CN114057362A

CN114057362A - 一种污水处理装置与方法

Info

Publication number: CN114057362A
Application number: CN202111575597.9A
Authority: CN
Inventors: 马荣; 刘云根; 郑淑君; 王铁运
Original assignee: Southwest Forestry University
Current assignee: Southwest Forestry University
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2022-02-18

Abstract

本发明提供一种污水处理装置与方法，该装置包括：对黑水进行厌氧处理的厌氧池、对厌氧处理过的污水进行过滤的过滤池、对过滤后的污水进行氮磷降解的降解池、对降解后的污水中的氨氮进行氧化的光催化反应池、以及将经过光催化的水进行收集的收集池；所述厌氧池、过滤池、降解池、光催化反应池、收集池之间各自通过底部设置的管道依次连通。本发明通过合理耦合为一整套污水处理系统，可以简洁高效的对污水中的污染物质进行降解，解决了农村污水分散、水质水量波动大因而无法集中处理的问题，实现从源头对农村污水进行处理，减少了其在沟渠流动中造成的潜在危害。

Description

一种污水处理装置与方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种适用于农村环境处理的污水处理装置与方法。

背景技术

农村生活污水的排放是造成水环境污染的重要因素。加强农村生活污水的收集、处理和资源化利用，是改善农村水环境亟待解决的问题，也是乡村振兴战略的重要组成部分。但由于我国农村污水处理设施的覆盖率严重不足，农村生活污水问题已成为影响农村人居环境和生态环境的重要因素。从处理方式上看，我国农村污水处理主要包括分散处理、乡镇集中处理和市政统一处理三种方式。受地理和经济因素的限制，集中式污水处理模式在居民居住相对分散的农村地区难以进行，而小型分散式污水处理设施可实现生活污水就近处理利用，应用范围广并占用很小的空间，更好地适应水质和水量的变化，并能有效保护环境和公众健康，比较适合农村。在农村分散式污水处理工艺中，厌氧+人工湿地工艺，MBR工艺、土地入渗工艺和A2O工艺被广泛使用。我国从80年代开始推广分散式污水处理技术，人工湿地、稳定池、生物滤池、A2O等技术逐步在农村推广应用。但是就以往的研究来看，因无法在农村大量配备专业型技术人员，且农村污水排放分散，水质水量波动较大，很多污水处理站等工程都成为了“晒太阳工程”。

目前针对污水处理的方法多为化学及生物处理，其中生物法需要配合载体一起使用，无法单独投放于污水中使用，且产生的污泥需要定期清理；而化学法需要价格昂贵的试剂，不适合大面积处理，其还存在产生有毒产物进入食物链的潜在危害，且这些处理单元间多为分离处理，运行分散，占地面积较大。

发明内容

本发明解决了现有的集中式污水处理模式在居民居住相对分散的农村地区难以进行的问题,提供了一种污水处理装置和方法，该装置采用了废水处理技术耦合，通过组合厌氧池、格栅滤池、人工湿地及光催化反应池，使污水中的污染物质经多级处理单元，最后收集至集水池用于回用，提高了净化的效率和效果。本发明提供的装置均采用物理方法，不涉及任何化学试剂的添加，可自动或人工控制，针对农村污水水量波动大的问题可做到随开随用，且装置结构紧凑，可在污水产生的源头进行净化处理。

一种污水处理装置，包括：对黑水进行厌氧处理的厌氧池、对厌氧处理过的污水进行过滤的过滤池、对过滤后的污水进行氮磷降解的降解池、对降解后的污水中的氨氮进行氧化的光催化反应池、以及将经过光催化的水进行收集的收集池；

所述厌氧池、过滤池、降解池、光催化反应池、收集池之间各自通过底部设置的管道依次连通。

进一步地，如上所述的污水处理装置，所述厌氧池内设置有能够使水流成S形流动的折流板；在厌氧池的底部设置有污泥处理机构。

进一步地，如上所述的污水处理装置，所述污泥处理机构包括：污泥斗和排泥管，所述污泥斗的上顶部开口和厌氧池的底连通，污泥斗的底部与所述排泥管连通。

进一步地，如上所述的污水处理装置，所述过滤池内设置有至少两种不同格栅规格的过滤机构，该过滤机构根据格栅的大小按照从大到小的顺序排列设置。

进一步地，如上所述的污水处理装置，所述过滤网通过将两个金属边框将其固定，该两个金属边框通过活动铰链固定，由所述两个金属边框组成的过滤机构通过活动挂钩与U型倒钩将其挂在过滤池的内壁上。

