一種活性污泥水凈化反應(yīng)器及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種活性污泥水凈化反應(yīng)器及采用該反應(yīng)器進(jìn)行污水凈化的方法。本發(fā)明活性污泥水凈化反應(yīng)器，包括兼氧區(qū)、主反應(yīng)區(qū)和聯(lián)合輻照室；兼氧區(qū)與主反應(yīng)區(qū)、主反應(yīng)區(qū)與聯(lián)合輻照室之間均設(shè)有水通道，水通道處設(shè)有閥門；聯(lián)合輻照室內(nèi)設(shè)有超聲波輻射系統(tǒng)和紫外輻射系統(tǒng)；超聲波輻射系統(tǒng)包括超聲波發(fā)生器和超聲波轉(zhuǎn)換器；紫外輻射系統(tǒng)包括紫外線發(fā)生器和紫外線轉(zhuǎn)換器；超聲波轉(zhuǎn)換器、紫外線轉(zhuǎn)換器分別與超聲波發(fā)生器、紫外線發(fā)生器相連。本發(fā)明活性污泥水凈化反應(yīng)器建設(shè)費用低，由于省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流設(shè)備，建設(shè)費用可節(jié)省20％～30％。工藝流程簡潔，布局緊湊，占地面積小，適合在居民小區(qū)或社區(qū)中使用。
【專利說明】—種活性污泥水凈化反應(yīng)器及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種活性污泥水凈化反應(yīng)器及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著環(huán)境污染尤其是水污染形式的日益嚴(yán)峻，飲用水質(zhì)量問題備受關(guān)注，目前城鎮(zhèn)中經(jīng)污水處理廠處理后輸送到各小區(qū)、社區(qū)的自來水仍存在氯離子去除不徹底、微生物含量超標(biāo)等問題。為響應(yīng)《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》關(guān)于“城鎮(zhèn)生活污水處理設(shè)施建設(shè)工程”的號召，一種凈化效率高、占地面積小、成本適中的城市生活污水凈化設(shè)備的發(fā)明，具有十分重要的現(xiàn)實意義。
[0003]在污水處理中，傳統(tǒng)的活性污泥污水處理方法具有處理量大,原料易得,對溶解性易降解有機(jī)物處理效率高等優(yōu)點，目前被很多污水處理廠廣泛采用。但是傳統(tǒng)工藝在凈化的效率、徹底性以及能源節(jié)約方面仍存在以下不足:首先，當(dāng)進(jìn)水的水質(zhì)變化大，或者含有難降解物質(zhì)時，傳統(tǒng)活性污泥處理裝置的生物處理效果往往不佳；其次，傳統(tǒng)工藝中，在對活性污泥進(jìn)行脫水時大多采用機(jī)械的方式，由于活性污泥中固體顆粒含水穩(wěn)定，泥水分離困難，因而脫水效果很差，而高含水量的污泥進(jìn)入到后繼干化工藝，必然會造成大量熱損；第三，污水處理設(shè)備占地面積大，造成一定的空間浪費。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，提供一種體積小、且能有效提高污水凈化效果的裝置。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種活性污泥水凈化反應(yīng)器，包括兼氧區(qū)、主反應(yīng)區(qū)和聯(lián)合輻照室；兼氧區(qū)與主反應(yīng)區(qū)、主反應(yīng)區(qū)與聯(lián)合輻照室之間均設(shè)有水通道，水通道處設(shè)有閥門；聯(lián)合輻照室內(nèi)設(shè)有超聲波輻射系統(tǒng)和紫外輻射系統(tǒng)；超聲波輻射系統(tǒng)包括超聲波發(fā)生器和超聲波轉(zhuǎn)換器；紫外輻射系統(tǒng)包括紫外線發(fā)生器和紫外線轉(zhuǎn)換器；超聲波轉(zhuǎn)換器、紫外線轉(zhuǎn)換器分別與超聲波發(fā)生器、紫外線發(fā)生器相連。
[0006]其中，兼氧區(qū)的體積占活性污泥水凈化反應(yīng)器總體積的5%。
[0007]本發(fā)明活性污泥水凈化反應(yīng)器還包括PLC ;所述閥門為電動閥門；PLC分別與電動閥門、超聲波發(fā)生器、超聲波轉(zhuǎn)換器、紫外線發(fā)生器、紫外線轉(zhuǎn)換器相連。
