CN1448350A - 城市粪便、生活废水的生物处理再生利用方法及装置 - Google Patents

城市粪便、生活废水的生物处理再生利用方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种城市粪便、生活废水的生物处理再生利用方法及装置，它包括：在地下埋设一城市粪便、生活废水消化反应器，消化反应器的厌氧池内分隔成几格，各格间有一定的液位差，将城市粪便、生活废水、加入该反应器首格内；在反应器上方的地平上外盖置一太阳能玻璃房；在太阳能玻璃房内设置一水生植物吸收净化池，该净化池内种植水生性植物，将消化反应器内的沼液灌入水生植物吸收净化池内，以种植水生性植物，将净化池内生长的水生性植物再加入消化反应器内作青料以补充沼气原料；将消化反应器的厌氧池池底污泥加入消化反应器内，将消化反应器内的沼气抽出供用户使用。本发明在生产清洁能源的同时达到城市粪便、生活废水的综合利用。

Description

城市粪便、生活废水的生物处理再生利用方法及装置
技术领域：
本发明涉及一种城市粪便、生活废水的生物处理再生利用方法及装置。
背景技术：
城市粪便、生活废水(包括含磷洗涤剂、餐饮业废弃物及废水)日益增多，污染江河湖泊，虽然目前每幢楼都建有化粪池，但由于化粪池都零散分布、简易，其容量小，处理负荷有限，再则小型化粪池虽能对有机污水的所降解，但其中氮、磷、钾及其他有机成份随下水道流入河道湖泊，造成水系富营养化。或者流入城市集中处理的污水处理站，造成污水处理负荷加重，并对处理过的水中大量氨氮成分难于去除，同时也大幅度地增加了污水处理的运行费用。化粪池经降解的另一产物沼气，白白散失于大气中，造成二次污染。因此，及时处理并在处理过程中不再产生二次污染，已成为城市建设中环境保护、保护天然水系、保护可持续再生资源的重要指标。
发明内容：
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种在生产清洁能源的同时达到城市粪便、生活废水的综合利用的一种城市粪便、生活废水的生物处理再生利用方法及装置。
本发明的目的是通过下述方案实现的：一种城市粪便、生活废水的生物处理再生利用方法，它包括：在地下埋设一城市粪便、生活废水消化反应器，反应器内分隔成几格，各格间有一定的液位差，将城市粪便、生活废水加入该反应器首格内；在反应器外的地平上外盖置一太阳能玻璃房；在太阳能玻璃房内设置一水生植物吸收净化池，该净化池内种植水生性植物，将消化反应器内的沼液灌入水生植物吸收净化池内，以种植水生性植物，将净化池内生长的水生性植物再加入消化反应器内作青料以补充沼气原料；将消化反应器的厌氧池池底污泥加入消化反应器内，将消化反应器内的沼气抽出供用户使用。
本发明还可在消化反应器内加入粉煤灰和表面活性剂。
本发明还可在反应器厌氧池的池壁上设置位能搅拌器，利用反应器厌氧池的液面落差造成液位能的冲刷打碎反应器厌氧池液面结成的沼渣壳，并利用液位能带动叶轮转动打碎器打碎厌氧池液面的沼渣壳。
本发明还可在在消化反应器的厌氧池内设置生物栖生带。
本发明可将消化反应器内的沼液提取浓缩提纯制成有机肥浓缩液；或/和将消化反应器内的污泥提取与其它原料混配后造粒制成有机肥颗粒。
本发明的城市粪便、生活废水的生物处理再生利用装置，它包括消化反应器、进、出料口、水生植物吸收净化池、玻璃房以及连接泵、管路和阀门，进、出料口设置于消化反应器的两侧，其下端与消化反应器相通，水生植物吸收净化池盖置于消化反应器顶端，水生植物吸收净化池内种植有水生植物，消化反应器内的沼液灌入水生植物净化池内，玻璃房罩置于水生植物净化池外。
本发明具有如下优点：
