專利名稱：污水循環(huán)利用的生態(tài)系統(tǒng)之生物處理方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于污水處理方法及裝置，特別是一種水循環(huán)回用生態(tài)衛(wèi)生系統(tǒng)的生物處理方法及裝置，尤其是對糞便等污水進行處理并能達到水的零排放的循環(huán)水衛(wèi)生系統(tǒng)。
背景技術：
中國是世界缺水國家之一，人均水資源占有量僅為世界人均水資源占有量的1/4，水資源的短缺和污染問題已嚴重影響了我國國民經(jīng)濟建設和人們的正常生活。生活用水如果能達到循環(huán)使用——即達到生活雜用水(中水)的標準，形成生活循環(huán)水衛(wèi)生系統(tǒng)，則可以大大節(jié)約水的用量。如廁所沖洗用水既是生活用水中的重要組成部分，其污水又是生活污水的重要來源之一。目前均利用自來水進行沖廁，其污水如未經(jīng)妥善處理，極易導致腸道傳染病及寄生蟲病的傳播；或者直接排入城市污水公網(wǎng)處理系統(tǒng)，大大加重城市生活污水處理系統(tǒng)的負擔。
據(jù)全國愛國衛(wèi)生委員會的統(tǒng)計數(shù)字，在我國的農(nóng)村地區(qū)，截止2000年底，衛(wèi)生廁所普及率不到45％，糞便無害化處理率極低，僅為31.22％。據(jù)國家衛(wèi)生部門調(diào)查，我國因糞便處理不當引起的疾病有20多種，全國傳染病發(fā)病總數(shù)的70％左右為腸道傳染病，寄生蟲病感染人數(shù)高達5億，占世界總發(fā)病人數(shù)的三分之一。
目前國內(nèi)外糞便污水處理技術主要有化糞池處理、高溫堆肥處理、城市污水處理廠集中處理、焚燒處理、膜生物技術處理等，但上述處理方法都不能達到既節(jié)水，又能有效處理污水的目的。現(xiàn)有的水沖式廁所幾乎都是利用清潔水沖洗，每次用水6～10升，這實際上是用98％的水稀釋2％的糞便。其他如餐飲污水、洗浴洗滌污水的處理方法和裝置也仍有待于完善和改進。
專利申請CN200410041059.1循環(huán)水沖洗生態(tài)廁所及其污水處理方法，涉及公開一種循環(huán)水沖洗生態(tài)廁所，其結構是高位水箱通過水管依次與座便器、攪拌粉碎裝置、固液分離裝置、厭氧處理裝置、兼氧處理裝置、好氧處理裝置和臭氧消毒裝置連接，臭氧消毒裝置再通過水泵與高位水箱連接。提高了糞便的原位處理效率和無害化處理程度。但未涉及厭氧、兼氧、好氧生物處理過程等重要工藝的條件和參數(shù)，實際應用時對溫度的依賴性較高，抗沖擊負荷能力差等不足，而實用上這些方面是極為重要的。實用上還需要完善的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種污水可循環(huán)利用的生態(tài)衛(wèi)生系統(tǒng)之生物處理方法及裝置，該方法及裝置可對糞便污水、餐飲污水、洗浴洗滌污水等進行高效無害化生物處理，本方法及裝置具有較強的抗沖擊負荷能力，污水經(jīng)處理后可成為生活雜用水(中水)循環(huán)使用并能達到水的零排放；尤其是提出了一種生物處理工藝，啟動容易，生物處理載體高效且獲取方便、占地面積小和結構裝置緊湊、處理后的回用水在回用時接觸到人體皮膚等而不對人體造成任何損害，適用于特殊環(huán)境的污水處理方法及裝置。
