本公开属于工业及城镇生活污水生化处理领域，提供了一种污泥旋流分选活化处理方法及装置。具体地说，提供了一种通过组合旋流处理单元实现定向排泥，从而改善生化池综合降解效能的新方法。
背景技术：
活性污泥法是国内外90％以上的城市生活污水和70％以上的工业废水的处理流程，其通过对有机物曝气降解和对营养物氧化、还原及吸附等过程，显著改善污水水质。近年来随着环境承载能力的不断下降，国家不断提高污水排放标准，现有污水处理厂负荷不断增加；加之生化单元频繁受进水水质冲击、曝气和流动不均匀及运行等因素影响，生化池普遍存在污泥膨胀、沉降性差、污泥活性不高等问题，显著抑制生化效能，并成为制约以生化单元为核心的典型污水处理厂无法达标排放的关键原因。
生化单元存在的污泥膨胀、沉降性差、污泥活性不高等问题，其核心归咎于活性污泥中无机组分与微生物群落的结合方式和组成比例。针对上述问题和形成原因，国内外学者及工程人员广泛开展了技术探索。
中国发明专利申请cn201110022565.6提出了一种活性污泥法高沉降性能污泥分选的新型装置设计方案，利用柱-锥组合方式设计的分选装置置于生物反应池和二沉池之间，通过控制污水和回流污泥的混合液上升流速，实现活性污泥分选。而常规活性污泥分选方法也可用于污泥颗粒化，利用曝气过程形成的流体剪切作用，通过调节污泥外表面有机物组成，从而改善污泥沉降性。现有的污泥分选需求广泛存在于城市生活污水处理厂生化单元的泥-灰分选，以及因来水钙硬过高、泥-灰矿化结合而影响污泥沉降性能等工况。
但是，在上述现有的研究或需求工况下，污泥分选需求未与生化单元综合效能充分衔接，也没能形成标准化工艺而持续改善生化池存在的污泥沉降性和污泥活性污泥，从而显著抑制了生化单元减排降负和达标排放需求。因此，通过组合单元实现生化单元中活性污泥与无机质长效分选、并构建成熟工艺的需求极为迫切。
技术实现要素：
本公开提供了一种新颖的污泥旋流分选活化处理方法及装置，采用旋流处理方法实现定向分选和排泥，改善了污泥沉降性、脱水性和活性，提高了生化池降解效能、降低了剩余污泥产量，从而解决了现有技术中存在的问题。
一方面，本公开提供了一种污泥旋流分选活化处理方法，该方法包括以下步骤：
(i)泥回流分选：将污泥进行旋流分选处理，以将污泥中的无机质作为剩余污泥定向外排，活性成分回流至生化池，其中，所述生化池包括缺氧池和好氧池；以及
(ii)内回流分选活化：将好氧池末端的泥水混合液进行旋流分选处理，以将分选出的高活性组分返回至缺氧池循环，低活性组分就近排至好氧池。
在一个优选的实施方式中，在步骤(i)中，将二沉池沉淀浓缩污泥经现有的污泥回流泵提升后送至泥回流分选旋流器进行旋流分选处理，其中，分选过程压降损失不超过0.05mpa。
在另一个优选的实施方式中，在步骤(ii)中，将好氧池末端的泥水混合液经现有的内回流泵提升后送至内回流分选活化旋流器进行旋流分选处理，其中，分选过程压降损失不超过0.03mpa。
在另一个优选的实施方式中，在步骤(i)中，所述泥回流分选的分流比通过维持现有的排泥量而设定，即旋流分选溢流作为剩余污泥外排，溢流流量与生化池所需的剩余污泥排泥量相同，并可根据生化池的需求调节。
在另一个优选的实施方式中，在步骤(ii)中，所述内回流分选活化的分流比维持在3-5％，即旋流过程3-5％的溢流就近排入好氧池末端，剩余部分返回至缺氧池前段。
在另一个优选的实施方式中，在步骤(i)中，所述泥回流分选使生化池污泥体积指数svi至少降低15％；在步骤(ii)中，所述内回流分选活化使生化池中挥发分比vss/ss(vss：挥发性固体悬浮物；ss：总固体悬浮物)指数至少提高10％。
另一方面，本公开提供了一种污泥旋流分选活化处理装置，该装置包括：
泥回流分选旋流器，用以进行步骤(i)泥回流分选：将污泥进行旋流分选处理，以将污泥中的无机质作为剩余污泥定向外排，活性成分回流至生化池，其中，所述生化池包括缺氧池和好氧池；所述泥回流分选旋流器的底流口与缺氧池的前段连接；溢流口外排剩余污泥；以及
内回流分选活化旋流器，用以进行步骤(ii)内回流分选活化：将好氧池末端的泥水混合液进行旋流分选处理，以将分选出的高活性组分返回至缺氧池循环，低活性组分就近排至好氧池。
