一種活性污泥水凈化反應器及其應用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種活性污泥水凈化反應器及采用該反應器進行污水凈化的方法。本發(fā)明活性污泥水凈化反應器，包括兼氧區(qū)、主反應區(qū)和聯(lián)合輻照室；兼氧區(qū)與主反應區(qū)、主反應區(qū)與聯(lián)合輻照室之間均設有水通道，水通道處設有閥門；聯(lián)合輻照室內(nèi)設有超聲波輻射系統(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器建設費用低，由于省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流設備，建設費用可節(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器及其應用
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種活性污泥水凈化反應器及其應用。
【背景技術】
[0002]隨著環(huán)境污染尤其是水污染形式的日益嚴峻，飲用水質(zhì)量問題備受關注，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、微生物含量超標等問題。為響應《節(jié)能減排“十二五”規(guī)劃》關于“城鎮(zhèn)生活污水處理設施建設工程”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，當進水的水質(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，在對活性污泥進行脫水時大多采用機械的方式，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入到后繼干化工藝，必然會造成大量熱損；第三，污水處理設備占地面積大，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]為了達到上述目的，本發(fā)明提供了一種活性污泥水凈化反應器，包括兼氧區(qū)、主反應區(qū)和聯(lián)合輻照室；兼氧區(qū)與主反應區(qū)、主反應區(qū)與聯(lián)合輻照室之間均設有水通道，水通道處設有閥門；聯(lián)合輻照室內(nèi)設有超聲波輻射系統(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器總體積的5%。
[0007]本發(fā)明活性污泥水凈化反應器還包括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)明的進一步改進在于:聯(lián)合輻照室上分別設有污水入口、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器還包括取泥機械手和污泥泵；PLC分別與取泥機械手、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器對污水的凈化方法，其步驟如下:
(1)預處理階段: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)進水一兼氧階段:自流進入所述活性污泥水凈化反應器的兼氧區(qū)，停留0.3-0.5h ；(3)進水一曝氣階段:打開兼氧區(qū)與主反應區(qū)之間的水通道閥門，進水的同時進行周期性曝氣，在主反應區(qū)內(nèi)進行生物降解；在生物降解過程中，從主反應區(qū)中抓取活性污泥入聯(lián)合輻照室內(nèi)進行超聲波處理，處理后的活性污泥再送回主反應區(qū)內(nèi)；所述超聲波處理的超聲波頻率為21kHz，聲強為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;此階段不停止進水，且同時進行步驟(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，聲強為400W/m2，超聲時間為2 - 4min。
[0011]其中，步驟(3)中進行周期性曝氣時，控制所述主反應區(qū)內(nèi)污水中溶解氧不大于
2.5mg/L。活性污泥的抓取通過PLC控制取泥機械手進行；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；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池內(nèi)容物的含量；當反應池內(nèi)容物高度達池深的2/3時，進行 步驟(3)的活性污泥超聲波處理。
[0013]本發(fā)明相比現(xiàn)有技術具有以下優(yōu)點:
1、本發(fā)明活性污泥水凈化反應器建設費用低，由于省去了初次沉淀池、二次沉淀池及污泥回流設備，建設費用可節(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器運行費用省，由于曝氣是周期性的，反應器的主反應區(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器進行污水凈化，有機物去除率高，出水水質(zhì)好，不僅能有效去除污水中有機碳源污染物，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器的結(jié)構示意圖；
圖2為采用本發(fā)明活性污泥水凈化反應器進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)構示意圖。[0020]圖中，1-兼氧區(qū)，2-主反應區(qū)，3-聯(lián)合輻照室，4-水通道，5-定量取泥機械手，
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)明進行詳細說明。
[0022]本發(fā)明活性污泥水凈化反應器由3個區(qū)域組成，即兼氧區(qū)1、主反應區(qū)2和聯(lián)合輻照室3，如圖1所示。
[0023]1、兼氧區(qū)I為設置在反應器前端的小容積區(qū)域，容積約為反應器總?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)不僅能對進水水質(zhì)水量變化起到緩沖作用，還能促進磷的進一步釋放和強化反硝化作用。兼氧區(qū)I與主反應區(qū)2之間設有水通道，水通道處設有電動閥門。
