CN115340185A - 一种污水一体化处理设备及其处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种污水一体化处理设备及其处理方法。一种污水一体化处理设备，包括缺氧区，缺氧区上部设有缺氧区进水管，缺氧区进水管支管连接缺氧区超越管；厌氧区，厌氧区内部设有厌氧区进水管，缺氧区超越管末端接有超越管出水口，超越管出水口设置在厌氧区内；好氧区，好氧区底部设有微孔曝气盘；沉淀区，沉淀区内部设有混合液提升管，混合液提升管一端连接沉淀区气提管，另一端设置两个支路，其中一个支路的末端进入缺氧区内，另一个支路的末端进入好氧区内；清水区。在缺氧区设置了一段缺氧区超越管，使部分进水直接进入厌氧区，为厌氧区内聚磷微生物补充更多碳源促进其降解污染物，提高了污水处理效果。
Description
技术领域
本发明涉及农村生活污水处理技术领域，具体涉及一种污水一体化处理设备及其处理方法。
背景技术
农村生活污水处理是指将水体中的有害物质和污染环境成份清除、降解做无害处理，不仅能改善农村生活环境，还能控制流域的水质污染和湖泊的富营养化，改善水体环境，同时处理的中水用于农业灌溉，缓解农业用水的紧张。
当前，农村生活污水在处理与运行方面具有以下特点：
(1)污水中所含污染物成分日益复杂，各种污染物浓度波动性较大。
(2)人口分布分散，单户居民用水量较低，污水处理规模小，造成工程建设费用及运行费用过高。
(3)排水管网系统不健全，人口分散污水产生地分散，收集困难。
(4)维护管理技术人员及运行管理经验严重缺乏，常发生农村已建污水处理设施不能正常运行，不能完全发挥其功效。
由上述可知，农村生活污水具有分布范围广，产生地点分散，水质水量变化大，收集困难等特征。
针对农村生活污水的一体化处理设备主要有一体化生物净化槽、膜生物反应器、小型生物滤池、组合式生态系统等。一体化生物净化槽投资及运行费用昂贵，人均投资成本约1万元，建设5人型(1m3/d)净化槽需7万元，且技术复杂，需要专业人员进行操作管理，在我国推广难度较大。单独的膜生物反应器(MBR)工艺对氮、磷去除效果不佳，往往不能达到回用要求，需与其他工艺联合方可达到较好的处理效果，此外，运行耗能和膜污染问题是限制MBR推广的关键因素，其中曝气耗能在运行耗能中占主导作用，占整个运行耗能的80％以上，此外膜过滤和反冲洗也需要能耗，致使动力消耗和运行费用增加；而且膜易污染，加剧了膜清洁及更新频率，使膜组件处理效果和使用年限受到较大影响，从而限制MBR在工程中的推广。小型生物滤池需敷设污水管网，增加了投资成本，而且系统大多裸露于外界环境，受气候影响大，冬天几乎不能正常运行，工艺流程复杂，基建和运行管理成本较高，不适合在经济技术落后的村镇地区推广应用。组合式生态系统是适合分散污水低耗生态处理的新工艺，主要包括调节池、生态桶、沉淀池及过滤和消毒装置，其模块化设计可根据具体情况建造，减少了占地面积。但生态桶结构单一，用材昂贵，系统的灵活性不足，而且组合系统多集中于生态桶结构、功能植物类型的研究，而忽视了整个系统功能的耦合与优化，因此，要实现大规模推广应用，仍需进行深层次研究。
发明内容
为解决农村生活污水处理分散、水质水量变化大，污水处理难度大等问题，本发明的目的之一在于提供一种污水一体化处理设备，本发明的目的之二在于提供一种污水处理方法。
为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：
本发明第一方面提供了一种污水一体化处理设备，包括：
缺氧区，所述缺氧区上部设有缺氧区进水管；所述缺氧区进水管设有支管，所述支管连接缺氧区超越管；
厌氧区，所述厌氧区内部设有厌氧区进水管；所述厌氧区与所述缺氧区通过所述厌氧区进水管相连通；所述缺氧区超越管末端接有超越管出水口；所述超越管出水口设置在所述厌氧区内；
