旋液固液分离式SBR工艺生活污水处理装置及应用方法

摘要

本发明涉及旋液固液分离式SBR工艺生活污水处理装置及应用方法，该装置包括竖流式SBR反应池，进水管，间歇曝气装置，出水管及排泥管，其特征是在反应池侧壁上部设有溢流管，在池内设有悬浮填料床；增设了旋液分离器，切向进水管与溢流管连接，污泥回流管连至反应池侧壁底部，排泥管与污泥回流管连通，出水管设在旋液分离器顶部；应用方法包括步骤：(1)悬浮填料床挂膜培养；(2)SBR工艺正常运行：连续进出水，间歇曝气，使池内处于好氧、厌氧交替状态；(3)出水：上清液流出，污泥液以60-120％的污泥回流比回流到反应池，部分污泥液排出。本发明的优点是：提高脱氮除磷效率，水质稳定，提高池容利用率，节省工程投资。

说明书

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，涉及SBR污水处理工艺，尤其涉及一种旋液固液分离式SBR工艺生活污水处理装置及应用方法。

背景技术

近年来，随着城市化进程的加快，我国水资源面临着污染日益严重的危机。据《2009年中国环境状况公告》报道，2009年全国废水排放总量为589.2亿吨，比上年增加3.0％，长江、黄河等七大水系出现不同程度的污染。重点湖库水质氮磷污染物低于V类水质标准的占53.8％。而我国部分地区尤其是中小城镇、农村等地区，生活污水的特点是：水量分散，水质中碳源不足，氮磷含量较高，现有的水处理工艺，如A²O、UASB、活性污泥法、氧化沟法、SBR法等，由于投资和运行成本较高，明显难以推广应用。

SBR是序列间歇式活性污泥法(Sequencing Batch ReactorActivated Sludge Process)的简称，是一种按间歇曝气方式来运行的活性污泥污水处理技术，又称序批式活性污泥法。1898年英国工程师Thomas Wardle首次发现间歇式运转的工艺，自1979年以来，SBR活性污泥处理法先后在美国、德国、日本等工业发达国家的污水处理领域中得到了广泛运用。与传统污水处理工艺不同，SBR工艺采用将曝气池和沉淀池合二为一，生化反应呈现分批进行，基本工作周期可由进水、反应、沉淀、排水和闲置五个阶段组成。它的主要特征是在运行上的有序和间歇操作，SBR技术的核心是SBR反应池，该池集均化、初沉、生物降解、二沉等功能于一池，无污泥回流系统。当主反应区处于停止搅拌状态进行反硝化时，连续进入的污水提供反硝化所需的碳源，从而提高了脱氮效率。由于SBR工艺在时间和空间上的特点形成了其运行操作上的灵活性，根据不同的水质条件、使用场合和出水要求，有了许多新的变化和发展，现在该领域已相继开发出ICEAS(Intermittent Cyclic Extended Aeration System)法、CAS S(Cyclic Activated Sludge System)法、UNITANK法、MSBR(Modified Sequencing Batch Reactor)法等新型工艺。SBR工艺非常适合处理小水量工业废水与分散点源污染，尤其是在用地紧张的地方，对中小城镇生活污水的处理具有较大的优势。

但是，SBR工艺采用间歇式运行方式，进水时水位由最低升至最高需要一定延续时间，出水时水位由最高降至最低全部排出也需一定延续时间，因此影响处理效率，池容利用率低；此外，间歇式出水要求集中大流量排放，如果出水管形状与方向不当，出水时会带走大量活性污泥，再者，SBR工艺需要设置滗水器，滗出活性污泥沉淀后的上清水，但滗水器的设备复杂，故障率高，出水时扰动污泥层，使出水水质不稳定，影响氮磷去除效果，也增加了SBR工艺的运行成本，影响了该工艺的推广应用。

发明内容

本发明的主要目的在于针对上述问题在现有SBR工艺的基础上进行改进，提供出一种旋液固液分离式SBR工艺生活污水处理装置及应用方法，该装置通过在SBR反应池中设置悬浮填料床，并在SBR反应池外部增设旋液分离器，取代了滗水器，实现了SBR反应池的连续进出水及旋液固液分离的运行方式；采用本发明提供的应用上述装置的生活污水处理方法，可达到提高脱氮除磷效率，水质稳定和降低能耗、节省工程投资的效果。

