申请日2012.08.10
公开(公告)日2012.11.28
IPC分类号C02F9/14; C02F1/28; C02F3/30; C02F1/461
摘要
本发明公开了一种一体化生活污水脱氮除磷装置，可广泛使用于生活污水的脱氮除磷处理，它包括圆柱形池体及泥水分离装置。所述的池体侧壁上设有进水口和出水口。所述的池体底面设置穿孔曝气管。所述的泥水分离器用金属支架固定在池体内，该泥水分离器共两级，在二级泥水分离器内设置物理除磷及电化学脱氮区域。所述的池体设有盖板，所述的盖板上设置排气口，并放置电控柜，内设气泵、定时开关及稳流变压器，所述的电控柜与太阳能动力装置相连。该装置针对生活污水的特点设计，结构紧凑，管理简单，一体化的设计大大减少了占地面积，且无污泥回流系统，投资、运行费用低，是一种无电耗的经济实用的生物电化学污水处理装置。
权利要求书
1.一种一体化生活污水脱氮除磷装置，包括圆柱形池体及泥水分离 器，其特征在于：所述的池体侧壁上设有进水口和出水口，所述的池体底 面设置穿孔曝气管;
所述的泥水分离器用金属支架固定在池体内，该泥水分离器共两级， 在二级泥水分离器内设置物理除磷及电化学脱氮区域;
所述的池体设有盖板，所述的盖板上设有排气口，并放置电控柜，内 设气泵、定时开关及稳流变压器，所述的电控柜与太阳能动力装置相连。
2.如权利要求书1所述的一种一体化生活污水脱氮除磷装置，其特征 在于：所述的穿孔曝气管放置在池体底面，其边长介于泥水分离器直径与 池体直径之间，该穿孔曝气管横截面的上半圆以90°的夹角设置两排孔径 为3～5mm的曝气孔。
3.如权利要求书1所述的一种一体化生活污水脱氮除磷装置，其特征 在于：所述的泥水分离器与池体底面的垂直距离大于池体高度的1/4，最 小不低于500mm，与池顶的垂直距离大于池体高度的1/5，最大不超过 300mm。
4.如权利要求书1所述的一种一体化生活污水脱氮除磷装置，其特征 在于：所述的泥水分离器包括固液分离器和筒体;所述的固液分离器为顶 角为80～100°的圆锥体，其底面直径为所述的筒体直径的0.9～1.1倍;所 述的筒体下端设有与之夹角为110～130°的档板，所述的挡板与所述的筒 体的高度之比为1∶6～1∶8;所述的固液分离器与筒体之间设有进水口，两 个筒体之间连有出水口。
5.如权利要求书1所述的一种一体化生活污水脱氮除磷装置，其特征 在于：所述的泥水分离器由外而内分为两级，分别为一级泥水分离器和二 级泥水分离器，每一级包括一个固液分离器和一个筒体，分别为一级固液 分离器、一级筒体和二级固液分离器、二级筒体;所述的一级筒体与所述 的二级筒体的直径比为1.5∶1～2.5∶1;一级固液分离器与二级固液分离器之 间的空间为沉淀区，所述的沉淀区的表面负荷为1.5～3m3/m2·h，污水停 留时间为0.2～0.4h;一级固液分离器设有延边，二级筒体内设置物理除磷 及电化学脱氮区域。
6.如权利要求书1或2或3或4或5所述的一种一体化生活污水脱氮 除磷装置，其特征在于：所述的物理除磷及电化学脱氮区域设置阳极柱和 阴极板，所述的阳极柱设置在二级泥水分离器的筒体中心，所述的阴极板 环绕阳极沿壁设置在二级泥水分离器的筒体内，分别连于所述的稳流变压 器的正极和负极;在所述的阳极柱和阴极板之间加入粒径为10～15mm的 活性炭形成三维电极;在所述的活性炭中按5∶2的数量比例混杂粒径为 5～9mm的绝缘的磷吸附粒子;所述的物理除磷及电化学脱氮区域底部设 置孔隙小于5mm的铁网支撑。
7.如权利要求书6所述的一种一体化生活污水脱氮除磷装置，其特征 在于：所述的阳极柱其直径与所述的二级泥水分离器的筒体直径之比为 1∶5～1∶10，材料为钛基体二氧化铅或钛基体二氧化钌，所述的阴极板其材 料为不锈钢或石墨;所述的活性炭形成的三维电极的区域，其高度占二级 泥水分离器的筒体高度的1/2～3/4，且与池体溢流堰的距离大于300mm。
