一种自动控制溶解氧的完全混合式水解酸化池及其处理方法与流程

本发明涉及环保污水处理的，特别是一种自动控制溶解氧的完全混合式水解酸化池及其处理方法。

背景技术：

1、在有机污水的生物处理过程中，在水解和酸化阶段，污水中的悬浮性固体有机物和难生物降解的大分子物质被分解为挥发性脂肪酸，codcr的去除率可达10％～50％，并使污水的可生化性(及b/c比值)大大提高。对于高浓度或难降解污水，采用水解酸化预处理后，可以大大提高后续好氧生物处理系统的反应速率和有机物去除率，减少占地、降低能耗、节省投资。

2、水解酸化处理设备的类型包含升流式水解酸化反应器、复合式水解酸化反应器和完全混合式水解酸化反应器(池)，完全混合式水解酸化池具有结构简单、投资低、处理能力大等优点，是最常用的水解酸化处理设施。

3、然而，传统的完全混合式水解酸化池存在一些不足：首先，搅拌装置混合的强度不均匀，近端混合强度很高，污泥颗粒易被破碎，沉降性能降低；而远端混合强度太弱，泥水混合不均匀，局部产生死角，污泥将发黑发臭，导致水解酸化的效果变差。其次，需要另设沉淀池完成泥水分离，流程较复杂、占地较大。第三，水下搅拌装置的维修比较困难。

4、为了解决搅拌装置所存在的不足，有的完全混合式水解酸化池采用空气曝气器代替搅拌机，但这又带来另外的问题。因为，水解酸化菌由多种兼性细菌和专性厌氧细菌组成，水解酸化池的溶解氧控制在微氧状态(0.1＜do＜0.5mg/l)时才能达到良好的水解酸化效果。一方面，过高的溶解氧浓度(＞0.5mg/l)会抑制水解酸化菌的生长，从而降低有机物的水解酸化效率；另一方面，水解酸化池作为第一道生化处理设施，由于负荷高，污泥增长快，需要消耗部分氧气，若溶解氧浓度过低(＜0.1mg/l)，污泥在完全缺氧(厌氧)状态下会出现发黑、解体、上浮等现象。所以，当水解酸化池采用空气曝气器代替搅拌机实现泥水完全混合目的时，如果空气量较大且连续曝气，溶解氧就无法满足缺氧环境(do＜0.5mg/l)；如果降低空气量以满足缺氧环境，那么混合强度不够，活性污泥不能与污水充分接触，甚至造成活性污泥沉积于池底；如果采用较大气量间歇曝气，以防止活性污泥长期沉积，则混合液的溶解氧就忽高忽低，不利于专性厌氧菌和兼性菌的生长繁殖，必将降低水解酸化效果甚至导致系统瘫痪。

5、传统的水解酸化池为敞口设计，依靠搅拌设备的扰动带入微量空气。虽然部分现有水解酸化池安装了溶氧仪(do)，并无有效控制溶解氧的措施。在环保上要求污水处理的水池全部做密闭设计以后，水解酸化池往往处于厌氧状态，水解酸化效果变差，cod去除率降低，并产生硫化氢、甲烷等恶臭气体。

6、因此，虽然水解酸化技术具有如上所述的诸多优点，但由于现有水解酸化池存在上述问题，制约了水解酸化技术的应用。如何使完全混合式水解酸化池内的活性污泥与污水充分混合且强度均匀，并能够自动控制溶解氧在微氧状态，是环保技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有完全混合式水解酸化池存在的搅拌装置混合强度不均匀、水下搅拌装置维修困难、占地较大，以及无法控制溶解氧等缺点，提供一种自动控制溶解氧的完全混合式水解酸化池及其处理方法，能使污水与污泥充分且均匀地混合，提高处理效率；可自动控制溶解氧在微氧状态(do为0.1～0.5mg/l)，达到最佳的水解酸化效果；同时摒弃单独的沉淀池，以节省占地；池内无机械部件，无需日常维修。

2、为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种自动控制溶解氧的完全混合式水解酸化池，其特征在于：该完全混合式水解酸化池包括水解酸化池、废气循环系统和溶解氧自动控制系统，水解酸化池包括加盖板的水池，水池依次包括快速混合区、水解酸化反应区、泥水分离区和污泥提升区；

