一体化双沉淀区立体循环氧化沟设备及其操作方法 技术领域
本发明属于利用生化技术处理污水的设备，特别涉及一种一体化双沉淀区立体循环氧化沟设备及其操作方法。
背景技术
目前公知的一种氧化沟污水处理技术是二十世纪50年代开发的，主要由氧化沟、二沉池和污泥回流系统组成，它是活性污泥处理方法的一种形式。最初利用氧化沟处理技术的装置是帕斯维尔(Pasveer)氧化沟装置，见附图3，此后又开发出各种不同形式的氧化沟装置，如卡罗塞(Carrousel)氧化沟装置，见附图4，以及奥贝尔(Orbal)氧化沟装置等，见附图5。
这些氧化沟装置的共同特点是：氧化沟是平面循环封闭式的沟渠，使用一种带方向控制的曝气和搅动装置推动混合液(污水和活性污泥组成)沿水平方向在闭合式渠道中进行连续循环；污水和微生物的停留时间长，有机污染物的负荷低；氧化沟能够通过低限度的操作和维护，稳定地达到有机物和总悬浮固体的有效去除。沉淀池与氧化沟分建，通过污泥泵将沉淀污泥回流到氧化沟内。其主要缺点是由于曝气设备的能力所限，氧化沟的深度较浅，通常水深为1-3米，占地面积大。因此，在土地资源紧缺的国家或地区使用受到制约。
二十世纪八十年代末，美国开发了另一种公知的氧化沟污水处理方法——一体化氧化沟(Integral oxidation Ditch简称I.O.D)，见附图6。它是一种将传统氧化沟装置的污水曝气净化和混合液的沉淀/分离合并为一体(沉淀池直接设置在氧化沟沟道中)，以实现污泥地无泵回流。该方法与传统氧化沟装置所用的方法相比，省掉了污泥回流系统。其缺点是：二沉池建于循环沟道中，增加了水流阻力，对曝气设备的要求提高。运行调节性能差。由于反应池中混合液仍然呈水平方向连续循环，受曝气能力的限制，水深一般不超过3米，因此，仍存在占地面积过大的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种流态方式上全新、更节约占地面积、进一步节省能耗的一体化双沉淀区立体循环氧化沟污水处理设备。
本发明的另一目的是提供一种应用一体化双沉淀区立体循环氧化沟污水处理设备的操作方法。
本发明的设备包括氧化沟和固液沉淀分离器，在氧化沟上部开有进水口，在进水口的前方安装有曝气转刷，其特征是：
所述的氧化沟是立体循环式氧化沟，其是由隔板将氧化沟分成上下两部分，上部为好氧区，下部为缺氧区；
所述的固液沉淀分离器是非矩形容器，其底部混合液进入口呈斜开口，在一侧壁的上部设有溢流堰和出水口，在另一侧壁上，且大约位于立体循环氧化沟中部一定高度处开有污泥回流口；
在立体循环式氧化沟中分别安装有两个固液沉淀分离器；
所述的两个固液沉淀分离器是分别安装在立体循环氧化沟的两端侧壁上，固液沉淀分离器的出水口在立体循环氧化沟的上部，污泥回流口大约位于立体循环氧化沟中部一定高度处。
所述的固液沉淀分离器分别安装在立体循环氧化沟的两端，是指立体循环氧化沟的曝气转刷相对的前后两端侧壁上。
所述的隔板是安装在两个固液沉淀分离器的内侧壁之间，并且隔板的两端分别与两个固液沉淀分离器的内侧壁之间留有使水畅通循环的沟道，或隔板分别与两个固液沉淀分离器的内侧壁密闭连接，在隔板两端分别开有使水畅通循环的孔。
所述的固液沉淀分离器的污泥回流口，是设在溢流堰和出水口对面的侧壁上，其中一个固液沉淀分离器的污泥回流口开在隔板以下且不超过1米处；另一个固液沉淀分离器的污泥回流口开在隔板以上且不超过1米处。
本发明的两个固液沉淀分离器在位于立体循环氧化沟中部适当高度处开有污泥回流口，借助氧化沟内混合液向下流或循环流动时产生的流体力学特性，使污泥自动回流到氧化沟内，污泥回流方式独特，泥水分离效果好，实现污泥回流的无动力消耗。两个固液分离器依污泥回流不同方式而具有相应不同的安装位置如下：固液分离器之一，安装于与曝气转刷的后方一端，混合液进口位于立体氧化沟下部，混合液只从此处进入分离器，完成泥水分离后，污泥从侧壁上位于立体循环氧化沟中部开有污泥回流口的结构处向上自动回流到氧化沟；固液分离器之二，安装于与曝气转刷的前方一端，混合液进口位于立体氧化沟下部，混合液只从此处进入分离器，完成泥水分离后，污泥从侧壁上位于立体循环氧化沟下部开有污泥回流口的结构处向下自动回流到氧化沟。
本发明的两个固液沉淀分离器均是有斜面的非矩形容器，可充分利用立体氧化沟内的死角空间，从而进一步提高泥水分离效果和系统的水力负荷。