8.如权利要求书1所述的一种一体化生活污水脱氮除磷装置，其特征 在于：所述的气泵由所述的定时开关控制通过干管向穿孔曝气管供气，白 天进水量较大时，控制池体内曝气量8～10m3/h·m3，夜晚进水量较小时， 控制池体内曝气量5～6.5m3/h·m3。
9.如权利要求书1所述的一种一体化生活污水好氧脱氮装置，其特征 在于：所述的稳流变压器的直流电压为4～12V，电流区间为20～80mA。
说明书
一体化生活污水脱氮除磷装置
技术领域
本发明涉及一种生物、电化学、物理相联合的生活污水脱氮除磷方法， 尤其是一种一体化的无电耗分散式生活污水脱氮处理装置。
背景技术
我国长期的城乡二元结构导致在污水处理方面城乡之间差别显著：在 城市，不仅有完善的污水收集管网，对污水进行集中的有效处理，而且国 家颁布构建一个法律法规标准的体系加以控制规范;而在占全国总面积近 90%的广大农村地区，96%的村庄没有排水渠道和污水处理系统。大量未 经处理的生活污水通过点源和非点源排放，将各类污染物带入河流，严重 污染各类水源，导致出现了包括蓝藻水华等诸多生态环境问题。
目前我国80%以上的城市生活污水处理技术采用好氧活性污泥法，但 其需要污泥回流系统、加药系统、管道等，基建费用高，能耗大，不适合 经济相对落后的农村地区。而较为常用的稳定塘、人工湿地技术，运行费 用低，但是普遍存在占地面积大的问题，不适合我国耕地越来越紧缺的国 情。
申请号为20051001879.1的发明专利针对这种现状，公开了一种生活 污水脱氮除磷的方法及装置。污水经厌氧折流板反应器的厌氧污泥层、铁 屑填料层除磷，利用厌氧微生物除去有机物，而为转化的有机物在好氧浸 没式生物滤池的生物膜作用下降解，氨氮转化为硝态氮，再在生物膜的厌 氧区域内被反硝化菌作用去除，再经沉淀排放。但是在装置的实际运行中， 铁屑与水中的磷反应产生磷酸亚铁沉淀，该沉淀留在该区域中，会降低处 理的效率，特别是在高负荷的情况下，该区域需要频繁地反冲洗和更换铁 屑，效果不稳定且管理麻烦，并且铁屑在实际运行中很有可能会结块，达 不到预期的效果。
申请号为201110197876.6的发明专利公开了一种好氧活性污泥的泥 水分离装置，包括若干个套装的分离器，每个分离器包括固液分离器和挡 板，该发明结构紧凑，占地面积小，不需污泥回流系统，就可实现泥水的 有效分离。但该装置也存在一定的局限，其为好氧活性污泥法设计，侧重 实现曝气池的一体化，但在单纯的好氧活性污泥装置中，不能达到除磷的 目的，应用范围不够广泛。
发明内容
本发明在上述泥水分离装置的基础上，并针对现有技术中的不足之 处，提出来一种一体化无电耗的生活污水脱氮除磷装置。本发明采用生物、 电化学、物理相联合的方法来处理生活污水，无需污泥回流装置，具有结 构紧凑，管理简单，投资、运行费用低，经济可靠的优点，可广泛适应于 分散式生活污水的处理。
一种一体化生活污水脱氮除磷装置，包括圆柱形池体及泥水分离器。
所述的池体侧壁上设有进水口和出水口，所述的池体底面设置穿孔曝 气管，所述的穿孔曝气管的边长介于泥水分离器直径与池体直径之间，该 穿孔曝气管横截面的上半圆以90°的夹角设置两排孔径为3～5mm的曝 气孔。如此设置可以使角落的污泥也在气流作用下形成一个扰动的状态， 提高装置的利用效率，强化硝化作用。而穿孔曝气管的孔径过小，则易堵 塞，孔径过大，则池体内曝气不均匀。
所述的穿孔曝气管上方用金属支架固定泥水分离器。所述的泥水分离 器与池体底面的垂直距离大于池体高度的1/4，最小不低于500mm，使硝 化反应有充分的时间，保证泥水混合以及氧气的有效供应。与池顶的垂直 距离大于池体高度的1/5，最大不超过300mm，以保证电化学脱氮区反硝 化产生的氮气能顺利排出。所述的泥水分离器包括固液分离器和筒体，所 述的固液分离器为顶角为80～100°的圆锥体，其底面直径为所述的筒体 直径的0.9～1.1倍。所述的筒体下端设有与之夹角为110～130°的档板， 所述的挡板与所述的筒体的高度之比为1∶6～1∶8。所述的固液分离器与筒 体之间设有进水口，两个筒体之间连有出水口。所述的泥水分离器由外而 内有两级，分别为一级泥水分离器和二级泥水分离器，每一级包括一个固 液分离器和一个筒体，分别为一级固液分离器、一级筒体和二级固液分离 器、二级筒体。所述的一级筒体与所述的二级筒体的直径比为1.5∶1～2.5∶1。 一级固液分离器与二级固液分离器之间的空间为沉淀区，所述的沉淀区的 表面负荷为1.5～3m3/m2·h，污水停留时间为0.2～0.4h。一级固液分离器 设有延边，二级泥水分离器筒体内设置物理除磷及电化学脱氮区域。
