本發(fā)明屬于污水生物處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種豎向內(nèi)外雙循環(huán)連續(xù)流工藝處理城市污水的裝置，本發(fā)明還涉及一種豎向內(nèi)外雙循環(huán)連續(xù)流工藝處理城市污水的方法。

背景技術(shù)：

隨著社會發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市污水排放量日益增加。據(jù)統(tǒng)計，僅2014年一季度我國城鎮(zhèn)污水處理廠累計建成3622座，日處理污水能力1.53×10⁸m³，運行負(fù)荷率達(dá)79.9％。而城市污水處理是一個高耗能產(chǎn)業(yè)，資料顯示城市污水處理廠平均電耗值達(dá)到0.285kWh/m³，總電量消耗占據(jù)污水廠運行費用的60％，所以降低污水處理能耗可以有效減少污水處理廠的運營成本，提高資金的利用效率。

國內(nèi)外的城市污水處理主要采用活性污泥法，活性污泥法中好氧反應(yīng)池需要大量的曝氣，以供好氧微生物降解水中的有機物。據(jù)統(tǒng)計，污水廠中核心生化處理單元耗電量占整個工藝的50％-70％，主要集中在鼓風(fēng)機、攪拌器和內(nèi)外回流泵上，此處的內(nèi)外回流泵作用是回流硝化液和污泥?；钚晕勰喾ㄖ校貧饽芎募s占總能耗的55.6％。

傳統(tǒng)工藝處理污水如圖1所示，城市污水從原水水箱1通過恒流泵2.1把污水穩(wěn)定送入有效容積為36L的傳統(tǒng)反應(yīng)器1中，其外連接空氣壓縮機2.3，轉(zhuǎn)子流量計2.4；曝氣池2出水依靠高度差進(jìn)入豎流式沉淀池3，沉淀后出水經(jīng)溢流堰3.1流出，沉淀池3內(nèi)設(shè)有排泥口3.2，污泥經(jīng)回流泵3.3回流至曝氣池曝氣管附近。

目前，已經(jīng)公開的膜生物反應(yīng)器技術(shù)，大多數(shù)為綜合處理裝置，所涉及的處理裝置均是獨立分離式的結(jié)構(gòu)，不僅主體設(shè)備體積過大，系統(tǒng)繁雜，而且制造成本也高，運行成本也高，同步硝化反硝化能力低，容易造成曝氣池底部積泥，利用率降低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種豎向內(nèi)外雙循環(huán)連續(xù)流工藝處理城市污水的裝置，解決了現(xiàn)有技術(shù)中同步硝化反硝化能力低、另設(shè)回流裝置增加投資、氧氣利用率低的問題。

本發(fā)明還提供了一種豎向內(nèi)外雙循環(huán)連續(xù)流工藝處理城市污水的方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，豎向內(nèi)外雙循環(huán)連續(xù)流工藝處理城市污水的裝置，包括依次設(shè)置的城市生活污水水箱、豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池和豎流式沉淀池，所述城市生活污水水箱頂部出水口與豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池頂部一側(cè)進(jìn)水口通過水管連通，所述水管上設(shè)置有進(jìn)水泵且插入至豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池底部，所述豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池另一側(cè)頂部出水口與豎流式沉淀池頂部的進(jìn)水口相連通，所述豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池內(nèi)設(shè)置有橫L型的導(dǎo)流板，所述導(dǎo)流板的豎板位于豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池進(jìn)水口一側(cè)且豎板尾端朝下，所述導(dǎo)流板的橫板尾端位于豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池出水口一側(cè)，所述橫板和豎板與豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池兩側(cè)內(nèi)壁之間具有空隙，所述導(dǎo)流板下部空間區(qū)域與上部空間區(qū)域比例約為7:1，所述導(dǎo)流板橫板表面設(shè)置有內(nèi)部中空的水平增流板，所述增流板表面設(shè)置有多個噴氣嘴，所述增流板內(nèi)部與空氣泵連通，所述豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池進(jìn)水口一側(cè)的底部設(shè)置有穿孔曝氣管，所述穿孔曝氣管向外延與空氣泵連接且穿孔曝氣管上設(shè)置有氣體流量計。

