CN114590964A - 一种农村生活污水农业利用撬装化设备及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种农村生活污水农业利用撬装化设备及其方法，设备包括生化反应器单元、电化学紫外联合消毒单元和贮水缓存单元；生化反应器单元的第一内腔中悬浮设有若干能负载生物膜的球形填料，底部设有曝气装置，设有若干抽滤组件；抽滤组件的出水口通过设有抽滤自吸泵的管路与电化学紫外联合消毒单元相连；电化学紫外联合消毒单元的第二内腔中设有能与水体接触的电极装置，液面上方设有紫外灯；经过电化学紫外联合消毒单元处理后的水体能进入贮水缓存单元。本发明针对经过一定处理后的农村生活污水，进行深度净化以达到污水灌溉的目的，是一种能准确结合农村灌溉特点、使用便利、撬装化可移动的生活污水资源化利用设备。
Description
技术领域
本发明涉及一种农村生活污水农业利用撬装化设备及其方法，属于农村生活污水处理领域。
背景技术
农村生活污水主要来源于厨房、洗涤与厕所污水，其中含有氮、磷、钾、锌、镁等多种植物营养成分以及丰富的有机质悬浮物，对其处理的最佳方式和终极目标就是进行资源化利用，在减少对环境造成污染的同时降低灌溉用水压力。然而，目前我国生活污水资源化利用不多，相关的研究与应用多集中在大中型城市，而忽略了与城市生活污水相比，农村生活污水不含重金属等有毒有害物质、安全性更高的特征与优势。因此，积极开展农村生活污水资源化利用的研究有广阔的前景和环境保护与资源利用的双重意义。
当然，即便农村生活污水生化性良好，其中主要污染物含量与农田灌溉用水水质标准的要求比较接近，但由于悬浮物与有机物浓度较高并且可能含有超量病菌，传统生化处理的出水直接回灌会引起有机酸中毒和土壤板结等问题，因此必须对其进行更深一步的处理，从而有效降低污水灌溉的环境风险。然而，农村生活污水分布杂而广，与灌溉点之间通常存在一定距离，在每个生活污水排放点进行资源化设备建设并不现实，因此，需要一种能准确结合农村灌溉特点、使用便利、成本低廉、撬装化可移动的生活污水资源化利用设备。
发明内容
本发明的目的在于针对农村生活污水农业资源化利用缺乏的现状与专业设备的空白，提供一种农村生活污水农业利用撬装化设备及其方法。
本发明所采用的具体技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种农村生活污水农业利用撬装化设备，包括生化反应器单元、电化学紫外联合消毒单元和贮水缓存单元；
所述生化反应器单元具有用于容纳水体的第一内腔，第一内腔通过设有进水自吸泵的管路与原水池相连，能将原水池中待处理的污水送入生化反应器单元中；第一内腔中悬浮设有若干能负载生物膜的球形填料，底部设有用于为生物膜提供氧气的曝气装置，第一内腔中还设有若干用于去除水体中的悬浮物的抽滤组件；抽滤组件的出水口通过设有抽滤自吸泵的管路与电化学紫外联合消毒单元相连；
所述电化学紫外联合消毒单元具有用于容纳水体的第二内腔，第二内腔中设有能与水体接触的电极装置，电极装置用于电解消毒水体；第二内腔的液面上方设有用于水体消毒的紫外灯；经过电化学紫外联合消毒单元处理后的水体能进入贮水缓存单元；
所述贮水缓存单元包括用于暂存水体的清水池，清水池的出水口通过设有出水自吸泵的输水管与过滤器相连通，在清水池中暂存的水体能经过滤器的进一步过滤处理后流出。
作为优选，所述生化反应器单元中还设有排空装置，用于将生化反应器单元中剩余污泥和水排出。
作为优选，所述球形填料为直径10cm的镂空塑料球，内部装填聚氨酯海绵。
作为优选，所述曝气装置包括主进气管、风机和穿孔曝气管；位于生化反应器单元外部的风机通过管路与位于第一内腔中的主进气管相连通，主进气管上连通有若干位于第一内腔底部的穿孔曝气管；风机提供的空气能经主进气管后从穿孔曝气管中流出并形成上升气流。
