一种卧式振动式折流型污水处理装置

本发明涉及污水处理设备技术领域，具体涉及一种卧式振动式折流型污水处理装置。

背景技术：

氮素等营养在水体中积累导致富营养化，致使很多地区的地下水受到不同程度的硝态氮盐污染，硝态氮盐能导致高铁血红蛋白症和诱发多种癌症，在较大剂量时还对人体血管神经和心血管系统存在不良影响。在现行条件下，目前常用的硝态氮盐去除多采用微生物反硝化法，通常采用异养反硝化法或硫自养反硝化法，并逐步在水体硝态氮盐治理领域被越来越多的认可，但无论是异养反硝化法还是硫自养反硝化法，都存在对低温条件的不适应，以及在反应装置内存在大量死区、影响脱氮负荷，而反冲洗会造成微生物菌群结构不稳定、菌群结构被破坏等问题。但是，目前关于异养反硝化法和硫自养反硝化法脱氮装置的研究却不多，也没有解决反应装置内大量死区、影响脱氮负荷、菌群结构不稳定等问题。所以有必要设计一种适用于微生物反硝化过程的高效、低成本脱氮装置。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述不足，本发明提供一种卧式振动式折流型污水处理装置，该装置具有成本低，处理负荷大且可灵活根据工况条件调整运行状态等优点，能够有效降低反冲洗频率以保证装置内微生物菌落的稳定性。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

一种卧式振动式折流型污水处理装置，包括反应器本体和设于反应器本体内的振动架；所述反应器本体内具有卧式的窄长型通道，所述反应器本体的一端为入水端，另一端为出水端；

在所述窄长型通道内设有交错设置的下折流板和上折流板；所述下折流板的下端固定在所述窄长型通道的底面，其上端距离所述窄长型通道顶面具有一定间距；所述上折流板的下端与所述窄长型通道的底面间隔有一定距离，且所述下折流板的上端低于所述上折流板的上端；

所述振动架包括振动横杆和安装固定在振动横杆上的振动电机，该振动横杆下悬置有若干个网笼，所述网笼用于容纳生物固体填料；

借助所述下折流板和上折流板的设置，将所述窄长型通道区隔成若干个隔室，所述网笼位于所述隔室内，使得水流总是以溢流方式越过所述下折流板的上端进入到相邻的下一个隔室或者从所述上折流板的下方以渗流方式进入到相邻的下一个隔室，从而使水流从上至下或从下至上贯穿所述网笼中的生物固体填料。

其中，振动电机为连续振动或间歇式振动，且振动幅度、频率为可调，可分为排泥模式和挂膜模式；在挂膜模式下，振动幅度较小，频率较低，促进微生物在生物固体填料之间碰撞接触以利于其附着生长；在排泥模式下，振动幅度较大、频率较高，以利于通过振动促进生物固体填料/膜填料上多余的污泥抖动落到反应器本体底部。

根据本发明的较佳实施，其中，所述网笼为刚性材质制成的网笼，防止水流冲击变形而形成无生物固体填料的空白区。

根据本发明的较佳实施，其中，所述振动架还包含共振杆，其支撑在所述振动横杆下方；所述共振杆的下端固定安装在所述反应器本体的内侧底面上。

根据本发明的较佳实施，其中，每个网笼对应位于一个所述隔室，或者一个所述隔室内设置有多个所述网笼。

根据本发明的较佳实施，其中，在每个隔室内设置一个所述振动架或者在多个隔室之间共用一个所述振动架，所述振动架的振动横杆下方还挂置有生物膜填料架，用于悬挂固定生物膜填料。生物膜填料具有水流阻力小、轻质柔软、占用空间小、挂膜速度快、挂膜均匀、易于更换和维护的特点，与网笼中的生物固体填料共同使用，有助于提高水质处理效果，减少没有生物降解能力的死角区域。但膜填料存在材料受限(纤维材料)，强度不高、易老化破裂掉渣等情况。而网笼内的生物固体填料可以是任何固体填料，网笼的网孔只要比填料颗粒小即可。

根据本发明的较佳实施，其中，在所述各网笼的外侧安装压差传感器，用于监测网笼外部的压差，间接反映网笼中生物生长的情况，当压差过大时，及时开启振动电机使振动架振动以便排泥。避免因需要反冲洗而不得不暂停污水处理进程，以及反冲洗造成的微生物菌群受到破坏等问题。