本發(fā)明的特征還在于，

進(jìn)一步地，所述豎流式沉淀池頂部設(shè)置有溢流堰，所述豎流式沉淀池底部外接有排泥管，所述豎流式沉淀池底部設(shè)置有回流口與豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池進(jìn)水口一側(cè)的底部通過管道連通，所述管道上設(shè)置有污泥回流泵。

進(jìn)一步地，所述導(dǎo)流板豎板與垂直方向角度為345°-355°，所述導(dǎo)流板橫板與水平方向成5°-15°傾角。

進(jìn)一步地，所述豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池出水口一側(cè)設(shè)置有溫度和溶解氧探頭，所述溫度和溶解氧探頭插入至導(dǎo)流板橫板與豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池內(nèi)壁間的空隙。

本發(fā)明所采用的另一種技術(shù)方案是，豎向內(nèi)外雙循環(huán)連續(xù)流工藝處理城市污水的方法，具體按照以下步驟進(jìn)行：

步驟一，配置污泥

豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池內(nèi)污泥來源于城市污水處理廠曝氣池，配制污泥濃度在3000-4000mg/L的污泥進(jìn)行接種，悶曝1-2天后開始進(jìn)水，進(jìn)水量每天逐次增加使微生物逐漸適用，至達(dá)到設(shè)計水量后繼續(xù)運行1天，啟動階段結(jié)束，試驗啟動運行時間在1周左右；

步驟二，曝氣準(zhǔn)備

系統(tǒng)運行：連續(xù)流運行控制參數(shù)，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為3000-4000mg/L，同時開始連續(xù)曝氣，溶解氧濃度控制在2.0-3.0mg/L，水力停留時間為8h，污泥回流比為100％；

步驟三，曝氣過程

空氣進(jìn)入豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池后，被穿孔曝氣管分割成小氣泡并沿著導(dǎo)流板豎板進(jìn)入池體，接著氣泡上升到導(dǎo)流板橫板，受其阻擋，水平運動至導(dǎo)流板橫板邊緣，一部分氣泡從池體的自由液面溢出；另有一部分氣泡在水流的作用下沒有溢出水面，而是隨水流運動，其中部分氣泡在導(dǎo)流板以下區(qū)域，受豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池內(nèi)壁的阻擋向下運動，而后隨著曝氣的上升流動，形成順時針的渦流；另一部分隨導(dǎo)流板上部液體回流到豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池底部并隨著曝氣再次上升，形成逆時針的循環(huán)流動，即內(nèi)外雙循環(huán)運動形式；

在導(dǎo)流板橫板以下混合液中滯留的氣體，在曝氣的作用下，中心部分流速緩慢，越向外流速越大，使導(dǎo)流板橫板以下的池內(nèi)空間中心區(qū)域為低氧區(qū)，向外為中氧區(qū)，邊緣為高氧區(qū)，三個區(qū)域的范圍隨曝氣量大小而改變；曝氣量增大時，高氧區(qū)域范圍大，缺氧和中氧區(qū)域的范圍依次減小，曝氣量減小時，高氧區(qū)域范圍小，缺氧和中氧區(qū)域的范圍依次增大；還有一部分小氣泡隨水流在導(dǎo)流板橫板以上混合液中滯留，在增流板噴氣嘴的助力下，隨水流沿著導(dǎo)流板逆向運動，最后回到豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池底部，隨著曝氣的進(jìn)行再次上升，進(jìn)而形成循環(huán)運動；

