一种低能耗集成式污水生物处理系统及方法与流程

1.本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种集成式污水生物处理系统及方法。


背景技术：

2.生物处理系统是城镇污水处理厂最核心的单元，微生物的新陈代谢作用将污水中复杂的有机物分解为简单物质，同时进行脱氮除磷，使污水得到净化。曝气系统是生物处理的重要环节。传统的生物处理系统，一般有推流式aao系统、氧化沟系统。
3.现有的推流式aao系统的推流式反应池的结构一般如图1所示，由厌氧区100、缺氧区200、好氧区300组成，曝气区域的好氧区为推流式，推流池一般为长条形池子，长池一般为多折，水从池的一端进入，经过一定时间和流程，从另一端推流出去。在推流式aao系统中，曝气系统既向水中提供溶解氧，维持微生物生命活动的需要，去除cod、氨氮等还原性污染物，同时又产生足够的搅拌混合作用，使得活性污泥与废水充分的接触混合。由于充氧和搅拌相互影响，使得曝气量难以进行精确的调节，曝气量过大，则能耗高，同时影响总氮和总磷的去除效果；曝气量过小，则不能起到搅拌混合的效果，难以在供氧和搅拌之间找到平衡点。另外，推流式反应池的氨氮和有机物浓度在沿程上是不断变化的，对于曝气量的需求也是不断变化，难以调节，很容易出现过曝气现象，造成曝气能耗较高，同时导致总氮和总磷去除效果不好，进而增加碳源、除磷药剂等化学药剂的投加量；过曝气发生后，也会造成污泥松散、出现小絮体等问题；厌氧、缺氧、好氧为矩形池，水力条件欠佳，搅拌及推流的能耗也较高；对水质水量变化适应性较差，抗冲击性能力差；集成度低，生化池与二沉池完全分离，占地面积较大，管路长，管线系统复杂。
4.现有氧化沟系统的常用aao氧化沟池型的结构一般如图2所示，由厌氧区100、缺氧区200、好氧区300组成，好氧区为循环沟道式，采用推流器，可以在池内形成循环流，可以实现曝气和搅拌的分开，但是推流功率密度相对较大。并且，由于厌氧、缺氧、好氧为矩形池，水力条件欠佳，搅拌及推流的能耗较高，搅拌和推流的功率密度一般在5w/m3及以上；且集成度低，生化池和二沉池完全分离，占地面积较大，管路长，管线系统复杂。
5.因此，如何提供一种集成度高且能耗低的污水生物处理系统，有效解决现有这两种常用生化池的缺点是需要解决的问题。
6.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供了一种低能耗集成式污水生物处理系统及方法，集成度高且能耗低，处理效果好，进而解决现有技术中存在的上述技术问题。
8.本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
9.本发明实施方式提供一种低能耗集成式污水生物处理系统，包括：
10.集成式圆形总池体，该集成式圆形总池体内的中间部位为圆形二沉池，所述圆形二沉池外面从内向外依次套设圆环形厌氧池、圆环形缺氧池和圆环形好氧池；
11.所述圆环形厌氧池、圆环形缺氧池和圆环形好氧池内均分布设置至少两台推流器；
12.所述圆环形好氧池内均匀分布设置多个曝气器；
13.所述圆环形厌氧池设有进水管道，该圆环形厌氧池的底部侧壁上设有与所述圆环形缺氧池内连通的第一过水孔洞；
14.所述圆环形缺氧池的底部侧壁上设有与所述圆环形好氧池内连通的第二过水孔洞；
15.所述圆环形好氧池与所述圆环形缺氧池的共用墙壁上设有内回流通道；
16.所述圆环形好氧池的出水端通过二沉池进水管道与所述圆形二沉池内连通；
17.所述圆形二沉池内分别连接二沉池出水管道和剩余污泥排放管；
18.所述圆环形厌氧池的进水端经设有污泥回流泵的外回流管路与所述圆形二沉池的剩余污泥排放管连接。
19.本发明实施方式还提供一种低能耗集成式污水生物处理方法，采用本发明所述的低能耗集成式污水生物处理系统，包括以下步骤：
20.污水和二沉池回流污泥混合后经过进水管道进入所述系统的圆环形厌氧池内底部，在该圆环形厌氧池内推流器的作用下沿该圆环形厌氧池内形成循环流，在循环流状态下进行释放磷和分解有机物的厌氧处理；
21.所述圆环形厌氧池内厌氧处理后的污水经该圆环形厌氧池底部的第一过水孔洞进入外圈的所述圆环形缺氧池内与所述圆环形好氧池经内回流通道回流的硝态氮混合，在该圆环形厌氧池内推流器的作用下沿所述圆环形厌氧池内形成循环流，在循环流状态下进行反硝化脱氮处理；
