專利名稱：污水凈化設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用生物預處理污水的污水凈化設備和方法。更具體地，本發(fā)明涉及新型組織的污水凈化設備，使污水凈化效率達到最大，其中包括厭氧池、缺氧池、需氧池和澄清池，以及使用此設備凈化污水的方法。
在解決此問題的嘗試中，已經有各種改進的污水凈化方法，例如，A2/O法、Bardenpho法、UCT法等等。據(jù)報道，這些方法或者這些方法的改進僅在某種程度上對污水凈化效率有所改善。
例如，A2/O法，是公知的生物脫除氮和磷的典型方法，在需氧池之前順序地排列著厭氧池和缺氧池。需氧池中處理的污水返回到缺氧池，以消除硝酸鹽中的氮。澄清池中沉淀的部分活性污泥返回厭氧池，不但保持所有池中的微生物濃度，也通過在厭氧池去除磷和在隨后的需氧池吸收剩余的磷達到清除磷。
但是，A2/O法也將溶解氧以及在需氧池中處理的污水返回缺氧池。這樣，缺氧池中的氮脫除效率反而降低了。
另外，當在澄清池中沉淀的部分活性污泥返回厭氧池時，也返回了含氮的硝酸鹽。因此，抑制了厭氧池中磷的釋放，從而降低了磷的脫除效率。并且，如上所述缺氧池中氮脫除效率的降低引起返回的硝酸鹽濃度的增加，從而導致磷脫除效率的進一步降低。
A2/O法中厭氧池和缺氧池的結構不足以誘發(fā)微生物的內生呼吸，并導致低的污水凈化效率。
并且，為了將A2/O法應用于傳統(tǒng)的具有單獨一個需氧池的污水處理設備，需要在需氧池之前布置厭氧池和缺氧池，并安裝從澄清池到厭氧池的活性污泥返回管線。這種布置不可避免地需要污水凈化設備長期停工，以及很多勞動和成本的消耗。
本發(fā)明的另一個目的是提供污水凈化設備和方法，可以另外布置厭氧池和缺氧池，而不改變傳統(tǒng)的包括單獨一個需氧池的污水處理設備的活性污泥返回管線，并且?guī)缀醪恍枰鬯畠艋O備停工。
本發(fā)明的再一個目的是提供污水凈化設備和方法，將澄清池的污水返回到需氧池并保持需氧池高的MLSS水平，進而在冬季低的水溫下得到高的硝化效率，從而降低經凈化污水的TN水平。
本發(fā)明的又一個目的是提供污水凈化設備和方法，降低從需氧池返回缺氧池的返回污水中的溶解氧，從而提高缺氧池的處理效率。
本發(fā)明的另一目的是提高溶解氧的降低速度，將溶解氧降低池的體積減小到最低程度。
本發(fā)明的另一目的是使厭氧池和缺氧池中的微生物內生呼吸最佳化，從而提高總的污水凈化效率。
本發(fā)明的又一個目的是提供污水凈化設備和方法，能互換地應用于具有厭氧池、缺氧池和需氧池的各種污水凈化設備。
為達到本發(fā)明的上述目的，提供的污水凈化設備包括厭氧池1，利用厭氧細菌處理污水；缺氧池2，利用脫氮細菌處理來自厭氧池1的污水并接著將部分污水返回到厭氧池1；需氧池3，利用需氧細菌處理來自缺氧池2的污水并接著將部分污水返回缺氧池2；澄清池5，沉淀來自需氧池3的污水，排出凈化水，并將部分沉淀物通過返回管線6返回需氧池3。
優(yōu)選地，厭氧池、缺氧池和需氧池是在一個單獨的池中用PE板通過布置間壁形成的。
優(yōu)選地，從需氧池3返回到缺氧池2的污水在中途引入到溶解氧降低池4以減少溶解氧，并接著返回缺氧池2。
優(yōu)選地，部分污水在進入?yún)捬醭刂盎虿糠謥碜詤捬醭氐奈鬯涣硗庖氲饺芙庋踅档统?。
按照本發(fā)明的另一個方面，提供的具有厭氧池、缺氧池、需氧池和澄清池的污水凈化設備包括溶解氧降低池，用于接收從位于缺氧池之后的需氧池返回的污水以及來自位于缺氧池之前區(qū)域的部分污水，以減少溶解氧，并且接著將接收的污水引入到缺氧池。