本發(fā)明的技術方案是一種污水循環(huán)利用的生態(tài)系統(tǒng)之生物處理方法，處理方法包括以下步驟1、對所處理的污水進行預處理；進行固--液分離或液--液分離得到待處理的上清液；2、分離后的上清液通過導流板或?qū)Я鞴芤来芜M行厭氧、好氧等生物處理，所述厭氧處理是串聯(lián)組合式，各反應室由導流板或?qū)Я鞴芊指畈⒁龑幚硭?，串?lián)組合式厭氧處理通過大高徑比反應室和三相分離裝置強化厭氧處理；3、經(jīng)生物處理后的水進入消毒裝置進行消毒、殺菌或吸附處理；4、從消毒裝置出來的水到回用容器中待用；5、循環(huán)利用的水通過水平衡裝置處理。
本發(fā)明的改進是1)厭氧處理和好氧處理之間設有兼氧處理工藝。兼氧處理工藝是利用生物載體填料表面附著的微生物絮體內(nèi)產(chǎn)生了溶解氧濃度梯度而進行富集培養(yǎng)兼氧微生物群對水進行生物處理。
2)厭氧處理的方法中采用可控回流工藝，回流比在(10-100)％。厭氧處理過程水流的上升流速在(0.5-3.0)米/分，尤其是通過綜合控制方法控制水流的回流比和上升流速的適當范圍，從而保證厭氧高效處理效率，一般而言，本發(fā)明可以保證使厭氧處理的COD去除率在60％以上。
本發(fā)明的裝置結構是污水循環(huán)利用的生態(tài)系統(tǒng)之生物處理裝置，其中厭氧處理器是串聯(lián)組合式，各反應室由導流板或?qū)Я鞴芊指畈⒁龑幚硭鳎瑓捬跆幚砥鞔?lián)組合應包括大高徑比的反應室，該反應室含有三相分離裝置、下端設有疏淤底閥，其反應室液體出口是高位的敞口溢流管，敞口溢流管連通下道流程的入口，敞口溢流管上部的周圍設有向中心方向相傾斜的斜板，斜板與敞口溢流管或反應室及反應室與反應室之間留有固態(tài)物、水流和氣流導流間隙，敞口溢流管的上方還設有空心套筒，套筒的下邊邊緣與中心傾斜的斜板設有間隙，上述裝置構成了強化厭氧處理的裝置。反應室垂直深度應為反應室水平截面平均周長的1.4-4倍。
所述的固液分離裝置與過濾干燥裝置連接，以便對經(jīng)預處理后難以分解消化物質(zhì)的收集、消毒處理和利用。尤其是通過帶切割葉片的攪拌粉碎裝置和圓形帶蜂窩孔狀結構的格柵構成固液分離裝置中的攪拌粉碎部分。
所述液--液分離，指油水分離裝置，可以采用油水分離槽，或乳液與水的分離容器。分離后亦得到上清液再進行上述處理。
利用本發(fā)明強化的生物反應器，上述分離后通過進水導流板或?qū)Я鞴芘c厭氧等生物反應裝置連通，厭氧處理裝置通過出水導流板或?qū)Я鞴芘c好氧或兼氧處理裝置連接，如使用兼氧裝置，則通過強化厭氧處理生物反應器裝置與兼氧處理裝置連通，而兼氧處理裝置再與好氧處理裝置連通，好氧處理裝置通過導流管或?qū)Я靼迮c消毒裝置連接。最后消毒裝置與回用或排放水容器組合或連通達到本裝置循環(huán)利用或達標排放的目的。消毒裝置可以是吸附、紫外、膜生物技術、臭氧、銀離子、或環(huán)氧乙烷、高氯酸或次氯酸、二氧化氯、高溫等的單一或任意技術組合。循環(huán)使用的水通過水平衡裝置達到在保證水的平衡前提下使水零排放。
本發(fā)明如用于糞便或其他含有難降解固態(tài)物的污水處理時，固液分離裝置是分解后的固態(tài)物質(zhì)與過濾干燥裝置連接，從固液分離裝置的污泥口中出來的含有固態(tài)物的污泥進入過濾干燥裝置中，其干燥方式包括木屑與固態(tài)物質(zhì)接觸后采用、或固態(tài)物質(zhì)直接采用加熱、風干技術的單一或組合。濾液則進行后續(xù)處理，即從固液分離裝置出來的上清液通過導流板或?qū)Я鞴苓M入?yún)捬跆幚硌b置的污水層。所述的厭氧處理裝置由各獨立的反應室經(jīng)由導流板或?qū)Я鞴艽?lián)組合而組成，水流通過的上升流速為(0.5～3)m/min，污水在導流板的分割引導下，依次通過各個反應室，并通過三相分離裝置進行強化處理；接種的微生物為污水處理廠厭氧顆粒污泥，。