1、本发明利用城市粪便、生活废水，在光、生物的作用下得到了清洁能源“沼气”，在生产清洁能源的同时处理了城市粪便、生活废水，所产生的清洁能源就近可以稳定地消化掉。在得到清洁能源的同时，可生产高质量的有机肥，供有机食品的农业生产，对无公害农业的发展起到了积极的推动作用。
2、在厌氧发酵时光粪便作为原料，其产气量较低，必须在沼液中添加粗纤维青料，以促进酸化和纤维素与微生物的附着力，促进污泥的颗粒成团性能，因此本发明在太阳能玻璃房内设水生性植物吸收净化池，把氮、磷、钾含量的较低沼液，灌于净化池中培植水花生、水葫芦等水生性植物，在太阳能的光合作用下加上肥水，四季可收获，每天采收一部分经粉碎后补充沼气原料，可提高产气率。另一方面，沼液中的氨氮被水生植物充分吸收，使出水清晰达标排放，也可用于住户的卫生间用作冲先用水，完全做到了循环利用的生态目的。
本发明采用封闭式相互作用，循环再生利用的方法，与污水处理生物专利装置配套，最终得到污水处理再生资源和再利用产品，是一种能免大容量连续工厂化处理的有效方法。
附图说明：
图1为本发明的生产工艺流程图。
图2为本发明采用的生物处理再生利用装置结构示意图。
图3为图2中水生植物吸收净化池平面图。
具体实施方式：
如图1，本发明的生物处理再生利用方法如下：
在地下埋设一城市粪便、生活废水消化反应器，反应器内分隔成几格，各格间有一定的液位差，在反应器外的地平上外盖置一太阳能玻璃房，在太阳能玻璃房内设置一水生植物吸收往徊净化池，该净化池内种植水生性植物，将消化反应器末格内的沼液灌入水生植物吸收净化池内，以种植水生性植物，将净化池内生长的水生性植物再加入消化反应器内作青料以补充沼气原料；将消化反应器的厌氧池池底污泥泵入消化反应器除末格外的其它格内，回收利用污泥内的厌氧菌，以提高产气率。
在厌氧消化过程中要想提高产气率至理想状态，一般都是采用提高厌氧消化反应器的温度，因为厌氧菌群在50～60℃时，代谢速率最为活跃，但是每一千户住宅包括附近商业餐饮业平均产日排放生活污水230～350T/d，所以考虑外加热源来提高温度是不经济的，因此本发明把消化反应器置于地下15M处利用地热，来保持反应器的温度恒定在15～25℃常温状态进行消化反应。
在以上15～25℃温度一定的情况下，化学耗氧量在18000～25000mg/L，生物耗氧量在15000～20000mg/L，固定悬浮物在25000～30000mg/L，一般产气率容气比在0.15～0.23m3/m3d。
在发明添加浓度为0.01％的表面活性剂，则可以降低表在张力，增加原料和菌群的接触，产气量可以提高20～40％，添加超细或纳米活性碳粉末，可以提高产气2～4倍，也就是说通过添加菌落代谢所必需的某种元素，在常温状态同样可以提高产气量。
在消化反应器上面设玻璃房，充分采用太阳能，即使冬季也能恒温在20℃。
在厌氧发酵时光粪便作为原料，其产气量较低，必须在沼液中添加粗纤维青料，以促进酸化和纤维素与微生物的附着力，促进污泥的颗粒成团性能，因此本发明在太阳能玻璃房内设水生性植物吸收净化池，把氮、磷、钾含量的较低沼液，灌于净化池中培植水花生、水葫芦等水生性植物，在太阳能的光合作用下加上肥水，四季可收获，每天采收一部分经粉碎后补充沼气原料，可提高产气率。另一方面，沼液在2×40米长往徊水道往复9次，总流程达360米，因此沼液中的氨氮被水生植物充分吸收，使出水清晰达标排放，也可用于住户的卫生间用作冲先用水，完全做到了循环利用的生态目的。
2、在反应器厌氧池的池壁上设置位能搅拌器；