本发明的设计思想及原理是：

(1)在竖流式SBR反应池内增设悬浮填料床，悬浮填料床的体积占SBR反应池容积的60-80％。生化污泥在悬浮填料床挂膜成功后，悬浮填料球上将附着并繁殖大量的好氧微生物及厌氧微生物，形成固定化的微生物滤膜层。悬浮填料床的悬浮填料球为多孔状结构可作为微生物摄取食物、氧气和排泄代谢物的通道，使附着在悬浮填料球上的微生物滤膜层同时具有好氧、缺氧和厌氧三种微环境，既可以进行有机物的好氧分解、氨氮的硝化，又可以进行厌氧水解及反硝化等。由于可以进行内部传质，使硝化/反硝化以及水解/好氧氧化等相关反应过程能在同一悬浮填料球中相继进行，由此提高了生化污泥的脱氮效率。

SBR反应池的运行，采用间歇曝气、连续进出水的方式，通过控制污水中的溶解氧使池内处于好氧、厌氧交替状态，完成亚硝化、硝化、反硝化、聚磷、去除有机污染物的生化反应过程。有效提高了SBR反应池的池容利用率，降低了设备闲置率。

(2)在竖流式SBR反应池外增设了旋液分离器，旋液分离器利用离心力原理，既可以对5-250μm范围内的固体悬浮颗粒进行湿式分离，也可对悬浮液分离和浓缩。悬浮填料床上由于新陈代谢脱落的生物膜及水体中的悬浮性固体通过旋液分离器达到固液分离的目的。上清液由上部的出水口排出，浓缩后的污泥液部分通过污泥回流管回流，部分污泥液排出，既达到保留微生物以控制污泥龄的目的，又保证了SBR反应池的除磷效果。

采用旋液分离器，省略了结构复杂的滗水器设备，提高了分离效果，并消除现有技术中活性污泥流失的弊病，保证出水水质稳定；装置结构简单、占地面积小、处理量大且设备费用低，与SBR反应器联合作用，出水SS低。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种旋液固液分离式SBR工艺生活污水处理装置，包括竖流式SBR反应池，设于所述反应池侧壁底部的进水管，设于反应池底部的间歇曝气装置，出水管及排泥管，其特征在于在所述反应池侧壁上部设有溢流管，在反应池内进水管与溢流管之间设有悬浮填料床；并增设了旋液分离器，设于旋液分离器上部的切向进水管与所述溢流管连接，设于旋液分离器底部的污泥回流管连至反应池侧壁底部，所述排泥管与污泥回流管连通，所述出水管设置在旋液分离器顶部。

所述悬浮填料床是由设置于所述SBR反应池内的上、下孔板及散布其间的若干的悬浮填料球构成，悬浮填料床的体积占SBR反应池容积的60-80％。

所述SBR反应池与旋液分离器的容积比为5∶1-9∶1。

所述间歇曝气装置为可调曝气量的微孔曝气器或穿孔管曝气器。

一种上述旋液固液分离式SBR工艺生活污水处理装置的应用方法，其特征在于包括如下步骤：

(1).悬浮填料床挂膜培养：由SBR反应池进水口进水，接种好氧污泥，反应池的容积负荷为0.4-1kgBOD/kg·d，污泥指数SVI为120-180mL/g，连续曝气5-10天对悬浮填料床进行挂膜培养，然后，开始按设计进水量的30-50％连续进出水，运行3-5周，挂膜培养完成；

(2).SBR工艺正常运行：按设计进水量连续进出水，开始间歇曝气，使池内处于好氧、厌氧交替状态，好氧期水利停留时间为2-4小时，溶解氧在3-4mg/L，厌氧期水利停留时间为3-6小时，溶解氧在0.5-1.5mg/L；

(3).出水：SBR反应池的出水通过溢流管由切向进水口以大于等于50m/s的速度进入旋液分离器进行旋液固液分离，上清液从旋液分离器顶部的出水管流出，浓缩后的污泥液以60-120％的污泥回流比通过旋液分离器底部的污泥回流管回流到SBR反应池，部分污泥液由排泥管隔日排出，至此，一个循环完成；如此周而复始连续运行，进行生活污水处理。

本发明的有益效果是：(1)在SBR反应池内设置了悬浮填料床，挂膜微生物种类丰富，生物量大，强化了脱氮除磷功能，水质净化效果显著提高，且无设备堵塞等故障出现，总氮去除率达77％以上，总磷去除率达70％以上，高于现有技术处理结果；(2)采用旋液分离器进行固液分离，提高了分离效果，消除了现有技术中活性污泥流失的弊病，并保证出水水质稳定；装置结构简单、无运动部件、占地面积小、处理量大且设备费用低，与SBR反应器联合作用，省略了滗水器，出水SS比现有处理方法降低；(3)连续进出水，有效提高了SBR反应池的池容利用率，降低了设备闲置率；(4)投资费用低，耐冲击负荷强，运行方便，易于维修，尤其适合于中小水量的生活污水处理。

