CN102173543B - 风能驱动小型污水处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风能驱动小型污水处理装置包括供气装置和一体化生物处理装置，将风力机、气体限流减压器与两段式生物混合床和沉淀池构成的一体化生物处理装置结合起来，利用可再生的风能作为水循环和充氧的能源，在内设悬浮填料的生物混合床内使污水中微生物、底物、溶解氧充分接触混合，微生物对污水中有机物进行吸附、氧化、分解，实现污水的净化处理。本发明所涉及的风能驱动小型污水处理装置合理利用风能，没有电能消耗，满足环保设施保护生态环境的初衷和自身对能源的需求，在小型污水处理领域具有明显节能、环保的特点，适宜设置在风能资源相对丰富的铁路中小车站以及其他相应站点。

Description

风能驱动小型污水处理装置

技术领域

本发明涉及污水处理装置，特别是涉及利用风能供气的好氧生化污水处理装置。

背景技术

对于城区、厂矿，污水排放量大、排放点集中，较易实现污水集中治理。而铁路沿线车站污水排放点分散、数量多，污水排放量小，给污水的治理增加了困难。如果此类污染源不能得到有效治理，也对自然环境产生比较大的影响，因此，铁路沿线车站的污水处理在铁路工程建设中愈来愈得到重视。

目前，铁路沿线车站一般设置好氧生化工艺的小型污水处理装置，应用电动鼓风机向污水池中曝气充氧，在曝气区内产生气水接触、混合作用以及水循环流动，保持污水内微生物、底物、溶解氧状态平衡，为微生物降解有机物提供有利的生化反应条件。

铁路沿线车站设置的采用好氧生化工艺的小型污水处理装置，具有运行稳定，占地面积小的特点。但是，现有装置能耗较高，污水提升和鼓风曝气的电耗约占运营成本的60%，另外，污水处理装置的生化池不能很好适应不同季节污水水量、水质变化引起的冲击负荷，鼓风曝气充氧的利用率也有限制，难以为微生物降解有机物提供最佳生化反应条件。

发明内容

针对现有技术的好氧生化工艺小型污水处理装置存在的问题，本发明推出利用风能的小型污水处理装置，其目的在于将风力机、气体限流减压器与两段式生物混合床和沉淀池构成的一体化生物处理装置结合起来，利用可再生的风能作为水循环和充氧的能源，在内设悬浮填料的生物混合床内使污水中微生物、底物、溶解氧充分接触混合，微生物对污水中有机物进行吸附、氧化、分解，实现污水的净化处理。

本发明所述的风能驱动小型污水处理装置包括供气装置、预处理池和一体化生物处理装置。供气装置包括风力机、储气罐，风力机通过输风管连接储气罐，风力机的风轮叶片在风吹动下转动，驱动风力空压泵产生压缩气体，输送到储气罐内。储气罐通过空气输出管与预处理池和一体化生物处理装置连接，一体化生物处理装置包括箱体内并列设置的一段生物混合床、二段生物混合床和沉淀池，二段生物混合床置于一段生物混合床和沉淀池之间。预处理池的进水口连接污水源，出水口通过管道连接一段生物混合床的进水口，一段生物混合床和二段生物混合床底部连通，二段生物混合床和沉淀池通过导流管连通，沉淀池的出水口置于一体化生物处理装置的箱体上并由出水管与外部连通。一段生物混合床和二段生物混合床内分别设置悬浮填料、气液混合提升管和空气管，悬浮填料设置在混合床内的中部，气液混合提升管为垂直设置的管子，空气管从箱体外部进入并插在气液混合提升管内，空气管上段通过气体限流减压器连接供气装置储气罐的空气输出管。

预处理池内部设置隔墙，将预处理池分为前后两段，前段侧壁上有连接污水源的进水口。隔墙上部设置过水孔，使预处理池内的前段和后段连通。预处理池后段垂直设置污水提升管和空气管，污水提升管下端口置于预处理池底部，污水提升管的上端口通过延伸管连接一段生物混合床的进水口。空气管从上部进入预处理池并插入污水提升管下端口内，空气管上段通过气体限流减压器连接供气装置储气罐的空气输出管。

一段生物混合床和二段生物混合床内设置的悬浮填料为空隙率高、比表面积大、比重小于1的高分子材质填料，置于平行设置在生物混合床内部的上拦截网和下支护板之间。气液混合提升管为垂直设置的管子，其上、下端口均成喇叭口形状，气液混合提升管的上端口置于上拦截网的上面，气液混合提升管的下端口置于下支护板的下面。空气管从箱体外部进入生物混合床并插在气液混合提升管内，并达到气液混合提升管的下部。空气管上段通过气体限流减压器连接供气装置储气罐的空气输出管 。