22.所述圆环形缺氧池内反硝化脱氮处理后的污水通过该圆环形缺氧池底部的第二过水孔洞进入所述圆环形好氧池，在该圆环形好氧池内在该圆环形好氧池内曝气器的作用下，进行去除bod、硝化和吸收磷的好氧生化处理，好氧生化处理后的污水在该圆环形好氧池的推流器作用下沿该圆环形好氧池内形成循环流，通过二沉池进水管道进入所述系统中间部位的圆形二沉池；
23.所述圆环形好氧池好氧生化处理后的污水，在圆形二沉池内进行泥水分离，并通过外回流管路将所述圆形二沉池内的剩余污泥外回流至所述圆环形厌氧池、圆环形缺氧池和圆环形好氧池内；该圆环形好氧池内的达标污水经二沉池出水管道向往排放，剩余活性污泥通过剩余污泥排放管向往排放。
24.与现有技术相比，本发明所提供的低能耗集成式污水生物处理系统及方法，其有益效果包括：
25.通过采用集成式圆形总池体，将圆环形生化池与圆形二沉池合并集成在一起，其布置紧凑，且通过设置推流器，在圆环形厌氧池、缺氧池、好氧池内均形成完全混合循环流，可将曝气充氧和搅拌混合完全分开，互不影响，实现按需曝气，曝气均匀，同时水力条件好，厌氧、缺氧、好氧各池为圆形，池内搅拌及推流功率极低，实现低氧、低能耗运行，同时可充分利用内碳源，触发同步硝化反硝化，短程硝化反硝化、反硝化除磷等过程，出水优于一级a标准，抗冲击能力强，系统运行稳定、高效、节能。
附图说明
26.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
27.图1为现有技术提供的推流式aao系统的推流式反应池的结构示意图。
28.图2为现有技术提供的氧化沟系统的常用aao氧化沟池型的结构示意图。
29.图3为本发明实施例提供的低能耗集成式污水生物处理系统的构成示意图。
具体实施方式
30.下面结合本发明的具体内容，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，这并不构成对本发明的限制。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
31.首先对本文中可能使用的术语进行如下说明：
32.术语“和/或”是表示两者任一或两者同时均可实现，例如，x和/或y表示既包括“x”或“y”的情况也包括“x和y”的三种情况。
33.术语“包括”、“包含”、“含有”、“具有”或其它类似语义的描述，应被解释为非排它性的包括。例如：包括某技术特征要素(如原料、组分、成分、载体、剂型、材料、尺寸、零件、部件、机构、装置、步骤、工序、方法、反应条件、加工条件、参数、算法、信号、数据、产品或制品等)，应被解释为不仅包括明确列出的某技术特征要素，还可以包括未明确列出的本领域公知的其它技术特征要素。
34.术语“由
……
组成”表示排除任何未明确列出的技术特征要素。若将该术语用于权利要求中，则该术语将使权利要求成为封闭式，使其不包含除明确列出的技术特征要素以外的技术特征要素，但与其相关的常规杂质除外。如果该术语只是出现在权利要求的某子句中，那么其仅限定在该子句中明确列出的要素，其他子句中所记载的要素并不被排除在整体权利要求之外。
35.除另有明确的规定或限定外，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本文中的具体含义。
36.当浓度、温度、压力、尺寸或者其它参数以数值范围形式表示时，该数值范围应被理解为具体公开了该数值范围内任何上限值、下限值、优选值的配对所形成的所有范围，而不论该范围是否被明确记载；例如，如果记载了数值范围“2～8”时，那么该数值范围应被解释为包括“2～7”、“2～6”、“5～7”、“3～4和6～7”、“3～5和7”、“2和5～7”等范围。除另有说明外，本文中记载的数值范围既包括其端值也包括在该数值范围内的所有整数和分数。
37.术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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，仅是为了便于描述和简化描述，而不是明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文的限制。