優(yōu)選地，來自位于缺氧池之前區(qū)域的污水是原始污水和來自位于缺氧池之前的厭氧池的污水中的至少一種。
優(yōu)選地，位于缺氧池之前的厭氧池和缺氧池具有污水返回管線，用于將部分來自缺氧池的污水返回位于缺氧池之前的厭氧池，其特征在于缺氧池之后的需氧池和位于缺氧池之后的澄清池具有污泥返回管線，用于將位于缺氧池之后的澄清池的部分沉淀物返回位于缺氧池之后的需氧池。
優(yōu)選地，在入口處裝有噴嘴，來自溶解氧降低池4的污水通過它引入缺氧池。
優(yōu)選地，多塊隔板垂直地裝在厭氧池和缺氧池內部，排列成Z字形，其特征在于每塊隔板的一側與厭氧池或缺氧池的一個側壁緊密接觸，每塊隔板的另一側離開厭氧池或缺氧池另一側壁，從而在厭氧池和缺氧池中形成污水的栓塞流。
優(yōu)選地，溶解氧降低池或隔板的制造是通過在需氧池3、厭氧池1或缺氧池2的內側壁上固定PE板固定角鐵，將PE板插入PE板固定角鐵之間，接著堵塞接縫。
優(yōu)選地，PE板是由多塊PE板連接形成的。
根據(jù)本發(fā)明的再另一個方面，提供一種污水凈化方法，包括以下步驟用厭氧細菌處理引入?yún)捬醭氐奈鬯?；將污水從厭氧池引入缺氧池用脫氮細菌處理，接著將部分污水返回厭氧池；將污水從缺氧池引入需氧池用需氧細菌處理，接著將部分污水返回缺氧池；沉淀來自需氧池的污水，并將部分沉淀物返回需氧池?br> 優(yōu)選地，從需氧池3返回缺氧池2的污水在中途被引入溶解氧降低池4，以減少溶解氧，接著返回缺氧池2。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種凈化污水的方法，其中處理污水所用的污水凈化設備具有厭氧池、缺氧池、需氧池和澄清池，方法包括以下步驟將部分來自位于缺氧池之前區(qū)域的污水和從位于缺氧池之后的需氧池返回的污水引入溶解氧降低池，以減少溶解氧；將溶解氧降低池的污水引入缺氧池。
圖5a表示返回需氧池的污水的溶解氧降低特性，在需氧池中仍留有初始基質；圖5b表示基質徹底氧化后返回需氧池的污水的溶解氧降低特性；圖6a到6j表示在圖4所示污水凈化設備的溶解氧降低池中所進行的測量溶解氧降低特性實驗的結果，其中改變來自厭氧池污水和從需氧池返回污水的混合比例；圖7到12是根據(jù)本發(fā)明又一個優(yōu)選實施例裝有圖3所示的溶解氧降低池的污水凈化設備的示意性平面圖；

圖13是根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例具有隔板的污水凈化設備的示意性平面圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例具有隔板的如圖2所示的污水凈化設備的平面圖；圖15a和15b示意性地表示根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例安裝PE板的方法，其中PE板構成隔板、溶解氧降低池和以及間壁。
圖1所示的污水凈化設備包括厭氧池1、缺氧池2、需氧池3和澄清池5，這與傳統(tǒng)的使用A2/O方法的污水凈化設備相似。厭氧池包括第一池1a和第二池1b，缺氧池包括第一池2a和第二池2b，需氧池包括第一池3a和第二池3b。本發(fā)明的污水凈化設備將沉淀池5中沉淀的活性污泥返回需氧池，而使用A2/O法的傳統(tǒng)污水凈化設備將活性污泥返回厭氧池。
