改进的污水处理系统的制作方法

本实用新型涉及一种污水处理系统，尤其是一种能够适应污水水量、水质波动大的寒冷地区使用的改进的污水处理系统，属于污水处理领域。

背景技术：

我国十二五和十三五环境保护规划对污水提出了严格的提标增效要求。目前我国村镇地区污水处理率仍然较低，尤其是北方村镇，由于冬季会出现微生物活性降低导致出水水质不达标现象，污水处理难度极大。

北方村镇地区污水处理相比于城镇处理，尤其是南方城镇，具有如下特点：

1.污水总量波动大，居民生活规律相近，导致村镇生活污水排放量波动较大；

2.春夏秋时污水水质波动大，尤其是施肥时节，污水水质波动明显；

3.污水总量相对城镇较少；

4.污水中有机物含量相对较多；

5.冬季温度低，微生物活性低，微生物硝化受抑制而导致脱氮效率低，污水处理困难。

针对北方村镇地区污水处理中1～4的特点，目前常规做法是投入比实际总污水处理量更大的产能设备来解决此问题，但这又会出现设备利用率低，投资额度增加，经济效益变差等问题。

针对北方村镇地区污水处理中第5个特点，目前实际运行中一般采取增加水力停留时间、降低污泥负荷、增大污泥回流比等措施来处理，但这些措施同样面临增加工程投资和运行费用的增加，并且污水处理的效果也很难得到保证，还常会引起污泥膨胀等问题，另有文献报道，采用内循环流态生物反应器，低水温(3-15℃)下逐步驯化活性污泥提高其冷适应性，并在反应器内形成中间缺氧区和外环好氧区，同一反应器内实现有机物去除和脱氮，实现低温下污水有效处理，但受风机工况影响，好氧段常出现内循环流态紊乱，导致生物处理系统脱氮效率低、出水水质不稳定和曝气能耗高等问题。

因此，现有技术亟代研究并设计出一种能够适应污水水量和水质大幅度波动的，能够适应北方冬季温度，并且脱氮效率高、出水水质稳定、曝气能耗低的一种污水处理设备。

由于上述原因，本发明人对现有的污水处理设备做了深入研究，以便设计出一种能够解决上述问题的改进的污水处理系统。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种改进的污水处理系统，该系统通过转换池的设计解决解决污水水量、水质波动问题，通过在线监测氧含量控制系统优化内循环流态，

该改进的污水处理系统包括设备框架1，所述设备框架1内设置有：沉砂池2、初沉池3、厌氧池4、缺氧池5、内循环流态生物反应器6、二沉池7、消毒池8、转换池9和电控柜10，

所述沉砂池2、初沉池3、厌氧池4、缺氧池5、内循环流态生物反应器6、二沉池7和消毒池8通过管道依次连接，使得废水能够依次通过，进而完成正常情况下的污水处理；

所述转换池9与沉砂池2、厌氧池4、缺氧池5、内循环流态生物反应器6分别相连，用于在待处理污水出现波动时对处理系统进行调整；

所述电控柜10根据在线监测氧含量结果对曝气系统进行适时调整，实现内循环流态稳定控制，进而提升污水处理系统出水水质稳定性，并降低曝气能耗。

具体的，所述沉砂池2为竖流式沉淀池，沉砂池进水管21位于沉砂池2的靠近底部位置，沉砂池出水管22位于沉砂池2靠近顶部位置，污水在沉砂池2内上升流速低于1mm/s，

在沉砂池出水管22上还还设置有沉砂池出水备用管道23，以与转换池9连接，沉砂池出水管22与沉砂池出水备用管道23之间通过三通连接，沉砂池出水管22与初沉池3相连接，

优选地，在沉砂池2靠近底部位置还设置有沉砂池维护管24，

在一个优选的实施方式中，所述初沉池3底部为斜面设计，在斜面上方，设置有初沉池出水管道31，初沉池出水管道31经过水泵连接到厌氧池4，

在厌氧池4内设置有第一填料机构41作为兼性厌氧发酵菌的载体，

在一个优选的实施方式中，所述第一填料机构41为柱状，其上具有大量孔洞42，第一填料机构41具有多个，均匀分散在厌氧池4中，

在所述厌氧池4底部，设置有厌氧池出水管43以与缺氧池5相连，

在所述缺氧池5中设置有形状与第一填料机构41相同的第二填料机构52，在缺氧池5底部或侧壁还设置有空气管道，以控制缺氧池5内的溶解氧量，

在所述缺氧池5上，还设置有与转换池9相连的第二连通管92，在转换池9上设置有与厌氧池4相连的第一连通管91，

在所述缺氧池5中，设置有缺氧池出水管51以与内循环流态生物反应器6相连，在内循环流态生物反应器6内设置有曝气机构61，

所述曝气机构61包含曝气层611和空气管道6121，

所述曝气层611截面为圆形，曝气层611截面直径略小于内循环流态生物反应器6截面直径，

在一个优选的实施方式中，所述曝气层611包括多个曝气环612，所述曝气环612为直径不同的环形结构，所述多个曝气环612同轴心，在曝气环612上设置有曝气孔6111，以喷出空气，