进一步地，如上所述的污水处理装置，在两个过滤过滤机构之间设置有拦截水中漂浮物的稻草秸秆编织网。

进一步地，如上所述的污水处理装置，所述降解池内设置有人工湿地，该人工湿地由下至上设置有三种滤料，分别是砾石、陶粒、火山石；在人工湿地的水面种植有水培蔬菜。

进一步地，如上所述的污水处理装置，所述光催化反应池为中空的圆柱形玻璃容器，该玻璃容器由玻璃外壁、玻璃内壁以及设置在玻璃外壁、玻璃内壁之间的光触媒蜂窝网组成；该蜂窝网上涂有二氧化钛；在该玻璃容器的中间设置有波长为365nm的紫外灯。

进一步地，如上所述的污水处理装置，所述所述厌氧池、过滤池、降解池、光催化反应池、收集池整体构成一个结构紧凑的矩形结构。

本发明还提供一种利用如上装置处理污水的方法，该方法包括以下步骤：

(1)黑水进入厌氧池，在厌氧池的作用下沉淀污泥并将污泥排出；

(2)从厌氧池处理过的灰水进入过滤池，在两个过滤机构之间夹入稻草秸秆编织网，该稻草秸秆编织网一方面用于增大过滤池内的空隙密度，一方面是到达一定处理时间后，可将稻草秸秆编织网抽出，与前端厌氧池的污泥进行堆肥化处理；

(3)从过滤池流出的混合污水经过过滤池内的细格栅过滤后从底部进入降解池，自下而上经由三种滤料吸附以降解氮磷污染物，水面同时种植水培蔬菜；

(4)污水由降解池通过管道进入光催化反应池，在紫外灯照射下，催化剂价带上的电子被激发进入导带,在价带上形成空穴，空穴将催化剂表面的OH-和H2O氧化为·OH，从而实现对氨氮的氧化，最终分解成CO2、N2和H2O，以达到净化的目的；

(5)从降解池流出的水收集至集水池，用于冲厕及农田灌溉。

有益效果：

本发明将厌氧池-稻草秸秆滤池-人工湿地-光催化反应池巧妙的结合在一起，首先利用厌氧池沉淀过滤黑水中固体物质，通过设置折流板使污水更加充分的与厌氧污泥接触，有利于废水的降解处理。稻草秸秆编织网一方面可拦截过滤灰水中的菜叶等悬浮物，同时又可作为堆肥化处理的原材料之一。人工湿地种植水培蔬菜一方面净化了水质，同时也增加了经济效益。光催化不但可降解氮磷等污染物，同时还可杀菌，使出水水质得到净化，并且无二次污染物产生。

其中，稻草秸秆编织网拦截过滤如菜叶等悬浮物后可与前端厌氧池污泥斗中固体废物进行堆肥化处理，猪粪堆肥添加不同比例的水稻秸秆不仅能够解决纯猪粪堆肥时本身所存在的不足，还可以将废弃的秸秆充分资源化利用，同时也省去了需人工清理格栅拦截的固体废物带来的不便。人工湿地基质材料来源广泛，且价廉易得，湿地中种植的水培蔬菜一方面可以食用，另一方面也可作为观赏性植物。光催化目前较多针对于处理高浓度有机废水，对农村生活污水处理的研究较少。本发明通过集成废水处理技术、厌氧沉淀、格栅拦截、人工湿地吸附处理及光催化氧化处理技术，实现了各自单项优势的互补，通过合理耦合为一整套污水处理系统，可以简洁高效的对污水中的污染物质进行降解，解决了农村污水分散、水质水量波动大因而无法集中处理的问题，实现从源头对农村污水进行处理，减少了其在沟渠流动中造成的潜在危害。

附图说明

图1为本发明污水处理装置整体结构图；

图2为厌氧池侧视图；

图3为格栅细节图1；

图4为格栅细节图2；

图5为光催化反应池内部结构示意图；

图6为本发明污水处理装置水流方向示意图；

图7为本发明污水处理装置管道布置示意图；

图8为本发明污水处理方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种污水处理装置，该装置包括：对黑水进行厌氧处理的厌氧池1、对厌氧处理过的污水进行过滤的过滤池2、对过滤后的污水进行氮磷降解的降解池3、对降解后的污水中的氨氮进行氧化的光催化反应池4、以及将经过光催化的水进行收集的收集池5；

如图7所示，所述厌氧池1、过滤池2、降解池3、光催化反应池4、收集池5之间各自通过底部设置的管道依次连通。

厌氧池做为农村地区的最常见的厌氧处理设施，一般是由三格组成，当进水流量小于10m³/d时，就要采用两格式的结构的化粪池，黑水在化粪池中沉淀、厌氧发酵，使得有机物能得到一定的降解，同时对SS也有一定的去除作用，但总体而言，化粪池的对COD的去除效率不是特别高，对氮、磷基本上没有去除，因此，化粪池一般作为农村污水的预处理设施。

