兼具汙泥碳源轉化功能的複合沉澱池的製作方法

2023-06-16 09:08:51 1

專利名稱：兼具汙泥碳源轉化功能的複合沉澱池的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種汙水處理技術領域的設備，尤其涉及一種兼具汙泥碳源轉化功能的複合沉澱池。
背景技術：
我國「十一五」期間全國城鎮汙水處理的能力持續快速增長，實際處理汙水量和汙染物削減總量大幅度增加。但是，由於管網建設，尤其是雨汙分流系統改造不到位，加之雨汙混接和管網滲漏等問題比較突出，汙水處理廠進水汙染物濃度偏低，給脫氮除磷的效果帶來很大影響，嚴重影響汙染物去除效率。目前，我國運行的汙水處理廠中，絕大多數汙水處理廠存在碳源不足的問題，特別是南方地區更是呈現低碳相對高氮磷水質特徵。由於除磷脫氮對碳源存在相互競爭問題，碳源不足是制約除磷脫氮效果的重要因素。除此之外，碳源不足對活性汙泥系統的穩定性也有較大的影響，其運行工況也影響到氮磷的去除。因此，若不能妥善解決碳源不足的問題，城市汙水處理廠將會成為二次汙染源，繼續汙染水環境。如何在低碳源條件下提高除磷脫氮效果，儘可能滿足排放標準要求，也是現階段汙水處理所要研究的重要問題。隨著我國環境保護工作的快速發展，「十二五」期間國家將進一步嚴格控制水汙染物排放。《國家環境保護標準「十二五」規劃》和國家《「十二五」節能減排規劃(草案)》就在原有的化學需氧量和二氧化硫總量控制基礎上，新增加了氨氮和氮氧化物的總量控制要求，並且為適應化學需氧量和氨氮總量控制要求修訂了約30項水汙染物排放標準。為解決城鎮汙水處理廠生物脫氮所需碳源不足，目前汙水處理廠多從現有碳源的優化利用和投加外碳源兩方面著手。在外碳源投加方面，多以投加甲醇、乙醇、乙酸、糖類等居多。由於投加外碳源不但增加了運行費用，而且一些有毒化工原料給安全管理帶來隱患。因此以現有碳源的優化利用或者開發其他碳源(如細胞內碳源的強化利用、汙泥發酵產生的揮發性脂肪酸(VFA)作為碳源)是汙水處理廠解決碳源不足問題的發展方向。將沉澱池汙泥水解酸化發酵處理，能增加進水中溶解性有機物的含量，從而為氮的去除提供良好的碳源。根據國、內外研究表明，利用沉澱池汙泥水解來增加生物可利用碳源是最為簡單、有效、經濟的方式，目前的沉澱池僅具備固液分離的功能，必須開發新型沉澱池來滿足汙泥水解所需的條件。經對現有技術的文獻檢索發現，國內對沉澱池汙泥水解開發碳源研究僅停留在研究及小試階段，目前還沒有相關成套設備的開發研製報導。

發明內容
本發明的目的是將沉澱池汙泥碳源轉化以克服現有生物脫氮技術的不足的缺陷，提供一種工藝簡單，脫氮效果明顯，處理成本低廉，對低碳/氮比水體脫氮的兼具汙泥碳源轉化功能的複合沉澱池。本發明對常規沉澱池進行了重新設計，使其具備沉澱、厭氧、缺氧、汙泥濃縮多種複合功能，但同時又避免了常規處理系統中碳源不足的弊病，特別是引入了機械、物理破碎功能，大大提升了汙泥水解效率，在不外投加碳源的基礎上，提供優質充足的碳源，滿足生物脫氮的順利實現，經濟、有效的確保了脫氮效果。本發明提出的兼具汙泥碳源轉化功能的複合沉澱池，由中心變頻傳動裝置I、泥水混合器2、導流管3、上層汙泥粉碎裝置4、下層汙泥粉碎裝置5、泥水分配器6、排泥裝置7、超聲波發生器8、固液分離器9、整流出水堰10和池體11組成，中心變頻傳動裝置I自上而下插入池體11內，泥水混合器2位於池體11內上部，泥水混合器2頂部分別設有進水口、汙泥回流進口和汙水回流進口，泥水混合器2周邊圍繞池體11內壁一圈為整流出水堰10，固液分離器9位於池體11內中上部，上層汙泥粉碎裝置4位於池體11內中部，下層汙泥粉碎裝置5位於池體11內中下部，上層汙泥粉碎裝置4和下層汙泥粉碎裝置5之間設有超聲波發生器8，排泥裝置7位於池體11底部，下層汙泥粉碎裝置5與排泥裝置7之間設有泥水分配器6，導流管3呈L型，導流管3伸入池體11內，其一端於泥水混合器2連接，另一端位於泥水分配器6下方；整個複合沉澱池內分為泥水混合區、厭氧/缺氧區、碳源轉化區、泥水分離區、以及汙泥濃縮區；