优选地，所述曝气孔6111具有多个，均匀分散在曝气环612上，

在本实用新型中，所述曝气环612上设置有溶解氧探头6123，溶解氧探头6123采集的数据通过探头连接线接入到电控柜10中，

在一个优选的实施方式中，一个曝气环612上具有多个溶解氧探头6123，优选4个，均匀分散在曝气环612上表面上，

所述溶解氧探头6123顶端为探头探测点，探测点位置距离曝气环612长度为20～40cm。

在曝气环612内部具有管道与曝气孔6111连接，不同的曝气环612内部管道不连通，

所述空气管道6121的一端通过曝气阀门6122与曝气机63相连，另一端连接在曝气环612内部管道上，

进一步地，所述空气管道6121具有多个，连接在不同的曝气环612上，在每一个空气管道6121上都设置有曝气阀门6122，使得不同曝气环612喷出的空气量可控，

在本实用新型中，所述曝气阀门6122优选为电磁阀，曝气阀门6122的开闭程度受电控柜10的控制，

更进一步地，所述曝气层611具有多个，平行的放置在内循环流态生物反应器6中。

在所述曝气层611之间设置有曝气层连接管613，所述曝气层连接管613为中空管状结构，通过其连接不同曝气层611上的对应位置的曝气环612，

优选地，每个曝气环612上设置有多个曝气层连接管613,曝气层连接管613均匀分散在曝气环612上。

在本实用新型中，所述曝气机构61上还覆盖有活性填料，为微生物提供载体。

在内循环流态生物反应器6中，还设置有温度传感器62。

在本实用新型中，在所述内循环流态生物反应器6上，还设置有第一回流管道64，所述第一回流管道64连接至缺氧池5，

在所述内循环流态生物反应器6上，设置有反应器出水管62以与二沉池7相连，在内循环流态生物反应器6底部靠近中心区域，设置有第三连通管93以与转换池9相连，

在所述二沉池7上设置有第二回流管道71，在二沉池7上还设置有二沉池出水管道72以与消毒池8相连，

本实用新型所提供的改进的污水处理系统具有以下有益效果：

(1)根据本实用新型提供的改进的污水处理系统，对污水水量波动和水质波动适应性强；

(2)根据本实用新型提供的改进的污水处理系统，对冬季低温污水处理效果良好，出水总氮含量少；

(3)根据本实用新型提供的改进的污水处理系统，装置占用空间小，投资小，装置利用率高；

(4)根据本实用新型提供的改进的污水处理系统，能够大幅度节省供氧量和外加碳源量。

附图说明

图1示出根据本实用新型一种优选实施方式的改进的污水处理系统整体结构示意图；

图2示出根据本实用新型一种优选实施方式的改进的污水处理系统中沉砂池结构示意图；

图3示出根据本实用新型一种优选实施方式的改进的污水处理系统中初沉池结构示意图；

图4示出根据本实用新型一种优选实施方式的改进的污水处理系统中第一填料机构结构示意图；

图5示出根据本实用新型一种优选实施方式的改进的污水处理系统中曝气机构结构示意图；

图6示出根据本实用新型一种优选实施方式的改进的污水处理系统中曝气机构结构示意图。

附图标号说明：

1-设备框架；

2-沉砂池；

21-沉砂池进水管；

22-沉砂池出水管；

23-沉砂池出水备用管道；

24-沉砂池维护管；

3-初沉池；

31-初沉池出水管道；

4-厌氧池；

41-第一填料机构；

42-孔洞；

43-厌氧池出水管；

5-缺氧池；

51-缺氧池出水管；

52-第二填料机构；

6-内循环流态生物反应器；

61-曝气机构；

611-曝气层；

612-曝气环；

613-曝气层连接管；

6111-曝气孔；

6121-空气管道；

6122-曝气阀门；

6123-溶解氧探头；

62-温度传感器；

63-曝气机；

64-第一回流管道；

65-反应器出水管；

7-二沉池；

71-第二回流管道；

72-二沉池出水管道；

8-消毒池；

9-转换池；

91-第一连通管；

92-第二连通管；

93-第三连通管；

10-电控柜。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本实用新型提供的改进的污水处理系统，包括设备框架1，以支撑保护内部各机构，