厭氧處理裝置處理后水中的氨氮，可以先進入兼氧處理，兼氧處理是通過同步硝化反硝化作用轉(zhuǎn)化為氮氣由排氣系統(tǒng)排出。在兼氧處理工藝中利用高效生物載體填料，可通過快速排泥掛膜法在載體上接種活性污泥，通過調(diào)節(jié)曝氣量來控制系統(tǒng)溶解氧濃度，或通過時間間隔通入氧氣(空氣)或停止通入氧氣。通過在高效生物載體填料表面附著的微生物絮體內(nèi)產(chǎn)生的溶解氧濃度梯度而進行富集兼氧微生物群。填料微生物絮體的外表面溶解氧較高，以好氧菌、硝化菌為主；絮體內(nèi)部，產(chǎn)生缺氧區(qū)，反硝化菌占優(yōu)勢，構成特殊微生物系統(tǒng)，間斷通入空氣至兼氧處理裝置內(nèi)，控制兼氧微生物群的生物反應的某種占優(yōu)反應，調(diào)節(jié)缺氧、厭氧微環(huán)境所占比例，從而促進或阻礙反硝化作用。
占地面積小和結構裝置緊湊的水處理裝置的結構是由獨立容器組成的、且由導流板或?qū)Я鞴芊指畲?lián)組成的厭氧處理室，尤其是三相分離裝置的采用使厭氧環(huán)境有保證，處理效果好，厭氧處理的體積在(100-400)L/(日處理60±20人次)，可以達到很高的處理負荷。
厭氧處理裝置反應室，在下部接種經(jīng)馴化后的污水處理廠厭氧顆粒污泥，培養(yǎng)出耐沖擊、負荷能力強的厭氧微生物。含有三相分離裝置的柱狀體反應室垂直深度應是反應室水平截面平均周長的1.4-4倍，一定的流速使污泥能夠與待處理污水充分混合接觸和傳質(zhì)。污水中大部分可溶性有機物在該反應器中被微生物降解，部分難溶有機物通過水解轉(zhuǎn)化為可溶性有機物，在后續(xù)單元中得到處理。厭氧處理裝置的反應溫度基本維持在18℃-37℃范圍內(nèi)，pH值控制在6.0-9.0，接種微生物為污水處理廠的厭氧顆粒污泥。
經(jīng)好氧處理，吹脫難溶有機物，通過水解轉(zhuǎn)化為可溶性有機物的氨氮，好氧處理的時間在(10-60)min，可以通過水處理裝置中的控制部分測量水質(zhì)指標后加以控制。
本發(fā)明特點是以強化厭氧生物水處理方法為核心，對糞便污水、餐飲污水、洗浴洗滌污水等各種生活污水或中、低濃度有機污染污水進行高效無害化生物處理達到循環(huán)回用的標準或達標排放的要求，也可以在保證系統(tǒng)循環(huán)水總量平衡的前提下使其滿足水的零排放的要求；其抗沖擊負荷能力強，使污水經(jīng)處理后成為中水(生活雜用水)循環(huán)使用或達標排放；其啟動容易，生物處理載體高效且獲取方便、占地面積小和結構裝置緊湊，如用于對糞便污水進行無害化處理，固態(tài)物可長時間間隔收集(如清理間隔期約90～180天)、無法處理的固態(tài)物干燥后可轉(zhuǎn)化成有機肥或?qū)Νh(huán)境無害的物體；對尿液等液態(tài)物進行轉(zhuǎn)化、分解、凈化、消毒，達到中水循環(huán)回用標準，且這種水在回用時接觸到人體皮膚無害，實現(xiàn)水的循環(huán)使用目的。
