CN113698032A - 耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置及方法 - Google Patents
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Abstract
一种耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置及方法，通过在箱体内设置多个水平隔板从下向上依次分隔成沉淀层、滤料层、生物隔膜层、生态层和水植层，沉淀层、滤料层和生物隔膜层构成生物处理单元，生态层和水植层构成生态处理单元，通过竖直隔板位于生物处理单元和生态处理单元两侧将箱体分隔成预处理单元和出水单元，污水依次沿预处理单元进入生物处理单元、生态处理单元和出水单元，无需消耗大量电能和药剂，运行成本低，占地面积小，避免滋生蚊蝇，有利于推广，操作简单方便。
Description
技术领域
本发明专利属于污水净化技术领域，涉及一种耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置及方法。
背景技术
污水分散式处理设置及处置方式主要为生物处理、人工湿地处理两种，此两种方法为农村污水处理的常见方法，其处理方式各有优缺点。现有的生物处理法需要消耗大量的电能、药剂费用，另由于污水水质、水量冲击负荷大等，单纯的生物处理方式在COD浓度较低时须投加碳源保证总氮、总磷出水达标而造成运行成本过高等弊端。人工湿地处理技术等生态处理方式，由于其具有操作简单、无需用电、曝气、成本低、不产生二次污染及景观效果好等优点，分散式污水处理中人工湿地常被用作尾水提标改造使用，但由于单位面积处理负荷较小，需消耗大量电能、药剂费用、运行成本高或占地面积较大、滋生蚊蝇等，这导致在农村分散式污水处理中存在应用局限。
发明内容
本发明专利所要解决的技术问题是提供一种耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置及方法，结构简单，采用在箱体内设置多个水平隔板从下向上依次分隔成沉淀层、滤料层、生物隔膜层、生态层和水植层，沉淀层、滤料层和生物隔膜层构成生物处理单元，生态层和水植层构成生态处理单元，竖直隔板位于生物处理单元和生态处理单元两侧将箱体分隔成预处理单元和出水单元，污水依次沿预处理单元进入生物处理单元、生态处理单元和出水单元，无需消耗大量电能和药剂，运行成本低，占地面积小，避免滋生蚊蝇，有利于推广，操作简单方便。
为解决上述技术问题，本发明专利所采用的技术方案是：一种耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置，它包括预处理单元、生物处理单元、生态处理单元和出水单元；所述预处理单元和出水单元分别位于箱体内两端，生物处理单元和生态处理单元位于预处理单元和出水单元之间，生态处理单元位于生物处理单元上部相互连通，预处理单元与生物处理单元连通，出水单元与生态处理单元连通。
所述箱体为上侧开口的中空箱体，前后两侧的透明钢化玻璃与生态处理单元对应。
所述箱体内由多个水平隔板从下向上依次分隔成沉淀层、滤料层、生物隔膜层、生态层和水植层；沉淀层、滤料层和生物隔膜层构成生物处理单元；生态层和水植层构成生态处理单元。
所述水平隔板一端设置滤孔，每两个相邻的水平隔板上的滤孔分别位于两端。
所述预处理单元包括隔油井内相互连通的沉渣腔和滤油腔，位于沉渣腔内设置有沉渣篮，滤油腔与生物处理单元的沉淀层连通。
所述沉淀层底部坡面为倾斜结构，坡面较低的一端位于预处理单元下部设置排泥管延伸出箱体外，坡面较高一端上部的水平隔板上设置滤孔。
所述滤料层的底部铺设硅藻土，硅藻土上部铺设鹅卵石，硅藻土内投入微生物；所述生物隔膜层内底部的水平隔板上设置挂钩，用于浮挂人工水草。
所述生态层底部铺设沙土，沙土上铺设粗砂粒，为沉水植物和底栖动物提供生存环境；所述水植层内设置浮框，浮框内设置种植板，种植板用于种植挺水植物。
所述出水单元内设置消毒装置，位于消毒装置上部设置出水口与水植层连通，位于消毒装置下部设置尾水管引出箱体外。