3、废气循环系统包含鼓风机、设置在快速混合区的第一曝气器、设置在水解酸化反应区的第二曝气器和设置在污泥提升区的气提泵；

4、溶解氧自动控制系统包含鼓风机变频器、用于测量水解酸化反应区内液体溶解氧含量的溶氧仪do、废气调节阀、空气调节阀、废气流量计、空气流量计、气提流量计、第一曝气流量计、第二曝气流量计和控制器；

5、快速混合区连通水解酸化反应区，水解酸化反应区连通泥水分离区，泥水分离区连通污泥提升区，污泥提升区连通快速混合区；

6、水解酸化反应区内废气经废气调节阀和废气流量计进入鼓风机的入口，鼓风机的入口还经过空气流量计及空气调节阀后，与大气连通；

7、鼓风机的出口分成三路，一路经过气提流量计连接气提泵，一路经过第一曝气流量计连接第一曝气器，另一路经过第二曝气流量计连接第二曝气器；

8、溶氧仪do、废气流量计、空气流量计、第一曝气流量计、第二曝气流量计、气提流量计、废气调节阀和空气调节阀向控制器反馈信息；

9、控制器通过鼓风机变频器控制鼓风机的运行；

10、溶氧仪do通过控制器联锁控制空气调节阀和废气调节阀的运行。

11、进一步，废气循环系统还包含集气罩，水解酸化反应区内废气经集气罩、废气调节阀和废气流量计进入鼓风机的入口；

12、进一步，快速混合区和水解酸化反应区之间通过第一隔墙分隔，水解酸化反应区和泥水分离区之间通过第二隔墙分隔，第二隔墙上设有稳流板，泥水分离区和污泥提升区之间通过第三隔墙分隔。

13、和/或快速混合区、水解酸化反应区、泥水分离区和污泥提升区的气相空间互相连通；

14、和/或快速混合区设有配水槽，配水槽连通配水管；

15、和/或泥水分离区设有出水堰，泥水分离区底部设有锥斗；

16、和/或鼓风机的入口还连接有空气管道，空气管道上设置空气流量计及空气调节阀，空气管道的末端经空气过滤器与大气连通；

17、和/或污泥提升区设有污泥槽，污泥槽与配水槽连通。

18、进一步，水解酸化池的盖板上设有排气管，排气管的一端连通水解酸化池内的气相空间，排气管的另一端插入水封池的液面以下，水解酸化池的尾气c从水封池排出，进入后续废气处理系统。

19、进一步，第一曝气器为穿孔管，若干第一曝气器间隔均匀布置在快速混合区的池底；第二曝气器为穿孔管，若干第二曝气器间隔均匀布置在水解酸化反应区的池底；在穿孔管的下方两侧45°方向交错开有若干孔径为5-10mm的小孔。

20、进一步，集气罩包括喇叭口、除雾滤网和连接法兰，喇叭口开口朝下，除雾滤网设置在喇叭口上方，连接法兰将集气罩安装在盖板和废气管道上，废气管道连通废气调节阀。

21、进一步，稳流板上面均匀分布若干直径为15-25mm的过流孔；

22、和/或控制器为可编程逻辑控制器(plc)或集散控制系统(dcs)；

23、和/或排气管的另一端插入水封池的液面以下100-1000mm处。

24、一种自动控制溶解氧的完全混合式水解酸化池的处理方法，采用如前述一种自动控制溶解氧的完全混合式水解酸化池，其特征在于，包括以下步骤：

25、s1、待处理污水a进入快速混合区，在第一曝气器的搅拌下，与通过气提泵回流的污泥完全混合，污水中的悬浮性固体有机物和溶解性大分子有机物迅速地被活性污泥絮体所截留和吸附；

26、s2、快速混合区的泥水混合液流入水解酸化反应区，在第二曝气器的搅拌下，活性污泥始终处于悬浮状态，被吸附的悬浮性固体有机物和溶解性大分子有机物慢慢地被活性污泥中的专性厌氧细菌和兼性酸化细菌分解为易于生物降解的小分子物质、挥发性脂肪酸，完成水解酸化过程；

