CN209193638U - 一种光伏太阳能驱动的农村小城镇污水深度处理系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种光伏太阳能驱动的农村小城镇污水深度处理系统，包括垂直流人工湿地单元、水平潜流人工湿地单元，垂直流人工湿地单元出水至水平潜流人工湿地单元，该系统还包括太阳能光伏控制单元、多级AO生物反应池单元和二沉池单元，所述多级AO生物反应池单元的出水口与二沉池单元的进水口通过管道相接，二沉池单元的出水口与垂直流人工湿地单元进水口通过管道相接，太阳能光伏控制单元为多级AO生物反应池单元和二沉池单元的用电设备供电。本实用新型通过太阳能光伏控制单元提供稳定可靠的电能，节能环保，处理污水脱氮效率高、出水水质好、运行费用低，适用于西北太阳能资源充足、土地面积广的农村小城镇污水处理。
Description
技术领域
本实用新型涉及污水脱氮除磷深度处理系统，具体涉及一种光伏太阳能驱动的农村小城镇污水深度处理系统。
背景技术
我国城镇污水处理厂常用二级生化处理工艺有A²O、多级AO、氧化沟等，虽然这些工艺的出水可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)，但出水中氮磷浓度还是远高于水体富营养化最低标准。深度处理就是对二级生化出水进行进一步的物化处理、生物处理或膜处理，使出水中的有机物、氮、磷等营养物质含量得以降低去除，达到污水再生利用的相关标准，不仅可以降低受纳水体的污染负荷，缓解水体自净的压力，还能提供高品质的回用水。在我国水资源比较匮乏的西北干旱半干旱地区，对城镇污水厂尾水深度处理后再利用，是解决水资源短缺的重要途径之一，具有开源节流与环境保护的双重效益。目前，二级生化出水深度处理常用的方法有MBR，曝气生物滤池、人工湿地等，但是没有将MBR、曝气生物滤池等进行合理的设置导致能耗高、投资大、运行成本高、维护复杂。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本实用新型提供了一种光伏太阳能驱动的农村小城镇污水深度处理系统，该系统脱氮除磷效率高、出水水质好且可回用、运行费用低，适用于西北太阳能资源充足、土地面积广的农村小城镇进行污水处理。
本实用新型采用的技术方案是：一种光伏太阳能驱动的农村小城镇污水深度处理系统 ，包括垂直流人工湿地单元、水平潜流人工湿地单元，垂直流人工湿地单元出水至水平潜流人工湿地单元，水平潜流人工湿地单元末端接出水管，该系统还包括太阳能光伏控制单元、多级AO生物反应池单元和二沉池单元，所述多级AO生物反应池单元的出水口与二沉池单元的进水口通过管道相接，二沉池单元的出水口与垂直流人工湿地单元进水口通过管道相接，太阳能光伏控制单元为多级AO生物反应池单元和二沉池单元的用电设备供电。
进一步的，多级AO生物反应池单元为三级AO生物反应池单元，其内依次分隔成厌氧池、一级缺氧池、一级好氧池、二级缺氧池、二级好氧池、三级缺氧池和三级好氧池；其中，厌氧池与一级缺氧池的上部相通，缺氧池与其后相邻的好氧池下部相通，好氧池与其后相邻的缺氧池上部相通。
进一步的，多级AO生物反应池单元采用分段式进水，在厌氧池、二级缺氧池、三级缺氧池顶部分别接进水管，每一进水管中安装有进水调节阀门和流量计，三个进水管均与进水泵相通。
进一步的，多级AO生物反应池单元中的一级好氧池、二级好氧池、三级好氧池内底部分别设有微孔曝气管，微孔曝气管均与空气泵接通，且每一微孔曝气管输入端设有空气调节阀，每一池内设有检测溶解氧含量的溶解氧仪。
进一步的，所述二沉池单元外设有污泥回流泵将池内污泥回流至多级AO生物反应池单元的厌氧池。
进一步的，所述太阳能光伏控制单元由光伏组件、控制器、蓄电池和逆变器构成，控制器分别与光伏组件、蓄电池、逆变器电连，逆变器将光伏组件产生的直流电或蓄电池中直流电转换为交流电供用电设备进水泵、空气泵、污泥回流泵用电。
进一步的，所述的多级AO生物反应池单元的二级缺氧池、三级缺氧池分别设有与电动搅拌器。
进一步的，所述垂直流人工湿地单元由垂直下向流人工湿地池和垂直上向流人工湿地池组成，两池中间隔开，底部连通串联而成，每一池内由下至上依次铺设有粒径为10-20mm、5-10mm、2-5mm的废砖块为填料，两池内均混植芦苇和香蒲。
