[技術(shù)領(lǐng)域]
本發(fā)明涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體來說是一種小城鎮(zhèn)污水處理一體化高效低能耗新型處理設(shè)備及處理方法。
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背景技術(shù)：
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隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國污水排放量逐年增長，“十三五”城市污水集中處理率目標(biāo)設(shè)置為95％，但是對(duì)于城市污水管網(wǎng)難于延伸的區(qū)域(如農(nóng)村、小城鎮(zhèn)、城郊生活區(qū)等)，污水處理率仍然很低。中國有40000多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)又有多個(gè)自然村落，都面臨污水自然排放和污染的問題。目前隨著中國的發(fā)展，這些問題迫切需要解決。
目前農(nóng)村已有的污水處理設(shè)施大多數(shù)為如下工藝:
(1)生態(tài)處理模式，如生態(tài)塘處理系統(tǒng)、人工濕地處理系統(tǒng)、地下滲濾處理技術(shù)、蚯蚓生態(tài)濾池等，這類工藝有占地面積比較大，污水處理量有限，同時(shí)還受冬天低溫影響等缺點(diǎn)；
(2)傳統(tǒng)污水處理工藝，如a/o、a2o、sbr、cass、生物接觸氧化、ubox等，這類工藝都是地埋式和淹沒式，雖然比較成熟，但占地面積仍比較大，同時(shí)配套設(shè)備比較多，故障率高，工藝控制復(fù)雜，運(yùn)行維護(hù)要求高，投資和運(yùn)行費(fèi)用也比較高，適合南方經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)；
(3)結(jié)合地形、地質(zhì)、植被條件，將上述(1)和(2)進(jìn)行組合工藝，這類工藝仍存在以上兩種缺點(diǎn)。
我國專利201510755790.9公開了一種污水處理系統(tǒng)，通過依次連通的厭氧池、好氧池以及沉淀池實(shí)現(xiàn)了循環(huán)、連續(xù)的污水處理，但是該污水處理系統(tǒng)為了將空氣通入好氧池內(nèi)，需要額外的設(shè)置氣泵與相應(yīng)的曝氣管，提高了運(yùn)行的成本與設(shè)備的復(fù)雜程度，不利于節(jié)能環(huán)保的社會(huì)需求。我國專利201510116668.7公開了一種污水處理系統(tǒng)，包括預(yù)缺氧池、厭氧池、缺氧池、好氧池，可以靈活多變的普遍適應(yīng)各種水質(zhì)和處理要求，但是污水都是簡單地直接通過進(jìn)水管進(jìn)入各處理池內(nèi)，不能使污水與池內(nèi)物質(zhì)充分均勻的接觸，并且需要使污水依次通入各個(gè)處理池內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，導(dǎo)致了處理效率的降低，并且要占用較大的面積。
而且以處理規(guī)模按照200m3/d計(jì)，傳統(tǒng)的污水處理工藝的投資成本在4000-6000元/噸，運(yùn)行成本在0.80-1.40元，投資和運(yùn)行費(fèi)用較高。
因此，研發(fā)一種處理工藝簡單、投資和運(yùn)行費(fèi)用低、處理效率高、節(jié)能和運(yùn)行維護(hù)簡單的一體化污水處理設(shè)備具有非常重要的意義。