所述设备框架1内设置有：沉砂池2、初沉池3、厌氧池4、缺氧池5、内循环流态生物反应器6、二沉池7、消毒池8、转换池9和电控柜10，

所述转换池9为多功能中转池，用于在待处理污水出现波动时对处理系统进行调整，以保证污水处理质量和处理效率，

所述电控柜10用于根据在线监测氧含量的数值对系统进行控制。

具体的，所述沉砂池2、初沉池3、厌氧池4、缺氧池5、内循环流态生物反应器6、二沉池7和消毒池8通过管道依次连接，使得废水能够依次通过，进而完成正常情况下的污水处理，所述转换池9与沉砂池2、厌氧池4、缺氧池5、内循环流态生物反应器6分别相连，用于在待处理污水出现波动时对处理系统进行调整。

所述沉砂池2为竖流式沉淀池，如图2所示，沉砂池进水管21位于沉砂池2的靠近底部位置，沉砂池出水管22位于沉砂池2靠近顶部位置，

进一步地，污水从沉砂池进水管21流入，在沉砂池2内逐渐向上流动，在本实用新型中，在沉砂池2内污水上升流速低于1mm/s，使得大质量污泥能够沉淀，

在沉砂池出水管22上还还设置有沉砂池出水备用管道23，以与转换池9连接，沉砂池出水管22与沉砂池出水备用管道23之间通过三通连接，以控制污水流向。

优选地，在沉砂池2靠近底部位置还设置有沉砂池维护管24，便于维护时抽空沉砂池2中存留的污水。

所述沉砂池出水管22与初沉池3相连接，使得经过初步沉淀的污水能够进入初沉池3进行二次沉淀，

在一个优选的实施方式中，所述初沉池3底部为斜面设计，如图3所示，使得在初沉池3中沉淀的污泥能够在重力作用下向初沉池3低洼处流动，便于维护清理初沉池3中污泥，

在所述初沉池3斜面上方，设置有初沉池出水管道31，初沉池出水管道31经过水泵连接到厌氧池4。

当待处理污水水量或污水中沉淀物含量某一时刻较多，亦或者是初沉池3需要维护时，可以通过沉砂池出水备用管道23将部分污水排入转换池9，将转换池9作为初沉池临时使用，在不耽误设备污水处理效率的情况下，增加了同一时间对污水的处理量，并且延长了污水初沉的时间，进而保证了污水的处理效果。

所述厌氧池4用于分解污水中可生物降解有机物转化为挥发性脂肪酸(vfa)等小分子发酵产物，从而降低污水中有机物含量，

在厌氧池4内设置有第一填料机构41作为兼性厌氧发酵菌的载体，所述第一填料机构41由活性填料制成，

所述活性填料是一种新型生物活性载体，其根据污水性质不同，在高分子材料中融合多种有利于微生物快速附着生长的微量元素，经过特殊工艺改性、构造而成，具有比表面积大、亲水性好、生物活性高的优点，在本实用新型中，所述活性填料无特殊要求，可以为已知的任意一种活性填料，只需能够为微生物依附提供载体即可，如活性波纹填料、流化床填料、立体弹性填料等。

在一个优选的实施方式中，如图4所示，所述第一填料机构41为柱状，其上具有大量孔洞42，第一填料机构41具有多个，均匀分散在厌氧池4中，以增加厌氧池4中污水与厌氧细菌群的接触面积，进而达到更好的分解污水中有机物的效果。

在所述厌氧池4底部，设置有厌氧池出水管43以与缺氧池5相连，进一步地，所述厌氧池出水管43上还设置有水泵，以使污水从厌氧池4进入到缺氧池5中，

所述缺氧池5为对污水进行脱氮脱碳，在其内设置有形状与第一填料机构41相同的第二填料机构52，第二填料机构52作为反硝化细菌的载体，优选的，在缺氧池5底部或侧壁还设置有空气管道，以控制缺氧池5内的溶解氧量，

在本实用新型中，在所述缺氧池5上，还设置有与转换池9相连的第二连通管92，在转换池9上设置有与厌氧池4相连的第一连通管91，所述第一连通管91和第二连通管92上设置有水泵和阀门，以控制管道的开起或闭合。

当出现待处理污水中出现可生物降解有机物含量增多现象时，打开第一连通管91与第二连通管92，使得转换池9中可存储部分已经过厌氧降解有机物后的污水，并将部分已经过厌氧池4的污水与经过初沉池3的污水在厌氧池4内按一定比例混合，再进行厌氧降解有机物；

