申请日2017.03.22
公开(公告)日2017.07.04
IPC分类号C02F3/30; C02F3/34
摘要
本发明涉及污水处理技术领域，具体来说是一种小城镇污水处理一体化高效低能耗新型处理设备及处理方法，包括集气罩、旋转布水区、生物滤池反应区和沉淀区。本发明同现有技术相比优点在于：利用烟囱效应原理进行通风曝气，无需专门的曝气器等设备，投资和运行成本低;采用生物滤池工艺，同步实现有机氧化、硝化、反硝化等生物反应;布水装置采用无动力旋转布水器，能耗低，均匀;生物滤池污泥产量低，节省污泥处理成本;运行维护简单，实现无人值守;需要投资少，运行费用低，节省占地，生化区和沉淀区立体上下布置;无需专门废气处理设备，节省投资及运行成本;设备模块化，能根据处理量进行模块化扩展。
权利要求书
1.一种小城镇污水处理一体化高效低能耗新型处理设备，包括集气罩(20)、旋转布水区(15)、生物滤池反应区(16)和沉淀区(17)，其特征在于旋转布水区(15)设置于一体化设备的顶部，生物滤池反应区(16)设置于一体化设备的中部，沉淀区(17)设置于一体化设备的底部，旋转布水区(15)设有旋转布水装置(2)，旋转布水装置(2)由布水立管(12)和布水支管(13)组成，污水从一体化设备的顶部进水口(1)进入布水立管(12)，然后进入布水支管(13)，布水支管(13)上开有若干小孔，且距离布水立管(12)中心越远，小孔的密度越大，利用从布水管孔口喷出的水流所产生的反作用力，推动布水管绕布水立管旋转，一体化设备顶部设有出风口(10)，出风口外部连接通风机，在通风机(18)引风作用下和旋转布水装置(2)布水作用下，布水区域(15)就形成负压，新鲜空气通过百叶窗(5)补充进入一体化设备内，新鲜空气穿过生物滤池反应区的填料空隙向上进入布水区域(15)，在此过程达到为填料区(3)的微生物净化反应提供氧气。
2.如权利要求1所述的一种小城镇污水处理一体化高效低能耗新型处理设备，其特征在于生物滤池反应区(16)主要由填料支撑层(4)和填料区(3)组成，沉淀区(17)主要由斜板沉淀区(8)、集水管(6)、集泥斗(11)、排泥管(9)组成。
3.如权利要求1所述的一种小城镇污水处理一体化高效低能耗新型处理设备，其特征在于生物填料区(3)底部设有填料支撑层(4)用于支撑填料区(3)的填料，填料区(3)的填料为MBBR填料、陶粒、煤渣或焦炭，填料支撑层(4)和过渡板(7)之间设有若干百叶窗(5)，作为填料区(3)的填料曝气时的空气入口;在填料区(3)靠近填料支撑层(4)处和集气罩(20)上，分别设有检修孔(19和21)，用于填料的更换和补充;在一体化罐顶部布水区域(15)设有出风口(10)，出风口(10)管道与一体化罐外的通风机(18)连接。
4.如权利要求1所述的一种小城镇污水处理一体化高效低能耗新型处理设备，其特征在于沉淀区设有过渡板(7)，过渡板(7)设有坡度，通过填料区(3)净化后的污水滴落到过渡板(7)，填料始终未浸没在水体中，百叶窗位置始终高于过渡板(7)里聚集的污水，污水不会从百叶窗位置溢出，在过渡板(7)高度低的一侧设有一个洞口(14)，污水从洞口(14)流入斜板沉淀区(8)底部，污水自下而上流经斜板沉淀区(8)，在斜板沉淀区(8)上部设有集水管(6)，下部设有集泥斗(11)，集泥斗(11)内设有排泥管(9)，清水经集水管(6)收集后排出一体化设备，底部的污泥经排泥管(9)收集后排出一体化设备，集水管(6)和排泥管(9)均设有若干小孔。
5.如权利要求4所述的一种小城镇污水处理一体化高效低能耗新型处理设备，其特征在于集水管(6)和排泥管(9)上设有均匀分布的小孔，排泥管(9)另外一端接有手动阀门和盲板，可以反冲洗，防止吸泥管堵塞。
6.如权利要求2所述的一种小城镇污水处理一体化高效低能耗新型处理设备，其特征在于填料区(3)的填料可以通过检修孔(19和21)开启后清理和更换。
