公布日：2023.03.07
申请日：2022.11.17
分类号：C02F9/00(2023.01)I;C02F1/00(2023.01)I;C02F1/50(2023.01)I;C02F3/30(2023.01)I;C02F1/52(2023.01)I;C02F1/40(2023.01)I;C02F1/24(2023.01)I
摘要
本发明公开了一种零排放资源化的污水收集系统及方法，包括负压收集组件、负压输送管道、真空泵房、灰水生化处理组件以及黑水和生活垃圾协同处理组件；负压收集组件包括第一负压黑水收集组件和第一负压灰水收集组件，负压输送管道包括灰水负压输送管道和黑水负压输送管道，真空泵房包括第二负压黑水收集组件、第二负压灰水收集组件；灰水经过第一负压灰水收集组件、灰水负压输送管道、第二负压灰水收集组件进入灰水生化处理组件，黑水经过第一负压黑水收集组件、黑水负压输送管道、第二负压黑水收集组件进入黑水和生活垃圾协同处理组件。本发明可以从源头对黑水、灰水进行分离，实现农村污水全收集、全处理、零排放、资源化、可持续的治理。
权利要求书
1.一种零排放资源化的污水收集处理系统，其特征在于，包括：负压收集组件、负压输送管道、真空泵房、灰水生化处理组件以及黑水和生活垃圾协同处理组件；负压收集组件包括第一负压黑水收集组件和第一负压灰水收集组件，负压输送管道包括灰水负压输送管道和黑水负压输送管道，真空泵房包括第二负压黑水收集组件、第二负压灰水收集组件和除臭组件；灰水依次经过第一负压灰水收集组件、灰水负压输送管道、第二负压灰水收集组件进入灰水生化处理组件，黑水依次经过第一负压黑水收集组件、黑水负压输送管道、第二负压黑水收集组件进入黑水和生活垃圾协同处理组件；其中，第一负压灰水收集组件包括室外地埋灰水储罐，室外地埋灰水储罐内设有通过吊环与储罐侧壁挂钩连接的栅渣提篮，栅渣提篮用于拦截灰水中的杂质；灰水生化处理组件与黑水和生活垃圾协同处理组件之间连通，灰水生化处理组件的污泥排至黑水和生活垃圾协同处理组件，黑水和生活垃圾协同处理组件的上清液排至灰水生化处理组件。
2.如权利要求1所述的污水收集处理系统，其特征在于，第一负压灰水收集组件还包括灰水真空收集器，灰水真空收集器包括控制柜和真空阀；室外地埋灰水储罐的上端设有检修口，检修口上设有与室外地埋灰水储罐平齐的井盖，挂钩分布在检修口的两侧侧壁上；栅渣提篮悬挂设置在室外地埋灰水储罐的前端，栅渣提篮的栅间隙≤5mm，室外地埋灰水储罐内还设有浮球杆，浮球杆的杆部穿过室外地埋灰水储罐露出，浮球杆的浮球部浮在室外地埋灰水储罐内的灰水液面上，杆部的上部与下部涂覆不同的颜色；室外地埋灰水储罐的末端设有集水坑，灰水负压输送管道的入口端伸入集水坑，且设置含过滤筛网的吸水喇叭口及支架，灰水负压输送管道的出口端连接灰水真空收集器，若杆部的下部穿过室外地埋灰水储罐露出，控制柜控制真空阀通过吸水喇叭口将室外地埋灰水储罐的灰水抽入第二负压灰水收集组件。
3.如权利要求1所述的污水收集处理系统，其特征在于，负压输送管道依次设有户外阀门井、提升检修井及末端检修井，两相邻的提升检修井之间的距离≤400m。