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技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種小城鎮(zhèn)污水處理一體化高效低能耗新型處理設(shè)備及處理方法，集生物濾池與沉淀功能為一體，污水通過頂部的旋轉(zhuǎn)式布水器進(jìn)入曝氣生物濾池單元，污水在重力作用下，沿著填料區(qū)內(nèi)的填料間隙向下流動(dòng)，使污水與生物濾池填料上覆著的生物膜接觸，該生物膜由外向內(nèi)存在好氧區(qū)、缺氧區(qū)和厭氧區(qū)，在此生物膜上存在大量不同種類的微生物，當(dāng)填料表面的生物膜與污水接觸的同時(shí)，污水中的營養(yǎng)底物(即污染物)在生物膜上由外向內(nèi)滲透和傳遞，生物膜上的微生物吸附水體中的污染物作為微生物繁殖的營養(yǎng)底物，并同步發(fā)生有機(jī)氧化、硝化、反硝化等生物反應(yīng)，從而降解去除污水中的cod、bod、氨氮、tn和總p等污染物質(zhì)，微生物在處理污染物時(shí)由于生命活動(dòng)產(chǎn)生熱量，在填料內(nèi)的空氣溫度高于環(huán)境溫度，形成“煙囪效應(yīng)”，空氣從底部往上流動(dòng)，形成充氧曝氣，無需傳統(tǒng)機(jī)械鼓風(fēng)設(shè)備、曝氣器和管道等。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，設(shè)計(jì)一種小城鎮(zhèn)污水處理一體化高效低能耗新型處理設(shè)備，包括集氣罩(20)、旋轉(zhuǎn)布水區(qū)(15)、生物濾池反應(yīng)區(qū)(16)和沉淀區(qū)(17)，其特征在于旋轉(zhuǎn)布水區(qū)(15)設(shè)置于一體化設(shè)備的頂部，生物濾池反應(yīng)區(qū)(16)設(shè)置于一體化設(shè)備的中部，沉淀區(qū)(17)設(shè)置于一體化設(shè)備的底部，旋轉(zhuǎn)布水區(qū)(15)設(shè)有旋轉(zhuǎn)布水裝置(2)，旋轉(zhuǎn)布水裝置(2)由布水立管(12)和布水支管(13)組成，污水從一體化設(shè)備的頂部進(jìn)水口(1)進(jìn)入布水立管(12)，然后進(jìn)入布水支管(13)，布水支管(13)上開有若干小孔，且距離布水立管(12)中心越遠(yuǎn)，小孔的密度越大，利用從布水管孔口噴出的水流所產(chǎn)生的反作用力，推動(dòng)布水管繞布水立管旋轉(zhuǎn)，一體化設(shè)備頂部設(shè)有出風(fēng)口(10)，出風(fēng)口外部連接通風(fēng)機(jī)，在通風(fēng)機(jī)(18)引風(fēng)作用下和旋轉(zhuǎn)布水裝置(2)布水作用下，布水區(qū)域(15)就形成負(fù)壓，新鮮空氣通過百葉窗(5)補(bǔ)充進(jìn)入一體化設(shè)備內(nèi)，新鮮空氣穿過生物濾池反應(yīng)區(qū)的填料空隙向上進(jìn)入布水區(qū)域(15)，在此過程達(dá)到為填料區(qū)(3)的微生物凈化反應(yīng)提供氧氣。
所述的生物濾池反應(yīng)區(qū)(16)主要由填料支撐層(4)和填料區(qū)(3)組成，沉淀區(qū)(17)主要由斜板沉淀區(qū)(8)、集水管(6)、集泥斗(11)、排泥管(9)組成。
所述的生物填料區(qū)(3)底部設(shè)有填料支撐層(4)用于支撐填料區(qū)(3)的填料，填料區(qū)(3)的填料為mbbr填料、陶粒、煤渣或焦炭，填料支撐層(4)和過渡板(7)之間設(shè)有若干百葉窗(5)，作為填料區(qū)(3)的填料曝氣時(shí)的空氣入口；在填料區(qū)(3)靠近填料支撐層(4)處和集氣罩(20)上，分別設(shè)有檢修孔(19和21)，用于填料的更換和補(bǔ)充；在一體化罐頂部布水區(qū)域(15)設(shè)有出風(fēng)口(10)，出風(fēng)口(10)管道與一體化罐外的通風(fēng)機(jī)(18)連接。