泥水混合區汙水、回流汙泥和回流汙水進入泥水混合器2進行充分混合均勻；
厭氧/缺氧區由泥水混合器2混合後的泥水混合物通過導流管3和泥水分配器6進行水力分配，泥水混合物以上向流形式由下而上在厭氧/缺氧區利用汙泥水解產生的有機碳源完成脫氮處理；
碳源轉化區回流汙泥通過上層汙泥粉碎裝置4、下層汙泥粉碎裝置5的粉碎，以及超聲波發生器8的物理穿透，使汙泥在碳源轉化區內分解轉化成優質碳源；
泥水分離區混合汙水在泥水分離區利用液體和固體不同的密度差及重力原理進行固液分離，通過固液分離器9完成泥水分離，澄清液通過整流出水堰10出水；
汙泥濃縮區老化及失去活性的汙泥沉入汙泥濃縮區，由排泥裝置7排出。本發明中，所述上層汙泥粉碎裝置4和下層汙泥粉碎裝置5通過傳動軸連接。本發明中，所述固液分離器9表面設有預留孔，用於穿過傳動軸和導流管3穿過，固液分離器9分內外2層三角形狀，內外層之間有空隙。本發明中，泥水混合器2主要目的是將進水和回流汙水、汙泥混合均勻，確保進水濃度負荷保持平穩。導流管3主要目的是將汙水、汙泥導入沉澱池底部，滿足處理流程順序的需要。泥水分離器6主要目的是將需處理的汙水、汙泥均布在整個處理斷面上，避免短流，均衡各項處理負荷。上、下層汙泥粉碎裝置主要目的是通過機械攪拌功能對汙泥進行破碎來加速汙泥水解，通過中心變頻傳動裝置來控制機械攪拌轉速和攪拌功率。超聲波發生器8主要目的是通過超聲波的物理穿透功能加速汙泥水解。固液分離器9主要目的是確保固液分離效果，避免汙泥外溢。整流出水堰10主要目的是確保出水堰沿長度方向各點出水水力負荷均勻，保持出水量穩定。本發明充分利用沉澱汙泥自身水解發酵來確保反硝化所需碳源的一種處理設備。本發明可以應用於現有汙水處理廠提標改造以及低碳/氮比汙水的生物脫氮處理。
兼具汙泥碳源轉化功能的複合沉澱池是將常規處理工藝中的沉澱、厭氧、缺氧、汙泥濃縮功能匯集於一體的複合處理設備，但同時又避免了常規處理系統中碳源不足的弊病，是在不額外投加碳源的前提下處理低碳/氮比汙水脫氮的新型處理設備。
本發明的優點如下
I.工藝流程簡單
將常規工藝的初次沉澱池、厭氧池、缺氧池、汙泥濃縮池有機組合在一體，減少工藝流程的長度。2.降低投資費用、減少佔地
由於將常規工藝的4個處理單元合併成I個處理單元，降低投資費用的同時大大減少 了用地面積。3.減少運行費用
相比較外投加碳源的處理工藝而言，不投加額外化學藥劑，降低了運行成本，同時避免了化學藥劑有可能存在的毒性。4.汙泥量少
由於汙泥處於水解發酵階段，汙泥量大大減少，同時降低了汙泥處理設施的投資及汙泥處理費用。5.處理效果好
由於汙泥水解產生大量充足且優質的碳源，能確保生物脫氮的順利進行，同時避免了除磷對碳源的競爭，脫氮除磷效率明顯提高。6.系統耐衝擊能力高
兼具汙泥碳源轉化功能的複合沉澱池內由於池內汙泥濃度高，對於進水水質變化的適應能力強，提高了系統衝擊能力，亦能適應高濃度廢水的處理。


