專利名稱：一種城市污水間歇生物處理裝置及其處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種城市污水處理裝置，本發(fā)明還同時涉及利用這種處理裝置對污水進行處理的方法。
背景技術(shù)：
水污染與缺水是我國面臨的嚴(yán)重環(huán)境問題之一。大量的污水直接排放不僅破壞生態(tài)，加劇水荒，還嚴(yán)重地危害著工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)和人類的健康和安全。目前，國內(nèi)外的城市污水普遍采用的是去除有機物，并同時具有脫氮除磷的間歇式活性污泥法工藝，也稱為SBR工藝。所采用的裝置主要由格柵、沉砂池、SBR反應(yīng)池構(gòu)成。格柵處理單元主要去除城市污水中較大的懸浮物和漂浮物，沉砂池處理單元主要去除污水中的無極砂粒，上述處理單元是通過物理原理去除污水中顆粒性物質(zhì)，稱之為城市污水的一級處理。SBR反應(yīng)池為污水生物處理單元，主要去除污水中溶解的、微小懸浮的有機物、氮、磷三類污染物，稱之為城市污水二級處理。SBR操作運行模式分為五個階段，進水、反應(yīng)、沉淀、排放和待機。1、進水工序在污水進入之前，反應(yīng)池處于前一周期的結(jié)束階段，反應(yīng)池內(nèi)剩有高濃度的活性污泥混合液，從污水注入到注滿這一階段，反應(yīng)池起到調(diào)節(jié)池的作用，因此，對于水質(zhì)和水量變化有一定的適應(yīng)性。這一階段，如進水曝氣可起到預(yù)曝氣的作用，使污泥再生恢復(fù)活性；如果要起到脫氮或釋放磷的作用，則應(yīng)進行緩慢攪拌；亦可不進行曝氣和其他操作，單純注水。2、反應(yīng)工序反應(yīng)工序是SBR工藝的最主要工序，降解有機物、脫氮、除磷均在這一工序完成。 當(dāng)污水注滿后，首先開始進行曝氣和攪拌，為SBR缺氧反應(yīng)階段，主要進行的是反硝化菌的反硝化代謝反應(yīng)，有機物降解菌群和除磷菌群的代謝反應(yīng)均受到抑制；首先開始進行SBR 厭氧反應(yīng)階段，主要進行代謝反應(yīng)的是聚磷菌的釋磷代謝反應(yīng)，而降解有機物菌群、脫氮菌群的代謝反應(yīng)均受到抑制；在曝氣一段時間后為SBR好氧反應(yīng)階段，主要進行的是有機物降解菌群的代謝反應(yīng)、硝化菌群的硝化反應(yīng)、聚磷菌的吸磷代謝反應(yīng)，反硝化菌群的代謝反應(yīng)受到抑制，因此，在該池內(nèi)存在硝酸鹽氮的積累。根據(jù)不同時段處理不同的物質(zhì)，進而需要不同的處理辦法，如BOD去除、硝化、磷的吸收，應(yīng)進行曝氣；釋放磷或反硝化應(yīng)進行緩慢攪拌。根據(jù)需要達到的處理程度決定反應(yīng)時間。3、沉淀工序沉淀工序相當(dāng)于二沉池的作用，停止曝氣和攪拌，使混合液處于靜止?fàn)顟B(tài)，完成泥水分離。由于是靜止?fàn)顟B(tài)下沉淀，沉淀效果良好。4、排放工序經(jīng)過沉淀后產(chǎn)生上清液，作為處理水排放，一直排放到最低水位。底部剩余的活性污泥作為回流污泥供下一周期使用。5、待機工序在處理水排放后，反應(yīng)器處于停滯狀態(tài)，等待下一個操作周期的開始。該工序也稱閑置工序，待機時間根據(jù)實際情況確定。