本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種新型的簡易污泥分層裝置及利用其進行污水處理的工藝。

背景技術(shù)：

活性污泥污水處理工藝，是利用活性污泥在污水中的凝聚、吸附、氧化、分解和沉淀等作用，去除污水中有機污染物的一種污水處理方法。自1912年英國的克拉克和蓋奇于曼徹斯特的勞倫斯污水試驗站發(fā)明并應(yīng)用以來，活性污泥法目前已基本成熟并發(fā)展衍生出許多改良的工藝，其作為污水處理系統(tǒng)的主要二級處理方法，在世界范圍內(nèi)廣泛應(yīng)用于工業(yè)有機污水和城市生活污水的處理。

無論是傳統(tǒng)的活性污泥法，還是改良的方法如氧化溝工藝、a/o工藝、sbr工藝、a2/o工藝等，其核心在于活性污泥的管控?；钚晕勰嗍俏鬯芯哂猩Φ亩喾N微生物類群組成的肉眼可見的絮絨物，主體生物是好氧微生物，其中又以細菌為主，同時還有酵母菌、霉菌、放線菌以及原生動物和后生動物等，它們共同構(gòu)成一個平衡的生態(tài)系統(tǒng)，它可以將污水中的酚、氰等有機物進行吸附，然后進行氧化分解，把有機物最終轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水。典型的活性污泥法是由曝氣池、沉淀池、污泥回流系統(tǒng)和剩余污泥排除系統(tǒng)組成，其基本流程如圖1如示：污水和回流的活性污泥一起進入曝氣池形成混合液。從空氣壓縮機站送來的壓縮空氣，通過鋪設(shè)在曝氣池底部的空氣擴散裝置，以細小氣泡的形式進入污水中，目的是增加污水中的溶解氧含量，還使混合液處于劇烈攪動的狀態(tài)，形懸浮狀態(tài)。溶解氧、活性污泥與污水互相混合、充分接觸，使活性污泥反應(yīng)得以正常進行：第一階段，污水中的有機污染物被活性污泥顆粒吸附在菌膠團的表面上，這是由于其巨大的比表面積和多糖類黏性物質(zhì)。同時一些大分子有機物在細菌胞外酶作用下分解為小分子有機物；第二階段，微生物在氧氣充足的條件下，吸收這些有機物，并氧化分解，形成二氧化碳和水，一部分供給自身的增殖繁衍。活性污泥反應(yīng)的結(jié)果是，污水中有機污染物得到降解而去除，活性污泥本身得以繁衍增長，污水則得以凈化處理。經(jīng)過活性污泥凈化作用后的混合液進入二次沉淀池，混合液中懸浮的活性污泥和其他固體物質(zhì)在這里沉淀下來與水分離，澄清后的污水作為處理水排出系統(tǒng)。經(jīng)過沉淀濃縮的污泥從沉淀池底部排出，其中大部分作為接種污泥回流至曝氣池，以保證曝氣池內(nèi)的懸浮固體濃度和微生物濃度；增殖的微生物從系統(tǒng)中排出，稱為“剩余污泥”。

活性污泥法的運行條件是：①廢水中含有足夠的可溶性易降解有機物；②混合液含有足夠的溶解氧；③活性污泥在池內(nèi)呈懸浮狀態(tài)；④活性污泥連續(xù)回流、及時排除剩余污泥，使混合液保持一定濃度的活性污泥；⑤無有毒有害的物質(zhì)流入。

諸如中國專利文獻cn103880169a中記載了一種利用提純凹凸棒載體培養(yǎng)脫氮好氧顆粒污泥的方法，將城市污水處理廠好氧池的活性污泥作為種泥裝入sbr中，反應(yīng)器啟動初期向sbr中一次性投加提純凹凸棒，sbr反應(yīng)器的運行方式為：進水—曝氣—沉淀—排水，進行周期運行。此方案用于好氧脫氮顆粒污泥的培養(yǎng)和馴化。

