CN213570007U - 一种基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及污水处理技术领域，公开一种基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备，包括顺次连接的化粪池、隔油池和污水处理一体化设备，污水处理一体化设备包括内设改性碳纤维填料实现污水生物处理的微生物生化分解装置、还包括对微生物生化分解装置输出的污水进行净化的生物过滤装置。为污水设计可靠除污路线，污水正式进行除污前设计化粪池预处理，至第三级化粪池粪液已腐熟，经隔油池去除污水中油类物质和部分细分散油，此后污水进入微生物生化分解装置正式开启净化过程；通过在微生物生化分解装置内设改性碳纤维填料，将污水中各种生物激活，使之固定附着在改性碳纤维填料上形成固定的高效生物膜系统，去除污水颜色、气味等，同时降解物质。

Description

一种基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备

技术领域

本实用新型涉及污水处理技术领域，具体地，涉及一种基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备。

背景技术

农村大部分住户卫生间为水冲厕，卫生间污水、厨房污水、洗衣污水等一般都是不经任何处理即直排进入村落水塘、小溪或河流中，使得这些水域水体富营养化、污染严重，小溪或河流的下游居民直接在溪沟里洗衣、洗菜，极不卫生。此外，夏季气温升高，被污染的水体易发黑、发臭，造成空气污染，严重影响居民人居环境和身体健康。

针对上述问题，近年来，不少地方已经在着手进行水处理改造，普遍用到的方法是二级处理活性污泥法，其工艺相对成熟、运行稳定、处理效果好,但传统的活性污泥不仅基建投资大,运行费用高,且主要以去除碳源污染物为目的,对氮、磷等营养物质的去除则微乎其微,经处理后的出水排入水体后仍将引起“富营养化”等环境问题。三级处理虽可解决上述问题,但因投资和运行费用昂贵而难以在农村推广应用。

另外还有湿地法和采用一体化处理设备处理法，其中，湿地优点有：投资少，运行费用低，维护简单，效果较好，其能实现分时达标排放，但受温度影响严重，且人工湿地处理系统需要较大面积的土地作为载体，投资建设费用高，且湿地水力负荷一般较低，达到同等处理效果的条件下，其占地面积要比潜流大的多，并且易受季节影响（冬季会结冰，夏季有恶臭，蚊蝇滋生），净化能力有限，管护不力则会产生恶臭气体，水污染转化为气污染，无法完全达到处理污水、改善和保护环境的目的。而一体化处理设备进行处理时，只要把污水收集起来，经一体化处理设备处理后，达标排放没有问题。但是，一体化设备处理必须同时具备几个条件：一是需要污水收集管网系统，建污水收集管网需要相当部分投资；二是运维需要电能，用电必然需要支付电费；三是需要专人管护，需要支付报酬。从建设到后续维护均耗资不菲，即使集资建好了该一体化处理设备后，后续可能因无力承担高温运营维护成本而形同虚设，长此以往也根本达不到处理污水、改善和保护环境的目的。

此外，农村地广人稀，无法建立一种大型污水处理设备进行集中处理，因此亟需寻求一种简单实用、建设成本低的一体化污水处理设备解决上述农村污水处理问题。

实用新型内容

本实用新型解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备，其采用低成本投入即可实现污水从产生到最终排放至外界的彻底净化，避免对人居环境造成污染，全程无需动力驱使，降低了运维成本，占地面积小，安装便捷。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

一种基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备，包括顺次连接的化粪池、隔油池和污水处理一体化设备，污水处理一体化设备包括内设改性碳纤维填料实现污水生物处理的微生物生化分解装置、还包括对微生物生化分解装置输出的污水进行净化的生物过滤装置。

进一步地，化粪池包括三级处理池，第一级处理池用于初步厌氧发酵分解，第二级处理池用于深度厌氧发酵分解，第三级处理池用于储存污水。

更进一步地，污水处理一体化设备还包括与隔油池相连的污水初步分离装置，污水初步分离装置输出的污水流入微生物生化分解装置，污水初步分离装置包括用于分离出污水中废渣的滤网。

再进一步地，污水初步分离装置还包括调节池。

进一步地，微生物生化分解装置包括顺次连接的多级分解腔对污水进行连续净化处理，改性碳纤维填料设置在各分解腔内，多级分解腔在一至五级中取值。

更进一步地，改性碳纤维填料包括网格架、海绵层和位于网格架与海绵层之间的改性碳纤维束，污水经网格架进入改性碳纤维填料，网格架、改性碳纤维束和海绵层三者组成污水的生化分解单元。