所述的物理除磷及电化学脱氮区域设置阳极柱和阴极板，所述的阳极 柱设置在二级泥水分离器的筒体中心，其直径与所述的二级泥水分离器的 筒体直径之比为1∶5～1∶10，其材料为钛基体二氧化铅或钛基体二氧化钌， 所述的阴极环绕阳极沿壁设置在二级泥水分离器的筒体内，其材料为不锈 钢或石墨。在该直径比例之下，在整个二级泥水分离器的筒体范围内，有 微电流的作用，水在通电作用下电解，在阴极产生氢原子，代替有机物成 为反硝化的碳源，以氢自养反硝化来取代传统的异养反硝化，节省了碳源 的投加，将硝化反应的硝酸盐转化为氮气排出。所述的阳极柱和阴极板分 别连于所述的稳流变压器的正极和负极。在所述的阳极柱和阴极板之间加 入粒径为10～15mm的活性炭形成三维电极，其高度占二级筒体高度的 1/2～3/4，且与溢流堰的距离大于300mm。活性炭自身具有吸附的作用， 可吸附水中的有机物和杂质，而活性炭作为粒子电极，在微电场的电流作 用下，表面带有电荷，加速了微生物在其表面的附着，既可有效防止污泥 膨胀，又促进了有机物的降解。此外，三维电极表面也产生氢原子，保证 了反硝化作用的环境。与溢流堰的距离大于300mm，防止出水将活性炭 颗粒及微生物带出，影响出水水质。在所述的活性炭中按5∶2的数量比例 混杂粒径为5～9mm的人造粉煤灰、蛭石、沸石等绝缘的磷吸附粒子，这 些绝缘粒子可有效减少短路电流，提高电场效率，并且当污水从二级泥水 分离器的进水口缓慢上升，在此出水必经的区域，这些磷吸附材料可有效 完成生活污水中磷的物理吸收。根据废水水质定期更换高效磷吸附粒子， 利用直径为10mm的滤网，使活性炭与磷吸附粒子分离，更换出来的人造 粉煤灰、沸石等由于含有充足的磷元素，可用于无土栽培的营养元素补充 等使用。此外，此物理除磷及电化学脱氮区域也具有去除SS的过滤作用， 拦截上浮的污泥，保证出水的水质。所述的物理除磷及电化学脱氮区域底 部设置孔隙小于5mm的铁网支撑。
所述的池体设有盖板，所述的盖板上设有排气口，并放置电控柜，内 设气泵、定时开关及稳流变压器。所述的气泵由所述的定时开关控制通过 干管向穿孔曝气管供气，白天进水量较大时，控制池体内曝气量8～10 m3/h·m3，夜晚进水量较小时，控制池体内曝气量5～6.5m3/h·m3。由于 生活污水的排放有一个时间性，早晚污水量大，夜间污水量小，适时调控 池体内的曝气量，既能节约能源消耗，又可以防止在污泥负荷较低的情况 下池体中氧气过量致使微生物氧中毒，影响正常运行。所述的稳流变压器 的直流电压为4～12V，电流为20～80mA。
所述的电控柜与太阳能动力装置相连，白天依靠太阳能发电，夜晚则 依靠白天多余的存储太阳能供电，因为该装置充分考虑到电耗的节约，所 以所需电耗很少，无需外加电源即可满足供电要求，实现无电耗的污水处 理，满足经济性的要求。
本发明的有益效果在于：一体化和污泥无回流的设计减少了繁冗的工 艺设备，大大节约了土地资源;利用好氧生物法和电化学联合方式实现脱 氮，不仅延续了好氧活性污泥法处理效率高的优点，且利用电解产生的H 原子代替碳源作为反硝化的电子供体，无需外加碳源投入，运行费用低; 利用高效磷吸附粒子来吸收水中的磷，无需生物除磷的污泥回流装置，也 没有化学除磷法更换药剂和二次污染的问题，且可以回收磷吸附粒子用于 无土栽培或肥料，简便易行;整个装置能耗依靠太阳能动力装置供电，做 到充分地节约能源，适用地区广。