所述的沉淀區(qū)設(shè)有過渡板(7)，過渡板(7)設(shè)有坡度，通過填料區(qū)(3)凈化后的污水滴落到過渡板(7)，填料始終未浸沒在水體中，百葉窗位置始終高于過渡板(7)里聚集的污水，污水不會(huì)從百葉窗位置溢出，在過渡板(7)高度低的一側(cè)設(shè)有一個(gè)洞口(14)，污水從洞口(14)流入斜板沉淀區(qū)(8)底部，污水自下而上流經(jīng)斜板沉淀區(qū)(8)，在斜板沉淀區(qū)(8)上部設(shè)有集水管(6)，下部設(shè)有集泥斗(11)，集泥斗(11)內(nèi)設(shè)有排泥管(9)，清水經(jīng)集水管(6)收集后排出一體化設(shè)備，底部的污泥經(jīng)排泥管(9)收集后排出一體化設(shè)備，集水管(6)和排泥管(9)均設(shè)有若干小孔。
所述的集水管(6)和排泥管(9)上設(shè)有均勻分布的小孔，排泥管(9)另外一端接有手動(dòng)閥門和盲板，可以反沖洗，防止吸泥管堵塞。
所述的填料區(qū)(3)的填料可以通過檢修孔(19和21)開啟后清理和更換。
本發(fā)明還設(shè)計(jì)一種采用所述的小城鎮(zhèn)污水處理一體化高效低能耗新型處理設(shè)備的污水處理方法，其特征在于方法具體如下：
在頂部出風(fēng)口(10)外的通風(fēng)機(jī)(18)引風(fēng)作用下和旋轉(zhuǎn)布水裝置(2)布水作用下，布水區(qū)域(15)就形成負(fù)壓，新鮮空氣通過百葉窗(5)補(bǔ)充進(jìn)入一體化罐內(nèi)，新鮮空氣穿過填料區(qū)的填料空隙向上進(jìn)入布水區(qū)域(15)，在此過程達(dá)到為填料區(qū)(3)的微生物凈化反應(yīng)提供氧氣；
布水支管(13)噴出的污水進(jìn)入填料區(qū)(3)，污水在重力作用下，沿著填料區(qū)(3)內(nèi)的填料間隙向下流動(dòng)，使污水與曝氣生物濾池填料上覆著的生物膜接觸，該生物膜由外向內(nèi)存在好氧區(qū)、缺氧區(qū)和厭氧區(qū)，在此生物膜上存在大量不同種類的微生物，當(dāng)填料表面的生物膜與污水接觸的同時(shí)，污水中的營養(yǎng)底物在生物膜上由外向內(nèi)滲透和傳遞，生物膜上的微生物吸附水體中的污染物作為微生物繁殖的營養(yǎng)底物，并發(fā)生有機(jī)氧化、硝化、反硝化等生物反應(yīng)，而降解去除污水中的cod、bod、氨氮、tn和總p污染物質(zhì)；
在一體化罐內(nèi)填料區(qū)(3)的微生物凈化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的廢氣，通過頂部布水區(qū)域(15)設(shè)有出風(fēng)口(10)，在通風(fēng)機(jī)(18)作用下，將廢氣抽出一體化罐外，廢氣通過管道集中進(jìn)入進(jìn)水調(diào)解池液面下，在進(jìn)水調(diào)解池里得到凈化處理，同時(shí)對(duì)進(jìn)水調(diào)節(jié)池起到曝氣攪拌作用，防止調(diào)節(jié)池污泥沉淀；
通過填料區(qū)(3)凈化后的污水滴落到過渡板(7)，填料始終未浸沒在水體中，過渡板(7)設(shè)有坡度，百葉窗位置始終高于過渡板(7)里聚集的污水，污水不會(huì)從百葉窗位置溢出，在過渡板(7)高度低的一側(cè)設(shè)有一個(gè)洞口(14)，污水從洞口(14)流入斜板沉淀區(qū)(8)底部，污水自下而上流經(jīng)斜板沉淀區(qū)(8)，在斜板沉淀區(qū)(8)上部設(shè)有集水管(6)，下部設(shè)有集泥斗(11)，集泥斗(11)內(nèi)設(shè)有排泥管(9)，清水經(jīng)集水管(6)收集后排出一體化罐，底部的污泥經(jīng)排泥管(9)收集后排出一體化罐，集水管(6)和排泥管(9)均設(shè)有若干小孔。