在導(dǎo)流板橫板與豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池底板之間溶解氧濃度自中心向外圍逐漸升高，有機物降解主要發(fā)生在高氧區(qū)域，對于小分子有機物可以直接在此氧化成二氧化碳和水；對于分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難于生物降解的有機物可以在中氧或低氧區(qū)域完成酸化水解后被輸送至此，繼續(xù)完成氧化過程；缺氧和中氧區(qū)域的存在，為微生物反硝化提供了有利的條件，硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮可以在缺氧和中氧區(qū)域被反硝化去除，提高了曝氣池同步硝化反硝化效率。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)城市污水通過豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池底部導(dǎo)流板豎板內(nèi)側(cè)曝氣，氣泡受導(dǎo)流板橫板的阻擋形成水流循環(huán)，使低氧區(qū)、中氧區(qū)和高氧區(qū)同時存在于同一豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池中，與傳統(tǒng)工藝相比提高了反應(yīng)池去除效率，減少了反應(yīng)池的數(shù)量，減小反應(yīng)池占地面積，同時減少了中氧和低氧區(qū)攪拌的電能消耗，依靠豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池內(nèi)水流流動進(jìn)行攪拌，大大縮減了基建費用和運行費用。同時豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池底部污泥受水流循環(huán)流動的沖擊，不能沉積到底部形成死區(qū)，而是參與到整個反應(yīng)過程中，提高了曝氣池有效利用率，相應(yīng)的減少了基建投資。

(2)一部分氣泡在豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池內(nèi)循環(huán)流動，一部分氣泡沿著導(dǎo)流板豎板和導(dǎo)流板橫板流動，最后才從自由液面溢出，所以豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池的結(jié)構(gòu)使氣泡在污水中的滯留時間變長，行程增長，這使好氧微生物得到了更多的氧量，與傳統(tǒng)曝氣池相比提高曝氣效率10％-15％，降低了曝氣能耗。

(3)普通的活性污泥法在曝氣池內(nèi)全程硝化反硝化較低，豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池由于在內(nèi)部存在不同溶解氧梯度的區(qū)域，因此創(chuàng)造了一定的全程硝化反硝化條件，強化了污水中的有機物、氮、磷等的同步去除能力，與傳統(tǒng)曝氣池相比總氮去除率提高20％-30％，同時無需硝化液回流過程，減少了基建投資和運行費用。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖；

圖1是傳統(tǒng)連續(xù)流工藝處理城市污水的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明豎向內(nèi)外雙循環(huán)連續(xù)流工藝處理城市污水的裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明豎向內(nèi)外雙循環(huán)連續(xù)流工藝處理城市污水的方法的推流式豎向雙循環(huán)曝氣池反應(yīng)示意圖。

圖中，1.城市生活污水水箱，2.豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池，3.豎流式沉淀池；

21.進(jìn)水泵，22.溫度和溶解氧探頭，23.導(dǎo)流板，24.穿孔曝氣管，25.空氣泵，26.氣體流量計，27.增流板；

31.溢流堰，32.排泥口，33.污泥回流泵。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明豎向內(nèi)外雙循環(huán)連續(xù)流工藝處理城市污水的裝置，如圖2所示，包括依次設(shè)置的城市生活污水水箱1、豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2和豎流式沉淀池3，所述城市生活污水水箱1頂部出水口與豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2頂部一側(cè)進(jìn)水口通過水管連通，所述水管上設(shè)置有進(jìn)水泵21且插入至豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2底部，所述豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2另一側(cè)頂部出水口與豎流式沉淀池3頂部的進(jìn)水口相連通，所述豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2內(nèi)設(shè)置有橫L型的導(dǎo)流板23，所述導(dǎo)流板23的豎板位于豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2進(jìn)水口一側(cè)且豎板尾端朝下，所述導(dǎo)流板23的橫板尾端位于豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2出水口一側(cè)，所述橫板和豎板與豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2兩側(cè)內(nèi)壁之間具有空隙，所述導(dǎo)流板23下部空間區(qū)域與上部空間區(qū)域比例約為7:1，所述導(dǎo)流板23橫板表面設(shè)置有內(nèi)部中空的水平增流板27，所述增流板27表面設(shè)置有多個噴氣嘴，所述增流板27內(nèi)部與空氣泵25連通，所述豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2進(jìn)水口一側(cè)的底部設(shè)置有穿孔曝氣管24，所述穿孔曝氣管24向外延與空氣泵25連接，且穿孔曝氣管24上設(shè)置有氣體流量計26。

