CN111807567B - 一种高效碳源捕获的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高效碳源捕获的装置和方法，适用于污水资源化领域，包括捕获反应池，所述捕获反应池的上部外壁设置有进水***，所述进水***的旁侧连通有混凝区，所述混凝区与设置于捕获反应池下部的澄清区相通，所述捕获反应池内腔上部设置有大孔基材捕获区，所述大孔基材捕获区与出水***相连接。通过该装置和方法避免了活性污泥对于COD的吸收同化，也降低了污泥处理方面的能耗。

Description

一种高效碳源捕获的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种高效碳源捕获的装置和方法，适用于污水资源化领域。
背景技术
随着我国经济社会高速发展和城市化进程的快速推进，污水产生量不断增加，污水处理设施规模快速扩大。传统活性污泥法能耗高、碳排放量大、能源资源回收利用效果差的缺陷逐渐成为制约污水处理行业实现碳减排的主要瓶颈。从实际运行的角度上，传统工艺的曝气过程、剩余污泥的处理处置过程等能耗较高，增加了运行成本，同时污水中富含的碳源、氮、磷等资源则随着处理而废弃。环境领域的研究者们逐渐将注意力转移到符合人类可持续发展理念的新型污水处理工艺开发中，污水新型资源化能源化处理技术成为当前和未来一个阶段的重大技术需求和研究前沿。
传统活性污泥污水处理工艺的碳源捕获大多采用高负荷活性污泥法，水力停留时间30 min以下，泥龄在1d以下，溶解氧在1mg/L以下，对颗粒性、胶体及部分溶解性有机物（以生化需氧量COD计）实现快速吸附浓缩。通过这种方式可以对水中的COD实现一定程度的捕获回收，但是也存在很多的问题：COD经过或活性污泥的吸附之后，一方面相当部分的COD已经被吸收同化，限制了碳源的回收效率；另一方面活性污泥的处理，如破碎、热解等技术也会消耗大量的能量，对技术的要求也比较高。
以德国斯泰因霍夫污水处理厂为例，该厂将剩余污泥作为其碳源回收和利用的对象，通过厌氧消化产甲烷的方式回收污水中蕴含的能量，达到资源化的目的。剩余污泥所携带的COD约为进水的15%-25%，在资源化过程中还有5%以上的COD被浪费，实际上进水中被能源化的COD只有不到20%。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高效碳源捕获的装置和方法，通过该装置和方法避免了活性污泥对于COD的吸收同化，也降低了污泥处理方面的能耗。
本发明的技术方案在于：一种高效碳源捕获的装置，包括捕获反应池，所述捕获反应池的上部外壁设置有进水***，所述进水***的旁侧连通有混凝区，所述混凝区与设置于捕获反应池下部的澄清区相通，所述捕获反应池内腔上部设置有大孔基材捕获区，所述大孔基材捕获区与出水***相连接。
进一步地，所述进水***包括进水槽，所述进水槽上部设置有进水管并安装有进水泵，进水槽经单向阀与混凝区相连通。
进一步地，所述混凝区包括混凝池，所述混凝池的上部设置有加药管并安装有加药泵，混凝池内设置有搅拌器，混凝池的下部侧壁设置有与捕获反应池相通的开口。
进一步地，所述捕获反应池内竖向设置有将澄清区分隔为下部相连通的一宽一窄两个部分的挡板，窄部形成沉淀区，宽部形成颗粒浮动床。
进一步地，所述捕获反应池并位于颗粒浮动床一侧的侧壁上沿垂直方向间隔设置有排水口。
进一步地，所述大孔基材捕获区设置于颗粒浮动床的上侧，大孔基材捕获区设置有由大孔基材制成的分离装置，所述分离装置与出水***相连接。
进一步地，所述出水***包括与分离装置上端相连接的出水管，所述出水管上设置有出水泵并安装有压力计。
一种高效碳源捕获方法，包括高效碳源捕获的装置，步骤如下：
（1）开启进水***，使污水进入混凝区；