7.一种采用如权利要求1所述小城镇污水处理一体化高效低能耗新型处理设备的污水处理方法，其特征在于方法具体如下：
在顶部出风口(10)外的通风机(18)引风作用下和旋转布水装置(2)布水作用下，布水区域(15)就形成负压，新鲜空气通过百叶窗(5)补充进入一体化罐内，新鲜空气穿过填料区的填料空隙向上进入布水区域(15)，在此过程达到为填料区(3)的微生物净化反应提供氧气;
布水支管(13)喷出的污水进入填料区(3)，污水在重力作用下，沿着填料区(3)内的填料间隙向下流动，使污水与曝气生物滤池填料上覆着的生物膜接触，该生物膜由外向内存在好氧区、缺氧区和厌氧区，在此生物膜上存在大量不同种类的微生物，当填料表面的生物膜与污水接触的同时，污水中的营养底物在生物膜上由外向内渗透和传递，生物膜上的微生物吸附水体中的污染物作为微生物繁殖的营养底物，并发生有机氧化、硝化、反硝化等生物反应，而降解去除污水中的COD、BOD、氨氮、TN和总P污染物质;
在一体化罐内填料区(3)的微生物净化反应过程中产生的废气，通过顶部布水区域(15)设有出风口(10)，在通风机(18)作用下，将废气抽出一体化罐外，废气通过管道集中进入进水调解池液面下，在进水调解池里得到净化处理，同时对进水调节池起到曝气搅拌作用，防止调节池污泥沉淀;
通过填料区(3)净化后的污水滴落到过渡板(7)，填料始终未浸没在水体中，过渡板(7)设有坡度，百叶窗位置始终高于过渡板(7)里聚集的污水，污水不会从百叶窗位置溢出，在过渡板(7)高度低的一侧设有一个洞口(14)，污水从洞口(14)流入斜板沉淀区(8)底部，污水自下而上流经斜板沉淀区(8)，在斜板沉淀区(8)上部设有集水管(6)，下部设有集泥斗(11)，集泥斗(11)内设有排泥管(9)，清水经集水管(6)收集后排出一体化罐，底部的污泥经排泥管(9)收集后排出一体化罐，集水管(6)和排泥管(9)均设有若干小孔。
8.如权利要求7所述的污水处理方法，其特征在于填料区的填料上的生物膜的脱落方式为：(1)、生物膜自行老化后脱落;(2)、在污水向下的流重力流作用下脱落;(3)、空气从填料间隙向上逆向流作用下脱落;脱落的细小生物膜膜片随净化后的水流从填料间隙流入到过度板(7)，并最终进入沉淀池沉淀分离。
说明书
小城镇污水处理一体化高效低能耗新型处理设备及处理方法
[技术领域]
本发明涉及污水处理技术领域，具体来说是一种小城镇污水处理一体化高效低能耗新型处理设备及处理方法。
[背景技术]
随着社会经济的快速发展，我国污水排放量逐年增长，“十三五”城市污水集中处理率目标设置为95%，但是对于城市污水管网难于延伸的区域(如农村、小城镇、城郊生活区等)，污水处理率仍然很低。中国有40000多个乡镇，每个乡镇又有多个自然村落，都面临污水自然排放和污染的问题。目前随着中国的发展，这些问题迫切需要解决。
目前农村已有的污水处理设施大多数为如下工艺:
(1)生态处理模式，如生态塘处理系统、人工湿地处理系统、地下渗滤处理技术、蚯蚓生态滤池等，这类工艺有占地面积比较大，污水处理量有限，同时还受冬天低温影响等缺点;
(2)传统污水处理工艺，如A/O、A2O、SBR、CASS、生物接触氧化、UBOX等，这类工艺都是地埋式和淹没式，虽然比较成熟，但占地面积仍比较大，同时配套设备比较多，故障率高，工艺控制复杂，运行维护要求高，投资和运行费用也比较高，适合南方经济发达地区;
(3)结合地形、地质、植被条件，将上述(1)和(2)进行组合工艺，这类工艺仍存在以上两种缺点。