如上所述的耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置的处理方法，它包括如下步骤：
S1,安装，直接将污水管网与预处理单元的沉渣腔上端进水口连通；此步骤中，排泥管处于关闭状态；
S2,预处理，污水进入隔油井，对污水中的沉渣和浮油进行处理；
S2-1,收集沉渣，污水进入沉渣篮后，污水中的垃圾被沉渣篮的过滤孔阻挡，收集在沉渣篮内，污水进入沉渣篮下部的隔油井内；
S2-2,滤油，隔油井内污水上层的油污，浮于沉渣腔和滤油腔之间连通口上部的沉渣腔内，污水从连通口进入滤油腔内，将油污隔离在沉渣腔内；
S3, 生物处理，当污水水位越过滤油腔内的隔油板上端高度后，进入到沉淀层内，随着水位不断上升污水进入到滤料层和生物隔膜层内；
S3-1，污水进入沉淀层后流速放缓，污水中裹挟的污泥部分沉积于沉淀层底部；
S3-2，污水中部分污泥从滤料层下部的滤孔进入到滤料层内后，进入硅藻土的孔隙中，和硅藻土一起为微生物提供生存环境，微生物附着于鹅卵石表层，形成生物膜，起到净化水质和过滤作用；
S3-3，进入生物隔膜层内的污水，使人工水草悬浮于污水中，形成较大比表面积的生物膜，进一步利用生物处理法吸收污水中的COD和氮磷；
S4，生态处理，生物处理后的污水进入生态处理单元，充满生态层和水植层，生态层和水植层进一步净化水体；
S4-1，污水进入生态层后，为沉水植物的生长提供基质，并底栖动物提供生存环境，土壤基质表层覆盖的沙土防止水流导致土壤悬浮或漂浮；沉水植物的生长过程中吸收水体中的氮磷，底栖动物摄食悬浮物或沙土层中的沉积物，对水体起到净化作用；
S4-2，污水进入水植层后使浮框浮于水面，为种植板上的挺水植物提供浮力；挺水植物的根系透过生态浮框向下生长，与生态浮框下部的水体实现连通，净化下部水体；
S5，消毒处理，净化后的污水进入水植层的种植板上部后形成清水，当清水溢过出水口后，进入到出水单元内，消毒装置对清水进行通过式消毒，消毒后的清水漫过尾水管后排出。
本发明专利的有益效果主要体现于：
在箱体内设置预处理单元、生物处理单元、生态处理单元和出水单元，形成模块化，集成度高，占地面积小，有利于推广。
污水依次进入预处理单元、生物处理单元、生态处理单元从出水单元排出，整个处理过程中采用的是自流式，无需额外能源和设备驱动。
利用预处理单元内的滤油腔和沉渣篮处理沉渣和油污，结构简单，无需药剂，运行成本低。
每两个相邻的水平隔板上的滤孔分别位于两端，增加了污水流通的路径，整体结构紧凑，有利于污水净化。
耦合了生物处理单元和生态处理单元，解决了现有技术耗氧量大、耗能成本高、容易滋生蚊蝇的难题。
位于生态处理单元对应的箱体两侧为透明钢化玻璃，有利于光线通过，为沉水植物的生长提供光照，同时增加了观赏性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明专利作进一步说明：
图1为本发明专利的主视示意图。
图2为图1的俯视示意图。
图3为图1的A-A处剖视示意图。
图4为图2的B-B处剖视示意图。
图中：隔油井11,沉渣腔12,滤油腔13,沉渣篮14,沉淀层21,滤料层22,生物隔膜层23, 排泥管24,生态层31,水植层32,消毒装置41,出水口42,尾水管43,箱体5, 透明钢化玻璃51,水平隔板52,滤孔53。
具体实施方式
如图1~图4中，一种耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置，它包括预处理单元、生物处理单元、生态处理单元和出水单元；所述预处理单元和出水单元分别位于箱体5内两端，生物处理单元和生态处理单元位于预处理单元和出水单元之间，生态处理单元位于生物处理单元上部相互连通，预处理单元与生物处理单元连通，出水单元与生态处理单元连通。使用时，污水依次沿预处理单元进入生物处理单元、生态处理单元和出水单元，处理过程中，无需消耗大量电能和药剂，运行成本低，占地面积小，避免滋生蚊蝇，有利于推广，操作简单方便。
优选的方案中，所述箱体5为上侧开口的中空箱体，前后两侧的透明钢化玻璃51与生态处理单元对应。使用时，光线透过透明钢化玻璃51，为沉水植物的生长提供光照，同时还有利于观赏。