更进一步地，分解腔顶部设有活动检查井。

进一步地，生物过滤装置内设生物混合填料模块。

更进一步地，生物过滤装置包括多级顺次连接的净化腔对污水进行净化，生物混合填料模块位于各净化腔内，多级净化腔在二至十级中取值。

进一步地，化粪池、隔油池、污水初步分离装置、微生物生化分解装置和生物过滤装置五者从始端到末端的高度设置比降不低于3%。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

1）为污水设计了一条可靠的除污路线，污水在正式进行除污前设计了化粪池这一预处理机构，且化粪池为三级，至第三级化粪池处理时其中包含的粪液已腐熟，再经隔油池去除污水中可浮性油类物质和部分细分散油，此后污水即进入微生物生化分解装置正式开启净化过程；通过在微生物生化分解装置内设置改性碳纤维填料，将污水中各种生物激活，使之固定附着在改性碳纤维填料上形成固定的高效生物膜系统，有效去除污水的颜色、气味等及污水中有机物、金属离子、固体颗粒等，其生化活性法具有高吸脱附能力，处理效果好，能起到良好的污水净化效果，同时去除和降解物质，污水经最终水质处理后即可安全排放作为灌溉水或其他用水，节约淡水资源；此外，微生物生化分解装置同时还可显著降低污泥产量，理论上几乎可以实现零污泥排放，节约传统污水处理设备中污泥处理的费用，显著改善农村居民生态环境；

2）生物过滤装置内设的生物混合填料模块是选用pH值稳定的土壤、砂颗粒陶粒和椰子壳、竹炭等混合形成，利用极低成本的物质投入即可实现水质的自身修复、净化，降低污水中SS、COD、BOD、氨、氮、等微量元素；生物过滤装置各净化腔顶部设的植物种植模块进一步完善了本申请污水处理一体化设备的生态净化效应，即通过植物吸收来快速且彻底地达到生态净化功效；

3）微生物生化分解装置和生物过滤装置为砖体建筑物或优质PPR塑料制品或优质PE材质或玻璃钢材质组合，防渗效果好，可防止污水在处理过程中对地下水产生污染；微生物生化分解装置和生物过滤装置的分解腔、净化腔整体结合为多级设置，可对污水彻底除污，确保最终排放水质；

4）利用农村地形优势，将一体化设备各分机构作高低布置，使污水自行下流，无需水泵等动力器件的投入，无动力运维，无需大规模管网建设，可根据农村复杂地形，进行分散式污水处理，占地面积小，后期易维护、运维成本低。

5）无动力污水处理一体化设备内置多个设置有改性碳纤维填料的微生物生化分解装置和生物过滤装置对污水进行处理，通过改性碳纤维对污水的浸润性，使附着的微生物形成生物膜，通过特定的生化反应提高对污水中杂质离子的吸附作用，达到污水净化的效果。

附图说明

图1为实施例1所述的基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备的简要结构示意图；

图2为实施例1中改性碳纤维填料的简要结构示意图；

图3为实施例1所述的改性碳纤维填料在分解腔内的布置示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

实施例1

提供一种如图1所示的适于农村的基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备，包括顺次连接的化粪池1、隔油池2和污水处理一体化设备3，单家独户生活污水或多户生活污水通过管道收集，进入化粪池1，污水中的粪便在化粪池1中发酵分解，经化粪池阻隔寄生虫卵、杀菌杀卵、熟化处理后，即进入隔油池2分离去除污水中可浮性油类物质，随后通过管道进入污水处理一体化设备3。污水处理一体化设备3包括内设改性碳纤维填料311以实现污水生物处理的微生物生化分解装置31、还包括对微生物生化分解装置31输出的污水进行净化的生物过滤装置32，经净化的污水最后进入清水池4排放，可直接排入沟渠、农田或再利用。

微生物生化分解装置31包括顺次连接的多级分解腔312对污水进行连续净化处理，改性碳纤维填料分布在各分解腔内，如图2所示，改性碳纤维填料包括网格架3111、海绵层3112和位于网格架与海绵层之间的改性碳纤维束3113，污水经网格架进入改性碳纤维填料，网格架、改性碳纤维束和海绵层三者组成污水的生化分解单元311，生化分解单元整体呈“三明治”结构。

