CN112125400B - 一种缺氧好氧交互式反应装置及反应方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水处理的技术领域，更具体地，涉及一种缺氧好氧交互式反应装置，包括池体以及连接于池体底部的进水管、连接于池体上部的出水管，所述池体内部设有反应区、缺氧活性污泥区和好氧活性污泥区，所述缺氧活性污泥区与好氧活性污泥区之间设有隔墙，所述隔墙活动连接有可选择连通反应区与缺氧活性污泥区或连通反应区与好氧活性污泥区的旋转板。本发明的捕捉吸附碳源过程、硝化过程及反硝化过程通过控制旋转板转动控制反应装置进入不同的反应过程，利用污水中原有碳源对硝化后的污水进行反硝化脱氮，具有较好的脱氮效果；且无需回流污泥、硝化与反硝化污泥独立运行，互不影响，设备简单，操作简便。

Description

一种缺氧好氧交互式反应装置及反应方法

技术领域

本发明涉及水处理的技术领域，更具体地，涉及一种缺氧好氧交互式反应装置及反应方法。

背景技术

水体富营养化问题是一个全球性的问题，水体富营养化使得水体的使用功能、美学效果和养殖功能都大幅度下降甚至丧失，严重时引发的藻毒素等物质还会对人类健康直接造成损害，氮、磷的过量排放是水体富营养化的主要原因。随着近年来环保要求的不断提高，对城市污水处理厂出水的要求越发严格，提标改造成为各污水处理厂越来越迫切的要求。但由于原水中的碳源不足，导致出水的总氮很难被有效控制。在应对有机物浓度较低、相对较高的城市污水时，污水厂大多采用补充外来碳源的办法，以满足生物的需求；对于需要提标升级的城市污水，药剂和碳源的增加会增加运营成本。

中国专利CN200910116556.6公开了一种前置反硝化脱氮生物滤池污水处理集成工艺，由缺氧反硝化生物滤池和好氧硝化生物滤池串联组合而成，含有有机物和氨氮的污水先与回流到进水端来的部分好氧硝化生物滤池出水混合，然后共同首先经过缺氧反硝化生物滤池，缺氧反硝化生物滤池中附着生长在生物陶粒上的反硝化菌利用污水中的有机物作为碳源，将来自于好氧硝化生物滤池回流水中的硝酸盐氮还原为氮气，从而实现脱氮的功能。然而，上述方案中硝化与反硝化装置虽独立运行，但两者之间通过管道串联连接，需要通过污泥回流实现硝化与反硝化，设备复杂，制造成本高，且设备占地面积大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种缺氧好氧交互式反应装置，硝化与反硝化独立运行，互不影响，无需污泥回流。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种缺氧好氧交互式反应装置，包括池体以及连接于池体底部的进水管、连接于池体上部的出水管，所述池体内部设有反应区、缺氧活性污泥区和好氧活性污泥区，所述缺氧活性污泥区与好氧活性污泥区之间设有隔墙，所述隔墙活动连接有可选择连通反应区与缺氧活性污泥区或连通反应区与好氧活性污泥区的旋转板。

本发明的缺氧好氧交互式反应装置，起初，反应区与缺氧活性污泥区连通，原水与缺氧活性污泥区内的活性污泥混合，原水中的碳源被充分吸收捕捉，在池体内部水位达到最高液位且池体内污水与污泥充分混合后，静置沉淀，污水中污泥下沉并下滑至缺氧活性污泥区；利用污水本身碳源用于硝化后污水的反硝化，可有效改善污水的脱氮效果；随后旋转板旋转，反应区与好氧活性污泥区连通，好氧活性污泥区和反应区处于好氧状态，污水中剩余的有机物进一步降解，氨氮被氧化转换为硝态氮，污泥沉淀滑落至好氧活性污泥区；旋转板再次旋转，反应区与缺氧活性污泥区连通，池内污水处于反硝化状态，对硝化后的污水进行反硝化脱氮，反硝化阶段完成后，污泥沉淀并滑落至缺氧活性污泥区。本发明充分利用污水中原有的碳源，对硝化后污水进行反硝化脱氮，且本发明硝化与反硝化污泥独立运行、互不影响，无需回流污泥，设备简单，操作便捷。