在一个优选的实施方式中，该装置还包括：
与泥回流分选旋流器进口连接的污泥回流泵，该污泥回流泵进口与二沉池的底部连接，该二沉池的顶部与好氧池的末端连接；以及
与内回流分选活化旋流器进口连接的内回流泵，该内回流泵进口与好氧池的末端连接。
在另一个优选的实施方式中，所述内回流分选活化旋流器和泥回流分选旋流器均采用轻质分散相结构的单进口旋流器，且切向进口高宽比为2:1，均采用聚氨酯材质。
在另一个优选的实施方式中，所述内回流分选活化旋流器的锥角为15-20度，所述泥回流分选旋流器的锥角为6-10度。
有益效果：
本发明实现了定向排泥，改善了活性污泥的沉降性和脱水性、并提高了污泥活性。与现有回流污泥分选技术相比，本发明具有以下几方面的优点：
工艺设备方面：相较于其他工艺，没有造成大的工艺变革；此外旋流器还具有没有运动部件、结构简单、设备造价低、维修方便等优势。
能耗方面：相对于其它污泥分选活化技术来说，极大地降低了能耗成本。
操作范围和稳定性方面：旋流器装置和操作简单，对不同粒径的污泥絮体都有效；此外旋流分选是一种机械分选，不影响系统稳定运行。
附图说明
附图是用以提供对本公开的进一步理解的，它只是构成本说明书的一部分以进一步解释本公开，并不构成对本公开的限制。
图1是根据本公开的一个优选实施方式的污泥旋流分选活化处理方法的流程图。
图2是根据本公开的一个优选实施方式的旋流器的结构示意图。
具体实施方式
本申请的发明人经过广泛而深入的研究后发现，长期以来，以缺氧/好氧脱氮工艺为代表的活性污泥法处理污水形成的剩余污泥，都只是无差别地被外排，并没有经过筛选，也就是排掉的污泥中含有生化性能好的污泥，这不仅造成了潜在的环境污染，增大了处理成本，还浪费了资源。而采用特定的旋流分选方法外排污泥，可以剔除沉降性能差的污泥，使得污泥沉降性得到改善、生化池降解效能得到提高、剩余污泥产量得到减少，从而解决了上述现有技术中长期存在的问题。基于上述发现，本发明得以完成。
在本公开的第一方面，提供了一种污泥旋流分选活化处理方法，该方法包括以下步骤：
(a)泥回流分选：二沉池沉淀浓缩污泥经现有的污泥回流泵提升后先送至泥回流分选旋流器进行分选处理，以将污泥中的无机质作为剩余污泥定向外排，活性成分则回流至生化池；以及
(b)内回流分选活化：生化池的好氧池的末端泥水混合液经现有的内回流泵提升后送至内回流分选活化旋流器进行定向分选处理，以高活性组分返回至生化池的缺氧池循环，低活性组分就近排至好氧池末端。
在本公开中，所述回流污泥经污泥回流泵提升后进入泥回流分选旋流器，绝大多数活性污泥返回至缺氧池前段，少量无机质部分作为剩余污泥通过泥回流分选旋流器溢流口外排，外排流量也通过泥回流分选旋流器溢流口阀门相应调节；同时，所述内回流液经内回流泵提升后进入内回流分选活化旋流器，绝大多数活性污泥返回至缺氧池前段，少量污泥就近排入好氧池，分选活化过程的流量分配通过相应的阀门调节。
在本公开中，所述泥回流分选旋流器和内回流液分选活化旋流器利用水头损失为分选过程提供动力，将回流污泥和泥水混合回流液中的悬浮物和可挥发性悬浮物分离，从而提高污泥中的微生物数量和沉降性。
在本公开中，根据生化池处理量差别，可以通过内回流液分选活化旋流器和泥回流分选旋流器并联方式，以应对现场的实际内回流液和回流污泥处理量需求。
在本公开中，在步骤(a)中，所述泥回流分选利用现有的污泥回流泵实现，分选过程压降损失不超过0.05mpa，例如0.04mpa。
在本公开中，在步骤(b)中，所述内回流分选活化的分流比通过维持现有的排泥量而设定，即旋流分选溢流作为剩余污泥外排(外排分流比例如为6％)，溢流流量与生化池所需的剩余污泥排泥量相同，并可根据生化池需求相应调节。
在本公开中，在步骤(b)中，所述内回流分选活化的分流比维持在3-5％，即旋流过程3-5％的溢流就近排入好氧池末端，剩余部分返回至缺氧池前段。
在本公开中，在步骤(b)中，所述内回流分选活化采用现有的内回流管路及提升系统，且分选活化过程压损不超过0.03mpa，例如0.02mpa。
在本公开中，在步骤(a)中，所述泥回流分选使生化池的污泥体积指数svi至少降低15％。
