公布日：2023.02.24
申請日：2021.08.22
分類(lèi)號：C02F3/30(2006.01)I
摘要
本發(fā)明專(zhuān)利提出了一種多宮格氧化溝活性污泥法污水處理方法。它的反應池、調節池和二沉池都由多宮格形兩兩相鄰的垂直宮格組成，各宮格上部是調節池，下部是反應池；污水按照下向流和上向流交替自流多次循環(huán)方式依次經(jīng)過(guò)各垂直宮格，通過(guò)循環(huán)泵形成封閉無(wú)終端的流渠，并在反應池形成推流狀態(tài)。多宮格氧化溝本身可以帶厭氧段，可大大降低除磷成本；循環(huán)泵可根據調節池水位按間歇開(kāi)啟和關(guān)停方式運行，也更適合小型設備。采用本專(zhuān)利可以將氧化溝法推廣到最小500升/天的一體化污水處理器。
權利要求書(shū)
1.一種多宮格氧化溝活性污泥法污水處理方法，包括調節池、反應池和二沉池，其反應池內配備充氧和推流裝置，其特征是：反應池、調節池和二沉池由多個(gè)兩兩相鄰的垂直宮格組成，二沉池采用上部限速自流出水方式，各垂直宮格在二沉池出水口以上部分為調節池，以下部分為反應池和二沉池；反應池內各垂直宮格采用下向流和上向流多次交替方式，水流在循環(huán)泵推動(dòng)下，在各反應池之間循環(huán)流動(dòng)，形成封閉無(wú)終端的循環(huán)流渠。
2.如權利要求1所述的一種多宮格氧化溝活性污泥法污水處理方法，其特征是：充氧和推流采用微型表曝機進(jìn)行。
3.如權利要求1所述的一種多宮格氧化溝活性污泥法污水處理方法，其特征是：充氧和推流采用潛水泵加水射曝氣方式進(jìn)行。
4.如權利要求1所述的一種多宮格氧化溝活性污泥法污水處理方法，其特征是：充氧由風(fēng)機和曝氣裝置進(jìn)行，推流由水泵進(jìn)行。
5.如權利要求4所述的一種多宮格氧化溝活性污泥法污水處理方法，其特征是：充氧段安裝有MBR膜。
發(fā)明內容：
本發(fā)明專(zhuān)利提出了一種多宮格氧化溝法，包括調節池、反應池和二沉池，反應池內配備充氧和推流裝置，其特征是：反應池、調節池和二沉池由多個(gè)兩兩相鄰的垂直宮格組成，二沉池采用上部限速自流出水方式，各垂直宮格在二沉池出水口以上部分為調節池，以下部分為反應池和二沉池；反應池內各垂直宮格采用下向流和上向流多次交替方式，形成封閉無(wú)終端的循環(huán)流渠。
采用本專(zhuān)利的垂直多宮格形反應池，反應池內各垂直宮格兩兩相鄰，并且分別交替在上部或者底部開(kāi)有聯(lián)通孔，使污水采用上向流與下向流(或者下向流與向上流)多次交替方式，形成封閉無(wú)終端的循環(huán)流渠。污水流經(jīng)的流渠長(cháng)度相當于反應池內各垂直宮格的高度之和，一般單個(gè)垂直宮格的高寬比都比較大，因此，這種設計可以使反應池具有很大的“長(cháng)”寬比，可以使反應池中的污水整體處于推流狀態(tài)。
由于多宮格的橫截面長(cháng)寬尺寸都比較小，并且鋼、塑料等結構性材料的親水性一般都比混凝土差很大(由于結構孔隙、材質(zhì)等原因)，因此污水在橫截面上的流速梯度會(huì )非常小。據了解，有關(guān)技術(shù)規范中，規定的氧化溝流渠中的平均流速0.3米/秒是根據大型混凝土結構下防止污泥沉淀的水力學(xué)試驗得出的，稱(chēng)之為沖淤流速。在采用鋼、塑料等結構性材料，并且橫截面非常小的情況下，這個(gè)平均流速可以小得多(據中國水利水電科學(xué)院水力專(zhuān)家分析，這個(gè)平均流速可以降為0.1米/秒以下)，因此對整個(gè)氧化溝流渠的長(cháng)度要求也小得多。
