專利名稱：一種可控制顆粒粒徑與密度的顆粒污泥污水處理裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于污水處理領域，涉及一種污水處理裝置，具體涉及一種可控制顆粒粒徑與密度的顆粒污泥污水處理裝置。
背景技術：
好氧顆粒污泥污水處理工藝自上個世紀90年代末被報道以來，已得到越來越多的環(huán)境工程學者的關注。由于好氧顆粒污泥具有很強的抗負荷沖擊能力、污泥的沉淀效果好，能大大縮短污泥沉降時間，縮小污水處理廠的占地面積，降低工程造價，被譽為下一代污水處理新技術。然而好氧顆粒污泥的長期穩(wěn)定是限制該技術推廣應用的瓶頸。其主要原因是好氧顆粒污泥在培養(yǎng)過程中粒徑難以控制，由于粒徑的增大會導致顆粒結構的松散， 影響污泥的沉降性能以及出水水質，直至污泥顆粒發(fā)生解體。目前，學術界對顆粒污泥的控制進行了有益的探索，主要方法包括(1)在序批式反應器中，縮短進水時間，在較短的時間內使顆粒內部的微生物也可獲得足夠的基質，避免顆粒內部微生物由于缺乏基質而水解；( 通過微生物手段在污泥系統(tǒng)中富集慢速生長的微生物種群，如自養(yǎng)硝化菌等。這些方法在一定程度上能夠緩解顆粒污泥的解體，但仍然實現顆粒污泥的長期穩(wěn)定。旋流分離的基本工作原理是基于離心沉降作用，當待分離的兩相混合液以一定的壓力從旋流器上部周邊切向進入分離器后，產生強烈的旋轉運動，由于固液兩相之間的密度差，所受到的離心力，向心浮力和流體曳力的并不相同，較重的固體顆粒經旋流器底流口排出.而大部分清液則經過溢流孔排出，從而實現分離的目的。如今旋流技術在水處理領域，已經被廣泛的應用于一級處理，如旋流沉淀池等，但目前還沒有直接用于生物處理過程的報道。

發(fā)明內容
為了克服上述現有技術的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種可控制顆粒粒徑與密度的顆粒污泥污水處理裝置，其能夠實現曝氣區(qū)與非曝氣區(qū)的劃分，并通過曝氣裝置的氣提作用，實現混合液由曝氣區(qū)進入旋流區(qū)進而再進入非曝氣區(qū)，最后再通過曝氣裝置的抽吸作用重新進入曝氣區(qū)，其中，通過旋流器裝置加大剪切力實現好氧污泥的顆?；⑶覍崿F好氧污泥顆粒粒徑的人為控制和選擇，并且實現了氣、固、液三相的適度分離，使反應裝置達到更好的處理效果，通過溶解氧從曝氣區(qū)、氣體分離區(qū)、旋流區(qū)和非曝氣區(qū)溶解氧的濃度的梯度分布，可提高曝氣區(qū)充氧效率，減少曝氣區(qū)域，具有一定的節(jié)能功效。為了實現上述目的，本發(fā)明采用的技術方案是一種可控制顆粒粒徑與密度的顆粒污泥污水處理裝置，包括同心的內筒10和外筒11，內筒10的下沿高于外筒11的下沿，內筒10的上沿低于外筒11的上沿，外筒11直立固定在基座21上，外筒11的側壁上有出水口 7，內筒10通過內筒支撐樁14固定在基座21 上，在內筒10與外筒11之間的環(huán)形空間內設置曝氣裝置12，曝氣裝置12通過曝氣裝置支撐樁15固定在基座21上，曝氣裝置12連接進氣管13，進氣管13通到基座21外部，基座 21上還有排泥及放空管16，內筒10的內筒壁與圓筒狀的旋流器筒體8的上沿密封連接，旋流器筒體8的下端連接穿壁管9，穿壁管9穿出內筒10和外筒11的筒壁，旋流器筒體8的側壁上開有溢流孔6，內筒10的上筒口固定有進水漏斗3，進水漏斗3連接螺旋狀的細彎管 4，細彎管4的出口緊貼旋流器筒體8的內側壁。