CN103663886A - 一种农村生活污水箱式泥鳅生态处理的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种农村生活污水箱式泥鳅生态处理的方法及装置，属污水处理类(C02F)。主要解决传统生活污水处理技术存在的设备内部结构复杂、设备外形巨大、模块化和工业化程度低、拆装运输不便、微生物驯养条件严格等问题。该装置利用泥鳅生存能力强，对有机物及N、P降解能力强等特点，构建一种以“水-泥-微生物-泥鳅”为一体的模块化箱式生态系统；箱式泥鳅生态反应器的泥水自动分离系统设计的一、二、三级挡泥板，有效实现泥水自动分离，各组件可拆卸组装，实现设备模块化。具有工艺简单、投资运行费用低、操作管理方便、工程模块化程度高、处理效果稳定等优点。适于含N、P的中、低浓度农村生活污水及农村养殖污水、乡镇生活污水的有效处理。
Description
(一)技术领域：
本发明涉及一种农村生活污水的处理方法及装置，尤其适于含N、P的中、低浓度农村生活污水的集中处理，也可适用于农村养殖污水、乡镇生活污水的集中处理，属污水的处理类(C02F)。
(二)背景技术：
由于农村生活污水存在处理量小，水量和水质不稳定，N、P负荷较高等特点，且要求投资和运行费用小、技术管理简单等，所以传统的含大量土建工程、机房、设备等复杂工艺的生活污水处理技术难于适应。现有的与本发明接近的一体化箱式生活污水处理装置，又存在如下缺陷：(1)一体化设备内部结构较复杂，运行管理需配套专业人员，一旦出问题，难于对局部组件进行拆卸维修，需整机返厂；(2)在生物处理环节，传统细菌、真菌等微生物对系统环境的运行参数，如pH、温度、溶解氧、C／N比、水力负荷等要求严格。(3)虽集合为一体，但内部工艺仍较复杂，常包含各自独立的初沉系统、化学混凝系统、生物系统、消毒系统、污泥处置系统等，由此导致一体化设备外形巨大，模块化和工业化程度较低，需大型专业设备、车辆吊装运输，安装拆卸复杂，在农村受到较大限制。
(三)发明内容：
本发明提出的一种农村生活污水箱式泥鳅生态处理的方法及装置，主要解决上述传统生活污水处理技术存在的设备内部结构较复杂、运行管理要求高、设备外形巨大、模块化和工业化程度低、拆装运输不便、微生物驯养条件严格等问题。
一种农村生活污水箱式泥鳅生态处理的方法及装置，利用泥鳅生存能力强，对有机物及N、P降解能力强等特点，构建一种以“水-泥-微生物-泥鳅”为一体的模块化箱式生态系统，从而实现对含N、P的中、低浓度农村生活污水及农村养殖污水、乡镇生活污水的有效处理。具有工艺简单、投资运行费用低、操作管理方便、模块化程度高、处理效果稳定等优点。其技术方案如下：
1.见图1，一种农村生活污水箱式泥鳅生态处理的方法及装置，即模块化箱式生态系统由箱式泥鳅生态反应器1.24、曝气总管阀门1.1、曝气总管1.2、污水进水管阀门1.3、污水进水管1.4、曝气横管1.5、曝气孔1.6、污水区1.7、泥水混合区1.8、污泥区1.9、泥鳅1.10、反应器底部钢梁1.11、挡渣板1.12、泥水分离室1.13、堰流板1.14、集水槽1.15、反应器吊装挂钩1.16、出水管1.17、出水管阀门1.18、反应器PVC内胆1.19、反应器冷轧钢板外壳1.20、排泥隔网1.21、排泥管1.22、排泥管阀门1.23组成。
