CN104341076A - 连续生化反应与间歇静态沉淀一体化污水处理装置 - Google Patents

Abstract

一种连续生化反应与间歇静态沉淀一体化污水处理装置，将整个污水处理过程集中到一个处理池内，处理池可以是矩形或者圆形。装置分为两类功能区：1，生化反应区，2，稳流沉淀区。新进入的待处理污水，与沉淀分离后的活性污泥混合后，在反应池内连续流经生化反应区，完成生化反应，在稳流沉淀区设有两个以上的相对独立的区域，交替间歇运行，保证了沉淀分离在相对静止的条件下进行，而生化反应区一直在工作，整个装置及工艺过程实现了新进入污水的连续流处理和污泥污水混合液的静态沉淀分离。本装置结构简单，建设费用及运行费用较低，效果很好，可广泛用于工业和生活污水的处理。

Description

连续生化反应与间歇静态沉淀一体化污水处理装置

技术领域

本发明涉及一种污水处理装置。具体涉及一种以活性污泥、生物膜或活性污泥、生物膜共存条件下，含悬浮污泥污水混合液以连续流进行生化反应与间歇式静态固液分离的循环式污水处理装置，可广泛用于工业和生活污水的处理。

背景技术

在传统的污水生化处理方法中，采用活性污泥（液固混合生物接触）、生物膜（液膜生物接触）或活性污泥与生物膜共存的污水处理工艺中，为了获得洁净的处理出水，必需让污水先进行生化反应，再将含有悬浮活性污泥或者脱落生物膜的混合液（下简称“污泥污水混合液”）进行固液分离。

生化反应的流程一般为多个反应池顺序连接，末端实行固液分离后，洁净水排走，部分活性污泥返回到进水口。

目前采用的固液分离的典型方法有三种。

第一种：简称流动沉淀法，将污泥污水混合液，导入澄清沉淀池(如平流式、竖流式、幅流式或斜板、斜管，水平管沉淀等)，悬浮污泥通过重力沉降，形成高浓度的含水污泥层与水分离，上层澄清洁净水从澄清沉淀池中排出。然而，该方法需要单独设置具有一定的沉降区域的澄清沉淀池，和保持足够能使悬浮污泥沉降下来的停留时间，这导致污水处理装置的容积空间尺寸增大，增加了占地及投资。并且当悬浮污泥膨胀或其它原因而削弱悬浮污泥的沉降性质时，悬浮污泥从澄清沉淀池内流出引起洁净出水品质降低。

第二种：简称膜法，采用膜分离技术代替澄清沉淀池，一般用微滤膜或超滤膜作为固液分离过滤介质，将污泥污水混合液通过分子级的微孔膜过滤方法，让水和其它分子级的物质在一定的压力下，从微孔中透过膜，形成相对洁净的过滤出水与含有较高浓度污泥悬浮物混合液。膜分离技术的优点在于能获得几乎完全没有悬浮污泥的清洁洁净水，但存在以下缺点，一是微滤膜或超滤膜的制造成本很高，二是膜的水渗透通量较低，需要定期进行化学清洗以防薄膜污染，三是必需用泵将混合液加压或抽吸，以便能在一定的压力下进行正常过滤，这导致很高的泵出水位压头或抽吸真空功率，并使运行成本增加。

第三种：简称间歇沉淀法，主要应用于下述工艺，在采用利用活性污泥（混合接触）、生物膜（生物接触氧化）或活性污泥与生物膜共存的间断流污水处理工艺中，为了获得洁净的处理出水，通常采用间歇式的序批处理反应器（简称“SBR”）。 SBR集曝气、生化反应、沉淀于一池，不需要二次沉淀池及污泥回流设备。在该系统中，典型的运行方式可分为：充水、反应、沉淀、排水与闲置5个阶段，反应池在一定时间间隔内，充满污泥污水混合液，以间歇处理的方式运行，处理后污泥污水混合液沉淀一定的时间后，用可变水位的泌水器，从池中排除澄清洁净的上清液出水。在SBR处理系统中，可采用单池式和多池式。这主要根据处理水量的大小而定。单池式，即仅有一个SBR反应池，就整个工艺系统而言，其进水、出水是间歇式的。多池式即整个系统存在两个或多个SBR反应池，其进水、出水可在各个反应池之间交替进行，就整个系统工艺而言，其进水、出水是连续式的。SBR法通过充氧，缺氧、厌氧和沉淀条件的交替变化，可在一个反应池内同时进行除磷脱氮和降解有机物，以及固液分离等多项任务，不需另建二次沉淀池和污泥回流设施，占地少，投资和能耗省；但也存在着生化反应池容积和设备利用率较低，除磷脱氮效果不稳定，水位水头损失较大，以及因为水位变化造成充氧转移效率不稳定，能源利用效率欠佳的缺点。