所述曝氣裝置12為微孔曝氣、軟管曝氣或者砂芯曝氣裝置。內筒10的側壁上有通氣管2，設置在內筒10與外筒11之間的環(huán)形空間內，高于內筒10下沿0 0. 6倍內筒直徑。所述旋流器筒體8、細彎管4、進水漏斗3以及穿壁管9組成旋流器裝置。本發(fā)明與現有技術相比，具有以下優(yōu)點(1)實現好氧污泥顆粒粒徑的人為控制和選擇混合液進入旋流器裝置后，細彎管引導混合液緊貼內筒內壁斜向下流入，大粒徑和大密度的顆粒在離心力的作用下率先向內壁遷移，在旋流器裝置內碰壁沉降，在下部錐段富集的大粒徑和大密度顆粒由穿壁管定期排出，粒徑較小的顆?；蛐躞w，從旋流器裝置上部設置的溢流孔進入非曝氣區(qū)，穿壁管直徑大于等于細彎管直徑，實現適度的固液分離，進而實現了粒徑與密度的控制。(2)實現混合液在反應裝置內的循環(huán)流動曝氣裝置固定在基座上，位于內筒與外筒之間的環(huán)狀空間內，并略高于內筒的下沿，通過曝氣改變曝氣區(qū)和非曝氣區(qū)的水體密度，進而改變壓力，使曝氣區(qū)的壓力小于非曝氣區(qū)的壓力，從而非曝氣區(qū)的液體外流，達到抽吸的作用，反應裝置進水后，曝氣區(qū)混合液曝氣后得以膨脹，水位得以提升，混合液通過氣提作用溢流進錐形的進水漏斗并進入旋流器筒體，并在此實現氣體的分離，通過旋流器裝置實現顆粒粒徑和密度的分離后，混合液并最終進入非曝氣區(qū)，從而完成了混合液在反應器內的循環(huán)流動。(3)實現了氣、固、液三相的適度分離固定于內筒上沿的進水漏斗在混合液進入旋流器前形成氣液分離區(qū)，該區(qū)域起到收集整流的作用，并使曝氣氣提進來的氣水混合液在該區(qū)域達到適度氣液分離的作用；在旋流器筒壁上設置一通氣管，使進入旋流器的混合液進一步氣液分離，使旋流器工作區(qū)的上部始終保持大氣壓強，進而保證了旋流器的穩(wěn)定工作條件。(4)出水水質好通過實現曝氣區(qū)和非曝氣區(qū)功能區(qū)域的劃分，使整個反應裝置具有良好的同步硝化反硝化的效果，實現了良好的出水水質。(5)充氧效率高由于微生物的代謝活動，溶解氧的濃度由曝氣區(qū)、氣體分離區(qū)、 旋流區(qū)和非曝氣區(qū)依次降低，當污泥回流至曝氣區(qū)時溶解氧幾乎耗盡，從而提高了曝氣區(qū)的濃度梯度，進而提高了該區(qū)的充氧效率。(6)雙向選擇，顆粒形成速度快出水口開啟進行出水時，曝氣區(qū)的液位會首先下降，由于連通的原因，非曝氣區(qū)的液位隨之下降，非曝氣區(qū)的水由底部向曝氣區(qū)出流，會使沉淀的污泥層發(fā)生一定的膨脹，使得污泥層上方的沉淀性能較差的污泥發(fā)生上浮從而得以隨出水排出，從而改變了傳統(tǒng)的只依靠設定較短沉淀時間的單向選擇的方式，形成一種雙向選擇方式，加速顆粒的形成。(7)污泥負荷均衡上部內筒進水，使進水需穿過污泥層進入曝氣區(qū)，加速了污泥與進水的混合，同時由非曝氣區(qū)向曝氣區(qū)、由內向外的輻射型的進水方式，更好的保證了污泥負荷的均衡性。


