CN110790382A - 一种处理农村生活污水模块化微动力设备及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种处理农村生活污水模块化微动力设备，所采用的好氧滤料层采用相应配比的中砂、沸石、谷壳、活性污泥混合滤料作为填料，这种以大比表面积滤料为结构载体的生物膜相比菌胶团结构更加稳定，不需额外的碳源维持其形态，从而减少了碳源的消耗量。同时污水在下渗以及低压通风供氧的过程中是以流体的形式流经滤料和生物膜表面，相比传统工艺的深水曝气供氧对菌胶团的搅动影响，更具稳定性；好氧滤料层除了作为微生物的载体之外，其本身还具有较强的有机物、氨氮吸附能力；设备简单只需一台低压风机和一台潜污泵，无需专人管理，大幅度降低了运营维护成本。

Description

一种处理农村生活污水模块化微动力设备及其方法
技术领域
本发明涉及生活污水处理技术领域，尤其涉及一种处理农村生活污水模块化微动力设备及其方法。
背景技术
传统的农村生活污水拉网式建设模式中由于征地难协调、实地勘探难充分、管网建设周期长成本高等引起“晒太阳工程”问题。针对这一问题，小型设备化的污水原位处理技术因其综合投资省、建设周期短、就地产生效益等特点在国内外得到有效的发展。
目前市场主要有A2/O和MBR两类一体化设备。在能耗方面，两种设备的供氧模式均为深水曝气供氧，空气中的氧通过溶解在水体中之后被菌胶团或者是生物膜利用，而水体中的有机物和氨氮也是溶解在水体以溶解性有机物和NH4 +的形式被菌胶团中的微生物吸收转化。这种模式下氧的传导效率和有机物、氨氮的转化效率都是偏低的。此外，两种传统设备对于硝态氮的去除主要靠将好氧池硝化之后的出水通过回流泵回流至厌氧或者缺氧池的方式利用原污水的中的COD进行反硝化脱氮，回流比100％—200％，这种方式势必会进一步增加能耗。
在后期维护方面，农村生活污水处理规模一般较小，两种设备中A2/O设备抗负荷能力相对较差，运行相对不稳定对于管理要较高，需要不定期调整回流比等运行参数和定期排泥。MBR运行虽然稳定但其MBR膜组件在运行一段时间之后需要定期跟换，其更换成本约占其设备成本的1/3。
由于农村现生活污水普遍存在管网收集率低的同时原有管网大多数没有采用雨污分流的模式，存在雨污合流的情况，在这种情况下农村生活污水水质大多数浓度要低于城市污水且存在低碳氮比这一特性。在活性污泥法工艺中，水体中的COD既要作为满足作为好氧菌的食物来源维持活性污泥菌胶团的形态，又要作为反硝化的碳源。由于农村生物污水由于其浓度低且碳氮比低的特性，很难为反硝化提供住够碳源保证总氮的有效去除，有些甚至难以维持活性污泥菌胶团的形态。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供模块化微动力设备处生活污水理方法，通过采用生物滤盒工艺，克服传统工艺设备跟换成本高、管理维护复杂、深水曝气供氧能耗高传导效率低的缺点，实现高效率、低成本、简运维处理生活污水。
本发明的目的通过以下技术方案予以实现：
本发明提供的一种处理农村生活污水模块化微动力设备，其特征在于，该设备包括：预处理单元(1)、厌氧调节池(2)、生物滤盒模块(3)、进水主管(4)、第一层布水管(6)、第一层布气管(7)、第一层排水管(8)、第一层集水管(9)、挡水隔板(10)、第二层进水管(11)、第二层布气管(12)、总集水管(13)、第二层排气管(14)、第一层排水检查管(15)、第一层排气管(16)、加药管(17)；所述的进水主管(4)尾端分为两根布水支管，分别对应的第一层布水管(6)与第二层布气管(7)相连接；主风管(20)一端上设置有低压风机(19)，主风管(20)另一端分为两根布气支管，分别与第一层布气管(7)、第二层布气管(12)连接；所述的生物滤盒模块(3)从上而下由两个好氧-厌氧系统串联而成，两个好氧-厌氧系统之间利用挡水隔板(10)分隔，每个好氧-厌氧系统均由好氧滤料层(22)、均化层(23)、厌氧滤料层(24)组成；上一级厌氧滤料层的排水管与下一级进水管(11)连接，上一级厌氧滤料层的出水口为下一级好氧滤料层进水口，水位污水首先经过表层一层布水管(6)进行表层均化布水；中低压风机(19)通过风管(20)对好氧滤料层(22)进行通风供氧。