当待处理污水中的有机物含量恢复正常时，将转换池9中存储的污水与经过初沉池3的污水混合后投入到厌氧池4中，

通过使用转换池9来稀释污水中的有机物含量的过程，降低了污水水质波动时厌氧池的负荷，进而降低了缺氧池和好氧池的负荷，增加了设备对污水中有机物含量波动的耐受性，保证了污水处理的效果。

在所述缺氧池5中，设置有缺氧池出水管51，所述缺氧池出水管51连接至内循环流态生物反应器6中心位置，经过缺氧池5后，含有较低浓度碳氮和较高浓度磷的污水随后进入内循环流态生物反应器6，

进一步地，所述缺氧池出水管51出水口置于内循环流态生物反应器6中间位置，使得缺氧池5中的污水先排至内循环流态生物反应器6中心。

所述内循环流态生物反应器6用于对脱氮脱碳后污水进行去磷、氨化和硝化，

在本实用新型中，所述内循环流态生物反应器6为圆形池，在内循环流态生物反应器6内设置有曝气机构61，

所述曝气机构61包含曝气层611和空气管道6121，

所述曝气层611截面为圆形，如图6所示，曝气层611截面直径略小于内循环流态生物反应器6截面直径，优选为内循环流态生物反应器6截面直径的90％～95％，使得曝气层611喷出的空气范围能够涵盖内循环流态生物反应器6内对应高度的所有区域，

在一个优选的实施方式中，所述曝气层611包括多个曝气环612，所述曝气环612为直径不同的环形结构，所述多个曝气环612同轴心，如图5、图6所示，在曝气环612上设置有曝气孔6111，以喷出空气，

优选地，所述曝气孔6111具有多个，均匀分散在曝气环612上，使得曝气环612能够均匀喷出气体，

在本实用新型中，所述曝气环612上设置有溶解氧探头6123，以测量污水中氧含量，溶解氧探头6123采集的数据通过探头连接线接入到电控柜10中，以供电控柜10分析并控制曝气量，

在一个优选的实施方式中，一个曝气环612上具有多个溶解氧探头6123，优选4个，均匀分散在曝气环612圆周上，以更准确的检测曝气环612周围的氧含量，进一步地，所述解氧探头6123顶端为探头探测点，探测点位置距离曝气环612表面20～40cm，以避免曝气孔6111喷出的气体未完全溶解至水中导致检测结果出现误差，

在本实用新型中，所述溶解氧探头6123可以为任意一种能够测量水中含氧量的探头，如哈希ldoiiaq/aqs溶解氧探头、hachsc200ldo探头等。

在曝气环612内部具有管道与曝气孔6111连接，不同的曝气环612内部管道不连通，

所述空气管道6121的一端通过曝气阀门6122与曝气机63相连，另一端连接在曝气环612内部管道上，

进一步地，所述空气管道6121具有多个，连接在不同的曝气环612上，在每一个空气管道6121上都设置有曝气阀门6122，使得不同曝气环612喷出的空气量可控，进而使得曝气层611上不同位置的曝气量可控，

在本实用新型中，所述曝气阀门6122优选为电磁阀，曝气阀门6122的开闭程度受电控柜10的控制，

更进一步地，所述曝气层611具有多个，平行的放置在内循环流态生物反应器6中，如图5所示，以增加氧扩散效率，使得内循环流态生物反应器6中不同高度的氧含量曝气量可控，进而使得内循环流态生物反应器6不同位置的曝气量均可控。

在所述曝气层611之间设置有曝气层连接管613，所述曝气层连接管613为中空管状结构，通过其连接不同曝气层611上的对应位置的曝气环612，

优选地，每个曝气环612上设置有多个曝气层连接管613,曝气层连接管613均匀分散在曝气环612上，使得曝气层连接管613能够支撑固定曝气环612。

在本实用新型中，所述曝气机构61上还覆盖有活性填料，为微生物提供载体。

在内循环流态生物反应器6中，还设置有温度传感器62，用于检测内循环流态生物反应器6中污水的温度，所述温度传感器62信号连接至电控柜10中，进而根据温度对曝气机构61进一步控制。

在本实用新型中，通过电控柜10对曝气机构61的控制，实现生化池污泥浓度的控制，从而解决污水处理系统低温运行时出水效果差的问题。

在水温高于15℃时，电控柜10控制曝气阀门6122开启，内循环流态生物反应器6起到氧化池的作用，并根据溶解氧探头6123的检测结果，对曝气阀门6122开启大小进行控制，避免曝气量过大造成能源浪费；