好氧区，所述好氧区内部设有好氧区进水管；所述好氧区与所述厌氧区通过所述好氧区进水管相连通；所述好氧区底部设有微孔曝气盘，所述微孔曝气盘连接有好氧区进气管道；所述好氧区进气管道连接外部气源；
沉淀区，所述沉淀区内部设有沉淀区进水管；所述沉淀区与所述好氧区通过所述沉淀区进水管相连通；所述沉淀区内部设有混合液提升管；所述混合液提升管一端连接沉淀区气提管，另一端设置两个支路，其中一个支路的末端进入所述缺氧区内，另一个支路的末端进入所述好氧区内；所述沉淀区气提管连接外部气源；所述沉淀区内部设有清水区进水管；
清水区，所述清水区与所述沉淀区通过所述清水区进水管相连通。
优选的，所述缺氧区超越管上设置第一阀门；进一步优选的，第一阀门为手动阀门；第一阀门可以控制缺氧进水管中通过缺氧区超越管进入厌氧区的废水的量。
优选的，所述污水一体化处理设备采用立式圆柱型罐体结构，所述缺氧区、厌氧区、好氧区、沉淀区分布在设备四周，所述清水区设置在设备的中心区域；在本发明的一些实施例中罐体结构采用碳钢防腐材料，内部管道全部采用UPVC管。
优选的，所述立式圆柱型罐体结构的圆直径为1-1.5m，高为1.5-2.2m；进一步优选的，直径为1.1-1.3m，高为1.7-2.0m；本发明采用圆柱形罐体结构，圆直径小、占地面积小，适用于农村分散的污水处理，同时抗冲击能力强、稳定性好。
优选的，所述清水区上部设有清水区出水管；具体的，清水区出水管的位置高度位于设备罐体高度的60％-80％之间。
优选的，所述好氧区进水管的末端出水口设置在好氧区的中部位置；具体的，好氧区进水管的末端出水口位置位于设备罐体高度的40％-60％之间。
优选的，所述沉淀区进水管设置在沉淀区底部，便于污泥混合液回流。
优选的，所述好氧区和沉淀区的底部均设有放空口，便于设备内的放空排泥。
优选的，使用一台鼓风机同时连接沉淀区气提管和好氧区进气管道，进一步优选的，鼓风机的功率为35-45W；本发明的一体化设备仅需要一台鼓风机即可实现同时向好氧区曝气以及沉淀区的气提污泥混合液回流功效，沉淀区气提回流混合液至缺氧区和好氧区。
优选的，所述缺氧区内填充微生物固定化载体；进一步优选的，缺氧区内填充固定式微流化载体，具体为：聚丙烯多孔旋转悬浮球，用料为聚丙烯材料，直径100mm，悬浮球内部放置3-5个普通海绵和1块长约20-30mm，宽约50-60mm的椭圆形红褐色的普通火山岩。
优选的，所述厌氧区内填充微生物固定化载体；进一步优选的，厌氧区内填充固定式微流化载体，具体为：聚丙烯多孔旋转悬浮球，用料为聚丙烯材料，直径100mm，悬浮球内部放置3-5个普通海绵和1块长约20-30mm，宽约50-60mm的椭圆形红褐色的普通火山岩。
优选的，所述好氧区内填充MBBR填料；进一步优选的，填料投加量为3-10kg/m3；再进一步优选的，填料投加量为4-6kg/m3；更进一步优选的，填料投加量为5kg/m3。
优选的，所述微孔曝气盘的曝气量为30-50L/min。
本发明第二方面提供了一种污水处理方法，采用上述污水一体化处理设备进行污水处理，具体包括以下步骤：待处理污水部分通过缺氧区进水管进入缺氧区内，剩余待处理污水通过缺氧区超越管进入厌氧区内；缺氧区处理后的污水依次经过厌氧区、好氧区、沉淀区、清水区后排放；沉淀池内混合液回流至好氧区、缺氧区中。
优选的，这种污水处理方法中，所述待处理污水的60-80％进入厌氧区内；进一步优选的，待处理污水的65％-75％进入厌氧区内；本发明通过设置一段超越管，将待处理污水的30％左右进入缺氧区，70％左右进入厌氧区，部分进水直接进入厌氧区，为厌氧区内聚磷微生物补充更多碳源促进其降解COD。
优选的，这种污水处理方法中，所述沉淀区内混合液的回流比为250％-400％；进一步优选的，沉淀区内混合液回流至缺氧区的回流比为100％-200％，沉淀区内混合液回流至好氧区的回流比为150％-250％；再进一步优选的，沉淀区内混合液回流至缺氧区的回流比为150％，沉淀区内混合液回流至好氧区的回流比为200％。