结合图1和图2，所述厌氧池1内设置有能够使水流成S形流动的折流板6；在厌氧池1的底部设置有污泥处理机构。

如图2所示，所述污泥处理机构包括：污泥斗11和排泥管12，所述污泥斗11的上顶部开口和厌氧池1的底连通，污泥斗11的底部与所述排泥管12连通。

所述过滤池2内设置有至少两种不同格栅规格的过滤机构，该过滤机构根据格栅的大小按照从大到小的顺序排列设置。如图3、图4所示，所述过滤网通过将两个金属边框将其固定，该两个金属边框通过活动铰链13固定，由所述两个金属边框组成的过滤机构通过活动挂钩15与U型倒钩16将其挂在过滤池2的内壁上。

格栅一般用于截留污水中较粗大漂浮物和悬浮物，如：纤维、碎皮、毛发、果皮、蔬菜等，防止堵塞和缠绕水泵机组、曝气器、管道阀门、进出水口、减少后续处理产生的浮渣，保证污水处理设施的正常运行。

进一步地，在两个过滤过滤机构之间设置有拦截水中漂浮物的稻草秸秆编织网7。

如图1所示，所述降解池3内设置有人工湿地，该人工湿地由下至上设置有三种滤料，分别是砾石10、陶粒9、火山石8；在人工湿地的水面种植有水培蔬菜。

人工湿地是人为创造一种条件模拟自然处理，通过选择相应的基质，以及特定的植物，以及对湿地的水流态进行相应优化，使得出水达到相应的要求。植物要求对耐受性高的，在低温下，也能保持一定的活力，基质要求比表面积大的，可以形成较大生物量的材料，吸附过程中无二次污染，原材料来源广，适用于城镇湖泊、景观水和城市生活污水。非矿物材料可以针对性吸附，吸附速率快。投加材料与水体中的氮磷等污染物发生离子交换作用，通过对不同吸附材料的组合，可以增强其处理污染的能力，同时基质本身的物化性质要很稳定。

结合图1和图5，所述光催化反应池4为中空的圆柱形玻璃容器，该玻璃容器由玻璃外壁17、玻璃内壁19以及设置在玻璃外壁17、玻璃内壁19之间的光触媒蜂窝网18组成；该蜂窝网18上涂有二氧化钛；在该玻璃容器的中间设置有波长为365nm的紫外灯20。

目前的光催化氧化对于光的利用范围多为紫外光。自20世纪80年代以来，光催化在对水和气相中多种污染物的处理方面取得了突飞猛进的发展，目前光催化技术已应用于工业脱硫、废气处理和工业废水的净化等方面，且对卤代烃类、芳香类、酚类等污染物均有较好的去除效果。与废水处理相比，光催化氧化技术在农村生活污水的去除机制本质是一样的，区别在于农村生活污水中的有机污染物浓度比较低，难降解和成分、结构更复杂。

进一步地，所述所述厌氧池1、过滤池2、降解池3、光催化反应池4、收集池5整体构成一个结构紧凑的矩形结构。

本次发明创新性地提出了化粪池-滤池-人工湿地-光催化反应池的一体化污水处理装置，在不使用任何化学药剂的同时，达到提高农村分散性污水净化的效率。

本发明同时利用了厌氧分离工艺、湿地处理工艺和光催化氧化工艺对污水进行处理，可以有效降低污水中的SS、氨氮、总磷和COD，具有设备结构紧凑、水力停留时间短，并且具备可控制调节系统，可实现持续、稳定地运行，是一种新型、短时高效的集成耦合式污水处理设备。

本发明还提供一种污水处理方法，如图6-8所示，该方法包括以下步骤：

首先，黑水进入厌氧池，厌氧池分为两格，每格设置两块挡板，使得每格流态呈现S形，增加污水和厌氧污泥的接触，底部设有污泥斗及排泥管，可定期进行清理；

其次，灰水进入滤池，此部分设置了粗细格栅各一个，由两块金属边框，内部为尼龙编织网组合而成，在使用时，向两张尼龙网之间夹入稻草秸秆编织网，一方面是增大其空隙密度，二是到达一定处理时间后，可将稻草秸秆抽出，与前端厌氧池污泥进行堆肥化处理；

再其次，混合污水经过细格栅后从底部进入人工湿地，自下而上经由三种滤料吸附处理，此部分主要为降解氮磷污染物，所选滤料皆为广泛应用于人工湿地处理的材料，人工湿地中可种植如水葱等水培蔬菜；

