公布日：2023.05.12
申请日：2022.12.14
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/00(2023.01)N;C02F7/00(2006.01)N;C02F3/30(2023.01)N
摘要
本发明属于污水处理技术领域，公开了一种低溶解氧污水处理系统及方法。该系统包括设备控制区、低氧区、气提区、澄清区和回流区。污水进入低氧区，低氧区内布设曝气管，鼓风机通过曝气管向低氧区充氧。低氧区后端设置气提区，通过空气提升器将低氧区后端污水提升至低氧区前端。污泥混合液经过气提区后进入澄清区，上清液自下而上流入上层收水堰，污泥经过澄清区后端的回流泵提升至低氧区前端。本发明将低氧区的溶解氧浓度控制在较低范围内可实现系统同步硝化反硝化，简化工艺，有效提升原水中碳源利用率，减少碳源投加量。本发明的系统及方法具有占地面积小、系统运行简单、自动化程度高和能耗低等特点。
权利要求书
1.一种低溶解氧污水处理系统，其特征在于，该系统包括设备控制区、低氧区、气提区、澄清区和回流区；所述设备控制区包括鼓风机、变频控制装置和溶氧仪；所述溶氧仪的一端与所述变频控制装置连接，所述溶氧仪的另一端设置于所述低氧区内；所述鼓风机的一端与变频控制装置连接；所述低氧区包括低氧区池体、布水装置、牵引绳、引导槽、曝气管、鼓风支管、分流阀和进气管；所述布水装置设置于所述低氧区池体上方，用于为所述低氧区池体均匀进水；所述引导槽设置于所述低氧区池体底部，所述曝气管设置于所述引导槽内；所述牵引绳的一端与所述低氧区池体固定连接，所述牵引绳的另一端依次与所述曝气管、鼓风支管、分流阀和进气管的出气口连接；所述气提区包括气提区池体、空气提升器、气提风管、污水回流管和回流槽；所述空气提升器设置于所述气提区池体内，所述气提风管的出气口与所述空气提升器连接，所述空气提升器用于将所述气提区池体内的污水通过所述污水回流管送入所述回流槽的进水口，所述回流槽的出水口设置于所述低氧区池体前端；所述鼓风机的另一端与所述进气管的进气口和气提风管的进气口连接；所述澄清区包括澄清区池体、底部进水口、斜管管组和收水堰；所述底部进水口设置于所述气提区和澄清区之间的池体壁底部；所述收水堰设置于所述斜管管组上方，所述斜管管组和收水堰用于实现所述澄清区内的污泥混合液的固液分离；所述回流区与所述澄清区之间的池体壁底部设有进泥口；所述回流区包括回流泵和污泥回流管，所述污泥回流管的一端与所述回流泵连接，所述污泥回流管的另一端与所述回流槽的进水口连接。
2.根据权利要求1所述的低溶解氧污水处理系统，其中，所述布水装置包括进水管、布水堰和水平调节器；所述进水管设置于所述布水堰上方；所述水平调节器用于将所述布水堰水平固定于所述低氧区内。
3.根据权利要求2所述的低溶解氧污水处理系统，其中，所述布水堰为锯齿状不锈钢布水堰，堰板高度为15-25cm，开口深度为10-20cm。
4.根据权利要求1所述的低溶解氧污水处理系统，其中，所述曝气管包括单数曝气管和双数曝气管；所述鼓风支管包括单数鼓风支管和双数鼓风支管；所述分流阀包括单数分流阀和双数分流阀；所述牵引绳的另一端分别与所述单数曝气管的一端和双数曝气管的一端连接；所述单数曝气管的另一端依次与单数鼓风支管和单数分流阀连接；所述双数曝气管的另一端依次与双数鼓风支管和双数分流阀连接；所述单数分流阀和双数分流阀均与所述进气管的出气口连接。
5.根据权利要求4所述的低溶解氧污水处理系统，其中，所述单数曝气管和双数曝气管均为PU材质的条式软管，软管宽度各自独立的为60-70mm；所述单数曝气管和双数曝气管布置间距为5-20cm。
6.根据权利要求1所述的低溶解氧污水处理系统，其中，所述斜管管组包括多条斜管，各条斜管间的间距为45-55mm，各条斜管的长度为0.5-1.5m。
7.根据权利要求1所述的低溶解氧污水处理系统，其中，所述澄清区包括上部清水层和下部污泥层，所述上部清水层的高度为0.5-1m，所述下部污泥层的高度为0.5-1.5m。
8.一种低溶解氧污水处理方法，其特征在于，该方法采用权利要求1-7中任意一项所述的系统，包括如下步骤：向所述低氧区池体内投加活性污泥；通过所述布水装置向所述低氧区池体内均匀进水；通过所述设备控制区控制所述低氧区池体内的溶解氧浓度；在所述气提区，通过气提作用将进入所述气提区池体内的污泥混合液通过所述污水回流管回流至所述低氧区池体前端；在所述澄清区，利用浅池原理实现污泥混合液的固液分离，得到沉淀污泥和上清液，所述沉淀污泥通过所述进泥口进入所述回流区，所述上清液通过所述收水堰排出所述系统；在所述回流区，所述沉淀污泥通过所述回流泵回流至所述低氧区池体前端。
