CN112960762A - 一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统，包括引水单元、生物转笼、生态沉淀池以及人工湿地，引水单元设置在生物转笼的上方，经过生物转笼处理后的污水通过水渠依次与生态沉淀池、人工湿地相连，生物转笼包括底座、固定轴、转动轴、填料笼、水槽以及接水器，填料笼的中心处设有贯穿设置的转动轴，转动轴内侧设有贯穿设置的固定轴，固定轴两端均与底座相连，填料笼外侧设有水槽，水槽一端与填料笼相连，水槽另一端设有与引水单元相对应的接水器；本发明装置由自流式水力驱动，节约能源，适合处理农村污水，而且，跟生物转盘相比，生物膜表面积更大，处理效率更高。

Description

一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统
技术领域
本发明涉及一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统，属于污水处理设备领域。
背景技术
对于山区农村，人口分散，房屋地势、地形复杂，生活污水处理设施可选类型少、运维难度大，再加上农村水处理运行从业人员的技术水平和管理水平较低，大山腹地的农村生活污水处理面临很大困难。为提高生活污水的处理效果，山区农村的生活污水净水系统要求设施简便、能耗小且易于管理。目前，实践中已有的生物转盘技术作为一种较理想的生物处理技术，具有系统安装便捷、操作和运行费用低等优点，且不需要曝气，节约能源，同时在较短的接触时间就可得到较高的净化效果，现已得到广泛应用。生物转盘是由水槽和部分浸没于污水中的旋转盘体组成的生物处理构筑物，主要包括盘片、接触反应槽、转轴及驱动装置。不过，现有生物转盘存在转盘比表面积小和盘片上微生物易脱落的问题，且一般由电力驱动。
发明内容
本发明的目的是构建一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统，利用山区等地势高差实现自流式水力驱动，节约能源，运行简便，利用转笼内填充的大比表面积填料处理污水，并强化复氧，具有良好的污水处理效率。
本发明构建一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统，与现有生物转盘技术相比，优点在于：①使用比表面积大的填料，增大生物膜表面积；②填料笼为多孔圆柱体，可降低笼内填料受到的水流冲击力，减少生物膜脱落；③动力来源是自流式水力驱动。本发明除用于净化山区农村生活污水外，也可应用于有足够高差的河流等地表水体水质提升，并且，在加设污水提升泵、电力或太阳能动力设备提供转笼转动动力的情况下，也能用于高差不足的污水净化和河湖水体水质提升。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统，包括引水单元、生物转笼、生态沉淀池以及人工湿地，引水单元设置在生物转笼的上方，经过生物转笼处理后的污水通过水渠依次与生态沉淀池、人工湿地相连，生物转笼包括底座、固定轴、转动轴、填料笼、水槽以及接水器，填料笼的中心处设有贯穿设置的转动轴，转动轴内侧设有贯穿设置的固定轴，固定轴两端均与底座相连，填料笼外侧设有水槽，水槽一端与填料笼相连，水槽另一端设有与引水单元相对应的接水器。
进一步的，接水器的纵截面为弧形接水器；接水器外端设有凹槽，能防止从高处下落的污水溅出；接水器外端小凹槽能够暂存没有流入填料笼的污水，直到转过半圈后污水跌落至下方水槽背面，再流入填料笼。
进一步的，填料笼内设有填料；填料表面附着生物膜；填料为生物绳填料、生物球填料或轻质多孔滤料。采用生物绳填料时，生物绳填料两端固定在填料笼上，生物绳填料平行于转动轴，填料体积占填料笼容积的60％以上；
采用生物球填料或轻质多孔滤料时，填满整个填料笼，并使得填料随填料笼转动时相对位置固定。
采用生物球填料时，生物球填料的直径为50-100mm；
采用轻质多孔滤料时，轻质多孔滤料上附着丝状藻；采用轻质多孔滤料时，可附着丝状藻，与细菌形成藻菌共生系统，对污染物吸收降解的能力更强。轻质多孔滤料的粒径为10-25mm。
进一步的，填料笼为多孔圆柱体，填料笼上设有开孔，开孔率45％-55％，孔径3-5mm。可减小填料上生物膜受到的水流冲击力，且使得布水更加均匀。
