CN2576709Y - 粪便污水生物处理循环回用装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于环保生物处理节水技术领域，涉及一种粪便污水经生物处理、消毒净化、过滤后实现循环回用的装置。由一种粪便污水生物处理循环回用装置，由冲水厕具、粪便收集筛分系统、生物处理系统、消毒系统、过滤系统和清洁水箱组成，以上部件通过管道依次连接。粪便污水通过收集、筛分、稳定、生物降解脱氮、消毒净化、过滤后实现将粪便污水就地减量无害净化，多次循环回用。可广泛应用于城市、乡镇、农村、旅游景点、家居、临时集会和车船等不同场合。

Description

粪便污水生物处理循环回用装置

所属技术领域

本实用新型属于环保生物处理节水技术领域，涉及一种粪便污水经生物降解处理、消毒净化、过滤后实现闭路循环回用的装置。(即在不增加补充外界新鲜水(只在启动初期，加入少许启动清水)的情况下，借助于经过人工特殊驯化培养的特种微生物菌群对粪便污水进行生物降解处理，使其水质得到净化，再经过脱色、杀菌、过滤等步骤从而达到安全的闭路循环回用的目的。)尤其适用于不宜集中处理和有特殊要求的独立点源产生的粪便污水实现节水闭路循环回用。

背景技术

目前，我国城市、乡镇、农村、旅游景点、家居和车船等不同场所的厕所所产生的粪便污水多数不经处理直排汇入下水系统，未进行循环回用。据测算，按1200万人口计算，仅北京一年从厕所流失的水就达4亿吨，占生活用水总量的60％。我国是一个缺水的国家，尤其北方地区，多数处于干旱半干旱状态。大量的仅完成一次使用目的未经处理即被排放的粪便污水不仅是一种水资源的浪费，而且其对于接纳水体的所构成的破坏污染程度和治理负担也是巨大的，粪便污水中含有的丰富的有机质和氮、磷元素将给接纳水体带来富营养化的直接危害。

发明内容

为了解决现有直排水冲厕存在的污染环境、浪费大量水资源的缺点，实现粪便污水就地无害化、减量化、资源化，减少污水排放，减轻污水处理负荷，从根本上避免水环境的恶化，达到节约有限的水资源的目的，本实用新型提供了一种粪便污水生物处理循环回用装置，该装置不仅实现了粪便污水的闭路循环回用，而且多余的排放水水质符合国家规定的排放标准。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种粪便污水生物处理循环回用装置，由冲水厕具、粪便收集筛分系统、生物处理系统、消毒系统、过滤系统和清洁水箱组成，以上部件通过管道依次连接。

粪便收集筛分系统为密闭箱体，内部由粗细筛网隔断分隔成均等的若干部分，污水流过的最后一部分内设置填料与曝气设施。

生物处理系统包括好氧处理系统和厌氧处理系统。

好氧处理系统采用延时曝气好氧混合接触折流板式反应器。

厌氧处理系统采用缺氧接触折流板式反应器。

好氧混合接触折流板式反应器由竖直安装的折流板将其分隔为若干隔室，隔室内装有生物填料。

缺氧接触折流板式反应器由竖直安装的折流板将其分隔为若干隔室，隔室内装有生物填料。

过滤系统由石英砂、活性炭、保安过滤器、超滤中空纤维组成。

粪便收集系统：包括便器、粪便收集筛分箱体，两者通过管道连接。粪便收集筛分箱体为密闭箱体，内部分为均等三部分，以粗细两道筛网相隔。第三部分内设曝气软管、接触填料，末端设有小型潜水提升泵。使用者排泄的粪便通过常规节水型水箱排出的冲洗水冲进接收便器收集后，依靠自流进入封闭的粪便收集筛分处理系统。内部三部分的作用各自为：第一部分为粪便收集部分，负责收集粪便以及厕纸，在杜绝氧气的厌氧环境下，粪便以及厕纸在粪便自身所含微生物以及外投专效微生物的作用下在其中完成沉降厌氧消解，大颗粒的物质以及不溶物与液相脱离在底部堆积下来，待堆积到一定程度后即形成含氮、磷丰富的有机泥底肥，通过槽车经排出口抽出收集运出。分解后的小颗粒物质以及溶解性物质通过带隔断的粗筛网随水自流进入到第二部分(中间蓄存部分)，经过进一步厌氧环境的停留沉降分解后，小颗粒物质以及溶解性物质中较大颗粒的物质再次沉降下来。微细颗粒物质以及溶解性物质经过带隔断的细筛网自流进入到第三部分(充氧调整部分)。充氧调整部分内部设有接触填料，底部敷设曝气软管，预先投加的特种好氧微生物附着在填料表面形成具有高效好氧分解作用的生物膜，当粪便污水悬浊液进入其中后，特种微生物即利用空气曝气后溶解产生的溶解氧对其进行好氧接触完全混合降解预处理。通过特种好氧微生物对于粪便污水中有机物的好氧分解作用，可适当调整降低进入生物处理系统的有机物负荷。

