CN102249493A - 旋流式农村生活污水处理一体化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋流式农村生活污水处理一体化反应器，反应器主体内设有厌氧反应器，厌氧反应器外设有螺纹状挡板并与反应器主体内壁相连，厌氧反应器一端为开口端，厌氧反应器另一端为封闭端并与进水口、进水泵、进水阀、进水流量计和进水箱顺次相连接，厌氧反应器外部为有氧反应区，有氧反应区一侧为兼氧反应区，另一侧为好氧反应区并与气泵、进气阀、气体流量计、螺纹状挡板、曝气头、排泥口、第一污泥截止阀和第二污泥截止阀顺次相连接，厌氧反应器另一端端部设有沉淀区，沉淀区与出水口、出水箱、排泥口、第一污泥截止阀和第二污泥截止阀顺次相连接。本发明可适用农村生活污水处理，可实现高效降解污染物，获得优质出水，节约能源。

Description

旋流式农村生活污水处理一体化反应器

技术领域

本发明涉及一种旋流式农村生活污水处理一体化反应器，适用于高效生物处理农村生活污水，能够实现高效降解污染物和脱氮，获得优质出水，同时节约能源。

背景技术

农村污水处理率很低，而且处理设施大多十分简陋，农村一般采用三格式化粪池处理农村生活污水，但其主要承担物理沉淀作用，处理效率很低，出水中有机物和氨氮的浓度仍然很高，排放地表水体后，引起水功能严重退化，水体发臭变黑，甚至鱼虾绝迹，对农村的水域环境造成了严重的污染，严重制约了农村环境的改善和农村经济的发展。

针对农村居民分散居住且污水处理必须投资低、运行费用省、操作简便的特点，结合农村实际情况，借鉴国外发达国家多年来在农村生活污水处理上的成功经验，因地制宜地研究开发农村生活污水高效、低成本、资源化利用的生物生态处理利用技术，是目前全国农村生活污水污染防治工作中急需解决的技术难题。

现有农村生活污水处理设施大多十分简陋，一般采用三格式化粪池处理农村生活污水，处理效果不佳，出水中有机物和氨氮的浓度仍然很高。近几年发展起来的不同类型地埋式无动力厌氧处理装置，虽然对去除有机污染物效果较显著，COD排放基本能够达到《污水综合排放标准》一级或二级限值要求。但《污水综合排放标准》（GB18918-2002）一、二级标准规定氨氮允许排放限值分别为5mg/L(一级B为8mg/L)和25mg/L，因限于此类工艺和技术的设计缺陷，现有处理技术和设施出水NH₃-N都难以达标，迫切需要研究开发旋流式高效简易农村生活污水脱氮技术或对现有装置进行生物强化处理，这是目前农村生活污水处理技术急需解决的重大问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种旋流式农村生活污水处理一体化反应器。

旋流式农村生活污水处理一体化反应器包括气泵、进气阀、气体流量计、反应器主体、有氧反应区、好氧反应区、兼氧反应区、第一污泥截止阀、第二污泥截止阀、排泥口、厌氧反应区、曝气头、进水口、厌氧反应器、螺纹状挡板、出水箱、进水泵、进水阀、进水流量计、出水口、进水箱和沉淀区；反应器主体内设有厌氧反应器，厌氧反应器外设有螺纹状挡板，并与反应器主体内壁相连，厌氧反应器一端为开口端，厌氧反应器另一端为封闭端并与进水口、进水泵、进水阀、进水流量计和进水箱顺次相连接，厌氧反应器外部为有氧反应区，有氧反应区一侧为兼氧反应区，有氧反应区另一侧为好氧反应区并与气泵、进气阀、气体流量计、螺纹状挡板、曝气头、排泥口、第一污泥截止阀和第二污泥截止阀顺次相连接，厌氧反应器另一端端部设有沉淀区，沉淀区与出水口、出水箱、排泥口、第一污泥截止阀和第二污泥截止阀顺次相连接，厌氧反应器内部为厌氧反应区。

所述的反应器主体下部为半圆柱体，上部为长方体且顶部敞口，其中圆柱体直径为300～500mm、圆柱体长度200～500mm，长方体高度为200～400mm。所述的出水口直径20～30mm，出水箱的体积10～20L。所述的厌氧反应区为圆柱体，圆柱体直径为200～400mm、圆柱体长度200～400mm。所述的厌氧反应区内部填充弹性填料，弹性填料直径13~15mm，弹性填料间距30~40mm。所述的进水口直径20～30mm。所述的螺纹状挡板高度为40～50mm，螺纹状挡板间距为40～50mm，螺纹状挡板线数为3。所述的有氧反应区内部填充弹性填料，弹性填料直径10~15mm，弹性填料间距30~40mm。所述的曝气头为圆柱体，圆柱体直径为10～15mm，长度15～25mm，曝气头表面均匀分布着微孔，孔径为0.1～0.3mm，每个小孔之间相互间隔1～4mm。所述的底部排泥口直径20～30mm。