原始污水進入?yún)捬醭?。污水混合并用磷聚集有機物(PAO)去除其中的有機物(BOD)。從而磷(PO4--P)釋放出來，增大了池中磷的含量。
在厭氧池中處理的污水進入缺氧池，接著用混合器混合。從而，在缺氧池中，通過脫氮細菌去除氮和有機物。
在缺氧池中處理的污水部分進入需氧池，部分通過污水返回管線返回厭氧池。當缺氧池中去除NOx的污水返回厭氧池時，很難產生由厭氧池中NOx引起的對磷減少的抑制，這樣，提高了磷的最終去除效率。除此之外，向內部返回的污水含有PAO，在厭氧池重新利用以減少大量的磷并使需氧池吸收過剩的磷，從而導致磷的去除。從需氧池的底部吹入壓縮空氣，為需氧池供應氧氣，從而去除殘余有機物。并且，通過硝化細菌將銨中氮轉化為NOx并向內返回到缺氧池，用脫氮細菌脫氮。在需氧池處理的污水部分返回缺氧池以去除氮，并且部分地進入澄清池5。
污泥在澄清池5中沉淀，澄清池5排出凈化水并將部分活性污泥通過污泥返回管線返回需氧池。
圖2是根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的溶解氧降低池的平面圖，其中的溶解氧降低池應用在圖1所示的污水凈化設備上。
從需氧池返回缺氧池的污水在返回過程中通過溶解氧降低池4a降低返回污水中的溶解氧，從而增強缺氧池中的處理效率。
圖中所示的溶解氧降低池4a安裝在圖2中需氧池的角上，但也可以單獨地安裝它。與需氧池中通入壓縮空氣不同，溶解氧降低池4a在底部裝有返回管線，將底部處理后的污水抽出并輸送到缺氧池。
根據(jù)本發(fā)明一個優(yōu)選實施例，溶解氧降低池4a的壁高度比需氧池中水面略低，從而將需氧池中的污水引入到溶解氧降低池4a中，在溶解氧降低池4a的底部裝有返回管線，用泵將底部的污水抽出。從而，污水同時流入溶解氧降低池4a并逐漸在溶解氧降低池4a中下降。由于沒有壓縮空氣噴入溶解氧降低池4a，當污水在溶解氧降低池4a中下降的同時污水中的溶解氧減少。因此，當污水進入缺氧池時，污水中的溶解氧幾乎變?yōu)榱恪?br> 在脫氮階段，NOx被用作電子接收器，其中在發(fā)電方面使用溶解氧很普遍，從而脫氮效率變差。這樣，使用溶解氧降低池4a去除將溶解氧引入到缺氧池的過程，從而增強脫氮效率。
在返回管線的末端具有噴嘴，返回管線從溶解氧降低池4a連接到缺氧池，污水返回管線從缺氧池連接到厭氧池，使通過泵返回的污水噴到缺氧池和厭氧池進行混合，而不使用任何單獨的混合設備。
圖3是表示根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例的溶解氧降低池的平面圖。
在圖2所示的污水凈化設備中，污水中含有的基質在污水通過厭氧池、缺氧池和需氧池時幾乎消耗完，這樣基質不足以使微生物氧化。在這種情況下，溶解氧降低池4a中出現(xiàn)溶解氧降低效率下降，從而整個過程中氮和磷的脫除效率下降。另一方面，在溶解氧降低池4a中將返回到缺氧池的污水中的溶解氧降低到一個閾值以下的保留時間必須很長，這樣需要增大溶解氧降低池的容積。
但是，來自位于缺氧池2之前的區(qū)域的污水，例如原始污水或位于缺氧池2之前的厭氧池中的污水，含有大量基質。如圖所示，本發(fā)明在溶解氧降低池4b中混合來自位于缺氧池2之后的需氧池3的返回污水與來自缺氧池2之前區(qū)域的含有大量基質的部分污水，通過物理混合和基于微生物的生物反應降低溶解氧。
圖3所示的溶解氧降低池4b左側的入口表示供應含有大量基質的部分污水，這可以是原始污水，來自厭氧池的污水，或兩者都有。
