公布日：2023.02.24

申請日：2021.08.22

分類號：C02F3/30(2006.01)I

摘要

本發(fā)明專利提出了一種多宮格氧化溝活性污泥法污水處理方法。它的反應(yīng)池、調(diào)節(jié)池和二沉池都由多宮格形兩兩相鄰的垂直宮格組成，各宮格上部是調(diào)節(jié)池，下部是反應(yīng)池；污水按照下向流和上向流交替自流多次循環(huán)方式依次經(jīng)過各垂直宮格，通過循環(huán)泵形成封閉無終端的流渠，并在反應(yīng)池形成推流狀態(tài)。多宮格氧化溝本身可以帶厭氧段，可大大降低除磷成本；循環(huán)泵可根據(jù)調(diào)節(jié)池水位按間歇開啟和關(guān)停方式運行，也更適合小型設(shè)備。采用本專利可以將氧化溝法推廣到最小500升/天的一體化污水處理器。

權(quán)利要求書

1.一種多宮格氧化溝活性污泥法污水處理方法，包括調(diào)節(jié)池、反應(yīng)池和二沉池，其反應(yīng)池內(nèi)配備充氧和推流裝置，其特征是：反應(yīng)池、調(diào)節(jié)池和二沉池由多個兩兩相鄰的垂直宮格組成，二沉池采用上部限速自流出水方式，各垂直宮格在二沉池出水口以上部分為調(diào)節(jié)池，以下部分為反應(yīng)池和二沉池；反應(yīng)池內(nèi)各垂直宮格采用下向流和上向流多次交替方式，水流在循環(huán)泵推動下，在各反應(yīng)池之間循環(huán)流動，形成封閉無終端的循環(huán)流渠。

2.如權(quán)利要求1所述的一種多宮格氧化溝活性污泥法污水處理方法，其特征是：充氧和推流采用微型表曝機進行。

3.如權(quán)利要求1所述的一種多宮格氧化溝活性污泥法污水處理方法，其特征是：充氧和推流采用潛水泵加水射曝氣方式進行。

4.如權(quán)利要求1所述的一種多宮格氧化溝活性污泥法污水處理方法，其特征是：充氧由風(fēng)機和曝氣裝置進行，推流由水泵進行。

5.如權(quán)利要求4所述的一種多宮格氧化溝活性污泥法污水處理方法，其特征是：充氧段安裝有MBR膜。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明專利提出了一種多宮格氧化溝法，包括調(diào)節(jié)池、反應(yīng)池和二沉池，反應(yīng)池內(nèi)配備充氧和推流裝置，其特征是：反應(yīng)池、調(diào)節(jié)池和二沉池由多個兩兩相鄰的垂直宮格組成，二沉池采用上部限速自流出水方式，各垂直宮格在二沉池出水口以上部分為調(diào)節(jié)池，以下部分為反應(yīng)池和二沉池；反應(yīng)池內(nèi)各垂直宮格采用下向流和上向流多次交替方式，形成封閉無終端的循環(huán)流渠。

采用本專利的垂直多宮格形反應(yīng)池，反應(yīng)池內(nèi)各垂直宮格兩兩相鄰，并且分別交替在上部或者底部開有聯(lián)通孔，使污水采用上向流與下向流(或者下向流與向上流)多次交替方式，形成封閉無終端的循環(huán)流渠。污水流經(jīng)的流渠長度相當于反應(yīng)池內(nèi)各垂直宮格的高度之和，一般單個垂直宮格的高寬比都比較大，因此，這種設(shè)計可以使反應(yīng)池具有很大的“長”寬比，可以使反應(yīng)池中的污水整體處于推流狀態(tài)。

由于多宮格的橫截面長寬尺寸都比較小，并且鋼、塑料等結(jié)構(gòu)性材料的親水性一般都比混凝土差很大(由于結(jié)構(gòu)孔隙、材質(zhì)等原因)，因此污水在橫截面上的流速梯度會非常小。據(jù)了解，有關(guān)技術(shù)規(guī)范中，規(guī)定的氧化溝流渠中的平均流速0.3米/秒是根據(jù)大型混凝土結(jié)構(gòu)下防止污泥沉淀的水力學(xué)試驗得出的，稱之為沖淤流速。在采用鋼、塑料等結(jié)構(gòu)性材料，并且橫截面非常小的情況下，這個平均流速可以小得多(據(jù)中國水利水電科學(xué)院水力專家分析，這個平均流速可以降為0.1米/秒以下)，因此對整個氧化溝流渠的長度要求也小得多。