进一步的，所述水平潜流人工湿地单元由前端进水区、中间填料区和后端出水区组成，进水区和出水区分别设有粒径20～30mm的卵石为填料，填料区设有粒径5～10mm的废砖块为填料，填料区混植芦苇和香蒲。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
本实用新型采用太阳能光伏发电技术为污水生化处理工艺供电，降低了运行成本，保证了工艺的可持续性，适合西北太阳能资源充足、土地资源丰富的农村小城镇污水处理工程。采用多级AO生物反应单元采用分段进水方式，进水按比例从各缺氧段流入系统，反硝化聚磷菌得到驯化和富集，为反硝化细菌优先利用易降解有机物进行反硝化作用创造便利，减少好氧区异养菌对碳源的竞争，将碳源最大限度的用于反硝化，提高了TN和TP的去除率。再采用二沉池单元进行泥水有效分离， 将净化后的出水通过垂直流人工湿地单元与水平潜流人工湿地单元组合运行处理，通过本实用新型达到污水深度处理，有效提高了二级生化出水中氮磷的去除率，氨氮和总磷去除率分别达90%和85%以上，最终出水水质可达到《地表水环境质量标准(GB3838-2002)中的Ⅴ类水质标准。
附图说明
图1为本实用新型的构成示意图。
图中：1.多级AO生物反应池单元，2.二沉池单元，3.垂直流人工湿地单元，4.水平潜流人工湿地单元，5.太阳能光伏控制单元，6.厌氧池，7.一级缺氧池，8.一级好氧池，9.二级缺氧池，10.二级好氧池，11.三级缺氧池，12.三级好氧池，13.进水泵 14.进水调节阀门15.流量计 16.空气泵，17.空气调节阀，18.污泥回流泵，19.穿孔布水管，20.细颗粒废砖渣，21.中颗粒废砖渣，22.粗颗粒废砖渣，23.穿孔集水管，24.进水区，25.填料区，26.出水区，27.光伏组件，28.控制器，29.蓄电池，30.逆变器。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步更清楚的描述，
如图1所示，一种农村小城镇污水深度处理的节能环保系统，包括多级AO生物反应池单元1、二沉池单元2、垂直流人工湿地单元3和水平潜流人工湿地单元4，该系统还包括太阳能光伏控制单元5，所述多级AO生物反应池单元1的出水口与二沉池单元2的进水口通过管道相接，通过二沉池单元2泥水分离后出水至垂直流人工湿地单元3，垂直流人工湿地单元3出水至水平潜流人工湿地单元4，水平潜流人工湿地单元4末端接出水管，太阳能光伏控制单元5为上述多级AO生物反应池单元1和二沉池单元2的用电设备供电。
为了提高脱氮效率和降低能耗，在不设硝化液内回流措施的前提下，同时将水力停留时间（HRT）和污泥龄（SRT）完全分离，提高DO和碳源的利用率，所述多级AO生物反应池单元1设为三级，其内依次分隔成厌氧池6、一级缺氧池7、一级好氧池8、二级缺氧池9、二级好氧池10、三级缺氧池11和三级好氧池12；其中，厌氧池6与一级缺氧池7的上部相通，缺氧池与其后相邻的好氧池下部相通，好氧池与其后相邻的缺氧池上部相通。
为了节省水力停留时间，提高出水水质和处理能力，同时提高碳源利用效率，减小反应器总体积，对工艺进行最佳工况控制，本实用新型所述多级AO生物反应池单元1采用分段式进水，在厌氧池6、二级缺氧池9、三级缺氧池11顶部分别接进水管，每一进水管中安装有进水调节阀门和流量计，三个进水管均与进水泵13相通。所述多级AO生物反应池单元进水流量为8.73L/h，通过调节阀门和流量计调节污水按照0.5:0.35:0.15的分配比对应流入厌氧池、二级缺氧池和三级缺氧池。
为了保证好氧条件（DO为1.5～2.5mg/L），本实用新型多级AO生物反应池单元1中的一级好氧池8、二级好氧池10、三级好氧池12内底部分别设有微孔曝气管，微孔曝气管均与空气泵16接通，且每一微孔曝气管输入端设有空气调节阀17，通过各微孔曝气管上的空气调节阀17，控制各级好氧池的溶解氧量。每一池内设有检测溶解氧含量的溶解氧仪，用于检测调控氧含量。
为了保证缺氧条件及活性污泥为悬浮状态，本实用新型所述的多级AO生物反应池单元的二级缺氧池9、三级缺氧池11分别设有电动搅拌器，并在每级厌氧段增设密封盖以保证DO小于0.2mg/L。