进一步地，所述缺氧活性污泥区底部设有潜水搅拌器，所述好氧活性污泥区底部设有曝气管或曝气头。

进一步地，所述进水管连通于缺氧活性污泥区的底部，所述出水管与反应区连通。

进一步地，所述出水管设有排水阀门。

进一步地，所述反应区与缺氧活性污泥区分界处设有第一隔板，所述反应区与好氧活性污泥区分界处设有第二隔板。

进一步地，所述隔墙设于池体中部，所述第一隔板、第二隔板对称设于隔墙两侧；所述第一隔板、第二隔板、旋转板的两端面与池体内壁贴合。

进一步地，所述旋转板的一端与隔墙铰接，所述旋转板的另一端可与第一隔板或第二隔板搭接。

进一步地，所述旋转板与第一隔板或第二隔板搭接形成斜面，所述斜面池壁间设有可容下沉污泥下滑的夹角。

进一步地，所述旋转板与隔墙的铰接处设有铰接轴，所述铰接轴的端部连接有驱动组件，所述驱动组件安装于池体外壁。

进一步地，所述驱动组件为步进电机，所述步进电机的旋转角度为所述夹角的两倍。

本发明还提供了一种缺氧好氧交互式反应方法，包括以下步骤：

S10.进水混合过程：旋转板与第二隔板搭接，原水进入缺氧活性污泥区，启动潜水搅拌器，原水在不断进入的同时，与缺氧活性污泥区的活性污泥充分混合，原水中碳源被充分吸收捕捉，在池体内液位达到设定液位时，停止进水，保持潜水搅拌器搅拌工作；

S20.静置沉淀过程：停止潜水搅拌器静置，污泥发生泥水分离，下沉至旋转板与第二隔板表面的污泥沿着斜面下滑至缺氧活性污泥区；

S30.硝化过程：转动旋转板至旋转板与第一隔板搭接，缺氧活性污泥区密封，好氧活性污泥区与反应区连通；开启曝气管，好氧活性污泥区与反应区处于好氧状态，污水中剩余的有机物得到降解，氨氮氧化转换成硝态氮；

S40.静置沉淀过程：污泥发生泥水分离，下沉至旋转板与第一隔板表面的污泥沿着斜面下滑至好氧活性污泥区；

S50.反硝化过程：转动旋转板至旋转板与第二隔板搭接，好氧活性污泥区密封，缺氧活性污泥区与反应区连通，启动潜水搅拌器，缺氧活性污泥区与反应区内污水进行反硝化；

S60.静置沉淀过程：停止潜水搅拌器静置，污泥发生泥水分离，下沉至旋转板与第二隔板表面的污泥沿着斜面下滑至缺氧活性污泥区；

S70.打开出水管的排水阀门，池体内部上层清液排出，完成一个处理周期；

S80.循环步骤S10～S70，实现污水的连续处理。

本发明的缺氧好氧交互式反应方法，利用污水中原有碳源对硝化后的污水进行反硝化脱氮，具有较好的脱氮效果；且无需回流污泥、硝化与反硝化污泥独立运行，互不影响。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的缺氧好氧交互式反应装置及反应方法，捕捉吸附碳源过程、硝化过程及反硝化过程通过控制旋转板转动控制反应装置进入不同的反应过程，利用污水中原有碳源对硝化后的污水进行反硝化脱氮，具有较好的脱氮效果；且无需回流污泥、硝化与反硝化污泥独立运行，互不影响，设备简单，操作简便。

附图说明

图1为本发明的缺氧好氧交互式反应装置的立体图；

图2为本发明的缺氧好氧交互式反应装置的俯视图；

图3为本发明的缺氧好氧交互式反应装置的结构示意图；

附图中：1-池体；2-进水管；3-出水管；4-反应区；5-缺氧活性污泥区；6-好氧活性污泥区；7-隔墙；8-旋转板；9-潜水搅拌器；10-曝气管；11-第一隔板；12-第二隔板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一

如图1至图3所示为本发明的缺氧好氧交互式反应装置的实施例，包括池体1以及连接于池体1底部的进水管2、连接于池体1上部的出水管3，池体1内部设有反应区4、缺氧活性污泥区5和好氧活性污泥区6，缺氧活性污泥区5与好氧活性污泥区6之间设有隔墙7，隔墙7活动连接有可选择连通反应区4与缺氧活性污泥区5或连通反应区4与好氧活性污泥区6的旋转板8。其中，缺氧活性污泥区5内有缺氧活性污泥，好氧活性污泥区6内有好氧活性污泥。

本实施例实施时：起初，反应区4与缺氧活性污泥区5连通，原水与缺氧活性污泥区5内的活性污泥混合，原水中的碳源被充分吸收捕捉，在池体1内部水位达到最高液位且池体1内污水与污泥充分混合后，静置沉淀，污水中污泥下沉并下滑至缺氧活性污泥区5；随后旋转板8旋转，反应区4与好氧活性污泥区6连通，好氧活性污泥区6和反应区4处于好氧状态，污水中剩余的有机物进一步降解，氨氮被氧化转换为硝态氮，污泥沉淀滑落至好氧活性污泥区6；旋转板8再次旋转，反应区4与缺氧活性污泥区5连通，池内污水处于反硝化状态，对硝化后的污水进行反硝化脱氮，反硝化阶段完成后，污泥沉淀并滑落至缺氧活性污泥区5。

