多相紊流生物膜污水处理设备的制作方法

1.本发明涉及多相紊流生物膜污水处理设备，属于污水处理技术领域。


背景技术：

2.目前污水处理工艺常用的a2o工艺，为了保证脱氮及降解有机物的效果，一般水力停留时间较长，占地面积较大。近年来，多地出水标准逐步提高，出水水质要求日趋严格，常规的处理设备为了提高出水水质，往往通过延长水力停水时间或增加深度处理阶段实现，造成投资成本提高、占地面积增大、运行成本增加、不便于运输等问题。
3.为了节约占地面积，提高处理效率，近年来mbbr工艺越来越多地应用于污水处理行业。mbbr工艺是通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体，提高反应器中的生物量及生物种类，从而提高反应器的处理效率。mbbr工艺结合了传统流化床和生物接触氧化法两者的优点，解决了固定床反应器需要定期进行反冲洗、流化床需要将载体流化、淹没式生物滤池易堵塞需要清洗填料和更换曝气器等问题。该工艺因悬浮的填料能与污水频繁接触而被称为“移动的生物膜”。但传统的mbbr工艺一般挂膜速度较慢，反应器启动时间长达25～40天，不利于系统的快速启用。
4.本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种提高出水水质，特别是脱氮效果，减少占地面积、降低运行成本、提高挂膜效果，加快系统启动的多相紊流生物膜污水处理设备。


技术实现要素：

5.本发明针对现有技术存在的不足，提供了多相紊流生物膜污水处理设备，具体技术方案如下：
6.多相紊流生物膜污水处理设备，包括污水处理池，所述污水处理池的内部依次设置有厌氧区、缺氧区、好氧区、沉淀区，在厌氧区内垂直设置有第一折流板，在缺氧区内垂直设置有第二折流板，在好氧区的底部设置有多个曝气管，所述好氧区与沉淀区之间设置有位于好氧区底部的连通口，在缺氧区与好氧区处均设置有改性悬浮填料，缺氧区处改性悬浮填料的投加比例为20～40％，好氧区处改性悬浮填料的投加比例为40～60％。
7.作为上述技术方案的改进，缺氧区处改性悬浮填料的投加比例与好氧区处改性悬浮填料的投加比例之间的比值为1:2。
8.作为上述技术方案的改进，改性悬浮填料的粒径约12～13mm，比表面积大于700m2/m3，比重大于0.95g/cm3。
9.作为上述技术方案的改进，在所述厌氧区设置有污泥排放管，所述沉淀区设置有斜管。
10.作为上述技术方案的改进，在厌氧区与缺氧区之间的交界处设置有固定拦截网，固定拦截网的网孔孔径小于改性悬浮填料的粒径；所述连通口处设置有可提升拦截网，可提升拦截网的网孔孔径小于改性悬浮填料的粒径。
11.作为上述技术方案的改进，可提升拦截网包括抽屉型结构的外层框架、拉绳，外层框架的左侧、右侧、后侧、下侧均设置有孔径为10mm的双层网，污水处理池的两侧设置有与拉绳相匹配的滑轨。
12.作为上述技术方案的改进，所述沉淀区设置有喷射方向对准可提升拦截网的脉冲清洗管，所述脉冲清洗管与污水处理池的底部设置有45
°
～60
°
的倾斜角度，所述脉冲清洗管包括输气段、渐缩段、冲击段，输气段的内径为d，所述冲击段的内径为d，冲击段的长度为l，d/d≥2，l/d≥3；所述输气段与气源之间安装有电磁阀，气源向脉冲清洗管供气采用脉冲法，用电磁阀控制，每10分钟冲洗10s。
13.作为上述技术方案的改进，在厌氧区、好氧区、缺氧区内分别设置有与沉淀区相连通的气提管，所述第一折流板和所述第二折流板的底端均呈倾斜设置，倾斜角度设置为45
°
。
14.作为上述技术方案的改进，所述连通口处设有向沉淀区倾斜的倾斜板，所述倾斜板的倾斜角度为45
°
。
15.作为上述技术方案的改进，所述好氧区内的污水体积与缺氧区内的污水体积之比为(2～3):1。
16.本发明的有益效果：
17.本发明提供一种提高出水水质，特别是脱氮效果，减少占地面积、降低运行成本、提高挂膜效果，加快系统启动的多相紊流生物膜污水处理设备。
附图说明
18.图1为本发明所述多相紊流生物膜污水处理设备的结构示意图；
19.图2为本发明所述多相紊流生物膜污水处理设备的原理图；
20.图3为使用多相紊流生物膜污水处理设备处理污水的工艺流程图；