在本公开中，在步骤(b)中，所述内回流分选活化使生化池中挥发分比vss/ss(vss：挥发性固体悬浮物；ss：总固体悬浮物)指数至少提高10％。
在本公开的第二方面，提供了一种污泥旋流分选活化处理装置，该装置包括：
内回流分选活化旋流器和泥回流分选旋流器，其中，内回流分选活化旋流器置于内回流泵后，其溢流管线和底流管线分别接入好氧池末端和缺氧池前段；泥回流分选旋流器置于污泥回流泵后，其底流管线接入缺氧池前段，溢流管线外排剩余污泥。
在本公开中，所述内回流分选活化旋流器和泥回流分选旋流器均采用典型轻质分散相结构的单进口旋流器，且切向进口高宽比为2:1。
在本公开中，所述内回流分选活化旋流器的锥角为15-20度，例如18度，所述泥回流分选旋流器的锥角为6-10度。
在本公开中，所述内回流分选活化旋流器和泥回流分选旋流器均采用聚氨酯材质。
以下参看附图。
图1是根据本公开的一个优选实施方式的污泥旋流分选活化处理方法的流程图。如图1所示，二沉池11的回流污泥经污泥回流泵12提升后进入泥回流分选旋流器13进行分选处理，绝大多数活性污泥返回至缺氧池15前段，少量无机质部分作为剩余污泥通过泥回流分选旋流器13溢流口外排，外排流量也通过泥回流分选旋流器13溢流口阀门相应调节；同时，好氧池14末端的内回流液经内回流泵16提升后进入内回流分选活化旋流器17进行分选处理，绝大多数活性污泥返回至缺氧池15前段，少量污泥就近排入好氧池14，分选活化过程的流量分配通过相应的阀门，包括mlr(mixedliquidreturn：混合液返回)调节；其中，进水自缺氧池15前段进入，从二沉池11排水；在好氧池14中发生曝气。
图2是根据本公开的一个优选实施方式的旋流器的结构示意图。如图2所示，所述旋流器包括溢流管21、底流管22、柱段25、锥段26、位于溢流管21下方的插入段24、以及位于溢流管21附件的进料口23，图中，d表示柱段直径，θ表示锥段锥角，h表示进口截面高度，w表示进口截面宽度，d0表示溢流管直径，dd表示底流管直径，h表示溢流管插入深度，l表示总高度，l1表示柱段高度，l2表示锥段高度。
实施例
下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。
实施例1：
某生活污水处理厂1m3/h的a/o(缺氧/好氧)工艺测线试验。
1.工艺流程
如图1所示。二沉池回流污泥和内回流液分别经过污泥回流泵和内回流泵提升后进入旋流器，经旋流处理后的底流污泥均返回至缺氧池前段，溢流则分别外排作为剩余污泥或就近排入好氧池。通过长周期旋流分选后，生化池的污泥密实度不断增大，其吸附、脱水性和沉降性得到改善。
2.工艺设备
该工艺流程中的关键设备为旋流器，其结构如图2所示。
3.运行控制
a/o实验装置运行过程：池内污泥浓度控制在约3000mg/l，生化池污水停留时间为12小时，内回流液和泥回流比例分别为350％和50％，3间曝气池中溶氧浓度分别为4mg/l、3mg/l和2mg/l。
4.运行结果：
处理废水温度为常温，ph为6.8-7.2，具体含量如下表1。经过新型a/o脱氮工艺反应以后，cod(化学需氧量)≤50mg/l，氨氮≤3mg/l，总氮≤20mg/l，相较于传统工艺生化池总体降解效得到提高。
5.技术效果
a、分选外排污泥
长期以来，以a/o脱氮工艺为代表的活性污泥法处理污水形成的剩余污泥，都只是无差别的被外排，并没有经过筛选，也就是排掉的污泥中含有生化性能好的污泥。本次旋流分选外排污泥，剔除了沉降性能差的污泥，污泥沉降性得到改善、生化池降解效能得到提高、剩余污泥产量得到减少。与现有回流污泥分选技术相比，本发明有以下几方面的优点：
工艺设备方面：旋流分选仅在从好氧池末端回流到缺氧池的管线上增设一个旋流器，便可达到污泥分选的目的，相较于其他工艺，没有造成大的工艺变革；此外旋流器还具有没有运动部件、结构简单、设备造价低、维修方便优势。
能耗方面：相比于传统工艺，本发明所增加的能耗主要是支持旋流器作用的泵的耗能，相对于其它污泥分选活化技术来说，极大地降低了能耗成本。