发明内容

为了改进目前现有技术的不足：流动沉淀法和膜法，能保证污泥污水的连续流动，但流动沉淀法沉淀池较大，且分离效果不好，膜法建设成本和运行成本较高。SBR法使用的间歇沉淀法设备利用率不高。

本发明提供一种布局合理，结构简单的连续生化反应与间歇静态沉淀一体化污水处理装置及工艺。待处理污水连续流入处理池，依次连续流过各生化反应区后，进入稳流沉淀区后在相对静止的条件下沉淀分离。

本发明解决技术问题的方案是：在其前端和中部，污泥污水混合液在混合推流的连续流动过程中，依次流经各生化反应区进行生化反应。生化反应完成后，进入后端的稳流沉淀区，在此区域内设有若干个相对独立的静态沉淀分离区，以交替间歇运行的方式，对污泥污水混合液连续流，在相对静止的条件下进行沉淀与固液分离。该装置及工艺结合活性污泥法和生物膜的特性，在实现污泥污水混合液进行水解酸化、缺氧反硝化、厌氧释磷，以及脱碳、硝化、聚磷等好氧生化处理过程中，同步实现脱碳脱氮除磷生化处理与污泥污水混合液沉淀分离，达到对污水高效净化处理的目的；或者在实现污泥污水混合液的水解酸化生化处理过程中，同步实现水质的调节均化、生化降解与污泥污水混合液沉淀分离。沉淀分离后的活性污泥，再循环到进水口。

本装置分为两类功能区：

1，生化反应区。包含对污泥污水混合液进行生化处理的几个子功能区，集中设置在一个反应池（器）构筑物中，相对独立且相互连通。子功能区可以是以下一种或几种功能的任意组合：缺氧生化区、厌氧生化区、好氧生化区，水解酸化生化反应区；生物膜接触氧化区。

2，稳流沉淀区。稳流沉淀区在垂直方向又分为两部分：上部为沉淀分离区，下部为混合液通道区。稳流沉淀区由两个以上相对独立的静态沉淀分离区组成，分别定义为第一静态沉淀分离区，第二静态沉淀分离区等等。在此区域内，污泥污水混合液在相对静止条件下沉淀分离。

生化反应区前端设有主进水孔，用于流进待处理污水或回流活性污泥；生化反应区中部设有次进水孔，用于流进待处理污水，进行生化反应条件的调节；在生化反应区布设有对污泥污水混合液进行搅拌与推进的推流式搅拌器，用于促进污水和活性污泥的混合接触，让污泥污水混合液进行生化反应；

静态沉淀分离区上部为两道相距一定距离的隔离墙或隔离板，从而形成一个相对封闭静止，可以进行悬浮污泥沉降的空间。在此相对封闭空间中的污泥污水混合液，处于相对静止状态，悬浮污泥可以不受干扰地进行自由沉降分离；在封闭空间的上部与整个生化反应区水面相等的位置，均匀设置有符合处理出水水力负荷要求的出水收集堰槽，用于收集上层澄清洁净水；出水收集堰槽与出水管连接，出水管与出水孔相连，用于处理后的澄清洁净水的排出；出水管上设置有控制出水的阀门，用于控制间歇式排水；阀门一般为采用PLC程序控制的电磁阀，也可以为一般的人工手动阀门； 