我国专利201510755790.9公开了一种污水处理系统，通过依次连通的厌氧池、好氧池以及沉淀池实现了循环、连续的污水处理，但是该污水处理系统为了将空气通入好氧池内，需要额外的设置气泵与相应的曝气管，提高了运行的成本与设备的复杂程度，不利于节能环保的社会需求。我国专利201510116668.7公开了一种污水处理系统，包括预缺氧池、厌氧池、缺氧池、好氧池，可以灵活多变的普遍适应各种水质和处理要求，但是污水都是简单地直接通过进水管进入各处理池内，不能使污水与池内物质充分均匀的接触，并且需要使污水依次通入各个处理池内进行反应，导致了处理效率的降低，并且要占用较大的面积。
而且以处理规模按照200m3/d计，传统的污水处理工艺的投资成本在4000-6000元/吨，运行成本在0.80-1.40元，投资和运行费用较高。
因此，研发一种处理工艺简单、投资和运行费用低、处理效率高、节能和运行维护简单的一体化污水处理设备具有非常重要的意义。
[发明内容]
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种小城镇污水处理一体化高效低能耗新型处理设备及处理方法，集生物滤池与沉淀功能为一体，污水通过顶部的旋转式布水器进入曝气生物滤池单元，污水在重力作用下，沿着填料区内的填料间隙向下流动，使污水与生物滤池填料上覆着的生物膜接触，该生物膜由外向内存在好氧区、缺氧区和厌氧区，在此生物膜上存在大量不同种类的微生物，当填料表面的生物膜与污水接触的同时，污水中的营养底物(即污染物)在生物膜上由外向内渗透和传递，生物膜上的微生物吸附水体中的污染物作为微生物繁殖的营养底物，并同步发生有机氧化、硝化、反硝化等生物反应，从而降解去除污水中的COD、BOD、氨氮、TN和总P等污染物质，微生物在处理污染物时由于生命活动产生热量，在填料内的空气温度高于环境温度，形成“烟囱效应”，空气从底部往上流动，形成充氧曝气，无需传统机械鼓风设备、曝气器和管道等。
为了实现上述目的，设计一种小城镇污水处理一体化高效低能耗新型处理设备，包括集气罩(20)、旋转布水区(15)、生物滤池反应区(16)和沉淀区(17)，其特征在于旋转布水区(15)设置于一体化设备的顶部，生物滤池反应区(16)设置于一体化设备的中部，沉淀区(17)设置于一体化设备的底部，旋转布水区(15)设有旋转布水装置(2)，旋转布水装置(2)由布水立管(12)和布水支管(13)组成，污水从一体化设备的顶部进水口(1)进入布水立管(12)，然后进入布水支管(13)，布水支管(13)上开有若干小孔，且距离布水立管(12)中心越远，小孔的密度越大，利用从布水管孔口喷出的水流所产生的反作用力，推动布水管绕布水立管旋转，一体化设备顶部设有出风口(10)，出风口外部连接通风机，在通风机(18)引风作用下和旋转布水装置(2)布水作用下，布水区域(15)就形成负压，新鲜空气通过百叶窗(5)补充进入一体化设备内，新鲜空气穿过生物滤池反应区的填料空隙向上进入布水区域(15)，在此过程达到为填料区(3)的微生物净化反应提供氧气。
所述的生物滤池反应区(16)主要由填料支撑层(4)和填料区(3)组成，沉淀区(17)主要由斜板沉淀区(8)、集水管(6)、集泥斗(11)、排泥管(9)组成。
所述的生物填料区(3)底部设有填料支撑层(4)用于支撑填料区(3)的填料，填料区(3)的填料为MBBR填料、陶粒、煤渣或焦炭，填料支撑层(4)和过渡板(7)之间设有若干百叶窗(5)，作为填料区(3)的填料曝气时的空气入口;在填料区(3)靠近填料支撑层(4)处和集气罩(20)上，分别设有检修孔(19和21)，用于填料的更换和补充;在一体化罐顶部布水区域(15)设有出风口(10)，出风口(10)管道与一体化罐外的通风机(18)连接。