优选的方案中，所述箱体5内由多个水平隔板52从下向上依次分隔成沉淀层21、滤料层22、生物隔膜层23、生态层31和水植层32；沉淀层21、滤料层22和生物隔膜层23构成生物处理单元；生态层31和水植层32构成生态处理单元。使用时，经过前期处理的污水从生物处理单元进入生态处理单元，是两者耦合，耗氧量小、耗能成本低、不易滋生蚊蝇。
优选的方案中，所述水平隔板52一端设置滤孔53，每两个相邻的水平隔板52上的滤孔53分别位于两端。使用时，滤孔53主要确保污水通过，每两个相邻的水平隔板52上的滤孔53分别位于相邻两个单元的两端，增大了污水通过的路径，有利于污水净化。
优选的方案中，所述预处理单元包括隔油井11内相互连通的沉渣腔12和滤油腔13，位于沉渣腔12内设置有沉渣篮14，滤油腔13与生物处理单元的沉淀层21连通。使用时，污水首先进入隔油井11内的沉渣篮14，再进入滤油腔13后流入到沉淀层21内，沉渣篮14用于收集污水中的沉渣，滤油腔13用于过滤浮油。
优选地，沉渣篮14为镂空框体结构，位于上端开口两侧设置提拉把，当沉渣收集到一定量后，施加提拉把向上的提拉力，提出沉渣腔12外后清理，操作简单方便。
优选地，沉渣腔12和滤油腔13的连通口位于隔油井11底部一侧，位于滤油腔13内设置竖直的隔油板，隔油板上端面高度高于连通口的高度。当污水进入到沉渣腔12后，污水的水位高于连通口，浮油浮于沉渣腔12内的污水上层，污水则从连通口进入到滤油腔13内，向上越过隔油板后进入到沉淀层21内，有效起到收集沉渣和过滤浮油的目的。
优选的方案中，所述沉淀层21底部坡面为倾斜结构，坡面较低的一端位于预处理单元下部设置排泥管24延伸出箱体5外，坡面较高一端上部的水平隔板52上设置滤孔53。污水处理过程中，排泥管24处于关闭状态，沉淀层21用于沉积污水中的污泥，当污泥沉积到一定量后，打开排泥管24将污水和污泥排出清空。
优选地，沉淀层21底部坡面的坡度为1%。
优选的方案中，所述滤料层22的底部铺设硅藻土，硅藻土上部铺设鹅卵石，硅藻土内投入微生物；所述生物隔膜层23内底部的水平隔板52上设置挂钩，用于浮挂人工水草。使用时，硅藻土上部铺设40mm~60mm的鹅卵石，硅藻土吸附污水中污染物，并给微生物提供生存环境，挂钩用于固定人工水草。
优选地，硅藻土可为微生物提供生存环境并净化水质，微生物可快速的附着于上层的鹅卵石表层，形成生物膜，既起到过滤作用，也能起到利用生物膜净化水质的效果。
优选地，挂钩用于浮挂密度小于水的人工水草，浮于污水中的人工水草表面会形成较大比表面积的生物膜，进一步利用生物处理法吸收污水中的COD、氮磷。
优选的方案中，所述生态层31底部铺设沙土，沙土上铺设粗砂粒，为沉水植物和底栖动物提供生存环境；所述水植层32内设置浮框，浮框内设置种植板，种植板用于种植挺水植物。使用时，沙土上铺设砂粒，提供生态层31中底栖动物生活场景，当生物处理单元中的微生物进入生态处理单元后，供给底栖动物，种植板内种植挺水植物，浮框提供挺水植物浮力。
优选地，沙土层为底部100mm土层、上部为50mm中粗砂，为沉水植物的生长提供基质，为底栖动物提供生存环境，土壤基质表层覆盖的沙土可防止水流导致土壤悬浮漂浮。
优选地，沉水植物为改良矮型枯草、狐尾藻、金鱼藻，底栖动物为软体动物。沉水植物的生长利用生态处理方法吸收水体中的氮磷，对水体起到净化作用。
优选地，挺水植物的根系透过生态浮框向下生长，与生态浮框下部的水体实现连通，净化下部水体。
优选地，挺水植物为鸢尾、菖蒲、芦苇。
优选的方案中，所述出水单元内设置消毒装置41，位于消毒装置41上部设置出水口42与水植层32连通，位于消毒装置41下部设置尾水管43引出箱体5外。使用时，出水口42位于种植板上部的出水单元一侧，处理后种植板上部的清水从出水口42自流到出水单元内，通过消毒装置41消毒后从尾水管43排出。
优选地，消毒装置41为紫外线消毒，耗能低。
如上所述的耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置的处理方法，它包括如下步骤：
S1,安装，直接将污水管网与预处理单元的沉渣腔12上端进水口连通；此步骤中，排泥管24处于关闭状态；