圖1是利用本發(fā)明的結構示意圖。圖2是實施例中反應裝置內污泥顆粒的2000倍電鏡照片。圖3是實施例中反應裝置內污泥顆粒的12000倍電鏡照片。圖4是實施例中反應裝置運行50天后出水的水質數據，橫坐標為運行時間，縱坐標為COD去除率。圖5是實施例中反應裝置運行50天后出水的水質數據，橫坐標為運行時間，縱坐標為氨氮去除率。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。如附圖所示，本發(fā)明為一種可控制顆粒粒徑與密度的顆粒污泥污水處理裝置，包括同心的內筒10和外筒11，內筒10的下沿高于外筒11的下沿，內筒10的上沿低于外筒 11的上沿，外筒11直立固定在基座21上，外筒11的側壁上有出水口 7，內筒10通過內筒支撐樁14固定在基座21上，在內筒10與外筒11之間的環(huán)形空間內設置曝氣裝置12，曝氣裝置12通過曝氣裝置支撐樁15固定在基座21上，曝氣裝置12連接進氣管13，進氣管13 通到基座21外部，基座21上還有排泥及放空管16，內筒10的內側壁上設置一圈卡槽5，旋流器筒體8的上沿帶有向外的水平邊，該水平邊卡合在卡槽5內，保證旋流器筒體8的上沿與內筒10的內側壁結合緊密，也可以通過其它活動連接的方式，旋流器筒體8的下端連接穿壁管9，穿壁管9穿出內筒10和外筒11的筒壁，旋流器筒體8的側壁上開有溢流孔6，內筒10的上筒口固定有進水漏斗3，進水漏斗3連接螺旋狀的細彎管4，細彎管4的出口緊貼旋流器筒體8的內側壁。所述曝氣裝置12為微孔曝氣、軟管曝氣、砂芯曝氣或射流曝氣裝置，保證氣體不會進入內筒10，并且可以達到良好的抽吸提升作用，使底部不會發(fā)生污泥的沉積。內筒10的側壁上有通氣管2，設置在內筒10與外筒11之間的環(huán)形空間內，高于內筒 10下沿0 0.6倍內筒直徑。所述旋流器筒體8、細彎管4、進水漏斗3以及穿壁管9組成旋流器裝置。內筒10 與外筒11之間的環(huán)形空間即為曝氣區(qū)19，旋流器筒體8以下與內筒10之間的空間為非曝氣區(qū)20，旋流器筒體8、進水漏斗3以及內筒10圍成的空間為旋流區(qū)18，進水漏斗3內為整流氣液分離區(qū)17。更優(yōu)一步設計，外筒11的高度與直徑之比為15 1 5 1，內筒10的下沿高于外筒11的下沿0. 3 1. 2倍的內筒直徑，內筒10的上沿低于外筒11的上沿1倍或1倍以上的內筒直徑，曝氣裝置12設置在內筒10與外筒11之間的環(huán)形空間內，高于內筒10下沿0 0. 6倍內筒直徑，旋流器筒體8的直徑為內筒10直徑的0. 2 0. 9倍，旋流器筒體 8的長度為直徑的0. 7 2倍，旋流器筒體8與穿壁管9連接處為倒置的圓錐形，其錐角為 5° 60°。最佳的一種選擇，外筒11的高度為600cm，外筒11的筒徑為120cm，內筒10的筒徑為65cm，內筒10的下沿高于外筒11的下沿30cm，內筒10的上沿低于外筒11的上沿100cm， 在曝氣區(qū)19且高于內筒10下沿25cm設置曝氣裝置12，旋流器裝置腔體的長度為75cm，旋流器筒體8與穿壁管9連接處錐角為45°，旋流器筒體8的筒徑為50cm，細彎管4的管徑為8cm，流入角度與水平線夾角為30°。