公布日：2023.05.12
申請日：2022.12.14
分類號：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/00(2023.01)N;C02F7/00(2006.01)N;C02F3/30(2023.01)N
摘要
本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種低溶解氧污水處理系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)包括設(shè)備控制區(qū)、低氧區(qū)、氣提區(qū)、澄清區(qū)和回流區(qū)。污水進入低氧區(qū)，低氧區(qū)內(nèi)布設(shè)曝氣管，鼓風(fēng)機通過曝氣管向低氧區(qū)充氧。低氧區(qū)后端設(shè)置氣提區(qū)，通過空氣提升器將低氧區(qū)后端污水提升至低氧區(qū)前端。污泥混合液經(jīng)過氣提區(qū)后進入澄清區(qū)，上清液自下而上流入上層收水堰，污泥經(jīng)過澄清區(qū)后端的回流泵提升至低氧區(qū)前端。本發(fā)明將低氧區(qū)的溶解氧濃度控制在較低范圍內(nèi)可實現(xiàn)系統(tǒng)同步硝化反硝化，簡化工藝，有效提升原水中碳源利用率，減少碳源投加量。本發(fā)明的系統(tǒng)及方法具有占地面積小、系統(tǒng)運行簡單、自動化程度高和能耗低等特點。
權(quán)利要求書
1.一種低溶解氧污水處理系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包括設(shè)備控制區(qū)、低氧區(qū)、氣提區(qū)、澄清區(qū)和回流區(qū)；所述設(shè)備控制區(qū)包括鼓風(fēng)機、變頻控制裝置和溶氧儀；所述溶氧儀的一端與所述變頻控制裝置連接，所述溶氧儀的另一端設(shè)置于所述低氧區(qū)內(nèi)；所述鼓風(fēng)機的一端與變頻控制裝置連接；所述低氧區(qū)包括低氧區(qū)池體、布水裝置、牽引繩、引導(dǎo)槽、曝氣管、鼓風(fēng)支管、分流閥和進氣管；所述布水裝置設(shè)置于所述低氧區(qū)池體上方，用于為所述低氧區(qū)池體均勻進水；所述引導(dǎo)槽設(shè)置于所述低氧區(qū)池體底部，所述曝氣管設(shè)置于所述引導(dǎo)槽內(nèi)；所述牽引繩的一端與所述低氧區(qū)池體固定連接，所述牽引繩的另一端依次與所述曝氣管、鼓風(fēng)支管、分流閥和進氣管的出氣口連接；所述氣提區(qū)包括氣提區(qū)池體、空氣提升器、氣提風(fēng)管、污水回流管和回流槽；所述空氣提升器設(shè)置于所述氣提區(qū)池體內(nèi)，所述氣提風(fēng)管的出氣口與所述空氣提升器連接，所述空氣提升器用于將所述氣提區(qū)池體內(nèi)的污水通過所述污水回流管送入所述回流槽的進水口，所述回流槽的出水口設(shè)置于所述低氧區(qū)池體前端；所述鼓風(fēng)機的另一端與所述進氣管的進氣口和氣提風(fēng)管的進氣口連接；所述澄清區(qū)包括澄清區(qū)池體、底部進水口、斜管管組和收水堰；所述底部進水口設(shè)置于所述氣提區(qū)和澄清區(qū)之間的池體壁底部；所述收水堰設(shè)置于所述斜管管組上方，所述斜管管組和收水堰用于實現(xiàn)所述澄清區(qū)內(nèi)的污泥混合液的固液分離；所述回流區(qū)與所述澄清區(qū)之間的池體壁底部設(shè)有進泥口；所述回流區(qū)包括回流泵和污泥回流管，所述污泥回流管的一端與所述回流泵連接，所述污泥回流管的另一端與所述回流槽的進水口連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溶解氧污水處理系統(tǒng)，其中，所述布水裝置包括進水管、布水堰和水平調(diào)節(jié)器；所述進水管設(shè)置于所述布水堰上方；所述水平調(diào)節(jié)器