CN108569821A - 一种高寒低温条件下的污水处理设备及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高寒低温条件下的污水处理设备及工艺，该设备包括罐体，罐体位于地下，在罐体内依次连接有第一厌氧池、第二厌氧池、第三厌氧池、第一兼氧池、第二兼氧池、第三兼氧池、第一好氧池、第二好氧池、第三好氧池、沉淀池、消毒池和澄清池，所述设备还包括供热系统，供热系统包括伸入罐体内的太阳能真空管，太阳能真空管向罐体内输入输出循环加热介质水，循环加热介质水能够对罐体内的设备进行循环加热；本发明的设备首次在高寒地区采用太阳能水浴加热系统供热，利用罐体内水浴加热提高污水处理装置内污水温度，保证罐体内水温满足生化反应的顺利进行，澄清池的水可在一定温度上实现继续循环加热，实现出水的循环利用，节能效果显著。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种高寒低温环境下的一体化污水处理设备及工艺。
背景技术
我国西北、东北等高寒地区气候以干旱、多风，冬季较长而寒冷为主要特征，四季昼夜温差大，这些区域的农村村落规模通常较小，村落间的距离较远。在农村生活污水处理方面，污水处理设施应为地埋式或采取其他保温措施。地埋式设施应安装在冻土层以下。根据出水水质要求及地区经济发展水平不同，可选择生物处理、生态处理技术及组合。在居住分散、地形复杂、不便于管道收集的单户或多户农户污水可采用分散处理。
由于高寒地区经济发展水平和气候差异，目前大部分高寒地区农村尚没有污水处理设施。区域地理、气候与经济发展特征决定冬季低温是影响农村污水处理技术效能的重要因素。适合农村污水(家庭生活污水处理、农家乐、小型客栈等)处理技术包括：化粪池、厌氧生物膜、生物接触氧化、土地处理、人工湿地、氧化塘等技术。但均存在以下几个问题：
(1)高寒地区的显著特点之一是气温低，气温是影响微生物生长繁殖的重要影响因素，影响生化处理效率；高寒地区的空气相对稀薄，同样的动力作用或自然环境中空气相对少，这样处理同样规模的污水达到同等效果的能耗要比正常高；冬天的系统中微生物增长缓慢，好氧池内的污泥附着很多微生物，不能像常温时期排泥；
(2)农村污水处理技术较多，大多存在工艺不完善、适应性不强、能耗高和管理繁琐等问题，严重制约了较为适用的技术在高寒地区的推广应用。同时，高寒地区的氧气传质和利用效率低，这就需要提高空气中氧气的利用率。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种高寒低温环境下的污水处理设备及工艺，解决现有的西北、东北地区农村污水处理效率低、能耗高的技术问题。
为解决上述问题，本发明采取的技术方案如下：
一种高寒低温条件下的污水处理设备，包括罐体，罐体位于地下，在罐体内依次连接有第一厌氧池、第二厌氧池、第三厌氧池、第一兼氧池、第二兼氧池、第三兼氧池、第一好氧池、第二好氧池、第三好氧池、沉淀池、消毒池和澄清池，所述设备还包括供热系统，供热系统包括伸入罐体内的太阳能真空管，太阳能真空管向罐体内输入输出循环加热介质水，循环加热介质水能够对罐体内的第一厌氧池、第二厌氧池、第三厌氧池、第一兼氧池、第二兼氧池、第三兼氧池、第一好氧池、第二好氧池、第三好氧池、沉淀池、消毒池和澄清池进行循环加热；
所述澄清池与太阳能真空管连接形成出水回收循环支路，用于部分回收澄清池出水至循环加热介质水中。
本发明的太阳能真空管包括内层玻璃管和外层玻璃管，内层玻璃管和外层玻璃管之间有真空层，内层玻璃管的表面设置有光谱选择性吸收涂层。
所述第一厌氧池、第二厌氧池和第三厌氧池内填充有生物填料，第一兼氧池、第二兼氧池和第三兼氧池内设置有球形填料。
特别的，所述第一好氧池、第二好氧池和第三好氧池底部均设置有多个微孔曝气盘，所述澄清池底部设置有排空阀。
此外，本发明的设备还包括依次连接的第一化粪池和第二化粪池，第二化粪池与第一厌氧池连接。
