CN107857362A - 一种户用型乡村生活污水处理的一体化装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水处理领域，特别涉及一种户用型乡村生活污水处理的一体化装置与方法。由隔板将圆柱外形的生活污水处理装置内部隔成多个好氧和厌氧“区”，隔板上部或下部开孔，使污水从进水到出水的处理过程中形成折流式的运动方式，提高容积利用率；在外环好氧区和厌氧区分别填充填料，好氧区内设置曝气管，在厌氧‑好氧环境反复更替的条件下，本装置能高效除碳脱氮，同时实现污泥的减量。本发明具有污水处理效率高，装置结构简单、体积小、能耗低的优点，可以长期运行而不需要专人进行管理，特别适用于乡村单户型的生活污水处理。

Description

一种户用型乡村生活污水处理的一体化装置与方法

一、技术领域

本发明属于污水处理技术领域，特别涉及一种户用型乡村生活污水处理的一体化装置与方法。

二、背景技术

随着我国全面进入小康社会，普及乡村生活污水治理势在必行。考虑到国情，在我国以户或村组为单位开展污水分散处理，是乡村生活污水治理的主要形式。因此，在我国人口密集、经济发达的乡村地区，采用小微型的一体化装置处理污水，将是未来技术发展的重点方向。

目前，国内外已有针对性地开发了多种一体化污水处理装置。成熟的产品技术以源自日本的小型净化槽最为著名，应用最广泛的是额定污水处理量为1吨/天的5人槽，对应于日本5人家庭的污水处理需求。我国现有家庭人口平均在3～4人，且我国乡村人均用水量仅约60～100升/人/天，显著低于日本的200升/人/天，因此，我国应开发适应更小污水处理量的一体化污水处理装置。一般来说，处理规模越小的一体化装置的制造、安装与运行在单位处理水量上的成本越高，其中对于制造与安装而言，降低装置的体积以减少制造中的材料消耗和降低安装用地需求，是提高一体化装置经济性能指标的关键。

移动床生物膜的污水处理方法通过使用特殊设计的悬浮填料作为生物膜载体，大幅度提高了反应器的比表面积并减少了传质限制，使反应器变得紧凑并能高负荷运行。因此，移动床生物膜适用于中、小型生活污水处理，特别是面向分散污水处理的一体化或地埋式污水处理装置，如日本的为适应最新技术发展要求的性能认定型净化槽，就以其为主流工艺。但是，单独的移动床生物膜方法通常不具备反硝化脱氮的能力；此外，处理过程中会产生如大量细小悬浮物导致出水的浊度升高甚至生物膜脱落等问题，还需进行沉淀或过滤的固液分离操作。

折流式反应器通过使用折流挡板将反应器分成几个独立的隔室，不仅使水流呈推流与完全混合流相结合的复合型流态，从而获得较高的容积利用率和处理能力，而且具有良好的生物固体截留能力，近年来被越来越多的应用于其他新型反应器。专利“一种折流板反应器及其处理污水的方法(专利号ZL 20061001207.4)”基于好氧-厌氧微生物反复耦合工艺，能够高效去除污水中的有机物，同时实现污泥减量化，但总氮和悬浮物的去除效果仍不理想，且没有涉及处理装置的一体化和小微型化。

三、发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺点，提供一种户用型乡村生活污水处理的一体化装置与方法。

本发明涉及的一种户用型乡村生活污水处理的一体化装置，其特征在于：

(1)装置主体的外形为圆柱形，中心圆筒将装置主体分为中心圆筒区域和外部环形区域，从而最大化利用容积，降低装置主体的体积；(2)中心圆筒区域为厌氧区，中间设置折流板和溢流堰，形成溢流区，防止污泥流入外部环形区域；(3)外部环形区域设置四块隔板，形成四个室，包括两个好氧区、一个厌氧区和一个沉淀区，隔板下部或上部开孔，使污水在环流过程中形成折流式的运动方式，提高容积利用率，所述沉淀区上部设置一块出水多孔挡板，形成出水区；(4)所述沉淀区内设置气提回流装置，使剩余污泥和硝化液回流至中心圆筒的厌氧区；(5)所述好氧区内设置曝气管；(6)所述外部环形区域除沉淀区外的3个室均填充填料，填料采用聚氨酯或其它多孔材料；(7)所述装置只有风机一个耗电设备；(8)所述装置可以处理的水量为0.1～1.5m³/d；(9)所述装置的顶部设置圆盖，可以减少污水处理过程中产生的臭味，并形成一个密封的一体化装置。