用于將所述布水堰水平固定于所述低氧區(qū)內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的低溶解氧污水處理系統(tǒng)，其中，所述布水堰為鋸齒狀不銹鋼布水堰，堰板高度為15-25cm，開口深度為10-20cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溶解氧污水處理系統(tǒng)，其中，所述曝氣管包括單數(shù)曝氣管和雙數(shù)曝氣管；所述鼓風(fēng)支管包括單數(shù)鼓風(fēng)支管和雙數(shù)鼓風(fēng)支管；所述分流閥包括單數(shù)分流閥和雙數(shù)分流閥；所述牽引繩的另一端分別與所述單數(shù)曝氣管的一端和雙數(shù)曝氣管的一端連接；所述單數(shù)曝氣管的另一端依次與單數(shù)鼓風(fēng)支管和單數(shù)分流閥連接；所述雙數(shù)曝氣管的另一端依次與雙數(shù)鼓風(fēng)支管和雙數(shù)分流閥連接；所述單數(shù)分流閥和雙數(shù)分流閥均與所述進氣管的出氣口連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低溶解氧污水處理系統(tǒng)，其中，所述單數(shù)曝氣管和雙數(shù)曝氣管均為PU材質(zhì)的條式軟管，軟管寬度各自獨立的為60-70mm；所述單數(shù)曝氣管和雙數(shù)曝氣管布置間距為5-20cm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溶解氧污水處理系統(tǒng)，其中，所述斜管管組包括多條斜管，各條斜管間的間距為45-55mm，各條斜管的長度為0.5-1.5m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溶解氧污水處理系統(tǒng)，其中，所述澄清區(qū)包括上部清水層和下部污泥層，所述上部清水層的高度為0.5-1m，所述下部污泥層的高度為0.5-1.5m。
8.一種低溶解氧污水處理方法，其特征在于，該方法采用權(quán)利要求1-7中任意一項所述的系統(tǒng)，包括如下步驟：向所述低氧區(qū)池體內(nèi)投加活性污泥；通過所述布水裝置向所述低氧區(qū)池體內(nèi)均勻進水；通過所述設(shè)備控制區(qū)控制所述低氧區(qū)池體內(nèi)的溶解氧濃度；在所述氣提區(qū)，通過氣提作用將進入所述氣提區(qū)池體內(nèi)的污泥混合液通過所述污水回流管回流至所述低氧區(qū)池體前端；在所述澄清區(qū)，利用淺池原理實現(xiàn)污泥混合液的固液分離，得到沉淀污泥和上清液，所述沉淀污泥通過所述進泥口進入所述回流區(qū)，所述上清液通過所述收水堰排出所述系統(tǒng)；在所述回流區(qū)，所述沉淀污泥通過所述回流泵回流至所述低氧區(qū)池體前端。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低溶解氧污水處理方法，其中，所述低氧區(qū)池體內(nèi)的活性污泥濃度為5000mg/l-7000mg/l；所述低氧區(qū)內(nèi)的曝氣管的通氣量為0.5-1m3/m.h，氣泡粒徑為20-50μm，氣泡上升速度為0.3-0.8m/s；通過所述設(shè)備控制區(qū)控制所述低氧區(qū)池體內(nèi)的溶解氧濃度在0.5-1.0mg/l。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的低溶解氧污水處理方法，其中，所述空氣提升器的氣泡粒徑為15-25μm；由所述氣提區(qū)回流至所述低氧區(qū)池體前端的污泥混合液的回流比在20-30倍；所述沉淀污泥通過所述進泥口進入所述回流區(qū)的流速在0.3m/s以上。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種低溶解氧污水處理系統(tǒng)及方法。