粪便收集筛分系统的主要目的是对接受的粪便污水进行粒径筛分，减轻不溶性无机物质对后续过滤系统构成的污染负担并蓄积水量、对水质进行混合调整。后部调整段适当的鼓风充氧处理在起到搅拌的同时也可消除粪便固有阿摩尼亚气味。

完成预处理的粪便污水通过分隔隔板由设置在粪便收集筛分系统后部的潜水泵提升后经连接管道被送入生物处理系统。

生物处理系统是整个处理装置的核心，设置为敞口的箱体，内部通过隔板分为两部分，每一部分又各自设置一个折流板，全部箱体悬挂弹性填料，第二部分底部设有曝气软管，同时设有辅助回流的小型潜水泵，回流管线通入生物处理箱体的进口。每一部分的外部底部均由排放阀。因粪便污水属于高有机污染负荷、高含氮的废水，为达到循环回用目的需对其进行减量、脱氮处理。生物脱氮是在微生物的作用下，将有机氮和氨氮转化为N₂和N_xO气体的过程。其中主要包括硝化和反硝化两个反应过程(有机氮的氨化反应很快且基本不受外界环境的影响)。因此，针对上述处理要求，生物处理系统的两部分分为缺氧反硝化部分、好氧硝化部分。

生物处理系统缺氧反硝化处理部分是利用部分开口的缺氧接触折流板式反应器进行工作的，即当粪便污水进入该反应器后，沿着一系列垂直安装的折流板，流经挂满生物膜填料的隔室作上下流动，并进行反硝化反应。整个反应器内的水流则是以较慢的速度作水平流动。由于污水在折流板的作用下，水流绕折流板流动而使水流在反应器内的流经总长度增加，再加之折流板的阻挡及填料的拦截和微生物菌群的吸附、沉降作用，粪便污水生物固体负荷被有效的截留在反应器内。反硝化反应是指在缺氧的条件下，投加的专性反硝化菌可将硝酸盐氮(NO₃ ^-)和亚硝酸盐氮(NO₂ ^-)还原为氮气的过程。其反应式为：

该反应的实质是反硝化菌在缺氧环境条件下，利用粪便污水进水硝酸盐中的氧作为电子受体，污水中的有机物作为电子供体及提供能量的碳源，得到氧化稳定的。反硝化不仅可使NO₂ ^--N、NO₃ ^--N被还原，而且还可使有机物氧化分解。

利用缺氧接触折流板式反应器作为处理单元可无需运动部件，无需机械混合装置，不需要特殊的气固液三相分离器，在一个反应器内实现一体化的两相和多相处理过程，容积利用率高。反应器可间歇方式运行，耐水力和有机负荷冲击能力强，对有毒有害物质有较强的承受力，对微生物固体的沉降特性无特殊要求，污泥产率低，剩余污泥量少，泥龄高，可长时间运行而无须排泥。为最大限度的减少装置的排泥，缺氧接触折流板式反应器的排泥回入粪便收集筛分系统的前部。反应器内的复杂混合水力流态使水流多次上下折流，提高了投加的污泥微生物菌群与粪便污水间的混合接触，稳定了处理效果，能在高负荷条件下有效的截留污水中的可分解的有机组分。

生物处理系统的好氧硝化部分是利用敞口的延时曝气好氧混合接触折流板式反应器进行工作的。经过缺氧接触折流板式反应器处理后的粪便污水自流进入延时曝气好氧混合接触折流板式反应器。反应器的隔室内部挂置填料，每个隔室底部敷设曝气软管。填料淹没在废水中，填料上长满生物膜，废水在与生物膜混合接触的过程中，水中的有机物被生物膜微生物吸附、氧化分解和转化为新的生物膜。老化的生物膜在水流作用下自动从填料上脱落。通过设置折流板形成的隔室使粪便污水有机负荷易形成浓度梯度，从流态上创造了硝化的条件。延长的处理流程所形成的延时曝气的状态也有利于硝化反应进行较彻底。硝化反应是在好氧(即有氧)条件下，将NH₄ ⁺转化为NO₂ ^-和NO₃ ^-的过程，反应是由亚硝酸菌和硝酸菌两个种属的菌种共同作用完成的。其反应式如下：