9.根据权利要求8所述的低溶解氧污水处理方法，其中，所述低氧区池体内的活性污泥浓度为5000mg/l-7000mg/l；所述低氧区内的曝气管的通气量为0.5-1m3/m.h，气泡粒径为20-50μm，气泡上升速度为0.3-0.8m/s；通过所述设备控制区控制所述低氧区池体内的溶解氧浓度在0.5-1.0mg/l。
10.根据权利要求8所述的低溶解氧污水处理方法，其中，所述空气提升器的气泡粒径为15-25μm；由所述气提区回流至所述低氧区池体前端的污泥混合液的回流比在20-30倍；所述沉淀污泥通过所述进泥口进入所述回流区的流速在0.3m/s以上。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种低溶解氧污水处理系统及方法。本发明将低氧区的溶解氧浓度控制在较低范围内可实现系统同步硝化反硝化，简化工艺，有效提升原水中碳源利用率，减少碳源投加量。本发明的系统及方法具有占地面积小、系统运行简单、自动化程度高和能耗低等特点。
为了实现上述目的，本发明一方面提供了一种低溶解氧污水处理系统，该系统包括设备控制区、低氧区、气提区、澄清区和回流区；
所述设备控制区包括鼓风机、变频控制装置和溶氧仪；所述溶氧仪的一端与所述变频控制装置连接，所述溶氧仪的另一端设置于所述低氧区内；所述鼓风机的一端与变频控制装置连接；
所述低氧区包括低氧区池体、布水装置、牵引绳、引导槽、曝气管、鼓风支管、分流阀和进气管；所述布水装置设置于所述低氧区池体上方，用于为所述低氧区池体均匀进水；所述引导槽设置于所述低氧区池体底部，所述曝气管设置于所述引导槽内；所述牵引绳的一端与所述低氧区池体固定连接，所述牵引绳的另一端依次与所述曝气管、鼓风支管、分流阀和进气管的出气口连接；
所述气提区包括气提区池体、空气提升器、气提风管、污水回流管和回流槽；所述空气提升器设置于所述气提区池体内，所述气提风管的出气口与所述空气提升器连接，所述空气提升器用于将所述气提区池体内的污水通过所述污水回流管送入所述回流槽的进水口，所述回流槽的出水口设置于所述低氧区池体前端；
所述鼓风机的另一端与所述进气管的进气口和气提风管的进气口连接；
所述澄清区包括澄清区池体、底部进水口、斜管管组和收水堰；所述底部进水口设置于所述气提区和澄清区之间的池体壁底部；所述收水堰设置于所述斜管管组上方，所述斜管管组和收水堰用于实现所述澄清区内的污泥混合液的固液分离；
所述回流区与所述澄清区之间的池体壁底部设有进泥口；所述回流区包括回流泵和污泥回流管，所述污泥回流管的一端与所述回流泵连接，所述污泥回流管的另一端与所述回流槽的进水口连接。
根据本发明，优选地，
所述布水装置包括进水管、布水堰和水平调节器；
所述进水管设置于所述布水堰上方；
所述水平调节器用于将所述布水堰水平固定于所述低氧区内。
根据本发明，优选地，所述布水堰为锯齿状不锈钢布水堰，堰板高度为15-25cm，开口深度为10-20cm。
根据本发明，优选地，
所述曝气管包括单数曝气管和双数曝气管；
所述鼓风支管包括单数鼓风支管和双数鼓风支管；
所述分流阀包括单数分流阀和双数分流阀；
所述牵引绳的另一端分别与所述单数曝气管的一端和双数曝气管的一端连接；所述单数曝气管的另一端依次与单数鼓风支管和单数分流阀连接；所述双数曝气管的另一端依次与双数鼓风支管和双数分流阀连接；
所述单数分流阀和双数分流阀均与所述进气管的出气口连接。
在本发明中，作为优选方案，正常曝气时，单数分流阀和双数分流阀均开启。
根据本发明，优选地，所述单数曝气管和双数曝气管均为PU材质的条式软管，软管宽度各自独立的为60-70mm。
根据本发明，优选地，所述单数曝气管和双数曝气管布置间距为5-20cm。
根据本发明，优选地，所述斜管管组包括多条斜管，各条斜管间的间距为45-55mm，各条斜管的长度为0.5-1.5m。
根据本发明，优选地，所述澄清区包括上部清水层和下部污泥层，所述上部清水层的高度为0.5-1m，所述下部污泥层的高度为0.5-1.5m。
本发明另一方面提供了一种低溶解氧污水处理方法，该方法采用所述的系统，包括如下步骤：
向所述低氧区池体内投加活性污泥；通过所述布水装置向所述低氧区池体内均匀进水；通过所述设备控制区控制所述低氧区池体内的溶解氧浓度；
在所述气提区，通过气提作用将进入所述气提区池体内的污泥混合液通过所述污水回流管回流至所述低氧区池体前端；