本发明中污水在反应器中依次经历了厌氧反应、好氧反应、兼氧反应、好氧反应、兼氧反应、好氧反应、兼氧反应，最终沉淀后出水。弹性填料为微生物的附着提供了优异环境，提高了微生物种类和数量，进而提高了污染物去除效率，特别是对氮的去除有很好的效果。

将厌氧反应区、好氧反应区、兼氧反应区和沉淀区设计在一个反应器中，通过不同微生物在不同区域发挥高效协同作用降解污染物，对氮的去除有特别好的效果。这类反应器设计的关键在于不同区域的合理组合，使其功能实现最大化，在提高处理效率、获得优质出水的同时，节约能源。 

附图说明

图1是旋流式农村生活污水处理一体化反应器结构示意图；

图2是旋流式农村生活污水处理一体化反应器左视示意图；

图中：气泵1、进气阀2、气体流量计3、反应器主体4、外部反应区5、好氧反应区5-1、兼氧反应区5-2、第一污泥截止阀6、第二污泥截止阀7、排泥口8、厌氧反应区9、曝气头10、进水口11、厌氧反应器12、螺纹状挡板13、出水箱14、进水泵15、进水阀16、进水流量计17、出水口18、进水箱19、沉淀区20。

具体实施方式

如图1所示，旋流式农村生活污水处理一体化反应器包括气泵1、进气阀2、气体流量计3、反应器主体4、有氧反应区5、好氧反应区5-1、兼氧反应区5-2、第一污泥截止阀6、第二污泥截止阀7、排泥口8、厌氧反应区9、曝气头10、进水口11、厌氧反应器12、螺纹状挡板13、出水箱14、进水泵15、进水阀16、进水流量计17、出水口18、进水箱19和沉淀区20；反应器主体4内设有厌氧反应器12，厌氧反应器12外设有螺纹状挡板13，并与反应器主体4内壁相连，厌氧反应器12一端为开口端，厌氧反应器12另一端为封闭端并与进水口11、进水泵15、进水阀16、进水流量计17和进水箱19顺次相连接，厌氧反应器12外部为有氧反应区5，有氧反应区5一侧为兼氧反应区5-2，有氧反应区5另一侧为好氧反应区5-1并与气泵1、进气阀2、气体流量计3、螺纹状挡板13、曝气头10、排泥口8、第一污泥截止阀6和第二污泥截止阀7顺次相连接，厌氧反应器12另一端端部设有沉淀区20，沉淀区20与出水口18、出水箱14、排泥口8、第一污泥截止阀6和第二污泥截止阀7顺次相连接，厌氧反应器12内部为厌氧反应区9。

所述的反应器主体4下部为半圆柱体，上部为长方体且顶部敞口，其中圆柱体直径为300～500mm、圆柱体长度200～500mm，长方体高度为200～400mm。所述的出水口18直径20～30mm，出水箱14的体积10～20L。所述的厌氧反应区9为圆柱体，圆柱体直径为200～400mm、圆柱体长度200～400mm。所述的厌氧反应区9内部填充弹性填料，弹性填料直径13~15mm，弹性填料间距30~40mm。所述的进水口11直径20～30mm。所述的螺纹状挡板13高度为40～50mm，螺纹状挡板13间距为40～50mm，螺纹状挡板13线数为3。所述的有氧反应区5内部填充弹性填料，弹性填料直径10~15mm，弹性填料间距30~40mm。所述的曝气头10为圆柱体，圆柱体直径为10～15mm，长度15～25mm，曝气头10表面均匀分布着微孔，孔径为0.1～0.3mm，每个小孔之间相互间隔1～4mm。所述的底部排泥口8直径20～30mm。

旋流式农村生活污水处理一体化反应器在结构上均由4部分构成，即进出水系统、主反应系统、曝气系统﹑排泥系统。农村生活污水经过进水泵15，进水阀16，进水流量计17由进水箱19进入厌氧反应区9。污水在厌氧反应区9从右向左流动过程中发生厌氧反应，附着在内部弹性填料的微生物对污水中污染物进行初步水解酸化。厌氧反应区9出水进入有氧反应区5，污水在有氧反应区5沿螺纹状挡板13从左到右做螺旋状流动过程中，与弹性填料上的微生物依次发生好氧反应、兼氧反应、好氧反应、兼氧反应……最终污水进入外管最右侧的沉淀区20，沉淀后污水由出水口18进入出水箱14。外部反应区5和沉淀区20底部含有排泥口8和污泥截止阀7，适时排泥。