如，我國目前最小的潛污泵370W，其揚程1.5米帶水射器下的流量3立方/小時。如果我們采用市場上現(xiàn)有的九宮格PVC管，其每宮格的橫截面尺寸為5X5cm，則其流速為3/3600/(5*5/10^4)＝0.32米/秒，高于要求的0.1米/秒流速。按循環(huán)周期為10分鐘計算，則所需要的流渠長＝10*60*0.32＝192米；按每宮格管反應(yīng)池高1.5米計算，則需要128格。由此計算多宮格管的體積為128*5*5/10^4*1.5＝0.48立方米。從這個角度看，多宮格氧化溝法可以用于幾乎500升/天的污水處理器。即采用此多宮格氧化溝法，理論上可以設(shè)計的最小污水處理器為500升/天。如果將循環(huán)周期成倍放大，如20、30分鐘等，采用多個曝氣點方式，則其處理量會相應(yīng)放大，其適應(yīng)的處理量沒有上限。

從另一角度看，其循環(huán)次數(shù)(指循環(huán)流量與平均進水流量之比)為3*1000/500*24＝144，高于一般設(shè)計要求。如果按水射曝氣的體積加氣量為30％計算，則每循環(huán)一次的氣水比為0.3，循環(huán)144次的氣水比達到43.2，而一般氧化溝的氣水比為4-8，因此，循環(huán)泵可以采用間歇開啟和關(guān)停方式，并且開停時長比可達1∶(5-10)。為了保證水泵的間歇運行工況，其間歇開啟時的停歇時間不低于30分鐘，則循環(huán)泵的相應(yīng)的運行時長可以設(shè)置為3-6分鐘。

對大一些的設(shè)備，也可以采用鋼制多宮格。由于鋼制多宮格需要考慮焊接和油漆，因此每個宮格的橫截面尺寸一般較大。在這種情況下，要求每個宮格內(nèi)的循環(huán)流速均大于沖淤流速是很困難的。如，為了進行多宮格的焊接和上漆，每個宮格的截面尺寸一般不宜小于50*50厘米，即使按0.1米/秒的沖淤流速計算，其循環(huán)流量＝0.5*0.5*0.1*3600＝90噸/小時。

實際上，為了達到防止污泥淤積的目的，可以將以上要求分解成兩個方面：(1)循環(huán)水在宮格內(nèi)的上、下流速不低于污泥沉降速度6米/小時，以便污泥除水流移動；(2)循環(huán)水在通過宮格底部聯(lián)通孔時速度不低于沖淤速度，以防止沉降在宮格底部的污泥長期沉淀。如果按此要求，所需要的循環(huán)流量就要小得多。

假設(shè)通過底部聯(lián)通孔的沖淤流速為0.3米/秒，則宮格之間的水頭差h≥v2/2g＝0.3^2/2/9.8*1000＝4.6mm；如果有20個宮格，則循環(huán)所需要的水頭差只有不到100mm。因為循環(huán)泵的運行水頭要求非常低，采用一般的潛水泵(揚程一般不低于7米)就很浪費，可以選用污泥回流泵。污泥回流泵是最近研制出來的超低揚程、大流量的污泥泵。

一般二沉池采用高位出水方式。二沉池的自流出水方式一般分為自由自流出水和限量自流出水兩種，前者出水口徑不小于污水處理器的進水口徑，污水處理器一般進水流量與出水流量相同。后者將二沉池的出水設(shè)定為一定流量，如污水處理器的平均流量。本專利采用后者，即采用上部限速自流出水方式。

當一段時間內(nèi)進入反應(yīng)池的污水流量高于該設(shè)定流量時，就會使各垂直宮格內(nèi)的污水水位抬高，污水會自動進入各垂直宮格的調(diào)節(jié)池區(qū)域。因此，可以根據(jù)調(diào)節(jié)池內(nèi)的水位來控制曝氣和推流動力裝置的開啟和關(guān)停。