2.见图1，进水装置由1.3污水进水管阀门、1.4污水进水管构成。污水进水管1.4采用PVC管，连接于反应器垂直上部(见图1的1.4)，使进水所产生的冲击紊流不影响位于反应器底部的泥鳅和污泥系统，但安装位置低于反应器液面，以形成水下潜流，尽量减少进水瞬时冲击紊流对系统的影响；同时，连接位置位于反应器横向中部(见图2的2.4)，以保证污水从污水进水管1.4进入反应器后能与系统有最大的有效混合面积，使其迅速扩散均匀。
3.见图1，污水进水管1.4用污水进水管阀门1.3控制其流量、流速，以便根据系统运行情况适时调节进水量等。
4.见图2，曝气装置由2.1曝气总管阀门、2.2曝气总管、2.5曝气横管、2.6曝气支管若干根构成。曝气管采用PVC材质，曝气总管2.2外接鼓风设备，从反应器顶部接入反应器，然后以曝气横管2.5连接，曝气横管2.5位于液面，以方便检修，在曝气横管2.5朝向下方液面位置开孔，分别等距离间隔连接若干根曝气支管2.6，曝气支管2.6插入反应器污水中。曝气支管2.6具有如下特征：
A.见图2，曝气支管2.6及曝气孔位置靠近污水进水管2.4，以便污水从污水进水管2.4中进入反应器后迅速被曝气充氧，提高氧气传质效率；
B.见图1，曝气支管不插入池底，曝气时空气主要集中于反应器中上部位，并在曝气支管上自下而上开凿曝气孔1.6，各个曝气孔之间的距离不等，呈现自下而上逐渐密集的构造，且采用间歇式曝气方式，人为制造垂直方向不均匀供氧方式，使系统内部形成三个层次，即，中上部好氧区、中下部兼性区、底部缺氧或厌氧区。此举为系统能在不同区域为各种好氧、兼性、厌氧或缺氧微生物提供生存环境，进而为同步硝化、反硝化及厌氧释磷和好氧吸磷提供反应环境，实现对N、P的高效降解。
5.见图1和图2，箱式泥鳅生态反应器分别由反应器PVC内胆1.19和冷轧钢板外壳1.20构成，冷轧钢板外壳用冷轧钢板以保证整个装置具有一定的机械强度，反应器PVC内胆用PVC材质可有效减轻装置总质量，方便吊装运输，且具有较强的防腐、防渗功能。箱式泥鳅生态反应器四角安装防锈金属反应器吊装挂钩1.16，方便模块化设备吊装及运输搬运；底部由两根防锈钢梁1.11贯穿并与箱式泥鳅生态反应器焊接一体，方便叉车叉运，同时，起到底座作用，避免箱式泥鳅生态反应器冷轧钢板外壳1.20直接与运行现场地面接触，起到一定防腐、防锈作用。
6.见图3，泥水分离室由3.2挡渣板、3.9一级挡泥板、3.8二级挡泥板、3.3三级挡泥板、3.4清水区、3.5堰流板、3.6集水槽、3.7出水管组成。泥水分离室中的挡渣板3.2，一级挡泥板3.9，二级挡泥板3.8，三级挡泥板3.3，堰流板3.5均可以拆卸组装，以方便定期清洗或维护，实现设备模块化。
7.见图3，挡渣板3.2采用PVC材质，安装于反应器右侧，即靠近出水方向，挡渣板应高出水面0.15-0.2m，浸没在水面下0.3-0.4m，距3.5堰流板0.25-0.5m。其上分别自下而上安装PVC材质的一级挡泥板3.9和三级挡泥板3.3，在反应器右侧内壁，位于一级挡泥板3.9和三级挡泥板3.3之间安装二级挡泥板3.8，形成一、二、三级逐级自动阻挡污泥的效果，避免单独设置二沉池。
8.见图3，一、二、三级挡泥板向池底方向倾斜，且挡泥板形状为向下切片状，以便逐级高效阻挡从污泥区3.10随水力作用向上浮的污泥，使其分别沿箭头①和②方向滑落至污泥区3.10；一、二、三级挡泥板纵向之间有一定间隔距离，以便清水沿箭头③方向往上浮，进入清水区3.4。但俯视泥水分离室(见图2中2.10)，应保证一、二、三级挡泥板相互交错并部分重叠，以免上浮污泥从空隙进入清水区3.4。