本發(fā)明的綜合處理方法完善，實現(xiàn)了連續(xù)的、完整的自循環(huán)系統(tǒng)處理，就糞便廢水的處理而言裝置所需的占地面積小，突破了廁所等對水的依賴性以及其它類型的環(huán)保生態(tài)廁所污染物需異地無害化處理的局限性，達到了真正綠色環(huán)保廁所的要求；也克服了目前應用較廣泛的生態(tài)無水收集型廁所的運輸、收集、包裝材料的二次污染的明顯缺陷；提高了糞便的原位處理效率和無害化處理程度；拓展了環(huán)保生態(tài)廁所的理念和應用領域(如特殊的行業(yè)和部門、長距離移動、嚴重缺水區(qū)域、局部特殊工作區(qū)域等)。本發(fā)明用于廁所時占地面積小，以單廁位為例(處理量為60人次/24h)，占地僅約1.7m2，生物處理單元有效空間僅需1.0m3。以本發(fā)明制造的生物廁所特別適用于名勝景點、地鐵和公交車站、購物中心、臨時集會場所、公園、醫(yī)院、放射性工作環(huán)境、民用住宅區(qū)及其他特殊場所等場合。
本發(fā)明的生活用水循環(huán)回用衛(wèi)生系統(tǒng)還可以覆蓋餐飲污水、洗浴洗滌污水的處理系統(tǒng)，這樣的污水經(jīng)本衛(wèi)生系統(tǒng)處理后即使排放也能達標排放，這樣既能降低集中污水處理的負擔，還能夠供局部區(qū)域的使用。


圖1是本發(fā)明的一種典型工藝流程示意圖。
圖2是本發(fā)明含三相分離裝置的厭氧處理單元結構示意圖。
圖3是圖2的側(cè)視4是本發(fā)明實施例的溫度處理效率曲線。
圖5是本發(fā)明實施例的各處理單元COD容積負荷比較曲線。
圖6是本發(fā)明實施例的各處理單元COD去除率比較曲線。
圖2-3中厭氧處理或反應器1、反應室2、導流管3、導流板3-1、厭氧處理器出口4、回流管5、三相分離裝置6、高位的敞口管7、斜板8、導流間隙9、套筒10、通氣管11、厭氧污泥12、疏淤底閥13。
具體實施例方式
如圖所示，本發(fā)明圖1工藝流程中(沖洗廁所)包括1、預處理(進行固液分離或液液分離得到待處理的上清液和待收集的固態(tài)物)；2、厭氧反應器強化厭氧處理；3、好氧反應器好氧生物處理；4、兼氧反應器兼氧生物處理；5、經(jīng)生物處理后的水消毒、殺菌處理；或再經(jīng)過膜處理；6、水平衡處理(水循環(huán)使用時具備在保證系統(tǒng)循環(huán)水總量平衡的前提下使其滿足水的零排放的要求)；7、處理完畢的生活雜用水(中水)到容器待用。
以糞便污水循環(huán)處理方法為例首先水箱中儲備的循環(huán)用水通過便器進入廁所生物處理單元中的機械攪拌粉碎裝置，機械攪拌粉碎裝置和生物預處理使污水中只有極少部分不可生物降解的物質(zhì)以淤積的固態(tài)形式存在，接著糞便污水通過圓形帶蜂窩孔狀結構的格柵進入固液分離裝置。在固液分離裝置中，糞便污泥在充分發(fā)酵的同時其中難降解的物質(zhì)得到有效沉淀分離，濃縮至固液分離裝置底部的污泥斗；上清液進入?yún)捬跆幚硌b置，其導流板或?qū)Я鞴軐⑽鬯畯膮捬跆幚硌b置底部均勻進入?yún)捬跷勰鄬?，上流速度可以控制，促進泥水充分混合和傳質(zhì)，厭氧處理裝置由3-8個反應室串聯(lián)，即由獨立的反應室串聯(lián)且導流板或?qū)Я鞴芊指畲?lián)組成的厭氧處理室，水流通過的上升流速為(0.5～3)m/min，污水在導流板或?qū)Я鞴艿姆指钜龑?，依次通過各個反應室。污水中大部分的可溶性有機物在該反應器中被微生物降解，部分難溶有機物通過水解轉(zhuǎn)化為可溶性有機物，在后續(xù)單元中得到處理。