所述的沉淀区设有过渡板(7)，过渡板(7)设有坡度，通过填料区(3)净化后的污水滴落到过渡板(7)，填料始终未浸没在水体中，百叶窗位置始终高于过渡板(7)里聚集的污水，污水不会从百叶窗位置溢出，在过渡板(7)高度低的一侧设有一个洞口(14)，污水从洞口(14)流入斜板沉淀区(8)底部，污水自下而上流经斜板沉淀区(8)，在斜板沉淀区(8)上部设有集水管(6)，下部设有集泥斗(11)，集泥斗(11)内设有排泥管(9)，清水经集水管(6)收集后排出一体化设备，底部的污泥经排泥管(9)收集后排出一体化设备，集水管(6)和排泥管(9)均设有若干小孔。
所述的集水管(6)和排泥管(9)上设有均匀分布的小孔，排泥管(9)另外一端接有手动阀门和盲板，可以反冲洗，防止吸泥管堵塞。
所述的填料区(3)的填料可以通过检修孔(19和21)开启后清理和更换。
本发明还设计一种采用所述的小城镇污水处理一体化高效低能耗新型处理设备的污水处理方法，其特征在于方法具体如下：
在顶部出风口(10)外的通风机(18)引风作用下和旋转布水装置(2)布水作用下，布水区域(15)就形成负压，新鲜空气通过百叶窗(5)补充进入一体化罐内，新鲜空气穿过填料区的填料空隙向上进入布水区域(15)，在此过程达到为填料区(3)的微生物净化反应提供氧气;
布水支管(13)喷出的污水进入填料区(3)，污水在重力作用下，沿着填料区(3)内的填料间隙向下流动，使污水与曝气生物滤池填料上覆着的生物膜接触，该生物膜由外向内存在好氧区、缺氧区和厌氧区，在此生物膜上存在大量不同种类的微生物，当填料表面的生物膜与污水接触的同时，污水中的营养底物在生物膜上由外向内渗透和传递，生物膜上的微生物吸附水体中的污染物作为微生物繁殖的营养底物，并发生有机氧化、硝化、反硝化等生物反应，而降解去除污水中的COD、BOD、氨氮、TN和总P污染物质;
在一体化罐内填料区(3)的微生物净化反应过程中产生的废气，通过顶部布水区域(15)设有出风口(10)，在通风机(18)作用下，将废气抽出一体化罐外，废气通过管道集中进入进水调解池液面下，在进水调解池里得到净化处理，同时对进水调节池起到曝气搅拌作用，防止调节池污泥沉淀;
通过填料区(3)净化后的污水滴落到过渡板(7)，填料始终未浸没在水体中，过渡板(7)设有坡度，百叶窗位置始终高于过渡板(7)里聚集的污水，污水不会从百叶窗位置溢出，在过渡板(7)高度低的一侧设有一个洞口(14)，污水从洞口(14)流入斜板沉淀区(8)底部，污水自下而上流经斜板沉淀区(8)，在斜板沉淀区(8)上部设有集水管(6)，下部设有集泥斗(11)，集泥斗(11)内设有排泥管(9)，清水经集水管(6)收集后排出一体化罐，底部的污泥经排泥管(9)收集后排出一体化罐，集水管(6)和排泥管(9)均设有若干小孔。
所述的填料区的填料上的生物膜的脱落方式为：(1)、生物膜自行老化后脱落;(2)、在污水向下的流重力流作用下脱落;(3)、空气从填料间隙向上逆向流作用下脱落;脱落的细小生物膜膜片随净化后的水流从填料间隙流入到过度板(7)，并最终进入沉淀池沉淀分离。
本发明同现有技术相比，组合结构简单可行，其优点在于：
1.利用烟囱效应原理进行通风曝气，无需专门的曝气器、曝气管道和曝气风机等设备，只需要配套一台功率低的通风机，取代了传统的机械曝气，投资和运行成本低;
2.该一体化设备采用生物滤池工艺，填料上的生物膜由外向内存在好氧区、缺氧区和厌氧区，可同步实现有机氧化、硝化、反硝化等生物反应，节省占地面积;
3.布水装置采用无动力旋转布水器，依靠进水反作用力，旋转均匀布水，能耗低，布水均匀;
4.生物滤池污泥产量低，节省污泥处理成本;
5.运行维护简单，基本实现无人值守，实现智能化远程集中管理;
6.适合农村人口分散、污水处理装置分散和维护人员素质相对地下的区域;也适合运行费用承担能力不足，需要投资少，运行费用低，维护方便的工艺设备的区域;
7.节省占地，将生化区和沉淀区立体上下布置;
8.废气排放引入调节池液面下，实现废气处理，无需专门废气处理设备，节省投资及运行成本;
9.生化段和沉淀出水设备模块化，能根据处理量进行模块化扩展。
