本发明属于污水处理领域，涉及一种污水处理装置，尤其涉及一种多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置。
背景技术：
越来越多的地区不断提高污水排放标准，以缓解城市污水对环境的压力。然而，大规模的修建序批式生物反应区(sbr)、厌氧/缺氧/好氧(a2/o)等传统的污水处理工艺，虽能完成脱氮除磷的效果，但在实际运行中却也有难以克服的缺点。
首先，传统的污水处理工艺溶解氧(do)的利用率低。对采用转刷曝气池的氧化沟工艺而言，过低的曝气功率导致do的利用率只有20％左右。为提高do的利用率，申请专利号cn201922375764.x提出了一种污水处理鼓风供氧系统，该装置通过设置三台罗茨风机对好氧池进行曝气，虽然保证了供氧充足，但是造曝气装置能耗过大，不利于能源节约。而申请专利号cn201922164419.1提出了一种废水处理曝气装置，该装置设计了实心阶梯块对废水引流，通过重力实现废水与空气的多次分割接触，但是系统结构复杂，不利于在污水处理厂中做广泛的应用。因此，亟待开发一种高do的利用率的污水处理装置。
其次，传统的污水处理工艺需要较高的运行成本。在传统的污水处理工艺中，为解决厌氧池和缺氧池中脱氮除磷菌和废水接触率低的特点，往往直接使用多组搅拌器搅拌带污水的活性污泥。如申请专利号cn201921505486.9提出了一种用于污水处理中的搅拌装置，该方法通过使用两组电动搅拌装置来提高搅拌效率。申请专利号cn201921659967.5提高了一种污水处理搅拌设备，该装置利用一根转动杆，在转动杆的上下端分别设置绞龙和搅拌棒来提高药物与污水的处理效率，但该装置耦合运行点位多，极易在实际城镇污水处理中出现运行故障，为后续的处理带来不方便。因此，迫切需要一种低成本运行的污水处理装置。
最后，日益严苛的排放标准要求原有的污水处理厂不断扩建新的污水处理构筑物或新修建的污水处理厂直接构建复杂多样的污水处理设施，由此导致污水处理厂过高的占地面积。如采用a2/o工艺的污水处理厂，由于生化反应池内活性污泥浓度相对较低，为保证较高的污染物去除率及稳定的水处理效果，需要较长的水力停留时间，相应生化池平面尺寸较大，再加上混合反应沉淀池、滤池等深度处理构筑物，整个箱体占地面积大的特点就尤为明显，项目建设中工程措施费用也有所提高。因此，在城镇土地价值日益提升的背景下，优先选择构筑占地面小且具有稳定水处理效能的污水处理工艺。
技术实现要素：
本发明提供一种多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，以解决传统污水处理厂在实际运行中的do利用率低、运行成本偏大以及占地面积大等缺点。
为实现上述目的，本发明提供一种多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，具有这样的特征：包括筒体、三个隔板和曝气装置；三个隔板由下向上依次固定在筒体内，将筒体分为四个区域，由下向上依次为厌氧区、缺氧区、好氧区和沉淀区；厌氧区和缺氧区内均设有可旋转的搅拌件；曝气装置安装在好氧区，向好氧区内通气；位于厌氧区的筒体的侧壁开设有污水进水口，厌氧区与缺氧区之间的隔板开设有厌氧区出水口，缺氧区与好氧区之间的隔板开设有缺氧区出水口，好氧区与沉淀区之间的隔板开设有好氧区出水口，位于沉淀区的筒体的侧壁开设有净水出水口；待处理的污水从污水进水口进入厌氧区，然后通过厌氧区出水口、缺氧区出水口和好氧区出水口依次流经缺氧区和好氧区，进入沉淀区，完成沉淀净化后从净水出水口排出；沉淀区还具有污泥出口，厌氧区还具有污泥回流入口，沉淀区沉淀的含磷污泥从污泥出口排出，部分回流经污泥回流入口进入厌氧区，另一部分排出装置；好氧区还具有硝化液出口，缺氧区还具有硝化液回流入口，好氧区处理后的部分污水从硝化液出口排出，回流经硝化液回流入口进入缺氧区；其中，三个隔板均相对于水平的筒体底面倾斜设置，且相邻的两个隔板倾斜的方向相反；污水进水口位于厌氧区与缺氧区之间隔板低端同侧的筒体侧壁上；厌氧区出水口位于厌氧区与缺氧区之间隔板高端的隔板边缘处；缺氧区出水口位于缺氧区与好氧区之间隔板高端的隔板边缘处；好氧区出水口位于好氧区与沉淀区之间隔板高端的隔板边缘处；净水出水口位于好氧区与沉淀区之间隔板低端同侧的筒体侧壁上。