厭氧裝置的反應溫度基本維持在(18-37)℃范圍內(nèi)，尤其是(22-28)℃更好，pH值控制在6.0-9.0，厭氧處理用微生物為污水處理廠厭氧顆粒污泥。本發(fā)明厭氧處理器一般在(80-600)L的體積下，可以處理進水COD在500-5000mg/LNH4+-N50-200mg/L，出水的COD在50mg/L左右，NH4+-N在10mg/L以下，容積負荷率達到3.0kgCOD/m3d，0.26kgNH4+-N/m3d。
厭氧處理處理后的水一般仍含有一定濃度的氨氮，進過兼氧處理裝置處理，通過同步硝化和反硝化作用轉(zhuǎn)化為氮氣排出系統(tǒng)。在兼氧處理裝置內(nèi)裝有高效生物載體填料，通過調(diào)節(jié)曝氣量或通過調(diào)節(jié)時間間隔，控制通入氧氣(空氣)或停止通入氧氣，在高效生物載體填料表面附著的微生物絮體內(nèi)產(chǎn)生了溶解氧濃度梯度而進行馴化兼氧微生物群。填料微生物絮體的外表面溶解氧較高，以好氧菌、硝化菌為主；絮體內(nèi)部，產(chǎn)生缺氧區(qū)，反硝化菌占優(yōu)勢。構成特殊微生物系統(tǒng)，間斷通入空氣(氧氣)至兼氧處理裝置內(nèi)，通過調(diào)節(jié)曝氣量來控制系統(tǒng)溶解氧濃度，控制兼氧微生物群的優(yōu)勢反應。調(diào)節(jié)缺氧、有氧微環(huán)境所占比例，從而促進或阻礙反硝化作用。間斷通入空氣的時間比例切斷空氣與通入空氣的時間比例為1∶0.4～5。
經(jīng)厭氧、兼氧處理后的污水，再經(jīng)好氧處理和消毒、殺菌處理工藝。好氧處理工藝是常規(guī)處理工藝，可采用常規(guī)的微孔曝氣法等工藝；消毒、殺菌工藝可以是吸附、紫外、膜技術、臭氧、銀離子、或環(huán)氧乙烷、高氯酸或次氯酸、二氧化氯、高溫等的單一或任意技術組合的處理工藝。
本發(fā)明方法還可與其它預處理和后續(xù)深度處理工藝組合集成，以滿足不同進水水質(zhì)及回用水質(zhì)的目的。后續(xù)深度可以包括串接膜處理工藝，串接膜處理工藝也可以串接在上述工藝中間。預處理采用現(xiàn)有技術液--液分離，指油水分離裝置，或乳液與水等分離預處理、還包括靜置發(fā)酵等工藝，本發(fā)明因此可以處理其它廢水。
要做到真正的無排放，當處理負荷為60人次/24h時，生物處理單元中的水位會增加，除了正常蒸發(fā)掉的水以外，本發(fā)明還采用水平衡控制的方法在水位超過設定水位時，采用強制通風蒸發(fā)、加熱蒸發(fā)(以實現(xiàn)水的零排放)或其它工藝去除多余的水分，保證系統(tǒng)循環(huán)水總量平衡。
權利要求
1.一種污水循環(huán)利用的生態(tài)系統(tǒng)之生物處理方法，其特征是包括以下步驟1)、對所處理的廢水進行預處理；進行固--液分離或液--液分離得到待處理的上清液；2)、分離后的上清液依次進行厭氧處理、好氧處理生物處理，所述厭氧處理為串聯(lián)式，各反應室由導流板或?qū)Я鞴芊指畈⒁龑幚硭?，且安裝有三相分離裝置強化厭氧處理；3)、經(jīng)生物處理后的水進入消毒裝置進行消毒、殺菌處理；4)、從消毒裝置出來的水泵入或流入回用的容器中。
2.由權利要求1所述污水循環(huán)利用的生態(tài)系統(tǒng)之生物處理方法，其特征是厭氧處理和好氧處理之間設有兼氧處理，兼氧處理通過調(diào)節(jié)曝氣量來控制系統(tǒng)溶解氧濃度或通過間斷通入空氣，間斷通入空氣的時間比例是切斷空氣與通入空氣的時間比例為1∶0.4～5。