27、s3、水解酸化反应区末端的混合液进入泥水分离区，经重力分离后的上清液为水解酸化池出水b排出，进入后续的好氧生物处理设施；污泥下沉进入污泥提升区；

28、同时水解酸化池内的废气进入鼓风机的入口；鼓风机的入口还连接有空气管道，空气管道上设置空气流量计及空气调节阀，空气管道的末端与大气连通；鼓风机吸收废气和空气后，鼓风机出口分成三路：一路进入气提泵，用于提升污泥；一路进入第一曝气器，用于污水与污泥的快速混合；另一路进入第二曝气器，用于污水与污泥的连续混合和补充氧气；

29、s4、污泥提升区内的气提泵，利用鼓风机出口气体将活性污泥提升至快速混合区，被提升的活性污泥与污水a一并进入快速混合区；

30、在上述过程中，通过鼓风机变频器自动调节鼓风机出口的出风量等于气提流量计、第一曝气流量计和第二曝气流量计之和；由溶氧仪do联锁控制空气调节阀的开度，使溶氧仪do的读数控制在微氧状态(0.1～0.5mg/l)；空气流量计连续显示空气管道的流量，并通过控制器调节废气调节阀的开度，使废气流量计与空气流量计之和等于鼓风机出口的出风量。

31、一种自动控制溶解氧的完全混合式水解酸化池的处理方法，采用如前述一种自动控制溶解氧的完全混合式水解酸化池，其特征在于，包括以下步骤：

32、s1、待处理污水a经配水槽和配水管进入快速混合区，在第一曝气器的搅拌下，与通过气提泵回流的污泥完全混合，污水中的悬浮性固体有机物和溶解性大分子有机物迅速地被活性污泥絮体所截留和吸附；

33、s2、快速混合区的泥水混合液从第一隔墙上部流入水解酸化反应区，在第二曝气器的搅拌下，活性污泥始终处于悬浮状态，被吸附的悬浮性固体有机物和溶解性大分子有机物慢慢地被活性污泥中的专性厌氧细菌和兼性酸化细菌分解为易于生物降解的小分子物质、挥发性脂肪酸，完成水解酸化过程；

34、s3、水解酸化反应区末端的混合液经第二隔墙上的稳流板进入泥水分离区，经重力分离后的上清液为水解酸化池出水b，从出水堰排出，进入后续的好氧生物处理设施；污泥下沉至锥斗，从第三隔墙下部进入污泥提升区；同时水解酸化池内的废气经所述的集气罩收集并去除水雾后，进入鼓风机的入口；鼓风机吸收废气和空气后，鼓风机出口分成三路：一路进入气提泵，用于提升污泥；一路进入第一曝气器，用于污水与污泥的快速混合；另一路进入第二曝气器，用于污水与污泥的连续混合和补充氧气；

35、s4、污泥提升区内的气提泵，利用鼓风机出口气体将活性污泥提升至污泥槽，污泥槽与配水槽连通，被提升的活性污泥与污水a一并进入快速混合区；

36、在上述过程中，控制器通过鼓风机变频器自动调节鼓风机出口的出风量等于气提流量计、第一曝气流量计和第二曝气流量计之和；由溶氧仪do联锁控制空气调节阀的开度，使溶氧仪do的读数控制在微氧状态(0.1～0.5mg/l)；空气流量计连续显示空气管道的流量，并通过控制器调节废气调节阀的开度，使废气流量计与空气流量计之和等于鼓风机出口的出风量。