特别的，所述沉淀池内设置有气提装置，通过气提装置将沉淀池中的污泥回流至第一化粪池。
优选的，所述罐体外设置有保温层，保温层采用聚氨酯泡沫。
本发明还提供一种高寒低温条件下的污水处理工艺，所述污水依次经厌氧发酵、兼氧发酵、好氧处理、沉淀、消毒以及澄清处理，该工艺采用如上所述的高寒低温条件下的污水处理设备；该污水处理工艺的供热系统采用太阳能水浴加热供热，经澄清处理后的部分水可循环用于供热系统。
上述工艺的厌氧发酵、兼氧发酵和好氧处理时水力停留时间分别为40min，60min、160min，沉淀和澄清处理总的水力停留时间为4h，处理量为0.6m3/d，水浴温度为25℃-35℃，好氧处理阶段溶解氧浓度为2-4mg/L。
综合上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的设备首次在高寒地区采用太阳能水浴加热系统供热，利用罐体内水浴加热提高污水处理装置内污水温度，保证罐体内水温满足生化反应的顺利进行，澄清池的水可在一定温度上实现继续循环加热，实现出水的循环利用，节能效果显著；
同时，由于采用太阳能水浴加热系统，能将水浴温度稳定的保持在30℃左右，利于微生物生长繁殖，在后端微生物的作用下，能实现最大程度的污泥近零排放。
本发明的设备，在具备上述优点的同时，第一好氧池、第二好氧池和第三好氧池底部微孔曝气盘的使用，提高氧气利用率；同时，本发明的设备可实现污泥回流，降低设备使用成本。
本发明尤其适用于西北、东北等高寒地区的农村生活污水处理，适合高寒地区农村单户、多户或村落污水处理，工艺处理量大。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
附图说明
图1是本发明设备示意图。
图中：1-罐体，2-第一厌氧池，3-第二厌氧池，4-第三厌氧池，5-第一兼氧池，6-第二兼氧池，7-第三兼氧池，8-第一好氧池，9-第二好氧池，10-第三好氧池，11-沉淀池，12-消毒池，13-澄清池，14-太阳能真空管，15-第一化粪池，16-第二化粪池。
具体实施方式
本发明的高寒低温指的是我国西北、东北等高寒地区，其气候以干旱、多风，冬季较长而寒冷为主要特征，四季昼夜温差大，高寒地区海拔高，日照长辐射强，气温低。以西宁为例，其处于高寒地区，年平均日照为1939.7h，年辐射量为5180-6337MJ/m2，日照充足，年平均气温为7.6℃。
本发明的罐体在地下的埋深大于50cm。
实施例1：
本实施例提供一种适用于高寒低温地区的污水处理装置，包括埋设在地下且盛装有水的罐体1，设于地面且用于对罐体1内水加热的太阳能真空管14，以及一体化污水处理装置。一体化污水处理装置包括第一化粪池15、第二化粪池16、第一厌氧池2、第二厌氧池3、第三厌氧池4、第一兼氧池5、第二兼氧池6、第三兼氧池7、第一好氧池8、第二好氧池9、第三好氧池10、沉淀池11、消毒池12和澄清池13；太阳能真空管14的下端与罐体1连接，第一化粪池15、第二化粪池16、第一厌氧池2、第二厌氧池3、第三厌氧池4、第一兼氧池5、第二兼氧池6、第三兼氧池7、第一好氧池8、第二好氧池9、第三好氧池10、沉淀池11、消毒池12和澄清池13依次连接且分别设置于罐体1内。
太阳能真空管1为一个拉长的暖瓶胆，包括内层玻璃管和外层玻璃管，且内层玻璃管和外层玻璃管之间设有真空层，在内层玻璃管的表面上涂有光谱选择性吸收涂层。
罐体1外设置有聚氨酯保温层，其具有质量轻、比强度高、导热系数小等优点，保温层厚度为5cm厚。
第一厌氧池2、第二厌氧池3和第三厌氧池4内填充有生物填料，生物填料包括中间绳、固定于中间绳上的数根纤维单体，纤维单体为环状放射性结构，环状纤维单体通过编织排列于中间绳上，具有极大的比表面积，可达普通组合式填料的10倍，可消减剩余污泥、能增加第一厌氧池2、第二厌氧池3和第三厌氧4池内的厌氧菌量，强化厌氧处理效果，保证第一厌氧池2、第二厌氧池3和第三厌氧池4严格的厌氧环境。