圖4是表示根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例將圖3所示的溶解氧降低池應用在圖1所示的污水凈化設備上的平面圖。
從厭氧池進入缺氧池的污水和從需氧池返回缺氧池的污水在溶解氧降低池4b中混合以降低溶解氧，接著進入缺氧池。因此，當污水進入缺氧池時混合污水中的溶解氧幾乎為零。
設計者可以根據(jù)設計的目的確定從厭氧池排出的進入溶解氧降低池4b中的污水與沒經過溶解氧降低池4b直接進入缺氧池的污水的比例。也就是，當所有從厭氧池排出的污水通過溶解氧降低池4b進入缺氧池時，無氧脫氮所必需的生物體不足，這樣阻礙了有效脫氮。因此，厭氧池排出的進入溶解氧降低池4b中的污水的分配比例與原始污水中的生物體含量密切相關。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，溶解氧降低池4b具有從需氧池到缺氧池的內部返回管線，因此部分從厭氧池排出的污水(約20-30％原始污水)與需氧池的內部返回的污水混合，通過物理稀釋和基于微生物的生物反應快速降低污水的溶解氧量，使其小于0.2mg/l。因此，將由缺氧池中溶解氧引起的抑制脫氮減小到最低程度。
圖5a和5b表示在圖2所示污水凈化設備的溶解氧降低池中所進行的測量溶解氧降低特性實驗的結果，其中圖5a表示返回需氧池的污水的溶解氧降低特性，在需氧池中仍留有初始基質；圖5b表示基質徹底氧化后返回需氧池的污水的溶解氧降低特性。
為了測量溶解氧降低特性，收集從需氧池內部返回缺氧池的來自需氧池的排出污水，根據(jù)批量反應池的時間測量溶解氧。實驗條件列于表1中。
表1

圖5a表示在表1的條件下所做實驗的結果。如圖所示，所需的保留時間約為30分鐘?？梢哉J為，溶解氧曲線降低的斜率的差別是由基質初始濃度的差別產生的。
為了確定溶解氧濃度的降低與基質初始濃度之間的關系，在初始基質完全氧化后進行檢測溶解氧降低特性的實驗。實驗條件列于表2。
表2

圖5b表示在表2條件下所做實驗的結果。如圖所示，基質的完全氧化導致溶解氧增大到7.0mg/l以上，將溶解氧降低到0.2mg/l以下所需要的時間約70分鐘。在實際位置工作的需氧池中的溶解氧保持在最大值低于3mg/l。因此，需要約30分鐘將溶解氧降低到與圖5a相同的水平。
圖6a到6j表示在圖4所示污水凈化設備的溶解氧降低池中所進行的測量溶解氧降低特性實驗的結果，其中改變來自厭氧池污水和從需氧池返回污水的混合比例。
如前所述，圖5a和5b所示的污水凈化設備需要約30分鐘降低溶解氧。為了縮短保留時間，本發(fā)明利用基質氧化法降低溶解氧，包括將基質加入到從需氧池返回的污水中。在最優(yōu)選的方法中，如圖4所示，從厭氧池排出的部分污水，其溶解氧保持在0.2mg/l以下，與溶解氧為2-3mg/l的返回污水混合，從而利用物理混合和基于微生物的基質氧化降低溶解氧，基質包含在從厭氧池中排出的水中。
表3表示將從厭氧池中排出的污水與返回到需氧池中的污水混合時檢測溶解氧降低特性實驗中所用的實驗條件。
表3

圖6a到6j表示在表3所示條件的實驗中檢測的溶解氧降低特性，其中來自厭氧池的污水與從需氧池向內部返回的污水的混合比例為1∶1到1∶10。
對比圖6a和5a，降低溶解氧所需的時間為混合前約30分鐘和混合后約4分鐘，此結果的產生不但是混合厭氧池排出的污水的物理效應造成溶解氧降低，也是微生物相關的生物反應使厭氧池排出的污水中含有的大量基質氧化的結果。