37、进一步，其中s1步骤中，污水在快速混合区的水力停留时间为10-60min，快速混合区曝气器提供的曝气强度为6-10m3/m2.h；

38、其中s2步骤中，溶氧仪do安装在水解酸化反应区；第二曝气器提供的曝气强度为3-6m3/m2.h；

39、其中s4步骤中，气提泵数量可以是1个或多个，回流污泥量与污水量的比值为0.5-10；

40、第一曝气器的小孔的数量、第二曝气器的小孔的数量均按照孔口流速不小于10m/s计算确定；

41、稳流板上过流孔的面积和数量按照孔口流速为0.15-0.2m/s计算确定。

42、鉴于上述技术特征，本发明具有如下优点：

43、1、本发明中一种自动控制溶解氧的完全混合式水解酸化池，利用均匀布置在池底的穿孔曝气管(即第一曝气器和第二曝气器)，使得水解酸化池内污水与污泥的混合强度均匀。本发明的穿孔曝气管设计代替现有技术中完全混合式水解酸化池中利用搅拌装置实现污水与污泥的混合，克服了现有技术中搅拌装置存在的混合强度不均匀，近端混合强度很高，污泥颗粒易被破碎，沉降性能降低；而远端混合强度太弱，泥水混合不均匀，局部产生死角，污泥发黑发臭，导致水解酸化效果变差的问题；同时因本发明不设搅拌装置，无需对搅拌装置进行维修，克服了水下搅拌装置维修困难的问题。

44、2、本发明中一种自动控制溶解氧的完全混合式水解酸化池，水解酸化池为密闭设计，利用水解酸化池的废气经鼓风机加压后作为污水与污泥混合的气源，废气循环利用时，废气中的氧含量较低，大气量连续曝气可满足活性污泥始终处于悬浮状态但不会破坏水解酸化池的缺氧环境(do＜0.5mg/l)。因此克服了现有技术利用空气曝气混合时，若空气量较大且连续曝气，则无法实现缺氧环境；若降低空气量以满足缺氧环境，那么混合强度不够，活性污泥不能与污水充分接触，甚至造成活性污泥沉积于池底；若采用较大气量间歇曝气，防止活性污泥长期沉积，则混合液的溶解氧就时高时低，不利于水解酸化细菌(专性厌氧菌和兼性菌)的生长繁殖，必将降低水解酸化效果差甚至导致系统瘫痪等问题。同样，利用循环废气作为气提泵的气源，在需要大比例回流以降低污水毒性的情况下，也不会出现因气提带入过量氧气而破坏缺氧环境的现象。

45、3、本发明中一种自动控制溶解氧的完全混合式水解酸化池，在鼓风机入口连接了空气管道，并通过溶氧仪和空气管道上空气调节阀的联锁(即溶氧仪向控制器反馈信息，由控制器控制空气调节阀的开度)，自动控制鼓风机吸入的空气量。该方法可根据进入水解酸化池的污水流量、水质以及环境的变化，灵活调节空气量，将溶解氧控制在微氧状态(do为0.1～0.5mg/l)，一方面防止池内变成厌氧环境，出现污泥发黑、发臭、解体、上浮等现象；另一方面可增加微生物群落的丰度，提高微生物的活性，从而提高水解酸化效率。当污水量或浓度提高、有机物易降解时，污泥增长较快，水解酸化过程需要消耗一定量氧气，则自动增大空气流量，避免因水解酸化池长期缺氧造成污泥发黑、发臭、解体、上浮等现象；反之，当污水量或浓度降低或有机物很难降解时，需自动减少空气流量，维持水解酸化池在微氧状态。因此克服了现有技术中没有或不能将溶解氧控制在微氧状态的有效措施的缺点。

46、4、本发明中一种自动控制溶解氧的完全混合式水解酸化池，增设了快速混合区，进入水解酸化池的污水与回流的高浓度活性污泥在一个容积较小但具有较高曝气强度的空间内快速混合，使污水中的颗粒状和胶体状有机物质、溶解性大分子有机物迅速地被活性污泥絮体所截留和吸附，然后在水解酸化反应区慢慢地被分解代谢，转化为易于生物降解的小分子物质。由于在快速混合区加快了有机物被污泥吸附的过程，从而缩短了水解酸化池所需的水力停留时间，减小了水解酸化池的容积，节省占地面积。

47、5、本发明中一种自动控制溶解氧的完全混合式水解酸化池，水解酸化池内划分出四个区域，即快速混合区、水解酸化反应区、泥水分离区和污泥提升区，水解酸化池的结构简单，占地面积小，无需另设沉淀池来完成泥水分离，即实现了摒弃单独的沉淀池，以节省占地的目的。

48、综上所述，本发明的一种自动控制溶解氧的完全混合式水解酸化池及其处理方法，是对现有水解酸化池进行了颠覆性创新，将大力推动水解酸化技术的应用，从而大幅降低污水处理场的能耗、减少占地、节省投资。