38.下面对本发明所提供的低能耗集成式污水生物处理系统进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。本发明实施例中未注明具体条件者，按照本领域常规条件或制造商建议的条件进行。本发明实施例中所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
39.如图3所示，本发明实施例提供一种低能耗集成式污水生物处理系统，包括：
40.集成式圆形总池体1，该集成式圆形总池体1内的中间部位为圆形二沉池2，所述圆形二沉池2外面从内向外依次套设圆环形厌氧池3、圆环形缺氧池4和圆环形好氧池5；
41.所述圆环形厌氧池3、圆环形缺氧池4和圆环形好氧池5内均分布设置至少两台推流器6；
42.所述圆环形好氧池5内均匀分布设置多个曝气器13；
43.所述圆环形厌氧池3设有进水管道9，该圆环形厌氧池3的底部侧壁上设有与所述圆环形缺氧池4内连通的第一过水孔洞7；
44.所述圆环形缺氧池4的底部侧壁上设有与所述圆环形好氧池5内连通的第二过水孔洞8；
45.所述圆环形好氧池5与所述圆环形缺氧池4的共用墙壁上设有内回流通道；
46.所述圆环形好氧池5的出水端通过二沉池进水管道与所述圆形二沉池2内连通；
47.所述圆形二沉池2内分别连接二沉池出水管道11和剩余污泥排放管14；
48.所述圆环形厌氧池3的进水端经设有污泥回流泵的外回流管路与所述圆形二沉池2的剩余污泥排放管14连接。
49.上述系统中，所述内回流通道由设置在所述圆环形好氧池5与所述圆环形缺氧池4的共用墙壁上的穿墙泵12构成。
50.上述系统中，所述穿墙泵12为并列设置的两个。
51.上述系统中，所述圆环形厌氧池3、圆环形缺氧池4和圆环形好氧池5内都设有均匀分布设置的三台变频推流器。
52.上述系统中，所述圆环形好氧池5内的曝气器13为六组，每两组曝气器为一个单元，各组曝气器均匀分布设置在该圆环形好氧池5内。
53.上述系统中，所述圆环形好氧池5内曝气器与推流器的位置错开设置。
54.上述系统中，所述进水管道9连接至所述圆环形厌氧池3内底部。
55.本发明实施例还提供一种低能耗集成式污水生物处理方法，采用上述的低能耗集成式污水生物处理系统，包括以下步骤：
56.污水和二沉池回流污泥混合后经过进水管道进入所述系统的圆环形厌氧池内底部，在该圆环形厌氧池内推流器的作用下沿该圆环形厌氧池内形成循环流，在循环流状态下进行释放磷和分解有机物的厌氧处理；
57.所述圆环形厌氧池内厌氧处理后的污水经该圆环形厌氧池底部的第一过水孔洞进入外圈的所述圆环形缺氧池内与所述圆环形好氧池经内回流通道回流的硝态氮混合，在该圆环形厌氧池内推流器的作用下沿所述圆环形厌氧池内形成循环流，在循环流状态下进
行反硝化脱氮处理；
58.所述圆环形缺氧池内反硝化脱氮处理后的污水通过该圆环形缺氧池底部的第二过水孔洞进入所述圆环形好氧池，在该圆环形好氧池内推流器的作用下沿该圆环形好氧池内形成循环流，同时在该圆环形好氧池内曝气器的作用下，在循环流和曝气状态下进行去除bod、硝化和吸收磷的好氧生化处理；
59.所述圆环形好氧池内好氧生化处理后的污水，通过二沉池进水管道进入所述系统中间部位的圆形二沉池进行泥水分离，并通过外回流管路将所述圆形二沉池内的剩余污泥外回流至所述圆环形厌氧池、圆环形缺氧池和圆环形好氧池内(外回流方式与传统aao外回流方式一样，由二沉池生物污泥排至污泥回流泵房，通过回流泵回流至厌氧圆环形厌氧池的进水端)来保证生物池(生物池是指圆环形厌氧池、圆环形缺氧池和圆环形好氧池，不包括中心二沉池)内的污泥浓度；该圆环形好氧池内的达标污水经二沉池出水管道向往排放，剩余活性污泥通过剩余污泥排放管向往排放。
60.综上可见，本发明实施例的低能耗集成式污水生物处理系统及方法，通过采用集成式圆形总池体，将构成生化池的圆环形厌氧池、圆环形缺氧池、圆环形好氧池与圆形二沉池合并设置，集成设置在该集成式圆形总池体内，其布置紧凑；且在各自设置的推流器作用下，圆环形厌氧池、圆环形缺氧池、圆环形好氧池内形成完全混合循环流，可将曝气充氧和搅拌混合完全分开，互不影响，圆环形好氧池内各处溶氧及氨氮几乎相同，可较为容易的实现按需曝气，曝气均匀；水力条件好，厌氧、缺氧、好氧各池为圆形，搅拌及推流功率极低，可实现低氧、低能耗运行，可充分利用内碳源，触发同步硝化反硝化，短程硝化反硝化、反硝化除磷等过程，出水优于一级a标准，抗冲击能力强，系统运行稳定、高效、节能。同时集成式布置管线少，管路系统简单，适用范围广。