曝氣裝置12通過曝氣改變曝氣區(qū)19和非曝氣區(qū)20的水體的密度，進而改變壓力，使曝氣區(qū)19的壓力小于非曝氣區(qū)20的壓力，從而非曝氣區(qū)20的液體外流，達到抽吸的作用，反應裝置進水后，水位控制在進水漏斗3上沿與底座高度的0. 8 0. 95倍，曝氣區(qū)19 混合液曝氣后得以膨脹，水位得以提升，混合液通過氣提作用進入進水漏斗3再進入旋流器裝置，并在此實現氣體的分離，通過旋流器裝置實現顆粒粒徑和密度的分離后，混合液并最終進入非曝氣區(qū)20，從而完成了混合液在反應器內的循環(huán)流動?；旌弦褐械念w粒根據不同粒徑、不同密度，所產生的離心力不同，在進入旋流區(qū)后，大粒徑和大密度的顆粒率先向內壁遷移，在旋流區(qū)內碰壁沉降，在錐段下部富集，由錐段下部連接的穿壁管9定期排出，穿壁管9直徑取0. 15 1倍出流孔直徑，粒徑為50 1500um的顆粒和密度為1. 01 1. 20g/cm3的顆?；蛐躞w，從旋流器筒體8上部設置的溢流孔6出流進入非曝氣區(qū)20，溢流孔6直徑大于等于細彎管4直徑，實現適度的固液分離，進而實現了粒徑與密度的控制。通過外筒11上的出水口 7開啟進行出水時，會排出一部分在設定沉淀時間內未沉淀至出水口 7下方的絮體(此為傳統(tǒng)的單向選擇)，另外，曝氣區(qū)19的液位會首先下降，由于連通的原因，非曝氣區(qū)20的液位隨之下降，非曝氣區(qū)20的水由底部向曝氣區(qū)19出流，一定的出流流速會將已經沉淀至出水口下方7的密度與粒徑較小的絮體隨出水排出，進而改變了傳統(tǒng)的單向選擇的方式，形成一種雙向選擇方式，在運行初期加速顆粒的形成。通過實現曝氣區(qū)和非曝氣區(qū)功能區(qū)域的劃分，使整個反應裝置具有良好的同步硝化反硝化的效果，實現了良好的出水水質；與此同時，由于微生物的代謝活動，溶解氧的濃度由曝氣區(qū)、氣體分離區(qū)、旋流區(qū)和非曝氣區(qū)依次降低，當污泥回流至曝氣區(qū)時溶解氧幾乎耗盡，從而提高了曝氣區(qū)的濃度梯度，進而提高了該區(qū)的充氧效率。使用時，使污水從進水口 1通過進水漏斗3進入裝置，進水口 1可設置在進水漏斗 3的正上方，污水先通過進水漏斗3進入旋流區(qū)18，然后通過旋流器筒體8側壁的溢流孔6 進入到非曝氣區(qū)20，再從內筒10的底部輻射型穿過污泥層進入到曝氣區(qū)19，加速泥水混合，平衡負荷；隨著不斷進水，裝置內水位不斷上升，進水時間控制在1到30分鐘。當裝置內水位達到進水漏斗3的上邊緣與基座21距離的80% 95%時，停止進水，開始曝氣，進水水位可用液位計控制。