3.由權利要求1所述污水循環(huán)利用的生態(tài)系統(tǒng)之生物處理方法生活循環(huán)水衛(wèi)生系統(tǒng)的生物處理方法，其特征是厭氧處理的方法中還采用可控回流和水流的上升流速控制工藝，回流比在(10-100)％、水流的上升流速在0.5～3米/分，通過綜合控制回流比和上升流速的適當范圍，進行厭氧處理。
4.由權利要求1所述污水循環(huán)利用的生態(tài)系統(tǒng)之生物處理方法，其特征是另設有膜處理工藝。
5.由權利要求1所述污水循環(huán)利用的生態(tài)系統(tǒng)之生物處理方法，其特征是消毒、殺菌工藝是吸附、紫外、膜生物技術、臭氧、銀離子、環(huán)氧乙烷、高氯酸或次氯酸、二氧化氯或高溫的單一或二種以上組合方法處理。
6.由權利要求1所述污水循環(huán)利用的生態(tài)系統(tǒng)之生物處理方法，其特征是采用水平衡控制方法在水位超過設定水位時，采用強制通風蒸發(fā)或加熱蒸發(fā)去除多余的水分。
7.由權利要求1所述污水循環(huán)利用的生態(tài)系統(tǒng)之生物處理方法，其特征是所述的固液分離裝置糞便等污水處理時分解后的固態(tài)物質(zhì)與過濾干燥裝置連接，其干燥方式包括木屑與固態(tài)物質(zhì)接觸后采用或固態(tài)物質(zhì)直接采用加熱與風干方法的單一或組合。
8.生活循環(huán)水衛(wèi)生系統(tǒng)的生物處理裝置，其特征是厭氧處理器為串聯(lián)式，各反應室由導流板、導流管分割并引導處理水流，厭氧處理器設有三相分離裝置，其反應室液體出口是高位的敞口管，敞口管連通下道工藝，敞口管的周圍設有向中心傾斜的斜板，斜板與敞口管或反應室之間留有水流或氣流導流間隙，敞口管的上方還設有套筒，套筒的下邊邊緣與中心傾斜的斜板設有間隙，反應室垂直深度是水平截面平均周長的1.4-4倍。
9.由權利要求8所述污水循環(huán)利用的生態(tài)系統(tǒng)之生物處理裝置，其特征是厭氧處理器是獨立的方型反應室或柱狀反應室串聯(lián)且由導流板、導流管分割串聯(lián)。
10.由權利要求8所述污水循環(huán)利用的生態(tài)系統(tǒng)之生物處理裝置，其特征是當用于糞便污水處理時，所述的糞便攪拌粉碎由帶切割葉片的攪拌粉碎裝置和圓形帶蜂窩孔狀結構的格柵構組成。
全文摘要
污水循環(huán)利用的生態(tài)系統(tǒng)之生物處理方法，包括以下步驟1)對所處理的廢水進行預處理；進行固－液分離或液－液分離得到待處理的上清液；2)分離后的上清液依次進行厭氧處理、好氧處理生物處理，所述厭氧處理為串聯(lián)式，各反應室由導流板或?qū)Я鞴芊指畈⒁龑幚硭?，且安裝有三相分離裝置強化厭氧處理；3)經(jīng)生物處理后的水進入消毒裝置進行消毒、殺菌處理；4)從消毒裝置出來的水泵入或流入回用的容器中。厭氧處理和好氧處理之間設有兼氧處理，兼氧處理通過調(diào)節(jié)曝氣量來控制系統(tǒng)溶解氧濃度或通過間斷通入空氣，間斷通入空氣的時間比例是切斷空氣與通入空氣的時間比例為1∶0.4～5。
文檔編號C02F1/32GK101016186SQ20061003830
公開日2007年8月15日 申請日期2006年2月15日 優(yōu)先權日2006年2月15日
發(fā)明者戴立明, 任洪強, 杜力 申請人:戴立明