如，我國目前最小的潛污泵370W，其揚程1.5米帶水射器下的流量3立方/小時(shí)。如果我們采用市場(chǎng)上現有的九宮格PVC管，其每宮格的橫截面尺寸為5X5cm，則其流速為3/3600/(5*5/10^4)＝0.32米/秒，高于要求的0.1米/秒流速。按循環(huán)周期為10分鐘計算，則所需要的流渠長(cháng)＝10*60*0.32＝192米；按每宮格管反應池高1.5米計算，則需要128格。由此計算多宮格管的體積為128*5*5/10^4*1.5＝0.48立方米。從這個(gè)角度看，多宮格氧化溝法可以用于幾乎500升/天的污水處理器。即采用此多宮格氧化溝法，理論上可以設計的最小污水處理器為500升/天。如果將循環(huán)周期成倍放大，如20、30分鐘等，采用多個(gè)曝氣點(diǎn)方式，則其處理量會(huì )相應放大，其適應的處理量沒(méi)有上限。
從另一角度看，其循環(huán)次數(指循環(huán)流量與平均進(jìn)水流量之比)為3*1000/500*24＝144，高于一般設計要求。如果按水射曝氣的體積加氣量為30％計算，則每循環(huán)一次的氣水比為0.3，循環(huán)144次的氣水比達到43.2，而一般氧化溝的氣水比為4-8，因此，循環(huán)泵可以采用間歇開(kāi)啟和關(guān)停方式，并且開(kāi)停時(shí)長(cháng)比可達1∶(5-10)。為了保證水泵的間歇運行工況，其間歇開(kāi)啟時(shí)的停歇時(shí)間不低于30分鐘，則循環(huán)泵的相應的運行時(shí)長(cháng)可以設置為3-6分鐘。
對大一些的設備，也可以采用鋼制多宮格。由于鋼制多宮格需要考慮焊接和油漆，因此每個(gè)宮格的橫截面尺寸一般較大。在這種情況下，要求每個(gè)宮格內的循環(huán)流速均大于沖淤流速是很困難的。如，為了進(jìn)行多宮格的焊接和上漆，每個(gè)宮格的截面尺寸一般不宜小于50*50厘米，即使按0.1米/秒的沖淤流速計算，其循環(huán)流量＝0.5*0.5*0.1*3600＝90噸/小時(shí)。
實(shí)際上，為了達到防止污泥淤積的目的，可以將以上要求分解成兩個(gè)方面：(1)循環(huán)水在宮格內的上、下流速不低于污泥沉降速度6米/小時(shí)，以便污泥除水流移動(dòng)；(2)循環(huán)水在通過(guò)宮格底部聯(lián)通孔時(shí)速度不低于沖淤速度，以防止沉降在宮格底部的污泥長(cháng)期沉淀。如果按此要求，所需要的循環(huán)流量就要小得多。
假設通過(guò)底部聯(lián)通孔的沖淤流速為0.3米/秒，則宮格之間的水頭差h≥v2/2g＝0.3^2/2/9.8*1000＝4.6mm；如果有20個(gè)宮格，則循環(huán)所需要的水頭差只有不到100mm。因為循環(huán)泵的運行水頭要求非常低，采用一般的潛水泵(揚程一般不低于7米)就很浪費，可以選用污泥回流泵。污泥回流泵是最近研制出來(lái)的超低揚程、大流量的污泥泵。
一般二沉池采用高位出水方式。二沉池的自流出水方式一般分為自由自流出水和限量自流出水兩種，前者出水口徑不小于污水處理器的進(jìn)水口徑，污水處理器一般進(jìn)水流量與出水流量相同。后者將二沉池的出水設定為一定流量，如污水處理器的平均流量。本專(zhuān)利采用后者，即采用上部限速自流出水方式。
當一段時(shí)間內進(jìn)入反應池的污水流量高于該設定流量時(shí)，就會(huì )使各垂直宮格內的污水水位抬高，污水會(huì )自動(dòng)進(jìn)入各垂直宮格的調節池區域。因此，可以根據調節池內的水位來(lái)控制曝氣和推流動(dòng)力裝置的開(kāi)啟和關(guān)停。