4.如权利要求1所述的污水收集处理系统，其特征在于，第二负压灰水收集组件还包括真空灰水储罐、泄压罐、空气真空泵、排污泵、控制阀及止回阀；负压输送管道的末端与真空灰水储罐的侧面上部连通，真空灰水储罐的顶部连接吸气管道的一端，吸气管道的另一端连接空气真空泵的进气端，空气真空泵的出气端连接排气管道的一端，排气管道的另一端连接泄压罐的顶部，泄压罐的顶部还连接收集臭气管道的一端，收集臭气管道的另一端连接除臭组件；泄压罐的底部连接真空泵供水管道的一端，真空泵供水管道的另一端连接空气真空泵，泄压罐的侧壁连接溢流管道的一端，溢流管道的另一端连接灰水生化处理组件，泄压罐的下部设有可进行补水的补水口；真空灰水储罐的底部通过吸水管连接排污泵，排污泵将真空灰水储罐内的灰水输送至灰水生化处理组件；其中，真空灰水储罐的压力承受范围为-0.1MPa-1.0MPa，真空灰水储罐的灰水容量不超过总容积的1/2。
5.如权利要求1所述的污水收集处理系统，其特征在于，黑水和生活垃圾协同处理组件包括预处理组件、厌氧发酵反应器、沼气收集与净化组件及沼渣有机肥制备组件，厌氧发酵反应器产生的沼气进入沼气收集与净化组件，厌氧发酵反应器的末端与沼渣有机肥制备组件连接，预处理组件包括前置垃圾破碎设备、油水分离设备及除砂设备；灰水生化处理组件包括依次连通的调节水罐、厌氧池、缺氧池、好氧池、MBR膜池、清水罐和尾水泵，还包括加药组件、鼓风机和排泥泵，加药组件将消毒剂投加至清水罐，将除磷药剂投加至MBR膜池，鼓风机用于对好氧池和MBR膜池曝气；排泥泵通过吸泥管与MBR膜池末端的沉泥区相连，将MBR膜池中的污泥排入厌氧发酵反应器中，厌氧发酵反应器与调节水罐连通，用于将上清液排入调节水罐。
6.如权利要求5所述的污水收集处理系统，其特征在于，厌氧发酵反应器包括进料井、黑水进水管、厌氧发酵池及出料井，进料井两侧设有电机检修井，进料井内设有破碎搅拌器，破碎搅拌器的驱动电机设置于电机检修井内，进料井底部通过进料管道与厌氧发酵池的一侧连通，进料管道与水平方向的夹角为30-50°，进料管道的直径≥300mm；黑水进水管的管径≥100mm，黑水进水管与厌氧发酵池的底部连通，并沿厌氧发酵池的内底面延伸，黑水进水管的中心轴线与厌氧发酵池的内底面的距离为200-300mm，黑水进水管位于厌氧发酵池内的部分沿其轴向分布若干对配水孔，同一对配水孔位于同一径向截面上，每个配水孔沿40-50°朝向厌氧发酵池的内底面，配水孔的孔径为15-25mm；厌氧发酵池的另一侧通过出料管道连通出料井，出料管道与水平方向的夹角为10-20°，出料管道的管径≥300mm。
7.如权利要求6所述的污水收集处理系统，其特征在于，厌氧发酵池的上部为方形固液气分离区、下部为方形反应区，且上部呈倒锥形，上部悬挂锥形导气筒，锥形导气筒通过径向穿设的膨胀螺栓与厌氧发酵池的上部固定，厌氧发酵池的上部与锥形导气筒的外侧转角处通过焊接固定，锥形导气筒连通沼气收集与净化组件；方形反应区内设有倾斜安装的双桨叶搅拌器，双桨叶搅拌器与水平方向的夹角为20-30°，双桨叶搅拌器由预埋在厌氧发酵池内外壁的埋铁固定；方形固液分离区设有出水三角堰和围绕出水三角堰设置的出水渠，上清液通过出水三角堰流入出水渠，通过出水渠底部的排放管流至调节水罐，出水三角堰的内壁下方设置挡渣裙板，挡渣裙板与竖直方向的夹角为40-60°，挡渣裙板上端通过预埋在厌氧发酵池内壁的L型螺杆固定连接，挡渣裙板下端搭在横向支撑杆的内端，横向支撑杆的外端与厌氧发酵池的内壁固定，L型螺杆和横向支撑杆的外端均固定有预埋于厌氧发酵池内壁的预埋铁。