进一步，本发明提供一种多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，还可以具有这样的特征：其中，厌氧区、缺氧区、好氧区和沉淀区的体积比1:4:5:1。
进一步，本发明提供一种多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，还可以具有这样的特征：其中，曝气装置位于缺氧区与好氧区之间隔板低端同侧的筒体侧壁上，并位于好氧区的底部，且曝气装置的出气方向与该隔板的倾斜方向一致。
进一步，本发明提供一种多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，还可以具有这样的特征：其中，曝气装置为微曝气装置。
进一步，本发明提供一种多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，还可以具有这样的特征：其中，沉淀区具有刮泥设备，设置在好氧区与沉淀区之间的隔板上，并与其倾斜方向一致；污泥出口位于刮泥设备底端的筒体侧壁上。
进一步，本发明提供一种多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，还可以具有这样的特征：其中，污泥回流入口位于污水进水口的上方。
进一步，本发明提供一种多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，还可以具有这样的特征：其中，硝化液出口位于缺氧区与好氧区之间隔板低端同侧的筒体侧壁上，并位于好氧区的顶部；硝化液回流入口位于厌氧区与缺氧区之间隔板高端同侧的筒体侧壁上，并位于缺氧区的底部。
进一步，本发明提供一种多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，还可以具有这样的特征：其中，搅拌件为扇叶；厌氧区内的扇叶组数为缺氧区内扇叶组数的二倍。
进一步，本发明提供一种多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，还可以具有这样的特征：还包括搅拌动力设备和搅拌轴；搅拌动力设备固定在装置顶部；搅拌轴自上向下插入筒体，底端伸至厌氧区内，顶端与搅拌动力设备连接，搅拌动力设备驱动器旋转，厌氧区和缺氧区内的扇叶均固定在搅拌轴上，随其转动。
进一步，本发明提供一种多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，还可以具有这样的特征：其中，厌氧区出水口、厌氧区出水口和好氧区出水口均由若干个贯穿隔板的出水孔均匀分布排列构成。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，采用隔板和鼓风曝气的方式产生微压促进do的利用率。构建地埋式的升流式装置，不仅可以减少占地面积而且时水在挡板的作用下呈流化状态，有效促进了泥水的接触。与现有技术相比，具体优点包括：
一、构建一种微氧流化地埋式脱氮除磷新工艺，相较于传统工艺来说，省去了在同一平面上设置厌氧池、缺氧池、好氧池和二沉池等污水处理构筑物二沉池等处理装备，占地面积小；
二、整个装置利用一个动力搅拌装置，相较于传统工艺来说，节约了运行成本；
三、通过好氧区侧向微氧曝气，使水呈现湍流状态，在隔板的作用下，提供一种微压内循环，有效提高了泥水的接触面积；
四、垂直升流式的装置可埋于底下，从而在较冷的天气下实现自然保温，与传统限于地上的平面分布污水处理装置相比，地下自然保温有利于保障微生物的活性，从而本装置在低温时也可以获得一定的处理效果。
附图说明
图1是多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图来说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提供一种多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，包括筒体1、三个隔板2和曝气装置3。