本实施例的改性碳纤维填料利用现成的网格架3111作为改性碳纤维束3113的设置架，改性碳纤维束即固定缠绕在网格架上，网格架的网孔密集均布，网孔可供改性碳纤维束的碳纤维束通过，使得缠绕在网格架上的改性碳纤维束虽然位于网格架与海绵层之间，但也会有伸出在网格架的另一表面的部分，使改性碳纤维束与网格架的结合更紧密，从而使改性碳纤维填料更好地对污水进行净化处理。

设置网格架3111可有效拦截污水中大颗粒杂质，防止杂质与网格架后面的改性碳纤维束3113缠绕而干扰填料的生化分解效果。在改性碳纤维束后设置的海绵层3112作为改性碳纤维填料的后盾，在污水发生较大水流冲击时，可以防止改性碳纤维束被污水无限冲开，改性碳纤维束可能随着污水的过流冲击附着在海绵层上，始终确保过流污水与改性碳纤维束接触实现有效净化，此外海绵层3112还具有去污吸附效果，可对污水进行二次净化。

网格架3111与海绵层3112之间还可设置间距供改性碳纤维束随污水过流摆动，减少改性碳纤维束彼此之间的缠绕情况，使之可以散的更开，犹如仿生态水草在水中摇曳，更好的发挥在污水中的净化作用，提高挂膜率。

如图3所示，分解腔312内一般设置多个生化分解单元311且多个生化分解单元在净化腔内平行布置。为对过流污水进行全面净化去污，优选将改性碳纤维束覆盖网格架整个表面，且网格架垂直于分解腔中轴线布置，分解腔两侧内壁在网格架设置位置处具有供网格架边沿嵌入的凹槽（未示出），各网格架两侧边沿则均与分解腔内壁上的凹槽相接。一般来说，生化分解单元是从分解腔顶部放入的，即网格架从凹槽的顶部嵌入，随着生化分解单元沿分解腔高度逐步下移，网格架边沿最终全部嵌入凹槽内。此时多个生化分解单元相互平行且横亘分解腔横截面设置，相当于分解腔内形成了多道去污屏障，凡是进入分解腔内的污水均会经由改性碳纤维填料进行多次吸附过滤，实现污水的全面彻底净化。

微生物生化分解装置31利用改性碳纤维比表面积大（大于1000m²/g）的特点，其形态似水草在水中摆动下不会变松动或过分密实，可以将污水中的各种生物激活固定附着在改性碳纤维填料上形成固定的高效生物膜系统，该生物膜包含好氧菌、厌氧菌和大量的原生物，这些微生物产生各种生物酶和生物絮粘剂，在兼氧条件下吸附截留、络合沉降、消化降解等生物化学的途径去除污染物。生物膜上的微生物以污水里的有机污染物为能量来源，通过自身的新陈代谢作用降解水体中的有机污染物，生物膜上的生物相对稳定增长，使污水中的溶解氧浓度提高，增强了微生物、有机物和溶解氧三者之间的转换，同时能有效去除污水的颜色、气味等并降解物质。得益于改性碳纤维填料311的吸咐及过滤作用，从微生物生化分解装置31出来的水体水质优质稳定，分离效果远好于传统沉淀池，最终经水质处理后出水极其清澈，悬浮物和浊度接近于零。

多级分解腔在一至五级中取值，每一级即为一个处理池。分解腔为砖体建筑物或优质PPR塑料箱体或优质PE材质或玻璃钢材质，分解腔顶部设有活动检查井316，以便及时对微生物生化分解装置进行查看、维护。

具体地，化粪池1包括三级处理池，第一级处理池11用于初步厌氧发酵分解，第二级处理池12用于深度厌氧发酵分解，第三级处理池13用于储存污水。新鲜粪便和其他生活污水首先通过管道进入化粪池的第一级处理池11开始厌氧发酵分解，阻隔沉淀寄生虫卵，因比重不同粪液可自然分为三层，上层为糊状粪皮，下层为块状或颗状粪渣，中层为比较澄清的粪液。在上层粪皮和下层粪渣中含细菌和寄生虫卵最多，中层含虫卵最少，初步发酵的中层粪液经过粪管溢流至第二级处理池12，而大部分未经充分发酵的粪皮和粪渣则继续留在第一级处理池11内继续发酵。流入第二级处理池12的粪液进一步深度厌氧发酵分解，游离氨浓度上升，杀菌杀卵，虫卵继续下沉，病原体逐渐死亡，粪液得到进一步无害化，产生的粪皮和粪渣厚度比第一级处理池显著减少。流入第三级处理池13的粪液一般已经腐熟，其中病菌和寄生虫卵已基本杀灭，第三级处理池13功能主要起储存已基本无害化的粪液的作用。