8.如权利要求1所述的污水收集处理系统，其特征在于，第二负压黑水收集组件包括真空泵、黑水缓冲箱及排放管路，黑水负压输送管道的末端与黑水缓冲箱的上部连接，真空泵安装在黑水缓冲箱的顶部，并与排放管路连通，若黑水缓冲箱中的黑水达到阈值高度，真空泵将黑水通过排放管路排入黑水和生活垃圾协同处理组件。
9.如权利要求8所述的污水收集处理系统，其特征在于，黑水缓冲箱还在侧壁上设置清掏口，清掏口的下方50-100mm处设置拦截筛网，拦截筛网沿黑水缓冲箱的水平方向延伸。
10.一种零排放资源化的污水收集处理方法，其特征在于，采用如权利要求1-9任一所述的污水收集处理系统，包括如下步骤：S1：真空泵房分别对灰水负压输送管道和黑水负压输送管道抽气形成管道负压；S2：灰水在重力的作用下流入第一负压灰水收集组件，第一负压灰水收集组件持续收集灰水达到第一预定阈值时，将灰水输送至第二负压灰水收集组件；黑水在第一负压黑水收集组件的连续抽吸下进入第二负压黑水收集组件；S3：第二负压灰水收集组件持续收集灰水时，除臭组件持续收集第二负压灰水收集组件排放的气体，第二负压灰水收集组件持续收集灰水达到第二预定阈值时，停止收集灰水并将灰水输送至灰水生化处理组件，第二负压灰水收集组件内灰水排空时重复收集操作；第二负压黑水收集组件持续收集黑水达到第三预定阈值时，将黑水输送至黑水和生活垃圾协同处理组件；S4：灰水生化处理组件对灰水依次进行生化反应、过滤和消毒处理，并将灰水生化处理组件剩余污泥排至黑水和生活垃圾协同处理组件；黑水和生活垃圾协同处理组件对黑水和/或灰水生化处理组件剩余污泥进行厌氧发酵，并将厌氧发酵形成的上清液排至灰水生化处理组件进行生化处理。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种零排放资源化的污水收集处理系统及方法，通过设置负压收集组件、负压输送管道、真空泵房、灰水生化处理组件以及黑水和生活垃圾协同处理组件，并对负压收集组件和真空泵房中的负压灰水组件进行拦截杂质和泄压除臭等设计，同时将灰水生化处理组件与黑水和生活垃圾协同处理组件进行连通一体化设计，可以从源头实现对黑水和灰水全收集、全处理、零排放、资源化、可持续的治理，实现污水处理的零排放和资源化。
第一方面，本发明提供一种零排放资源化的污水收集处理系统，包括：负压收集组件、负压输送管道、真空泵房、灰水生化处理组件以及黑水和生活垃圾协同处理组件；
负压收集组件包括第一负压黑水收集组件和第一负压灰水收集组件，负压输送管道包括灰水负压输送管道和黑水负压输送管道，真空泵房包括第二负压黑水收集组件、第二负压灰水收集组件和除臭组件；
灰水依次经过第一负压灰水收集组件、灰水负压输送管道、第二负压灰水收集组件进入灰水生化处理组件，黑水依次经过第一负压黑水收集组件、黑水负压输送管道、第二负压黑水收集组件进入黑水和生活垃圾协同处理组件；
其中，第一负压灰水收集组件包括室外地埋灰水储罐，室外地埋灰水储罐内设有通过吊环与储罐侧壁挂钩连接的栅渣提篮，栅渣提篮用于拦截灰水中的杂质；
灰水生化处理组件与黑水和生活垃圾协同处理组件之间连通，灰水生化处理组件的污泥排至黑水和生活垃圾协同处理组件，黑水和生活垃圾协同处理组件的上清液排至灰水生化处理组件。
进一步的，第一负压灰水收集组件还包括灰水真空收集器，灰水真空收集器包括控制柜和真空阀；
室外地埋灰水储罐的上端设有检修口，检修口上设有与室外地埋灰水储罐平齐的井盖，挂钩分布在检修口的两侧侧壁上；