作为优选，所述抽滤组件包括滤芯、第一支架、抽滤管、止回阀和空压机；若干所述滤芯通过第一支架竖直固定于第一内腔中；滤芯能完全浸没于水体中，出口与设有止回阀的抽滤管相连通；抽滤管的一端与滤芯相连通，另一端与位于生化反应器单元外部的抽滤自吸泵相连，能在抽滤自吸泵的作用下将第一内腔中的水体经滤芯去除悬浮物后送入电化学紫外联合消毒单元；抽滤管的入口通过管路与位于生化反应器单元外部的空压机相连通，通过空压机能将气体送入抽滤管中进行反冲洗。
作为优选，所述第一内腔底部还均匀设有布水管，用于将从原水池泵入的待处理污水在第一内腔中均匀布设。
作为优选，所述过滤器的出水口处设有用于测量出水流量的流量计。
作为优选，所述电极装置包括电源、第二支架和若干组电极对板；每组电极对板均包括通过电源形成电流通路的阴极电极和阳极电极，所有电极对板通过第二支架固定于第二内腔中。
进一步的，所述电源为稳压直流电源，阴极电极和阳极电极为相互平行布设的网状不锈钢板。
第二方面，本发明提供了一种根据第一方面任一所述农村生活污水农业利用撬装化设备的农村生活污水处理方法，具体如下：
待处理的污水通过进水自吸泵送入生化反应器单元的第一内腔中；球形填料表面的生物膜通过与污水发生生化反应，进而去除污水中的COD；废水随后在抽滤组件中去除悬浮物，经抽滤自吸泵进入电化学紫外联合消毒单元的第二内腔中；废水在第二内腔中通过电极装置的电化学作用以及紫外灯的消毒作用，对病原微生物进行杀菌消毒；经过消毒的水流入清水池，根据农作物灌溉需要量，经过滤器过滤作用后进行输出。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
1)本发明实现了农村生活污水的资源化利用，主要体现在污水灌溉方面，有效去除了尾水中COD、SS、细菌等不利植物生长的成分，填补了相应的空白。
2)本发明实现自动化控制，运行操作简单，无需人员长期值守，维修方便。
3)本发明准确结合农村灌溉特点，利用撬装化的手段，实现多个农村污水处理站点只需一套设备满足资源化利用需求。
附图说明
图1为本发明装置的整体结构示意图；
图2为本发明装置的平面结构示意图；
图3为本发明装置的主视结构示意图；
图4为电化学紫外联合消毒单元结构示意图(a)和电极对板与电源连接方式示意图(b)；
图中附图标记：生化反应器单元1；电化学紫外联合消毒单元2；贮水缓存单元3；进水自吸泵4；抽滤组件5；曝气装置6；排空装置7；抽滤自吸泵8；紫外灯9；电极装置10；球形填料11；清水池31；输水管32；过滤器33；出水自吸泵34；流量计35；布水管41；滤芯51；第一支架52；抽滤管53；止回阀54；空压机55；主进气管61；风机62；穿孔曝气管63；电极对板101；电源102；第二支架103。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
如图1所示，为本发明提供的一种农村生活污水农业利用撬装化设备，该撬装化设备主要包括生化反应器单元1、电化学紫外联合消毒单元2和贮水缓存单元3。其中，生化反应器单元1主要用于去除水体中的COD和SS(悬浮物)；电化学紫外联合消毒单元2主要用于去除水体中的病原体微生物；贮水缓存单元3用于将处理后的废水进行暂存，以便于后续进行农田灌溉或者其他用处。下面将对各单元的结构和连接方式进行具体说明。
生化反应器单元1具有第一内腔，该内腔用于容纳水体。第一内腔通过管路与用于储存待处理污水的原水池相连，该管路上设有进水自吸泵4，进水自吸泵4能将原水池中待处理的污水送入生化反应器单元1中。第一内腔中悬浮设有若干球形填料11，球形填料11表面可以事前负载生物膜或者在设备运行期间通过与污水不断接触以形成生物膜。第一内腔的底部设有曝气装置6，曝气装置6能提供上升气流，以便于为球形填料11表面负载的生物膜提供氧气。第一内腔中还设有若干抽滤组件5，抽滤组件5均匀布设于第一内腔中，能通过抽滤作用去除水体中的悬浮物。抽滤组件5的出水口通过设有抽滤自吸泵8的管路与电化学紫外联合消毒单元2相连，以将第一内腔中去除了COD和SS的污水送入电化学紫外联合消毒单元2进行后续处理。