所述豎流式沉淀池3頂部設(shè)置有溢流堰31，所述豎流式沉淀池3底部外接有排泥管32，所述豎流式沉淀池3底部設(shè)置有回流口與豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2進(jìn)水口一側(cè)的底部通過管道連通，所述管道上設(shè)置有污泥回流泵33。

所述導(dǎo)流板23豎板與垂直方向角度為345-355°，所述導(dǎo)流板23橫板與水平方向有5-15°傾角。

所述豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2出水口一側(cè)設(shè)置有溫度和溶解氧探頭22，所述溫度和溶解氧探頭22插入至導(dǎo)流板23橫板與豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2內(nèi)壁間的空隙。

本發(fā)明豎向內(nèi)外雙循環(huán)連續(xù)流工藝處理城市污水的方法，如圖3所示，具體按照以下步驟進(jìn)行：

步驟一，配置污泥

豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池內(nèi)污泥來源于城市污水處理廠曝氣池，配制污泥濃度在3000-4000mg/L的污泥進(jìn)行接種，悶曝1-2天后開始進(jìn)水，進(jìn)水量每天逐次增加使微生物逐漸適用，至達(dá)到設(shè)計水量后繼續(xù)運行1天，啟動階段結(jié)束，試驗啟動運行時間在1周左右；

步驟二，曝氣準(zhǔn)備

系統(tǒng)運行：連續(xù)流運行控制參數(shù)，反應(yīng)器內(nèi)污泥濃度為3000-4000mg/L，同時開始連續(xù)曝氣，溶解氧濃度控制在2.0-3.0mg/L，水力停留時間為8h，污泥回流比為100％；

步驟三，曝氣過程

空氣進(jìn)入豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2后，被穿孔曝氣管24分割成小氣泡并沿著導(dǎo)流板23豎板進(jìn)入池體，接著氣泡上升到導(dǎo)流板23橫板，受其阻擋，水平運動至導(dǎo)流板23橫板邊緣，一部分氣泡從池體的自由液面溢出；另有一部分氣泡在水流的作用下沒有溢出水面，而是隨水流運動，其中部分氣泡在導(dǎo)流板23以下區(qū)域，受豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2內(nèi)壁的阻擋向下運動，而后隨著曝氣的上升流動，形成順時針的渦流；另一部分隨導(dǎo)流板23上部液體回流到豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2底部并隨著曝氣再次上升，形成逆時針的循環(huán)流動，即內(nèi)外雙循環(huán)運動形式；

在導(dǎo)流板23橫板以下混合液中滯留的氣體，在曝氣的作用下，中心部分流速緩慢，越向外流速越大，使導(dǎo)流板23橫板以下的池內(nèi)空間中心區(qū)域為低氧區(qū)，向外為中氧區(qū)，邊緣為高氧區(qū)，三個區(qū)域的范圍隨曝氣量大小而改變；曝氣量增大時，高氧區(qū)域范圍大，缺氧和中氧區(qū)域的范圍依次減小，曝氣量減小時，高氧區(qū)域范圍小，缺氧和中氧區(qū)域的范圍依次增大；還有一部分小氣泡隨水流在導(dǎo)流板23橫板以上混合液中滯留，在增流板27噴氣嘴的助力下，隨水流沿著導(dǎo)流板逆向運動，最后回到豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2底部，隨著曝氣的進(jìn)行再次上升，進(jìn)而形成循環(huán)運動；

在導(dǎo)流板23橫板與豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2底板之間溶解氧濃度自中心向外圍逐漸升高，有機物降解主要發(fā)生在高氧區(qū)域，對于小分子有機物可以直接在此氧化成二氧化碳和水；對于分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜、難于生物降解的有機物可以在中氧或低氧區(qū)域完成酸化水解后被輸送至此，繼續(xù)完成氧化過程；缺氧和中氧區(qū)域的存在，為微生物反硝化提供了有利的條件，硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮可以在缺氧和中氧區(qū)域被反硝化去除，提高了曝氣池同步硝化反硝化效率。