栅渣提篮悬挂设置在室外地埋灰水储罐的前端，栅渣提篮的栅间隙≤5mm，室外地埋灰水储罐内还设有浮球杆，浮球杆的杆部穿过室外地埋灰水储罐露出，浮球杆的浮球部浮在室外地埋灰水储罐内的灰水液面上，杆部的上部与下部涂覆不同的颜色；
室外地埋灰水储罐的末端设有集水坑，灰水负压输送管道的入口端伸入集水坑，且设置含过滤筛网的吸水喇叭口及支架，灰水负压输送管道的出口端连接灰水真空收集器，若杆部的下部穿过室外地埋灰水储罐露出，控制柜控制真空阀通过吸水喇叭口将室外地埋灰水储罐的灰水抽入第二负压灰水收集组件。
进一步的，负压输送管道依次设有户外阀门井、提升检修井及末端检修井，两相邻的提升检修井之间的距离≤400m。
进一步的，第二负压灰水收集组件还包括真空灰水储罐、泄压罐、空气真空泵、排污泵、控制阀及止回阀；
负压输送管道的末端与真空灰水储罐的侧面上部连通，真空灰水储罐的顶部连接吸气管道的一端，吸气管道的另一端连接空气真空泵的进气端，空气真空泵的出气端连接排气管道的一端，排气管道的另一端连接泄压罐的顶部，泄压罐的顶部还连接收集臭气管道的一端，收集臭气管道的另一端连接除臭组件；
泄压罐的底部连接真空泵供水管道的一端，真空泵供水管道的另一端连接空气真空泵，泄压罐的侧壁连接溢流管道的一端，溢流管道的另一端连接灰水生化处理组件，泄压罐的下部设有可进行补水的补水口；
真空灰水储罐的底部通过吸水管连接排污泵，排污泵将真空灰水储罐内的灰水输送至灰水生化处理组件；
其中，真空灰水储罐的压力承受范围为-0.1MPa-1.0MPa，真空灰水储罐的灰水容量不超过总容积的1/2。
进一步的，黑水和生活垃圾协同处理组件包括预处理组件、厌氧发酵反应器、沼气收集与净化组件及沼渣有机肥制备组件，厌氧发酵反应器产生的沼气进入沼气收集与净化组件，厌氧发酵反应器的末端与沼渣有机肥制备组件连接，预处理组件包括前置垃圾破碎设备、油水分离设备及除砂设备；
灰水生化处理组件包括依次连通的调节水罐、厌氧池、缺氧池、好氧池、MBR膜池、清水罐和尾水泵，还包括加药组件、鼓风机和排泥泵，加药组件将消毒剂投加至清水罐，将除磷药剂投加至MBR膜池，鼓风机用于对好氧池和MBR膜池曝气；
排泥泵通过吸泥管与MBR膜池末端的沉泥区相连，将MBR膜池中的剩余污泥排入厌氧发酵反应器中，厌氧发酵反应器与调节水罐连通，用于将上清液排入调节水罐。
进一步的，厌氧发酵反应器包括进料井、黑水进水管、厌氧发酵池及出料井，进料井两侧设有电机检修井，进料井内设有破碎搅拌器，破碎搅拌器的驱动电机设置于电机检修井内，进料井底部通过进料管道与厌氧发酵池的一侧连通，进料管道与水平方向的夹角为30-50°，进料管道的直径≥300mm，
黑水进水管的管径≥100mm，黑水进水管与厌氧发酵池的底部连通，并沿厌氧发酵池的内底面延伸，黑水进水管的中心轴线与厌氧发酵池的内底面的距离为200-300mm，黑水进水管位于厌氧发酵池内的部分沿其轴向分布若干对配水孔，同一对配水孔位于同一径向截面上，每个配水孔沿40-50°朝向厌氧发酵池的内底面，配水孔的孔径为15-25mm；
厌氧发酵池的另一侧通过出料管道连通出料井，出料管道与水平方向的夹角为10-20°，出料管道的管径≥300mm。
进一步的，厌氧发酵池的上部为方形固液气分离区、下部为方形反应区，且上部呈倒锥形，上部悬挂锥形导气筒，锥形导气筒通过径向穿设的膨胀螺栓与厌氧发酵池的上部固定，厌氧发酵池的上部与锥形导气筒的外侧转角处通过焊接固定，锥形导气筒连通沼气收集与净化组件；