本發(fā)明將低氧區(qū)的溶解氧濃度控制在較低范圍內(nèi)可實現(xiàn)系統(tǒng)同步硝化反硝化，簡化工藝，有效提升原水中碳源利用率，減少碳源投加量。本發(fā)明的系統(tǒng)及方法具有占地面積小、系統(tǒng)運行簡單、自動化程度高和能耗低等特點。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一方面提供了一種低溶解氧污水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括設(shè)備控制區(qū)、低氧區(qū)、氣提區(qū)、澄清區(qū)和回流區(qū)；
所述設(shè)備控制區(qū)包括鼓風(fēng)機、變頻控制裝置和溶氧儀；所述溶氧儀的一端與所述變頻控制裝置連接，所述溶氧儀的另一端設(shè)置于所述低氧區(qū)內(nèi)；所述鼓風(fēng)機的一端與變頻控制裝置連接；
所述低氧區(qū)包括低氧區(qū)池體、布水裝置、牽引繩、引導(dǎo)槽、曝氣管、鼓風(fēng)支管、分流閥和進氣管；所述布水裝置設(shè)置于所述低氧區(qū)池體上方，用于為所述低氧區(qū)池體均勻進水；所述引導(dǎo)槽設(shè)置于所述低氧區(qū)池體底部，所述曝氣管設(shè)置于所述引導(dǎo)槽內(nèi)；所述牽引繩的一端與所述低氧區(qū)池體固定連接，所述牽引繩的另一端依次與所述曝氣管、鼓風(fēng)支管、分流閥和進氣管的出氣口連接；
所述氣提區(qū)包括氣提區(qū)池體、空氣提升器、氣提風(fēng)管、污水回流管和回流槽；所述空氣提升器設(shè)置于所述氣提區(qū)池體內(nèi)，所述氣提風(fēng)管的出氣口與所述空氣提升器連接，所述空氣提升器用于將所述氣提區(qū)池體內(nèi)的污水通過所述污水回流管送入所述回流槽的進水口，所述回流槽的出水口設(shè)置于所述低氧區(qū)池體前端；
所述鼓風(fēng)機的另一端與所述進氣管的進氣口和氣提風(fēng)管的進氣口連接；
所述澄清區(qū)包括澄清區(qū)池體、底部進水口、斜管管組和收水堰；所述底部進水口設(shè)置于所述氣提區(qū)和澄清區(qū)之間的池體壁底部；所述收水堰設(shè)置于所述斜管管組上方，所述斜管管組和收水堰用于實現(xiàn)所述澄清區(qū)內(nèi)的污泥混合液的固液分離；
所述回流區(qū)與所述澄清區(qū)之間的池體壁底部設(shè)有進泥口；所述回流區(qū)包括回流泵和污泥回流管，所述污泥回流管的一端與所述回流泵連接，所述污泥回流管的另一端與所述回流槽的進水口連接。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，
所述布水裝置包括進水管、布水堰和水平調(diào)節(jié)器；
所述進水管設(shè)置于所述布水堰上方；
所述水平調(diào)節(jié)器用于將所述布水堰水平固定于所述低氧區(qū)內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述布水堰為鋸齒狀不銹鋼布水堰，堰板高度為15-25cm，開口深度為10-20cm。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，
所述曝氣管包括單數(shù)曝氣管和雙數(shù)曝氣管；
所述鼓風(fēng)支管包括單數(shù)鼓風(fēng)支管和雙數(shù)鼓風(fēng)支管；
所述分流閥包括單數(shù)分流閥和雙數(shù)分流閥；
所述牽引繩的另一端分別與所述單數(shù)曝氣管的一端和雙數(shù)曝氣管的一端連接；所述單數(shù)曝氣管的另一端依次與單數(shù)鼓風(fēng)支管和單數(shù)分流閥連接；所述雙數(shù)曝氣管的另一端依次與雙數(shù)鼓風(fēng)支管和雙數(shù)分流閥連接；
所述單數(shù)分流閥和雙數(shù)分流閥均與所述進氣管的出氣口連接。
