推流式豎向雙循環工藝處理城市汙水的裝置及方法與流程
2023-09-23 05:33:50
本發明屬於汙水生物處理技術領域，具體涉及一種推流式豎向雙循環工藝處理城市汙水的裝置，本發明還涉及一種推流式豎向雙循環工藝處理城市汙水的方法。
背景技術：
隨著社會發展和城市化進程的加快，城市汙水排放量日益增加。據統計，僅2014年一季度我國城鎮汙水處理廠累計建成3622座，日處理汙水能力1.53×108m3，運行負荷率達79.9％。而城市汙水處理是一個高耗能產業，資料顯示城市汙水處理廠平均電耗值達到0.285kWh/m3，總電量消耗佔據汙水廠運行費用的60％，所以降低汙水處理能耗可以有效減少汙水處理廠的運營成本，提高資金的利用效率。
國內外的城市汙水處理主要採用活性汙泥法，針對汙水中氮磷含量高，汙水處理廠多數採用A2/O工藝，其核心是厭氧反應池、缺氧反應池、好氧反應池，佔地面積較大。其中好氧反應池需要大量的曝氣，以供好氧微生物降解水中的有機物。據統計，汙水廠中核心生化處理單元耗電量佔整個工藝的50％-70％，主要集中在鼓風機、攪拌器和內外回流泵上，此處的內外回流泵作用是回流硝化液和汙泥。活性汙泥法中，曝氣能耗約佔總能耗的55.6％。
傳統連續流工藝處理城市汙水的流程如圖1所示，城市汙水從原水水箱1通過恆流泵2.1把汙水穩定送入有效容積為168L的傳統反應器1中，其外連接空氣壓縮機2.6，轉子流量計2.7；曝氣池出水依靠高度差進入豎流式沉澱池3，沉澱後出水經溢流堰3.1流出，沉澱池內設有排泥口3.2，汙泥經回流泵3.3回流至曝氣池曝氣頭2.4附近。
傳統曝氣方式多採用水平布置，曝氣器分散在曝氣池底部，氣泡由曝氣器出口開始上升，上升高度即為曝氣器與水面的距離，路程相對較短，與汙水接觸的時間有限。因此存在氧轉移效率較低，汙水與氣泡接觸不充分等限制，同時流程較為複雜、內循環系統較多、投資和運行費用高，處理後的汙水中氨氮等含量仍然較高。
技術實現要素：
為實現上述目的，本發明提供一種推流式豎向雙循環工藝處理城市汙水的裝置，解決了現有技術中流程複雜、氨氮含量高、曝氣能耗高的問題。
本發明還提供了一種推流式豎向雙循環工藝處理城市汙水的方法。
本發明所採用的技術方案是，推流式豎向雙循環工藝處理城市汙水的裝置，包括依次連接設置的城市生活汙水水箱、推流式豎向雙循環曝氣池、豎流式沉澱池，所述推流式豎向雙循環曝氣池出水口通過管道與豎流式沉澱池頂部中心進水口相連接，所述城市生活汙水水箱與推流式豎向雙循環曝氣池的底部進水口相連接，所述城市生活汙水水箱與推流式豎向雙循環曝氣池的底部進水口之間設置有進水泵所述推流式豎向雙循環曝氣池底部進水口設置有進水管，所述進水管一側設置有汙泥回流管，所述汙泥回流管與豎流式沉澱池底部連通且汙泥回流管上設置有汙泥回流泵，所述推流式豎向雙循環曝氣池底部均勻設置有多個曝氣管，多個所述曝氣管尾端延伸至推流式豎向雙循環曝氣池外與空氣泵連接，多個所述曝氣管與空氣泵之間設置有氣體流量計，所述推流式豎向雙循環曝氣池中部設置有水平的導流板，所述導流板位於進水口一側的前端封閉，所述導流板位於出水口一側的末端與推流式豎向雙循環曝氣池內壁之間具有空隙，所述空隙內插有溫度和溶解氧探頭，所述溫度和溶解氧探頭延伸至推流式豎向雙循環曝氣池頂部外。
本發明的特徵還在於，
進一步地，所述豎流式沉澱池上方一側設置有溢流堰，所述豎流式沉澱池底部設置有排泥管。
進一步地，所述導流板的下表面設置有多個向上的三角形凹槽。
進一步地，所述空隙長度為推流式豎向雙循環曝氣池總長度的1/7。