中國專利文獻cn104211179a中記載了一種生活污水處理裝置，包括用于與化糞池排污口連接的進水閥，與進水閥連接的高位調(diào)節(jié)池，與高位調(diào)節(jié)池連接的跌水槽，位于跌水槽下方的集水槽，位于集水槽下方的兼氧反應(yīng)池，與兼氧反應(yīng)池連接的出水口；此方案利用水位落差自然完成生活污水跌水曝氣增氧過程和攪拌功能；通過活性污泥厭氧、好氧菌群的分層懸浮載體固定，形成連續(xù)的厭氧-好氧反應(yīng)體系，同步去除生活污水中的多種污染物。

中國專利文獻cn201545741u中記載了一種間歇式外循環(huán)好氧顆粒污泥流化床，它包括形狀為空心圓柱體的升流管(8)及圓筒狀的降流管(9)，升流管(8)的內(nèi)徑大于降流管(9)的內(nèi)徑，降流管(9)的上下兩端分別經(jīng)連接管與升流管(8)的上部及下部相連通，升流管(8)的底部安裝有微孔曝氣器(5)，升流管(8)的外側(cè)接有進水泵(1)和排水管(17)，其內(nèi)腔有與排水管(17)相接的潷水器(12)。

中國專利文獻cn202729878u中記載了一種活性污泥床反應(yīng)處理裝置，該裝置包括三相分離器、氣室觀察窗、泥水界面計、泥水界面觀察窗、溶解氧測定儀、污泥觀察窗、微孔曝氣管、氣體流量計、氣泵等。所述裝置本體(5)內(nèi)的底部設(shè)有進水管(6)、污泥回流管(17)、布水管(9)和微孔曝氣管(10)，所述進水管(6)與污泥回流管(17)相互由外向內(nèi)的平行對接與布水管(9)的立管垂直連接，所述進水管(6)上依次連接進水閥(6-1)、廢水流量計(7)、泵出水閥(6-2)及廢水提升泵(8)，所述回流管(17)上依次連接回流閥(17-1)、回流流量計(18)、泵出泥閥(17-2)及污泥回流泵(19)出口，所述布水管(9)之下方設(shè)有微孔曝氣管(10)。

然而諸如專利文獻中所記載的現(xiàn)有技術(shù)中公開的這些活性污泥法一般都容易出現(xiàn)如下缺陷：

1、污泥膨脹，即污泥含水量極高，不易沉降。這將造成污泥隨水流出沉淀池，破壞水質(zhì)，同時，污泥的流失使曝氣池中污泥減少，整個過程逐漸失效;

2、增殖的微生物即剩余污泥需要從系統(tǒng)中不斷的排出，處理成本大增;

3、污泥需要不斷的大規(guī)模的回流循環(huán)，增加了能源消耗。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述技術(shù)問題，為克服目前活性污泥法的上述種種缺陷，本發(fā)明人創(chuàng)造性地研制出一種污泥分層裝置和污水處理工藝，將經(jīng)曝氣池處理后的含活性污泥顆粒的水引入其中進行清水與污泥、老化污泥與活性污泥的靜置分離，上層的比重小的清水和老化污泥排至二沉池，下層的活性污泥直接排至曝氣池。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，可實現(xiàn)活性污泥不需助力的自行循環(huán)，并對活性污泥進行了有效的分離篩選，同時減少了污泥流失，也不產(chǎn)生大量剩余污泥需要處理。

具體的，本發(fā)明提供一種污泥分層裝置，其特征在于：所述污泥分層裝置的上部為一容器，容器下接一錐體，錐頂朝下，錐頂接一u型彎，該u型彎另一端形成為開口作為排泥口，在所述容器底部與所述錐體連接處設(shè)有進水口，在所述容器上部設(shè)有出水口，其中，污水連同污泥從所述進水口進入所述污泥分層裝置，污泥顆粒沉降至所述錐體后經(jīng)由所述u型彎從所述排泥口排出，靜置分離后澄清的污水經(jīng)由所述容器上部的出水口排出。

根據(jù)上述的污泥分層裝置，其特征在于：所述容器可為任一形狀的容器，優(yōu)選方形或圓形筒體或其組合形狀，最優(yōu)選圓形筒體。

根據(jù)上述的污泥分層裝置，其特征在于：所述錐體可為圓錐體或三角錐體，優(yōu)選為圓錐體。

根據(jù)上述的污泥分層裝置，其特征在于，本發(fā)明的污泥分層裝置可安裝于曝氣池與二沉池之間，也可以安裝在曝氣池或二沉池內(nèi)，做為優(yōu)先方案，安裝于曝氣池中。