可见，本实施例中，缺氧活性污泥区5进行有捕捉碳源和反硝化的过程，好氧活性污泥区6进行有硝化的过程，在缺氧活性污泥区5可安装相应的反硝化组件，反硝化组件可采用本领域中现有的反硝化组件；在好氧活性污泥区6可安装相应的硝化组件，硝化组件可采用本领域中现有的硝化组件。

在其中一个实施例中，缺氧活性污泥区5底部设有潜水搅拌器9，好氧活性污泥区6底部设有曝气管10或曝气头，其他如曝气管10、曝气头这样能够产生氧气的氧气发生组件也可适用于本发明。潜水搅拌器9可为一组，也可根据池体1的容积设置为多组；潜水搅拌器9设置在缺氧活性污泥区5底部是为了获得充分的混合效果，但并不作为本发明的限制性规定，本实施例可根据池体1的容积及应用需求设置潜水搅拌器9的位置和数量；在潜水搅拌器9的搅拌作用下，缺氧活性污泥可充分吸收捕捉原水中的碳源，在反硝化过程中，可使得硝化后的污水充分脱氮。在好氧活性污泥区6，曝气管10或曝气头产生氧气，氧气从池体1底部上浮，好氧活性污泥区6和反应区4处于好氧状态，污水中剩余的有机物可得到进一步降解，氨氮被氧化转换成硝态氮。

在其中一个实施例中，进水管2连通于缺氧活性污泥区5的底部，出水管3与反应区4连通。进水管2的位置设置决定原水流入的位置，出水管3的位置设置决定流出的位置，进水管2和出水管3的位置设置也由污水处理各过程的顺序决定。本实施例中，进水管2和出水管3的位置设置满足捕捉吸附碳源—硝化—反硝化的处理工序的要求。另外，本实施例中，进水管2与缺氧活性污泥区5的底部连通，从池体1的底部进水，便于缺氧活性污泥充分捕捉吸附原水中的碳源；出水管3与池体1的上部连通，处理后污水会出现泥水分离现象，污泥下沉，池体1上部则为上清液，将上清液排出。为了更好地控制进水和排水过程，本实施例可在进水管2设置进水阀门、在出水管3处设置排水阀门：在进水达到最高液位时，停止进水；在原水经历捕捉吸附碳源—硝化—反硝化过程后，打开排水阀门，池体1内的上清液被排出，但进水阀门和出水阀门的设置并不作为本发明的限制性规定。

在其中一个实施例中，反应区4与缺氧活性污泥区5分界处设有第一隔板11，反应区4与好氧活性污泥区6分界处设有第二隔板12。其中，旋转板8的一端与隔墙7铰接，旋转板8的另一端可与第一隔板11或第二隔板12搭接。在不设置第一隔板11、第二隔板12时，通过设置旋转板8的尺寸使得的旋转板8的端部可与池体1的内壁接触，如此便可实现转动旋转板8切换反应区4与缺氧活化污泥区的连通、反应区4与好氧活化污泥区的连通。但直接采用旋转板8控制连通通道，存在诸多不便，如：旋转板8面积较大，转动时易导致池体1内部污水的扰动；旋转板8端部直接与池体1内壁接触，接触处易堆积污泥及易发生漏水现象。因而，本实施例中，设置第一隔板11和第二隔板12，减小旋转板8的面积，避免污泥积累和漏水现象发生。具体地，旋转板8的地面可直接搭接在第一隔板11或第二隔板12表面，也可设置旋转板8、第一隔板11、第二隔板12的结构使得在旋转板8与第一隔板11、第二隔板12搭接时，旋转板8与第一隔板11、第二隔板12的表面形成平滑的斜面以便于下沉污泥的顺利下滑。另外，本实施例中第一隔板11、第二隔板12均倾斜设置，旋转板8与第一隔板11或第二隔板12搭接形成斜面，斜面池壁间设有可容下沉污泥在自身重力作用下下滑的夹角。