本发明一体化双沉淀区立体循环氧化沟污水处理设备的操作方法是：城市生活污水或某些工业废水首先由进水口进入装有微生物群体(活性污泥)的立体循环氧化沟，通过曝气转刷装置使被搅动的污水与微生物群体充分混合，在立体循环氧化沟的上部，混合液呈好氧状态，可有效地降解有机物并将氨氮氧化为硝态氮(硝酸盐氮和亚硝酸盐氮)；然后，混合液通过侧边的沟道或孔向下流入立体循环氧化沟的下部，在此区，混合液呈缺氧状态，在反硝化菌的作用下将硝态氮还原为氮气而从水中去除；反硝化以有机物为碳源，如COD，因此可同时将部分有机物去除。
部分混合液分别从两个固液沉淀分离器底部的混合液进入口进入固液沉淀分离器中；流经沉淀区(混合液进入口与污泥回流口之间的区域)，进行固液分离。
混合液经固液分离后，与进水等量的上清液经溢流堰由两边等高度的出水口排出，污泥则通过流体力学的作用，由污泥回流口回流到立体循环一体化氧化沟内。混合液在动能和势能相互转换的过程中，又通过另一侧边的沟道向上流入立体循环一体化氧化沟的上部，这样在立体循环一体化氧化沟的上部和下部间呈立体循环流动。如此循环往复，污水得以净化。
本发明的设备及其操作方法具有如下优点：
1.系统结构紧凑，构造简洁，运行操作与维护十分简单，人工要求少，易于实现自动化控制。
2.立体循环式氧化沟内混合液上下循环流动，因而可有效提高氧化沟水深，与现有氧化沟相比占地面积可减少50％左右。
3.立体循环式氧化沟可同步完成有机物的去除和生物脱氮。在上部，混合液是好氧状态，可有效地降解有机物并将氨氮氧化为硝态氮(硝酸盐氮和亚硝酸盐氮)。在底层呈缺氧状态，在反硝化菌的作用下将硝态氮还原为氮气而从水中去除。反硝化以有机物为碳源，因此可同时将部分有机物去除。由于本立体循环氧化沟的底层与空气隔绝，无现有氧化沟缺氧段的空气复氧现象，有利于形成缺氧状态，反硝化效率高。与现有氧化沟相比，有效容积可减少30％左右。
4.本发明中固液沉淀分离器安装在沟的两端，对沟内循环的混合液流动没有任何影响。在各自适当高度设置污泥回流口，借助氧化沟内混合液下向流或循环流动时产生的流体力学特性使污泥自动回流到氧化沟内，污泥回流方式独特，泥水分离效果好，实现污泥回流的无动力消耗。
附图说明
图1.本发明一体化立体循环氧化沟设备的示意图；
图2.本发明的固液沉淀分离器结构示意图。
A.平面示意图；B.立体示意图。
图3.帕斯维尔(Pasveer)沟示意图。
图4.卡罗塞(Carrousel)氧化沟示意图。
图5.奥贝尔(Orbal)氧化沟示意图。
图6.现有一体化氧化沟(Integral oxidation Ditch简称I.O.D)示意图。
附图标记：
1.进水口 2.曝气转刷 3.水平面 4.溢流堰
5.出水 6.固液沉淀分离器 7.污泥回流口
8.混合液进入口 9.隔板 10.沟道
11.二沉池 12.隔墙 13.集水管 14.悬浮污泥层
具体实施方式
实施例1：
一立体循环一体化氧化沟，由隔板将氧化沟分成上下两部分，且两边留有沟道，上部为好氧区，下部为缺氧区；在立体循环氧化沟上部分的一侧壁上开有进水口，在进水口的前方安装有电机带动的曝气转刷；在立体循环氧化沟的两端侧壁上分别安装有固液沉淀分离器，由一块斜板将固液沉淀分离器的混合液进入口遮挡成倾斜的开口，在其上部的侧壁上设有溢流堰和出水口，在另一侧壁上，且位于立体循环氧化沟下部处开有污泥回流口。
将含有COD为110～440mg/l，氨氮为55mg/l，SS为130～500mg/l的污水由进水口泵入装有取自城市污水处理厂回流污泥的立体循环式氧化沟，整个运行过程中，保持具有双沉淀池的立体循环一体化氧化沟内活性污泥浓度为2000～4000mg/l，水温为5～30℃，pH为6～9。
通过曝气转刷装置使被搅动的污水与微生物群体(活性污泥)充分混合，在此区，混合液呈好氧状态，有机物得到有效地降解，氨氮在上部沟道内发生硝化反应转化为硝态氮，在底部硝态氮转化成氮气而从水中逸出，完成了生物脱氮过程。部分混合液分别从两个固液沉淀分离器底部的混合液进入口进入固液沉淀分离器中；混合液经固液沉淀分离器的混合液进入口与污泥回流口之间的沉淀区进行固液分离；
混合液经固液分离后，与进水等量的上清液经溢流堰由出水口排出，污泥则通过流体力学的作用，由污泥回流口回流到立体循环一体化氧化沟内。混合液在动能和势能相互转换的过程中，又通过另一侧边的沟道向上流入立体循环一体化氧化沟的上部，这样在立体循环一体化氧化沟的上部和下部间呈立体循环流动。如此循环往复，污水得以净化。
出水中COD为30～50mg/l，氨氮为0～2mg/l，SS为13～50mg/l，达到了国家生活杂用水水质标准。