在水温降低到15℃以下时，微生物活性明显下降使有机物分解和硝化反应速率降低，此时电控柜10根据温度传感器62检测到的温度，控制部分曝气阀门6122闭合或关小，使得曝气层611中心位置的曝气环612停止曝气或减少曝气量，进而使得内循环流态生物反应器6中心区域形成缺氧区，从而形成脱氮环境，又由于曝气层611中心区域停止曝气或少量曝气，内循环流态生物反应器6中心区域处于相对静止沉淀状态，会将本应在二沉池沉降的污泥沉淀在内循环流态生物反应器6中，增加了内循环流态生物反应器6中的活性污泥浓度，提高了反应器中生物量，从而提高了低水温条件下微生物的处理能力，达到有效去污的效果，

进一步地，电控柜10根据溶解氧探头6123检测的含氧量，控制中心区域曝气环612对应的曝气阀门6122间断性开启，控制内循环流态生物反应器6中心区域含氧量在一定范围内，避免形成厌氧或好养环形，并实现污水在内循环流态生物反应器6中形成内循环，达到更好的去污效果，同时电控柜10根据溶解氧探头6123检测的含氧量控制曝气阀门6122的开启程度，能够避免中心区域曝气量过大导致内循环紊乱现象。

由不同直径的曝气环612组成曝气机构61的设计，实现了在内循环流态生物反应器6内逐步驯化活性污泥提高其冷适应性，并形成中间缺氧区和外环好氧区，同一反应器内实现有机物去除和脱氮的效果，

电控柜10内逻辑程序集成溶解氧浓度差与浓度阈值之间的关系，通过在线分析内循环流态生物反应器6内溶解氧浓度的分布特征快速判断混合液的内循环流态，循环调节曝气量实现反应器内稳定的内循环流态，控制信号响应灵敏，维护简单方便，结合内循环流态生物反应器6氧含量分布与内循环流态生物反应器6内亚硝酸盐积累特征，灵活控制内循环强度和氧含量浓度，实现充分的亚硝化反应，避免过度曝气对内循环流态的扰动和亚硝化反应的负面影响。在低水温6～17℃内实现短程反硝化快速启动，好氧段亚硝化积累率从20％上升到70％以上，出水总氮小于5mg/l，优于污水排放一级a标准，与传统脱氮工艺相比，该技术能够同时节省25％的供氧量和30％的外加碳源。

在本实用新型中，在所述内循环流态生物反应器6上，还设置有第一回流管道64，所述第一回流管道64连接至缺氧池5，使得内循环流态生物反应器6内的污水能够按一定比例回流至缺氧池5内，从而使得缺氧池5内的反硝化细菌利用从内循环流态生物反应器6中经回流而带来的大量硝酸盐和污水中的有机物进行反硝化反应，达到同时去碳和脱氮的目的。

在所述内循环流态生物反应器6上，设置有反应器出水管62以与二沉池7相连，在内循环流态生物反应器6底部靠近中心区域，设置有第三连通管93以与转换池9相连。

当春夏秋出现待处理污水中的氨氮含量增多时，例如农村地区各别时段农业废水混入污水中，则可以通过转换池9稀释进入缺氧池5的污水含氨氮量，进而降低缺氧池5的负荷，以保证污水的处理效果，

具体的，打开第三连通管93，将经过内循环流态生物反应器6处理后的污水存储至转换池9中，并将第二连通管92打开，使得转换池9中的污水部分流入缺氧池5中，并与从厌氧池4中流入的污水混合，从而减低缺氧池5中污水的氨氮含量，降低缺氧池5的负荷；

通过转换池9稀释处理，降低了对缺氧池5的负荷，增加了设备对污水中氨氮含量波动的耐受性，保证了污水处理效果。

当冬季天气寒冷，微生物活性下降时，在电控柜10的控制下，内循环流态生物反应器6中心区域停止曝气，产生污泥沉淀，沉淀污泥过多时，通过第三连通管93将部分污泥抽至转换池9中，并打开第一连通管91将污泥排至厌氧池4进行二次处理，降低内循环流态生物反应器6和二沉池7的负荷，从而保证了污水的处理效果。

所述二沉池7用于收集经过内循环流态生物反应器6处理后污水中的污泥，在二沉池7上设置有第二回流管道71，使得二沉池7收集到的部分污泥回流至厌氧池4继续参与释磷，并使得系统活性污泥浓度得以保持。

在二沉池7上设置有二沉池出水管道72以与消毒池8相连，污水经过二沉池7进入到消毒池8，经过消毒后完成处理。

以上结合了优选的实施方式对本实用新型进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本实用新型进行多种替换和改进，这些均落入本实用新型的保护范围内。