[0008]對本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)在于:聯(lián)合輻照室上分別設(shè)有污水入口、污水出口、活性污泥入口和活性污泥出口。
[0009]上述活性污泥水凈化反應(yīng)器還包括取泥機(jī)械手和污泥泵；PLC分別與取泥機(jī)械手、污泥泵相連。
[0010]本發(fā)明還提供了一種采用上述活性污泥水凈化反應(yīng)器對污水的凈化方法，其步驟如下:
(1)預(yù)處理階段:先將污水經(jīng)格柵和調(diào)節(jié)池除去較大的漂浮物和懸浮物；
(2)進(jìn)水一兼氧階段:自流進(jìn)入所述活性污泥水凈化反應(yīng)器的兼氧區(qū)，停留0.3-0.5h ；(3)進(jìn)水一曝氣階段:打開兼氧區(qū)與主反應(yīng)區(qū)之間的水通道閥門，進(jìn)水的同時進(jìn)行周期性曝氣，在主反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行生物降解；在生物降解過程中，從主反應(yīng)區(qū)中抓取活性污泥入聯(lián)合輻照室內(nèi)進(jìn)行超聲波處理，處理后的活性污泥再送回主反應(yīng)區(qū)內(nèi)；所述超聲波處理的超聲波頻率為21kHz，聲強(qiáng)為0.2 — 0.3W/cm2，處理時間為10_15min ;所述活性污泥的抓取頻率為每隔20min抓取8 一 1kg的活性污泥；
(4)進(jìn)水一沉淀階段:停止曝氣，靜置沉淀使泥水分離，靜置時間為90min;此階段不停止進(jìn)水，且同時進(jìn)行步驟(3)中的活性污泥的超聲波處理；
(5)排水階段:打開主反應(yīng)區(qū)與聯(lián)合輻照室之間的水通道閥門，將經(jīng)初步凈化的水通入聯(lián)合輻照室內(nèi)同時經(jīng)超聲波和紫外輻射處理后，經(jīng)石英砂和活性炭過濾；所述超聲波和紫外輻射處理時間為45min ;所述超聲波頻率為24kHz，功率為90W，所述紫外輻射主波長為254nm ；
(6)后續(xù)處理階段:將主反應(yīng)區(qū)內(nèi)的活性污泥先運送至聯(lián)合輻照室內(nèi)經(jīng)超聲波處理，處理后的污泥運送至污泥濃縮池等待處理；所述超聲波頻率為20 - 30kHz，聲強(qiáng)為400W/m2，超聲時間為2 - 4min。
[0011]其中，步驟(3)中進(jìn)行周期性曝氣時，控制所述主反應(yīng)區(qū)內(nèi)污水中溶解氧不大于
2.5mg/L?；钚晕勰嗟淖ト⊥ㄟ^PLC控制取泥機(jī)械手進(jìn)行；所述步驟(3)和步驟(5)中的水通道閥門均采用電動閥門，且由PLC控制開關(guān)；超聲波和紫外輻射處理分別通過PLC控制超聲波輻射系統(tǒng)和紫外輻射系統(tǒng)實現(xiàn)。
[0012]上述PLC通過超聲波傳感器測量所述反應(yīng)池內(nèi)容物的含量；當(dāng)反應(yīng)池內(nèi)容物高度達(dá)池深的2/3時，進(jìn)行 步驟(3)的活性污泥超聲波處理。
[0013]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點:
1、本發(fā)明活性污泥水凈化反應(yīng)器建設(shè)費用低，由于省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流設(shè)備，建設(shè)費用可節(jié)省20%~30%。工藝流程簡潔，布局緊湊，占地面積小，適合在居民小區(qū)或社區(qū)中使用。
[0014]2、本發(fā)明活性污泥水凈化反應(yīng)器運行費用省，由于曝氣是周期性的，反應(yīng)器的主反應(yīng)區(qū)內(nèi)的溶解氧濃度也是變化的，沉淀階段和排水階段溶解氧降低，重新開始曝氣時，氧濃度梯度大，傳遞效率高，節(jié)能效果顯著，運行費用節(jié)省10%~30%。
[0015]3、采用本發(fā)明活性污泥水凈化反應(yīng)器進(jìn)行污水凈化，有機(jī)物去除率高，出水水質(zhì)好，不僅能有效去除污水中有機(jī)碳源污染物，而且具有良好的脫氮除磷效果；同時經(jīng)紫外線殺菌后水質(zhì)明顯高于普通自來水。