优选的，这种污水处理方法中，所述待处理污水的水质满足以下至少一项：COD≤450mg/L、NH3-N≤65mg/L、TN≤65mg/L、TP≤10mg/L。
优选的，这种污水处理方法中，使用一台鼓风机同时为沉淀区提供气提气体和好氧区曝气气体。
本发明的有益效果是：
本发明污水一体化处理设备在缺氧区设置了一段缺氧区超越管，使部分进水直接进入厌氧区，为厌氧区内聚磷微生物补充更多碳源促进其降解污染物，提高了污水处理效果。
本发明污水一体化处理设备将缺氧区设备在厌氧区之前，在处理污水时，污水依次通过缺氧段、厌氧段及好氧段，反硝化菌可优先获得碳源，进一步加强系统脱氮能力。
本发明污水一体化处理设备，设置混合液提升管，混合液提升管一端连接沉淀区气提管，另一端设置两个支路，其中一个支路的末端进入缺氧区内，另一个支路的末端进入好氧区内，可依靠气提回流将污泥混合液回流至反应器中的缺氧段和好氧段，回流污泥中的硝酸盐可在缺氧段被反硝化，一方面促进硝态氮降解；另一方面可为好氧区补充活性污泥，减少活性污泥及生物量损失。
本发明污水一体化处理设备采用圆柱型罐体结构，圆直径小、占地面积小，适用于农村分散的污水处理。
本发明污水一体化处理设备可以抗瞬时进水量为设计进水量的200％的冲击负荷，抗冲击能力较强，稳定性较好。
本发明污水一体化处理设备可以采用一台鼓风机同时连接沉淀区气提管和好氧区进气管道，且所需鼓风机的功率小，实现同时向好氧区曝气以及沉淀区的气提污泥混合液回流的功效，系统的能耗低。
附图说明
图1为污水处理一体化设备三维透视图。
图2为污水处理工艺流程图。
附图1标记：
100-缺氧区，101-缺氧区进水管，102-缺氧区回流管，103-缺氧区超越管，104-第一阀门；
200-厌氧区，201-超越管出水口，202-厌氧区进水管；
300-好氧区，301-好氧区进水管，302-好氧区进气口，303-好氧区回流管，304-好氧区进气管道，305-微孔曝气盘，306-第一放空口，307-曝气盘固定连接器；
400-沉淀区，401-混合液回流管，402-第二阀门，403-沉淀区进气口，404-清水区进水口，405-清水区进水管，406-沉淀区进水管，407-沉淀区气提管，408-混合液提升管，409-沉淀区进水口，410-第二放空口；
500-清水区，501-清水区出水管，502-清水区出水口。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有技术方法得到。除非特别说明，试验或测试方法均为本领域的常规方法。
如图1所示，本发明提供了一种农村污水处理一体化设备，包括缺氧区100，厌氧区200，好氧区300，沉淀区400，清水区500。
缺氧区100包括缺氧区进水管101，缺氧区回流管102，缺氧区超越管103，第一阀门104；
厌氧区200包括超越管出水口201，厌氧区进水管202；
好氧区300包括好氧区进水管301，好氧区进气口302，好氧区回流管303，好氧区进气管道304，微孔曝气盘305，第一放空口306，曝气盘固定连接器307；
沉淀区400包括混合液回流管401，第二阀门402，沉淀区进气口403，清水区进水口404，清水区进水管405，沉淀区进水管406，沉淀区气提管407，混合液提升管408，沉淀区进水口409，第二放空口410；
清水区500包括清水区出水管501，清水区出水口502。
如图1所示，在本发明的一些具体实施例中，缺氧区100上部设有缺氧区进水管101，用于污水进入，缺氧区进水管101支管连接缺氧区超越管103，缺氧区超越管103上设置第一阀门104，缺氧区超越管103末端接有超越管出水口201，超越管出水口201设置在厌氧区200内，污水通过缺氧区进水管101进入后，通过第一阀门104，一部分污水进入缺氧区100，一部分污水进入厌氧区200；