為了根據(jù)實驗結果確定來自厭氧池的污水與從需氧池向內部返回的污水的最佳混合比例，進行實驗時來自厭氧池的污水與從需氧池向內部返回的污水的混合比例在1∶2到1∶10的范圍內變化。結果，最大所需時間約為6分鐘?？梢钥闯?，為保留向內返回的污水一段預定時間，如圖1所示，以降低溶解氧，優(yōu)選地，混合從厭氧池排出的部分污水，如圖4所示。
為了總結實驗結果，從需氧池向內返回的污水與從厭氧池排出的污水的混合比例在溶解氧降低池中優(yōu)選地小于10，污水在溶解氧降低池中的保留時間最多10分鐘。但是，應注意的是混合比例和保留時間并不限于上述的范圍，只要保留時間少于圖5a中的30分鐘。
圖7到圖12是根據(jù)本發(fā)明又一個優(yōu)選實施例裝有圖3所示的溶解氧降低池的污水凈化設備的示意性平面圖。圖7所示的污水凈化設備與圖4的不同，不需要單獨的空間來安裝溶解氧降低池。
圖8所示的污水凈化設備，除了從需氧池返回的污水、部分原始污水和來自厭氧池的污水進入溶解氧降低池4b以外，在結構上也與圖4的相似。圖9所示的污水凈化設備，除了從需氧池返回的污水和部分原始污水進入溶解氧降低池4b以外，在結構上也與圖4的相似。
圖10、11和12將圖3所示的溶解氧降低池4b分別應用于傳統(tǒng)的A2/O法、傳統(tǒng)的5級Bardenpho法和傳統(tǒng)的UCT法的示意圖。
圖13是根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例具有隔板8的污水凈化設備的示意性平面圖。如圖所示，多個隔板8垂直地裝在厭氧池1和缺氧池2中，從而在厭氧池1和缺氧池2中產生栓塞流。
每個隔板8的一個側面與厭氧池1或缺氧池2的一個側壁緊密接觸，另一側離開厭氧池1或缺氧池2的另一側面一定距離。并且，多個隔板8排成Z字形，在厭氧池1和缺氧池2中形成栓塞流。
栓塞流的優(yōu)點是能滿足誘發(fā)微生物的內生呼吸，從而增強污染物的脫除效率。因此，這種栓塞流增大了厭氧池1或缺氧池的處理速度，提高了處理效率。
圖14是根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例具有隔板8的如圖2所示的污水凈化設備的平面圖。
圖15a和15b示意性地表示根據(jù)本發(fā)明另一個優(yōu)選實施例安裝PE板的方法，其中PE板構成隔板8、溶解氧降低池4a和4b以及間壁。
如圖15a所示，池中裝的PE板10在比較簡單的安裝工作下形成溶解氧降低池4a和4b中的隔板8和間壁。固定PE板的兩根角鐵9相互之間隔開預定的距離，并固定在池的內壁上。PE板10插在它們之間，接著堵塞接縫，完成溶解氧降低池4a和4b、隔板8和間壁的安裝。使用PE板10可實現(xiàn)快速安裝，并且PE板10具有優(yōu)異的性能，包括防水性和耐用性。從圖15b中可以看出，可以使用一張單獨的大的PE板10，也可以用多張寬和薄的板10a安裝時垂直連接在一起。這使溶解氧降低池4a和4b的高度可以調節(jié)。
權利要求
1.一種污水凈化設備，包括厭氧池(1)，用于利用厭氧細菌處理污水；缺氧池(2)，用于利用脫氮細菌處理來自厭氧池(1)的污水并接著將部分污水返回到厭氧池(1)；需氧池(3)，用于利用需氧細菌處理來自缺氧池(2)的污水并接著將部分污水返回缺氧池(2)；澄清池(5)，用于沉淀來自需氧池(3)的污水，排出凈化水，并將部分沉淀物通過返回管線6返回需氧池3。
2.如權利要求1所述的污水凈化設備，其特征在于厭氧池、缺氧池和需氧池是在一個單獨的池中用PE板通過布置間壁形成的。