沉淀池内设置导流管、空气管、回流污泥管、折流板、出水堰，导流管、空气管、回流污泥管为分别垂直插在沉淀池内的管子。导流管的上端连通二段生物混合床上部的出水口，下端置于沉淀池的下部，下端出水口与水平向呈45°夹角，多根导流管在分隔二段生物混合床和沉淀池的箱壁一侧均匀排列。回流污泥管下端口置于沉淀池底部，回流污泥管上段穿出沉淀池连接到一段生物混合床上部的泥水进口和预处理池上部的泥水进口。空气管从箱体外部进入沉淀池并插到回流污泥管下部。空气管上段通过气体限流减压器连接供气装置储气罐的空气输出管。

在设置出水管的沉淀池箱壁内侧设置与该箱壁等宽的出水堰，出水堰包括立板和水平板两部分，立板上沿水平方向均匀布置集水孔。出水堰下部设置折流板，折流板斜向固定于出水堰立板底端上，折流板与出水堰立板等宽。

供气装置储气罐的空气输出管分别通过气体限流减压器连接预处理池、一段生物混合床、二段生物混合床和沉淀池的空气管，将储气罐的压缩空气输送到预处理池、生物混合床和沉淀池内。

气体限流减压器为中空的圆柱和圆台组合结构的部件，用于控制压缩空气的输出量以及输入预处理池和一体化生物处理装置气体的压力和流量。

气体限流减压器包括喷嘴、气体接受室、气体混合室、气体扩散室。气体接受室、气体混合室、气体扩散室的内腔连通，气体接受室的内径大于气体混合室的内径。气体混合室的一端连接气体接受室，另一端连接气体扩散室。气体扩散室成喇叭口形状，气体扩散室的出口与预处理池和一体化生物处理装置的空气管连接。气体接受室内设置喷嘴，喷嘴与储气罐连接，气体接受室的侧壁设置引射空气吸入口，引射空气吸入口上安装空气过滤器。

气体接受室内的喷嘴将来自储气罐调压后的空气喷出，同时带动外部空气经过滤器和引射空气吸入口进入接受室，两部分空气依次经过气体混合室和气体扩散室限流减压后输出，再经空气管进入预处理池和一体化生物处理装置，为污水处理装置提供气水混合与循环的驱动力，为对污水进行生化作用的微生物供氧。

污水首先进入预处理池前段，去除无机泥砂和部分悬浮物，再通过隔墙上部的过水孔进入预处理池后段，来自空气管的压缩空气随污水从下端口进入污水提升管，并沿污水提升管上升，然后从污水提升管的上端口通过延伸管进入一段生物混合床。污水在预处理池内利用压缩空气的提升，可以达到一定的预曝气效果。

污水从上部的进水口进入一段生物混合床，形成下向流穿过悬浮填料到达生物混合床的底部；然后，随来自空气管的压缩空气在气液混合提升管下端口形成气液混合，沿气液混合提升管上升，并从气液混合提升管的上端口流出，并随下向流再回到生物混合床底部。在一段生物混合床底部，大部分污水又进气液混合提升管提升，少部分从底部进入二段生物混合床。

进入二段生物混合床的污水，又随来自空气管的压缩空气在气液混合提升管上升时从下端口进入管内，并形成气液混合的上升流沿气液混合提升管上升，气液混合的上升流从气液混合提升管的上端口流出，大部分污水再向下流穿过悬浮填料回到生物混合床底部，少部分污水通过导流管进入沉淀池。

在来自空气管的压缩空气的提升作用下，污水在一段生物混合床和二段生物混合床中上下循环，并反复穿过生物混合床内的悬浮填料，在悬浮填料中形成的下向气水混合流与上向流污水充分接触碰撞，实现氧气由污水向悬浮填料表面生物膜的传导，利用生物膜的吸附、氧化、分解作用去除污水中的污染物。

经生化处理后的污水通过导流管从二段生物混合床进入沉淀池，在沉淀池内部形成泥水混合液的旋流，从沉淀池底部返上的污泥经折流板阻挡返回沉淀池底部，实现泥水分离，沉淀池的上层清水即处理后的水经过出水堰立板上的小孔流出，再经沉淀池出水孔自流排放。污水中的污泥在沉淀池底部沉淀、浓缩，随来自空气管的压缩空气在回流污泥管上升时从下端口进入管内，并形成污泥混合的上升流沿回流污泥管上升，再经回流污泥管的延伸管分别进入一段生物混合床和预处理池，进一步循环混合和促进生化作用。