厌氧区200内部设有厌氧区进水管202，厌氧区200与缺氧区100通过厌氧区进水管202相连通，缺氧区100处理后的污水通过厌氧区进水管202进入厌氧区200内；
好氧区300内部设有好氧区进水管301，好氧区300与厌氧区200通过好氧区进水管301相连通，厌氧区200处理后的污水通过好氧区进水管301进入好氧区300内；好氧区300底部设有两个微孔曝气盘305，微孔曝气盘305连接有好氧区进气管道304，微孔曝气盘305与好氧区进气管道304通过曝气盘固定连接器307固定，好氧区进气管道304连接外部气源，好氧区300底部还设有第一放空口306，方便设备定期打开放空口进行排泥；
沉淀区400内部设有沉淀区进水管406，沉淀区400与好氧区300通过沉淀区进水管406相连通，沉淀区进水管406末端连接有沉淀区进水口409，经过好氧区300处理后的污水通过沉淀区进水口409进入沉淀区400内；沉淀区400内部设有混合液提升管408，混合液提升管408一端连接沉淀区气提管407，沉淀区气提管407末端连接沉淀区进气口403，沉淀区进气口403连接外部气源向沉淀区400内提供气体气提，混合液提升管408另一端连接混合液回流管401，混合液回流管401设置两个支路，其中一个支路连接缺氧区回流管102，将沉淀区的混合液回流至缺氧区100内，另一个支路连接好氧区回流管303，好氧区回流管303上接有第二阀门402，通过第二阀门402控制沉淀区400回流至好氧区300的污水量，沉淀区400底部还设有第二放空口410，方便设备定期打开放空口进行排泥；
清水区500与沉淀区400通过清水区进水管405相连通，清水区500上部设有清水区出水管501、清水区出水口502，处理后的污水通过清水区出水口502排出。
以下结合具体的实施例对本发明的污水一体化设备用于农村污水的处理过程进行进一步说明，以下实施例和对比例中所使用的设备采用立式圆柱型罐体结构，罐体结构采用碳钢防腐材料，罐体圆直径约为1.2m，高约为1.88m，内部管道全部采用UPVC管；缺氧区、厌氧区、好氧区内均填充适量的微生物固定化载体。
实施例1
本实施例采用附图1所示的设备进行农村污水处理，污水处理工艺如附图2所示。使用经过细格栅后的生活污水作为进水，进水水量为0.042m3/h，进水的水质如下：COD为86.57～350.70mg/L，氨氮为14.32～53.84mg/L，TN为20.52～58.32mg/L，TP为1.76～7.18mg/L，SS≤220mg/L，pH为6～9。
本实施例中打开第一阀门104，使约30％进水流量污水进入缺氧区100，约70％进水流量污水进入厌氧区200。
首先，生活污水由缺氧区进水管101进入缺氧区100中进行反硝化反应，溶解氧控制在0.2～0.5mg/L之间。约70％的污水进水通过缺氧区超越管103和超越管出水口201进入到厌氧池200中。
进一步地，缺氧区100出水通过厌氧区进水管202进入厌氧区200。厌氧区200中的溶解氧的含量一般控制在0.2mg/L以下。在脱磷工艺中，主要起生物除磷的作用。生物除磷由吸磷和放磷两个过程组成，聚磷菌在厌氧放磷时，伴随着溶解性可快速生物降解的有机物在菌体内储存从而降解COD，在进入好氧环境中聚磷菌超量吸磷。厌氧区200采用组合填料，具体为：聚丙烯多孔旋转悬浮球，用料为聚丙烯材料，直径100mm，悬浮球内部放置3-5个Banhor高效生物载体和1块长约20-30mm，宽约50-60mm的椭圆形红褐色的普通火山岩，以维持其上部区域有足够的生物量。