三个隔板2由下向上依次固定在筒体1内，将筒体1分为四个区域，由下向上依次为厌氧区a、缺氧区b、好氧区c和沉淀区d。其中，厌氧区a、缺氧区b、好氧区c和沉淀区d的体积比1:4:5:1。
厌氧区a和缺氧区b内均设有可旋转的搅拌件41。曝气装置3安装在好氧区c，向好氧区c内通气。沉淀区d具有刮泥设备5，设置在好氧区c与沉淀区d之间的隔板2上，并与其倾斜方向一致。
具体的，搅拌件41为扇叶。厌氧区a内的扇叶组数为缺氧区b内扇叶组数的二倍，从而获得更高水平的泥水流化度水平。缺氧区b内的扇叶分为两组，分别位于缺氧区b内的下1/4处和上1/4处。
装置还包括搅拌动力设备42和搅拌轴43。搅拌动力设备42固定在装置顶部。搅拌轴43自上向下插入筒体1，底端伸至厌氧区a内，顶端与搅拌动力设备42连接，搅拌动力设备42驱动器旋转，厌氧区a和缺氧区b内的扇叶均固定在搅拌轴43上，随其转动，装置内不同区域的搅拌均由一个搅拌装置完成实现。
位于厌氧区a的筒体1的侧壁开设有污水进水口11，厌氧区a与缺氧区b之间的隔板2开设有厌氧区出水口21，缺氧区b与好氧区c之间的隔板2开设有缺氧区出水口22，好氧区c与沉淀区d之间的隔板2开设有好氧区出水口23，位于沉淀区d的筒体1的侧壁开设有净水出水口12。
待处理的污水从污水进水口11进入厌氧区a，然后通过厌氧区出水口21、缺氧区出水口22和好氧区出水口23依次流经缺氧区b和好氧区c，进入沉淀区d，完成沉淀净化后从净水出水口12排出。
沉淀区d还具有污泥出口13，厌氧区a还具有污泥回流入口14。沉淀区d沉淀的含磷污泥从污泥出口13排出，部分回流经污泥回流入口14进入厌氧区a，另一部分排出装置。
具体的，污泥出口13位于刮泥设备5底端的筒体1侧壁上。污泥回流入口14位于污水进水口11的上方，从而利于相对较重的污泥与进入的污水在厌氧区充分混合。
在一优选的实施例中，污水进水口11位于水平的筒体1底面之上1-2cm。污泥回流入口14位于污水进水口11之上0.5-1.5cm。
好氧区c还具有硝化液出口15，缺氧区b还具有硝化液回流入口16。好氧区c处理后的部分污水从硝化液出口15排出，回流经硝化液回流入口16进入缺氧区b。
其中，三个隔板2均相对于水平的筒体1底面倾斜设置，且相邻的两个隔板2倾斜的方向相反。
由于每个隔板2均倾斜设置，因此每个隔板2均具有低端和高端，低端和高端分别指的是距离筒体1底部最近和最远的端部。
污水进水口11位于厌氧区a与缺氧区b之间隔板2低端同侧的筒体1侧壁上。厌氧区出水口21位于厌氧区a与缺氧区b之间隔板2高端的隔板2边缘处。缺氧区出水口22位于缺氧区b与好氧区c之间隔板2高端的隔板2边缘处。好氧区出水口23位于好氧区c与沉淀区d之间隔板2高端的隔板2边缘处。净水出水口12位于好氧区c与沉淀区d之间隔板2低端同侧的筒体1侧壁上。
上述倾斜设置的隔板2及污水进水口11和各出水口的设置位置等结构排布可以使污水在装置内的各个区域顺利流通，防止其在各转角形成无法流通的死角，从而提高污水处理效率。
此外，硝化液出口15位于缺氧区b与好氧区c之间隔板2低端同侧的筒体1侧壁上，并位于好氧区c的顶部。硝化液回流入口16位于厌氧区a与缺氧区b之间隔板2高端同侧的筒体1侧壁上，并位于缺氧区b的底部。硝化液回流出口15设置在好氧区c的末端，可以获得最多的硝态氮，从而更好地进行脱氮，且相对于其他设置位置，可以降低回流量，从而减少运行成本；硝化液回流入口16设置在缺氧区b的底部，可以使硝态氮在缺氧区b获得较长的存在时间，从而提高处理效率，避免通过提升内循环比达到预期的处理效率。在一优选的实施例中，硝化液出口15位于缺氧区b与好氧区c之间隔板2低端下方1-2cm，硝化液回流入口16位于厌氧区a与缺氧区b之间隔板2高端上方3-7cm。
其中，曝气装置3位于缺氧区b与好氧区c之间隔板2低端同侧的筒体1侧壁上，并位于好氧区c的底部，且曝气装置3的出气方向与该隔板2的倾斜方向一致，从而避免气泡直接打在隔板2上，提高曝气效率，同时还提高了好氧区c的搅拌效率，从而优化好氧区c的处理效果。