装置结构如图1，2所示，具体特征在于：

装置主体的外形为圆柱形，中心圆筒将装置主体分为中心圆筒区域和外部环形区域，中心圆筒区域为厌氧区11，中间设置折流板2和溢流堰3，形成溢流区12，外部环形区域设置四块隔板4、5、6、7，形成四个室，依次为好氧区13、厌氧区14、好氧区15、沉淀区16；进水管1穿过所述沉淀区16，伸入所述厌氧区11下部；所述沉淀区16内设置气提回流管8；所述沉淀区16上部设置出水多孔挡板9；所述沉淀区16的侧面上口处设置出水口10；所述溢流区12与好氧区13共用侧壁的上部处开孔；所述隔板5的下部，靠近装置主体底部处开孔；所述隔板6的上部开孔；所述隔板7的下部，靠近装置主体底部处开孔；所述好氧区13、15内设置曝气管；所述好氧区13、厌氧区14、好氧区15分别填充填料，所述填料均采用聚氨酯或其它多孔材料，填充率均为30％～90％。

利用本装置进行乡村生活污水处理的技术方案如下：

(1)乡村单户生活污水(包括厨房和卫生间的水)经过化粪池的沉降和预处理后或者直接自留进入厌氧区11下部，厌氧区11同时接纳从沉淀池流入的硝化液和剩余污泥，通过厌氧及兼性厌氧微生物的作用，处理滞留的有机物，从而达到降低BOD、脱氮及减少污泥的主要目的，处理后的水在导流板的作用下，上升到溢流区12，由于污泥的重力沉降作用，一部分污泥保留在厌氧区11内，另一部分污泥和处理后的水进入外环的好氧区13；

(2)好氧区13中填充填料，曝气管曝气，通过悬浮污泥和填料表面附着的生物膜的共同作用进行有机物的降解和氨氮的氧化(硝化反应)，在这个过程中，部分有机物被吸附氧化分解，转化成CO₂排出，另一部分发生合成代谢，转化成增殖的微生物，处理后的水从隔板5下部的通孔进入厌氧区14，由于生物膜填料的截留作用，可以在好氧区13中实现较高的微生物浓度，提高污染物的去除率；

(3)污水进入厌氧区14后，通过悬浮污泥和填料表面附着生长的厌氧及兼性厌氧微生物的共同作用，进一步进行有机物的降解和反硝化脱氮，由于氧气的缺乏，部分来自好氧区13的微生物逐渐死亡，释放出胞内物质，同时厌氧区14内生长的厌氧微生物分泌的胞外酶也可以促进这部分微生物的降解，转变成新的有机物，从而为反硝化补充碳源，处理后的水通过隔板6上部的通孔进入好氧区15；

(4)好氧区15对污水处理的过程类似第(2)步，但由于经过第(1)、(2)、(3)步的处理，大部分有机物已得到去除，好氧区15内主要发生硝化反应，以充分去除氨氮，处理后的水从隔板7下部的通孔流入沉淀区16；

(5)在沉淀区16中，一方面，处理水中含有的少量悬浮固体通过沉淀去除，另一方面，处理过程中产生的剩余污泥或脱落的生物膜和硝化液重新被气提进入中心圆筒的厌氧区11。

本发明采用上述技术方案后，主要有以下有益效果：

(1)装置主体的外形为圆柱形，中心圆筒将装置主体分为中心圆筒区域和外部环形区域，创新地引入环形折流式反应器的思想，使污水在环流过程中形成折流式的运动方式，从而提高了装置的容积利用率，减小了装置的体积。