污水经过上述三级沉淀预处理后进入隔油池2，利用油滴与水的密度差产生上浮作用分离去除污水中可浮性油类物质和部分细分散油，分离出的污水流入污水处理一体化设备，污水处理一体化设备3还包括与隔油池2相连的污水初步分离装置33，污水初步分离装置输出的污水流入微生物生化分解装置，污水初步分离装置33包括用于分离出污水中废渣的滤网331，滤网将污水中的垃圾、废渣等分离在整个污水处理一体化设备的前端，使固体物不进入后续的处理系统中，避免系统堵塞；污水初步分离装置还包括调节池332，污水在调节池332充分混合，使污水均匀稳定，有利后续微生物生化分解装置31和生物过滤装置32处理，保证出水水质达标。

生物过滤装置32包括多级顺次连接的净化腔321对污水进行净化，每个净化腔内具有连通的第一净化腔3211和第二净化腔3212，第一净化腔内放置活性炭，第二净化腔内放置生物混合填料，从微生物强化分解装置中流出的污水流经第一净化腔后进入第二净化腔，多级净化腔在二至十级中取值。净化腔也为砖体建筑物或优质PPR塑料箱体或优质PE材质或玻璃钢材质，净化腔顶部设置植物种植模块322，出土墙外涂涂料或围栏花栏。

其中，生物混合填料模块322是选用pH值稳定的土壤、砂颗粒陶粒和椰子壳、竹炭混合在一起形成的，按一定比例、大小及结合水质的情况放入生物过滤装置，水质在其内完成自身修复、净化，从而降低污水、水中SS、COD、BOD、氨、氮、等微量元素，再通过净化腔顶部植物种植模块中的植物吸收达到生态净化功效，植物种植模块还可达到美观、经济、适用的效果。另外，在净化腔顶部种植的植物不用施肥，否则可能会营养过剩。

本实施例选取对单户污水进行处理，一般可为四级处理，其中微生物生化分解装置31一级处理，生物过滤装置32三级处理，即分解腔为一级，净化腔为三级，当然，也可以根据污水量来合理选择处理级数和生物混合填料模块中生物填料的用量，处理级数和生物填料选用多了是浪费，选少了则可能达不到处理效果。

为降低本实施例无动力污水处理一体化设备的建设成本投入，可摒弃传统的水泵抽送污水的方式，转而选择将化粪池1、隔油池2、污水初步分离装置、微生物生化分解装置31和生物过滤装置32五者从始端到末端呈高度差设置，具体地高度设置比降不低于3%。实施这个高度差流程需合理选用地形、合理布局管道和选用合适的箱体，使污水处于自流状态。而在微生物生化分解装置中，通过碳纤维填料与污水的生化反应，利用其高效的生化原理，可以实现污水顺次在各分解腔中的无动力流动。

污水处理一体化设备3整体可为一个一体化箱体，微生物生化分解装置、生物过滤装置都位于该塑料箱体内，在地面开挖基坑，待基坑挖好后，将一体化箱体直接埋入基坑中，布好进出水管路即可，不需要修筑混凝土盛水构筑物。一体化箱体采用厚度为1cm的PPR板经过热熔焊接而成，可具有较高的抗压性、高密闭性，不会发生渗漏，抗震性强。对于不易于埋一体化箱体的特殊地势、地形，只浇筑混凝土墙体或砖砌体对一体化箱体做好防护即可，混凝土强度等级不低于C₂。

一体化箱体地基为实土，铺设20cm细沙作为一体化设备的垫层，非实土或泥地应做好基础技术处理，再铺设20cm细沙作为一体化设备的垫层基础。

微生物生化分解装置是通过微生物的新陈代谢作用来处理污水中的污染物质，本技术是在兼氧条件下运行，其新陈代榭分为两大类，即好氧降解和厌氧降解。好氧处理是在曝气的作用下利用好氧微生物的新陈代谢活动去除污水中的污染物；厌氧处理是在隔绝氧气的情况下利用厌氧微生物的新陈代谢作用去除污水中的污染物。