优选地，所述窄长型通道的长径比为4-20:1。

根据本发明的较佳实施，在所述各上折流板的下方安装压力传感器，用于监测水流底部压力，以决定是否开启振动电机的排泥模式。

根据本发明的较佳实施，其中，所述反应器本体的顶部设有若干排气孔。

根据本发明的较佳实施，其中，从所述入水端到所述出水端，所述反应器本体的窄长型通道具有一倾斜向下的倾斜坡度，该倾斜坡度为1-5°；在所述窄长型通道的底部在靠近出水端的一侧设有下凹的污泥收集槽，该污泥收集槽上方覆盖有筛网。

本发明的方案中，除所述各上折流板、下折流板外不再安装布水板，不再设置其他排泥装置和反冲洗装置，所述各隔室的大小为相同或不同。优选地，在所述反应器本体内，靠近入水端的位置设置下折流板，在靠近出水端的位置设置上折流板。

根据本发明的较佳实施，其中，所述反应器本体的出水端还设有回流阀，该回流阀连接回流泵和回流管，将不符合排放要求的出水返回到入水端。其中，优选的回流比为100-300％。

(三)有益效果

(1)本发明的卧式振动式折流型污水处理装置包括反应器本体和内置于反应器本体的振动架，振动架下上方设有振动电机，下方悬置有用于装填生物固体填料的网笼；反应器本体为窄长型通道，其内设有下折流板和上折流板，该结构可以防止水流直接横向穿过反应器本体，而是由每个下折流板的上端溢流到下一个隔室，或者从上折流板下端以“连通器”方式渗到下一个隔室，使水流总以从上到下或从下到上的方式逐一穿过每个网笼及内部的生物固体填料。本发明的装置处理污水时，不再安装布水板，卧式结构结合上下交错的折流板结构，可大幅提升装置的运行负荷。

(2)本发明的卧式振动式折流型污水处理装置能根据进水水质情况动态调整自身运行状态，且在振动运行状态下，能够实现高负荷处理并稳定出水质量。通过调整振动架的运行模式，从而有利于活性微生物的附着或剩余污泥抖落排放，避免因反冲洗导致的污水处理暂停和对菌群结构的破坏。

压差式传感器和压力传感器的安装，帮助监测反应器本体运行状态和生物质情况，当压差或压力过高时，可以适时启动振动电机，以将膜填料/网笼中多余的污泥排出，以保证反应器本体良好的运行状态，避免反冲洗操作带来的菌群结构破坏等不利影响。

(3)相比较于其他类型反应器，本发明的污水处理装置对于上游水质的突变带来的抗冲击有着更强的抗冲击能力，各隔室的微生物相对纯度更高，且便于操作。在部分实施例中，振动架的振动横杆下悬挂了装填生物固体填料的网笼和膜填料架，优选为相间设置，两种生物填料联合使用，可大大提升污水处理效率(单位时间合格出水量)，保证出水稳定性，避免过高的阻力。

附图说明

图1为本发明实施例1的反应器本体结构示意图。

图2为本发明实施例1的振动架(悬置网笼)结构示意图。

图3为本发明实施例1的污水处理装置整体结构示意图。

图4为实施例2的反应器本体结构示意图。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

实施例1

如图1-3所示，为本发明实施例1的卧式振动式折流型污水处理装置的较佳实施例1的结构示意图。图1为反应器本体的结构示意图，图2为振动架的结构示意图，图3为振动架和反应器本体的组合示意图。本实施例的卧式振动式折流型污水处理装置，包括反应器本体101和设于反应器本体内的振动架102。反应器本体101内具有卧式的窄长型通道，其长径比为4-20:1，优选为10:1。窄长型通道一端为入水端，设有进水阀3，另一端为出水端，设有出水阀9和回流阀10。该回流阀10连接回流泵和回流管，将不符合排放要求的出水返回到入水端。其中，优选的回流比为100-300％。反应器本体101顶部设有顶盖6和排气孔5，用于排出生物处理废水后产生的气体。