此時，曝氣區(qū)19的混合液在曝氣的作用下發(fā)生膨脹，當混合液膨脹溢過進水漏斗3邊緣時，混合液進入整流氣液分離區(qū)17，在此進行氣液分離，使盡量少的氣體進入旋流器裝置，隨后在重力作用下由細彎管4引流至旋流區(qū)18，由于細彎管緊貼筒壁，在旋流器筒體8邊壁上形成切向流動從而形成旋流，由于污泥顆粒與液體的密度不同， 從而需承受不同的離心力，需要排除的污泥由于受到較大的離心力向邊壁遷移，碰壁時發(fā)生沉降；密度較小的液體及小粒徑的污泥由于受到相對小的離心力，會旋流向上從溢流孔 6流出進入到非曝氣區(qū)20，達到固液分離，粒徑選擇和控制的效果(在反應器運行初期，旋流區(qū)18主要起到加大剪切力，促進顆粒形成的作用)。與此同時，曝氣區(qū)19內的混合液在氣體的氣提作用下，曝氣區(qū)19的壓力小于非曝氣區(qū)20內的壓力，使得非曝氣區(qū)20內的混合液被抽吸到曝氣區(qū)19，使反應器形成連續(xù)的循環(huán)流動。為了使內筒10內被抽吸后不形成真空，保證液體的流動順暢，在內筒10上設置了通氣管2，并且對部分進入旋流區(qū)18的氣體進行排放，進一步加強了氣液分離的效果。整個曝氣周期控制在2到8個小時，當反應完全時，停止曝氣，沉淀2 60分鐘后， 出水口 7開啟進行出水，此時外筒11與內筒10間的液位會首先下降，由于連通的原因，內筒10的液位隨之下降，內筒10的水由底部向外筒11與內筒10之間出流，會使沉淀的污泥層發(fā)生一定的膨脹，使得污泥層上方的沉淀性能較差的污泥發(fā)生二次選擇從而得以隨出水排出，加強了反應器內微生物量的控制步驟，在反應裝置運行初期，更有利于顆粒的形成。上述最佳選擇的一個具體應用，反應裝置采用污水廠的回流污泥進行接種，進水 C0D1200mg/L，氨氮120mg/L，每個循環(huán)周期為4個小時，采用進水-曝氣-沉淀-出水的間歇循環(huán)式運行，其中進水2分鐘，沉淀8分鐘，出水2分鐘，剩余時間為曝氣時間；運行第15 天開始形成顆粒，顆粒大小在0. 15 0. 35mm ；反應器運行到第50天，反應裝置內幾乎完全顆?；?，顆粒粒徑始終維持在0. 15 0. 50mm之間，粒徑控制良好，實現小粒徑顆?；⑶翌w粒的圓度平均可達0. 9，圖2為反應器內污泥顆粒的2000倍電鏡照片，圖3為反應器內污泥顆粒的12000倍電鏡照片，圖中顯示污泥顆粒密實，表面光滑，細菌數量多。圖4和圖 5為運行50天后出水的水質數據，可以發(fā)現COD的去除率平均達到93%以上，氨氮去除率平均達到60% -70%，具有良好的出水水質。本發(fā)明通過旋流器裝置及特殊的排泥方式的設計，以及曝氣裝置的合理放置，成功克服了污泥顆粒粒徑難于控制的問題，并且實現了好氧厭氧功能區(qū)的連續(xù)交替，使反應器具有了同步硝化反硝化的功能，提高了出水水質以及污泥顆粒的穩(wěn)定性，并大大降低了傳統(tǒng)好氧處理工藝的能耗。
權利要求
1.一種可控制顆粒粒徑與密度的顆粒污泥污水處理裝置，其特征在于，包括兩端貫通且同心的內筒(10)和外筒(11)，內筒(10)的下沿高于外筒(11)的下沿，內筒(10)的上沿低于外筒(11)的上沿，外筒(11)直立固定在基座上，外筒(11)的側壁上有出水口 (7)，內筒(10)通過內筒支撐樁(14)固定在基座(21)上，在內筒(10)與外筒(11)之間的環(huán)形空間內設置曝氣裝置(12)，曝氣裝置(1 通過曝氣裝置支撐樁(1 固定在基座上，曝氣裝置(1 連接進氣管(13)，進氣管(1 通到基座外部，基座上還有排泥及放空管(16)，內筒(10)的內筒壁上與圓筒狀的旋流器筒體(8)的上沿密封連接，旋流器筒體(8)的下端連接穿壁管(9)，穿壁管(9)穿出內筒(10)和外筒(11)的筒壁，旋流器筒體⑶的側壁上開有溢流孔(6)，內筒(10)的上筒口固定有進水漏斗(3)，進水漏斗(3) 連接螺旋狀的細彎管G)，細彎管的出口緊貼旋流器筒體(8)的內側壁。