曝气装置3为微曝气装置。其中，微曝气是指曝气产生的气泡直径在80-100μm。气泡越小，与泥水的接触面积也越大，从而可以提高处理效率。普通曝气的气泡是厘米级别的，泥水和空气的接触面积小，氧气的利用率低；微曝气可以提升氧气的利用率。
其中，厌氧区出水口21、厌氧区出水口21和好氧区出水口23均由若干个贯穿隔板2的出水孔均匀分布排列构成。在一优选的实施例中，出水孔的直径为1-1.5cm，出水孔之间间距为5-10mm，若干出水孔排成2-5排。
多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置的进水方式是由下及上进水，是一种垂直推流式的运行方式，整个系统的水力停留时间在10-15h，排泥周期为12-14d，mlss浓度在2700-3500mg/l之间。
污水首先通过污水进水口11进入厌氧区a，同时控制从沉淀区d回流过来的比为60-90％的含磷污泥也同步进入底部的厌氧区a。此时污泥的浓度在2700-2900mg/l，水力停留时间为0.5-1.5h。此外厌氧区a内的搅拌扇叶使泥水呈流化状态。污水处理完成后通过隔板2上的厌氧区出水口21进入缺氧区b，
由厌氧区a进入到缺氧区b的污水控制在缺氧区b水力停留时间为2-4h，mlss的浓度为2800-3200mg/l。回流的硝化液也同步进入到缺氧区b，回流比为150-200％。缺氧区b内双倍的扇叶组数实现了更高水平的泥水流化度水平，整个区域水呈流化状态。
缺氧区b进入到好氧区c的污水，控制此时的水力停留时间为6-8h，mlss的浓度在3200-3700mg/l。在隔板2的右侧是曝气装置，通过斜向微曝气，曝出细小气泡使水呈流化状态，此时好氧区的do浓度在1-3±0.5mg/l。处理完成的水一部分过设置在隔板2上的好氧区出水口23进入到沉淀区d，一部分通过硝化液内循环进入到缺氧区b。
好氧区c进入到沉淀区d的污水已净化完成，此时水流平缓利于泥水分离。为方便排泥，设置刮泥设备5每1-2d启动一次运行，运行时间是6-8h，排泥周期控制在12-14d，排出的污泥一部分作为剩余污泥排放，一部分污泥回流至厌氧区a，回流的mlss在3500-4000mg/l。
实施例1
针对传统污水处理厂存在的问题，提供一中试试验，装置是长30cm，宽20cm,高60cm的有机长方体，由下到上分别设置为厌氧区、缺氧区和好氧区，利用隔板控制三者的体积比为1:4:5:1，即厌氧3.3l，缺氧13.2l，好氧16.5l额沉淀区3l。
进水水质为cod为165mg/l，氨氮为32mg/l，tn为48mg/l，tp为3mg/l。
整个系统完成接种后，污水同回流污泥首先进入到缺氧区，在这里完成磷的释放以及有机物的氨化，在搅拌器的作用下，水呈流化状态流至缺氧区。从好氧区回流回来的硝化液也同步进入到缺氧区，在这里完成反硝化反应，硝态氮转变成氮气，在两个搅拌装置的作用下，水呈现流化状态流至好氧区。好氧区的反应功能是多样的，其中包括有机物的去除、磷的吸收以及氨氮的氧化都在本区域内完成。由好氧区的泥水进入到沉淀区，在这里完成泥水分离，一部分回流至缺氧区，一部分作为剩余污泥排放。
经过处理后，出水cod为20mg/l，氨氮为1mg/l，tn为12mg/l，tp为0.3mg/l。
技术特征：
1.一种多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，其特征在于：
包括筒体、三个隔板和曝气装置；
三个隔板由下向上依次固定在筒体内，将筒体分为四个区域，由下向上依次为厌氧区、缺氧区、好氧区和沉淀区；
厌氧区和缺氧区内均设有可旋转的搅拌件；
曝气装置安装在好氧区，向好氧区内通气；
位于厌氧区的筒体的侧壁开设有污水进水口，厌氧区与缺氧区之间的隔板开设有厌氧区出水口，缺氧区与好氧区之间的隔板开设有缺氧区出水口，好氧区与沉淀区之间的隔板开设有好氧区出水口，位于沉淀区的筒体的侧壁开设有净水出水口；
待处理的污水从污水进水口进入厌氧区，然后通过厌氧区出水口、缺氧区出水口和好氧区出水口依次流经缺氧区和好氧区，进入沉淀区，完成沉淀净化后从净水出水口排出；