（2）打开搅拌器和加药泵，在混凝区内将污水和混凝剂进行充分混合，之后进入沉淀区；
（3）打开出水泵，经过颗粒浮动床之后的污水经大孔基材分离装置分离之后由出水泵抽吸出水；
（4）打开设置于沉淀区下部的放空阀，将捕获的碳源排出，进行回收利用。
所述混凝区的搅拌速度为80-100 r/min、水力停留时间为5-20 min，澄清区水力停留时间为0.5-3 h。
当颗粒浮动床的体积达到澄清区体积的80%-100%时，打开排水口，将颗粒浮动床以及底部捕获的碳源进行排出收集，使颗粒浮动床的体积减少至澄清区体积的20%；
当出水压力达到25-30 kPa时，将大孔基材捕获装置取出清洗。
与现有技术相比较，本发明具有以下优点：
1. 本发明采用物理方法对污水中的COD实现混凝网捕，即采用混凝沉淀、颗粒浮动床网捕和大孔基材分离三者结合的方式，对污水中的细小悬浮物和胶体物质进行高效的拦截，既避免了活性污泥对于COD的吸收同化，也降低了污泥处理方面的能耗，对技术的需求也比较低。
2. 本发明使用物理方法对污水中的COD实现混凝网捕，减少了传统生物捕获方法对于COD的消耗，以及对COD进行能源化处理时对于微生物的预处理（如破壁等）的能耗。
附图说明
图1为本发明高效碳源捕获装置的结构示意图；
图2为本发明高效碳源捕获方法的步骤流程图；
图中：1-进水***；11-进水泵；12-进水槽；13-进水管；14-单向阀；2-混凝区；21-混凝池；22-加药管；23-加药泵；24-搅拌器；25-开口；3-澄清区；31-挡板；32-沉淀区；33-颗粒浮动床；34-排水口；4-大孔基材捕获区；41-分离装置；5-出水***；51-出水管；52-出水泵；53-压力计；6-捕获反应池。
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更浅显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。
参考图1和图2
一种高效碳源捕获的装置，包括捕获反应池6，所述捕获反应池的上部外壁设置有进水***1，所述进水***的旁侧连通有混凝区2，所述混凝区与设置于捕获反应池下部的澄清区3相通，所述捕获反应池内腔上部设置有大孔基材捕获区4，所述大孔基材捕获区与出水***5相连接。
本实施例中，为了控制污水的输入，所述进水***包括进水槽12，所述进水槽上部设置有进水管13并安装有进水泵11，进水槽的中部侧壁经单向阀14与混凝区相连通。
本实施例中，为了便于药剂的加入，所述混凝区包括混凝池21，所述混凝池的上部设置有加药管22并安装有加药泵23，混凝池内设置有搅拌器24，混凝池的下部侧壁设置有与捕获反应池相通的开口25。
本实施例中，所述捕获反应池内竖向设置有将澄清区分隔为下部相连通的一宽一窄两个部分的挡板31，窄部形成沉淀区32并与混凝池的开口相连通，以便碳源进行沉淀；宽部通过升流形成颗粒浮动床33，以便污水通过颗粒浮动床后进入大孔基材捕获区。
本实施例中，所述捕获反应池并位于颗粒浮动床一侧的侧壁上沿垂直方向间隔设置有排水口34，便于判断颗粒浮动床的形成情况以及将捕获的碳源排出。
本实施例中，所述大孔基材捕获区设置于颗粒浮动床的上侧，大孔基材捕获区设置有由大孔基材制成的分离装置41，所述分离装置与出水***相连接。
本实施例中，为了便于将水排出，所述出水***包括与分离装置上端相连接的出水管51，所述出水管上设置有出水泵52并安装有压力计53。
一种高效碳源捕获方法，包括高效碳源捕获的装置，步骤如下：
（1）开启进水***，使污水进入混凝区；
（2）打开搅拌器和加药泵，在混凝区内将污水和混凝剂进行充分混合，之后进入沉淀区；混凝区的搅拌速度为80-100 r/min、水力停留时间为5-20 min，澄清区水力停留时间为0.5-3 h；