圖I為本發明的結構圖示。 圖2為圖I中A-A的剖視圖。圖3為圖I中B-B的剖視圖。圖4為圖I中C-C-的剖視圖。圖中標號1為中心變頻傳動裝置；2為泥水混合器；3為導流管；4為上層汙泥粉碎裝置；5為下層汙泥粉碎裝置；6為泥水分離器；7為排泥裝置；8為超聲波發生器；9為固液分離器；10為整流出水堰；11為池體。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細方式和工作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。如圖I所示，兼具汙泥碳源轉化功能的複合沉澱池主要包括1、中心變頻傳動裝置；2、泥水混合器；3、導流管；4、上層汙泥粉碎裝置；5、下層汙泥粉碎裝置；6、泥水分離器；7、排泥裝置；8、超聲波發生器；9、固液分離器；10、整流出水堰。整個設備根據功能不同分為五個部分1、碳源轉化區一汙泥在該區被分解轉化成優質碳源；2、厭氧/缺氧區一含硝酸鹽的汙水利用碳源完成反硝化脫氮；3、泥水分離區——將水中的泥水分離；4、澄清區——上清液通過配水裝置均勻外排；5、汙泥濃縮區——系統老化及剩餘汙泥進行濃縮降低含水率後外排。
如圖2所示，整流出水堰10 :堰口寬20CM，深度20CM，圍繞池體11內部設置一圈，底部和池內部焊接固定，整個堰口必須做到絕對水平，堰口頂端設置調節堰板，可以根據需要調節水平高度。泥水混合器2 :外觀採用圓形託盤構造，下部用角鋼承託並和池內壁焊接固定，內部採用迷宮式構造設計，滿足G值以及GT值要求，以保證混合的效果。
如圖3所示，固液分離器9:採用輕型塑料材料製造，表面設有預留孔，便於傳動軸和導流管3穿過，固液分離器9分內外2層三角形狀，內外層之間有空隙。混合物首先碰到固液分離器9下部反射板，折向四周斜板，固體顆粒比重較大，在重力作用下沿著內層斜壁向下滑入汙泥區，液體向上經過內外2層斜板壁空隙進入出水區，汙泥被分離器阻擋而不被水帶出。固液分離器在整個池體平面上滿鋪，採用螺栓和池內四周的牛腿固定。如圖4所示，上、下層汙泥粉碎裝置採用不鏽鋼板製作，間隔一定位置和轉動軸連接，和池壁之間保持一定間隙。導流管底部連接泥水分配器。分配器上布置不同口徑的出水孔，按照大阻力配水系統設計，使每個出水孔出水量儘可能均勻，保證整個處理斷面的水力負荷穩定，導流管和分配器採用UPVC管材，固定在泥水混合器底部。本實施例的工作過程如下
第一步，泥水混和
需要處理的汙水首先進入泥水混合器2和系統的回流汙泥以及通過好氧構築物處理的含有大量硝酸鹽的回流汙水進行充分混合均勻。第二步，泥水分配
將混合完全的泥水混合物通過導流管3和設置在厭氧/缺氧區底部的泥水分配器6進行水力分配，其目的是確保在整個處理斷面上水力負荷基本一致，從而避免短流現象導致有機負荷不均勻而影響處理效果。第三步，汙泥水解轉化形成碳源
汙泥水解轉化速率受到溫度、pH、水力停留時間、汙泥粒徑等影響。汙泥水解為表面一級反應，汙泥粒徑是影響顆粒狀有機物水解酸化速率的重要因素之一。兼具汙泥碳源轉化功能的複合沉澱池結合複雜的水力模型設置了上、下二層汙泥攪拌粉碎裝置，同時採用超聲波發生器8利用超聲波的物理穿透作用，大大提高了汙泥水解效果，在碳源轉化區形成優質碳源。第四步，汙水充分利用碳源進行反硝化脫氮
泥水混合物以上向流形式由下而上分別經過厭氧區/缺氧區利用汙泥水解產生的有機碳源完成脫氮處理。第五步，泥水分離
汙水進入泥水分離區後，利用重力原理進行固液分離，最後通過設置在出水堰底部的固液分離器9強化泥水分離效果，最終通過整流出水堰10均布出水的水力負荷，澄清液進入後續生物處理系統。第六步，間歇排泥
在處理過程中老化和失去活性的汙泥沉入底部汙泥濃縮區，經過水解和濃縮後的汙泥量和含水率較低，可直接進行脫水處理。本實施例的兼具汙泥碳源轉化功能的複合沉澱池，設計流量lm3/h，進水濃度