在其中一个实施例中，隔墙7设于池体1中部，第一隔板11、第二隔板12对称设于隔墙7两侧；第一隔板11、第二隔板12、旋转板8的两端面与池体1内壁贴合。本实施例中，隔墙7位于池体1的中面处，第一隔板11与第二隔板12尺寸相同、对称设置在隔墙7两侧；在旋转板8与第一隔板11搭接时，反应区4与好氧活性污泥区6连通，缺氧活性污泥区5密封；而在旋转板8与第二隔板12搭接时，反应区4与缺氧活性污泥区5连通，好氧活性污泥区6密封。为确保缺氧活性污泥区5、好氧活性污泥区6的密封，避免缺氧活性污泥区5、好氧活性污泥区6之间相互干涉，本实施例可在旋转板8与池体1内壁接触处设置密封结构。

在其中一个实施例中，旋转板8与隔墙7的铰接处设有铰接轴，铰接轴的端部连接有驱动组件，驱动组件安装于池体1外壁。驱动组件的输出端穿过池体1壁与铰接轴连接，或铰接轴穿过池体1壁与驱动组件的输出端连接，但为防止池体1漏液，本实施例在铰接轴或输出端与池体1的穿接处可设置密封结构。本实施例中，驱动组件为步进电机，步进电机的旋转角度为夹角的两倍。步进电机的旋转角度为夹角的两倍，在工作行程的上限与下限，刚好转动旋转板8分别与第一隔板11、第二隔板12搭接；本实施例对步进电机的转动速度也应相应限制，应减小旋转板8的转动速度避免旋转板8在转动过程中搅起污泥。

采用本实施例的缺氧好氧交互式反应装置对污水进行处理：

装置处理水量4吨/天，原水COD浓度为107mg/L，氨氮浓度为12mg/L，总氮浓度为17mg/L，总磷浓度为5mg/L；装置运行周期为5h，在不投加絮凝剂的情况下，装置运行稳定30天后，出水氨氮平均浓度为0.3mg/L，出水总氮平均浓度为8mg/L，与常规的A2O工艺相比，在不增加碳源的情况下，总氮去除率提高17％～24％。

实施例二

本实施例为实施例一中缺氧好氧交互式反应装置的应用方法的实施例，包括以下步骤：

S10.进水混合过程：旋转板8与第二隔板12搭接，原水进入缺氧活性污泥区5，启动潜水搅拌器9，原水在不断进入的同时，与缺氧活性污泥区5的活性污泥充分混合，原水中碳源被充分吸收捕捉，在池体1内液位达到设定液位时，停止进水，保持潜水搅拌器9搅拌工作；

其中，进水可由进水阀门控制，出水可由出水阀门控制，进水阀门与出水阀门可与控制器连接实现进水与出水的自动化控制。在池体1内设置液位计监测池体液位，液位计与控制器连接将监测的液位信息上传至控制器作为控制器控制潜水搅拌器9工作的输入信号。

S20.静置沉淀过程：停止潜水搅拌器9静置，污泥发生泥水分离，下沉至旋转板8与第二隔板12表面的污泥沿着斜面下滑至缺氧活性污泥区5；静置时间可事先设定，并由控制器在间隔时间后自动控制旋转板旋转；

其中，旋转板由步进电机驱动、与控制器连接；可通过控制器设置步进电机的旋转角度和旋转速度，设置旋转角度使得步进电机每一次工作即可将旋转板由与第一隔板11搭接转向至与第二隔板12搭接、或由与第二隔板12搭接转向至与第一隔板11搭接，设置旋转速度避免旋转板8在转动过程中搅起污泥；

S30.硝化过程：转动旋转板8至旋转板8与第一隔板11搭接，缺氧活性污泥区5密封，好氧活性污泥区6与反应区4连通；开启曝气管10，好氧活性污泥区6与反应区4处于好氧状态，污水中剩余的有机物得到降解，氨氮氧化转换成硝态氮；

S40.静置沉淀过程：污泥发生泥水分离，下沉至旋转板8与第一隔板11表面的污泥沿着斜面下滑至好氧活性污泥区6；静置时间可事先设定，并由控制器在间隔时间后自动控制旋转板旋转；

S50.反硝化过程：转动旋转板8至旋转板8与第二隔板12搭接，好氧活性污泥区6密封，缺氧活性污泥区5与反应区4连通，启动潜水搅拌器9，缺氧活性污泥区5与反应区4内污水进行反硝化；

S60.静置沉淀过程：停止潜水搅拌器9静置，污泥发生泥水分离，下沉至旋转板8与第二隔板12表面的污泥沿着斜面下滑至缺氧活性污泥区5；静置时间可事先设定，并由控制器在间隔时间后自动控制排水阀门开启；