3.如權利要求1所述的污水凈化設備，其特征在于從需氧池(3)返回到缺氧池(2)的污水在中途引入到溶解氧降低池(4)以減少溶解氧，并接著返回缺氧池(2)。
4.如權利要求3所述的污水凈化設備，其特征在于部分污水在進入?yún)捬醭刂盎騺碜詤捬醭氐牟糠治鬯涣硗庖氲饺芙庋踅档统?4)。
5.一種具有厭氧池、缺氧池、需氧池和澄清池的污水凈化設備，包括溶解氧降低池，用于接收從位于缺氧池之后的需氧池返回的污水以及來自位于缺氧池之前區(qū)域的部分污水，以減少溶解氧，并且接著將接收的污水引入到缺氧池。
6.如權利要求5所述的污水凈化設備，其特征在于來自位于缺氧池之前區(qū)域的污水是原始污水和來自位于缺氧池之前的厭氧池的污水中的至少一種。
7.如權利要求5或6所述的污水凈化設備，其特征在于位于缺氧池之前的厭氧池和缺氧池具有污水返回管線，用于將部分污水從缺氧池返回位于缺氧池之前的厭氧池，并且缺氧池之后的需氧池和位于缺氧池之后的澄清池具有污泥返回管線，用于將部分沉淀物從位于缺氧池之后的澄清池返回位于缺氧池之后的需氧池。
8.如權利要求3到6中任一項所述的污水凈化設備，另外包括裝在入口處的噴嘴，來自溶解氧降低池(4)的污水通過它引入缺氧池。
9.如權利要求1到6中任一項所述的污水凈化設備，另外包括多塊隔板垂直地裝在厭氧池和缺氧池內部，排列成Z字形，其特征在于每塊隔板的一側與厭氧池或缺氧池的一個側壁緊密接觸，每塊隔板的另一側離開厭氧池或缺氧池的另一側壁，從而在厭氧池和缺氧池中形成污水的栓塞流。
10.如權利要求9所述的污水凈化設備，其特征在于溶解氧降低池或隔板的制造通過在需氧池(3)、厭氧池(1)或缺氧池(2)的內側壁上固定PE板固定角鐵，將PE板插入PE板固定角鐵之間，接著堵塞接縫。
11.如權利要求2或10所述的污水凈化設備，其特征在于PE板是由多塊PE板連接形成的。
12.一種污水凈化方法，包括以下步驟用厭氧細菌處理引入?yún)捬醭氐奈鬯?；將污水從厭氧池引入缺氧池用脫氮細菌處理，接著將部分污水返回厭氧池；將污水從缺氧池引入需氧池用需氧細菌處理，接著將部分污水返回缺氧池；沉淀來自需氧池的污水，并將部分沉淀物返回需氧池?br> 13.如權利要求12所述的污水凈化方法，其特征在于從需氧池(3)返回缺氧池(2)的污水在中途被引入溶解氧降低池(4)，以減少溶解氧，接著返回缺氧池(2)。
14.一種凈化污水的方法，其中處理污水所用的污水凈化設備具有厭氧池、缺氧池、需氧池和澄清池，所述方法包括以下步驟將來自位于缺氧池之前的區(qū)域的部分污水和從位于缺氧池之后的需氧池返回的污水引入溶解氧降低池，以減少溶解氧；和將溶解氧降低池的污水引入缺氧池。
全文摘要
本發(fā)明提供一種污水凈化設備，包括厭氧池(1)，用于利用厭氧細菌處理污水；缺氧池(2)，用于利用脫氮細菌處理來自厭氧池(1)的污水并接著將部分污水返回到厭氧池(1)；需氧池(3)，用于利用需氧細菌處理來自缺氧池(2)的污水并接著將部分污水返回缺氧池(2)；澄清池(5)，用于沉淀來自需氧池(3)的污水，排出凈化水，并將部分沉淀物通過返回管線(6)返回需氧池(3)。此外，本發(fā)明提供一種具有厭氧池、缺氧池、需氧池和澄清池的污水凈化設備，包括溶解氧降低池，用于接收從位于缺氧池之后的需氧池返回的污水以及來自位于缺氧池之前區(qū)域的部分污水，以減少溶解氧，并且接著將接收的污水引入到缺氧池。
文檔編號C02F3/34GK1416407SQ01806250
公開日2003年5月7日 申請日期2001年3月8日 優(yōu)先權日2000年3月8日
發(fā)明者姜禮錫 申請人:京好工程綜合建筑士事務所