优选地，所述的主风管(20)另一端分为两根布气支管上设置有液体流量调节阀(5)。
优选地，所述的进水主管(4)尾端分为两根布水支管上设置有空气流量调节阀(21)。
优选地，所述的总集水管(13)尾端分为两根水管，其中一根水管尾端设置有总排口(25)，另一根水管尾端设置有放空口(26)。
优选地，所述的中低压风机(19)上设置有加热装置(18)。
此外，本发明还提供一种处理农村生活污水模块化微动力的方法，包括以下处理步骤：
第一步、采用80％-90％中粗砂、3％-5％沸石、4％-6％谷壳、1％-3％活性污泥混合成而成的好氧段进行好氧去除COD及硝化除去氨氮反应。
第二步、采用80-90％5mm-10mm的碎石、5-6％谷壳、6％-8％碳酸钙和2％-5％混合而成的厌氧滤料层进行除磷和反硝化处理硝态氮反应。
第二步、采用10cm-30cm的碎石组成均化滤料层，进行均化布水和布气。
第三步、每级好氧-厌氧耦合系统，由50cm的好氧滤料和50cm的厌氧滤料耦合而成。
第四步、好氧滤料层为吸附、落干层，厌氧滤料层为长期储水层，好氧滤料层与厌氧滤料层之间通过风管区分，风管以上为好氧滤料层，风管一下为厌氧滤料层储水层。系统通过风管通风为上层落干后的滤料层营造好氧环境，通过储水层营造厌氧环境。
第五步、大部分原污水通过一层布水管均匀的散落滤料表面后进入一层好氧滤料层，小部分含较多COD的原污水通过风管直接进入一层厌氧滤料层，为一层厌氧滤料层提供反硝化碳源。
第六步、好氧滤料层采用与传统深水曝气模式不同的低压通风曝气模式，污水在通过各级布水管下渗的过程中，NH4 +和有机物被吸附富集在带负电荷的滤料和生物膜中，待污水落干进而厌氧储水层之后，对滤料和生物膜进行低压通风为硝化反应供氧。
第七步、工艺由两级好氧-厌氧系统串联组成，两级之间用挡水隔板分隔，一级厌氧出水管与二级布水管连接，一级厌氧滤料层出水为二级好氧滤料层进水；二级厌氧滤料层出水为最终总出水。
第一步中的好氧滤料层的硝化生物膜滤料由中砂、沸石、谷壳、活性污泥均匀混合，其中中砂作为吸附滤料的同时作为硝化生物膜的主要载体；沸石则作为提高混合滤料对NH4 +的辅助材料，进一步提高混合滤料对NH4 +的吸附能力；谷壳具有较大的比表面积同时还具备缓释碳源的特性，提高混合滤料比表面积的同时，还将作为缓释有机碳源为生物膜提供部分碳源与微量元素。
好氧滤料层采用先吸附再转化的间歇式处理模式，系统分为8个进水周期和16个通风周期，首先混合污水通过滤料表层的布水管由表层均匀的进入系统，污水在好氧滤料之间下渗的过程中带NH4 +离子和有机物被好氧滤料层滤料和生长在滤料之间的生物膜所吸附，待污水在好氧滤料落干进入厌氧滤料层之后通过介于好氧硝化滤料层与厌氧滤料层的通风管对硝化段进行低压通风供氧为硝化反应提供氧气。布水2-3小时一周期，时间一般控制在20-40分钟以内，进水表面负荷控制在1m3/m2*d-2.5m3/m2*d；通风1.5小时一周期，通风时间一布水时间为界，布水前1小时通一次风，布水后通一次风，周期控制在20-40分钟以内，水汽比为1:3-1:6。
所述第二步中、80-90％5mm-10mm的碎石、5-6％谷壳、6％-8％碳酸钙和2％-5％PAC(聚合氯化铝)组成，其中5mm-10mm的碎石作为好氧硝化短承托层，同时作为反硝化生物膜的主要载体；谷壳具有较大的比表面积同时还具备缓释碳源的特性，提高混合滤料比表面积的同时，还将作为缓释有机碳源为生物膜提供部分碳源与微量元素，碳酸钙在维持厌氧滤料层PH值为中性的同时还将与水体中的磷反应生成磷酸钙作为磷的吸附材料，PAC(聚合氯化铝)与水体中的磷反应生成磷酸铝作为除磷的吸附材料的同时利用其絮凝功能将沉淀物附着在滤料表面。