進一步地，本發(fā)明還提供一種利用本發(fā)明的污泥分層裝置進行污水處理的工藝，其特征在于，將污水引入本發(fā)明所述的污泥分層裝置中進行清水和污泥的分離，清水和比重較輕的老化污泥從所述出水口排出，而污泥經(jīng)由所述u型彎從所述排泥口排出。

根據(jù)上述的污水處理的工藝，其特征在于，所述污水事先通過物理處理、調(diào)節(jié)池處理、厭氧池處理、曝氣池等步驟處理后，引入本發(fā)明所述的污泥分層裝置中。

根據(jù)上述的污水處理的工藝，其特征在于，本發(fā)明的污泥分層裝置可安裝于曝氣池與二沉池之間，也可以安裝在曝氣池或二沉池內(nèi)，做為優(yōu)先方案，安裝于曝氣池中。

根據(jù)本發(fā)明，為使活性污泥顆粒能在本裝置以及污水處理工藝中充分沉降，所述的污泥分層裝置的各項尺寸參數(shù)指標優(yōu)選達到如下設(shè)計要求：

1．通過測量，獲得如下相關(guān)數(shù)據(jù)：

未曝氣狀態(tài)下（即該污泥分層裝置內(nèi)部）泥水混合物的密度ρ1；

曝氣狀態(tài)下（即該污泥分層裝置外部）泥水混合物的密度ρ曝氣；

沉淀狀態(tài)下泥水混合物的密度ρ3；

沉淀狀態(tài)下澄清污水密度ρ2；

活性污泥顆粒的密度ρp，粒徑dp;

2．計算相關(guān)數(shù)據(jù)：

設(shè)容器上部出口流量為q2；正常運行時，所述污泥分層裝置外液面比所述污泥分層裝置內(nèi)液面的高度差為h。分步計算：

2．1計算顆粒沉降速度（ut）

假設(shè)活性污泥顆粒沉降符合斯托克斯定律的層流區(qū)，則其顆粒沉降速度（ut）可按下式計算得出：

ut=dp^２（ρp－ρ1）g／１８μ

式中：dp、ρp、ρ1的定義如前文所述，g為重力常數(shù)，μ取值１.００５×１０^－３pa·s；

然后按下式反算雷諾數(shù)（ret）：

ret=dpρ1ut／μ（式中dp、ρ1的定義如前文所述，ut為活性污泥顆粒的沉降速度，μ取值１.００５×１０^－３pa·s）；

如果ret<2，處于層流區(qū)，則滿足假設(shè)；

2．2計算分層裝置進口流量（q1）和下部u型彎排泥出口流量（q3）：

按重力勢能公式mgh=1/2mv²，(m為污泥質(zhì)量、g為重力常數(shù)、v為進水口水流速度、h如前文所述)，計算得進水口水流速度v，然后進一步計算出進口流量（q1）和污泥口流量（q3）：

q1=v*a1，式中v為進水口水流速度、a1為分層裝置進水口的截面積；

q3=q1-q2，式中q1為進口流量、q2為出口流量；

2．3計算分層裝置尺寸

上層容器內(nèi)水流速度v1=q2/a2，式中q2為出口流量、a2為分層裝置上層容器的截面積；

為滿足上層容器內(nèi)的活性污泥顆粒能完全沉降，則上層容器內(nèi)活性污泥顆粒的實際沉降速度ut-v1≥0，計算得出分層裝置上層容器的截面積a2≥q2/ut;