在所述澄清区，利用浅池原理实现污泥混合液的固液分离，得到沉淀污泥和上清液，所述沉淀污泥通过所述进泥口进入所述回流区，所述上清液通过所述收水堰排出所述系统；
在所述回流区，所述沉淀污泥通过所述回流泵回流至所述低氧区池体前端。
根据本发明，优选地，所述低氧区池体内的活性污泥浓度为5000mg/l-7000mg/l。
根据本发明，优选地，所述低氧区内的曝气管的通气量为0.5-1m3/m.h，气泡粒径为20-50μm，气泡上升速度为0.3-0.8m/s。
根据本发明，优选地，通过所述设备控制区控制所述低氧区池体内的溶解氧浓度在0.5-1.0mg/l。在本发明中，所述设备控制区的溶氧仪可检测低氧区生化系统溶解氧，变频控制装置根据溶解氧浓度计算出鼓风机的频率。
根据本发明，优选地，所述空气提升器的气泡粒径为15-25μm。
根据本发明，优选地，由所述气提区回流至所述低氧区池体前端的污泥混合液的回流比在20-30倍。在本发明中，所述空气提升器采用小气泡提升方式，空气提升器的气泡粒径为15-25μm的微小气泡，通过减少混合液的密度，同时依靠气体浮力作用实现大水量小扬程提升。
根据本发明，优选地，所述沉淀污泥通过所述进泥口进入所述回流区的流速在0.3m/s以上。
在本发明中，污泥混合液通过所述底部进水口后，上清液自下而上经过斜管后进入收水堰。
在本发明中，本发明的工作原理如下：首先污水经过布水装置实现低氧区均匀布水。污水进入低氧区后与低氧区的活性污泥进行充分的混合。通过溶氧仪在线监测低氧区溶解氧，变频控制装置根据溶氧仪监测数据和其内置程序算法控制鼓风机频率，使得低氧区溶解氧控制在0.5-1.0mg/l。在低氧区相邻两曝气管间距10-15cm，且控制低通气量，这样就形成了沿整个池体密集分布的、尺寸均一、低速上升的微气泡群，增大了气液接触面积，延长了气液接触时间，提高了氧的总转移系数。由于实行低溶解氧的供氧模式，使氧的传质推动力增大，从而提高了氧在液相中的转移速度。这样有限的DO可被微生物充分地利用，即液相内的表观为DO浓度可以控制到很低甚至为零。活性污泥系统在该条件下发生同步硝化反硝化，实现污水中COD和TN和氨氮的去除。
低氧区后端的气提区通过空气提升器实现由后端到前端的污泥回流，回流比在20-30倍。因气提风管和进气管为统一鼓风机供气，变频控制装置可随来水变化同步调整曝气区供风量和循环流量，有利于均衡污染物负荷，避免需氧量的大幅波动，利于低溶解氧的实时控制。
污水经过气提区后进入澄清区，污泥通过重力作用经过澄清区下部的下部污泥层，所述沉淀污泥通过所述进泥口进入所述回流区的流速在0.3m/s以上，以避免污泥在澄清区和回流区淤积及产生厌氧发酵。上清液经过斜管进入上部收水堰，最终实现泥水分离，污水达标排放。澄清区内的斜管，利用浅池原理可有效提升澄清区的泥水分离效率。
本发明的技术方案的有益效果如下：
本发明的系统对污水浓度变化有很强的适应能力，其主要得益于以下两个设计：第一，通过布水装置可实现污水在生化池内均匀布水；第二，污水通过低氧区末端的空气提升器，将低氧区末端的污泥混合液升至前端，回流比例在20-30倍，大回流比可迅速将进水稀释。
本发明系统的鼓风机较常规污水处理系统的鼓风机可节能40％以上，其主要得益于如下两个设计：第一，本发明系统设有专有的溶解氧变频控制装置，将溶解氧控制在0.5-1.0mg/l。低溶解氧不仅降低了鼓风机的能耗，同时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，本发明系统采用的是特有的PU材质曝气管，与传统曝气器相比该曝气管气泡粒径在20-50μm，更小的气泡粒径使气泡在混合液中的上升速度减少一半，停留时间延长一倍，同时更小的气泡也带来更大的接触面积，有效提升氧气利用率。
本发明系统占地面积较常规污水处理系统节省30％，其主要得益于两个设计，第一该系统活性污泥浓度约为5000mg/l-7000mg/l，较常规活性污泥系统提升60％，单位体积污泥量大，造成低氧区占地面积小；第二，澄清区利用浅层原理，增加了斜管设计，将澄清区沉淀效率提升50％，进一步减小了澄清区的占地面积。
本发明系统有大回流比和低溶解氧的设置，特别适用于具有如下特点污水：第一，进水TN大于75mg/l,且碳源不足，进水C/N低于4；第二，进水波动较大，COD和氨氮时变化系数大于2；第三，进水中存在部分工业水和难降解COD，BOD/COD低于0.3。经过本发明系统处理后出水可稳定达到排放标准，个别地区可直接用于中水回用或者景观水的再利用。
（发明人：师路远;常江;柏永生;王佳伟;苏博君;赵梦齐;崔保聪）