本發明所採用的另一種技術方案是，推流式豎向雙循環工藝處理城市汙水的方法，具體按照以下步驟進行：
步驟1，配置汙泥
推流式豎向雙循環曝氣池汙泥來源於城市汙水處理廠曝氣池，配製汙泥濃度在3000-4000mg/L的汙泥進行接種，悶曝2天後開始進水，進水量每天逐次增加使微生物逐漸適用，啟動階段結束，試驗啟動運行時間在1周左右；
步驟2，曝氣準備
連續流運行控制參數，反應器內汙泥濃度為3000-4000mg/L，同時開始連續曝氣，溶解氧濃度控制在2.0-3.0mg/L，水力停留時間為12h，汙泥回流比為100％；
步驟3，曝氣過程
空氣進入推流式豎向雙循環曝氣池後，被曝氣管分割成小氣泡開始上升，遇導流板阻擋沿著導流板橫向運動，此時氣泡帶動液體上升，受阻擋後反射先下運動，進而形成循環流動，液體與氣泡接觸充分區域形成高氧區，中心及下部區域為低氧區；氣泡運動至導流板末端後從空隙沿豎直方向上升，受到推流式豎向雙循環曝氣池頂部蓋板的阻擋，同樣沿著蓋板橫向運動，帶動水流與固體填料區充分接觸，因此形成了外圍溶解氧濃度相對較高的中氧區及中心和底部的低氧區，最後氣體從出口逃逸出水面；
在上述氣泡運動過程中，同時開始推流式豎向雙循環曝氣池的進水口一側進水，水流呈推流形式向推流式豎向雙循環曝氣池末端運動，因此，氣泡在水平面上受到液體推流的帶動作用，在切面上受導流板的阻擋形成上下兩個方向的循環流動作用，在此兩個方向上的共同作用下，構成了推流式豎向雙循環反應；
在導流板與推流式豎向雙循環曝氣池底部之間溶解氧濃度自中心向外圍逐漸升高，有機物降解主要發生在高氧區域，對於小分子有機物可以直接在此氧化成二氧化碳和水；對於分子結構複雜、難於生物降解的有機物可以在中氧或低氧區域完成酸化水解後被輸送至此，繼續完成氧化過程；缺氧和中氧區域的存在，為微生物反硝化提供了有利的條件，硝態氮和亞硝態氮可以在缺氧和中氧區域被反硝化去除，提高了曝氣池同步硝化反硝化效率。
本發明的有益效果是：
(1)城市汙水通過推流式豎向雙循環曝氣池底部進入，沿水流運動方向單側曝氣，氣泡受擋板的阻擋形成水流循環，在結構上形成底部導流板以下區域，中心為低溶解氧，外圍高氧區；兩導流板之間區域為低溶解氧區，外側為中溶解氧區。在同一推流式豎向雙循環曝氣池中形成的二個低溶解氧區，一個中氧區和一個高氧區。同時氣泡受進水推流作用，沿推流式豎向雙循環曝氣池水平方向，向出水方向運動，形成了循環推流運動。推流式豎向雙循環曝氣池內微生物種類豐富，底部汙泥受水流循環流動的衝擊，提高了反應池的利用率5％-10％，減少了反應池的數量，減小反應池佔地面積，降低了能源消耗，依靠推流式豎向雙循環曝氣池內水流流動進行攪拌，大大縮減了基建費用和運行費用。
(2)由曝氣管噴出的氣泡，經第一個導流板阻擋，先豎向運動再橫向運動，溢出後再受第二塊導流板的阻擋，再經過一次豎向運動和橫向運動，同時在進水推流的作用下沿反應器水平方向運動，最後逃逸出水面。所以反應器的結構使氣泡在汙水中的滯留時間較長，行程增長，這使好氧微生物得到了更多的氧量，加大了氧的利用率，有機物去除率提高5％-10％，氨氮去除率提高10％-20％，總氮去除率提高20％-30％。
(3)普通的活性汙泥法在曝氣池內全程硝化反硝化較低，由於在曝氣池內存在多個不同溶解氧梯度的區域，因此創造了一定的全程同步硝化反硝化條件，強化了汙水中的有機物、氮、磷等的同步去除能力，相比傳統曝氣池同步硝化反硝化率提高10％-20％，同時無需硝化液回流過程，減少了基建投資和運行費用。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1是傳統連續流工藝處理城市汙水的流程圖；