9.见图3，清水区3.4和集水槽3.6之间安装PVC材质的堰流板3.5，以进一步阻挡极少量上浮浮渣。
10.见图4，堰流板采用锯齿状三角堰流板4.3，清水区内侧出水液面4.4位于三角堰齿高的1／2处，堰流板安装高度可以调节，以保持出口堰的水平，并可以有效控制反应器内的水面高度，对池内水流的均匀分布有直接影响。
11.见图1和图2，排泥系统由排泥隔网1.21、排泥管1.22、排泥管阀门1.23组成。其特征是：
A.排泥管1.22安装于反应器垂直靠下位置，但不下底，以免在排泥过程中对泥鳅的正常活动造成冲击影响，进而影响污水降解效果，排泥管1.22由排泥管阀门1.23控制，在运行过程中，根据系统运行实际情况，结合污泥活性等指标，通过外接抽泥泵进行定期排泥，以便保持污泥活性；
B.排泥隔网1.21采用不锈钢网，安装于排泥孔位置的反应器内侧，起到阻隔泥鳅随排泥管1.22排出的作用，孔径小于泥鳅直径，大于常规絮状污泥；
C.见图2，排泥管2.19横向安装于反应器靠角落位置，以免排泥时形成的涡流对反应系统造成负面影响。
12.泥鳅喜欢栖息于池底及淤泥中，对环境适应力极强，生活水温10-30℃，最适水温为25-27℃，当水温升高至30℃时，泥鳅即潜入泥中度夏，冬季水温下降到5℃以下时，即钻入泥中20-30cm深处越冬，不仅能用鳃和皮肤呼吸，还具有特殊的肠呼吸功能，忍耐低溶解氧的能力远远高于一般鱼类，以浮游生物、水生昆虫、甲壳动物、水生高等植物碎屑、藻类、水底腐植质或泥渣等为食。对污水中的有机物及N、P等具有较强的降解能力。
13.见图1，系统运行初期，根据反应器大小及处理水量按一定比例投放泥鳅1.10鱼苗及泥浆，进水COD、BOD5等负荷控制在较低浓度范围，对其进行初期适应性生存驯化，待适应一段时间后，再逐渐增加进水容积负荷，直至运行正常。
14.见图1，泥鳅投放系统后，主要生活于反应器底部污泥中，在反应器1.8泥水混合区中还存在大量其他细菌、真菌、丝状菌等，这些微生物在对污水进行物理吸附、生物降解过程中，会产生大量次生代谢残留物，沉于池底，泥鳅在池底运动，可以疏通底部污泥和吞食增殖微生物及其次生代谢残留物，其污泥产率系数远低于传统或活性污泥法，因此，系统运行期间，污泥产生量较少，基本不外排剩余污泥。
15.见图1，由于污水进水管、曝气管位于反应器边缘，且经过特殊水力条件设计，使系统运行过程中，自动形成污水区1.7、泥水混合区1.8、污泥区1.9三个区域，无需同传统工艺一样单独设置沉淀池、生化池、污泥浓缩池等，大幅简化了处理流程，真正实现一体化、模块化。
16.见图5，箱式泥鳅生态反应器数量可根据当地污水量及出水要求进行A单级式、B多级串联式、C先串联后并联式、D多级并联式、E先并联后串联式分别设计，最终可达到预计的处理效果。
本发明有益效果：
(1)本发明充分利用泥鳅生存能力强，对有机物及N、P降解能力强等特点，构建一种以“水-泥-微生物-泥鳅”为一体的模块化箱式生态系统，特别适于对含N、P的中、低浓度农村生活污水及农村养殖污水、乡镇生活污水的有效处理。
(2)系统选用泥鳅作为主要降解生物，容易获取，养殖维护简单，把污水处理与泥鳅养殖有机结合，容易在广大农村推广应用。
(3)泥水自动分离系统设计的一、二、三级挡泥板和堰流板有机结合，有效实现了泥水自动分离，省去了二沉池，节约了建设成本；且各组件均可以拆卸组装，清洗或维护方便，实现了设备模块化。