在反应器本体101的窄长型通道内设有交错设置的下折流板72和上折流板71，下折流板72的下端固定在窄长型通道的底面，其上端距离窄长型通道顶面具有一定间距，上折流板71的下端与窄长型通道的底面间隔有一定距离，并且下折流板72的上端总是低于上折流板71的上端。振动架102包括振动横杆2和安装固定在振动横杆上的振动电机11，这些振动横杆2下悬置有若干个网笼13，网笼13用于容纳生物固体填料。反应器本体101的内部，借助下折流板72和上折流板71的交错设置将所述窄长型通道区隔成若干个隔室4，而网笼13位于隔室4内，且使得水流总是以溢流方式越过下折流板72的上端边沿进入到相邻的下一个隔室或者从上折流板71的下方以渗流方式进入到相邻的下一个隔室，从而使水流从上至下或从下至上贯穿网笼13中的生物固体填料。生物固体填料为颗粒状填料，如由单质硫和碳酸盐类(如牡蛎壳粉)以cmc等粘接后制成的粒度1-5cm³的颗粒球。

其中，振动电机11为连续振动或间歇式振动，且振动幅度、频率为可调，可分为排泥模式和挂膜模式；在挂膜模式下，电机的振动幅度较小，频率较低，通过轻微振动使微生物在生物固体填料之间碰撞接触以利于其附着生长；在排泥模式下，电机振动幅度较大、频率较高，以利于通过振动促进生物固体填料/膜填料上多余的污泥抖动落到反应器本体101的底部。

振动架102还包含共振杆1，下端固定安装在所述反应器本体的内侧底面上，上端支撑在振动横杆2下方四个顶角下方，共振杆1为金属杆或塑料杆。将振动横杆2支撑在振动杆1顶端的方式，相比将振动横杆2固定在反应器本体101内侧壁的模式，更能提高振动电机11的有效工作效率，可使整个振动架102及多个网笼13同时振动。

在本实施例中，网笼13为刚性材质制成的网笼，防止水流冲击变形而形成无生物固体填料的空白区，且刚性网笼更容易被振动电机11带动而实现同步振动。可理解在，在其他实施例中，网笼13也可以采用纤维织成的网兜。

如图3所示，每个网笼13对应位于一个隔室4。当然，也可在一个隔室4内设置有多个网笼13。图2所示的振动架102的结构可以其长度方向与窄长型通道一致的方向安装在反应器本体101中，也可在每个隔室4中安装一个振动架102(振动架102的长度方向与窄长型通道的长度方向垂直)。因此，既可在每个隔室4内设置一个振动架102，也可以在多个隔室4之间共用一个振动架102。

除了上述网笼13用于装填生物固体填料外，还可以在振动横杆2下方设置生物膜填料架(未绘示)，用于悬挂固定生物膜填料。生物膜填料具有水流阻力小、轻质柔软、占用空间小、挂膜速度快、其与网笼13中的生物固体填料共同使用，有助于提高水质处理效果，减少没有生物降解能力的死角区域。

如图2所示，各网笼13的外侧安装压差传感器12，用于监测网笼内外的压差，间接反映该网笼13中生物生长的情况，当压差过大时，表示网笼13中污泥过多，此时可开启振动电机11使振动架102带动网笼13振动以便将多余的污泥抖动下去。如此，可在连续运行的情况下，清理多余污泥，也避免了反冲洗造成的微生物菌群受到破坏等问题。此外，作为辅助方案，各上折流板71的下方也安装压力传感器，用于监测水流底部压力，以决定是否开启振动电机的排泥模式。

本发明的方案中，除各上折流板71、下折流板72之外，不再安装布水板，不再设置其他排泥装置和反冲洗装置，所述各隔室的大小为相同或不同。优选地，在所述反应器本体内，靠近入水端的第一个折流板为下折流板，可以放缓和稳定进水速度，在靠近出水端的位置最后一个折流板为上折流板，有利于泥水分离。

实施例2

如图4所示，作为实施例1的进一步优化，使反应器本体101的窄长型通道具有一定的倾斜度，具体是从入水端到出水端，具有一倾斜向下的倾斜坡度，该倾斜坡度为1-5°，优选为2-3°，一方面不至于使水流流速过快，又可以使从网笼13中抖落的污泥可以沿反应器本体101底面流动，并且在窄长型通道的底部在靠近出水端的一侧设有下凹的污泥收集槽1011，在该污泥收集槽上方覆盖有筛网1012，避免因扰动等原因导致其中收集的污泥溢出。污泥收集槽1011可以定期清理，如放置污泥框，定期替换，从而稳定整个污水处理装置的处理能力。

应用例1

利用三组处理装置进行污水反硝化脱氮实验。应用例1是使用实施例1的卧式振动式折流型污水处理装置，做成实验室的小型模型，使反应器本体101的有效容积为15l，长径比为4：1，且被下折流板和上折流板分隔成5个容积相等的隔室。其中，应用例1不开启振动电机。