进一步地，厌氧区200出水由好氧区进水管301进入好氧区300。好氧区300采用MBBR工艺，投加填料，填料为邦皓公司生产的Banhor高效生物载体(商品为Banhor高效生物载体)，填料投加量为5kg/m3。该工艺是在活性污泥法的生物反应器中投加悬浮填料，集活性污泥法和生物膜法的优点，同时避免了两种工艺的缺点，起到同步生物脱氮除磷作用；好氧区300中的溶解氧的含量一般控制在2.0mg/L以上。
进一步地，好氧区300中设置有好氧区进气管道304，电磁式鼓风机(功率39W)通过好氧区进气口302进入好氧区进气管道304中，并传送至好氧区300底部的微孔曝气盘305中，从而实现高效曝气。好氧区进气管道304与微孔曝气盘305通过曝气盘固定连接器307固定连接。
进一步地，好氧区300出水通过沉淀区进水管406流入沉淀区400底部，进行固液分离。沉淀区400中，电磁式鼓风机(功率39W)由沉淀区进气口403通过沉淀区气提管407为混合液提升管408中混合液的回流提供动力，电磁式鼓风机同时向好氧区300提供空气，本实施例中使用一台鼓风机；沉淀区400底部混合液经由混合液提升管408后，一部分通过混合液回流管401和缺氧区回流管102回流至缺氧池100中，促进反硝化反应；另一部分通过混合液回流管401和好氧区回流管303回流至好氧区300中，补充活性微生物量。
进一步地，沉淀区400中的出水由清水区进水口404通过清水区进水管405进入清水区500中，清水区500中的水通过清水区出水管501由清水区出水口502出水进行排放。
设备运行时间为1d，整点取样测定清水区出水口502的水质，本实施例的污水处理效果：
装置出水COD为22.57～58.70mg/L，平均值为47.79mg/L，COD去除率约为75.32％；装置出水氨氮为0.34～7.86mg/L，平均值为4.14mg/L；装置出水TN为8.96～19.92mg/L，平均值为15.75mg/L；装置出水TP为0.4～2.67mg/L，平均值为1.71mg/L。
实施例2
农村生活污水水质水量变化大，用水高峰期集中在7:00～8:00、12:00～13:00、17:00～18:00这三个时间段。为了更好模拟农村生活污水排放现状，本实施例通过调整上述时间段进水量为实施例1的两倍，探究瞬时水量冲击对试验装置性能的影响。其他进水步骤及调控步骤与实施例1基本相同。进水的水质如下：COD为298.20～389.47mg/L，氨氮为0.14～57.31mg/L，TN为46.01～55.03mg/L，TP为4.33～7.02mg/L，SS≤220mg/L，pH为6～9。
设备运行时间为1d，整点取样测定清水区出水口502的水质，本实施例的污水处理效果：
装置出水COD为50.14～57.31mg/L，平均值为54.23mg/L；装置出水NH3-N为0.36～0.96mg/L，平均值为0.63mg/L；装置出水TN为14.02～17.04mg/L，平均值为14.75mg/L；装置出水TP为1.02～2.36mg/L，平均值为1.62mg/L。
通过本申请实施例2和实施例1的出水数据可知本发明的装置能够耐瞬时水量的冲击。
对比例1
本对比例与实施例1的区别点在于：关闭第一阀门104，不使用缺氧区超越管103、超越管出水口201，污水全部进入缺氧区。本例的进水水质如下：COD为130.0～350.70mg/L，NH3-N为15.05～53.84mg/L，TN为22.52～55.18mg/L，TP为1.53～7.18mg/L。
设备运行时间为3-7d，整点取样测定清水区出水口502的水质，本对比例的污水处理效果：装置出水COD为33.1～105.4mg/L，平均值为64.98mg/L；装置出水NH3-N为1.50～7.26mg/L，平均值为5.16mg/L；装置出水TN为14.30～24.68mg/L，平均值为18.85mg/L；装置出水TP为1.32～3.73mg/L，平均值为2.08mg/L。