(4)系统经特殊水力条件设计，无需同传统工艺一样单独设置沉淀池、生化池、污泥浓缩池等，真正实现了工程设备化、一体化、模块化，利于工业化批量生产。
(5)反应器的尺寸可根据农村实际处理水量、水质量身订做，其长、宽、高及四周吊装挂钩和底部钢梁的设计充分考虑跨区域物流需要，方便普通货车载运。
(6)具有工艺简单、投资运行费用低、操作管理方便、模块化程度高、处理效果稳定等优点。
(四)附图说明：
图1一体化箱式泥鳅生态反应器剖面图：1.1曝气总管阀门、1.2曝气总管、1.3污水进水管阀门、1.4污水进水管、1.5曝气横管、1.6曝气孔、1.7污水区、1.8泥水混合区、1.9污泥区、1.10泥鳅、1.11反应器底部钢梁、1.12挡渣板、1.13泥水分离室、1.14堰流板、1.15集水槽、1.16反应器吊装挂钩、1.17出水管、1.18出水管阀门、1.19反应器PVC内胆、1.20反应器冷轧钢板外壳、1.21排泥隔网、1.22排泥管、1.23排泥管阀门、1.24箱式泥鳅生态反应器。
图2一体化箱式泥鳅生态反应器俯视图：2.1曝气总管阀门、2.2曝气总管、2.3污水进水管阀门、2.4污水进水管、2.5曝气横管、2.6曝气支管、2.7反应区、2.8反应器底部钢梁、2.9挡渣板、2.10泥水分离室、2.11堰流板、2.12集水槽、2.13反应器吊装挂钩、2.14反应器PVC内胆、2.15反应器冷轧钢板外壳、2.16出水管阀门、2.17出水管、2.18排泥管阀门、2.19排泥管。
图3泥水自动分离系统剖面图：3.1反应区、3.2挡渣板、3.3三级挡泥板、3.4清水区、3.5堰流板、3.6集水槽、3.7出水管、3.8二级挡泥板、3.9一级挡泥板、3.10污泥区、箭头①和②泥水分离室的污泥走向、箭头③泥水分离室的清水流向。
图4堰流板剖面示意图：4.1反应器PVC内胆、4.2集水槽及液面、4.3锯齿状三角堰流板、4.4清水区内侧出水液面。
图5一体化箱式泥鳅生态反应器实施方案示意图(A单级式，B多级串联式，C先串联后并联式，D多级并联式，E先并联后串联式)：5.1进水、5.2出水、5.3单个反应器。
(五)具体实施方式：
首先根据农村农户之间的距离和当地的环境条件确定平面布置方案和管道的铺设位置，使污水在安装反应器的地方方便收集，然后吊装反应器，反应器需要排列整齐，鼓风机、进出水管、排泥管等安装完成后即可投入运行。反应器数量可根据当地污水量及出水要求进行(图5)A单级式、B多级串联式、C先串联后并联式、D多级并联式、E先并联后串联式分别设计，最终可达到预计的处理效果。并监测出水水样，检查是否达到预期处理效果，以便及时调整系统。
本系统采用连续式运行模式，工作过程：
1、第一阶段——驯化阶段：
见图1，关闭出水管阀门1.18和排泥管阀门1.23，根据反应器大小及处理水量按一定比例投放泥鳅1.10鱼苗及泥浆，打开污水进水管阀门1.3，污水进入反应器，液面至堰流板1.14高度时，关闭污水进水管阀门1.3，打开鼓风机，打开曝气总管阀门1.1，空气经曝气总管1.2进入曝气横管1.5，再依次进入曝气支管(图2中2.5)，经曝气支管上的曝气孔1.6进入污水区1.7和泥水混合区1.8，使反应器内呈现好氧状态，构成一个“水-泥-微生物-泥鳅”生态反应系统，并对污泥、微生物、泥鳅进行驯化，使其适应污水负荷。