[0024]2、主反應區(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。主反應區(qū)采用周期性曝氣方式，通常控制溶解氧DO在0mg/L~2.5mg/L,使主反應區(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，使主反應區(qū)同時發(fā)生硝化、反硝化作用和磷的吸收。主反應區(qū)2與聯(lián)合輻照室3之間設有水通道4，水通道處設有電動閥門。
[0025]3、聯(lián)合輻照室3的構成為在一個房室內(nèi)設有超聲波輻射系統(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)設有3個檔位:生物處理強化檔、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)的開關以及各個檔位的調(diào)節(jié)，并通過指示燈的亮暗反應輻射室當前所處狀態(tài)。該聯(lián)合輻射室可按時間順序完成以下三個功能:
1、生物處理強化檔:低強度超聲波(超聲波頻率為21kHz，聲強為0.2 — 0.3ff/cm2,)輻照活性污泥，依靠其機械效應和穩(wěn)態(tài)空化效應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，提高反應物進入酶或細胞活性部位及生成物進入液體煤質(zhì)的傳質(zhì)擴散過程，加速分解有機物的過程，使凈化更徹底。
[0026]2、深度凈化檔:高強度超聲波(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，可以大大增強氧化劑的分解能力，縮短反應時間，減少氧化劑的用量，使COD的去除率和有機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，可以改善污泥的脫水效果。由于菌膠團具有良好的保水性能，利用超聲波破壞污泥結(jié)構，可以達到改善污泥脫水性能的目的。
[0028]具體實施步驟如下:
1、預處理階段。[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，自流進入活性污泥水凈化反應器。
[0030]2、進水一兼氧階段。
[0031]自流進入所述活性污泥水凈化反應器的兼氧區(qū)1，停留0.3-0.5h。
[0032]3、進水一曝氣階段。
[0033]PLC控制兼氧區(qū)I與主反應區(qū)2之間的水通道閥門，邊進水邊曝氣，同時PLC控制開啟聯(lián)合輻照室紫外輻射系統(tǒng)的生物處理強化檔，自動啟動定量取泥機械手5，從主反應區(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控制污泥送回機械手(或取泥機械手)將輻照后的污泥返還到主反應區(qū)2中參與后續(xù)反應。該取泥還泥過程在該階段以每隔20min抓取8 一 1kg的活性污泥重復不間斷進行。
[0034]4、進水一沉淀階段。
[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]此階段反應器停止進水，取泥還泥系統(tǒng)也關閉。由PLC控制主反應區(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)，關閉生物處理強化檔和脫水檔，進行深度凈化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，利用菌膠團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。
【權利要求】
1.一種活性污泥水凈化反應器，其特征在于:包括兼氧區(qū)、主反應區(qū)和聯(lián)合輻照室；所述兼氧區(qū)與主反應區(qū)、主反應區(qū)與聯(lián)合輻照室之間均設有水通道，水通道處設有閥門；所述聯(lián)合輻照室內(nèi)設有超聲波輻射系統(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)權利要求1所述的活性污泥水凈化反應器，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器總體積的5%。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的活性污泥水凈化反應器，其特征在于:所述活性污泥水凈化反應器還包括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)權利要求3所述的活性污泥水凈化反應器，其特征在于:所述聯(lián)合輻照室上分別設有污水入口、污水出口、活性污泥入口和活性污泥出口。
5.根據(jù)權利要求4所述的活性污泥水凈化反應器，其特征在于:所述活性污泥水凈化反應器還包括取泥機械手和污泥泵；所述PLC分別與取泥機械手、污泥泵相連。
6.一種采用權利要求1所述活性污泥水凈化反應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)進水一兼氧階段:自流進入所述活性污泥水凈化反應器的兼氧區(qū)，停留0.3-0.5h ； (3)進水一曝氣階段:打開兼氧區(qū)與主反應區(qū)之間的水通道閥門，進水的同時進行周期性曝氣，在主反應區(qū)內(nèi)進行生物降解；在生物降解過程中，從主反應區(qū)中抓取活性污泥入聯(lián)合輻照室內(nèi)進行超聲波處理，處理后的活性污泥再送回主反應區(qū)內(nèi)；所述超聲波處理的超聲波頻率為21kHz，聲強為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;此階段不停止進水，且同時進行步驟(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，聲強為400W/m2，超聲時間為2 - 4min。
7.根據(jù)權利要求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控制取泥機械手進行；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；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池內(nèi)容物的含量；當所述反應池內(nèi)容物高度達池深的2/3時，進行所述步驟(3)的活性污泥超聲波處理。
9.根據(jù)權利要求6所述的處理方法，其特征在于:所述步驟(3)中進行周期性曝氣時，控制所述主反 應區(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