进一步的，填料笼设有多孔隔板，多孔隔板内侧与转动轴相连，多孔隔板外侧与水槽相连。隔板将填料笼内填料分区，并促进填料均匀固定，也使得布水更均匀，隔板开孔孔径、开孔率与填料笼外壳一致。
进一步的，水槽以及接水器内侧壁上设有凸点。水槽内底面有凸点，能改变水体流向加剧湍流，使得污水沿水槽流下时进一步复氧，且布水均匀，长时间运行后还能附着一部分生物膜，提高处理效率。
进一步的，水槽的数量为至少2个；水槽底面及其侧面挡板与填料笼相连，防止污水溅出。
进一步的，生态沉淀池包括依次设置的沉淀区以及出水区，沉淀区底部有污泥斗，出水区内沿水流动方向设有砂砾。
上述生物转笼的尺寸根据污水流量设计调整，可应用于不同流量的生活污水处理中。
填料笼、水槽和接水器可选用不锈钢、铝合金、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等轻质高强材料。
在高差足够的情况下，转笼由下落的水流提供动力；在高差不足的情况下，可配合使用污水提升泵进水，以及外加电力或太阳能动力设备提供转笼转动动力。
微生物附着在填料表面生长，形成生物膜，吸附污水中的污染物。由于微生物生长需要有机物、氮和磷，所以能有效降低COD、氨氮和总磷。另外，当污水流量增大时，生物转笼转动速度也会增加，使得复氧速率加大，生物膜对污水净化能力提高，因此具有一定的抗水力负荷冲击能力。
装置设计为自流式水力驱动的生物转笼。处理污水时，将污水用管（渠）引出，生物转笼位于出水口下方，污水下落依次冲击与垂向呈45°位置的接水器使生物转笼转动；同时，接水器中的污水受重力通过有凸点的水槽均匀流入填料笼，从而使得填料交替地与污水和空气接触，填料及其附着微生物处理流入的污水；污水从生物转笼流出后经生态沉淀池、人工湿地进一步沉淀、净化，最终排放。
污水流出后，填料、生物膜与空气接触，增加其溶解氧，运行过程自动形成干、湿交替及溶解氧变化环境。在这一过程中，在填料上附着的生物膜与污水以及空气之间，除进行污染物与O2的传递外，还有其他物质，如CO2、NH3等的传递，形成一个连续的吸附、氧化分解、复氧的过程，使污水不断得到净化。
当污水流量增大时，生物转笼转动速度也会增加，使得复氧速率加大，净化能力提高，因此，具有一定的抗水力负荷冲击能力。
上述生物转笼的尺寸根据污水流量设计，可应用于不同流量的生活污水处理中。
填料笼、水槽和接水器可选用聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯等轻质高强材料。
由于采用了以上技术，本发明较现有技术相比，具有的有益效果如下：
1、本发明装置主要通过填料处理污水中的污染物，填料通过自身生长同化作用吸收污水中的有机物和氮磷。
2、本发明装置由自流式水力驱动，节约能源，适合处理农村污水，而且，跟生物转盘相比，生物膜表面积更大，处理效率更高。
附图说明
图1是一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统的结构示意图；
图2是生物转笼的结构示意图；
图3是生物转笼的俯视图；
图4是水槽的结构示意图；
图中：1、固定轴，2、填料笼，3、填料，4、水槽，5、接水器，6、隔板，7、底座，8、转动轴，9、凹槽，10、凸点，11、引水单元，12、生物转笼，13、生态沉淀池，14、人工湿地，15、沉淀区，16、出水区，17、污泥斗。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。
实施例1
结合附图可见，一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统，包括引水单元11、生物转笼12、生态沉淀池13以及人工湿地14，引水单元11设置在生物转笼12的上方，经过生物转笼12处理后的污水通过水渠依次与生态沉淀池13、人工湿地14相连，生物转笼12包括底座7、固定轴1、转动轴8、填料笼2、水槽4以及接水器5，填料笼2的中心处设有贯穿设置的转动轴8，转动轴8内侧设有贯穿设置的固定轴1，固定轴1两端均与底座7相连，填料笼2外侧设有水槽4，水槽4一端与填料笼2相连，水槽4另一端设有与引水单元11相对应的接水器5。