为了防止人工湿地单元基质堵塞而影响后续单元处理效果，本实用新型所述二沉池单元2中进行泥水分离，出水进入垂直流人工湿地单元，该池外设有污泥回流泵18将池内污泥回流至多级AO生物反应池单元的厌氧池6，继续进行污水处理，循环使用。
为了将太阳能转化为所需电能，本实用新型所述太阳能光伏控制单元5由光伏组件27、控制器28、蓄电池29和逆变器30构成，控制器28分别与光伏组件27、蓄电池29、逆变器30电连，逆变器30将光伏组件产生的直流电或蓄电池中直流电转换为交流电供用电设备进水泵13、空气泵16、污泥回流泵18、电动搅拌器用电，绿色环保、能耗低。上述光伏组件17功率和蓄电池19容量由当地的太阳平均辐射强度与污水生化处理系统的进水泵13、空气泵16、污泥回流泵18等用电设备的功率决定。
为了发挥人工湿地的优势，强化氮的去除和防止大量固体悬浮物和有机物的堵塞，充分利用各单种人工湿地类型的优势缺点互补，提高人工湿地系统的水质净化能力，保证湿地系统除磷效果，本实用新型所述垂直流人工湿地单元3由垂直下向流人工湿地池和垂直上向流人工湿地池组成，两池中间隔开，底部连通串联而成，垂直下向流人工湿地池内由下至上依次铺设粒径10～20mm、厚度200mm；粒径5～10mm、厚度300mm；粒径2～5mm、厚度200mm的废砖块作为填料，总厚度为700mm。垂直上向流人工湿地池内由下至上依次铺设粒径10～20mm、厚度200mm，5～10mm、厚度300mm，2～5mm、厚度150mm的废砖块作为填料，总厚度为650mm。两池内均混植芦苇和香蒲，种植密度为78株/m2。在垂直下向流人工湿地池填料表面设置DN50mm的穿孔布水管19均匀布水，在垂直上向流人工湿地池填料表面设置DN50mm的穿孔集水管23收集出水，重力流进入水平潜流人工湿地单元进水区24。
为了充分提高填料表面的生物膜、表面土、填料的截留作用和丰富的植物根系的利用率，减小占地面积和美化环境，本实用新型水平潜流人工湿地单元4的填料厚度均为500mm，进水区24和出水区26设有粒径为20～30mm，宽度为200mm的卵石层，保证均匀布水和集水；填料区25设有粒径为5～10mm的废砖块作为填料。水平潜流人工湿地填料区基质表面种植密度为60株/m2。
如图1所示，污水深度处理流程如下：所述太阳能光伏控制单元由控制器控制光伏组件处于发电的最大功率点附近，并将光伏组件产生的直流电储存于蓄电池中，逆变器将光伏组件产生的直流电或蓄电池中直流电转换成与一般市电负载频率、额定电压等匹配的交流电为污水生化处理系统的进水泵13、空气泵16、污泥回流泵18等设备供电。多级AO生物反应池内分隔成的每个池内都有含菌污泥（具有硝化菌，聚磷菌等），依靠污泥里的细菌来处理水中的污染物， 将分散性的农村小城镇污水首先集中，然后将污水按照体积比0.5:0.35:0.15的分配比对应流入厌氧池、二级缺氧池和三级缺氧池。为增强除磷效果，先在前段厌氧区进行氨化反应、同时释放磷，厌氧区为聚磷菌释磷提供环境，使得聚磷菌在厌氧区释磷充分，并贮存了足够的PHB，然后污水从厌氧区的上部进入一级反应器的缺氧段（一级缺氧池）中与池内的回流污泥充分混合，一级缺氧段中反硝化细菌对随回流污泥而流入缺氧段的硝态氮进行反硝化作用，聚磷菌PAOs厌氧释磷，随后进入一级好氧段（一级好氧池）进行硝化作用和聚磷菌进行好氧吸磷，二、三级反应作用原理同上述一级反应，即：在缺氧段进行脱氮的反硝化反应，紧接着在好氧区发生硝化反应、吸磷，每级均进行一个完整的脱氮、除磷，使得系统整体的除磷效率得到很大的提升，三级好氧池12的出水至二沉池单元2，其中，有一部分污泥会随水流流到二沉池单元，经过沉淀泥水分离后泵回流至前面多级AO生物反应池继续进行污水处理。泥水分离后二沉池单元2出水进入布水管，均匀布水进入垂直下向流人工湿地池，布水管采用 DN20mm 的“一”型穿孔布水管19进水，使水均匀地进入垂直下向流人工湿地池后流入垂直上向流人工湿地池，垂直上向流人工湿地池基质表面采用“一”型穿孔集水管23集水后靠自身重力流至水平流湿地。通过垂直流人工湿地单元和水平流人工湿地单元进行再次处理，去除COD，同时脱氮除磷。最后，将处理后的污水直接排放或者回灌农田。