城市污水生物處理單元的主要構(gòu)筑物構(gòu)造特點，即SBR反應(yīng)池構(gòu)造特點，反應(yīng)池的結(jié)構(gòu)形式均為長方形，反應(yīng)池內(nèi)混合液液面為自由液面(敞開式)，SBR反應(yīng)池與前后構(gòu)筑物通過管道連接。在SBR反應(yīng)池內(nèi)設(shè)有曝氣裝置、機械攪拌設(shè)備、上清液排水裝置(潷水器)、在池底有排泥裝置等。SBR工藝流程簡單，一般不需要設(shè)調(diào)節(jié)池，可省去初沉池，無二沉池和污泥回流系統(tǒng)，基建費用低，維護管理方便。城市污水生物處理單元的污染物去除的菌種是由降解有機物、脫氮、除磷三類功能菌群構(gòu)成的。降解有機物的菌群為好氧異養(yǎng)菌群，脫氮菌群為好氧自養(yǎng)硝化菌和缺氧反硝化菌，除磷菌群為聚磷菌群。有機物降解及有機物降解功能菌群的生化反應(yīng)環(huán)境對于大分子有機物降解在厭氧(即SBR厭氧階段)和缺氧(即SBR缺氧階段)環(huán)境下，可被一些兼性菌群水解為小分子有機物，在好氧環(huán)境下(即SBR好氧階段)被降解二氧化碳和水等簡單的無機物和合成為細菌的細胞(即剩余活性污泥)，有機物的降解主要發(fā)生在好氧環(huán)境及SBR好氧反應(yīng)階段。氮的去除及脫氮菌群的生化反應(yīng)環(huán)境氮的去除是由自養(yǎng)型硝化和異養(yǎng)型反硝化兩類菌群生化反應(yīng)完成的，硝化菌群在好氧環(huán)境下，即在SBR好氧反應(yīng)階段內(nèi)先后被亞硝化菌和硝化菌將氨氮轉(zhuǎn)化為亞硝酸鹽氮、硝酸鹽氮；然后再在反硝化菌在缺氧環(huán)境下，即 SBR缺氧階段被反硝化菌先后轉(zhuǎn)化亞硝酸氮、氮氣，最終達到脫氮的目的。由于脫氮過程是先硝化后反硝化、反硝化菌屬于異養(yǎng)均，因此SBR工藝上先是缺氧階段，然后是好氧階段。磷的去除和除磷菌群的生化反應(yīng)環(huán)境除磷菌群是一類在厭氧環(huán)境下釋磷，在好氧環(huán)境下過量吸磷的菌群，又稱聚磷菌。除磷過程是在厭氧環(huán)境下，即SBR厭氧階段內(nèi)釋磷，然后在好氧環(huán)境下，即在SBR好氧階段內(nèi)過量的吸收磷，最終以富磷污泥的形式排出系統(tǒng)而達到除磷的目的。SBR厭氧、缺氧、好氧階段內(nèi)各功能菌群的代謝特點在SBR厭氧階段，主要進行代謝反應(yīng)的是聚磷菌的釋磷代謝反應(yīng)，而降解有機物菌群、脫氮菌群的代謝反應(yīng)均受到抑制； 在SBR缺氧階段，主要進行的是反硝化菌的反硝化代謝反應(yīng)，有機物降解菌群和除磷菌群的代謝反應(yīng)均受到抑制；在SBR好氧階段，主要進行的是有機物降解菌群的代謝反應(yīng)、硝化菌群的硝化反應(yīng)、聚磷菌的吸磷代謝反應(yīng)，反硝化菌群的代謝反應(yīng)受到抑制，因此，在該池內(nèi)存在硝酸鹽氮的積累。由于各種功能菌群對代謝環(huán)境的要求不同，在時間存在著代謝反應(yīng)的不連續(xù)，限制了生化反應(yīng)效率的提高。間歇性活性污泥法污水處理工藝的核心處理為SBR反應(yīng)單元，SBR厭氧反應(yīng)階段和SBR缺氧反映階段都需要攪拌機進行污水的混合，消耗大量的動能，其好氧反應(yīng)階段需要大量曝氣，強化溶進大量的氧氣，供好氧微生物降解污水中的有機物，也消耗大量的電能。為了去除大部分有機物質(zhì)，必須經(jīng)過長時間攪拌和曝氣，從而導(dǎo)致整體電能增加，基礎(chǔ)建設(shè)投資和運行費用的增大。