附图说明

图1是旋液固液分离式SBR工艺生活污水处理装置的结构示意图；

图2是图1中旋液分离器部分的A向视图。

图中：1SBR反应池，2悬浮填料床，21上孔板，22悬浮填料球，23下孔板，3间歇曝气装置，4进水管，5环行布水管，6污泥回流管，7排泥管，8旋液分离器，81圆筒，82圆锥筒，9出水管，10溢流管，11切向进水管。

实施例1

图1-图2示出一种旋液固液分离式SBR工艺生活污水处理装置，包括竖流式SBR反应池1，设于所述反应池侧壁底部的进水管4，设于反应池底部的间歇曝气装置3，出水管9及排泥管7，其特征在于在上述反应池侧壁上部设有溢流管10，在反应池内进水管4与溢流管10之间设有悬浮填料床2；并增设了旋液分离器8，设于旋液分离器上部的切向进水管11与所述溢流管10连接，设于旋液分离器底部的污泥回流管6连至反应池侧壁底部，上述排泥管7与污泥回流管6连通，上述出水管9设置在旋液分离器8顶部。本实施例中，上述SBR反应池1底部设有环行布水管5，上述进水管4与环行布水管5连接。上述间歇曝气装置为可调曝气量的微孔曝气器或穿孔管曝气器。

上述悬浮填料床2是由设置于上述SBR反应池内的上孔板21、下孔板23及散布其间的若干的悬浮填料球22构成，悬浮填料球为市售产品，悬浮填料床的体积占SBR反应池容积的60-80％。上述SBR反应池1与旋液分离器8的容积比为5∶1-9∶1，在实际应用中，根据处理水量大小及SBR反应池容积负荷来确定。

旋液分离器8也为市售产品，在本发明中用于对处理后的混合液进行固液分离。主要由上部圆筒81、下部圆锥筒82及设置在圆筒体8外侧的切向进水管10构成。旋液分离器利用离心力原理，既可以对5-250μm范围内的固体悬浮颗粒进行湿式分离，也可对悬浮液分离和浓缩。工作时，料液由圆筒部分以切线方向进入，作旋转运动而产生离心力，下行至圆锥筒部分更加剧烈，料液中的固体粒子或密度较大的液体受离心力的作用被抛向筒壁，并沿筒壁按螺旋线下流至与底口连接的污泥回流管6，澄清的液体则上升，由连接在顶部中心的出水管9流出。该装置优点是构造简单，体积小，占地面积也小；生产能力大；分离的颗粒范围较广。

以下通过三个运行实例说明实施例1中的旋液固液分离式SBR工艺生活污水处理装置的应用方法。

实施例2-1

本实施例选取天津市某生活区废水，废水水质如下：pH为6-8，SS为158.3mg/L，COD为204mg/L，氨氮为29.5mg/L，总氮TN为31.7mg/L，总磷TP为3.1mg/L。

本例中SBR反应池1与旋液分离器的8的容积比为9∶1，悬浮填料床的体积占SBR反应池容积的60％，采用了的悬浮填料球，间歇曝气装置采用可调曝气量的穿孔管曝气器。

旋液固液分离式SBR工艺生活污水处理装置的应用方法包括如下步骤：

(1).悬浮填料床挂膜培养：由SBR反应池1进水口4进水，接种好氧污泥，接种污泥选用某污水厂好氧池回流污泥，SBR反应池容积负荷为0.4kgBOD/kg·d，污泥指数SVI为120mL/g，设计的进水量为100L/h。以40L/h的曝气量连续曝气对悬浮填料床进行挂膜培养，5天后，悬浮填料球22表面呈淡黄色，这时，开始按设计进水量的30％即30L/h连续进出水，至第3周悬浮填料球22表面生物膜厚度明显增加，悬浮填料球22外观逐渐转变为浅褐色，取其上的生物膜进行镜检，可看出生物相十分丰富，含有大量的细菌、菌胶团、钟虫、累枝虫、轮虫、太阳虫、纤毛虫、线虫等，标志着生物膜已成熟，挂膜成功，此时，悬浮填料床挂膜培养完成，说明SBR工艺可以正常运行。