稳流沉淀区下部设有过流孔洞，与污水进水管相邻，用于污泥污水混合液的流动通过，并将沉淀与分离区沉降下来的悬浮污泥随流动的污泥污水混合液带走；

稳流沉淀区可以为单个静态沉淀分离区，也可以设为多区；为单区时，上部堰槽及出水管的出水为间歇式的；为多区时，其中某个单区的上部堰槽出水仍然为间歇式的，但由于多个单区轮流进行间歇排水，在时序上相互衔接，则出水管的出水为连续的均匀排水。

静态沉淀分离区的工作过程为，污水经过生化处理及静止沉淀，上部为洁净的清洁水，经穿孔集水管和溢流出水堰槽收集，进入排水管道， 通过打开排水管道上的控制阀门进行排水。此时，下部的污泥污水混合液逐渐上升，这时通过关闭排水管道上的控制阀门，上升的污泥污水混合液再次进入静止沉淀阶段，进行悬浮污泥的沉降分离，沉降分离完成后等待排水。此时，另外有一个静态沉淀分离区处于排水状态，排水完成后进入静止沉淀阶段。各静态沉淀分离区交替工作，那么就实现了连续排水。从静态沉淀分离区的工作过程可以看出，沉淀分离是在流体相对静止的条件下进行的，所以能够达到很好的分离效果。静态沉淀分离区交替工作，保证污泥污水在连续流的情况下实现固液分离。 

经过稳流沉淀区沉降分离下来的悬浮污泥，随下部污泥污水混合液，通过与生化反应处理区隔墙下部的过流孔洞，由回流泵循环回流至生化反应区的前端，与进入生化反应区前端的污水混合，进入下一个生化反应与沉淀分离的处理工艺循环。从污泥污水的流经通道可以看出，本装置实现了污泥污水的连续循环流动。

污水经过上述步骤处理后，水中大部分的污染物能够有效去除，处理出水能够达到设计要求与相应的污染物排放标准。

基于以上所述的连续生化反应与间歇静态沉淀一体化污水处理装置，其工艺方法为：

（1）经管道收集的污水经过预处理，去除大颗粒的悬浮物和漂浮物，流入集水池，通过提升泵提升进入连续生化反应与间歇静态沉淀一体化污水处理装置。

（2）进入此装置的污水首先进入连续循环流生物氧化反应区中，与稳流沉淀区回流的污泥污水混合液混合，在潜水搅拌器的搅拌推流下，沿着矩形环状流道循环流动，同时污水与污泥污水混合液中活性污泥高度混合接触。

（3）在矩形环状流道生物氧化反应区中，与活性污泥高度混合接触的污泥污水混合液，可以在厌氧、兼氧的条件和厌氧菌、兼氧菌的作用下，进行水解酸化生化反应；或者是在缺氧的条件和兼氧反硝化菌的作用下，进行缺氧反硝化脱氮生化反应；或者是在厌氧条件下活性污泥进行释磷的生化反应；或者是在好氧的条件和好氧碳化、硝化菌的作用下，进行碳氢有机物、氨氮的碳氧化、氨硝化的生化反应。

（4）在矩形环状流道生物氧化反应区中，整个生化反应区全部处于缺氧状态，与活性污泥高度混合接触的污泥污水混合液，在循环流经缺氧生化反应区的过程中，进行水解酸化生化反应；

或者是生化反应区分别处于缺氧状态、好氧状态，与活性污泥高度混合接触的污泥污水混合液，依次流经缺氧生化反应区和好氧生化反应区；在缺氧生化反应区，污泥污水混合液中的硝态、亚硝态氮，在活性污泥中兼性反硝化细菌作用下进行反硝化脱氮反应；在好氧生化反应区，污水污泥混合液中的小分子有机物和氨氮等污染物，在充分的溶解氧条件下，通过生物氧化作用，将污水中的有机物、氨氮氧化分解，使污染物得以高效的去除。 

或者是生化反应区分别处于厌氧状态、缺氧状态、好氧状态。在厌氧生化反应区，污泥污水混合液中的活性污泥在厌氧条件下充分释磷；在缺氧生化反应区，污泥污水混合液中的硝态、亚硝态氮，在活性污泥中兼性反硝化细菌作用下进行反硝化脱氮反应；在好氧生化反应区，污水污泥混合液中的小分子有机物和氨氮等污染物，在充分的溶解氧条件下，通过生物氧化作用，将污水中的有机物、氨氮氧化分解，使污染物得以高效的去除。