本发明所涉及的污水处理装置合理利用风能，没有电能消耗，满足环保设施保护生态环境的初衷和自身对能源的需求，在小型污水处理领域具有明显节能、环保的特点。

本发明所涉及的污水处理装置利用悬浮填料上的生物膜易于生长繁殖，能够生长世代时间较长微生物的特点，提高装置抗冲击负荷能力；污水净化过程分为串联的两段生物混合床，每段都繁衍与进入本段污水水质相适应的微生物，并形成优势种属，有利于微生物新陈代谢功能的充分发挥和有机污染物的降解，保证装置出水水质的稳定。

本发明的装置内部无任何活动部件，管理简单，布置紧凑，适宜设置在风能资源相对丰富的铁路中小车站以及其他相应站点。

附图说明

图1是本发明的基本结构示意图；

图2是本发明的一体化生物处理装置剖面结构示意图；

图3是本发明的气体限流减压器剖面结构示意图。

图中标记说明：

A、风力机            B、储气罐

C1、C2、C3、C4、 气体限流减压器

D、预处理池          E、一体化生物处理装置

Ⅰ、一段生物混合床   Ⅱ、二段生物混合床

Ⅲ、沉淀池

1、空气输出管         2、预处理池空气管

3、污水提升管         4、隔墙

5、回流污泥管         6、一段生物混合床空气管

7、气液混合提升管     8、二段生物混合床空气管

9、气液混合提升管     10、导流管

11、沉淀池空气管      12、悬浮填料

13、上拦截网          14、下支护板

15、折流板            16、出水堰

17、出水管            18、空气过滤器

19、气体接受室        20、喷嘴

21、气体混合室        22、气体扩散室。

具体实施方式

结合附图对本发明的技术方案作进一步描述。图1和图2显示了本发明的基本结构，图3显示了图1和图2中的气体限流减压器的基本结构。

如图所示，本发明所述的风能驱动小型污水处理装置包括供气装置、预处理池D和一体化生物处理装置E。供气装置包括风力机A、储气罐B，风力机A通过输风管连接储气罐B，风力机A的风轮叶片在风吹动下转动，驱动风力空压泵产生压缩气体，输送到储气罐B内。储气罐B通过空气输出管1与预处理池D和一体化生物处理装置E连接，一体化生物处理装置E包括箱体内并列设置的一段生物混合床Ⅰ、二段生物混合床Ⅱ和沉淀池Ⅲ，二段生物混合床Ⅱ置于一段生物混合床Ⅰ和沉淀池Ⅲ之间。预处理池D的进水口连接污水源，出水口通过管道连接一段生物混合床Ⅰ的进水口，一段生物混合床Ⅰ和二段生物混合床Ⅱ底部连通，二段生物混合床Ⅱ和沉淀池Ⅲ通过导流管10连通，沉淀池Ⅲ的出水口置于一体化生物处理装置E的箱体上并由出水管17与外部连通。

一段生物混合床Ⅰ和二段生物混合床Ⅱ内分别设置悬浮填料12、气液混合提升管、上拦截网13、下支护板14和空气管，悬浮填料12设置在混合床内中部的上拦截网13和下支护板14之间。

一段生物混合床Ⅰ内有气液混合提升管7和空气管6，二段生物混合床Ⅱ内有气液混合提升管9和空气管8。空气管6从箱体外部进入一段生物混合床Ⅰ并插在气液混合提升管7内，并达到气液混合提升管7的下部,空气管6的上段通过气体限流减压器C2连接供气装置储气罐的空气输出管1。空气管8从箱体外部进入二段生物混合床Ⅱ并插在气液混合提升管9内，并达到气液混合提升管9的下部,空气管8的上段通过气体限流减压器C3连接供气装置储气罐的空气输出管1。

预处理池D内部设置隔墙4，将预处理池D分为前后两段，前段侧壁上有连接污水源的进水口。隔墙4上部设置过水孔，使预处理池D内的前段和后段连通。预处理池D后段垂直设置污水提升管3和空气管2，污水提升管3下端口置于预处理池D的底部，污水提升管3的上端口通过延伸管连接一段生物混合床Ⅰ的进水口。空气管2从上部进入预处理池D并插入污水提升管3下端口内，空气管2上段通过气体限流减压器C1连接供气装置储气罐的空气输出管1。