[0016]4、本發(fā)明活性污泥水凈化反應(yīng)器管理簡單，運行可靠。工藝流程由PLC程序控制器自動控制，不需人為參與，且由于不連續(xù)的污泥外送，減少了發(fā)生污泥膨脹的可能性。
[0017]5、本發(fā)明活性污泥水凈化反應(yīng)器自動化程度高，控制簡便，運行高效。
[0018]6、污泥脫水性改善，便于進(jìn)一步處理，減少后續(xù)處理能耗。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明活性污泥水凈化反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為采用本發(fā)明活性污泥水凈化反應(yīng)器進(jìn)行污水凈化的工藝流程圖；
圖3為圖1中聯(lián)合輻照室的結(jié)構(gòu)示意圖。[0020]圖中，1-兼氧區(qū)，2-主反應(yīng)區(qū)，3-聯(lián)合輻照室，4-水通道，5-定量取泥機(jī)械手，
6-污泥泵，7-超聲波發(fā)生器，8-超聲波轉(zhuǎn)換器，9-紫外線發(fā)生器，10-紫外線轉(zhuǎn)換器，11-污水入口，12-污水出口，13-活性污泥入口，14-活性污泥出口。
【具體實施方式】
[0021]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0022]本發(fā)明活性污泥水凈化反應(yīng)器由3個區(qū)域組成，即兼氧區(qū)1、主反應(yīng)區(qū)2和聯(lián)合輻照室3，如圖1所示。
[0023]1、兼氧區(qū)I為設(shè)置在反應(yīng)器前端的小容積區(qū)域，容積約為反應(yīng)器總?cè)莘e的5%，水力停留時間為0.3~0.5h，通常在兼氧的條件下運行。兼氧區(qū)不僅能對進(jìn)水水質(zhì)水量變化起到緩沖作用，還能促進(jìn)磷的進(jìn)一步釋放和強(qiáng)化反硝化作用。兼氧區(qū)I與主反應(yīng)區(qū)2之間設(shè)有水通道，水通道處設(shè)有電動閥門。
[0024]2、主反應(yīng)區(qū)為去除營養(yǎng)物質(zhì)的 主要場所，內(nèi)部主要功能物質(zhì)為活性污泥。主反應(yīng)區(qū)采用周期性曝氣方式，通?？刂迫芙庋鮀O在0mg/L~2.5mg/L,使主反應(yīng)區(qū)內(nèi)溶液始終處于好氧狀態(tài)，活性污泥內(nèi)部處于缺氧狀態(tài)，溶解氧向污泥絮體內(nèi)的傳遞受到限制，而硝態(tài)氮由污泥內(nèi)向主體溶液的傳遞不受限制，使主反應(yīng)區(qū)同時發(fā)生硝化、反硝化作用和磷的吸收。主反應(yīng)區(qū)2與聯(lián)合輻照室3之間設(shè)有水通道4，水通道處設(shè)有電動閥門。
[0025]3、聯(lián)合輻照室3的構(gòu)成為在一個房室內(nèi)設(shè)有超聲波輻射系統(tǒng)和紫外輻射系統(tǒng)。結(jié)合圖3，其中超聲波輻射系統(tǒng)設(shè)有超聲波發(fā)生器7和超聲波轉(zhuǎn)換器8 ;紫外輻射系統(tǒng)設(shè)有紫外線發(fā)生器9和紫外光轉(zhuǎn)換器10。聯(lián)合輻照室3分別設(shè)有污水入口 11、污水出口 12、活性污泥入口 13和活性污泥出口 14。超聲波系統(tǒng)設(shè)有3個檔位:生物處理強(qiáng)化檔、深度凈化檔和污泥脫水檔。由PLC (Programmable Logic Controller,可編程邏輯控制器)程序控制器自動控制輻射室內(nèi)兩大系統(tǒng)的開關(guān)以及各個檔位的調(diào)節(jié)，并通過指示燈的亮暗反應(yīng)輻射室當(dāng)前所處狀態(tài)。該聯(lián)合輻射室可按時間順序完成以下三個功能:
1、生物處理強(qiáng)化檔:低強(qiáng)度超聲波(超聲波頻率為21kHz，聲強(qiáng)為0.2 — 0.3ff/cm2,)輻照活性污泥，依靠其機(jī)械效應(yīng)和穩(wěn)態(tài)空化效應(yīng)使污泥中微生物的傳質(zhì)邊界層減薄，并且使溶質(zhì)離子運動加速，提高反應(yīng)物進(jìn)入酶或細(xì)胞活性部位及生成物進(jìn)入液體煤質(zhì)的傳質(zhì)擴(kuò)散過程，加速分解有機(jī)物的過程，使凈化更徹底。