在本發(fā)明中，作為優(yōu)選方案，正常曝氣時，單數(shù)分流閥和雙數(shù)分流閥均開啟。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述單數(shù)曝氣管和雙數(shù)曝氣管均為PU材質(zhì)的條式軟管，軟管寬度各自獨立的為60-70mm。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述單數(shù)曝氣管和雙數(shù)曝氣管布置間距為5-20cm。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述斜管管組包括多條斜管，各條斜管間的間距為45-55mm，各條斜管的長度為0.5-1.5m。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述澄清區(qū)包括上部清水層和下部污泥層，所述上部清水層的高度為0.5-1m，所述下部污泥層的高度為0.5-1.5m。
本發(fā)明另一方面提供了一種低溶解氧污水處理方法，該方法采用所述的系統(tǒng)，包括如下步驟：
向所述低氧區(qū)池體內(nèi)投加活性污泥；通過所述布水裝置向所述低氧區(qū)池體內(nèi)均勻進水；通過所述設(shè)備控制區(qū)控制所述低氧區(qū)池體內(nèi)的溶解氧濃度；
在所述氣提區(qū)，通過氣提作用將進入所述氣提區(qū)池體內(nèi)的污泥混合液通過所述污水回流管回流至所述低氧區(qū)池體前端；
在所述澄清區(qū)，利用淺池原理實現(xiàn)污泥混合液的固液分離，得到沉淀污泥和上清液，所述沉淀污泥通過所述進泥口進入所述回流區(qū)，所述上清液通過所述收水堰排出所述系統(tǒng)；
在所述回流區(qū)，所述沉淀污泥通過所述回流泵回流至所述低氧區(qū)池體前端。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述低氧區(qū)池體內(nèi)的活性污泥濃度為5000mg/l-7000mg/l。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述低氧區(qū)內(nèi)的曝氣管的通氣量為0.5-1m3/m.h，氣泡粒徑為20-50μm，氣泡上升速度為0.3-0.8m/s。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，通過所述設(shè)備控制區(qū)控制所述低氧區(qū)池體內(nèi)的溶解氧濃度在0.5-1.0mg/l。在本發(fā)明中，所述設(shè)備控制區(qū)的溶氧儀可檢測低氧區(qū)生化系統(tǒng)溶解氧，變頻控制裝置根據(jù)溶解氧濃度計算出鼓風(fēng)機的頻率。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述空氣提升器的氣泡粒徑為15-25μm。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，由所述氣提區(qū)回流至所述低氧區(qū)池體前端的污泥混合液的回流比在20-30倍。在本發(fā)明中，所述空氣提升器采用小氣泡提升方式，空氣提升器的氣泡粒徑為15-25μm的微小氣泡，通過減少混合液的密度，同時依靠氣體浮力作用實現(xiàn)大水量小揚程提升。
根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選地，所述沉淀污泥通過所述進泥口進入所述回流區(qū)的流速在0.3m/s以上。
在本發(fā)明中，污泥混合液通過所述底部進水口后，上清液自下而上經(jīng)過斜管后進入收水堰。