沉淀池Ⅲ内设置导流管10、空气管11、回流污泥管5、折流板15、出水堰16，导流管10、空气管11、回流污泥管9为分别垂直插在沉淀池Ⅲ内的管子。导流管10的上端连通二段生物混合床Ⅱ上部的出水口，下端置于沉淀池Ⅲ的下部，下端出水口与水平向呈45°夹角。多根导流管10在分隔二段生物混合床Ⅱ和沉淀池Ⅲ的箱壁一侧均匀排列，多根导流管10为3-5根。回流污泥管5下端口置于沉淀池Ⅲ的底部，回流污泥管5上段穿出沉淀池Ⅲ连接到一段生物混合床Ⅰ上部的泥水进口和预处理池D上部的泥水进口。空气管11从箱体外部进入沉淀池Ⅲ并插到回流污泥管5下部，空气管11的上段通过气体限流减压器C4连接供气装置储气罐的空气输出管1。

出水堰包括立板和水平板两部分，立板上沿水平方向均匀布置集水孔。折流板15斜向固定于出水堰立板底端。

在设置出水管17的沉淀池Ⅲ箱壁内侧设置与该箱壁等宽的出水堰16，出水堰16包括立板和水平板两部分，立板上沿水平方向均匀布置集水孔。出水堰16下部设置折流板15，折流板15斜向固定于出水堰16立板底端上，折流板15与出水堰16立板等宽。

气体限流减压器C1、C2、C3、C4为中空的圆柱和圆台组合结构的部件，用于控制压缩空气的输出量以及输入预处理池D、一段生物混合床Ⅰ、二段生物混合床Ⅱ、沉淀池Ⅲ内气体的压力和流量。

气体限流减压器包括喷嘴20、气体接受室19、气体混合室21、气体扩散室22。气体接受室19、气体混合室21、气体扩散室22的内腔连通，气体混合室21置于气体接受室19和气体扩散室22之间，气体混合室21的一端连接气体接受室19，另一端连接气体扩散室22。气体接受室19的内径大于气体混合室21的内径，气体扩散室22成喇叭口形状，气体扩散室22的出口与预处理池D和一体化生物处理装置E的空气管连接。气体接受室19内设置喷嘴20，喷嘴20与储气罐B连接，气体接受室19的侧壁设置引射空气吸入口，引射空气吸入口上安装空气过滤器18。

气体限流减压器C1将来自喷嘴的空气和引射空气混合后经空气管2送入预处理池D，气体限流减压器C2将来自喷嘴的空气和引射空气混合后经空气管6送入一段生物混合床Ⅰ池，气体限流减压器C3将来自喷嘴的空气和引射空气混合后经空气管8送入二段生物混合床Ⅱ，气体限流减压器C4将来自喷嘴的空气和引射空气混合后经空气管11送入沉淀池Ⅲ，为污水处理装置提供气水混合与循环的驱动力，为对污水进行生化作用的微生物供氧。

Claims (6)

1.一种风能驱动小型污水处理装置，其特征在于：所述风能驱动小型污水处理装置包括供气装置、预处理池（D）和一体化生物处理装置（E），供气装置包括风力机（A）、储气罐（B），风力机（A）通过输风管连接储气罐(B)，风力机(A)驱动风力空压泵产生的压缩气体输送到储气罐（B）内，储气罐（B）通过空气输出管(1)与预处理池(D)和一体化生物处理装置(E)连接；一体化生物处理装置(E)包括箱体内并列设置的一段生物混合床(Ⅰ)、二段生物混合床(Ⅱ)和沉淀池（Ⅲ），二段生物混合床(Ⅱ)置于一段生物混合床(Ⅰ)和沉淀池(Ⅲ)之间；预处理池(D)的进水口连接污水源，出水口通过管道连接一段生物混合床(Ⅰ)的进水口，一段生物混合床(Ⅰ)和二段生物混合床(Ⅱ)底部连通，二段生物混合床(Ⅱ)和沉淀池(Ⅲ)通过导流管(10)连通，沉淀池(Ⅲ)的出水口置于一体化生物处理装置(E)的箱体上并由出水管(17)与外部连通；一段生物混合床(Ⅰ)和二段生物混合床(Ⅱ)内分别设置悬浮填料(12)、气液混合提升管和空气管，悬浮填料(12)设置在混合床内的中部，气液混合提升管为垂直设置的管子，空气管从箱体外部进入并插在气液混合提升管内，空气管上段通过气体限流减压器连接供气装置储气罐 (B)的空气输出管 (1)。