在傳統(tǒng)城市污水處理工藝中，產(chǎn)生污泥量約占總處理污水量體積的0. 3%-0. 5%0傳統(tǒng)的污泥處理工藝處理費用昂貴，約占污水處理廠總運行費用的20%-50%,投資占污水處理廠總投資的30% -40%。剩余污泥中可以被轉(zhuǎn)化的有機物只是一些能被溶解的有機物，只占生物污泥總量的20% -30%。由于剩余污泥中的有機物得不到良好的去除，剩余污泥的二次污染機會相當(dāng)大。另外，由于剩余污泥含水量大，處理成本高。在全國現(xiàn)有污水處理設(shè)施中有污泥穩(wěn)定處理設(shè)置的還不到25%，處理工藝和配套設(shè)備較為完善的不到10%。 在我國目前僅有的十幾座污泥消化池中，能夠正常運行的為數(shù)不多，有些消化池根本就沒有運行。某些地方的污水雖然得到了有效治理，但污泥卻沒有得到妥善處理和處置，造成了二次污染。污泥的處理已經(jīng)成為了制約污水處理廠良好運行的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對城市污水處理的生物處理單元，提出一種在曝氣的作用下實現(xiàn)缺氧、 厭氧、好氧環(huán)境共存，有機物降解、脫氮、除磷同時進行的城市污水間歇生物處理裝置。本發(fā)明同時還提出了利用這種裝置對城市污水進行處理的方法。本發(fā)明裝置由格柵、沉砂池、多菌群反應(yīng)池構(gòu)成，格柵、沉砂池、多菌群反應(yīng)池依次連接，其中格柵、沉砂池與現(xiàn)有工藝中的設(shè)計及運行方法一致。多菌群反應(yīng)池由池體、蓋板、護板和曝氣擴散裝置構(gòu)成，池體是槽形體，其后端開有排水孔和排泥孔，池體左右寬度為4 6米，高度為4. 5 6米，池體頂端的右側(cè)裝有蓋板，形成池體的非自由液面，蓋板與池體左側(cè)壁之間有寬度為0. 8 1. 5米的間隙，為自由液面，自由液面周圍有向上的護板，護板高度為1. 0 1. 5米，形成廢氣收集廊道，廢氣可從沿池長的某處由排氣管引出，排水孔高度是池體高度的二分之一至四分之三，排泥孔在池體底部，沿池體長度方向在池體內(nèi)的底部安裝有曝氣擴散裝置，曝氣擴散裝置距池底 0. 1 0. 5米，距右側(cè)壁0. 2 0. 5米，曝氣擴散裝置的長度與池體長度相同曝氣擴散裝置是管壁上有向下的均勻布孔的管體，管體的內(nèi)直徑為0. 1 0. 2米， 孔的直徑為3 9毫米，孔間距為10 50毫米。處理方法由以下步驟完成1、將城市污水通過格柵截留污水中大的懸浮物和漂浮物后進入沉砂池，去除污水中比重大的沙粒完成污水的一級處理，然后進入多菌群反應(yīng)池。2、空氣通過多菌群反應(yīng)池的曝氣擴散裝置，被空氣分割為小氣泡進入反應(yīng)池體， 氣泡首先上升到池體非自由液面頂部，受到蓋板的阻擋，然后水平流動至反應(yīng)池自由液面頂部溢出液面，有一部分小氣泡在水流的作用下，沒有溢出液面，而是隨水流在混合液中滯留，在曝氣的作用下，反應(yīng)池中心區(qū)域為厭氧區(qū)，向外為缺氧區(qū)，最外緣為好氧區(qū)，厭氧區(qū)、 缺氧區(qū)、好氧區(qū)的范圍變化隨曝氣量而變化，曝氣量增大時，好氧區(qū)范圍增大，缺氧區(qū)、厭氧區(qū)的范圍依次減小，反之，曝氣量減小時，好氧區(qū)范圍減小，缺氧區(qū)、厭氧區(qū)的范圍依次增大，再試運行階段根據(jù)水質(zhì)情況通過調(diào)整曝氣量獲得最佳運行參數(shù)，曝氣量值為3 8米3 空氣/米3污水，曝氣時間為4-7小時。