權利要求
1.一種兼具汙泥碳源轉化功能的複合沉澱池，由中心變頻傳動裝置(I)、泥水混合器(2)、導流管(3)、上層汙泥粉碎裝置(4)、下層汙泥粉碎裝置(5)、泥水分配器(6)、排泥裝置(7)、超聲波發生器(8)、固液分離器(9)、整流出水堰(10)和池體(11)組成，其特徵在於中心變頻傳動裝置(I)自上而下插入池體(11)內，泥水混合器(2)位於池體(11)內上部，泥水混合器(2)頂部分別設有進水口、汙泥回流進口和汙水回流進口，泥水混合器(2)周邊圍繞池體(11)內壁一圈為整流出水堰(10)，固液分離器(9)位於池體(11)內中上部，上層汙泥粉碎裝置(4)位於池體(11)內中部，下層汙泥粉碎裝置(5)位於池體(11)內中下部，上層汙泥粉碎裝置(4)和下層汙泥粉碎裝置(5)之間設有(2)組超聲波發生器(8)，排泥裝置(7)位於池體(11)底部，下層汙泥粉碎裝置(5)與排泥裝置(7)之間設有泥水分配器(6)，導流管(3)呈L型，導流管(3)伸入池體(11)內，其一端位於泥水混合器(2)下方，另一端與泥水分配器(6)連接；整個複合沉澱池內分為泥水混合區、厭氧/缺氧區、碳源轉化區、泥水分離區、以及汙泥濃縮區； 泥水混合區汙水、回流汙泥和回流汙水進入泥水混合器(2)進行充分混合均勻； 厭氧/缺氧區由泥水混合器(2)混合後的泥水混合物通過導流管(3)和泥水分配器(6)進行水力分配，泥水混合物以上向流形式由下而上在厭氧/缺氧區利用汙泥水解產生的有機碳源完成脫氮處理； 碳源轉化區回流汙泥通過上層汙泥粉碎裝置(4)、下層汙泥粉碎裝置(5)的粉碎，以及超聲波發生器(8)的物理穿透，使汙泥在碳源轉化區內分解轉化成優質碳源； 泥水分離區混合汙水在泥水分離區利用液體和固體不同的密度差及重力原理進行固液分離，通過固液分離器(9)完成泥水分離，澄清液通過整流出水堰(10)出水； 汙泥濃縮區老化及失去活性的汙泥沉入汙泥濃縮區，由排泥裝置(7)排出。
2.根據權利要求I所述的兼具汙泥碳源轉化功能的複合沉澱池，其特徵在於所述上層汙泥粉碎裝置(4)和下層汙泥粉碎裝置(5)通過傳動軸連接。
3.根據權利要求2所述的兼具汙泥碳源轉化功能的複合沉澱池，其特徵在於所述固液分離器(9)表面設有預留孔，用於穿過傳動軸和導流管(3)穿過，固液分離器(9)分內外2層三角形狀，內外層之間有空隙。
全文摘要
本發明涉及一種兼具汙泥碳源轉化功能的複合沉澱池，由中心變頻傳動裝置、泥水混合器、導流管、汙泥粉碎裝置、泥水分配器、排泥裝置、超聲波發生器、固液分離器和整流出水堰組成，中心變頻傳動裝置自上而下插入池體內，泥水混合器位於池體內上部，泥水混合器外周邊一圈為整流出水堰，固液分離器位於池體內中上部，上層汙泥粉碎裝置位於池體內中部，下層汙泥粉碎裝置位於池體內中下部，上層汙泥粉碎裝置和下層汙泥粉碎裝置之間設有超聲波發生器，排泥裝置位於池體底部，下層汙泥粉碎裝置與排泥裝置之間設有泥水分配器，導流管呈L型，導流管伸入池體內，其一端位於泥水混合器下方，另一端位於下層汙泥粉碎裝置下方和泥水分配器連接；本發明工藝流程簡單、節約用地、管理便捷、大大降低運營成本、出水效果穩定。可廣泛應用於汙水廠脫氮除磷提標升級改造，以及對低碳源汙染水體的脫氮處理。
文檔編號C02F11/12GK102627351SQ201210082820
公開日2012年8月8日 申請日期2012年3月27日 優先權日2012年3月27日
發明者張 傑, 張 浩, 徐偉, 楊殿海 申請人:同濟大學