由于粪便在厌氧发酵时容易在液面产生结壳，影响产气，由于消化反应器都处于封闭状态，对机械搅拌器来说，一是容易在沼液遭腐蚀损坏，而且难于检修，并耗用大量电能和运行费用，因此本发明利用反应器的液面落差造成的液位能的冲刷打碎沼渣壳，并利用液位能带动叶轮打碎器，叶轮及打碎器采有高分子材料制造，不怕沼液的腐蚀，轴承由聚四氟乙烯做成具有自润滑性，可长期使用在腐蚀环境中，参见图1。
3、在消化反应器的厌氧池内设置生物栖生带，截留训化高产气厌氧菌，从面缩短厌氧发酵周期，达到主产气率。
缩短生化处理周期，提高产气量，关键在厌氧菌落的多少来决定的，流失的越少，留存在反应器越多越好，那么必须给菌落营造一个定居附着的栖生地，本发明采用聚氨酯发泡带，由于它的柔性，可以象水生植物一样随水流飘动，所以适应性强不易阻流，并可在水流作用下，使逐渐生长成厚胶状生物膜自行脱落代谢，并长期戳留在消化反应器中适应训化，地区性较稳定的污染物。
4、将消化反应器内的沼气供小区使用，可以供应小区内相当一部分用户的炊事生活需求。
5、将消化反应器内的沼液提取浓缩提纯制成有机肥浓缩液；或将消化反应器内的沼液提取与其它原料混配后造粒加工成清洁的颗粒有机肥，从而变了化粪池浪费宝贵的有机资源和无人管理和无经济效益的格局。
实施例：
1、首先提取填埋场地下污水污泥、养猪场排污沟污泥加入消化反应器首格进行生物接种，用量控制在反应器总容量的5％。为了能提早进入处理和产生沼气，也可适当多加一些接种污泥，废水投放量一般不超过总容量的50％，然后逐日增加投放量，一直到进料与出料量达到平衡。
2、将城市粪便、生活废水、厌氧菌落和表面活性剂加入该反应器首格内。在城市粪便、生活废水正式投放时，让粪水流入粉碎搅拌器，再排放到水油分离、沉砂池，去除不可降解的高分子塑料碎片、沉砂，然后用泵连续加入粪水至消化反应器。每隔三小时连续投入消化反应器一次，造成加料水流的冲击流量，充分混合活性污泥。
3、每隔3～5小时抽取沼气到储气罐中，造成消化反应器产生负压，以利于生物能带动污水的翻动搅拌和沼气脱离活性污泥，减少液面浮渣。
4、起始时废水每天投入消化反应器，5～10达到消化反应器总容量平衡后，每天从消化反应器抽取经充分降解的废水“沼液”投放到太阳能水生植物吸收净化池，抽出的量为每天废水的投入量，沼液在往徊式水生植物吸收净化池被水生植物吸收达到进一步净化，然后排放或供用户非饮用水使用。
5、每天从水生植物吸收净化池捞取一定量水生性植物，经粉碎后投放到消化反应器中，捞取量一般与水生植物生长速率相平衡。
6、所产生的沼气经脱硫脱水装置，供用户使用。
7、每天提取的过剩沼液供兼氧菌扩大培养24小时，然后经旋流式沉淀池沉淀，抽取澄清液罐装供农业使用。
8、沼渣通过离心过滤器，使沼渣含水率在25～30％，加入干燥电厂粉煤灰30～50％，混合搅拌，经挤压造粒机造粒，再进入烘箱干燥，计量包装供农业使用。
9、为了提高产气率，在污水进料时添加0.2～0.5％的活性碳超细粉沫，添加5～7％粉煤灰(火力发电厂废料)。
如图2，图2为本发明采用的一种城市粪便、生活废水的生物处理再生利用装置，它主要由消化反应器12、进、出料口1、7、水生植物吸收净化池11、太阳能玻璃房10以及连接泵P、管路和阀门F等组成。
进、出料口1、7设置于消化反应器12的两内侧，其下端与消化反应器12相通，构成进、出料水封2，上端敞开，水生植物吸收净化池11盖置于消化反应器顶端12，水生植物吸收净化池11内种植有水生性植物，太阳能玻璃房罩置于水生植物吸收净化池11外。