2.根据权利要求1中所述的风能驱动小型污水处理装置，其特征在于：所述预处理池(D)内部设置隔墙(4)，将预处理池(D)分为前后两段，前段侧壁上有连接污水源的进水口，隔墙(4)上部设置过水孔，使预处理池(D)内的前段和后段连通；预处理池(D)后段垂直设置污水提升管(3)和预处理池空气管(2)，污水提升管(3)下端口置于预处理池(D)的底部，污水提升管(3)的上端口通过延伸管连接一段生物混合床(Ⅰ)的进水口，预处理池空气管(2)从上部进入预处理池(D)并插入污水提升管(3)下端口内，预处理池空气管(2)上段通过第一气体限流减压器(C1)连接供气装置储气罐的空气输出管(1)。

3.根据权利要求1中所述的风能驱动小型污水处理装置，其特征在于：一段生物混合床(Ⅰ)和二段生物混合床(Ⅱ)内的悬浮填料(12)平行设置在上拦截网(13)和下支护板(14)之间；一段生物混合床(Ⅰ)内设置第一气液混合提升管(7)和一段生物混合床空气管(6)，二段生物混合床(Ⅱ)内有第二气液混合提升管(9)和二段生物混合床空气管(8)；一段生物混合床空气管(6)从箱体外部进入一段生物混合床(Ⅰ)并插在第一气液混合提升管(7)内，并达到第一气液混合提升管(7)的下部, 一段生物混合床空气管(6)的上段通过第二气体限流减压器(C2)连接供气装置储气罐的空气输出管(1)；二段生物混合床空气管(8)从箱体外部进入二段生物混合床(Ⅱ)并插在第二气液混合提升管(9)内，并达到第二气液混合提升管(9)的下部, 二段生物混合床空气管(8)的上段通过第三气体限流减压器(C3)连接供气装置储气罐的空气输出管(1)。

4.根据权利要求1中所述的风能驱动小型污水处理装置，其特征在于，所述沉淀池（Ⅲ）内设置导流管(10)、沉淀池空气管(11)、回流污泥管(5)、折流板(15)、出水堰(16)，导流管(10)、沉淀池空气管(11)、回流污泥管(5)为分别垂直插在沉淀池(Ⅲ)内的管子，导流管(10)的上端连通二段生物混合床(Ⅱ)上部的出水口，下端置于沉淀池（Ⅲ）的下部，导流管(10)下端出水口与水平向呈45°夹角，多根导流管(10)在分隔二段生物混合床(Ⅱ)和沉淀池（Ⅲ）的箱壁一侧均匀排列，多根导流管(10)为3-5根；回流污泥管(5)下端口置于沉淀池(Ⅲ)的底部，回流污泥管(5)上段穿出沉淀池（Ⅲ）连接到一段生物混合床(Ⅰ)上部的泥水进口和预处理池(D)上部的泥水进口；沉淀池空气管(11)从箱体外部进入沉淀池(Ⅲ)并插到回流污泥管(5)下部，沉淀池空气管(11)的上段通过第四气体限流减压器(C4)连接供气装置储气罐的空气输出管(1)。

5.根据权利要求4中所述的风能驱动小型污水处理装置，其特征在于，所述出水堰(16)设置在沉淀池(Ⅲ)箱壁内侧，出水堰(16)与沉淀池(Ⅲ)箱壁等宽，包括立板和水平板两部分，立板上沿水平方向均匀布置集水孔，出水堰(16)立板的底端斜向固定折流板(15)，折流板(15)与出水堰(16)立板等宽。

6.根据权利要求1中所述的风能驱动小型污水处理装置，其特征在于，所述气体限流减压器包括喷嘴(20)、气体接受室(19)、气体混合室(21)、气体扩散室(22)，气体接受室(19)、气体混合室(21)、气体扩散室(22)的内腔连通，气体混合室(21)置于气体接受室(19)和气体扩散室(22)之间，气体混合室(21)的一端连接气体接受室(19)，另一端连接气体扩散室(22)；气体接受室(19)的内径大于气体混合室(21)的内径，气体扩散室(22)成喇叭口形状，气体扩散室(22)的出口与预处理池(D)和一体化生物处理装置(E)的空气管连接；气体接受室(19)内设置喷嘴(20)，喷嘴(20)与储气罐(B)连接，气体接受室(19)的侧壁设置引射空气吸入口，引射空气吸入口上安装空气过滤器(18)。

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