(2).SBR工艺正常运行：此阶段，SBR反应池采取间歇曝气、连续进出水的方式运行，按设计进水量100L/h连续进出水，进入满负荷运行状态，并开始以曝气量25-40L/h间歇曝气，通过气泵，气体流量计控制曝气量，使池内处于好氧、厌氧交替状态；采用溶解氧测定仪对溶解氧进行监控，好氧期停留时间2小时，溶解氧为3mg/L，厌氧期停留时间3小时，溶解氧为0.56mg/L，污水在反应池停留一个好氧期和一个厌氧期，停留时间为5小时。其间，反应池在曝气时，产生将氨氮转化为硝态氮的生化反应过程，首先是亚硝酸细菌将NH₄⁺-N转化为NO₂-N的亚硝化过程，然后是由硝酸盐细菌将NO₂^--N进一步氧化为NO₃^--N的硝化过程。反应池在停止曝气时，SBR反应池处于静置状态，随着反应池中氧气的不断消耗，反应池逐渐进入厌氧状态。在厌氧或缺氧条件下，微生物直接以NH₄⁺-N为电子供体，以NO₃^-或NO₂^-为电子受体，将NH₄⁺-N、NO₃^--N或NO₂^--N转变为N₂。

(3).出水：SBR反应池的出水通过溢流管10经由切向进水口11以70m/s的流速进入旋液分离器8进行旋液固液分离，上清夜从旋液分离器顶部的出水管9流出，浓缩后的污泥液以60％的污泥回流比通过旋液分离器底部的污泥回流管6回流到SBR反应池1，部分污泥液由排泥管7隔日排出，至此，一个循环完成；如此周而复始连续运行，进行生活污水处理。

经依据国标测试方法对出水水质测定：COD去除率为95.5％，氨氮去除率为97％，总氮去除率为80.1％，总磷去除率为73.6％。SS为4mg/L，且水质稳定。最终出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A排放标准。

实施例2-2

本实施例选取天津市某污水处理厂未处理原水，废水水质如下：pH为6-8，SS为325.0mg/L，COD为324mg/L，氨氮为36.1mg/L，总氮TN为42.7mg/L，总磷TP为5.7mg/L。

SBR反应池1与旋液分离器的8的容积比为5∶1。悬浮填料床的体积占SBR反应池容积的80％，采用了的悬浮填料球，间歇曝气装置采用可调曝气量的穿孔管曝气器。

本实施例的操作方法及反应机理及同实施例1的步骤(1)～(3)，区别在于：步骤(1)中SBR反应池容积负荷为1kgBOD/kg·d，污泥指数SVI为180mL/g，设计的进水量为2000L/h；步骤(2)中好氧期停留时间4小时，溶解氧为4mg/L，厌氧期停留时间6小时，溶解氧为1.51mg/L，污水在反应池停留一个好氧期和一个厌氧期，停留时间为10小时；步骤(3)中SBR反应池与旋液分离器容积比为5∶1，旋液分离器进口流速为50m/s，浓缩后的污泥液以120％的污泥回流比通过旋液分离器底部的污泥回流管回流到SBR反应池。

经依据国标测试方法对出水水质测定：COD去除率为89.5％，氨氮去除率为95％，总氮去除率为77.5％，总磷去除率为70.3％。SS为8mg/L，且水质稳定。最终出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中一级A排放标准。

实施例2-3

本实施例选取天津市某生活区废水，废水水质如下：pH为6-8，SS为158.3mg/L，COD为204mg/L，氨氮29.5mg/L，总氮为TN 31.7mg/L，总磷为TP 3.1mg/L，设计的进水量为400L/h。

SBR反应池1与旋液分离器的8的容积比为8∶1。悬浮填料床的体积占SBR反应池容积的60％，采用了的悬浮填料球，间歇曝气装置采用可调曝气量的穿孔管曝气器。

本实施例的操作方法及反应机理同实施例1的步骤(1)～(3)，区别在于：在步骤(1)中SBR反应池容积负荷为0.6kgBOD/kg·d，污泥指数SVI为150mL/g，设计的进水量为400L/h；步骤(2)中好氧期停留时间3小时，溶解氧为3mg/L，厌氧期停留时间5小时，溶解氧为1mg/L，污水在反应池停留一个好氧期和一个厌氧期，停留时间为8小时；步骤(3)中旋液分离器进口流速为60m/s，浓缩后的污泥液以100％的污泥回流比通过旋液分离器底部的污泥回流管回流到SBR反应池。

经依据国标测试方法对出水水质测定：COD去除率为92.5％，氨氮去除率为98％，总氮去除率为79％，总磷去除率为74.6％，SS为6mg/L，且水质稳定。最终出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)中一级A排放标准。

以上所述，仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明的内容作任何形式上的限制。凡是依据发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。