取上層容器高度為h1，錐體高度取h2，

那么：要想從該裝置底部的u型彎順利出泥，至少需滿足

ρ1g（h1+h2）+ρ3gh3=ρ曝氣g（h1+h2+h3+h）關(guān)系式

其中：

ρ1——未曝氣狀態(tài)下（即該裝置內(nèi)部），泥水混合物的密度；

ρ3——u型彎內(nèi)泥水混合物的密度；

ρ曝氣——曝氣狀態(tài)下（即該裝置外部），泥水混合物的密度；

h1——上層容器高度；

h2——椎體段高度；

h3——u型彎高度；

h——裝置內(nèi)外液面高度差；

計算得h3。

根據(jù)本發(fā)明，通過測量未曝氣狀態(tài)下該污泥分層裝置內(nèi)部的泥水混合物的密度ρ1、曝氣狀態(tài)下該污泥分層裝置外部的泥水混合物的密度ρ曝氣、沉淀狀態(tài)下泥水混合物的密度ρ3、沉淀狀態(tài)下澄清污水密度ρ2、活性污泥顆粒的密度ρp、粒徑dp、該污泥分層裝置內(nèi)外液面高度差h、容器上部出水口流量q2，計算顆粒沉降速度ut、該污泥分層裝置進口流量q1和下部u型彎出水口即排泥口流量q3，從而計算出該污泥分層裝置尺寸，以確定活性污泥顆粒能夠充分沉降。

根據(jù)本發(fā)明，取所述污泥分層裝置上部的容器的直筒段高度為h1，錐體高度取h2，至少需滿足關(guān)系式ρ1g（h1+h2）+ρ3gh3=ρ曝氣g（h1+h2+h3+h），以確保從該污泥分層裝置底部的u型彎順利出泥，其中，ρ3為u型彎內(nèi)泥水混合物的密度，h3為u型彎高度，h3由所述關(guān)系式計算得到。

由此可以看出，根據(jù)本發(fā)明，通過測量和計算得出該污泥分層裝置尺寸參數(shù)，能夠使得活性污泥顆粒在所述污泥分層裝置中充分沉降，該尺寸參數(shù)的選擇是本發(fā)明的進一步的發(fā)明要點之一，這些尺寸參數(shù)在該分層裝置以及處理工藝的基礎(chǔ)上進行精密計算和反復(fù)試驗得出。如果不如此選擇參數(shù)，沉降的效果將大打折扣，也可能導(dǎo)致裝置不能順利出泥，也就是說，這些參數(shù)的選擇是依附于本申請所創(chuàng)造性的開發(fā)出的裝置和工藝而做出，并非本領(lǐng)域的公知常識，更不是本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易想到的尺寸參數(shù)，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該懂得這一點。

如上所述，本發(fā)明的技術(shù)方案簡單實用，具有很好的效果：

根據(jù)本發(fā)明，可以對老化污泥和活性污泥進行有效的分離篩選，污泥膨脹現(xiàn)象大大減輕，保證了活性污泥的質(zhì)量。

根據(jù)本發(fā)明，實現(xiàn)活性污泥不需助力的自行循環(huán)，無需如現(xiàn)有技術(shù)中需要大規(guī)模的回流循環(huán)，節(jié)約了大量的能源。

根據(jù)本發(fā)明，活性污泥相當于實現(xiàn)了在曝氣池中的內(nèi)循環(huán)，減少了污泥流失。

根據(jù)本發(fā)明，不產(chǎn)生大量剩余污泥需要處理，無需將增殖的微生物即剩余污泥從系統(tǒng)中不斷的排出，節(jié)省了處理費用。

附圖說明

圖1為活性污泥法基本流程圖；

圖2為示出本發(fā)明的污泥分層裝置的示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明下面將參照附圖結(jié)合具體實施例作進一步詳細說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當懂得，本申請并不僅限于該具體實施例中，以下實施例僅用于說明本發(fā)明，并不是對本發(fā)明的限定。

圖2為示出本發(fā)明的污泥分層裝置的示意圖。

本發(fā)明所述污泥分層裝置包括位于上部的容器2，容器下接一錐體4，錐頂朝下，錐頂接一u型彎，該u型彎另一端形成為開口作為排泥口5，在所述容器底部與所述錐體連接處設(shè)有進水口1，在所述容器上部設(shè)有出水口3，其中，污水連同污泥從所述進水口1進入所述污泥分層裝置，污泥顆粒沉降至所述錐體4后經(jīng)由所述u型彎從所述排泥口5排出，靜置分離后澄清的污水經(jīng)由所述容器上部的出水口3排出。