3、停止曝氣，使多菌群反應(yīng)池處于靜沉階段，靜沉?xí)r間為1-2小時，進行高效泥水分離；并在沉淀后排出反應(yīng)池內(nèi)1/3-1/2的水，再將多余污泥通過池底部排泥泵排出池外。其中曝氣量優(yōu)選值為5 6米3空氣/米3污水，曝氣時間為5-6小時。多種功能菌群連續(xù)代謝的城市污水處理工藝，因生化反應(yīng)池的特殊結(jié)構(gòu)形式及生化反應(yīng)特點，因此具有以下優(yōu)點(1)池體頂部大部分處于非自由液面，無超高，池體有效容積增大。多菌群反應(yīng)池具有三個處理區(qū)域好氧區(qū)、缺氧區(qū)和厭氧區(qū)(如圖幻。三個區(qū)域在同一個反應(yīng)池內(nèi)，對污水進行三個不同階段的處理，城市污水通過多菌群反應(yīng)池底部曝氣在反應(yīng)池內(nèi)形成水流循環(huán)，通過不同的區(qū)域進行不同的階段處理，有機物可以通過缺氧區(qū)和厭氧區(qū)轉(zhuǎn)化成為小分子物質(zhì)或被厭氧微生物所里要哪個，明顯改善城市污水的生物降解性，大大提供了反應(yīng)池的效率，也大大減少反應(yīng)池的數(shù)量，減少反應(yīng)池占地面積，而且也減少厭氧區(qū)和缺氧區(qū)的電能消耗，依靠反應(yīng)池內(nèi)水流流動進行攪拌，減少基礎(chǔ)建設(shè)投資和運行費用；(2)城市污水在多菌群反應(yīng)池內(nèi)要通過三個區(qū)域，進而行程變長，加大處理的時間，處理效果更好；(3)當(dāng)曝氣的氣泡達到反應(yīng)池頂部，由于出氣廊道在另一面，會在反應(yīng)池的頂部進行前進，進而達到出氣廊道，這樣就使得氣泡在污水中滯留時間變長，使得好氧微生物得到更多的氧量，加大氧的利用率，使好氧菌加大消化有機物的效果；(4)減少亞硝化的時間，普通的活性污泥法亞硝化為NH4+-N02--N03--N02--N2 ；多菌群反應(yīng)池亞硝化為nh4+-NO2_-& ；減少傳統(tǒng)活性污泥法的硝化液回流，使得亞硝化時間縮短，并且在一個反應(yīng)池內(nèi)完成亞硝化過程，減少動能和基礎(chǔ)投資建設(shè)。本發(fā)明可以有效的去除城市污水中的有機物、氮和磷，其出水水質(zhì)要遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)的城市污水處理方法。這些水可以作為多種水源，如冷卻、綠化、景觀用水等，甚至可以通過進一步深度處理，可以作為飲用水的補充水源。這樣，城市污水不但不會再污染環(huán)境，反而會解決我國日益嚴(yán)重的水資源短缺問題，有效地為城市提供二次水源。


圖1為污水處理系統(tǒng)圖；圖2為多菌群反應(yīng)池剖視圖；圖3為多菌群反應(yīng)池爆氣過程示意圖。
具體實施例方式例1、本發(fā)明裝置由格柵1、沉砂池2、多菌群反應(yīng)池3構(gòu)成，格柵、沉砂池、多菌群反應(yīng)池依次連接，多菌群反應(yīng)池3由池體4、蓋板5、護板6和曝氣擴散裝置7構(gòu)成，池體4是槽形體，其后端開有排水孔8和排泥孔9，池體4左右寬度為5米，高度為5. 5米，池體4頂端的右側(cè)裝有蓋板5，形成池體的非自由液面，蓋板5與池體4左側(cè)壁之間有寬度為1米的間隙，為自由液面，自由液面周圍有向上的護板6，護板6高度為1. 