总反应式为：

由于延时曝气好氧混合接触折流板式反应器内部的填料的比表面积较大，在良好的充氧条件下，单位容积的生物固体量较高，流态上属于完全混合，时间上属于推流，因此对于水质水量的骤变有较强的适应能力。当反应器有机容积负荷较高时，其F/M仍保持较低水平，因此污泥产量较低。污泥排放可在水的自压作用下通过排放口回流入粪便收集筛分系统的前段。为保证处理装置具有较高的脱氮效率，设置在延时曝气好氧混合接触折流板式反应器后部的潜水泵将部分硝化出水回流到缺氧接触折流板式反应器的入口段，进行反硝化处理。

生物处理箱体的出水通过连接管道自流入消毒分离系统。消毒分离系统为密闭式箱体，内部分为三个部分：加药段、分离段、储水段。以带缺口的隔断分隔。加药段顶部设有固定支撑，加药罐固定于进水口处，搅拌器固定于中心点；分离段底部设有斜板，上部固定纤维毡；储水段内设有小型潜水泵。分离段的底部有排渣阀门，以管道连通于粪便收集箱体的进口。生物降解处理后的粪便污水自流进入消毒分离部分的加药段，其中固定在水下的加药搅拌器连续运转，使从上部药剂储罐内连续自卸出的药剂和粪便污水充分混合。加入的药剂为不饱和次氯酸，它在确保杀灭微生物和部分致病菌净水的同时也具有深度脱氮的作用。加药段出水经隔板从底部进入分离段。分离段的下部为斜板沉降，上部为纤维分离隔毡，经过两级分离，保证澄清的生化处理出水自流进入储水段。分离段的底部存渣可在水压作用下经排出口回入粪便收集筛分系统的前部。

为进一步保证装置处理出水的色度、浊度、灭菌安全度符合最终使用要求和排放标准，经消毒分离处理后的储水段出水通过输送泵被送入由石英砂过滤器、活性炭吸附过滤器、保安过滤器、超滤中空纤维过滤器组成的过滤组件。在其中利用活性炭的吸附功能完成脱色处理，利用超滤中空纤维的透过孔径小于0.02μ的特性进行深度灭菌过滤。过滤系统在使用一定时期后需要人工对各部分进行反冲洗复生以保证其处理效率。

处理后的清洁出水被储存在密闭的清洁水箱中。清洁水箱一端与过滤组件出水口相连，另一端与设置在水箱底部外侧的管道输送泵相连，进行清洁储水的管道循环。当用户点出现用水需求时，即实现粪便污水的循环利用。

本实用新型的有益结果是实现了粪便污水的生物处理闭路循环回用，克服了现有直排水冲厕存在的浪费大量水资源的缺点；实现了粪便污水就地无害化、减量化、资源化，减轻了维护劳动强度，减少了污水排放量和污水处理负荷，可从根本上避免水环境的恶化，达到节约有限的水资源的目的。

附图说明

图是本实用新型的处理装置平剖结构工艺流程图。

粪便污水生物处理循环利用装置包括：冲水厕具(1)、粪便收集储槽(2)、粪便蓄存储槽(3)、粪便充氧调整槽(4)、曝气软管(5)(14)、潜水泵(6)、粗筛网(7)、细筛网(8)、接触填料(9)(10)(11)、缺氧接触折流板式反应器(12)、延时曝气好氧混合接触折流板式反应器(13)、回流水泵(15)、加药罐(16)、搅拌器(17)、加药反应槽(18)、斜板(19)、分离槽(20)、纤维毡(21)、过滤水泵(22)、储水槽(23)、石英砂过滤器(24)、活性炭过滤器(25)、保安过滤器(26)、超滤过滤器(27)、清水箱(28)、管道循环泵(29)、阀门(30)(31)(32)(33)(34)(35)(36)(37)(38)。

具体实施方式

如图所示，冲水厕具(1)；粪便收集储槽(2)；组成生物处理体系的缺氧接触折流板式反应器(12)和延时曝气好氧混合接触折流板式反应器(13)；组成消毒分离体系的加药反应槽(18)、分离槽(20)、储水槽(23)；组成过滤组件的石英砂过滤器(24)、活性炭过滤器(25)、保安过滤器(26)、超滤过滤器(27)；清洁水箱(28)；管道循环泵(29)等通过管道依图顺序连接。

