公布日：2023.11.17
申請日：2023.08.24
分類號：C02F7/00(2006.01)I;C02F3/12(2023.01)I
摘要
本發明公開了一種階梯式廢水曝氣處理設備及其凈化工藝，涉及印染廢水生物處理領域，旨在解決當前對印染廢水的曝氣處理耗能高的問題，其技術方案要點是：一種階梯式廢水曝氣處理設備，包括若干半徑各異的腔體,若干腔體同軸且通過連通口依次連通設置，腔體內底部設置有活性污泥，連通口距離腔體底部的距離隨著腔體的橫截面積增大而減小，連通口內部設置有通氣組件，腔體內壁的頂部固定連接有閉合擋板，閉合擋板距離腔體底部的距離小于連通口距離腔體底部的距離，橫截面積最小的腔體頂部開設有進水口，進水口頂側設置有氣源。本發明的一種階梯式廢水曝氣處理設備及其凈化工藝通過重力和水的可塑性制造深水富氧區和淺水供氧區，減少曝氣的電能消耗。
權利要求書
1.一種階梯式廢水曝氣處理設備，包括若干半徑各異的腔體(11),其特征在于：若干所述腔體(11)同軸且通過連通口(12)依次連通設置，所述腔體(11)內底部設置有活性污泥(13)，所述連通口(12)距離腔體(11)底部的距離隨著腔體(11)的橫截面積增大而減小，所述連通口(12)內部設置有通氣組件，所述腔體(11)內壁的頂部固定連接有閉合擋板(14)，所述閉合擋板(14)距離腔體(11)底部的距離小于連通口(12)距離腔體(11)底部的距離，橫截面積最小的所述腔體(11)頂部開設有進水口(15)，所述進水口(15)頂側設置有與進水口(15)連通的氣源(16)，當廢水由進水口(15)進入腔體(11)時，氣源(16)向廢水供氣使廢水轉變為富氧廢水，富氧廢水經過活性污泥(13)轉化為缺氧廢水，當廢水繼續通入腔體(11)，液面上漲至連通口(12)處，通氣組件向廢水供氣使缺氧廢水再次轉變為富氧廢水。
2.根據權利要求1所述的一種階梯式廢水曝氣處理設備，其特征在于：所述通氣組件包括與氣源(16)連通并從腔體(11)外壁頂面連通到接近連通口(12)側壁處的通氣管道(17)，所述通氣管道(17)遠離腔體(11)頂面側開設有若干通氣孔一(19)，所述通氣孔一(19)連通通氣管道(17)和連通口(12)，所述通氣孔一(19)的側壁向連通口(12)的方向延伸形成通氣頭(21)。
3.根據權利要求2所述的一種階梯式廢水曝氣處理設備，其特征在于：所述通氣頭(21)的側壁在遠離通氣管道(17)處開設有若干通氣孔二(20)。
4.根據權利要求2所述的一種階梯式廢水曝氣處理設備，其特征在于：所述連通口(12)在連通方向的截面積隨腔體(11)的橫截面積變小而變小，所述通氣孔一(19)的間距隨連通口(12)在連通方向的截面積變小而變小。
5.根據權利要求2所述的一種階梯式廢水曝氣處理設備，其特征在于：相鄰所述連通口(12)的高度之差隨著靠近進水口(15)而減小。
6.根據權利要求1所述的一種階梯式廢水曝氣處理設備，其特征在于：相鄰所述腔體(11)的半徑之差隨著靠近進水口(15)而減小。
7.根據權利要求2所述的一種階梯式廢水曝氣處理設備，其特征在于：所述進水口(15)在腔體(11)外壁頂面的方向連通有進水管道，所述氣源(16)套設于進水管道外壁且與進水管道內相連通，所述氣源(16)在遠離進水管道的方向連通有截面積逐漸擴大的氣源通道(18)，所述氣源通道(18)與通氣管道(17)相連通。