（5）经过水解酸化生化反应处理，或者厌氧、缺氧、好氧生化净化处理的污泥污水混合液，从水解酸化生化反应区，或者是好氧生化反应区进入稳流沉淀区；根据不同工艺状况要求，稳流沉淀区分别处于动态排水阶段，或者静止沉淀阶段。

其中一部分污泥污水混合液进入处于动态排水阶段的稳流沉淀区，缓慢向上置换排出经过生化及静止沉淀净化处理的，位于稳流沉淀区的表面和上部的洁净清洁水；而另一部分污泥污水混合液，则从处于静止沉淀阶段的稳流沉淀区下部的污泥污水混合液通道区流过，经过回流装置回流至生化反应区。

进入处于静止沉淀阶段的稳流沉淀区中污泥污水混合液，则处于相对静止状态，进行悬浮污泥的沉降分离。

（6）经稳流沉淀区沉降分离下来的悬浮污泥，随下部污泥污水混合液流动通道中流动的污泥污水混合液，流出稳流沉淀区；根据工艺需要，经过好氧生化反应区与缺氧生化反应区之间的过流孔洞，经污泥污水混合液回流泵回流至缺氧生化反应区，与进入缺氧生化反应区的污水混合，循环进行下一个生化和静止沉淀的净化处理工艺过程。

（7）经由连续生化反应与间歇静态沉淀一体化污水处理装置进行生化和静止沉淀净化处理后的洁净清洁水，为达到设计功能要求与相应的污染物排放标准的净化处理出水。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和有益效果： 

    1、在连续生化反应与间歇静态沉淀一体化污水处理装置中，由于采用一体化的间歇式污泥污水混合液静止沉淀分离装置进行悬浮污泥沉降分离，因此不必单独设置沉降池，且在悬浮污泥沉降时，其他功能区域不必停机等待，提高了装置的使用效率。因而可以减少污水处理装置的容积空间尺寸和占地面积，节省工程建造投资成本。

2、在连续生化反应与间歇静态沉淀一体化污水处理装置工艺中，由于各静态沉淀分离区交替工作，在间歇式静态沉淀条件下进行悬浮污泥沉降分离，不仅可以获得较好的澄清洁净出水品质，而且由于污泥污水混合液静止沉淀分离与连续循环流污水生化处理集成为一体化的装置，污泥回流与混合液回流设备合二为一，可减少污泥回流设备的投资和节省污泥回流设备运行能耗；其设备结构更加简单，操作更加简便。

3、与采用膜分离技术相比，在间歇式静态沉淀条件下，污泥污水混合液的固液分离，可达到与膜分离技术相当的水平；由于不采用价格昂贵的膜分离设备，不仅可大幅度地减少和降低污泥污水混合液固液分离装置的设备投资成本，而且不需要定期进行化学清洗防止薄膜污染，也不需要耗费能源用泵将污泥污水混合液进行加压或抽吸过滤，从而大幅度地减少和节省膜分离处理的运行成本。

4、与采用集曝气、生化反应、沉淀于一体的，进行序批与间歇式的生化处理的污水生化处理工艺装置（SBR）相比，本装置在污泥污水混合液沉淀分离方式上与SBR一样，均是采用间歇式静止沉淀方式，因此同样可以获得较好的澄清洁净出水品质；由于是采用连续流循环进行生物氧化反应净化处理污水中污染物，而仅在局部的稳流沉淀区进行间歇式静止沉淀分离，其生化反应池的容积和设备利用率比SBR更高，同时避免了SBR除磷脱氮效果不稳定，水位水头损失较大，以及因为水位变化造成充氧转移效率不稳定，能源利用效率欠佳的缺点。

5、将污水进行连续的生化净化处理与污泥污水混合液沉淀与分离净化处理进行了系统的组合与集成，实现了在连续流循环进行生物氧化反应净化处理条件下，以间歇式静止沉淀方式进行污泥污水混合液沉淀与分离的功能。