2米，形成廢氣收集廊道， 廢氣可從沿池長的某處由排氣管引出，排水孔8高度是池體4高度的二分之一至四分之三， 排泥孔9在池體4底部，沿池體4長度方向在池體4內(nèi)的底部安裝有曝氣擴散裝置7，曝氣擴散裝置7距池底0. 3米，距右側(cè)壁0. 4米，曝氣擴散裝置7的長度與池體4長度相同，曝氣擴散裝置7是管壁上有向下的均勻布孔的管體，管體的內(nèi)直徑為0. 15米，孔的直徑為6 毫米，孔間距為30毫米。例2、本發(fā)明裝置由格柵1、沉砂池2、多菌群反應(yīng)池3構(gòu)成，格柵、沉砂池、多菌群反應(yīng)池依次連接，多菌群反應(yīng)池3由池體4、蓋板5、護板6和曝氣擴散裝置7構(gòu)成，池體4是槽形體，其后端開有排水孔8和排泥孔9，池體4左右寬度為6米，高度為4. 5米，池體4頂端的右側(cè)裝有蓋板5，形成池體的非自由液面，蓋板5與池體4左側(cè)壁之間有寬度為1. 5米的間隙，為自由液面，自由液面周圍有向上的護板6，護板6高度為1米，形成廢氣收集廊道， 廢氣可從沿池長的某處由排氣管引出，排水孔8高度是池體4高度的二分之一至四分之三， 排泥孔9在池體4底部，沿池體4長度方向在池體4內(nèi)的底部安裝有曝氣擴散裝置7，曝氣擴散裝置7距池底0. 1米，距右側(cè)壁0. 5米，曝氣擴散裝置7的長度與池體4長度相同，曝氣擴散裝置7是管壁上有向下的均勻布孔的管體，管體的內(nèi)直徑為0. 2米，孔的直徑為9毫米，孔間距為50毫米。例3、本發(fā)明裝置由格柵1、沉砂池2、多菌群反應(yīng)池3構(gòu)成，格柵、沉砂池、多菌群反應(yīng)池依次連接，多菌群反應(yīng)池3由池體4、蓋板5、護板6和曝氣擴散裝置7構(gòu)成，池體4是槽形體，其后端開有排水孔8和排泥孔9，池體4左右寬度為4米，高度為6米，池體4頂端的右側(cè)裝有蓋板5，形成池體的非自由液面，蓋板5與池體4左側(cè)壁之間有寬度為0. 8米的間隙，為自由液面，自由液面周圍有向上的護板6，護板6高度為1.5米，形成廢氣收集廊道， 廢氣可從沿池長的某處由排氣管引出，排水孔8高度是池體4高度的二分之一至四分之三， 排泥孔9在池體4底部，沿池體4長度方向在池體4內(nèi)的底部安裝有曝氣擴散裝置7，曝氣擴散裝置7距池底0. 5米，距右側(cè)壁0. 2米，曝氣擴散裝置7的長度與池體4長度相同，曝氣擴散裝置7是管壁上有向下的均勻布孔的管體，管體的內(nèi)直徑為0. 1米，孔的直徑為3毫米，孔間距為10毫米。例4、處理方法是將城市污水通過格柵截留污水中大的懸浮物和漂浮物后進入沉砂池，去除污水中比重大的沙粒完成污水的一級處理，然后進入多菌群反應(yīng)池；空氣通過多菌群反應(yīng)池的曝氣擴散裝置，被空氣分割為小氣泡進入反應(yīng)池體，氣泡首先上升到池體非自由液面頂部，受到蓋板的阻擋，然后水平流動至反應(yīng)池自由液面頂部溢出液面，有一部分小氣泡在水流的作用下，沒有溢出液面，而是隨水流在混合液中滯留，在曝氣的作用下，反應(yīng)池中心區(qū)域為厭氧區(qū)，向外為缺氧區(qū)，最外緣為好氧區(qū)，其中曝氣量值為5米3空氣/米3 污水，曝氣時間為6小時；停止曝氣，使多菌群反應(yīng)池處于靜沉階段，靜沉?xí)r間為1-2小時， 進行高效泥水分離；并在沉淀后排出反應(yīng)池內(nèi)1/2的水，再將多余污泥通過池底部排泥泵排出池外。例5、處理方法同例4，其中曝氣量值為3米3空氣/米3污水，曝氣時間為7小時。例6、處理方法同例4，其中曝氣量值為8米3空氣/米3污水，曝氣時間為4小時。
權(quán)利要求