2、第二阶段——初期运行阶段：
(1)见图1，反应90分钟后，关闭曝气总管阀门1.1，反应器进入沉淀阶段，停止曝气30分钟后，打开出水管阀门1.18，同时打开污水进水管阀门1.3，控制两个阀门为较小进水量，出水流速是进水流速的2倍。
(2)见图3，在新进污水的水力作用下，位于反应区3.1的清水依次经过一级3.9、二级3.8、三级3.3挡泥板往上运动，沿箭头③进入清水区3.4，经过锯齿状三角堰流板(图4中4.3)进入集水槽3.6，沿出水管3.7外排。
(3)见图3，污泥随着清水上浮过程中依次遭遇一级3.9、二级3.8、三级3.3挡泥板的有效阻挡，被逐级截留，沿箭头①和②进入污泥区3.10。
(4)系统运行初期，进水COD、BOD5等负荷控制在较低浓度范围，对泥鳅进行初期适应性生存驯化，待适应一段时间后，再逐渐增加进水容积负荷，直至运行正常。
3、第三阶段——连续运行阶段：
(1)见图1，由于出水流速是进水流速的2倍，当运行至一定时间后，进出水将维持一种动态平衡，此时通过堰流板1.14流出的水质可以达标外排。
(2)当新的污水不断进入反应器的降解过程中，设定时间，打开鼓风机，打开曝气总管阀门1.1，系统循环进入第二阶段的(1)、(2)、(3)步骤，如此循环，实现系统连续运行。
(3)循环运行若干周期后，打开外接抽泥泵，通过排泥管阀门1.23定期外排剩余污泥，以保持系统污泥活性。并适时从出水口取水样监测是否达标。
Claims (10)
1.一种农村生活污水箱式泥鳅生态处理的方法及装置，其特征是利用泥鳅生存能力强，对有机物及N、P降解能力强等特点，构建一种以“水-泥-微生物-泥鳅”为一体的模块化箱式生态系统，从而实现对含N、P的中、低浓度农村生活污水及农村养殖污水、乡镇生活污水的有效处理。
2.权利要求1所述一种农村生活污水箱式泥鳅生态处理的方法及装置，其特征是所述一体的模块化箱式生态系统由箱式泥鳅生态反应器、曝气总管阀门、曝气总管、污水进水管阀门、污水进水管、曝气横管、曝气支管、曝气孔、污水区、泥水混合区、污泥区、泥鳅、反应器底部钢梁、挡渣板、泥水分离室、堰流板、集水槽、反应器吊装挂钩、出水管、出水管阀门、反应器PVC内胆、反应器冷轧钢板外壳、排泥隔网、排泥管、排泥管阀门组成。
3.权利要求2所述一种农村生活污水箱式泥鳅生态处理的方法及装置，其特征是所述污水进水管采用PVC管，连接于反应器垂直上部，使进水所产生的冲击紊流不影响位于反应器底部的泥鳅和污泥系统，但安装位置低于反应器液面，以形成水下潜流，尽量减少进水瞬时冲击紊流对系统的影响；同时，连接位置位于反应器横向中部，以保证污水从污水进水管进入反应器后能与系统有最大的有效混合面积，使其迅速扩散均匀。
4.权利要求2所述一种农村生活污水箱式泥鳅生态处理的方法及装置，其特征是所述污水进水管用污水进水管阀门控制其流量、流速，以便根据系统运行情况适时调节进水量等。
5.权利要求2所述一种农村生活污水箱式泥鳅生态处理的方法及装置，其特征是所述由曝气总管阀门、曝气总管、曝气横管、曝气支管若干根构成曝气装置。
6.权利要求2所述一种农村生活污水箱式泥鳅生态处理的方法及装置，其特征是所述曝气总管、曝气横管、曝气支管均采用PVC材质，曝气总管外接鼓风设备，从反应器顶部接入反应器，然后以曝气横管连接，曝气横管位于液面，以方便检修，在曝气横管朝向下方液面位置开孔，分别等距离间隔连接若干根曝气支管，曝气支管插入反应器污水中。