圖2是本發明推流式豎向雙循環工藝處理城市汙水的裝置結構示意圖；
圖3是本發明推流式豎向雙循環工藝處理城市汙水的裝置的縱向示意圖。
圖中，1.城市生活汙水水箱，2.推流式豎向雙循環曝氣池，3.豎流式沉澱池；
21.進水泵，22.進水管，23.溫度和溶解氧探頭，24.導流板，25.曝氣管，26.汙泥回流管，27.空氣泵，28.氣體流量計；
31.溢流堰，32.排泥管，33.汙泥回流泵。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
本發明推流式豎向雙循環工藝處理城市汙水的裝置，如圖2所示，包括依次連接設置的城市生活汙水水箱1、推流式豎向雙循環曝氣池2、豎流式沉澱池3，所述推流式豎向雙循環曝氣池2頂部出水口通過管道與豎流式沉澱池3頂部中心進水口相連接，所述城市生活汙水水箱1與推流式豎向雙循環曝氣池2的底部進水口相連接，所述城市生活汙水水箱1與推流式豎向雙循環曝氣池2的底部進水口之間設置有進水泵21所述推流式豎向雙循環曝氣池2底部進水口設置有進水管22，所述進水管22一側設置有汙泥回流管26，所述汙泥回流管26與豎流式沉澱池3底部連通且汙泥回流管26上設置有汙泥回流泵33，所述推流式豎向雙循環曝氣池2底部均勻設置有多個曝氣管25，多個所述曝氣管25尾端延伸至推流式豎向雙循環曝氣池2外與空氣泵27連接，多個所述曝氣管25與空氣泵27之間設置有氣體流量計28，所述推流式豎向雙循環曝氣池2中部設置有水平的導流板24，所述導流板24位於進水口一側的前端封閉，所述導流板24位於出水口一側的末端與推流式豎向雙循環曝氣池2內壁之間具有空隙，空隙長度根據實際曝氣量設定，要求滿足上升氣泡及水流能夠從空隙處流暢運動，不存在集氣現象。所述空隙內插有溫度和溶解氧探頭23，所述溫度和溶解氧探頭23延伸至推流式豎向雙循環曝氣池2頂部外。
所述豎流式沉澱池3上方一側設置有溢流堰31，所述豎流式沉澱池3底部設置有排泥管32。
所述導流板24的下表面設置有多個向上的三角形凹槽。
所述空隙長度為推流式豎向雙循環曝氣池2總長度的1/7。
本發明推流式豎向雙循環工藝處理城市汙水的方法，如圖3所示，具體按照以下步驟進行：
步驟1，配置汙泥
推流式豎向雙循環曝氣池2汙泥來源於城市汙水處理廠曝氣池，配製汙泥濃度在3000-4000mg/L的汙泥進行接種，接近現有汙水廠曝氣池汙泥濃度，便於進行升級改造,悶曝2天後開始進水，進水量每天逐次增加使微生物逐漸適用，準備時間在1周左右；
步驟2，曝氣準備
推流式豎向雙循環曝氣池2內汙泥濃度為3000-4000mg/L後，同時開始連續曝氣，溶解氧濃度控制在2.0-3.0mg/L，水力停留時間為12h，汙泥回流比為100％；
步驟3，曝氣過程
空氣進入推流式豎向雙循環曝氣池2後，被曝氣管25分割成小氣泡開始上升，遇導流板24阻擋沿著導流板橫向運動，此時氣泡帶動液體上升，受阻擋後反射先下運動，進而形成循環流動，液體與氣泡接觸充分區域形成高氧區，中心及下部區域為低氧區；氣泡運動至導流板24末端後從空隙沿豎直方向上升，受到推流式豎向雙循環曝氣池2頂部蓋板的阻擋，同樣沿著蓋板橫向運動，帶動水流與固體填料區29充分接觸，因此形成了外圍溶解氧濃度相對較高的中氧區及中心和底部的低氧區，最後氣體從出口逃逸出水面；