當一段時間內(nèi)進入反應(yīng)池的污水流量低于設(shè)定流量甚至停止進水時，反應(yīng)池內(nèi)水位會保持穩(wěn)定，污水不會進入調(diào)節(jié)區(qū)內(nèi)。雖然的化溝反應(yīng)池的進水混合比非常大，并且一般將反應(yīng)池的進水口與出水口保持盡可能大的距離，新進入的污水對其出水影響很小，但當持續(xù)時間達到反應(yīng)池的總水力停留時間的接近50％，就有可能新進污水到達出水口。為此，需要設(shè)定一個曝氣和推流動力裝置停止運行的最長期限，當這個時間到達時，即使水位開關(guān)沒有開啟，也要啟動曝氣和推流動力裝置的運行。顯然，這個時間與設(shè)定的出水流量有關(guān)，一般當出水流量設(shè)定為污水處理器的平均流量情況下，這個時間不宜超過反應(yīng)池的總水力停留時間的1/4。實際上，設(shè)定這種最長停機時限也有利于反應(yīng)池內(nèi)菌種的保持，也相當于一種保種運行。

由于二沉池所需要的水力停留時間較長，一般大于一個垂直宮格的水力停留時間，因此，二沉池可以采用多個垂直宮格，或者相當于多個垂直宮格的空間。為了便于二沉池內(nèi)底部污泥抽取，一般以采用一個相當于多個垂直宮格的空間為宜。

曝氣和推流動力裝置可以污泥潛水泵加水射曝氣方式，將潛水泵直接布置在其個垂直宮格中。也可以采用表曝機形式，只是目前市場上還沒有這么小的表曝機。還可以采用曝氣風(fēng)機和循環(huán)泵方式，將曝氣功能與循環(huán)推流功能分享；采用這種方式時，還可以在必要時，在安裝有曝氣裝置的充氧段安裝MBR膜，進一步提高出水水質(zhì)；而在不需要安裝MBR膜時，也不強求將曝氣裝置安裝在宮格的底部，這樣可以降低對曝氣風(fēng)機的壓力要求。

傳統(tǒng)的平面式氧化溝頂部都是敞開的，污水在循環(huán)過程中不斷與空氣混合，因此傳統(tǒng)的氧化溝都難以形成厭氧段；需要除磷時，需要采用化學(xué)除磷或者前置厭氧池并配置污泥回流。多宮格氧化溝可以方便采用頂部封閉或局部密封方式，因此可在氧化溝內(nèi)形成厭氧段，從而在整個氧化溝循環(huán)中實現(xiàn)AAO循環(huán)。因此與傳統(tǒng)氧化溝相比，多宮格氧化溝只需要適當增加氧化溝渠的循環(huán)時間就可以增加除磷效果，其除磷成本比傳統(tǒng)氧化溝低得多。

一般來講，氧化溝對進水要求不高，不需要前置初沉池；所需要的曝氣氣水比也比較低。采用多宮格氧化溝還可以自帶一定的調(diào)節(jié)池，因此適合于地面安裝時提升泵供水，或地埋安裝時，自動調(diào)節(jié)來水流量。還可以省掉AAO法前面的調(diào)節(jié)池和格柵池(可以在多宮格氧化溝的進水宮格設(shè)計成粗格柵池)，因此多宮格氧化溝可以大大節(jié)省配套設(shè)施的投資和占地面積。另一方面，多宮格氧化溝的高寬比大，特別對不需要加MBR膜時，可以采用更高的結(jié)構(gòu)，從而減少氧化溝本身所需要的占地面積�？偟膩砜矗�多宮格氧化溝比傳統(tǒng)氧化溝和AAO的占地面積都要節(jié)省得多。

綜合來看，采用本發(fā)明專利的多宮格氧化溝法，可以將氧化溝法推廣應(yīng)用到最小500升/天的污水處理器，大大降低了氧化溝法的應(yīng)用領(lǐng)域，為農(nóng)村分散污水處理提供了一種新途徑。多宮格氧化溝可以大大降低配套設(shè)施的投資，大大降低污水處理的除磷成本，且可以根據(jù)來水流量自動間歇開啟和關(guān)停，有助于降低運行費用。

（發(fā)明人：孫長貴;姚中貴）