微生物在污水生物处理中主要有三个作用：

①去除溶解性有机物（以COD或BOD₅表示）（将其转化成CO₂和H₂O），去除其它溶解性无机营养元素如N（最终转化为N₂气）、P（转化为富含磷的剩余污泥从水中分离出来）等；

②絮凝沉淀和降解胶体状固体物（某些难降解颗粒或胶体状有机物，可以通过微生物产生的胞外多聚物等具有絮凝效果的物质发生沉淀，与剩余污泥一同被排出系统；或通过吸附较长期地滞留在系统内而被缓慢降解）；

③稳定有机物（某些有毒有害难降解有机物可以被微生物初步分解或部分降解，而减轻毒性作用或得到部分稳定，或最终被完全转化为无机物而得到稳定）。

污水处理一体化设备运用兼氧生物处理技术，还具有同步脱氮除磷的功能及去除难降解有机物的功能，由于微生物被完全吸咐在微生物生化分解装置内，从而有利于增殖缓慢的微生物（如硝化细菌）的截留生长，系统硝化效率得以提高；同时膜的截留作用增长了难降解有机物在微生物生化分解装置内的水力停留时间，有利于难降解有机物降解效率的提高。

此外，在适合的有机负荷比条件下，本污水处理一体化设备可实现有机污泥基本零排放，相对于常规技术来说可降低70%左右的污泥量，有效降低污泥处理费用，污泥减量机理为：有机负荷比是影响污泥增长的重要因素。低有机负荷比将使微生物处于高度内源呼吸相，进入水体中的有机基质在微生物的新陈代榭作用下一部分被内源呼吸而代谢为CO₂、H₂O等无机物，另一部分被合成为新细胞（新陈代谢）。同时，在低有机负荷比条件下，超量细胞作为营养基质在微生物的作用下不断被分解代谢，直至超量细胞最后全部被代谢为CO₂、H₂O等无机物，形成有机负荷比的动态平衡。

本实施例的无动力污水处理一体化设备能维持高浓度的微生物量，微生物生化分解装置、生物过滤装置容积负荷高，占地面积大大节省；工艺流程简单、结构紧凑、占地面积省，不受设置场所限制，适合于任何场合，可做成地面式、半地下式和地下式。无动力污水处理一体化设备还实现了水力停留时间与污泥停留时间的完全分离，运行控制更加灵活稳定，是一种容易实现污水处理装备化的新设备，具有无动力、易维护、运维低成本、达标排放、占地少、无需大规模管网建设的诸多优点，经测算，其比传统的污水处理方式投资减少40%～50%。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型的技术方案所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备，其特征在于，包括顺次连接的化粪池、隔油池和污水处理一体化设备，污水处理一体化设备包括内设改性碳纤维填料实现污水生物处理的微生物生化分解装置、还包括对微生物生化分解装置输出的污水进行净化的生物过滤装置。

2.根据权利要求1所述的基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备，其特征在于，化粪池包括三级处理池，第一级处理池用于初步厌氧发酵分解，第二级处理池用于深度厌氧发酵分解，第三级处理池用于储存污水。

3.根据权利要求2所述的基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备，其特征在于，污水处理一体化设备还包括与隔油池相连的污水初步分离装置，污水初步分离装置输出的污水流入微生物生化分解装置，污水初步分离装置包括用于分离出污水中废渣的滤网。

4.根据权利要求3所述的基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备，其特征在于，污水初步分离装置还包括调节池。

5.根据权利要求1所述的基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备，其特征在于，微生物生化分解装置包括顺次连接的多级分解腔对污水进行连续净化处理，改性碳纤维填料设置在各分解腔内，多级分解腔在一至五级中取值。

6.根据权利要求1所述的基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备，其特征在于，改性碳纤维填料包括网格架、海绵层和位于网格架与海绵层之间的改性碳纤维束，污水经网格架进入改性碳纤维填料，网格架、改性碳纤维束和海绵层三者组成污水的生化分解单元。

7.根据权利要求5或6所述的基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备，其特征在于，分解腔顶部设有活动检查井。

8.根据权利要求1所述的基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备，其特征在于，生物过滤装置内设生物混合填料模块。

9.根据权利要求8所述的基于碳纤维的无动力污水处理一体化设备，其特征在于，生物过滤装置包括多级顺次连接的净化腔对污水进行净化，生物混合填料模块位于各净化腔内，多级净化腔在二至十级中取值。

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