1.一種城市污水間歇生物處理裝置，包括格柵和沉砂池，其特征在于沉砂池連接多菌群反應(yīng)池，多菌群反應(yīng)池由池體、蓋板、護板和曝氣擴散裝置構(gòu)成，池體是槽形體，其后端開有排水孔和排泥孔，池體左右寬度為4 6米，高度為4. 5 6米，池體頂端的右側(cè)裝有蓋板，形成池體的非自由液面，蓋板與池體左側(cè)壁之間有寬度為0. 8 1. 5米的間隙，為自由液面，自由液面周圍有向上的護板，護板高度為1. 0 1. 5米，排水孔高度是池體高度的二分之一至四分之三，排泥孔在池體底部，沿池體長度方向在池體內(nèi)的底部安裝有曝氣擴散裝置，曝氣擴散裝置距池底0. 1 0. 5米，距右側(cè)壁0. 2 0. 5米，曝氣擴散裝置的長度與池體長度相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的處理裝置，其特征在于曝氣擴散裝置是管壁上有向下的均勻布孔的管體，管體的內(nèi)直徑為0. 1 0. 2米，孔的直徑為3 9毫米，孔間距為10 50毫米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的城市污水間歇生物處理方法，由以下步驟完成(1)將城市污水通過格柵截留污水中大的懸浮物和漂浮物后進入沉砂池，去除污水中比重大的沙粒完成污水的一級處理，然后進入多菌群反應(yīng)池；(2)空氣通過多菌群反應(yīng)池的曝氣擴散裝置，被空氣分割為小氣泡進入反應(yīng)池體，氣泡首先上升到池體非自由液面頂部，受到蓋板的阻擋，然后水平流動至反應(yīng)池自由液面頂部溢出液面，有一部分小氣泡在水流的作用下，沒有溢出液面，而是隨水流在混合液中滯留， 在曝氣的作用下，將反應(yīng)池中心區(qū)域為厭氧區(qū)，向外為缺氧區(qū)，最外緣為好氧區(qū)，曝氣量值為3 8米3空氣/米3污水，曝氣時間為4-7小時；(3)停止曝氣，使多菌群反應(yīng)池處于靜沉階段，靜沉?xí)r間為1-2小時，進行高效泥水分離；并在沉淀后排出反應(yīng)池內(nèi)1/3-1/2的水，再將多余污泥通過池底部排泥泵排出池外。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的城市污水間歇生物處理方法，其特征在于曝氣量值為5 6 米3空氣/米3污水，曝氣時間為5-6小時。
全文摘要
一種城市污水間歇生物處理裝置及其處理方法，屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明裝置由格柵、沉砂池和多菌群反應(yīng)池依次連接構(gòu)成，其中多菌群反應(yīng)池由池體、蓋板、護板和曝氣擴散裝置構(gòu)成，池體頂端的右側(cè)裝有蓋板，蓋板與池體左側(cè)壁之間有間隙，并有向上的護板，沿池體長度方向在池體內(nèi)的底部安裝有曝氣擴散裝置。其處理方法是經(jīng)過格柵和沉砂池對污水預(yù)處理，再進入多菌群反應(yīng)池進行厭氧、缺氧及好氧同時處理。本發(fā)明處理污水效果好，基礎(chǔ)建設(shè)投資和運行費用低。
文檔編號C02F3/30GK102180544SQ20101026601
公開日2011年9月14日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月30日
發(fā)明者任慶凱, 周國東, 姜博, 田曦, 邊德軍 申請人:吉林省博嘉水質(zhì)技術(shù)服務(wù)有限公司, 吉林省高科工業(yè)工程有限公司, 長春工程學(xué)院