[0026]2、深度凈化檔:高強(qiáng)度超聲波(超聲波頻率為24kHz，功率為90W)輻射與紫外輻射(254nm)相配合使用進(jìn)行深度凈化。超聲波的功率控制在較高的程度有助于提高超聲降解速度，這是由于.0Η自由基的產(chǎn)率隨聲源頻率的增加而增加。而紫外輻射與超聲輻射具有互補協(xié)同性，兩種輻射相輔相成，可以大大增強(qiáng)氧化劑的分解能力，縮短反應(yīng)時間，減少氧化劑的用量，使COD的去除率和有機(jī)物的礦化速度都很高。
[0027]3、污泥脫水檔:超聲波頻率為20 - 30kHz、聲強(qiáng)為400W/m2的超聲波處理使用過的污泥能改善污泥的脫水性，為后續(xù)處理節(jié)約能源。這是因為污泥中的水分主要以間隙水的形式存在，改變污泥的結(jié)構(gòu)，可以改善污泥的脫水效果。由于菌膠團(tuán)具有良好的保水性能，利用超聲波破壞污泥結(jié)構(gòu)，可以達(dá)到改善污泥脫水性能的目的。
[0028]具體實施步驟如下:
1、預(yù)處理階段。[0029]經(jīng)收集的污水首先經(jīng)過隔柵和調(diào)節(jié)池，除去較大的漂浮物和懸浮物后，自流進(jìn)入活性污泥水凈化反應(yīng)器。
[0030]2、進(jìn)水一兼氧階段。
[0031]自流進(jìn)入所述活性污泥水凈化反應(yīng)器的兼氧區(qū)1，停留0.3-0.5h。
[0032]3、進(jìn)水一曝氣階段。
[0033]PLC控制兼氧區(qū)I與主反應(yīng)區(qū)2之間的水通道閥門，邊進(jìn)水邊曝氣，同時PLC控制開啟聯(lián)合輻照室紫外輻射系統(tǒng)的生物處理強(qiáng)化檔，自動啟動定量取泥機(jī)械手5，從主反應(yīng)區(qū)中抓取一定量污泥，于聯(lián)合輻照室內(nèi)照射10-15min，再由PLC控制污泥送回機(jī)械手(或取泥機(jī)械手)將輻照后的污泥返還到主反應(yīng)區(qū)2中參與后續(xù)反應(yīng)。該取泥還泥過程在該階段以每隔20min抓取8 一 1kg的活性污泥重復(fù)不間斷進(jìn)行。
[0034]4、進(jìn)水一沉淀階段。
[0035]停止曝氣，靜置沉淀使泥水分離，靜置時間為90min。該沉淀階段不僅不停止進(jìn)水，而且取泥還泥過程也不停止。
[0036]5、排水階段 。
[0037]此階段反應(yīng)器停止進(jìn)水，取泥還泥系統(tǒng)也關(guān)閉。由PLC控制主反應(yīng)區(qū)2與聯(lián)合輻照室3之間的水通道4電動閥門打開，排出的水經(jīng)由水通道4進(jìn)入聯(lián)合輻照室3的污水入口 11，由PLC控制開啟超聲波輻射系統(tǒng)的深度凈化檔和紫外輻射系統(tǒng)，關(guān)閉生物處理強(qiáng)化檔和脫水檔，進(jìn)行深度凈化45min，并將水由污水出口 12排出。
[0038]6、后續(xù)處理階段。
[0039]凈水結(jié)束后，由PLC控制污泥泵6將主反應(yīng)區(qū)內(nèi)的活性污泥泵入聯(lián)合輻照室3，并通過PLC程序控制超聲波輻射系統(tǒng)開啟并打開脫水檔，照射2-4min，破壞污泥結(jié)構(gòu)，利用菌膠團(tuán)的保水性改善污泥的脫水性能，改善后的污泥運送至污泥濃縮池等待處理。
【權(quán)利要求】
1.一種活性污泥水凈化反應(yīng)器，其特征在于:包括兼氧區(qū)、主反應(yīng)區(qū)和聯(lián)合輻照室；所述兼氧區(qū)與主反應(yīng)區(qū)、主反應(yīng)區(qū)與聯(lián)合輻照室之間均設(shè)有水通道，水通道處設(shè)有閥門；所述聯(lián)合輻照室內(nèi)設(shè)有超聲波輻射系統(tǒng)和紫外輻射系統(tǒng)；所述超聲波輻射系統(tǒng)包括超聲波發(fā)生器和超聲波轉(zhuǎn)換器；所述紫外輻射系統(tǒng)包括紫外線發(fā)生器和紫外線轉(zhuǎn)換器；所述超聲波轉(zhuǎn)換器、紫外線轉(zhuǎn)換器分別與超聲波發(fā)生器、紫外線發(fā)生器相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性污泥水凈化反應(yīng)器，其特征在于:所述兼氧區(qū)的體積占所述活性污泥水凈化反應(yīng)器總體積的5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的活性污泥水凈化反應(yīng)器，其特征在于:所述活性污泥水凈化反應(yīng)器還包括PLC ;所述閥門為電動閥門；所述PLC分別與電動閥門、超聲波發(fā)生器、超聲波轉(zhuǎn)換器、紫外線發(fā)生器、紫外線轉(zhuǎn)換器相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的活性污泥水凈化反應(yīng)器，其特征在于:所述聯(lián)合輻照室上分別設(shè)有污水入口、污水出口、活性污泥入口和活性污泥出口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的活性污泥水凈化反應(yīng)器，其特征在于:所述活性污泥水凈化反應(yīng)器還包括取泥機(jī)械手和污泥泵；所述PLC分別與取泥機(jī)械手、污泥泵相連。
6.一種采用權(quán)利要求1所述活性污泥水凈化反應(yīng)器對污水的凈化方法，其特征在于:所述凈化方法步驟如下: (1)預(yù)處理階段:先將污水經(jīng)格柵和調(diào)節(jié)池除去較大的漂浮物和懸浮物； (2)進(jìn)水一兼氧階段:自流進(jìn)入所述活性污泥水凈化反應(yīng)器的兼氧區(qū)，停留0.3-0.5h ； (3)進(jìn)水一曝氣階段:打開兼氧區(qū)與主反應(yīng)區(qū)之間的水通道閥門，進(jìn)水的同時進(jìn)行周期性曝氣，在主反應(yīng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行生物降解；在生物降解過程中，從主反應(yīng)區(qū)中抓取活性污泥入聯(lián)合輻照室內(nèi)進(jìn)行超聲波處理，處理后的活性污泥再送回主反應(yīng)區(qū)內(nèi)；所述超聲波處理的超聲波頻率為21kHz，聲強(qiáng)為0.2 — 0.3W/cm2，處理時間為10_15min ;所述活性污泥的抓取頻率為每隔20min抓取8 一 1kg的活性污泥； (4)進(jìn)水一沉淀階段:停止曝氣，靜置沉淀使泥水分離，靜置時間為90min;此階段不停止進(jìn)水，且同時進(jìn)行步驟(3)中的活性污泥的超聲波處理； (5)排水階段:打開主反應(yīng)區(qū)與聯(lián)合輻照室之間的水通道閥門，將經(jīng)初步凈化的水通入聯(lián)合輻照室內(nèi)同時經(jīng)超聲波和紫外輻射處理后，經(jīng)石英砂和活性炭過濾；所述超聲波和紫外輻射處理時間為45min ;所述超聲波頻率為24kHz，功率為90W，所述紫外輻射主波長為254nm ； (6)后續(xù)處理階段:將主反應(yīng)區(qū)內(nèi)的活性污泥先運送至聯(lián)合輻照室內(nèi)經(jīng)超聲波處理，處理后的污泥運送至污泥濃縮池等待處理；所述超聲波頻率為20 - 30kHz，聲強(qiáng)為400W/m2，超聲時間為2 - 4min。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的凈化方法，其特征在于:所述步驟(3)中活性污泥的抓取通過PLC控制取泥機(jī)械手進(jìn)行；所述步驟(3 )和步驟(5 )中的水通道閥門均采用電動閥門，且由PLC控制開關(guān)；所述超聲波和紫外輻射處理分別通過PLC控制超聲波輻射系統(tǒng)和紫外輻射系統(tǒng)實現(xiàn)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的處理方法，其特征在于:所述PLC通過超聲波傳感器測量所述反應(yīng)池內(nèi)容物的含量；當(dāng)所述反應(yīng)池內(nèi)容物高度達(dá)池深的2/3時，進(jìn)行所述步驟(3)的活性污泥超聲波處理。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的處理方法，其特征在于:所述步驟(3)中進(jìn)行周期性曝氣時，控制所述主反 應(yīng)區(qū)內(nèi)污水中溶解氧在0mg/L~2.5mg/L之間。
【文檔編號】C02F9/14GK104030534SQ201410303194
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年6月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月30日
【發(fā)明者】石雅媛, 薛艷, 芮茂凌, 蔣燁林, 王鎮(zhèn)乾 申請人:南京信息工程大學(xué)