具体实施例：冲水厕具(1)冲水后，粪便随冲洗水顺管道自流泻入位于厕具下部的粪便收集储槽(2)。通过粗筛网(7)初步筛分后的污水自流进入粪便蓄存槽(3)，随后经细筛网(8)再次筛分的污水流入粪便充氧调整槽(4)。在其中经曝气软管(5)的鼓风曝气和接触填料(9)的共同稳定处理后污水越过隔板由潜水泵(6)通过阀门(34)定量送出。粪便收集筛分系统三部分的容积比例为1∶1∶1，粪便污水在粪便收集筛分系统中的停留时间应保证约在24小时左右。筛网隔出的堆积底泥通过槽车定时抽出。

粪便污水从顶部进入缺氧接触折流板式反应器(12)，经接触填料(10)上附着的缺氧微生物反硝化分解后自流跌落入延时曝气好氧混合接触折流板式反应器(13)，在其中与接触填料(11)上的好氧膜微生物发生硝化反应。底部的曝气软管(14)通入的空气被分割成微细小气泡。为提高系统的脱氮效率，回流水泵(15)将部分处理水送回到缺氧接触折流板式反应器(12)的入口段，使在好氧段产生的亚硝酸根离子、硝酸根离子在缺氧环境下进一步转化为氮气，从系统中彻底排出。缺氧接触折流板式反应器(12)和延时曝气好氧混合接触折流板式反应器(13)所产生的过量剩余污泥经由阀门(36)、(37)人工定时排入粪便收集筛分系统的前部入口段。

生物降解处理后的出水自流进入加药反应槽(18)，在顶部入口段与从加药罐(16)中自卸出的次氯酸接触，通过搅拌器(17)的搅拌混合，约杀菌消毒。水流越过加药反应槽(18)底部隔板进入分离槽(20)，通过斜板(19)、纤维毡(21)的两级澄清分离，溢流进入储水槽(23)。水流在分离槽(20)的上升流速控制在小于0.3m/s左右。储水槽的有效容积约为最大连续3小时的进水量。分离槽(20)的底部存渣通过控制阀门(38)人工定时排入粪便收集筛分系统的前部入口段。

设置在储水槽内的过滤水泵(22)通过阀门(33)定量的将水送入由石英砂过滤器(24)、活性炭过滤器(25)、保安过滤器(26)、超滤过滤器(27)组成的过滤系统。过滤出水与回流水的水量比例约为3∶7。过滤系统的适宜操作压力通过调节控制出水阀门(31)、回流阀门(32)完成。

过滤后的清洁出水被储存在清水箱(28)内。设置在清水箱(28)外底部的管道循环泵(29)将清水箱(28)内的清水源源不断的连续抽出，通过阀门(30)送到用户冲水厕具(1)，形成粪便污水的闭路循环回用。清水箱(28)的超量水经由阀门(35)排出处理装置。

Claims (8)

1.一种粪便污水生物处理循环回用装置，其特征是：由冲水厕具、粪便收集筛分系统、生物处理系统、消毒系统、过滤系统和清洁水箱组成，以上部件通过管道依次连接。

2.根据权利要求1所述的粪便污水生物处理循环回用装置，其特征是：粪便收集筛分系统为密闭箱体，内部由粗细筛网隔断分隔成均等的若干部分，污水流过的最后一部分内设置填料与曝气设施。

3.根据权利要求1或2所述的粪便污水生物处理循环回用装置，其特征是：生物处理系统包括好氧处理系统和厌氧处理系统。

4.根据权利要求3所述的粪便污水生物处理循环回用装置，其特征是好氧处理系统采用延时曝气好氧混合接触折流板式反应器。

5.根据权利要求3所述的粪便污水生物处理循环回用装置，其特征是厌氧处理系统采用缺氧接触折流板式反应器。

6.根据权利要求4所述的粪便污水生物处理循环回用装置，其特征是：好氧混合接触折流板式反应器由竖直安装的折流板将其分隔为若干隔室，隔室内装有生物填料。

7.根据权利要求5所述的粪便污水生物处理循环回用装置，其特征是：缺氧接触折流板式反应器由竖直安装的折流板将其分隔为若干隔室，隔室内装有生物填料。

8.根据权利要求1-7中任何一个所述的粪便污水生物处理循环回用装置，其特征是：过滤系统由石英砂、活性炭、保安过滤器、超滤中空纤维组成。