附图说明

图1为AO（缺氧-好氧）连续生化反应与间歇静态沉淀一体化污水处理装置平面示意图。

图2为图1的A-A剖面图。

图3为图1的B-B剖面图。

图4为稳流沉淀区平面示意图。

图5为图4的左侧视图。

图6为图4的C-C剖面图

图7为图4的D-D剖面图

图中1.主进水管 , 2.缺氧生化反应区 , 3.潜水搅拌器 , 4.导流墙（板） , 5.第一静态沉淀分离区 , 6.第二静态沉淀分离区 , 7.第三过流孔洞 , 8.混合液回流泵 , 9.第一出水管, 10.第一控制阀 , 11.第二出水管, 12.第二控制阀, 13.污泥排出管 , 14.第一过流孔洞  ,15.活性污泥好氧生化曝气区,  16.空气曝气器 , 17.次进水管 , 18.主进水管调节阀,  19.次进水管调节阀,  20.第二过流孔洞 , 21.生物膜接触氧化曝气区,  22.生物膜填料,  23静态沉淀分离区中间隔板 , 24.穿孔集水管,  25.溢流集水堰槽,  26. 静态沉淀分离区前挡板,  27.沉淀区,  28. 静态沉淀分离区后挡板,  29.混合液通道区,30.混合液回流隔墙,31.水位面。 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实质性内容作进一步详细描述：

（1）经管道收集的待处理污水经过预处理，去除大颗粒的悬浮物和漂浮物，流入集水池，通过提升泵提升，由污水主进水管道1 经主进水管调节阀18，流入缺氧生化反应区2。

（2）进入一体化污水处理装置的污水，首先在生化反应区2中，与经第三过流孔洞7，并由混合液回流泵8回流至生化反应区2的从第一静态沉淀分离区5，或者第二静态沉淀分离区6沉淀分离出来的高浓度污泥污水混合液混合，形成浓度相对较低的污泥污水混合液，在潜水搅拌器3的搅拌推流下，沿着矩形环状流道流动，同时污水与污泥污水混合液中的活性污泥充分混合接触。

（3）进入缺氧生化反应区2的污水，与活性污泥高度混合接触后，依次流经缺氧生化反应区2，经过第一过流孔洞14进入好氧生化反应区15。在缺氧生化反应区2，污泥污水混合液中的硝态、亚硝态氮，在活性污泥中兼氧反硝化细菌作用下进行反硝化脱氮反应；在好氧生化反应区15，污水污泥混合液中的小分子有机物和氨氮等污染物，在充分的溶解氧条件下，通过生物氧化作用，将污水中的有机物、氨氮氧化分解，使污染物得以高效的去除；或者是整个生化反应区2全部处于缺氧状态，与活性污泥高度混合接触的污泥污水混合液，在循环流经水解酸化生化反应区2的过程中，次进水管17经次进水管调节阀19注入污水，进行水解酸化生化反应。

（4）经过好氧生化反应区15净化处理的污泥污水混合液，经导流墙（板）4，第二过流孔洞20进入生物膜接触氧化曝气区21，曝气管16曝气，污水与生物膜填料22接触，完成生物膜接触氧化反应。

