体俯视图形状相配合。
5.一种基于权利要求1-4任一所述的自循环高效生物脱氮装置的工作方法，包括步骤：
(1)污水经过布水器均匀布水至缺氧区，经好氧区底部的曝气器，与好氧区内回流硝化液充分混合，在缺氧区发生反硝化脱氮，氮气和经过好氧区利用后的尾气通过导气管释放；
(2)好氧区与缺氧区顶部通过导流板形成硝化液回流缝，回流动力为好氧区曝气的尾气；
(3)缺氧区与污泥区间通过导流板形成污泥回流缝，回流动力为好氧区曝气形成的负压抽吸；
(4)污泥积聚至污泥区，经泥水分离区的斜向填料进行过滤，与出水稳流区通过出水管进行排水。
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