在实际应用时，生化反应器单元1中还可以设置排空装置7，排空装置7可以采用现有技术中的装置，例如采用管路配合吸力泵的方式，以便于将生化反应器单元1中剩余污泥和水定期排出，避免影响生化反应器单元1的处理效果。球形填料11可以为直径10cm的镂空塑料球，内部装填聚氨酯海绵。。
在实际应用时，曝气装置6可以包括主进气管61、风机62和穿孔曝气管63。风机62位于生化反应器单元1的外部，主进气管61位于第一内腔中，风机62通过管路与主进气管61相连通，主进气管61上连通有若干穿孔曝气管63，穿孔曝气管63能从第一内腔底部提供上升气流。风机62提供的空气能经主进气管61后从穿孔曝气管63中流出并形成上升气流，以提供氧气培养细菌使球形填料11具备生化反应能力。第一内腔底部还可以均匀布设布水管41，用于将从原水池泵入的待处理污水在第一内腔中均匀布设，达到均匀布水的效果。
在实际应用时，抽滤组件5可以包括滤芯51、第一支架52、抽滤管53、止回阀54和空压机55。抽滤组件的主要元件滤芯51可以采用陶瓷圆柱，表面粗糙带孔，组件出口端设有电磁阀，帮助抽滤与反洗的转换，抽滤组件用于去除SS。若干滤芯51通过第一支架52竖直固定于第一内腔中，第一支架52可拆卸，在滤芯51超过使用界限后便于取下更换。滤芯51应当能完全浸没于水体中，出口与设有止回阀54的抽滤管53相连通。实际应用中，需要先向第一内腔中输入水直至液面高于抽滤组件5，以避免抽滤自吸泵8气液混抽发生故障。抽滤管53沿设备内部悬挂，一端伸出支管与滤芯51活接，另一端与位于生化反应器单元1外部的抽滤自吸泵8相连，能在抽滤自吸泵8的作用下将第一内腔中的水体经滤芯51去除悬浮物后送入电化学紫外联合消毒单元2。抽滤管53的入口通过管路与位于生化反应器单元1外部的空压机55相连通，通过空压机55能将气体送入抽滤管53中进行反冲洗。在具体应用过程中，将空压机55气管接入抽滤管53，同时为抽滤自吸泵8配备止回阀54：抽滤状态下止回阀54打开，反洗状态下止回阀54关闭，以有效实现滤芯51的工作与反冲洗。
电化学紫外联合消毒单元2具有用于容纳水体的第二内腔，第二内腔中设有能与水体接触的电极装置10，电极装置10与水接触形成电流，以便于电解消毒水体。第二内腔的液面上方设有用于水体消毒的紫外灯9，紫外灯9悬挂于单元顶部，不与水面接触，保证用电安全性。经过电化学紫外联合消毒单元2中的电极装置10和紫外灯9联合处理后的水体，能进入贮水缓存单元3。
在实际应用时，电极装置10可以包括电源102、第二支架103和若干组电极对板101。每组电极对板101均包括通过电源102形成电流通路的阴极电极和阳极电极，所有电极对板101通过第二支架103固定于第二内腔中。电源102应当采用稳压直流电源，阴极电极和阳极电极为相互平行布设的网状不锈钢板。
具体的，如图4所示，在电化学紫外联合消毒单元2中，利用适当波长的紫外线对病原微生物进行杀菌消毒。在电化学水消毒体系中，电极直接进入水体内，以进行消毒。直流电压施加在电极之间，从而导致水的电解。在阳极的主要产物是水在阳极附近被氧化而产生的氧气，同时水变成酸性，反应如下∶2H2O→O2+4H++4e-，在阴极，水被还原生成氢气，同时阴极附近的水变成碱性，反应如下∶2H2O+2e-→H2+2OH-。电场中产生的机械压缩，能使细胞膜形成不可逆变形，细胞膜导致的分解，细胞质部分或全部流出细胞，导致细菌的死亡。利用亚克力板制作支架放入电化学紫外联合消毒单元2中，其中添加宽度1mm的卡槽，随后采用厚度为0.5mm，水平设置的带孔网状不锈钢板作为电极板共计30块，在竖直方向上平行设置于卡槽中，两端两块电极板101向上伸出夹口，用电夹连接电源对其供电。实际操作中，供电电压不能超过人体安全电压。
在实际应用时，本单元顶部可以采用带紫外灯底座的盖板，紫外灯固定在液面上方20cm。电源为稳压直流电源。