实施例1和对比例1的数据对比如下表1所示。
表1
由上表1的数据可知，本发明通过设置超越管，提高了污水处理效果。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种污水一体化处理设备，其特征在于，包括：
缺氧区(100)，所述缺氧区(100)上部设有缺氧区进水管(101)；所述缺氧区进水管(101)设有支管，所述支管连接缺氧区超越管(103)；
厌氧区(200)，所述厌氧区(200)内部设有厌氧区进水管(202)；所述厌氧区(200)与所述缺氧区(100)通过所述厌氧区进水管(202)相连通；所述缺氧区超越管(103)末端接有超越管出水口(201)；所述超越管出水口(201)设置在所述厌氧区(200)内；
好氧区(300)，所述好氧区(300)内部设有好氧区进水管(301)；所述好氧区(300)与所述厌氧区(200)通过所述好氧区进水管(301)相连通；所述好氧区(300)底部设有微孔曝气盘(305)，所述微孔曝气盘(305)连接有好氧区进气管道(304)；所述好氧区进气管道(304)连接外部气源；
沉淀区(400)，所述沉淀区(400)内部设有沉淀区进水管(406)；所述沉淀区(400)与所述好氧区(300)通过所述沉淀区进水管(406)相连通；所述沉淀区(400)内部设有混合液提升管(408)；所述混合液提升管(408)一端连接沉淀区气提管(407)，另一端设置两个支路，其中一个支路的末端进入所述缺氧区(100)内，另一个支路的末端进入所述好氧区(300)内；所述沉淀区气提管(407)连接外部气源；所述沉淀区(400)内部设有清水区进水管(405)；
清水区(500)，所述清水区(500)与所述沉淀区(400)通过所述清水区进水管(405)相连通。
2.根据权利要求1所述的污水一体化处理设备，其特征在于，所述缺氧区超越管(103)上设置第一阀门(104)。
3.根据权利要求1所述的污水一体化处理设备，其特征在于，所述污水一体化处理设备采用立式圆柱型罐体结构，所述缺氧区(100)、厌氧区(200)、好氧区(300)、沉淀区(400)分布在设备四周，所述清水区(500)设置在设备的中心区域。
4.根据权利要求3所述的污水一体化处理设备，其特征在于，所述立式圆柱型罐体结构的圆直径为1-1.5m，高为1.5-2.2m。
5.根据权利要求1至3任意一项所述的污水一体化处理设备，其特征在于，所述缺氧区(100)和厌氧区(200)内均填充微生物固定化载体。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的污水一体化处理设备，其特征在于，所述好氧区(300)内填充MBBR填料。
7.一种污水处理方法，其特征在于，采用权利要求1至6任意一项所述的污水一体化处理设备进行污水处理，具体包括以下步骤：待处理污水部分通过缺氧区进水管(101)进入缺氧区(100)内，剩余待处理污水通过缺氧区超越管(103)进入厌氧区(200)内；缺氧区(101)处理后的污水依次经过厌氧区(200)、好氧区(300)、沉淀区(400)、清水区(500)后排放；沉淀池(400)内混合液回流至好氧区(300)、缺氧区(100)中。
8.根据权利要求7所述的污水处理方法，其特征在于，所述待处理污水的60-80％进入厌氧区(200)内。
9.根据权利要求7所述的污水处理方法，其特征在于，所述沉淀区(400)内混合液的回流比为250％-400％。
10.根据权利要求7至9任意一项所述的污水处理方法，其特征在于，所述待处理污水的水质满足以下至少一项：COD≤450mg/L、NH3-N≤65mg/L、TN≤65mg/L、TP≤10mg/L。
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