（5）经过生物膜接触氧化的污泥污水混合液，从生物膜接触氧化曝气区21进入第一静态沉淀分离区5，或者第二静态沉淀分离区6；两个区上部由静态沉淀分离区中间隔板23隔开，其前后设有静态沉淀分离区前挡板26, 静态沉淀分离区后挡板28,其功能是保证静态沉淀分离区上部在静止沉淀阶段能提供一个相对静止的区域。假设此时第一静态沉淀分离区5处于排水阶段，一部分混合液通过混合液通道区29，缓慢向上进入沉淀区27，置换排出洁净的清洁水，洁净水经穿孔集水管24,流入溢流集水堰槽25, 穿孔集水管24的高度与水位面31平齐。另一部分污泥污水混合液，则从第一静态沉淀分离区5的混合液通道区29流过，经第三过流孔洞7，由混合液回流泵8回流至生化反应区2，与新进入的待处理污水混合。剩余污泥经污泥排出管13排出。经过以上过程，污泥污水的混合液又进入了下一个循环，从而实现了在一个一体化的反应池内，污泥污水循环流动。同时，处于静止沉淀阶段的第二静态沉淀分离区6的污泥污水混合液，污泥从沉淀区27沉淀分离出来，并沉降进入混合液通道区29，形成高浓度污泥污水混合液，直接从第二静态沉淀分离区6下部的混合液通道区29流过，经第三过流孔洞7，由混合液回流泵8回流至生化反应区2。经过生化及静止沉淀净化处理的洁净清洁水为达到设计要求与相应的污染物排放标准的净化处理出水。一旦第一静态沉淀分离区5的洁净清洁水排放完毕，与第一静态沉淀分离区5相连的第一出水管9上的第一控制阀10关闭，与第二静态沉淀分离区6相连的第二出水管11上的第二控制阀12打开，第二静态沉淀分离区6进入排水阶段。这样第一静态沉淀分离区5与第二静态沉淀分离区6交替排水，实现了洁净清洁水的连续排放。

从以上过程可以看出，新进入的待处理污水，与沉淀分离后的活性污泥混合后，在反应池内连续流动，完成生化反应后，进入稳流沉淀阶段，静态沉淀分离区交替工作，保证了沉淀分离相对静止的条件，生化反应区一直在工作，整个装置及工艺过程实现了新进入污水的连续流处理和混合液的静态沉淀。

Claims (4)

1.一种连续生化反应与间歇静态沉淀一体化污水处理装置，对污水的处理工艺过程包括连续生化处理及间歇静态沉淀分离，其特征是：采用了连续生化处理与间歇静态沉淀分离的处理工艺，污水在一体化污水处理装置前端进水口进入，与回流泵回流的污泥污水混合液混合，以连续流通过生化反应区进行生化反应，降解污染物后，进入间歇式静态沉淀分离区的两个以上相对独立的区域，分别交替轮流进行静态沉淀分离污泥和动态稳流置换溢流排水，沉淀分离的活性污泥，沉降进入静态沉淀分离区下部的污泥污水混合液过流通道，与循环流动的污泥污水混合液混合，由回流泵通过隔墙直接回流到一体化污水处理装置前端。

2.根据权利要求1所述的连续生化反应与间歇静态沉淀一体化污水处理装置，其特征在于，该装置的结构包括：连续流污水生化反应区，和用于澄清出水与沉淀污泥分离的间歇式静态沉淀分离区，以及用于污泥污水混合液回流的回流泵，将污泥污水混合液生化反应与污泥静态沉淀分离的整个污水处理过程，集中在一个一体化处理装置内；所述的一体化处理装置为矩形环状或圆形环状构筑物池体（容器），前端和后端首尾相连并且连通，构成环状流道，污泥污水混合液沿环状流道循环流动；所述的污水生化反应区，位于污水处理装置环状流道的前端和中部，污水以连续流进行生化反应；所述的间歇式静态沉淀分离区，位于污水处理装置的后端，用于进行污泥污水混合液中污泥的沉淀分离，和澄清洁净水的置换溢流排放，沉淀分离的活性污泥与循环流动的污泥污水混合液混合；所述的污泥污水混合液回流泵，位于连接污泥沉淀分离区后端与污水生化反应区前端中间隔墙的孔洞中，输送推动污泥污水混合液的流动和循环回流。

3.根据权利要求1所述的连续生化反应与间歇静态沉淀一体化污水处理装置，其特征在于：污泥静态沉淀分离区的上部，至少有两个以上相对独立的区域，可间歇式交替轮流运行在静止沉淀阶段和动态稳流出水阶段；污泥静态沉淀分离区的下部，为污泥污水混合液的过流通道，让循环流动的污水污泥混合液流动通过，并将沉淀分离的活性污泥带走。

4.根据权利要求1所述的连续生化反应与间歇静态沉淀一体化污水处理装置，其特征在于：经沉淀分离的活性污泥，沉降进入污泥静态沉淀分离区下部的污泥污水混合液过流通道，与循环流动的污泥污水混合液混合，由回流泵通过隔墙直接回流到一体化污水处理装置前端进水口。