8.根據權利要求1所述的一種階梯式廢水曝氣處理設備，其特征在于：所述閉合擋板(14)和腔體(11)相對的面上固定連接有交錯的若干環板(24)，若干所述環板(24)間的空隙構成彎曲水道(23)，所述活性污泥(13)設置于彎曲水道(23)中。
9.根據權利要求8所述的一種階梯式廢水曝氣處理設備，其特征在于：所述環板(24)在垂直于腔體(11)底部的方向上開設有若干通孔(25)，所述通孔(25)內壁固定連接有防水透氣膜(26)。
10.一種階梯式廢水曝氣處理設備的凈化工藝，具體步驟如下：步驟一：廢水從進水口(15)進入橫截面積最小的腔體(11)內，控制廢水流量小于截面積最小的連通口(12)的容積之和，氣源(16)同時朝進水口(15)方向通氣，此時廢水氧氣含量高，廢水攜帶氧氣與活性污泥(13)接觸；步驟二：廢水進入彎曲水道(23)與活性污泥(13)充分接觸，同時將攜帶的氧氣提供給活性污泥(13)，活性污泥(13)消耗氧氣并凈化廢水，此時廢水氧氣含量降低；步驟三：隨著廢水繼續從進水口(15)注入，廢水通過彎曲水道(23)段離開活性污泥(13)，此時廢水氧氣含量低，液面上升至連通口(12)處；步驟四:連通口(12)處廢水液面淺，通氣組件向液面和廢水內部通氣使氧氣與廢水充分接觸，廢水內氧氣含量回到高水平；步驟五：廢水進入下一個腔體(11)，隨后重復步驟二到五直到廢水處理完畢。
發明內容
針對現有技術存在的不足，本發明的目的在于提供一種階梯式廢水曝氣處理設備及其凈化工藝。
本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：一種階梯式廢水曝氣處理設備，包括若干半徑各異的腔體,若干所述腔體同軸且通過連通口依次連通設置，所述腔體內底部設置有活性污泥，所述連通口距離腔體底部的距離隨著腔體的橫截面積增大而減小，所述連通口內部設置有通氣組件，所述腔體內壁的頂部固定連接有閉合擋板，所述閉合擋板距離腔體底部的距離小于連通口距離腔體底部的距離，橫截面積最小的所述腔體頂部開設有進水口，所述進水口頂側設置有與進水口連通的氣源，當廢水由進水口進入腔體時，氣源向廢水供氣使廢水轉變為富氧廢水，富氧廢水經過活性污泥轉化為缺氧廢水，當廢水繼續通入腔體，液面上漲至連通口處，通氣組件向廢水供氣使缺氧廢水再次轉變為富氧廢水。
通過采用上述技術方案，根據液面高度將各個相連通的腔體內部分為活性污泥所處的深水富氧區和連通口處的淺水供氧區，將供氧和耗氧區域分開，利用連通口處的淺液面向廢水內部通氣，以此使通氣設備所需的電能消耗降低，同時利用腔體和閉合擋板組成的通路限制廢水的流動，使廢水多次與活性污泥充分接觸從而提升活性污泥的工作效果，以此做到在保證曝氣效果的同時，大幅減少電能消耗，起到節約能源的效果。
本發明進一步設置為：所述通氣組件包括與氣源連通并從腔體外壁頂面連通到接近連通口側壁處的通氣管道，所述通氣管道遠離腔體頂面側開設有若干通氣孔一，所述通氣孔一連通通氣管道和連通口，所述通氣孔一的側壁向連通口的方向延伸形成通氣頭。
通過采用上述技術方案，通氣頭進入連通口，減少氣體流出通氣組件后與液面的距離，同時根據廢水流量的不同，使通氣組件被水浸沒程度不同，起到根據流量控制進入廢水中的氧氣量的效果。
本發明進一步設置為：所述通氣頭的側壁在遠離通氣管道處開設有若干通氣孔二。
通過采用上述技術方案，通氣孔二垂直于廢液的流動方向設置，增加通氣組件向廢水內的排氣量。
本發明進一步設置為：所述連通口在連通方向的截面積隨腔體的橫截面積變小而變小，所述通氣孔一的間距隨連通口在連通方向的截面積變小而變小。