其中，所述容器2可為任一形狀的容器，優(yōu)選方形或圓形筒體或其組合形狀，最優(yōu)選圓形筒體。

其中，所述錐體4可為圓錐體或三角錐體，優(yōu)選為圓錐體。

其中，本發(fā)明的污泥分層裝置可安裝于曝氣池與二沉池之間，也可以安裝在曝氣池或二沉池內(nèi)，做為優(yōu)先方案，安裝于曝氣池中。

操作時，所述污水連同活性污泥一起，事先通過常規(guī)的物理處理、調(diào)節(jié)池處理、厭氧池處理、曝氣池等步驟處理后，引入本發(fā)明所述的污泥分層裝置中，將污水引入本發(fā)明所述的污泥分層裝置中進行清水和污泥的分離，清水和比重較輕的老化污泥從所述出水口排出至二沉池，而污泥經(jīng)由所述u型彎從所述排泥口重新排出至曝氣池中。

實施例

湖北鴻鑫化工有限公司50m3/d污水處理系統(tǒng)采用如下改進方法，此前未采用本發(fā)明的污泥分層裝置，曝氣池處理污水直接經(jīng)潷水槽排至二沉池，二沉池污泥經(jīng)泵與曝氣池循環(huán)，多余污泥排至污泥池處理。

本實施例的污泥分層裝置，上部為一圓形筒體，圓形筒體下接一圓錐體，筒體內(nèi)徑d=1400mm，直筒段高度h1=1m，錐體高度h2=1m。圓錐頂接一u型彎，u型彎高度h3=1m。在圓形筒體底部與圓錐體連接處設(shè)有進水口，在圓形筒體上部設(shè)有出水口。筒體進水口和上部出水口為dn100管道，u型彎為dn150管道。

該污泥分層裝置置于曝氣池中，其外液面比內(nèi)液面高h=0.02m，筒體上部出口流量q2=3.25m3/h。將曝氣池的潷水槽隔斷，分為二部，分別連接本裝置的筒體進水口和上部出水口。

操作時，污水連同活性污泥的混合液一起從圓筒體進水口進入；污水進入該裝置后，由于該裝置內(nèi)部未曝氣，活性污泥顆粒開始沉降至錐體后經(jīng)u型彎重新排入曝氣池中；澄清的污水經(jīng)由圓筒體上部排出至二沉池。

實施本發(fā)明前后污水處理效果對比數(shù)據(jù)：

從上表的對比數(shù)據(jù)可以看出，采用本申請的污泥分層裝置和污水處理工藝之后，污水處理效率基本相同。然而，采用本發(fā)明的技術(shù)方案后卻明顯得到較好的如下效果：可以對老化污泥和活性污泥進行有效的分離篩選，保證了活性污泥的質(zhì)量；實現(xiàn)活性污泥不需助力的自行循環(huán)，節(jié)約了大量的能源；活性污泥相當于實現(xiàn)了在曝氣池中的內(nèi)循環(huán)，減少了污泥流失；不產(chǎn)生大量剩余污泥需要處理，節(jié)省了處理費用。

需要強調(diào)的是，尺寸參數(shù)如此設(shè)置，能夠使得活性污泥顆粒在所述污泥分層裝置中充分沉降，該尺寸參數(shù)的選擇是本發(fā)明的進一步的發(fā)明要點之一，這些尺寸參數(shù)是本申請團隊通過刻苦鉆研在創(chuàng)造性設(shè)計出該分層裝置以及處理工藝的基礎(chǔ)上進行精密計算而反復(fù)試驗得出。本領(lǐng)域技術(shù)人員懂得，這些參數(shù)的選擇并非一蹴而就，而是花費巨大的精力和身體上的代價所得到的優(yōu)選參數(shù)，如果不如此選擇參數(shù)，沉降的效果將大打折扣，也就是說，這些參數(shù)的選擇是依附于本申請所創(chuàng)造性的開發(fā)出的裝置和工藝而做出，并非本領(lǐng)域的公知常識，更不是本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易想到的尺寸參數(shù)。

綜上所述，參照附圖結(jié)合具體實施例對本申請作出了詳細的說明，然而這些說明是示例性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠在其教導(dǎo)下作出各種修飾和變更，應(yīng)當懂得，只要不脫離本發(fā)明宗旨和精神的各種修飾和變更均應(yīng)當落入本申請的范圍之內(nèi)，本申請的保護范圍由所附權(quán)利要求書限定。