经过分析污染物特别是氮的转化降解过程中涉及到的微生物各方面特性，着重考虑为厌氧微生物、兼氧微生物和好氧微生物的共存条件，提高污染物降解效率，减少污泥流失的问题，通过对传统生物膜法及其变形工艺的改进，根据三种微生物的生长特性结合生物膜和环流的特点，采用一侧曝气，独立的沉淀区，螺纹状挡板阻挡，产生液体循环流动等设计，使反应器的特性得到淋漓尽致的发挥，为以后的农村生活污水反应器的选择提供了新的思路。

具体说明如下：

1）曝气头和生物填料的装入：将厌氧反应区9整体从反应器主体4中取出，将弹性生物填料分别装入到厌氧反应区9，再将厌氧反应区9整体放入到反应器主体4中；将曝气头装入到有氧反应区5右下方左视图B处，再向有氧反应区5填充弹性生物材料。

2）进水系统：进水系统设有进水箱，设计尺寸为400mm×300mm×500mm，进水管采用10～30mmPVC管，由进水泵15驱动，流经进水阀16和进水流量计17，进入反应器主体4。

3）曝气：曝气设备包括气泵1﹑空气输送管以及曝气头10，曝气头10处于生物填料下端，优点是不易被污泥堵塞曝气孔﹑节约空间，由于曝气头10只存在有氧反应区5右下方左视图B处位置，故会存在好氧B和兼氧C两个区域。

4）主反应系统：主反应系统设有厌氧反应区9和有氧反应区5，其中厌氧反应区9保持厌氧环境，而有氧反应区5维持好氧和兼氧环境。并且在有氧反应区5存在螺纹状挡板13，污水在主反应区流动过程中，与弹性填料上的微生物依次发生好氧反应、兼氧反应、好氧反应、兼氧反应……进而污染物得到高效去除。

5）沉淀及出水系统：沉淀区20在反应器右侧与主反应区相连，右侧主反应区水流方向为向上，故废水从下端螺旋通道进入沉淀区20，沉淀污泥从下端排泥口流出主反应区，由于沉淀管高度达到450～500mm，上端为排水口18，与出水箱14连接，出水从排水口18进入出水箱14。

6）水样监测：等反应器运行一段后，通过取进出水水样，对各取样口水样的不同形态氮浓度及COD值进行检测，分析曝气强度、填料填充密度、表面负荷是否合适，如出水水样的氮浓度及COD浓度值不符合要求，则根据不同的现象考虑是否继续增加曝气强度和降低表面负荷等，直至检测出水各种氮浓度及COD浓度值符合要求为止。当反应器运行较长一段时间后，应对出水水样进行连续检测。 

7）污泥的排出：反应器运行一段时间后随着微生物的大量繁殖，污泥可能会在反应区底部积累，要定期进行剩余污泥的排放。首先打开反应器底部污泥截止阀，利用重力作用将污泥斗中污泥排出，排除量要根据实际测的污泥浓度而定。

本发明以生物膜法及其变形工艺的设计理论为指导，从污水处理的生物膜及流化床技术实际应用的可操作性与运行费用角度考虑，以提高污水的COD和总氮去除率为目标，经过大量资料查询及实际观察实验，总结已有反应器和目前工艺不足的基础上，本次旋流式农村生活污水处理一体化反应器的设计重点考虑了以下几个因素：

（1）由于硝化菌和反硝化细菌适合在不同的条件下生长，一般的同时硝化反硝化反应器中硝化菌和反硝化菌混合生长，影响了相互的活性。因此，本一体化反应器设计硝化菌在好氧区填料上附着生长，反硝化菌在兼氧区填料上附着生长，从而不影响各自的活性，同时满足了硝化反硝化工艺，提高了脱氮效率。（2）一般反应器需要较高的回流比才能使颗粒污泥处于流化状态，提高了对反应器设备要求，同时增加了能源的消耗。本设计污泥附着在弹性填料上，且只对外部反应区的一侧（左视图右侧）曝气，使外部反应区保持好氧和兼氧环境，一定程度的节约了能源。（3）一般反应器中沉淀区高度不够高，使固液混合液在沉淀区停留时间不够长，导致沉淀效果不佳，不利于固液相分离，本设计污泥附着在弹性填料上，反应后出水中含泥很少，并且设计了独立沉淀区，独立沉淀区大大增加沉淀区高度，有效高度为450～500mm，能够达到良好的固液相分离效果，有效防止生物的流失。（4）一般采用方形或者矩形反应器可以有效避免液体的短流现象，但是矩形反应器容易出现局部反应区死角，造成水流形态不稳定。因此，本设计采用圆柱形和环形反应器可以避免反应死角，同时外部反应区有螺纹状挡板，这样增加了水力停留时间，提高了处理效率，同时避免了短流现象。（5）一般反应器运行一段时间后容易出现了堵塞现象，进而出现系统崩溃。本设计内部反应区出水口敞口设计，其内部剩余污泥可以进入外部反应区，在随污水流动过程中，或被微生物降解，或经反应器底部的排泥口排出，避免了堵塞。（6）一般反应器运行一段时间后内部装置容易出现破损状况，由于整个反应器全封闭设计，故检修困难。本设计顶部采用敞口设计，内部装置出现问题后，方便拆卸，大大提高了实际可操作性。