厌氧滤料层为储水层，经过好氧滤料层的污水下渗至厌氧滤料层，同时通过风管进入部分原污水补充反硝化所需的碳源，经过好氧滤料层的污水与少部分原污水混合在反硝化层停留4小时以上的时间进行充分的反硝化反应之后，通过系统底部的集水管收集后经与其连接的排水管排出。
所述第六步中的工艺由两级好氧-厌氧系统串联组成，主要是利用一级厌氧滤料层利用风管投加少量原水作为反硝化碳源，与一层好氧滤料层硝化产生的含硝酸盐污水在厌氧滤料层进行混合后进行反硝化反应去除大部分总氮，剩余的少量氨氮和有机物进入二级好氧-厌氧系统进行去除，确保COD和总氮的达标排放。
本发明有以下效益：
1.本发明好氧滤料层采用相应配比的中砂、沸石、谷壳、活性污泥混合滤料作为填料，这种以大比表面积滤料为结构载体的生物膜相比菌胶团结构更加稳定，不需额外的碳源维持其形态，从而减少了碳源的消耗量。同时污水在下渗以及低压通风供氧的过程中是以流体的形式流经滤料和生物膜表面，相比传统工艺的深水曝气供氧对菌胶团的搅动影响，更具稳定性。
2.好氧滤料层除了作为微生物的载体之外，其本身还具有较强的有机物、氨氮吸附能力。污水在好氧滤料层下渗的过程中，首先被拦截、吸附在滤料和生物膜中，待污水在好氧滤料层落干后，再通过风管通风进行供氧，由生物膜里的好氧菌、硝化菌进行硝化反应，从而构成一个完整的吸附-反应体系。由于滤料对氨氮具有较强的吸附能力使得游离在水体中的有机物、NH4 +得以富集，相比传统工艺其处理方式更具精细化和高效化。
3.在传统工艺中供氧模式为深水曝气模式，空气的氧先溶解在水体中再被菌胶团吸收利用。而本发明采用能耗更低的通风供氧模式，待污水流经好氧硝化层落干之后，由于滤料的吸附、拦截作用氨氮被富集在滤料和生物膜中，然后再通过风管直接对附着在好氧硝化层滤料中的生物膜进行低压通风供氧。这种供氧模式相比传统深水曝气模式在氧的传导效率上更具优势的同时降低了80％左右能耗。此外在冬季时温度较低时，本工艺通过通风的空气进行加热使得进风温度不低于20℃，以维持微生物的活性。
4.由两级好氧-厌氧系统串联组成，主要是利用一级厌氧滤料层利用风管投加少量原水作为反硝化碳源，与一层好氧滤料层硝化产生的含硝酸盐污水在厌氧滤料层进行混合后进行反硝化反应去除大部分总氮，剩余的少量氨氮和有机物进入二级好氧-厌氧系统进行去除，确保COD和总氮的达标排放，无需回流，抗负荷能力强可适应高、低不同浓度的水质条件。
5.设备简单只需一台低压风机和一台潜污泵，无需专人管理，大幅度降低了运营维护成本。
附图说明
图1为本发明的生物滤盒的污水处理流程图。
图2为发明的生物滤盒的一个具体实施方式的横截面示意图。
图中：1.预处理单元，2.厌氧调节池，3.生物滤盒模块，4.进水主管，5.液体流量调节阀，6.一层布水管，7.一层布气管，8.一层排水管，9.一层集水管，10.挡水隔板，11.二层进水管，12.二层布气管，13.总集水管，14.二层排气管，15.一层排水检查管，16.一层排气管，17.加药管，18.加热装置，19.低压风机，20.主风管，21.空气流量调节阀，22好氧滤料层，23均化层,24厌氧滤料层，25.总排口，26.放空口。
具体实施例
下面结合实施案例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方法不限于此。
如图1所示，污水首先经过预处理单元(1)进行格栅、沉淀等处理，然后进入厌氧调节池(2)，再通过水泵定时定量、间歇性地进入各个生物滤盒模块(3)，依次经过各级好氧-厌氧系统后，最终出水通过总排放口排出。