Claims (9)
1.一种光伏太阳能驱动的农村小城镇污水深度处理系统 ，包括垂直流人工湿地单元、水平潜流人工湿地单元，垂直流人工湿地单元出水至水平潜流人工湿地单元，水平潜流人工湿地单元末端接出水管，其特征在于：该系统还包括太阳能光伏控制单元（5）、多级AO生物反应池单元（1）和二沉池单元（2），所述多级AO生物反应池单元（1）的出水口与二沉池单元（2）的进水口通过管道相接，二沉池单元（2）的出水口与垂直流人工湿地单元（3)进水口通过管道相接，太阳能光伏控制单元（5）为多级AO生物反应池单元（1）和二沉池单元（2）的用电设备供电。
2.根据权利要求1所述的光伏太阳能驱动的农村小城镇污水深度处理系统，其特征在于：多级AO生物反应池单元（1）为三级AO生物反应池单元（1），其内依次分隔成厌氧池（6）、一级缺氧池（7）、一级好氧池（8）、二级缺氧池（9）、二级好氧池（10）、三级缺氧池（11）和三级好氧池（12）；其中，厌氧池（6）与一级缺氧池（7）的上部相通，缺氧池与其后相邻的好氧池下部相通，好氧池与其后相邻的缺氧池上部相通。
3.根据权利要求2所述的光伏太阳能驱动的农村小城镇污水深度处理系统，其特征在于：多级AO生物反应池单元（1）采用分段式进水，在厌氧池（6）、二级缺氧池（9）、三级缺氧池（11）顶部分别接进水管，每一进水管中安装有进水调节阀门和流量计，三个进水管均与进水泵（13）相通。
4.根据权利要求2或3所述的光伏太阳能驱动的农村小城镇污水深度处理系统，其特征在于：多级AO生物反应池单元（1）中的一级好氧池（8）、二级好氧池（10）、三级好氧池（12）内底部分别设有微孔曝气管，微孔曝气管均与空气泵（16）接通，且每一微孔曝气管输入端设有空气调节阀（17），每一池内设有检测溶解氧含量的溶解氧仪。
5.根据权利要求4所述的光伏太阳能驱动的农村小城镇污水深度处理系统，其特征在于：所述二沉池单元（2）外设有污泥回流泵（18）将池内污泥回流至多级AO生物反应池单元的厌氧池（6）。
6.根据权利要求5所述的光伏太阳能驱动的农村小城镇污水深度处理系统，其特征在于：所述太阳能光伏控制单元（5）由光伏组件（27）、控制器（28）、蓄电池（29）和逆变器（30）构成，控制器（28）分别与光伏组件（27）、蓄电池（29）、逆变器（30）电连，逆变器（30）将光伏组件产生的直流电或蓄电池中直流电转换为交流电供用电设备进水泵（13）、空气泵（16）、污泥回流泵（18）用电。
7.根据权利要求6所述的光伏太阳能驱动的农村小城镇污水深度处理系统，其特征在于：所述的多级AO生物反应池单元的二级缺氧池（9）、三级缺氧池（11）分别设有与电动搅拌器。
8.根据权利要求1、 2、 3 、5 、6或7所述的光伏太阳能驱动的农村小城镇污水深度处理系统，其特征在于：所述垂直流人工湿地单元（3）由垂直下向流人工湿地池和垂直上向流人工湿地池组成，两池中间隔开，底部连通串联而成，每一池内由下至上依次铺设有粒径为10-20mm、5-10mm、2-5mm的废砖块为填料，两池内均混植芦苇和香蒲。
9.根据权利要求8所述的光伏太阳能驱动的农村小城镇污水深度处理系统，其特征在于：所述水平潜流人工湿地单元（4）由前端进水区（24）、中间填料区（25）和后端出水区（26）组成，进水区（24）和出水区（26）分别设有粒径20～30mm的卵石为填料，填料区（25）设有粒径5～10mm的废砖块为填料，填料区混植芦苇和香蒲。
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| CN110713257A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-01-21 | 广东亮科环保工程有限公司 | 一种利用一体化装置净化农村生活污水的系统和方法 |
| CN113105074A (zh) * | 2021-04-13 | 2021-07-13 | 齐鲁工业大学 | 一种处理农村污水的微动力潜流湿地系统及其工作方法 |
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