消化反应器12由厌氧池5、液位控制器17和位能搅拌器8组成。厌氧池5内用分隔板纵向分隔成I、II、III格，I、II格间的分隔板3顶端高于II、III格间的分隔板6顶端，液位控制器17设置于III格内，其位置低于II、III格间的分隔板6顶端，使I、II、III三格的液面呈阶梯状下降，I、II、III三格依次构成横梳升流区、梳流区和回流区，I、II格间的分隔板3上部向I格内弯折呈一凸“梳齿”3-1，第I格内下部纵向设置有一用板弯折成的向II格凸出的凸“梳齿”3-2，该凸“梳齿”左侧与池壁间留有液流通道3-3，两“梳齿”3-1、3-2上下设置，在I格内构成一“S”型液流通道3-4，加长了沼液在I格池的流程；在II内中间设置有一纵向分隔板4，该分隔板4上部向I格斜折，以缩小II格池液面的结壳面，使产生的生物能增压作用，容易打碎结壳。分隔板4底端与池底间留有沼液通道4-1，将II格梳流区再分成左侧的向下梳流区和右侧的向上梳流区。I、II、III格池底呈斜面，斜面下端开设有污泥回流沟13、14、15，以便于池底的污泥均冲入回流沟。III格底端的污泥回流沟15通过管路、阀门F和泵P与水生植物净化池11相连，将消化反应器12III格底端污泥回流沟内的污泥用泵灌入水生植物吸收净化池11内。而I、II格底端的污泥回流沟13、14通过管路、阀门F和泵P与I格内的下凸“梳齿”3-2内腔相连，将消化反应器12I、II格底端污泥回流沟内的污泥用泵灌入I格内的下凸“梳齿”3-2内腔，回收利用污泥内的厌氧菌，以提高产气率。由于粪便在厌氧发酵时容易在液面产生结壳，影响产气，本实用新型在厌氧池5I、II格以及II、III格的池面上方的池壁上连接有位能搅拌器8。位能搅拌器8由水轮8-1、同步带8-3、8-5主动轮8-2、中间增速轮8-4、从动轮8-6和打碎器8-7组成。主动轮8-2、中间增速轮8-4和从动轮8-6均装置在池壁上，同步带8-3、8-6分别套装在主动轮8-2与中间增速轮8-4的小轮以及中间增速轮8-4的大轮与从动轮8-6上，主动轮8-2装置于水轮8-1一端，从动轮8-6装置于打碎器8-7的一端，I、II格间的分隔板3和II、III格间的分隔板6中间开设有沼液出口3-5、6-1，水轮8-1置于II、III格内沼液出口3-5、6-1一侧，打碎器8-7置于I、II格的沼液面上。利用反应器12的液面落差造成的液位能的冲刷带动水轮转动打碎器打碎沼渣壳。叶轮和打碎器采用高分子材料制造，不怕沼液的腐蚀，轴承由聚四氟乙烯做成自润滑性，可长期使用在腐蚀环境中。
为给菌落营造一个定居附着的栖生地，使厌氧菌落的留存在反应器中，本发明采用在厌氧池II、III格内设置生物栖生带9，生物栖生带材料采用聚氨酯发泡带，由于它的柔性，可以象水生植物一样随水流飘动，所以适应性强不易阻流，并可在水流作用下，使逐渐生长成厚胶状生物膜自行脱落代谢，并长期戳留在反应器中适应训化。
如图3，水生植物吸收净化池11内横向间隔设置有若干左、右分隔板11-1、11-2，左分隔板11-1左壁和右分隔板11-2的右壁分别与净化池11的左、右壁相连，左分隔板11-1的右壁与右分隔板11-2的左壁横向交叉设置，在净化池11内构成往徊沼液通道16。使沼液中的氨氮更多地被水生植物充分吸收，使出水清晰达标排放。

Claims (10)

1、一种城市粪便、生活废水的生物处理再生利用方法，其特征在于它包括：在地下埋设一城市粪便、生活废水消化反应器，消化反应器的厌氧池内分隔成几格，各格间有一定的液位差，将城市粪便、生活废水加入该反应器首格内；在反应器上方的地平上外盖置一太阳能玻璃房；在太阳能玻璃房内设置一水生植物吸收净化池，该净化池内种植水生性植物，将消化反应器内的沼液灌入水生植物吸收净化池内，以种植水生性植物，将净化池内生长的水生性植物再加入消化反应器内作青料以补充沼气原料；将消化反应器的厌氧池池底污泥加入消化反应器内，将消化反应器内的沼气抽出供用户使用。