21.图4为本发明中可提升拦截网的结构示意图；
22.图5为本发明中脉冲清洗管的结构示意图。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
24.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
25.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
26.实施例1
27.如图1所示，所述多相紊流生物膜污水处理设备，包括污水处理池，所述污水处理池的内部依次设置有厌氧区、缺氧区、好氧区、沉淀区，在厌氧区内垂直设置有第一折流板1，在缺氧区内垂直设置有第二折流板2，在好氧区的底部设置有多个曝气管5，所述好氧区与沉淀区之间设置有位于好氧区底部的连通口，在缺氧区与好氧区处均设置有改性悬浮填料4，缺氧区处改性悬浮填料4的投加比例为20～40％，好氧区处改性悬浮填料4的投加比例为40～60％。
28.投加比例是指改性悬浮填料4的堆积体积与被投加区域的容积之间的百分比。例如，缺氧区处改性悬浮填料4的投加比例为20～40％，意思是，缺氧区处改性悬浮填料4的堆积体积与缺氧区的容积之间的百分比为20～40％。
29.其中，改性悬浮填料4采用改性c系填料，改性悬浮填料4的粒径约12～13mm，比表面积大于700m2/m3，比重大于0.95g/cm3。
30.所述多相紊流生物膜污水处理设备的工作原理：
31.如图2所示，污水处理过程如下：收集的污水，经过调节池，调节池用于将污水的水量及水质进行均匀调节然后进入本发明所述多相紊流生物膜污水处理设备：
32.首先，污水进入厌氧区和缺氧区，由于设置了第一折流板1、第二折流板2，因此污水在这两个厌氧区和缺氧区内形成了紊流，紊流是相对层流而言的，在紊流场内雷诺数大，惯性力占主要地位，流体呈紊流流动状态。流体质点的运动极不规则，流场中各种流动参数的值具有脉动现象，由于脉动的急剧混掺，流体动量、能量、温度以及含有物的浓度的扩散速率较层流为大，使污水与生化系统内的活性污泥快速充分混合。这种紊流状态能使缺氧区的改性悬浮填料4保持良好的流化状态，使水流和改性悬浮填料4保持充分接触，快速形成悬浮生长的活性污泥和附着改性悬浮填料4表面生长的生物膜，改性悬浮填料4表面充满了反硝化细菌和厌氧氨氧化菌，具有良好的脱氮效果。缺氧区的活性污泥和脱落的生物膜会随着水流进入好氧区，加快好氧区改性悬浮填料4的挂膜速度。从缺氧区溢流出的污水进入好氧区，进行下一步的处理，在好氧区投加的改性悬浮填料4，具有良好的生物膜挂膜性能，能富集大量的硝化菌和异氧好氧菌，好氧区底部进行曝气，在此区域内大量有机物得到降解，并将氨氮转化为硝态氮，而生物膜内侧处于缺氧状态，通过反硝化反应将硝态氮转化为氮气排出系统，进一步提高脱氮能力。
33.好氧区的曝气也能使改性悬浮填料4保持良好的流化性，系统内同时存在活性污泥及生物膜，相比传统活性污泥法，增大了系统内活性生物量，提高了脱氮除碳能力，具有较强的抗冲击负荷性能。由于改性悬浮填料4密度接近于水，所以在曝气的时候，与水呈完全混合状态，微生物生长的环境为气、液、固三相。载体在水中的碰撞和剪切作用，使空气气泡更加细小，增加了氧气的利用率。
34.优选地，缺氧区处改性悬浮填料4的投加比例与好氧区处改性悬浮填料4的投加比例之间的比值为1:2。
35.优选地，所述好氧区内的污水体积与缺氧区内的污水体积之比为(2～3):1。
36.在本实施例中，挂膜前改性悬浮填料4的比重为0.96～0.98g/cm3。判断是否挂膜
成功，按照如下指标判断，当挂膜后改性悬浮填料4的比重大于或等于1g/cm3，同时，改性悬浮填料4表面的生物膜的平均厚度在0.2-0.5mm，即表示生物膜培养成功。
37.在本实施例中，按照图3中的工艺，污水的进水水质主要指标见表1，在使用所述多相紊流生物膜污水处理设备对污水进行处理，处理条件为：缺氧区处改性悬浮填料4的投加比例为20％，好氧区处改性悬浮填料4的投加比例为40％，好氧区内的污水体积与缺氧区内的污水体积之比为3:1，挂膜前改性悬浮填料4的比重为0.96～0.98g/cm3，从多相紊流生物膜污水处理设备所排出的污水，其cod
cr