沉淀区还具有污泥出口，厌氧区还具有污泥回流入口，沉淀区沉淀的污泥从污泥出口排出，部分回流经污泥回流入口进入厌氧区，另一部分排出装置；
好氧区还具有硝化液出口，缺氧区还具有硝化液回流入口，好氧区处理后的部分污水从硝化液出口排出，回流经硝化液回流入口进入缺氧区；
其中，三个隔板均相对于水平的筒体底面倾斜设置，且相邻的两个隔板倾斜的方向相反；污水进水口位于厌氧区与缺氧区之间隔板低端同侧的筒体侧壁上；
厌氧区出水口位于厌氧区与缺氧区之间隔板高端的隔板边缘处；
缺氧区出水口位于缺氧区与好氧区之间隔板高端的隔板边缘处；
好氧区出水口位于好氧区与沉淀区之间隔板高端的隔板边缘处；
净水出水口位于好氧区与沉淀区之间隔板低端同侧的筒体侧壁上。
2.根据权利要求1所述的多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，其特征在于：
其中，所述厌氧区、缺氧区、好氧区和沉淀区的体积比1:4:5:1。
3.根据权利要求1所述的多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，其特征在于：
其中，所述曝气装置位于缺氧区与好氧区之间隔板低端同侧的筒体侧壁上，并位于好氧区的底部，且曝气装置的出气方向与该隔板的倾斜方向一致。
4.根据权利要求1所述的多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，其特征在于：
其中，所述曝气装置为微曝气装置。
5.根据权利要求1所述的多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，其特征在于：
其中，所述沉淀区具有刮泥设备，设置在好氧区与沉淀区之间的隔板上，并与其倾斜方向一致；
所述污泥出口位于刮泥设备底端的筒体侧壁上。
6.根据权利要求1所述的多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，其特征在于：
其中，所述污泥回流入口位于污水进水口的上方。
7.根据权利要求1所述的多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，其特征在于：
其中，所述硝化液出口位于缺氧区与好氧区之间隔板低端同侧的筒体侧壁上，并位于好氧区的顶部；
所述硝化液回流入口位于厌氧区与缺氧区之间隔板高端同侧的筒体侧壁上，并位于缺氧区的底部。
8.根据权利要求1所述的多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，其特征在于：
其中，所述搅拌件为扇叶；
所述厌氧区内的扇叶组数为缺氧区内扇叶组数的二倍。
9.根据权利要求8所述的多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，其特征在于：
还包括搅拌动力设备和搅拌轴；
搅拌动力设备固定在装置顶部；
搅拌轴自上向下插入筒体，底端伸至厌氧区内，顶端与搅拌动力设备连接，搅拌动力设备驱动器旋转，厌氧区和缺氧区内的扇叶均固定在搅拌轴上，随其转动。
10.根据权利要求1所述的多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，其特征在于：
其中，所述厌氧区出水口、厌氧区出水口和好氧区出水口均由若干个贯穿隔板的出水孔均匀分布排列构成。
技术总结
本发明公开了一种多相垂流化直流微氧内循环污水处理装置，包括筒体、三个隔板和曝气装置；三个隔板由下向上依次固定在筒体内，将筒体分为四个区域，由下向上依次为厌氧区、缺氧区、好氧区和沉淀区；厌氧区和缺氧区内均设有可旋转的搅拌件；曝气装置安装在好氧区，向好氧区内通气；位于厌氧区的筒体的侧壁开设有污水进水口，厌氧区与缺氧区之间的隔板开设有厌氧区出水口，缺氧区与好氧区之间的隔板开设有缺氧区出水口，好氧区与沉淀区之间的隔板开设有好氧区出水口，位于沉淀区的筒体的侧壁开设有净水出水口；三个隔板均相对于水平的筒体底面倾斜设置，且相邻的两个隔板倾斜的方向相反。本发明具有DO利用率高、运行成本小以及占地面积小等优点。
技术开发人、权利持有人：黄潇;段崇森;于江华;姚凯;李先悦;桂晓煊