(2)装置中多个厌氧区域和好氧区域串联排列，即厌氧-好氧环境反复更替，使得污水中的有机质在可溶性物质与污泥或生物膜形态之间多次转化，而每一次的转化过程都会有一部分CO₂生成并排出反应体系，从而达到去除有机物和剩余污泥减量的目的；同时，硝化和反硝化反应也多次发生，从而实现了脱氮的目的。

(3)装置的用电设备只有一台风机，能耗低；运营维护方面，只需要每年清运一次厌氧区的污泥即可，可以长期运行而不需要专人进行管理。因此，该装置特别适用于单户型的生活污水处理。

四、附图说明

图1为装置的外观图，1-进水口，2-折流板，3-溢流堰，4，5，6，7-挡板，8-气提污泥回流管，9-出水多孔挡板，10-出水管。

图2为装置的分区图，11-厌氧区，12-溢流区，13-好氧区，14-厌氧区，15-好氧区，16-沉淀区。

五、具体实施方式

为能清楚说明本装置与方法的特点，下面通过一个具体实施方式，并结合其附图，对本装置与方法进行阐述。

如图1、2所示，装置主体的外形为圆柱形，中心圆筒将装置主体分为中心圆筒区域和外部环形区域，从而最大化利用容积，降低装置主体的体积；中心圆筒区域为厌氧区11，中间设置折流板2和溢流堰3，形成溢流区12，使水流在厌氧区11和溢流区12之间形成折流，防止污泥流入外部环形区域；外部环形区域设置四块隔板4、5、6、7，形成四个室，依次为好氧区13、厌氧区14、好氧区15、沉淀区16；进水管1穿过沉淀区16，伸入厌氧区11下部；沉淀区16内设置气提回流管8，通过控制气体的流量来控制回流液的量；沉淀区16上部设置出水多孔挡板9，沉淀区16的侧面上口处设置出水口10；溢流区12与好氧区13共用侧壁的上部处开孔，隔板5的下部、靠近装置主体底部处开孔，隔板6的上部开孔，隔板7的下部、靠近装置主体底部处开孔，使水流从溢流区12依次流经好氧区13、厌氧区14、好氧区15和沉淀区16时形成折流运动的方式；好氧区13、15内设置曝气管；在13、14、15三个区内分别安装内置海绵多孔生物悬浮球填料，填充率为80％，由于海绵吸纳和存贮进水中的颗粒性和溶解性物质后密度略大于水，填料可以直接堆放在各区内部，不需要固定；装置的处理量为0.8m³/d；装置的顶部设置圆盖，可以减少污水处理过程中产生的臭味，并形成一个密封的一体化装置。

如图1、2所示，乡村单户生活污水(包括厨房和卫生间的水)直接自留进入厌氧区11下部，厌氧区11同时接纳从沉淀区16流入的硝化液和剩余污泥，通过厌氧及兼性厌氧微生物的作用，处理滞留的有机物，从而达到降低BOD、脱氮及减少污泥的主要目的，处理后的水在导流板的作用下，上升到溢流区12，由于污泥的重力沉降作用，一部分污泥保留在厌氧区11内，另一部分污泥和处理后的水进入外环的好氧区13；

好氧区13中填充填料，曝气管曝气，通过悬浮污泥和填料表面附着的生物膜的共同作用进行有机物的降解和氨氮的氧化(硝化反应)，在这个过程中，部分有机物被吸附氧化分解，转化成CO₂排出，另一部分发生合成代谢，转化成增殖的微生物，处理后的水从隔板5下部的通孔进入厌氧区14，由于生物膜填料的截留作用，可以在好氧区13中实现较高的微生物浓度，提高污染物的去除率；