2.根據權利要求1所述的一種可控制顆粒粒徑與密度的顆粒污泥污水處理裝置，其特征在于，所述曝氣裝置(1 為微孔曝氣頭、曝氣軟管、砂芯或射流曝氣裝置。
3.根據權利要求1所述的一種可控制顆粒粒徑與密度的顆粒污泥污水處理裝置，其特征在于，內筒(10)的側壁上有通氣管O)。
4.根據權利要求1所述的一種可控制顆粒粒徑與密度的顆粒污泥污水處理裝置，其特征在于，所述曝氣裝置(12)設置在內筒(10)與外筒(11)之間的環(huán)形空間內，高于內筒 (10)下沿0 0.6倍內筒直徑。
5.根據權利要求1所述的一種可控制顆粒粒徑與密度的顆粒污泥污水處理裝置，其特征在于，外筒(11)的高度與直徑之比為15 1 5 1。
6.根據權利要求1所述的一種可控制顆粒粒徑與密度的顆粒污泥污水處理裝置，其特征在于，所述的旋流器筒體(8)的長度為其直徑的0. 7 2倍。
7.根據權利要求1所述的一種可控制顆粒粒徑與密度的顆粒污泥污水處理裝置，其特征在于，旋流器筒體(8)與穿壁管(9)連接處為倒置的圓錐形，其錐角為5° 60°。
8.根據權利要求1所述的一種可控制顆粒粒徑與密度的顆粒污泥污水處理裝置，其特征在于，內筒(10)的下沿高于外筒(11)的下沿0. 3 1. 2倍的內筒直徑，內筒(10)的上沿低于外筒(11)的上沿1倍或1倍以上的內筒直徑。
9.根據權利要求1所述的一種可控制顆粒粒徑與密度的顆粒污泥污水處理裝置，其特征在于，旋流器筒體(8)的直徑為內筒(10)直徑的0. 2 0. 9倍。
10.根據權利要求1所述的一種可控制顆粒粒徑與密度的顆粒污泥污水處理裝置，其特征在于，穿壁管(9)的直徑為溢流孔(6)直徑的0. 15 1倍。
全文摘要
本發(fā)明為一種可控制顆粒粒徑與密度的顆粒污泥污水處理裝置，包括同心的內筒和外筒，在內筒與外筒之間的環(huán)形空間內設置曝氣裝置，曝氣裝置通過曝氣裝置支撐樁固定在基座上，內筒的內筒壁上連接有圓筒狀的旋流器筒體，旋流器筒體的下端連接穿壁管，穿壁管穿出內筒和外筒的筒壁，旋流器筒體的側壁上開有溢流孔，內筒的上筒口固定有進水漏斗，進水漏斗連接螺旋狀的細彎管，細彎管的出口緊貼旋流器筒體的內側壁，本發(fā)明在保證良好出水水質的基礎上，成功實現了好氧污泥顆粒粒徑和密度的人為控制和選擇，實現固液適度分離；另外本發(fā)明使得初期顆粒形成速度快，污泥負荷均衡，并通過氣液分離，提高充氧效率，具有節(jié)能高效的優(yōu)點。
文檔編號C02F3/30GK102153198SQ20101057566
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權日2010年12月2日
發(fā)明者姬曉琴, 李志華, 楊帆, 王曉昌 申請人:西安建筑科技大學