S2,预处理，污水进入隔油井11，对污水中的沉渣和浮油进行处理；
S2-1,收集沉渣，污水进入沉渣篮14后，污水中的垃圾被沉渣篮14的过滤孔阻挡，收集在沉渣篮14内，污水进入沉渣篮14下部的隔油井11内；
S2-2,滤油，隔油井11内污水上层的油污，浮于沉渣腔12和滤油腔13之间连通口上部的沉渣腔12内，污水从连通口进入滤油腔13内，将油污隔离在沉渣腔12内；
S3, 生物处理，当污水水位越过滤油腔13内的隔油板上端高度后，进入到沉淀层21内，随着水位不断上升污水进入到滤料层22和生物隔膜层23内；
S3-1，污水进入沉淀层21后流速放缓，污水中裹挟的污泥部分沉积于沉淀层21底部；
S3-2，污水中部分污泥从滤料层22下部的滤孔53进入到滤料层22内后，进入硅藻土的孔隙中，和硅藻土一起为微生物提供生存环境，微生物附着于鹅卵石表层，形成生物膜，起到净化水质和过滤作用；
S3-3，进入生物隔膜层23内的污水，使人工水草悬浮于污水中，形成较大比表面积的生物膜，进一步利用生物处理法吸收污水中的COD和氮磷；
S4，生态处理，生物处理后的污水进入生态处理单元，充满生态层31和水植层32，生态层31和水植层32进一步净化水体；
S4-1，污水进入生态层31后，为沉水植物的生长提供基质，并底栖动物提供生存环境，土壤基质表层覆盖的沙土防止水流导致土壤悬浮或漂浮；沉水植物的生长过程中吸收水体中的氮磷，底栖动物摄食悬浮物或沙土层中的沉积物，对水体起到净化作用；
S4-2，污水进入水植层32后使浮框浮于水面，为种植板上的挺水植物提供浮力；挺水植物的根系透过生态浮框向下生长，与生态浮框下部的水体实现连通，净化下部水体；
S5，消毒处理，净化后的污水进入水植层32的种植板上部后形成清水，当清水溢过出水口42后，进入到出水单元内，消毒装置41对清水进行通过式消毒，消毒后的清水漫过尾水管43后排出。该方法操作简单方便，有利于形成模块化，占地面积小，空间利用高，运行成本低，有利于大范围推广。
上述的实施例仅为本发明专利的优选技术方案，而不应视为对于本发明专利的限制，本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下，可以相互任意组合。本发明专利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，也在本发明专利的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置，其特征是：它包括预处理单元、生物处理单元、生态处理单元和出水单元；所述预处理单元和出水单元分别位于箱体（5）内两端，生物处理单元和生态处理单元位于预处理单元和出水单元之间，生态处理单元位于生物处理单元上部相互连通，预处理单元与生物处理单元连通，出水单元与生态处理单元连通。
2.根据权利要求1所述的耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置，其特征是：所述箱体（5）为上侧开口的中空箱体，前后两侧的透明钢化玻璃（51）与生态处理单元对应。
3.根据权利要求2所述的耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置，其特征是：所述箱体（5）内由多个水平隔板（52）从下向上依次分隔成沉淀层（21）、滤料层（22）、生物隔膜层（23）、生态层（31）和水植层（32）；沉淀层（21）、滤料层（22）和生物隔膜层（23）构成生物处理单元；生态层（31）和水植层（32）构成生态处理单元。
4.根据权利要求3所述的耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置，其特征是：所述水平隔板（52）一端设置滤孔（53），每两个相邻的水平隔板（52）上的滤孔（53）分别位于两端。
5.根据权利要求1所述的耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置，其特征是：所述预处理单元包括隔油井（11）内相互连通的沉渣腔（12）和滤油腔（13），位于沉渣腔（12）内设置有沉渣篮（14），滤油腔（13）与生物处理单元的沉淀层（21）连通。