方形反应区内设有倾斜安装的双桨叶搅拌器，双桨叶搅拌器与水平方向的夹角为20-30°，双桨叶搅拌器由预埋在厌氧发酵池内外壁的埋铁固定；
方形固液分离区设有出水三角堰和围绕出水三角堰设置的出水渠，上清液通过出水三角堰流入出水渠，通过出水渠底部的排放管流至调节水罐，出水三角堰的内壁下方设置挡渣裙板，挡渣裙板与竖直方向的夹角为40-60°，挡渣裙板上端通过预埋在厌氧发酵池内壁的L型螺杆固定连接，挡渣裙板下端搭在横向支撑杆的内端，横向支撑杆的外端与厌氧发酵池的内壁固定，L型螺杆和横向支撑杆的外端均固定有预埋于厌氧发酵池内壁的预埋铁。
进一步的，第二负压黑水收集组件包括真空泵、黑水缓冲箱及排放管路，黑水负压输送管道的末端与黑水缓冲箱的上部连接，真空泵安装在黑水缓冲箱的顶部，并与排放管路连通，若黑水缓冲箱中的黑水达到阈值高度，真空泵将黑水通过排放管路排入黑水和生活垃圾协同处理组件。
进一步的，黑水缓冲箱还在侧壁上设置清掏口，清掏口的下方50-1000mm处设置拦截筛网，拦截筛网沿黑水缓冲箱的水平方向延伸。
第二方面，本发明还提供一种零排放资源化的污水收集处理方法，采用上述的污水收集处理系统，包括如下步骤：
S1：真空泵房分别对灰水负压输送管道和黑水负压输送管道抽气形成管道负压；
S2：灰水在重力的作用下流入第一负压灰水收集组件，第一负压灰水收集组件持续收集灰水达到第一预定阈值时，将灰水输送至第二负压灰水收集组件；
黑水在第一负压黑水收集组件的连续抽吸下进入第二负压黑水收集组件；
S3：第二负压灰水收集组件持续收集灰水时，除臭组件持续收集第二负压灰水收集组件排放的气体，第二负压灰水收集组件持续收集灰水达到第二预定阈值时，停止收集灰水并将灰水输送至灰水生化处理组件，第二负压灰水收集组件内灰水排空时重复收集操作；
第二负压黑水收集组件持续收集黑水达到第三预定阈值时，将黑水输送至黑水和生活垃圾协同处理组件；
S4：灰水生化处理组件对灰水依次进行生化反应、过滤和消毒处理，并将灰水生化处理组件剩余污泥排至黑水和生活垃圾协同处理组件；
黑水和生活垃圾协同处理组件对黑水和/或灰水生化处理组件剩余污泥进行厌氧发酵，并将厌氧发酵形成的上清液排至灰水生化处理组件进行生化处理。
本发明提供的一种零排放资源化的污水收集处理系统及方法，至少包括如下有益效果：
(1)通过设置负压收集组件、负压输送管道、真空泵房、灰水生化处理组件以及黑水和生活垃圾协同处理组件，并对负压收集组件和真空泵房中的负压灰水组件进行拦截杂质和泄压除臭等设计，同时将灰水生化处理组件与黑水和生活垃圾协同处理组件进行连通一体化设计，可以从源头实现对黑水和灰水全收集、全处理、零排放、资源化、可持续的治理，实现污水处理的零排放和资源化。
(2)采用抗冲击、低维护的污水处理工艺，解决污水处理设施“用人难”、“稳定难”、“找钱难”的问题。
(3)厌氧发酵反应器设有进料破碎搅拌器，解决了黑水中大块垃圾对设备的堵塞及磨损，提高发酵效率；采用底部穿孔配水，自下而上进水方式，可提高固液接触时间，提高发酵效率；同时采用斜向下40-50°配水，还可避免厌氧发酵反应器底部淤积，提高容积利用率；倾斜设置双桨叶搅拌器使固体有机物混合搅拌更均匀，同时搅拌产生的推力有利于物料从出料管道流出，实现低能耗自动化出料，减少人工清掏强度；厌氧发酵反应器采用埋地设置即可减少地面构筑物，提高美观性，又可提高保温效果，降低额外的外部耗能保温，保证较高的发酵效率。
（发明人：侯锋;高靖伟;江乐勇;韩磊;房勇;宋伟）