（3）打开出水泵，经过颗粒浮动床之后的污水经大孔基材分离装置分离之后由出水泵抽吸出水；当出水压力达到25-30 kPa时，将大孔基材捕获装置取出清洗；
（4）当颗粒浮动床的体积达到澄清区体积的80%-100%时，打开排水口，将颗粒浮动床以及底部捕获的碳源进行排出收集，使颗粒浮动床的体积减少至澄清区体积的20%。
实施例一 使用聚合氯化铝PAC作为混凝剂（加药浓度300 mg/L），并通过加药泵送入混凝区，污水在经过进水区进入混凝区之后，开启搅拌器，搅拌速度80 r/min，水力停留时间6 min，进入澄清区；澄清区水力停留时间3h，进入大孔基材捕获区，流量750 L/d。该工艺处理南方某城市火车站粪便废水，进水COD浓度2100-4500 mg/L，总氮浓度600-800 mg/L，总磷浓度50-150 mg/L；处理后出水COD浓度980-1700 mg/L，总氮浓度500-650 mg/L，总磷浓度10-25 mg/L，回收碳源浓度为8000-13000 mg/L。
实施例二 使用聚合硫酸PFS作为混凝剂（加药浓度20 mg/L），污水经过进水区进入混凝区之后，搅拌速度100 r/min，水力停留时间6 min，进入澄清区，澄清区水力停留时间1h，进入大孔基材捕获区，流量2.2 t/d。该工艺处理南方某城市生活污水，进水COD浓度220-400 mg/L，总氮浓度40-80 mg/L，总磷浓度8-15 mg/L；处理后出水COD浓度100-200mg/L，总氮浓度30-65 mg/L，总磷浓度1-2.5 mg/L，回收碳源浓度为500-1200 mg/L。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的高效碳源捕获的装置和方法并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (1)

1.一种高效碳源捕获方法，包括一种高效碳源捕获的装置，一种高效碳源捕获的装置包括捕获反应池，所述捕获反应池的上部外壁设置有进水***，所述进水***的旁侧连通有混凝区，所述混凝区与设置于捕获反应池下部的澄清区相通，所述捕获反应池内腔上部设置有大孔基材捕获区，所述大孔基材捕获区与出水***相连接；所述进水***包括进水槽，所述进水槽上部设置有进水管并安装有进水泵，进水槽经单向阀与混凝区相连通；所述混凝区包括混凝池，所述混凝池的上部设置有加药管并安装有加药泵，混凝池内设置有搅拌器，混凝池的下部侧壁设置有与捕获反应池相通的开口；所述捕获反应池内竖向设置有将澄清区分隔为下部相连通的一宽一窄两个部分的挡板，窄部形成沉淀区并与混凝池的开口相连通，宽部通过升流形成颗粒浮动床；所述捕获反应池并位于颗粒浮动床一侧的侧壁上沿垂直方向间隔设置有排水口；所述大孔基材捕获区设置于颗粒浮动床的上侧，大孔基材捕获区设置有由大孔基材制成的分离装置，所述分离装置与出水***相连接；所述出水***包括与分离装置上端相连接的出水管，所述出水管上设置有出水泵并安装有压力计，其特征在于，步骤如下：
（1）开启进水***，使污水进入混凝区；所述混凝区的搅拌速度为80-100 r/min、水力停留时间为5-20 min，澄清区水力停留时间为0.5-3h；
（2）打开搅拌器和加药泵，在混凝区内将污水和混凝剂进行充分混合，之后进入沉淀区；
（3）打开出水泵，经过颗粒浮动床之后的污水经大孔基材分离装置分离之后由出水泵抽吸出水；当出水压力达到25-30 kPa时，将大孔基材捕获装置取出清洗；
（4）当颗粒浮动床的体积达到澄清区体积的80%-100%时，打开排水口，将颗粒浮动床以及底部捕获的碳源进行排出收集，使颗粒浮动床的体积减少至澄清区体积的20%；打开设置于沉淀区下部的放空阀，将捕获的碳源排出，进行回收利用。
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