贮水缓存单元3包括用于暂存水体的清水池31，清水池31的出水口通过设有出水自吸泵34的输水管32与过滤器33相连通，在清水池31中暂存的水体能经过滤器33的进一步过滤处理后流出。贮水缓存单元3主要利用出水自吸泵34定量合理地向外输出处理后的水。过滤器33的出水口处设有用于测量出水流量的流量计35，以便与根据实际需要调整出水流量。
在实际应用时，可以通过调整电化学紫外联合消毒单元2和贮水缓存单元3的结构和位置，使得经过电化学紫外联合消毒单元2能够自动流入贮水缓存单元3中，以减少电耗和设备成本。
如图2和图3所示，各泵与风机、过滤器等机电设备均合理配置在设备外侧的电气设备区域，控制电源统一接入PLC电控柜，实现一体化自动控制，电气设备间与各个电气设备底座设置排水口，防止积水。实际应用中，设备间内布管开孔在设备上方，设备内部则往下布管抽水与输水，防止水压过大损坏机电。
利用上述农村生活污水农业利用撬装化设备的农村生活污水处理方法，步骤具体如下：
开启设备各机电，待处理的农村生活污水尾水通过进水自吸泵4、布水管41等管路进入生化反应器单元1的第一内腔中。在不断与废水相接触中，在球形填料11表面易附着并形成生物膜，随着废水生化反应的进行，达到去除COD的效果。此外，通过设置单元内水位高低可以控制废水生化反应的时间。废水随后经过滤芯51的抽滤过程，将水中的SS附着在滤芯51表面，并将处理后的水放入电化学紫外联合消毒单元2的第二内腔中。废水在第二内腔中通过电极装置10的电化学作用以及紫外灯9的消毒作用，对病原微生物进行杀菌消毒。经过消毒的水流入清水池31，根据农作物灌溉需要量，经过滤器33过滤作用后进行输出。定期利用空压机对滤芯进行反冲洗。
为了实现本设备的自动化操作，可以通过在相应装置中设置浮球和控制开关，使得各单元根据水位高低启动或者暂停，具体如下：
对于进水自吸泵4来说，设置手动/自动启停按钮。自控时启停与浮球开关进行连锁：原水池中设置浮球开关，并做低液位保护，当水位达到一个设定的低水位时，停止运行；第一内腔中设置液位开关，并做高液位保护，当水位达到一个设定的高水位时，停止运行。
对于曝气装置6来说，设置手动/自动启停按钮。自控启停与时控开关连锁，间歇曝气，启动2小时停止1小时。
对于抽滤自吸泵8来说，设置手动/自动启停按钮。自控时与液位开关进行连锁：生化反应器单元1中设置液位开关，并做低液位保护，当水位达到一个设定的低水位时，停止运行。
对于空压机55来说，设置手动/自动启停按钮。自控时与抽滤自吸泵8开关进行连锁，抽滤自吸泵8关闭后启动，保持反洗5分钟。
对于紫外灯9与电极装置10来说，设置手动/自动启停按钮。自控启停与抽滤自吸泵8开关进行连锁，抽滤自吸泵8关闭，停止运行。
对于出水自吸泵34来说，设置手动/自动启停按钮。自控时启停与液位开关进行连锁：清水池中设置浮球开关，并做低液位保护，当水位达到一个设定的低水位时，停止运行。
本发明实现了农村生活污水的资源化利用，主要体现在污水灌溉方面，同时准确结合农村灌溉特点，利用撬装化的手段，实现多个农村污水处理站点只需一套设备满足资源化利用需求。另外，本发明能实现自动化控制，运行操作简单，无需人员长期值守，维修方便。在对农村生活污水进行深度处理的同时能兼顾设备的流动性与作业的便利性，对农村生活污水的资源化利用有一定实际应用价值。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种农村生活污水农业利用撬装化设备，其特征在于，包括生化反应器单元(1)、电化学紫外联合消毒单元(2)和贮水缓存单元(3)；
所述生化反应器单元(1)具有用于容纳水体的第一内腔，第一内腔通过设有进水自吸泵(4)的管路与原水池相连，能将原水池中待处理的污水送入生化反应器单元(1)中；第一内腔中悬浮设有若干能负载生物膜的球形填料(11)，底部设有用于为生物膜提供氧气的曝气装置(6)，第一内腔中还设有若干用于去除水体中的悬浮物的抽滤组件(5)；抽滤组件(5)的出水口通过设有抽滤自吸泵(8)的管路与电化学紫外联合消毒单元(2)相连；