在本發(fā)明中，本發(fā)明的工作原理如下：首先污水經(jīng)過布水裝置實現(xiàn)低氧區(qū)均勻布水。污水進入低氧區(qū)后與低氧區(qū)的活性污泥進行充分的混合。通過溶氧儀在線監(jiān)測低氧區(qū)溶解氧，變頻控制裝置根據(jù)溶氧儀監(jiān)測數(shù)據(jù)和其內(nèi)置程序算法控制鼓風(fēng)機頻率，使得低氧區(qū)溶解氧控制在0.5-1.0mg/l。在低氧區(qū)相鄰兩曝氣管間距10-15cm，且控制低通氣量，這樣就形成了沿整個池體密集分布的、尺寸均一、低速上升的微氣泡群，增大了氣液接觸面積，延長了氣液接觸時間，提高了氧的總轉(zhuǎn)移系數(shù)。由于實行低溶解氧的供氧模式，使氧的傳質(zhì)推動力增大，從而提高了氧在液相中的轉(zhuǎn)移速度。這樣有限的DO可被微生物充分地利用，即液相內(nèi)的表觀為DO濃度可以控制到很低甚至為零�；钚晕勰嘞到y(tǒng)在該條件下發(fā)生同步硝化反硝化，實現(xiàn)污水中COD和TN和氨氮的去除。
低氧區(qū)后端的氣提區(qū)通過空氣提升器實現(xiàn)由后端到前端的污泥回流，回流比在20-30倍。因氣提風(fēng)管和進氣管為統(tǒng)一鼓風(fēng)機供氣，變頻控制裝置可隨來水變化同步調(diào)整曝氣區(qū)供風(fēng)量和循環(huán)流量，有利于均衡污染物負荷，避免需氧量的大幅波動，利于低溶解氧的實時控制。
污水經(jīng)過氣提區(qū)后進入澄清區(qū)，污泥通過重力作用經(jīng)過澄清區(qū)下部的下部污泥層，所述沉淀污泥通過所述進泥口進入所述回流區(qū)的流速在0.3m/s以上，以避免污泥在澄清區(qū)和回流區(qū)淤積及產(chǎn)生厭氧發(fā)酵。上清液經(jīng)過斜管進入上部收水堰，最終實現(xiàn)泥水分離，污水達標排放。澄清區(qū)內(nèi)的斜管，利用淺池原理可有效提升澄清區(qū)的泥水分離效率。
本發(fā)明的技術(shù)方案的有益效果如下：
本發(fā)明的系統(tǒng)對污水濃度變化有很強的適應(yīng)能力，其主要得益于以下兩個設(shè)計：第一，通過布水裝置可實現(xiàn)污水在生化池內(nèi)均勻布水；第二，污水通過低氧區(qū)末端的空氣提升器，將低氧區(qū)末端的污泥混合液升至前端，回流比例在20-30倍，大回流比可迅速將進水稀釋。
本發(fā)明系統(tǒng)的鼓風(fēng)機較常規(guī)污水處理系統(tǒng)的鼓風(fēng)機可節(jié)能40％以上，其主要得益于如下兩個設(shè)計：第一，本發(fā)明系統(tǒng)設(shè)有專有的溶解氧變頻控制裝置，將溶解氧控制在0.5-1.0mg/l。低溶解氧不僅降低了鼓風(fēng)機的能耗，同時可增大同步硝化反硝化的比例，有效的降低碳源的投加量；第二，本發(fā)明系統(tǒng)采用的是特有的PU材質(zhì)曝氣管，與傳統(tǒng)曝氣器相比該曝氣管氣泡粒徑在20-50μm，更小的氣泡粒徑使氣泡在混合液中的上升速度減少一半，停留時間延長一倍，同時更小的氣泡也帶來更大的接觸面積，有效提升氧氣利用率。
本發(fā)明系統(tǒng)占地面積較常規(guī)污水處理系統(tǒng)節(jié)省30％，其主要得益于兩個設(shè)計，第一該系統(tǒng)活性污泥濃度約為5000mg/l-7000mg/l，較常規(guī)活性污泥系統(tǒng)提升60％，單位體積污泥量大，造成低氧區(qū)占地面積�。坏诙�，澄清區(qū)利用淺層原理，增加了斜管設(shè)計，將澄清區(qū)沉淀效率提升50％，進一步減小了澄清區(qū)的占地面積。
本發(fā)明系統(tǒng)有大回流比和低溶解氧的設(shè)置，特別適用于具有如下特點污水：第一，進水TN大于75mg/l,且碳源不足，進水C/N低于4；第二，進水波動較大，COD和氨氮時變化系數(shù)大于2；第三，進水中存在部分工業(yè)水和難降解COD，BOD/COD低于0.3。經(jīng)過本發(fā)明系統(tǒng)處理后出水可穩(wěn)定達到排放標準，個別地區(qū)可直接用于中水回用或者景觀水的再利用。
（發(fā)明人：師路遠;常江;柏永生;王佳偉;蘇博君;趙夢齊;崔保聰）