本發(fā)明豎向內(nèi)外雙循環(huán)連續(xù)流工藝處理城市污水的方法，城市污水從城市生活污水水箱1通過進(jìn)水泵21把污水穩(wěn)定送入有效容積為36L的豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2中，豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2其內(nèi)的導(dǎo)流板23的豎板和橫板分別與豎直方向和水平方向成15度角相交，通過溫度和溶解氧探頭22在線監(jiān)測變化，同時導(dǎo)流板23豎板內(nèi)側(cè)有穿孔曝氣管24，其外連接空氣泵25和氣體流量計2.6；豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2出水依靠高度差進(jìn)入豎流式沉淀池3，沉淀后出水經(jīng)溢流堰31流出，豎流式沉淀池3內(nèi)設(shè)有排泥口32，污泥經(jīng)回流泵3.3回流至豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2曝氣管24附近。

導(dǎo)流板23呈L型設(shè)計，這種L型導(dǎo)流板23可有效地將氣泡收集，保證氣泡上升后，能夠完全被導(dǎo)流板23阻擋，沿著導(dǎo)流板23運動形成循環(huán)結(jié)構(gòu)，收集后的氣體能夠具有足夠動力繼續(xù)帶動上部循環(huán)。同時導(dǎo)流板23的距離豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2側(cè)壁的空隙保證上部循環(huán)回流至底部，5°-15°傾角有利于污泥回到底部，增流板27的噴氣嘴噴出氣體，提供輔助的動力，在導(dǎo)流板23上部不產(chǎn)生大量集泥現(xiàn)象，且不影響上部整體的循環(huán)過程。

實施例

實驗采用城市生活污水為原水，具體水質(zhì)如下：COD濃度為250～320mg/L、NH₄-N濃度為10～15mg/L、TN濃度為10～20mg/L、TP濃度為2～6mg/L。豎向內(nèi)外雙循環(huán)曝氣池2由有機玻璃板制成，長0.3m、寬0.3m、高0.5m，有效水深為0.4m，有效容積為36L。

具體運行如下：

1)兩對比反應(yīng)池污泥均來源于城市污水處理廠曝氣池，配成污泥濃度為4000mg/L，試驗正式運行前，把污泥培養(yǎng)1周，恢復(fù)其活性。

2)正常運行階段：

兩對比反應(yīng)池按相同運行模式控制：

①水力停留時間為8h，污泥齡為18d；

②采用連續(xù)進(jìn)水模式，進(jìn)水流量為4.5L/h，污泥回流量比為100％，進(jìn)水曝氣同時進(jìn)行，溶解氧控制在2.0mg/L，采用定期瞬時排泥控制反應(yīng)池內(nèi)污泥濃度。

③實驗結(jié)果如下表1所示，

運行穩(wěn)定后，傳統(tǒng)反應(yīng)器出水COD濃度為20-50mg/L，平均去除率為88％；豎向雙循環(huán)反應(yīng)池出水COD濃度為15.0～30.0mg/L、去除率保持在90％以上；兩反應(yīng)池對比NH₄-N去除率分別為82.54％和95.80％，TN為去除率分別為87.14％和91.24％、TP去除率均達(dá)到90％以上。豎向雙循環(huán)反應(yīng)池2污染物去除效率均在90％以上，且高于傳統(tǒng)反應(yīng)池。溶解氧監(jiān)測結(jié)果顯示：達(dá)到出水溶解氧為2.0mg/l時，豎向雙循環(huán)反應(yīng)池曝氣量為0.12L/min，傳統(tǒng)反應(yīng)器曝氣量為0.15L/min，豎向雙循環(huán)反應(yīng)池節(jié)約了曝氣能耗。

表1

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。