如图2所示，生物滤盒模块(3)从上而下由两个好氧-厌氧系统串联而成，两个好氧-厌氧系统之间利用挡水隔板(10)分隔，每个好氧-厌氧系统均由好氧滤料层(22)和厌氧滤料层(24)组成；所述的生物滤盒模块(3)上一级厌氧滤料层的第一层排水管(8)与第二层布水管(12)连接，污水首先经过第一层布水管(6)进行表层均化布水，污水在好氧滤料层(22)下渗过程中，有机物和NH4+首先被好氧滤料层滤料和好氧滤料层生物膜吸附，待污水落干进入厌氧滤料层(24)之后，利用低压风机(19)通过风管(20)对厌氧硝化层(24)进行通风供氧，在低温条件下开启加热装置(18)保证微生物活性；第一层所通的风经过第一层排气管(16)排出，第二层所通的风经过第二层表层布水管收集后经第二层排气管(14)排出。通过污水进入一层厌氧滤料层(24)后，通过与进水主管(4)连接的第一层布气管(7)加入少部分原污水进行混合，提高有机碳源，并在厌氧滤料层(24)至少停留4小时，进行反硝化反应去除大部分总氮；剩余的有机物和NH4+进入下一级好氧—厌氧滤料层去除，确保出水达标。最终经过各级好氧-厌氧系统的处理后的污水通过总排水口(25)排出。
上述为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种处理农村生活污水模块化微动力设备，其特征在于：该微动力设备包括预处理模块(1)、厌氧调节池(2)以及多个生物滤盒模块(3)；其中污水通过预处理模块(1)经过格栅以及沉淀，流入厌氧调节池，再通过水泵定时定量、间歇性地进入各个生物滤盒模块(3)，经生物滤盒模块(3)后，达到排放标准，最终通过总排放口排出。
2.根据权利要求1所述的一种处理农村生活污水模块化微动力设备，其特征在于：所述的生物滤盒模块(3)上设置有：进水主管(4)、第一层布水管(6)、第一层布气管(7)、第一层排水管(8)、第一层集水管(9)、挡水隔板(10)、第二层进水管(11)、第二层布气管(12)、总集水管(13)、第二层排气管(14)、第一层排水检查管(15)、第一层排气管(16)、加药管(17)；所述的进水主管(4)尾端分为两根布水支管，分别对应的第一层布水管(6)与第二层布气管(7)相连接；主风管(20)一端上设置有低压风机(19)，主风管(20)另一端分为两根布气支管，分别与第一层布气管(7)、第二层布气管(12)连接；所述的生物滤盒模块(3)从上而下由两个好氧-厌氧系统串联而成，两个好氧-厌氧系统之间利用挡水隔板(10)分隔，每个好氧-厌氧系统均由好氧滤料层(22)、均化层(23)、厌氧滤料层(24)组成；上一级厌氧滤料层的排水管与下一级进水管(11)连接，上一级厌氧滤料层的出水口为下一级好氧滤料层进水口，水位污水首先经过表层一层布水管(6)进行表层均化布水；中低压风机(19)通过风管(20)对好氧滤料层(22)进行通风供氧。
3.根据权利要求1所述的一种处理农村生活污水模块化微动力设备，其特征在于：所述的主风管(20)另一端分为两根布气支管上设置有液体流量调节阀(5)；所述的进水主管(4)尾端分为两根布水支管上设置有空气流量调节阀(21)。
4.根据权利要求1所述的一种处理农村生活污水模块化微动力设备，其特征在于：所述的总集水管(13)尾端分为两根水管，其中一根水管尾端设置有总排口(25)，另一根水管尾端设置有放空口(26)；所述的中低压风机(19)上设置有加热装置(18)。
5.一种处理农村生活污水的方法，其特征在于：采用权利要求1-4任意一项所述的一种处理农村生活污水模块化微动力设备，该方法包括以下步骤：第一步、采用80％-90％中粗砂、3％-5％沸石、4％-6％谷壳、1％-3％活性污泥混合成而成的好氧段进行好氧去除COD及硝化除去氨氮反应；
第二步、采用80-90％5mm-10mm的碎石、5-6％谷壳、6％-8％碳酸钙和2％-5％混合而成的厌氧滤料层进行除磷和反硝化处理硝态氮反应；
第二步、采用10cm-30cm的碎石组成均化滤料层，进行均化布水和布气；