第一兼氧池5、第二兼氧池6和第三兼氧池7内放置有球形填料，第一兼氧池5、第二兼氧池6和第三兼氧池7的底部有若干个曝气头，曝气头通过气管与气泵相联，保证第一兼氧池5、第二兼氧池6和第三兼氧池7的溶解氧(DO)浓度在0.2mg/L-0.5mg/L，使在第一兼氧池5、第二兼氧池6和第三兼氧池7内部形成厌氧和好氧相交替的功能区，利用附着在生物填料上的微生物来净化污水中的污染物，同时经填料微型反应器的同步硝化反硝化作用强化生物脱氮效果。
第一好氧池8、第二好氧池9和第三好氧池10内不放置任何填料，底部均设有若干个微孔曝气盘，溶解氧(DO)浓度控制在2-4mg/L，微孔曝气盘能把氧分子切割成很小的小气泡，这些小气泡能与污水充分混合和吸收，很大程度上提供了氧气的利用率，提高供气量，使污水与氧量接触增加，满足微生物维持新陈代谢所需的氧量。
消毒池12内装有氯片，氯片在水中水解为次氯酸钠和氰脲酸，氯片在水中溶解后水解为次氯酸钠和氰脲酸，无二次污染，是一种高效、安全的杀菌消毒和漂白剂。
澄清池13与通过设有的管道与太阳能真空管14连接。澄清池13的出水端设有水泵，水泵将澄清池13内的水泵入太阳能真空管14内，实现出水的循环利用，大大节约了能耗。
本发明设备的工作流程为：
生活污水在自身重力作用下流至第一化粪池15，污水从第一化粪池15下端进入第二化粪池16的下端，第一化粪池15和第二化粪池16利用沉淀和厌氧微生物发酵的原理，以去除生活污水中悬浮物、有机物和病原微生物。污水然后从第二化粪池16上端进入第一厌氧池2上端，从第一厌氧池2下端进入第二厌氧池3下端，从第二厌氧池3上端进入第三厌氧池4上端，之后污水依照上进下出，下进上出规律分别经过第一兼氧池5、第二兼氧池6，第三兼氧池7、第一好氧池8、第二好氧池9、第三好氧池10，然后从第三好氧池10上端进入沉淀池11。沉淀池11内设有气提装置，气泵通过气管供气给气提装置，在气提装置的作用下实现沉淀池11底部的混合污泥回流至第一化粪池15，同时需控制混合液回流比在150％-200％，沉淀池11底部有排空阀，必要时，通过排空阀将沉淀池11底部的污泥排出。由于污泥的自身消化及后端微生物的捕食作用，可实现有机剩余污泥近零排放，排泥周期为6月/次。经过沉淀池11沉淀后的污水进入消毒池12内，消毒后的污水经过澄清池13后，从澄清池13上端出水排放或回用。
冬天设备运行过程中，水温对污水中的氨氮影响非常大，在保证适当水温的条件下，保证适合的溶解氧，硝化细菌，好氧池的污泥浓度，污泥浓度提升至3.5-4.5g/L，泥龄提高至6个月，本发明能有效地去除污水中的氨氮，从而同时保证对污水中总氮的去除。
使用本设备处理污水，排放的水能稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B排放标准，其中出水中有机物和氨氮能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A排放标准。
进水为典型的生活污水，水质条件如下：
处理后的水质情况如下，(单位：mg/L)：
出水指标符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准，具体标准如下：
实施例2：
遵照实施例1的设备，本实施例提供相应的污水处理工艺，该工艺在厌氧段每段水力停留时间40min；兼氧段每段水力停留时间60min，好氧段每段水力停留时间160min；沉淀池和澄清池水力停留时间一共4h。总的水力停留时间为17h，处理量为0.6m3/d，处理单元的总体积(不包括外部水浴体积)为0.42m3。