在上述氣泡運動過程中，同時開始推流式豎向雙循環曝氣池2的進水口一側進水，水流呈推流形式向推流式豎向雙循環曝氣池2末端運動，因此，氣泡在水平面上受到液體推流的帶動作用，在切面上受導流板24的阻擋形成上下兩個方向的循環流動作用，在此兩個方向上的共同作用下，構成了推流式豎向雙循環反應；
在導流板24與推流式豎向雙循環曝氣池2底部之間溶解氧濃度自中心向外圍逐漸升高，有機物降解主要發生在高氧區域，對於小分子有機物可以直接在此氧化成二氧化碳和水；對於分子結構複雜、難於生物降解的有機物可以在中氧或低氧區域完成酸化水解後被輸送至此，繼續完成氧化過程；缺氧和中氧區域的存在，為微生物反硝化提供了有利的條件，硝態氮和亞硝態氮可以在缺氧和中氧區域被反硝化去除，提高了曝氣池同步硝化反硝化效率。
本發明推流式豎向雙循環工藝處理城市汙水的方法，城市汙水從城市生活汙水水箱1通過進水泵21、進水管22把汙水中穩定送入有效容積為168L的推流式豎向雙循環曝氣池2中，推流式豎向雙循環曝氣池2內設有一塊導流板24，導流板24沿曝氣池水流方向，前段封閉，末端距壁面長度為推流式豎向雙循環曝氣池2總長度的1/7，導流板24水平放置，導流板2上設置有三角形的凹槽，以保證氣泡被完全收集並導入導流板24上方空間；通過溫度和溶解氧探頭23在線監測變化水流變化，同時導流板24內側有曝氣管25，曝氣管25外接空氣泵27和氣體流量計28；推流式豎向雙循環曝氣池2出水依靠高度差進入豎流式沉澱池3，沉澱後出水經溢流堰31流出，豎流式沉澱池3內設有排泥口32，汙泥經回流泵33回流至推流式豎向雙循環曝氣池2前段。
本發明針對大中型城市即進水量大於10000立方米每天、汙水碳氮比例大於6的廢水，解決了現有技術中同步硝化反硝化能力低的問題，另設回流裝置增加投資等問題，同時提高氧氣利用率，降低曝氣能耗。
實施例採用城市生活汙水為原水，具體水質如下：COD濃度為200～300mg/L、NH4-N濃度為12～15mg/L、TN濃度為15～20mg/L、TP濃度為4～6mg/L。實驗系統如圖2所示，推流式豎向雙循環反應器由有機玻璃板製成，長0.7m、寬0.6m、高0.42m，有效水深為0.4m，有效容積為168L。
具體運行如下：
1)推流式豎向雙循環曝氣池2汙泥來源於城市汙水處理廠曝氣池，配成汙泥濃度為4000mg/L，試驗正式運行前，把汙泥培養1周，恢復其活性。
2)正常運行階段：
①每天水力停留時間為12h，汙泥齡為18d；
②整個工藝採用連續進水模式，進水流量為14L/h，汙泥回流量比為100％，進水曝氣同時進行，溶解氧控制在2.0mg/L，採用定期瞬時排泥控制反應器內汙泥濃度。
③實驗結果如下表1所示，
運行穩定後，傳統曝氣池出水COD濃度為20-40mg/L，平均去除率為86.25％；推流式豎向雙循環曝氣池2出水COD濃度為15.0～25.0mg/L、去除率保持在90％以上；兩者對比NH4-N去除率分別為80.14％和92.39％，TN為去除率分別為80.54％和90.50％、TP去除率均達到90％以上。推流式豎向雙循環曝氣池2汙染物去除效率均在90％以上，且高於傳統曝氣池。溶解氧監測結果顯示：達到出水溶解氧為2.0mg/l時，推流式豎向雙循環曝氣池2曝氣量為0.13L/min，傳統曝氣池曝氣量為0.15L/min，推流式豎向雙循環曝氣池2節約了曝氣能耗。
表1
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護範圍內。