所述电化学紫外联合消毒单元(2)具有用于容纳水体的第二内腔，第二内腔中设有能与水体接触的电极装置(10)，电极装置(10)用于电解消毒水体；第二内腔的液面上方设有用于水体消毒的紫外灯(9)；经过电化学紫外联合消毒单元(2)处理后的水体能进入贮水缓存单元(3)；
所述贮水缓存单元(3)包括用于暂存水体的清水池(31)，清水池(31)的出水口通过设有出水自吸泵(34)的输水管(32)与过滤器(33)相连通，在清水池(31)中暂存的水体能经过滤器(33)的进一步过滤处理后流出。
2.根据权利要求1所述的农村生活污水农业利用撬装化设备，其特征在于，所述生化反应器单元(1)中还设有排空装置(7)，用于将生化反应器单元(1)中剩余污泥和水排出。
3.根据权利要求1所述的农村生活污水农业利用撬装化设备，其特征在于，所述球形填料(11)为直径10cm的镂空塑料球，内部装填聚氨酯海绵。
4.根据权利要求1所述的农村生活污水农业利用撬装化设备，其特征在于，所述曝气装置(6)包括主进气管(61)、风机(62)和穿孔曝气管(63)；位于生化反应器单元(1)外部的风机(62)通过管路与位于第一内腔中的主进气管(61)相连通，主进气管(61)上连通有若干位于第一内腔底部的穿孔曝气管(63)；风机(62)提供的空气能经主进气管(61)后从穿孔曝气管(63)中流出并形成上升气流。
5.根据权利要求1所述的农村生活污水农业利用撬装化设备，其特征在于，所述抽滤组件(5)包括滤芯(51)、第一支架(52)、抽滤管(53)、止回阀(54)和空压机(55)；若干所述滤芯(51)通过第一支架(52)竖直固定于第一内腔中；滤芯(51)能完全浸没于水体中，出口与设有止回阀(54)的抽滤管(53)相连通；抽滤管(53)的一端与滤芯(51)相连通，另一端与位于生化反应器单元(1)外部的抽滤自吸泵(8)相连，能在抽滤自吸泵(8)的作用下将第一内腔中的水体经滤芯(51)去除悬浮物后送入电化学紫外联合消毒单元(2)；抽滤管(53)的入口通过管路与位于生化反应器单元(1)外部的空压机(55)相连通，通过空压机(55)能将气体送入抽滤管(53)中进行反冲洗。
6.根据权利要求1所述的农村生活污水农业利用撬装化设备，其特征在于，所述第一内腔底部还均匀设有布水管(41)，用于将从原水池泵入的待处理污水在第一内腔中均匀布设。
7.根据权利要求1所述的农村生活污水农业利用撬装化设备，其特征在于，所述过滤器(33)的出水口处设有用于测量出水流量的流量计(35)。
8.根据权利要求1所述的农村生活污水农业利用撬装化设备，其特征在于，所述电极装置(10)包括电源(102)、第二支架(103)和若干组电极对板(101)；每组电极对板(101)均包括通过电源(102)形成电流通路的阴极电极和阳极电极，所有电极对板(101)通过第二支架(103)固定于第二内腔中。
9.根据权利要求8所述的农村生活污水农业利用撬装化设备，其特征在于，所述电源(102)为稳压直流电源，阴极电极和阳极电极为相互平行布设的网状不锈钢板。
10.一种根据权利要求1～9任一所述农村生活污水农业利用撬装化设备的农村生活污水处理方法，其特征在于，具体如下：
待处理的污水通过进水自吸泵(4)送入生化反应器单元(1)的第一内腔中；球形填料(11)表面的生物膜通过与污水发生生化反应，进而去除污水中的COD；废水随后在抽滤组件(5)中去除悬浮物，经抽滤自吸泵(8)进入电化学紫外联合消毒单元(2)的第二内腔中；废水在第二内腔中通过电极装置(10)的电化学作用以及紫外灯(9)的消毒作用，对病原微生物进行杀菌消毒；经过消毒的水流入清水池(31)，根据农作物灌溉需要量，经过滤器(33)过滤作用后进行输出。
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