污水进入厌氧区14后，通过悬浮污泥和填料表面附着生长的厌氧及兼性厌氧微生物的共同作用，进一步进行有机物的降解和反硝化脱氮，由于氧气的缺乏，部分来自好氧区13的微生物逐渐死亡，释放出胞内物质，同时厌氧区14内生长的厌氧微生物分泌的胞外酶也可以促进这部分微生物的降解，转变成新的有机物，从而为反硝化补充碳源，处理后的水通过隔板6上部的通孔进入好氧区15；

好氧区15对污水处理的过程类似好氧区13，但由于经过厌氧区11、好氧区13和厌氧区14的处理，大部分有机物已得到去除，好氧区15内主要发生硝化反应，以充分去除氨氮，处理后的水从隔板7下部的通孔流入沉淀区16；在沉淀区16中，一方面，处理水中含有的少量悬浮固体通过沉淀去除，并从出水口10排出，另一方面，处理过程中产生的剩余污泥或脱落的生物膜和硝化液重新被气提进入中心圆筒的厌氧区11。

本发明的技术特征不局限于上述的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，对本实施例所做的变化、改型、添加或替换，也属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种户用型乡村生活污水处理的一体化装置，其特征在于：该装置为圆柱体，包括设置在圆柱体内的中心圆筒、隔板、折流板、曝气装置和填料；中心圆筒区域为厌氧区11，中间设置折流板2和溢流堰3，形成溢流区12；外部环形区域设置四块隔板4、5、6、7，形成四个室，依次为好氧区13、厌氧区14、好氧区15、沉淀区16；污水在各区之间的流动顺序为厌氧区11折流到溢流区12，溢流区12经过溢流堰3平流进入好氧区13，好氧区13折流到厌氧区14，厌氧区14折流进入好氧区15，好氧区15折流进入沉淀区16。

2.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述中心圆筒区域不设置曝气管，所述外部环形区域除沉淀区16外均设置曝气管，所述厌氧区14可根据处理要求曝气或者不曝气。

3.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述好氧区13、厌氧区14、好氧区15三个区内均填充填料，该填料采用聚氨酯或者其他多孔材料。

4.根据权利要求1所述装置，其特征在于，所述填料的填充率为30％～90％。

5.根据权利要求1所述一种户用型乡村生活污水处理的一体化装置的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)污水自留进入厌氧区11下部，厌氧区11同时接纳从沉淀池流入的硝化液和剩余污泥，通过厌氧及兼性厌氧微生物的作用，处理滞留的有机物，从而达到降低BOD、脱氮及减少污泥的目的，处理后的水在导流板的作用下，上升到溢流区12，由于污泥的重力沉降作用，一部分污泥保留在厌氧区11内，另一部分污泥和处理后的水进入外环的好氧区13；

(2)好氧区13中曝气，通过悬浮污泥和填料表面生物膜的共同作用进行有机物的降解和氨氮的氧化，在这个过程中，部分有机物被吸附氧化分解，转化成CO₂排出，另一部分发生合成代谢，转化成增殖的微生物，处理后的水从隔板5下部的通孔进入厌氧区14，由于生物膜填料的截留作用，可以在好氧区13中实现较高的微生物浓度，提高污染物的去除率；

(3)污水进入厌氧区14后，通过悬浮污泥和填料表面附着生长的厌氧及兼性厌氧微生物的共同作用，进一步进行有机物的降解和反硝化脱氮，由于氧气的缺乏，部分来自好氧区C的微生物逐渐死亡，释放出胞内物质，同时厌氧区14内生长的厌氧微生物分泌的胞外酶也可以促进这部分微生物的降解，转变成新的有机物，从而为反硝化补充碳源，处理后的水通过隔板6上部的通孔进入好氧区15；

(4)好氧区15对污水处理的过程类似第(2)步，但主要发生硝化反应，以充分去除氨氮，处理后的水从隔板7下部的通孔流入沉淀区16；

(5)在沉淀区16中，一方面，处理水中含有的少量悬浮固体通过沉淀去除，并从出水口10排出，另一方面，处理过程中产生的剩余污泥或脱落的生物膜和硝化液重新被气提进入中心圆筒的厌氧区11。