6.根据权利要求3所述的耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置，其特征是：所述沉淀层（21）底部坡面为倾斜结构，坡面较低的一端位于预处理单元下部设置排泥管（24）延伸出箱体（5）外，坡面较高一端上部的水平隔板（52）上设置滤孔（53）。
7.根据权利要求3所述的耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置，其特征是：所述滤料层（22）的底部铺设硅藻土，硅藻土上部铺设鹅卵石，硅藻土内投入微生物；所述生物隔膜层（23）内底部的水平隔板（52）上设置挂钩，用于浮挂人工水草。
8.根据权利要求3所述的耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置，其特征是：所述生态层（31）底部铺设沙土，沙土上铺设粗砂粒，为沉水植物和底栖动物提供生存环境；所述水植层（32）内设置浮框，浮框内设置种植板，种植板用于种植挺水植物。
9.根据权利要求3所述的耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置，其特征是：所述出水单元内设置消毒装置（41），位于消毒装置（41）上部设置出水口（42）与水植层（32）连通，位于消毒装置（41）下部设置尾水管（43）引出箱体（5）外。
10.根据权利要求1~9任一项所述的耦合生物处理和生态处理的污水净化一体化装置的处理方法，其特征是，它包括如下步骤：
S1,安装，直接将污水管网与预处理单元的沉渣腔（12）上端进水口连通；此步骤中，排泥管（24）处于关闭状态；
S2,预处理，污水进入隔油井（11），对污水中的沉渣和浮油进行处理；
S2-1,收集沉渣，污水进入沉渣篮（14）后，污水中的垃圾被沉渣篮（14）的过滤孔阻挡，收集在沉渣篮（14）内，污水进入沉渣篮（14）下部的隔油井（11）内；
S2-2,滤油，隔油井（11）内污水上层的油污，浮于沉渣腔（12）和滤油腔（13）之间连通口上部的沉渣腔（12）内，污水从连通口进入滤油腔（13）内，将油污隔离在沉渣腔（12）内；
S3, 生物处理，当污水水位越过滤油腔（13）内的隔油板上端高度后，进入到沉淀层（21）内，随着水位不断上升污水进入到滤料层（22）和生物隔膜层（23）内；
S3-1，污水进入沉淀层（21）后流速放缓，污水中裹挟的污泥部分沉积于沉淀层（21）底部；
S3-2，污水中部分污泥从滤料层（22）下部的滤孔（53）进入到滤料层（22）内后，进入硅藻土的孔隙中，和硅藻土一起为微生物提供生存环境，微生物附着于鹅卵石表层，形成生物膜，起到净化水质和过滤作用；
S3-3，进入生物隔膜层（23）内的污水，使人工水草悬浮于污水中，形成较大比表面积的生物膜，进一步利用生物处理法吸收污水中的COD和氮磷；
S4，生态处理，生物处理后的污水进入生态处理单元，充满生态层（31）和水植层（32），生态层（31）和水植层（32）进一步净化水体；
S4-1，污水进入生态层（31）后，为沉水植物的生长提供基质，并底栖动物提供生存环境，土壤基质表层覆盖的沙土防止水流导致土壤悬浮或漂浮；沉水植物的生长过程中吸收水体中的氮磷，底栖动物摄食悬浮物或沙土层中的沉积物，对水体起到净化作用；
S4-2，污水进入水植层（32）后使浮框浮于水面，为种植板上的挺水植物提供浮力；挺水植物的根系透过生态浮框向下生长，与生态浮框下部的水体实现连通，净化下部水体；
S5，消毒处理，净化后的污水进入水植层（32）的种植板上部后形成清水，当清水溢过出水口（42）后，进入到出水单元内，消毒装置（41）对清水进行通过式消毒，消毒后的清水漫过尾水管（43）后排出。
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- 2021-08-10 CN CN202110914939.9A patent/CN113698032A/zh active Pending
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