S70.打开出水管3的排水阀门，池体1内部上层清液排出，完成一个处理周期；

S80.循环步骤S10～S70，实现污水的连续处理。

按照上述方法对污水进行处理：

装置处理水量4吨/天，原水COD浓度为107mg/L，氨氮浓度为12mg/L，总氮浓度为17mg/L，总磷浓度为5mg/L；装置运行周期为5h，在不投加絮凝剂的情况下，装置运行稳定30天后，出水氨氮平均浓度为0.3mg/L，出水总氮平均浓度为8mg/L，与常规的A2O工艺相比，在不增加碳源的情况下，总氮去除率提高17％～24％。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种缺氧好氧交互式反应装置，其特征在于，包括池体（1）以及连接于池体（1）底部的进水管（2）、连接于池体（1）上部的出水管（3），所述池体（1）内部设有反应区（4）、缺氧活性污泥区（5）和好氧活性污泥区（6），所述缺氧活性污泥区（5）与好氧活性污泥区（6）之间设有隔墙（7），所述隔墙（7）活动连接有可选择连通反应区（4）与缺氧活性污泥区（5）或连通反应区（4）与好氧活性污泥区（6）的旋转板（8）；所述反应区（4）与缺氧活性污泥区（5）分界处设有第一隔板（11），所述反应区（4）与好氧活性污泥区（6）分界处设有第二隔板（12）；所述隔墙（7）设于池体（1）中部，所述第一隔板（11）、第二隔板（12）对称设于隔墙（7）两侧；所述第一隔板（11）、第二隔板（12）、旋转板（8）的两端面与池体（1）内壁贴合；所述旋转板（8）的一端与隔墙（7）铰接，所述旋转板（8）的另一端与第一隔板（11）或第二隔板（12）搭接；所述旋转板（8）与第一隔板（11）或第二隔板（12）搭接形成斜面，所述斜面池壁间设有可容下沉污泥下滑的夹角；所述进水管（2）连通于缺氧活性污泥区（5）的底部，所述出水管（3）与反应区（4）连通；所述出水管（3）设有排水阀门，所述进水管（2）设有进水阀门。

2.根据权利要求1所述的缺氧好氧交互式反应装置，其特征在于，所述缺氧活性污泥区（5）底部设有潜水搅拌器（9），所述好氧活性污泥区（6）底部设有曝气管（10）或曝气头。

3.根据权利要求1所述的缺氧好氧交互式反应装置，其特征在于，所述旋转板（8）与隔墙（7）的铰接处设有铰接轴，所述铰接轴的端部连接有驱动组件，所述驱动组件安装于池体（1）外壁。

4.根据权利要求3所述的缺氧好氧交互式反应装置，其特征在于，所述驱动组件为步进电机，所述步进电机的旋转角度为所述夹角的两倍。

5.一种基于权利要求1至4任一项所述的缺氧好氧交互式反应装置的反应方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10. 进水混合过程：旋转板（8）与第二隔板（12）搭接，原水进入缺氧活性污泥区（5），启动潜水搅拌器（9），原水在不断进入的同时，与缺氧活性污泥区（5）的活性污泥充分混合，原水中碳源被充分吸收捕捉，在池体（1）内液位达到设定液位时，停止进水，保持潜水搅拌器（9）搅拌工作；

S20. 静置沉淀过程：停止潜水搅拌器（9）静置，污泥发生泥水分离，下沉至旋转板（8）与第二隔板（12）表面的污泥沿着斜面下滑至缺氧活性污泥区（5）；

S30. 硝化过程：转动旋转板（8）至旋转板（8）与第一隔板（11）搭接，缺氧活性污泥区（5）密封，好氧活性污泥区（6）与反应区（4）连通；开启曝气管（10），好氧活性污泥区（6）与反应区（4）处于好氧状态，污水中剩余的有机物得到降解，氨氮氧化转换成硝态氮；

S40. 静置沉淀过程：污泥发生泥水分离，下沉至旋转板（8）与第一隔板（11）表面的污泥沿着斜面下滑至好氧活性污泥区（6）；

S50. 反硝化过程：转动旋转板（8）至旋转板（8）与第二隔板（12）搭接，好氧活性污泥区（6）密封，缺氧活性污泥区（5）与反应区（4）连通，启动潜水搅拌器（9），缺氧活性污泥区（5）与反应区（4）内污水进行反硝化；

S60. 静置沉淀过程：停止潜水搅拌器（9）静置，污泥发生泥水分离，下沉至旋转板（8）与第二隔板（12）表面的污泥沿着斜面下滑至缺氧活性污泥区（5）；

S70. 打开出水管（3）的排水阀门，池体（1）内部上层清液排出，完成一个处理周期；

S80. 循环步骤S10~S70，实现污水的连续处理。