2、根据权利要求1所述的一种城市粪便、生活废水的生物处理再生利用方法，其特征在于在消化反应器内加入粉煤灰和表面活性剂。
3、根据权利要求1所述的一种城市粪便、生活废水的生物处理再生利用方法，其特征在于在反应器厌氧池的池壁上设置位能搅拌器，利用反应器厌氧池的液面落差造成液位能的冲刷打碎反应器厌氧池液面结成的沼渣壳。
4、根据权利要求1所述的一种城市粪便、生活废水的生物处理再生利用方法，其特征在于在消化反应器的厌氧池内设置生物栖生带。
5、根据权利要求1所述的一种城市粪便、生活废水的生物处理再生利用方法，其特征在于将消化反应器内的沼液提取浓缩提纯制成有机肥浓缩液。
6、根据权利要求1所述的一种城市粪便、生活废水的生物处理再生利用方法，其特征在于将消化反应器内的污泥提取与其它原料混配后造粒制成有机肥颗粒。
7、根据权利要求1所述的一种城市粪便、生活废水的生物处理再生利用装置，其特征在于它包括消化反应器(12)、进、出料口(1)、(7)、水生植物吸收净化池(11)、玻璃房(10)以及连接泵、管路和阀门，进、出料口(1)、(7)设置于消化反应器(12)的两侧，其下端与消化反应器(12)相通，水生植物吸收净化池(11)盖置于消化反应器(12)顶端，水生植物吸收净化池(11)内种植有水生植物，消化反应器(12)内的沼液灌入水生植物净化池(11)内，玻璃房(10)罩置于水生植物净化池(11)外。
8、根据权利要求7所述的一种城市粪便、生活废水的生物处理再生利用装置，其特征在于消化反应器(12)包括厌氧池(5)和液位控制器(17)，厌氧池(5)内用分隔板纵向分隔成I、II、III格，I、II格间的分隔板(3)顶端高于II、III格间的分隔板(6)顶端，液位控制器(17)设置于III格内，其位置低于II、III格间的分隔板顶端，使I、II、III三格的液面呈阶梯状下降，I、II、III三格依次构成横梳升流区、梳流区和回流区，I、II、III三格底端开设有污泥回流沟(13)、(14)、(15)，污泥回流沟(13)、(14)、(15)通过泵、管道、阀门与水生植物吸收净化池(11)或/和厌氧池(5)相连。
9、根据权利要求8所述的一种城市粪便、生活废水的生物处理再生利用方法，其特征在于I、II格间的分隔板上部向I格内弯折呈一凸“梳齿”(3-1)，在第I格内下部纵向设置有一用板弯折成的向II格凸出的凸“梳齿”(3-2)，两“梳齿”(3-1)、(3-2)上下设置，在I格内构成一“S”型液流通道，在下凸“梳齿”(3-2)左侧与池壁间留有液流通道(3-3)，梳齿(3-2)内腔通过管路、阀门与泵相连。
10、根据权利要求1所述的一种城市粪便、生活废水的生物处理再生利用装置，其特征在于厌氧池(5)I、II格以及II、III格的池面上方的池壁上连接有位能搅拌器(8)，位能搅拌器(8)包括水轮(8-1)、同步带(8-3)、(8-6)、主动轮(8-2)、中间增速轮(8-4)、从动轮(8-6)和打碎器(8-7)，主动轮(8-2)、中间增速轮(8-4)和从动轮(8-6)均装置在池壁上，同步带(8-3)、(8-6)分别套装在主动轮(8-2)与中间增速轮(8-4)以及中间增速轮(8-4)与从动轮(8-6)上，主动轮(8-2)装置于水轮(8-1)一端，从动轮(8-6)装置于打碎器(8-7)的一端，I、II格间的分隔板(3)和II、III格间的分隔板(6)中间均开设有沼液出口(3-5)、(6-1)，水轮(8-1)置于II、III格内沼液出口(3-5)、(6-1)一侧，打碎器(8-7)置于I、II格的沼液面上。
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