第三步、每级好氧-厌氧耦合系统，由50cm的好氧滤料和50cm的厌氧滤料耦合而成；
第四步、好氧滤料层为吸附、落干层，厌氧滤料层为长期储水层，好氧硝化层与厌氧反硝化层之间通过风管区分，风管以上为好氧硝化层，风管一下为厌氧反硝化层储水层；系统通过风管通风为上层落干后的滤料层营造好氧环境，通过储水层营造厌氧环境；
第五步、大部分原污水通过一层布水管均匀的散落滤料表面后进入一层好氧滤料层，小部分含较多COD的原污水通过风管直接进入一层厌氧滤料层，为一层厌氧滤料层提供反硝化碳源；
第六步、好氧滤料层采用与传统深水曝气模式不同的低压通风曝气模式，污水在通过各级布水管下渗的过程中，NH4 +和有机物被吸附富集在带负电荷的滤料和生物膜中，待污水落干进而厌氧储水层之后，对滤料和生物膜进行低压通风为硝化反应供氧；
第七步、工艺由两级好氧-厌氧系统串联组成，两级之间用挡水隔板分隔，一级厌氧出水管与二级布水管连接，一级厌氧滤料层出水为二级好氧滤料层进水；二级反硝化层出水为最终总出水。
6.根据权利要求5所述的一种处理农村生活污水的方法，其特征在于：所述的第一步中的好氧硝化生物膜滤料由中砂、沸石、谷壳、活性污泥均匀混合，其中中砂作为吸附滤料的同时作为硝化生物膜的主要载体；沸石则作为提高混合滤料对NH4 +的辅助材料，进一步提高混合滤料对NH4 +的吸附能力；谷壳具有较大的比表面积同时还具备缓释碳源的特性，提高混合滤料比表面积的同时，还将作为缓释有机碳源为生物膜提供部分碳源与微量元素。
7.根据权利要求6所述的一种处理农村生活污水的方法，其特征在于：所述的好氧硝化段采用先吸附再转化的间歇式处理模式，系统分为8个进水周期和16个通风周期，首先混合污水通过滤料表层的布水管由表层均匀的进入系统，污水在好氧滤料之间下渗的过程中带NH4 +和有机物被好氧滤料层滤料和生长在滤料之间的生物膜所吸附，待污水在好氧滤料落干进入厌氧滤料之后通过介于好氧硝化滤料与氧反硝化滤料的通风管对硝化段进行低压通风供氧为硝化反应提供氧气；布水2-3小时一周期，时间一般控制在20-40分钟以内，进水表面负荷控制在1m3/m2*d-2.5m3/m2*d；通风1.5小时一周期，通风时间一布水时间为界，布水前1小时通一次风，布水后通一次风，周期控制在20-40分钟以内，水汽比为1:3-1:6。
8.根据权利要求7所述的一种处理农村生活污水的方法，其特征在于：所述的第二步中、80-90％5mm-10mm的碎石、5-6％谷壳、6％-8％碳酸钙和2％-5％PAC(聚合氯化铝)组成，其中5mm-10mm的碎石作为好氧硝化短承托层，同时作为反硝化生物膜的主要载体；谷壳具有较大的比表面积同时还具备缓释碳源的特性，提高混合滤料比表面积的同时，还将作为缓释有机碳源为生物膜提供部分碳源与微量元素，碳酸钙在维持厌氧滤料层PH值为中性的同时还将与水体中的磷反应生成磷酸钙作为磷的吸附材料，PAC(聚合氯化铝)与水体中的磷反应生成磷酸铝作为除磷的吸附材料的同时利用其絮凝功能将沉淀物附着在滤料表面。
9.根据权利要求8所述的一种处理农村生活污水的方法，其特征在于：所述的系统厌氧滤料层为储水层，经过好氧滤料层的污水下渗至厌氧滤料层，同时通过风管进入部分原污水补充反硝化所需的碳源，经过好氧滤料层的污水与少部分原污水混合在反硝化层停留4小时以上的时间进行充分的反硝化反应之后，通过系统底部的集水管收集后经与其连接的排水管排出。
10.根据权利要求9所述的一种处理农村生活污水的方法，其特征在于：所述的第六步中的工艺由两级好氧-厌氧系统串联组成，主要是利用一级厌氧滤料层利用风管投加少量原水作为反硝化碳源，与一层好氧滤料层硝化产生的含硝酸盐污水在厌氧滤料层进行混合后进行反硝化反应去除大部分总氮，剩余的少量氨氮和有机物进入二级好氧-厌氧系统进行去除，确保COD和总氮的达标排放。
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