通過采用上述技術方案，使廢水在連通口處的液面高度變化，同時氣孔一的間距變化使廢水流動攜帶走的氧氣量隨著靠近進水口而增多，滿足曝氣法所需氧氣量的由多到少的變化。
本發明進一步設置為：相鄰所述連通口的高度之差隨著靠近進水口而減小。
通過采用上述技術方案，使廢水在各個腔體之間的流動路徑長度產生變化，以滿足活性污泥法對應的氧氣消耗量變化。
本發明進一步設置為：相鄰所述腔體的半徑之差隨著靠近進水口而減小。
通過采用上述技術方案，進一步使廢水在各個腔體之間的流動路徑長度產生變化，同時使充滿活性污泥的彎曲水道的長度隨腔體半徑的變化而變化，半徑越小的腔體內彎曲水道和廢水路徑越短，以此控制各個腔體內活性污泥的氧氣消耗量。
本發明進一步設置為：所述進水口在腔體外壁頂面的方向連通有進水管道，所述氣源套設于進水管道外壁且與進水管道內相連通，所述氣源在遠離進水管道的方向連通有截面積逐漸擴大的氣源通道，所述氣源通道與通氣管道相連通。
通過采用上述技術方案，使氣源對各通道和進水口提供的通氣量適量，進水口處通氣量最多，隨著氣源管道的延伸，越靠近進水口的連通口處的通氣量越多。
本發明進一步設置為：所述閉合擋板和腔體相對的面上固定連接有交錯的若干環板，若干所述環板間的空隙構成彎曲水道，所述活性污泥設置于彎曲水道中。
通過采用上述技術方案，環板增加廢水水體與活性污泥的接觸充分性，彎曲水道確保廢水只往一個方向移動，同時限制活性污泥在腔體內的運動。
本發明進一步設置為：所述環板在垂直于腔體底部的方向上開設有若干通孔，所述通孔內壁固定連接有防水透氣膜。
通過采用上述技術方案，防水透氣膜能透過氣體，活性污泥與氧氣反應產生的氣體通過防水透氣膜流動到液面上方被排出。
本發明還提供一種階梯式廢水曝氣處理設備的凈化工藝，具體步驟如下：
步驟一：廢水從進水口進入橫截面積最小的腔體內，控制廢水流量小于截面積最小的連通口的容積之和，氣源同時朝進水口方向通氣，此時廢水氧氣含量高，廢水攜帶氧氣與活性污泥接觸；
步驟二：廢水進入彎曲水道與活性污泥充分接觸，同時將攜帶的氧氣提供給活性污泥，活性污泥消耗氧氣并凈化廢水，此時廢水氧氣含量降低；
步驟三：隨著廢水繼續從進水口注入，廢水通過彎曲水道段離開活性污泥，此時廢水氧氣含量低，液面上升至連通口處；
步驟四:連通口處廢水液面淺，通氣組件向液面和廢水內部通氣使氧氣與廢水充分接觸，廢水內氧氣含量回到高水平；
步驟五：廢水進入下一個腔體，隨后重復步驟二到五直到廢水處理完畢。
通過采用上述技術方案，取代原有凈水工藝供氣與耗氣同時作用的結構，將供氣與耗氣端分離為淺水供氧區和深水富氧區，使廢液在淺水供氧區和深水富氧區內循環流動，同時使廢液在淺水供氧區內和深水富氧區的循環流動中逐漸遠離進水口，整個過程完全自動化且所需電能大幅降低，無需人工手動改變后續廢液流量、氣體通量，各個腔體形狀相同僅半徑不同，因此循環次數可以隨需要通過控制腔體的數量進行增減，適用于污染程度不同的廢水。
綜上所述，本發明具有以下有益效果：腔體和閉合擋板控制廢液只能單向流動，通過單向流動確保廢水和活性污泥之間的充分接觸，通過環板增加和活性污泥接觸區域的長度以增強接觸的充分性，通過在單向流通的廢液的流通路徑上通過重力和水的可塑性劃分深水富氧區和淺水供氧區，取代傳統的深水中供氣方式，在淺水區完成供氣，保證曝氣效果的同時大幅降低供氣所需的能耗，節約了電能，降低了能源成本，同時全過程自動化，無需額外人力監管控制，降低人力成本，可以根據需要隨意增減腔體數量，降低后續改造維護成本。
（發明人：張志峰;常敬國;張昊;楊宗魁）