、bod5、ss、tn、nh
3-n、tp需要符合表2，表2为《北京市农村生活污水排放标准db 11/1612-2019》。在多相紊流生物膜污水处理设备中，在夏季，挂膜时间为15天。
38.在本实施例中，从多相紊流生物膜污水处理设备所排出的污水，其具体数值见表3。
39.表1
[0040][0041]
表2
[0042][0043]
表3
[0044][0045]
实施例2
[0046]
在一些实施例中，在厌氧区、好氧区、缺氧区内分别设置有与沉淀区相连通的气提管9。所述第一折流板1和所述第二折流板2的底端均呈倾斜设置，倾斜角度设置为45
°
。
[0047]
曝气后的污水进入沉淀区，在该区域内污水进行沉淀处理，使污水固液分离后，液体从沉淀区的上端口流出，沉淀后的活性污泥沉入沉淀区的底部，然后通过各个区设置的气提管9将活性污泥分别送入各个反应区，进行下一轮的污水处理。
[0048]
实施例3
[0049]
如图1所示，在厌氧区与缺氧区之间的交界处设置有固定拦截网3，固定拦截网3的网孔孔径小于改性悬浮填料4的粒径；所述连通口处设置有可提升拦截网6，可提升拦截网6的网孔孔径小于改性悬浮填料4的粒径。
[0050]
为了防止改性悬浮填料4流失，设置固定拦截网3。
[0051]
实施例4
[0052]
在所述厌氧区设置有污泥排放管11，将所述厌氧区中的污泥排放到多相紊流生物膜污水处理设备外部。所述沉淀区设置有斜管8。
[0053]
实施例5
[0054]
如图4所示，可提升拦截网6包括抽屉型结构的外层框架、拉绳，外层框架的左侧、右侧、后侧、下侧均设置有孔径为10mm的双层网，污水处理池的两侧设置有与拉绳相匹配的滑轨。通过拉绳将外层框架可外层框架提出水面，对双层网进行清理。
[0055]
抽屉型结构的外层框架，其整体的稳定性较强，不易变形或移位；孔径为10mm的双层网，使得改性悬浮填料4不易从侧边流失。当后续的脉冲清洗管7的冲洗效果不佳时，可通过通过拉绳将外层框架可外层框架提出水面，对双层网进行手动清理。
[0056]
实施例6
[0057]
如图1、5所示，所述沉淀区设置有喷射方向对准可提升拦截网6的脉冲清洗管7，所述脉冲清洗管7与污水处理池的底部设置有45
°
～60
°
的倾斜角度，从而有利于提高冲洗效果，倾斜角度小于45
°
，被冲下的污泥、改性悬浮填料4不易上涌，反而还会在其附近集聚，容易造成脱落的生物膜及剩余污泥堵塞可提升拦截网6的孔隙；倾斜角度大于60
°
，正面对准改性悬浮填料4的冲击力会变小，因此，倾斜角度会设定为45
°
～60
°
。
[0058]
所述脉冲清洗管7包括输气段101、渐缩段102、冲击段103，输气段101的内径为d，所述冲击段103的内径为d，冲击段103的长度为l，d/d≥2，l/d≥3；所述输气段101与气源之间安装有电磁阀，气源向脉冲清洗管7供气采用脉冲法，用电磁阀控制，每10分钟冲洗10s。
[0059]
在输气段101内空气通过时流速较低，阻力损失小；渐缩段102的管径逐渐缩小，单位面积减小，流速逐渐增大；冲击段103内空气经过狭长的冲击段103，快速冲击筛网，一方面防止改性悬浮填料4堆积在可提升拦截网6表面，另一方面，防止脱落的生物膜及剩余污泥堵塞可提升拦截网6的孔隙。
[0060]
相对于持续冲洗来说，采用脉冲法所带来的冲洗效果更好。d/d如果过小，最终从冲击段103处喷出的冲击力较小；如d/d＝1.5时，需要每10分钟冲洗30s才能保证冲洗需要。l/d如果过小，在冲击段103处没有蓄有足够的冲击力，其喷出的气流会很散，冲洗效果也会变差；需要每10分钟冲洗60s才能保证冲洗需要。因此，优选地，d/d≥2，l/d≥3。
[0061]
其中，所述连通口处设有向沉淀区倾斜的倾斜板10，所述倾斜板10的倾斜角度为45
°
。
[0062]
对照例1
[0063]
本实施例与实施例1的区别是，本实施例的缺氧区处改性悬浮填料4的投加比例分别为10％、20％、30％、40％、50％、60％，厌氧区、好氧区均不投加改性悬浮填料4，其余条件不变；最终得到的挂膜时间与污水中的tn、nh
3-n数据见表4：
[0064]
表4
[0065]
投加比例挂膜时间tnnh