接水器5的纵截面为弧形接水器5。
接水器5外端设有凹槽9。
填料笼2内设有填料3，填料3表面附着生物膜。
填料3为生物绳填料3、生物球填料3或轻质多孔滤料。
采用生物绳填料3时，生物绳填料3两端固定在填料笼2上，生物绳填料3平行于转动轴8，填料3体积占填料笼2容积的60％以上。
采用生物球填料3时，生物球填料3的直径为50-100mm。
采用轻质多孔滤料时，轻质多孔滤料上附着丝状藻；轻质多孔滤料的粒径为10-25mm。
填料笼2为多孔圆柱体，填料笼2上设有开孔，开孔率45％-55％，孔径3-5mm。
填料笼2设有多孔隔板6，多孔隔板6内侧与转动轴8相连，多孔隔板6外侧与水槽4相连。
水槽4以及接水器5内侧壁上设有凸点10。
水槽4的数量为至少2个。
生态沉淀池13包括依次设置的沉淀区15以及出水区16，沉淀区15底部有污泥斗17，出水区16内沿水流动方向设有砂砾。
本发明的生物转笼净水系统，包括引水单元11、生物转笼12、生态沉淀池13、人工湿地14。引水单元11为一根或多根引水管（渠），将高处的污水引至生物转笼12的接水器5上方，使污水冲击接水器5带动生物转笼12转动。污水经生物转笼12处理后流入下方的水渠，再由水渠汇入生态沉淀池13。生态沉淀池13前半部分为沉淀区15，底部有污泥斗17，部分悬浮物和脱落的生物膜沉积在污泥斗17中，需人工定期清掏；生态沉淀池13后半部分为出水区16，沿水流动方向设有砂砾堆起的堰，最终使水渗流或溢流出生态沉淀池13，通过水渠进入人工湿地14。砂砾堆堰既可起到附着少量生物膜进一步净化水质的作用，又能产生类似斜板生态沉淀池13的效果，降低出水浊度，减少人工湿地14堵塞的可能。人工湿地14为复合式潜流人工湿地14，污水在人工湿地14中经下行、上行后溢流出水，出水水质可达《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准。
填料笼2、水槽4和接水器5选用聚丙烯或其他轻质高强材料。污水通过引水管（渠）下落冲击与垂向呈45°位置的接水器5，使转笼转动；同时，接水器5中的污水受重力通过有凸点10的水槽4均匀流入填料笼2，从而使得填料3交替地与污水和空气接触，填料3及其附着微生物处理流入的污水；填料笼2内填料3随着转笼转动在污水和空气中交替，使生物膜在生长过程中吸收污染物，处理完的污水从填料笼2的多孔侧壁流出。
本发明的生物转笼12为自流式水力驱动，主要通过填料3上的生物膜对污水进行净化。污水流出后，填料3、生物膜与空气接触，增加其溶解氧，运行过程自动形成干、湿交替及溶解氧变化环境。
本发明的生物转笼12，可在运行前培养生物膜、丝状藻使其附着在笼内的填料3上，也可在试运行阶段逐渐培养。
本发明中的填料笼2即为装载填料3的容器。由于填料笼2为多孔圆柱体，故可降低填料3上生物膜受到的水流冲击力，且布水更加均匀。填料笼2内设有径向多孔隔板6，隔板6将填料笼2内填料3分区。
本发明中，接水器5和水槽4不仅起到提供动力、将污水引入填料笼2的作用，而且水槽4内底面有凸点10，污水沿水槽4流下时进一步复氧，且布水均匀，长时间运行后表面还能附着一部分生物膜，提高处理效率。
实施例2
某自然村生活污水量约10m3/d，各户污水管网已铺设好，且管网末端与自然水体有一定高差。在管网末端设1个集水槽，由2根引水管将集水槽中的污水引至生物转笼12上方；生物转笼12下方设水渠，水渠连接生态沉淀池13。生物转笼12的填料笼2直径30cm，长2m，加上水槽4和接水器5的总直径为55cm。填料3采用轻质多孔滤料，能够让丝状藻更易附着，与细菌形成藻菌共生系统，对污染物吸收降解的能力更强。接水器5能够保证污水进入填料笼2：接水器5呈流线型并在外端设有小凹槽9，能防止从高处下落的污水溅出；接水器5外端小凹槽9能够暂存没有流入填料笼2的污水，直到转过半圈后污水跌落至下方水槽4背面，再流入填料笼2。
生物转笼12的安装方法为：调整生物转笼12位置，使其与垂向呈45°位置的接水器5低于引水管末端0.5m，且从2根引水管下落的水流对称地冲击接水器5；调整完毕后，用螺丝将底座7固定在渠道内。生物转笼12转速约1～2r/min。经过填料笼2后，污水从生物转笼12滴落进下方水渠，汇入生态沉淀池13，再经人工湿地14处理后排出。