Claims (10)

1.一种旋流式农村生活污水处理一体化反应器，其特征在于包括气泵（1）、进气阀（2）、气体流量计（3）、反应器主体（4）、有氧反应区（5）、好氧反应区（5-1）、兼氧反应区（5-2）、第一污泥截止阀（6）、第二污泥截止阀（7）、排泥口（8）、厌氧反应区（9）、曝气头（10）、进水口（11）、厌氧反应器（12）、螺纹状挡板（13）、出水箱（14）、进水泵（15）、进水阀（16）、进水流量计（17）、出水口（18）、进水箱（19）和沉淀区（20）；反应器主体（4）内设有厌氧反应器（12），厌氧反应器（12）内部为厌氧反应区（9），厌氧反应器（12）外设有螺纹状挡板（13），并与反应器主体（4）内壁相连，厌氧反应器（12）一端为开口端，厌氧反应器（12）另一端为封闭端并与进水口（11）、进水泵（15）、进水阀（16）、进水流量计（17）和进水箱（19）顺次相连接，厌氧反应器（12）外部为有氧反应区（5），有氧反应区（5）一侧为兼氧反应区（5-2），有氧反应区（5）另一侧为好氧反应区（5-1）并与气泵（1）、进气阀（2）、气体流量计（3）、螺纹状挡板（13）、曝气头（10）、排泥口（8）、第一污泥截止阀（6）和第二污泥截止阀（7）顺次相连接，厌氧反应器（12）另一端端部设有沉淀区（20），沉淀区（20）与出水口（18）、出水箱（14）、排泥口（8）、第一污泥截止阀（6）和第二污泥截止阀（7）顺次相连接。

2.根据权利要求1所述的一种旋流式农村生活污水处理一体化反应器，其特征在于所述的反应器主体（4）下部为半圆柱体，上部为长方体且顶部敞口，其中圆柱体直径为300～500mm、圆柱体长度200～500mm，长方体高度为200～400mm。

3.根据权利要求1所述的一种旋流式农村生活污水处理一体化反应器，其特征在于所述的出水口（18）直径20～30mm，出水箱（14）的体积10～20L。

4.根据权利要求1所述的一种旋流式农村生活污水处理一体化反应器，其特征在于所述的厌氧反应区（9）为圆柱体，圆柱体直径为200～400mm、圆柱体长度200～400mm。

5.根据权利要求1所述的一种旋流式农村生活污水处理一体化反应器，其特征在于所述的厌氧反应区（9）内部填充弹性填料，弹性填料直径13~15mm，弹性填料间距30~40mm。

6.根据权利要求1所述的一种旋流式农村生活污水处理一体化反应器，其特征在于所述的进水口（11）直径20～30mm。

7.根据权利要求1所述的一种旋流式农村生活污水处理一体化反应器，其特征在于所述的螺纹状挡板（13）高度为40～50mm，螺纹状挡板（13）间距为40～50mm，螺纹状挡板（13）线数为3。

8.根据权利要求1所述的一种旋流式农村生活污水处理一体化反应器，其特征在于所述的有氧反应区（5）内部填充弹性填料，弹性填料直径10~15mm，弹性填料间距30~40mm。

9.根据权利要求1所述的一种旋流式农村生活污水处理一体化反应器，其特征在于所述的曝气头（10）为圆柱体，圆柱体直径为10～15mm，长度15～25mm，曝气头（10）表面均匀分布着微孔，孔径为0.1～0.3mm，每个小孔之间相互间隔1～4mm。

10.根据权利要求1所述的一种旋流式农村生活污水处理一体化反应器，其特征在于所述的底部排泥口（8）直径20～30mm。

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