3-n10％38352620％40282130％45272440％4825(20～24)50％5227(20～24)60％5529(22～28)
[0066]
当投加比例分别为40％、50％、60％时，最终的nh
3-n值会不稳定。
[0067]
对照例2
[0068]
本实施例与实施例1的区别是，本实施例的好氧区处改性悬浮填料4的投加比例分别为30％、40％、50％、60％，厌氧区、缺氧区均不投加改性悬浮填料4，其余条件不变；最终得到的挂膜时间与污水中的bod5、nh
3-n数据见表5：
[0069]
表5
[0070]
投加比例挂膜时间bod5nh
3-n30％28212040％25131250％301312.560％3514(15～20)
[0071]
当投加比例分别为60％时，最终的nh
3-n值会不稳定。
[0072]
对照例3
[0073]
通过对照例2可知，好氧区处改性悬浮填料4的投加比例优选40％，本实施例与实施例1的区别是，本实施例的缺氧区处改性悬浮填料4的投加比例分别为10％、20％、30％、40％，厌氧区不投加改性悬浮填料4，其余条件不变；最终得到的挂膜时间与污水中的tn、nh
3-n、bod5数据见表6：
[0074]
表6
[0075]
投加比例挂膜时间bod5nh
3-ntn10％208102520％1570.91230％167.211740％177.31.2(20～22)
[0076]
由对照例1～3可知，挂膜时间主要取决于好氧区处改性悬浮填料4的投加比例，好氧区处改性悬浮填料4的投加比例主要影响污水的bod5、nh
3-n；缺氧区处改性悬浮填料4的投加会进一步缩短挂膜时间，最优选的是投加比例为20％时，挂膜时间能缩短至15天；缺氧区处改性悬浮填料4会影响污水中nh
3-n、tn。
[0077]
本发明通过在好氧区、缺氧区均投加特定比例的改性悬浮填料4，最终nh
3-n下降幅度达到39.1mg/l，也就说明启动协同促效的作用；并且，如果只在好氧区或缺氧区单独投加改性悬浮填料4，如果投加的比例过多，最终还会造成nh
3-n值不稳定，也就是说，过多的改性悬浮填料反而会影响处理效果。
[0078]
对照例4
[0079]
通过对照例3可知，好氧区处改性悬浮填料4的投加比例优选40％，缺氧区处改性悬浮填料4的投加比例优选20％，本实施例与实施例1的区别是，本实施例的厌氧区处改性悬浮填料4的投加比例分别为0％、5％、10％、20％，其余条件不变；最终得到的挂膜时间与污水中的tn、nh
3-n、bod5数据见表7：
[0080]
表7
[0081][0082][0083]
由本实施例可知，在厌氧区投加改性悬浮填料4不会产生明显的有益效果，且投加量较大时，对系统的处理效果反而不利。
[0084]
在上述实施例中，本发明所述多相紊流生物膜污水处理设备，利用污水与回流污泥在厌氧区、缺氧区和好氧区不规则的紊流状态，可使污水与回流活性污泥充分混合，无需外加搅拌及推流装置，同时为防止比重较大的无机颗粒污泥在下部沉积阻塞过水口；污水与活性污泥充分反应混合，使有机污染物得到降解，污水经过厌氧、缺氧、好氧以及回流实现了同步脱氮除磷，系统内投加改性悬浮填料增加了生物量和生物种类，相比同等条件下传统mbbr工艺，通过紊流场的独特结构以及在缺氧区投加比表面积较高的改性悬浮填料，能使好氧区的挂膜速度提升20％以上，系统的完全启动时间可缩短至15～20天，并在不增加污水处理池容积的情况下提升了脱氮除碳能力，增强系统的抗冲击负荷性能。独特的紊流场使得污水与活性污泥反应更加充分、快速，从而使生化反应区的容积变小，出水水质达标。回流、排泥等过程均采用气提工艺，降低了吨水用电单耗，大幅降低了污水处理运营成本。
[0085]
通过对常规农村生活污水实际运行效果统计，出水水质可达到：cod
cr
《30mg/l，nh
3-n《1.5(2.5)mg/l，tn《15mg/l，bod5《10mg/l，ss《10mg/l，(nh
3-n处括号内为冬季时数据)。本发明所述的设备尤其适用于占地紧凑、要求快速投入运行、出水标准高的农村生活污水或同类污水。
[0086]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。