对比例1是传统的上流式反应器装置，反应器本体有效容积为15l，高径比4：1。

对比例2是传统的上流式反应器装置，反应器本体有效容积为15l，高径比6：1。

本实验对比采用硫自养反硝化工艺，三个反应器本体装填了同质量同规格的硫自养反硝化固态填料(硫单质：牡蛎壳粉末＝1:2)各15kg，并在相同条件下进行运行。采用来自污水处理厂的二沉池活性污泥进行接种，通入用硝酸钠药剂配置的硝态氮浓度为30mg/l左右合成废水进行反应器本体内部循环进行反应器本体驯化，内部循环三天后连续通入硝态氮浓度为30mg/l的合成废水，在不同水力停留时间下，定期监测硝态氮的去除效果。实验结果见表1所示。

表1

如表1所示，在最快水力停留时间1h的条件下，应用例1的硝态氮去除率一直保持比传统的反应器本体更好的效果，这与反应器本体结构有着密切的关系，说明本发明提供的卧式振动式折流型污水处理装置更具优势，但是由于流速较快，出水还残留一定的硝态氮，所以为了进一步提高污水处理的效果，需进一步实验。

应用例2-3

应用例2是在应用例1的基础上，开启振动电机使振动架共振，并采用连续振动模式。

应用例3是在应用例1的基础上，开启振动电机使振动架共振，并采用间歇振动模式。持续时间为每1min振动10s，且振动强度与应用例2一致。实验结果见表2所示。

表2

结果如表2所示，在停留时间1h的条件下，本发明提供的振动式折流型污水处理装置，在振动的情况下，应用例2与应用例3与应用例1相比，在硝态氮去除率上有着明显的提升，说明本发明提供的振动式折流型反应装置在较快水流速度下采取振动的形式有助于提升污水处理效果。但应用例3与应用例2相比，更加节能，且处理效果差距并不是很大。

应用例4

利用三组反应器进行污水反硝化脱氮实验，应用例4是本发明提供的振动式折流型污水处理装置，其反应器本体的有效容积为25l，长径比为5：1，由下折流板和上折流板分隔成5个等容积的隔室。

对比例3是传统的上流式反应器装置，反应器本体有效容积25l，高径比6：1。

对比例4是传统的上流式反应器装置，反应器本体有效容积25l，高径比8：1。

本次对比采用固态碳源为基础的异养反硝化工艺，三个反应器本体装填了同质量同规格的木质固相碳源各5kg，并在相同条件下进行运行。采用来自污水处理厂的二沉池活性污泥进行接种，通入用硝酸钠药剂配置的硝态氮浓度为50mg/l左右合成废水进行反应器本体内部循环进行反应器本体驯化，内部循环三天后连续通入硝态氮浓度为50mg/l的合成废水，在不同水力停留时间下，定期监测硝态氮的去除效果。结果见表3。

表3

结果如表3所示，在进水硝态氮浓度为50mg/l时，由于木质固相碳源本身缓释的原因，异养反硝化的速率受到抑制，只能在较低流速下进行反硝化反应，但本应用例4提供的振动式折流型反应装置的硝态氮去除率一直比传统的反应器本体效果要好，脱氮效率更高的原因在于反应器本体本身结构对于水力死区减少所带来的更好的效果。

应用例5-6

应用例5是在应用例4的基础上，启动了振动架，采用间歇振动模式，振动持续时间为每一分钟振动三十秒。

应用例6是在应用例4的基础上，启动了振动架，采用间歇振动模式，振动时间为每一分钟振动五秒，且振动强度与应用例5一致。

采用来自污水处理厂的二沉池活性污泥进行接种，通入用硝酸钠药剂配置的硝态氮浓度为50mg/l左右合成废水进行反应器本体内部循环进行反应器本体驯化，内部循环三天后连续通入硝态氮浓度为50mg/l的合成废水，在不同水力停留时间下，定期监测硝态氮的去除效果。结果见表4。

表4

结果如表4所示，在三组不同的停留时间条件下，应用例5与应用例6与应用例4相比，在硝态氮去除率上有着明显的提升，虽然出水中还残留有较多的硝态氮，但是振动式折流型反应装置在振动条件下的效果要明显高于无振动条件。所以本发明振动式折流型反应装置可以根据不同工艺性质，不停工况下机动选择振动频率与强度，操作灵活，对于改善污水出水水质有显著提高。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。