应用上述工艺处理污水，节能效果显著，加上循环水本身具有温度，可以进一步回收热量。设备地埋加上保温层保障了运行温度，低能耗、低埋深、也利于后期维护。取初始水温为10℃，用真空管加热到30℃，根据热能公式：Q＝C·M(T2-T1)，水的比热容C取4.2KJ/(kg·℃)，内部处理单元体积为0.42m3，水浴加热的传热系数取0.7。将内部处理单元水浴加热升温20℃所需能量：Q＝35280kJ，考虑到水浴给内部处理单元传热的系数，外部水浴单元需要提供能量Q2：35280÷0.7＝50400kJ，即太阳能真空管需要给外部水浴系统提供50400kJ能量。外部水浴单元的体积计算：Q2÷(C·△T)＝50400÷(4.2×20)＝600kg，600kg水的体积为0.6m3，设备的总体积V＝0.42+0.6＝1.02m3。
以下是把同体积的水加热到相同温度下，电加热和太阳能的能耗对比。
将处理单元中的水温从10℃加热到30℃需要50400kJ能量，换算为电能为14kw·h，即采用电加热需要消耗14kw·h的电能，采用太阳能真空管加热则每天可以节省相应的用电量降低运行成本。
本发明的工艺尤其适用于高寒低温地区污水处理，以下1、2、3组水温为10℃，4、5、6组水温维持在30℃，其中1组和4组、2组和5组、3组和6组分别两两对照，可以看出采用水浴加热后，整体的生化反应温度得到保障，污水处理后COD、TN、氨氮及SS含量显著下降。
Claims (9)
1.一种高寒低温条件下的污水处理设备，包括罐体(1)，罐体(1)位于地下，在罐体(1)内依次连接有第一厌氧池(2)、第二厌氧池(3)、第三厌氧池(4)、第一兼氧池(5)、第二兼氧池(6)、第三兼氧池(7)、第一好氧池(8)、第二好氧池(9)、第三好氧池(10)、沉淀池(11)、消毒池(12)和澄清池(13)，其特征在于，所述设备还包括供热系统，供热系统包括伸入罐体(1)内的太阳能真空管(14)，太阳能真空管(14)向罐体(1)内输入输出循环加热介质水，循环加热介质水能够对罐体(1)内的第一厌氧池(2)、第二厌氧池(3)、第三厌氧池(4)、第一兼氧池(5)、第二兼氧池(6)、第三兼氧池(7)、第一好氧池(8)、第二好氧池(9)、第三好氧池(10)、沉淀池(11)、消毒池(12)和澄清池(13)进行循环加热；
所述澄清池(13)与太阳能真空管(14)连接形成出水回收循环支路，用于部分回收澄清池(13)出水至循环加热介质水中。
2.如权利要求1所述污水处理设备，其特征在于，所述太阳能真空管(14)包括内层玻璃管和外层玻璃管，内层玻璃管和外层玻璃管之间有真空层，内层玻璃管的表面设置有光谱选择性吸收涂层。
3.如权利要求1所述污水处理设备，其特征在于，所述第一厌氧池(2)、第二厌氧池(3)和第三厌氧池(4)内填充有生物填料，第一兼氧池(5)、第二兼氧池(6)和第三兼氧池(7)内设置有球形填料。
4.如权利要求1所述污水处理设备，其特征在于，所述第一好氧池(8)、第二好氧池(9)和第三好氧池(10)底部均设置有多个微孔曝气盘，所述澄清池(13)底部设置有排空阀。
5.如权利要求1所述污水处理设备，其特征在于，所述污水处理设备还包括依次连接的第一化粪池(15)和第二化粪池(16)，第二化粪池(16)与第一厌氧池(2)连接。
6.如权利要求1所述污水处理设备，其特征在于，所述沉淀池(11)内设置有气提装置，通过气提装置将沉淀池(11)中的污泥回流至第一化粪池(15)。
7.如权利要求1所述污水处理设备，其特征在于，所述罐体(1)外设置有保温层，保温层采用聚氨酯泡沫。
8.一种高寒低温条件下的污水处理工艺，所述污水依次经厌氧发酵、兼氧发酵、好氧处理、沉淀、消毒以及澄清处理，其特征在于，该工艺采用如上所述的高寒低温条件下的污水处理设备；
该污水处理工艺的供热系统采用太阳能水浴加热供热，经澄清处理后的部分水可循环用于供热系统。
9.如权利要求8所述污水处理工艺，其特征在于，所述厌氧发酵、兼氧发酵和好氧处理时水力停留时间分别为40min，60min、160min，沉淀和澄清处理总的水力停留时间为4h，处理量为0.6m3/d，水浴温度为25℃-35℃，好氧处理阶段溶解氧浓度为2-4mg/L。
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