操作范围和稳定性方面：旋流器装置和操作简单，对不同粒径的污泥絮体都有效，此外旋流分选是一种机械分选，可以通过旋流器进出口阀门在线调控旋流分选强度，不影响系统稳定运行。
上述所列的实施例仅仅是本公开的较佳实施例，并非用来限定本公开的实施范围。即凡依据本申请专利范围的内容所作的等效变化和修饰，都应为本公开的技术范畴。
在本公开提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本公开的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本公开作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
1.一种污泥旋流分选活化处理方法，该方法包括以下步骤：
(i)泥回流分选：将污泥进行旋流分选处理，以将污泥中的无机质作为剩余污泥定向外排，活性成分回流至生化池，其中，所述生化池包括缺氧池和好氧池；以及
(ii)内回流分选活化：将好氧池末端的泥水混合液进行旋流分选处理，以将分选出的高活性组分返回至缺氧池循环，低活性组分就近排至好氧池。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(i)中，将二沉池沉淀浓缩污泥经现有的污泥回流泵提升后送至泥回流分选旋流器进行旋流分选处理，其中，分选过程压降损失不超过0.05mpa。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(ii)中，将好氧池末端的泥水混合液经现有的内回流泵提升后送至内回流分选活化旋流器进行旋流分选处理，其中，分选过程压降损失不超过0.03mpa。
4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在步骤(i)中，所述泥回流分选的分流比通过维持现有的排泥量而设定，即旋流分选溢流作为剩余污泥外排，溢流流量与生化池所需的剩余污泥排泥量相同，并可根据生化池的需求调节。
5.如权利要求1或3所述的方法，其特征在于，在步骤(ii)中，所述内回流分选活化的分流比维持在3-5％，即旋流过程3-5％的溢流就近排入好氧池末端，剩余部分返回至缺氧池前段。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤(i)中，所述泥回流分选使生化池污泥体积指数svi至少降低15％；在步骤(ii)中，所述内回流分选活化使生化池中挥发分比vss/ss指数至少提高10％。
7.一种污泥旋流分选活化处理装置，该装置包括：
泥回流分选旋流器(13)，用以进行步骤(i)泥回流分选：将污泥进行旋流分选处理，以将污泥中的无机质作为剩余污泥定向外排，活性成分回流至生化池，其中，所述生化池包括缺氧池(15)和好氧池(14)；所述泥回流分选旋流器(13)的底流口与缺氧池(15)的前段连接；溢流口外排剩余污泥；以及
内回流分选活化旋流器(17)，其底流口与缺氧池(15)的前段连接，用以进行步骤(ii)内回流分选活化：将好氧池末端的泥水混合液进行旋流分选处理，以将分选出的高活性组分返回至缺氧池循环，低活性组分就近排至好氧池。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置还包括：
与泥回流分选旋流器(13)进口连接的污泥回流泵(12)，该污泥回流泵进口(12)与二沉池(11)的底部连接，该二沉池(11)的顶部与好氧池(14)的末端连接；以及
与内回流分选活化旋流器(17)进口连接的内回流泵(16)，该内回流泵进口(16)与好氧池(14)的末端连接。
9.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述内回流分选活化旋流器(17)和泥回流分选旋流器(13)均采用轻质分散相结构的单进口旋流器，且切向进口高宽比为2:1，均采用聚氨酯材质。
10.如权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述内回流分选活化旋流器(17)的锥角为15-20度，所述泥回流分选旋流器(13)的锥角为6-10度。
技术总结