7.权利要求2所述一种农村生活污水箱式泥鳅生态处理的方法及装置，其特征是所述曝气支管具有如下特征：
A.曝气支管及曝气孔位置靠近污水进水管，以便污水从污水进水管中进入反应器后迅速被曝气充氧，提高氧气传质效率；
B.曝气支管不插入池底，曝气时空气主要集中于反应器中上部位，并在曝气支管上自下而上开凿曝气孔，各个曝气孔之间的距离不等，呈现自下而上逐渐密集的构造，且采用间歇式曝气方式，人为制造垂直方向不均匀供氧方式，使系统内部形成三个层次，即，中上部好氧区、中下部兼性区、底部缺氧或厌氧区。
8.权利要求2所述一种农村生活污水箱式泥鳅生态处理的方法及装置，其特征是所述箱式泥鳅生态反应器分别由反应器PVC内胆和反应器冷轧钢板外壳构成，反应器冷轧钢板外壳用冷轧钢板以保证整个装置具有一定的机械强度，反应器PVC内胆用PVC材质可有效减轻装置总质量，方便吊装运输，且具有较强的防腐、防渗功能。
9.权利要求8所述一种农村生活污水箱式泥鳅生态处理的方法及装置，其特征是所述箱式泥鳅生态反应器四角安装防锈金属反应器吊装挂钩，方便模块化设备吊装及运输搬运；底部由两根防锈钢梁贯穿并与箱式泥鳅生态反应器焊接一体，方便叉车叉运，同时，起到底座作用，避免箱式泥鳅生态反应器冷轧钢板外壳直接与运行现场地面接触，起到一定防腐、防锈作用。
10.权利要求2所述一种农村生活污水箱式泥鳅生态处理的方法及装置，其特征是所述泥水分离室、挡渣板、挡泥板、堰流板、排泥系统分别具有如下特征：
A.泥水分离室，由挡渣板、一级挡泥板、二级挡泥板、三级挡泥板、清水区、堰流板、集水槽、出水管组成；泥水分离室中的挡渣板，一、二、三级挡泥板，堰流板均可以拆卸组装，以方便定期清洗或维护，实现设备模块化；
B.挡渣板采用PVC材质，安装于反应器右侧，即靠近出水方向，挡渣板应高出水面0.15-0.2m，浸没在水面下0.3-0.4m，距堰流板0.25-0.5m，其上分别自下而上安装PVC材质的一级挡泥板和三级挡泥板，在反应器右侧内壁，位于一级挡泥板和三级挡泥板之间安装二级挡泥板，形成一、二、三级逐级自动阻挡污泥的效果，避免单独设置二沉池；
C.一、二、三级挡泥板向池底方向倾斜，且挡板形状为向下切片状，以便逐级高效阻挡从污泥区随水力作用向上浮的污泥，使其分别沿箭头方向滑落至污泥区；一、二、三级挡泥板纵向之间有一定间隔距离，以便清水沿箭头方向往上浮，进入清水区；但俯视泥水分离室，应保证一、二、三级挡泥板相互交错并部分重叠，以免上浮污泥从空隙进入清水区；
D.堰流板采用锯齿状三角堰流板，清水区内侧出水液面位于三角堰齿高的1／2处，堰流板安装高度可以调节，以保持出口堰的水平，并可以有效控制反应器内的水面高度，对池内水流的均匀分布有直接影响；
E.排泥系统由排泥隔网、排泥管、排泥管阀门组成，且具有如下特征：排泥管安装于反应器垂直靠下位置，但不下底，以免在排泥过程中对泥鳅的正常活动造成冲击影响，进而影响污水降解效果；排泥管由排泥管阀门控制，在运行过程中，根据系统运行实际情况，结合污泥活性等指标，通过外接抽泥泵进行定期排泥，以便保持污泥活性；排泥隔网采用不锈钢网，安装于排泥孔位置的反应器内侧，起到阻隔泥鳅随排泥管排出的作用，孔径小于泥鳅直径，大于常规絮状污泥；排泥管横向安装于反应器靠角落位置，以免排泥时形成的涡流对反应系统造成负面影响。
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