61.为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明实施例所提供的低能耗集成式污水生物处理系统及方法进行详细描述。
62.实施例
63.如图3所示，本发明实施例提供一种集成式低能耗污水生物处理系统，包括：
64.集成式圆形总池体，该集成式圆形总池体内中间部位为圆形二沉池，该圆形二沉池可采用周进周出形式或中进周出形式。圆形二沉池外第2、3、4圈分别为圆环形厌氧池、圆环形缺氧池和圆环形好氧池，圆环形厌氧池、圆环形缺氧池和圆环形好氧池内根据具体情况各均匀布置2～3台推流器，在推流器作用下，圆环形厌氧池、圆环形缺氧池和圆环形好氧池内水流通畅，水流得到显著的加速，各池内均能形成整体水平循环流，循环倍数可达30～50倍，同时推流器可采用变频推流器，可灵活地匹配各种运行工况。好氧池内避开推流器位置设置曝气器，用于给圆环形好氧池提供溶解氧，圆环形好氧池向圆环形缺氧池的内回流通道由两者共用墙壁上设置的穿墙泵构成，能将圆环形好氧池内硝态氮回流至圆环形缺氧池进行反硝化反应。
65.上述集成式低能耗污水生物处理系统的具体工艺过程如下：
66.污水及二沉池回流污泥混合后经过池底的进水管道进入集成式圆形总池体内第2圈的圆环形厌氧池，圆环形厌氧池主要功能为释放磷和有机物分解，在兼性厌氧发酵菌的作用下，部分易生物降解的大分子有机物转化为小分子的挥发性脂肪酸(vfa)，聚磷菌吸收这些小分子有机物合成聚-β-羟基丁酸酯(phb)并储存在细胞内，同时将细胞内的聚磷水解
成正磷酸盐，释放到水中。
67.圆环形厌氧池内废水经推流器形成池内循环流，并通过底部的第一过水孔洞进入集成式圆形总池体内第3圈的圆环形缺氧池，该池主要功能是反硝化脱氮。no
3-‑
n通过穿墙泵由圆环形好氧池回流输送过来，反硝化菌利用污水中的有机物，将no
3-‑
n先还原no
2-‑
n，再还原为n2释放到空气中，因此有机物浓度和no
3-‑
n浓度都大幅降低。
68.圆环形缺氧池内废水经推流器形成池内循环流，并通过底部的第二过水孔洞进入集成式圆形总池体内第4圈的圆环形好氧池，主要作用是去除bod、硝化和吸收磷。混合液中有机物浓度已经很低，聚磷菌主要依靠分解体内储存的phb来获得能力供自身生长繁殖，同时超量吸收水中的溶解性正磷酸盐，以聚磷酸盐的形式储存在体内，经过沉淀，将磷从水中分离出来。有机物被微生物降解，继续下降。nh
4+-n在好氧微生物作用下，先转化为no
2-‑
n，再转化为no
3—-n，实现硝化反应。
69.圆环形好氧池内废水经推流器形成池内循环流，并通过底部的二沉池进水管道进入集成式圆形总池体内第1圈的圆形二沉池进行泥水分离，并通过外回流来保证生物池内的污泥浓度，通过剩余污泥排放管排除多余的活性污泥。经二沉池后污水经出水管道达标排放，或者经过深度处理后再达标排放。
70.综上可见，本发明实施例的集成式低能耗污水生物处理系统至少具有以下优点：
71.1)集成式圆形总池体集成生化池和二沉池，形成完全混合循环流，将曝气充氧和搅拌混合完全分开，互不影响，曝气量可以按需调控，同时推流及搅拌能耗极低，可实现低氧、低能耗运行。
72.因活性污泥系统对cod的降解速度远大于对氨氮的降解速度，因此当氨氮实现达标时可以认为曝气量已足够，本发明圆环形好氧池内均匀设置多组曝气器，各处溶氧及氨氮几乎相同，可以很容易的实现对曝气量的按需控制，低氧降耗运行，同时低氧环境容易触发同步硝化反硝化，短程硝化反硝化、反硝化除磷等过程，可充分利用内碳源，系统运行高效稳定节能。
73.同时厌氧池、缺氧池、好氧池均为圆环形池体结构，水力条件好，搅拌及推流能耗极低，且推流器采用变频推流器，适应不同的工况，推流实际功率远远小于其他矩形池，功率密度可小于3w/m3，节能效果好。
74.2)厌氧池、缺氧池、好氧池在各自推流器作用下，池内环流量相对原水流量为30～50倍，增强了系统稳定性，能够充分应对来水水量水质变化，系统抗冲击负荷强。
75.3)采用集成式布置，将生化池与二沉池合并，占地紧凑，管线少，管路系统简单，适用范围广。
76.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。本文背景技术部分公开的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。