在上述实施方案下，当进水污染物浓度小于等于下表所列值时，出水可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级A标准。
单位：mg/L
TN NH<sub>3</sub>-N TP CODcr
进水 30 25 5 150
实施例3
某宽8m的受污染河流，有一处落差达1m。在上游设8个引水渠，将河水引至生物转笼12上方，使河水均匀冲击生物转笼12的接水器5。引水渠的总宽度与河宽之比为处理率，可根据河流收污染状况设计不同的引水渠宽度。采用4个实施例1中的生物转笼12并联，置于河道下游。受污染的河水经引水渠流入生物转笼12净化后，直接滴落进入河流。由于脱落的生物膜也会进入河流，所以该方案对污染物的去除主要是通过微生物代谢产生的CO2等气体排放至空气中。
上述方案可对受污染河流进行原位水质提升。
原位处理的优点在于：不建设大型工程，对环境影响较小；利用高差就地进行，节省治理费用；是自然过程的强化，最终产物不会造成二次污染；也可根据需要加设提升水泵和生物笼转动驱动动力，以适用进水高差不足条件。
上述案例仅为本发明在具体情况下的实施方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围，即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统，其特征在于：包括引水单元、生物转笼、生态沉淀池以及人工湿地，引水单元设置在生物转笼的上方，经过生物转笼处理后的污水通过水渠依次与生态沉淀池、人工湿地相连，生物转笼包括底座、固定轴、转动轴、填料笼、水槽以及接水器，填料笼的中心处设有贯穿设置的转动轴，转动轴内侧设有贯穿设置的固定轴，固定轴两端均与底座相连，填料笼外侧设有水槽，水槽一端与填料笼相连，水槽另一端设有与引水单元相对应的接水器。
2.根据权利要求1所述的一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统，其特征在于：接水器的纵截面为弧形接水器。
3.根据权利要求2所述的一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统，其特征在于：接水器外端设有凹槽。
4.根据权利要求1所述的一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统，其特征在于：填料笼内设有填料，填料表面附着生物膜。
5.根据权利要求4所述的一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统，其特征在于：填料为生物绳填料、生物球填料或轻质多孔滤料。
6.根据权利要求5所述的一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统，其特征在于：采用生物绳填料时，生物绳填料两端固定在填料笼上，生物绳填料平行于转动轴；
采用生物球填料时，生物球填料的直径为50-100mm；
采用轻质多孔滤料时，轻质多孔滤料上附着丝状藻；轻质多孔滤料的粒径为10-25mm。
7.根据权利要求1所述的一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统，其特征在于：填料笼为多孔圆柱体，填料笼上设有开孔，开孔率45％-55％，孔径3-5mm。
8.根据权利要求1所述的一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统，其特征在于：填料笼设有多孔隔板，多孔隔板内侧与转动轴相连，多孔隔板外侧与水槽相连。
9.根据权利要求1所述的一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统，其特征在于：水槽以及接水器内侧壁上设有凸点；水槽的数量为至少2个。
10.根据权利要求1所述的一种自流式水力驱动的生物转笼净水系统，其特征在于：生态沉淀池包括依次设置的沉淀区以及出水区，沉淀区底部有污泥斗，出水区内沿水流动方向设有砂砾。
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