當一段時(shí)間內進(jìn)入反應池的污水流量低于設定流量甚至停止進(jìn)水時(shí)，反應池內水位會(huì )保持穩定，污水不會(huì )進(jìn)入調節區內。雖然的化溝反應池的進(jìn)水混合比非常大，并且一般將反應池的進(jìn)水口與出水口保持盡可能大的距離，新進(jìn)入的污水對其出水影響很小，但當持續時(shí)間達到反應池的總水力停留時(shí)間的接近50％，就有可能新進(jìn)污水到達出水口。為此，需要設定一個(gè)曝氣和推流動(dòng)力裝置停止運行的最長(cháng)期限，當這個(gè)時(shí)間到達時(shí)，即使水位開(kāi)關(guān)沒(méi)有開(kāi)啟，也要啟動(dòng)曝氣和推流動(dòng)力裝置的運行。顯然，這個(gè)時(shí)間與設定的出水流量有關(guān)，一般當出水流量設定為污水處理器的平均流量情況下，這個(gè)時(shí)間不宜超過(guò)反應池的總水力停留時(shí)間的1/4。實(shí)際上，設定這種最長(cháng)停機時(shí)限也有利于反應池內菌種的保持，也相當于一種保種運行。
由于二沉池所需要的水力停留時(shí)間較長(cháng)，一般大于一個(gè)垂直宮格的水力停留時(shí)間，因此，二沉池可以采用多個(gè)垂直宮格，或者相當于多個(gè)垂直宮格的空間。為了便于二沉池內底部污泥抽取，一般以采用一個(gè)相當于多個(gè)垂直宮格的空間為宜。
曝氣和推流動(dòng)力裝置可以污泥潛水泵加水射曝氣方式，將潛水泵直接布置在其個(gè)垂直宮格中。也可以采用表曝機形式，只是目前市場(chǎng)上還沒(méi)有這么小的表曝機。還可以采用曝氣風(fēng)機和循環(huán)泵方式，將曝氣功能與循環(huán)推流功能分享；采用這種方式時(shí)，還可以在必要時(shí)，在安裝有曝氣裝置的充氧段安裝MBR膜，進(jìn)一步提高出水水質(zhì)；而在不需要安裝MBR膜時(shí)，也不強求將曝氣裝置安裝在宮格的底部，這樣可以降低對曝氣風(fēng)機的壓力要求。
傳統的平面式氧化溝頂部都是敞開(kāi)的，污水在循環(huán)過(guò)程中不斷與空氣混合，因此傳統的氧化溝都難以形成厭氧段；需要除磷時(shí)，需要采用化學(xué)除磷或者前置厭氧池并配置污泥回流。多宮格氧化溝可以方便采用頂部封閉或局部密封方式，因此可在氧化溝內形成厭氧段，從而在整個(gè)氧化溝循環(huán)中實(shí)現AAO循環(huán)。因此與傳統氧化溝相比，多宮格氧化溝只需要適當增加氧化溝渠的循環(huán)時(shí)間就可以增加除磷效果，其除磷成本比傳統氧化溝低得多。
一般來(lái)講，氧化溝對進(jìn)水要求不高，不需要前置初沉池；所需要的曝氣氣水比也比較低。采用多宮格氧化溝還可以自帶一定的調節池，因此適合于地面安裝時(shí)提升泵供水，或地埋安裝時(shí)，自動(dòng)調節來(lái)水流量。還可以省掉AAO法前面的調節池和格柵池(可以在多宮格氧化溝的進(jìn)水宮格設計成粗格柵池)，因此多宮格氧化溝可以大大節省配套設施的投資和占地面積。另一方面，多宮格氧化溝的高寬比大，特別對不需要加MBR膜時(shí)，可以采用更高的結構，從而減少氧化溝本身所需要的占地面積�？偟膩�(lái)看，多宮格氧化溝比傳統氧化溝和AAO的占地面積都要節省得多。
綜合來(lái)看，采用本發(fā)明專(zhuān)利的多宮格氧化溝法，可以將氧化溝法推廣應用到最小500升/天的污水處理器，大大降低了氧化溝法的應用領(lǐng)域，為農村分散污水處理提供了一種新途徑。多宮格氧化溝可以大大降低配套設施的投資，大大降低污水處理的除磷成本，且可以根據來(lái)水流量自動(dòng)間歇開(kāi)啟和關(guān)停，有助于降低運行費用。
（發(fā)明人：孫長(cháng)貴;姚中貴）