再其次，污水由人工湿地表面通过管道进入光催化反应池，此部分为中空的圆柱形玻璃容器，玻璃内外壁之间设有涂有二氧化钛的蜂窝网，中空部分设置了波长为365nm的紫外灯，在紫外灯照射下，催化剂价带上的电子被激发进入导带,在价带上形成空穴，空穴将催化剂表面的OH^-和H₂O氧化为·OH，·OH具有很强的氧化性，从而实现对氨氮的氧化，最终分解成CO₂、N₂和H₂O等无害物质，达到净化的目的；

最后，出水收集至集水池，用于冲厕及农田灌溉等。

本发明提供的装置，将厌氧池、过滤池、降解池、光催化反应池四者有机结合，黑水经过化粪池沉淀达到固液分离，沉淀下来的固体部分可单独进行回用处理，灰水进入格栅过滤部分，拦截下来的菜叶与前端黑水中固体部分可进行堆肥化处理，混合水进入人工湿地部分，由下至上经由三种滤料吸附处理后，进入第四部分光催化反应池，在紫外光激发下产生活性物质以达到杀菌效果，最后出水收集至集水池，可用于冲厕灌溉等。通过合理设置进出水方式，优化各单元处理时间，开发出了一种适用于分散型污水处理的一体化装置，以达到短时高效处理，保障处理效率又免建大型处理厂的目标，从而明显节省投资、减少工程用地。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种污水处理装置，其特征在于，包括：对黑水进行厌氧处理的厌氧池(1)、对厌氧处理过的污水进行过滤的过滤池(2)、对过滤后的污水进行氮磷降解的降解池(3)、对降解后的污水中的氨氮进行氧化的光催化反应池(4)、以及将经过光催化的水进行收集的收集池(5)；

所述厌氧池(1)、过滤池(2)、降解池(3)、光催化反应池(4)、收集池(5)之间各自通过底部设置的管道依次连通。

2.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述厌氧池(1)内设置有能够使水流成S形流动的折流板(6)；在厌氧池(1)的底部设置有污泥处理机构。

3.根据权利要求2所述的污水处理装置，其特征在于，所述污泥处理机构包括：污泥斗(11)和排泥管(12)，所述污泥斗(11)的上顶部开口和厌氧池(1)的底连通，污泥斗(11)的底部与所述排泥管(12)连通。

4.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述过滤池(2)内设置有至少两种不同格栅规格的过滤机构，该过滤机构根据格栅的大小按照从大到小的顺序排列设置。

5.根据权利要求4所述的污水处理装置，其特征在于，所述过滤网通过将两个金属边框将其固定，该两个金属边框通过活动铰链(13)固定，由所述两个金属边框组成的过滤机构通过活动挂钩(15)与U型倒钩(16)将其挂在过滤池(2)的内壁上。

6.根据权利要求4所述的污水处理装置，其特征在于，在两个过滤过滤机构之间设置有拦截水中漂浮物的稻草秸秆编织网(7)。

7.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述降解池(3)内设置有人工湿地，该人工湿地由下至上设置有三种滤料，分别是砾石(10)、陶粒(9)、火山石(8)；在人工湿地的水面种植有水培蔬菜。

8.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述光催化反应池(4)为中空的圆柱形玻璃容器，该玻璃容器由玻璃外壁(17)、玻璃内壁(19)以及设置在玻璃外壁(17)、玻璃内壁(19)之间的光触媒蜂窝网(18)组成；该蜂窝网(18)上涂有二氧化钛；在该玻璃容器的中间设置有波长为365nm的紫外灯(20)。

9.根据权利要求1所述的污水处理装置，其特征在于，所述所述厌氧池(1)、过滤池(2)、降解池(3)、光催化反应池(4)、收集池(5)整体构成一个结构紧凑的矩形结构。

10.根据权利要求1-9任一所述的装置处理污水的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)黑水进入厌氧池(1)，在厌氧池的作用下沉淀污泥并将污泥排出；

(2)从厌氧池(1)处理过的灰水进入过滤池(2)，在两个过滤机构之间夹入稻草秸秆编织网，该稻草秸秆编织网一方面用于增大过滤池内的空隙密度，一方面是到达一定处理时间后，可将稻草秸秆编织网抽出，与前端厌氧池(1)的污泥进行堆肥化处理；

(3)从过滤池(2)流出的混合污水经过过滤池(2)内的细格栅过滤后从底部进入降解池(3)，自下而上经由三种滤料吸附以降解氮磷污染物，水面同时种植水培蔬菜；

(4)污水由降解池(3)通过管道进入光催化反应池(4)，在紫外灯照射下，催化剂价带上的电子被激发进入导带,在价带上形成空穴，空穴将催化剂表面的OH^-和H₂O氧化为·OH，从而实现对氨氮的氧化，最终分解成CO₂、N₂和H₂O，以达到净化的目的；

(5)从降解池(3)流出的水收集至集水池(5)，用于冲厕及农田灌溉。