所述的填料區(qū)的填料上的生物膜的脫落方式為：(1)、生物膜自行老化后脫落；(2)、在污水向下的流重力流作用下脫落；(3)、空氣從填料間隙向上逆向流作用下脫落；脫落的細(xì)小生物膜膜片隨凈化后的水流從填料間隙流入到過度板(7)，并最終進(jìn)入沉淀池沉淀分離。
本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，組合結(jié)構(gòu)簡單可行，其優(yōu)點(diǎn)在于：
1.利用煙囪效應(yīng)原理進(jìn)行通風(fēng)曝氣，無需專門的曝氣器、曝氣管道和曝氣風(fēng)機(jī)等設(shè)備，只需要配套一臺(tái)功率低的通風(fēng)機(jī)，取代了傳統(tǒng)的機(jī)械曝氣，投資和運(yùn)行成本低；
2.該一體化設(shè)備采用生物濾池工藝，填料上的生物膜由外向內(nèi)存在好氧區(qū)、缺氧區(qū)和厭氧區(qū)，可同步實(shí)現(xiàn)有機(jī)氧化、硝化、反硝化等生物反應(yīng)，節(jié)省占地面積；
3.布水裝置采用無動(dòng)力旋轉(zhuǎn)布水器，依靠進(jìn)水反作用力，旋轉(zhuǎn)均勻布水，能耗低，布水均勻；
4.生物濾池污泥產(chǎn)量低，節(jié)省污泥處理成本；
5.運(yùn)行維護(hù)簡單，基本實(shí)現(xiàn)無人值守，實(shí)現(xiàn)智能化遠(yuǎn)程集中管理；
6.適合農(nóng)村人口分散、污水處理裝置分散和維護(hù)人員素質(zhì)相對(duì)地下的區(qū)域；也適合運(yùn)行費(fèi)用承擔(dān)能力不足，需要投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，維護(hù)方便的工藝設(shè)備的區(qū)域；
7.節(jié)省占地，將生化區(qū)和沉淀區(qū)立體上下布置；
8.廢氣排放引入調(diào)節(jié)池液面下，實(shí)現(xiàn)廢氣處理，無需專門廢氣處理設(shè)備，節(jié)省投資及運(yùn)行成本；
9.生化段和沉淀出水設(shè)備模塊化，能根據(jù)處理量進(jìn)行模塊化擴(kuò)展。
[附圖說明]
圖1是本發(fā)明小城鎮(zhèn)污水處理一體化高效低能耗新型處理設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖中：1.進(jìn)水口2.旋轉(zhuǎn)布水裝置3.填料區(qū)4.填料支撐層5.百葉窗6.集水管7.過渡板8.斜板沉淀區(qū)9.排泥管10.出風(fēng)口11.集泥斗12.布水立管13.布水支管14.洞口15.旋轉(zhuǎn)布水區(qū)16.生物濾池反應(yīng)區(qū)17.沉淀區(qū)18.通風(fēng)機(jī)19.檢修孔20.集氣罩21.檢修孔。
[具體實(shí)施方式]
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，這種設(shè)備的結(jié)構(gòu)和原理對(duì)本專業(yè)的人來說是非常清楚的。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
實(shí)施例
規(guī)模為50-2000t/d的污水從一體化設(shè)備的頂部進(jìn)水口(1)進(jìn)入布水立管(12)，然后進(jìn)入布水支管(13)，布水支管為2-8根，布水支管上開有若干小孔，且距離布水立管中心越遠(yuǎn)，小孔的密度越大，它利用從布水管孔口噴出的水流所產(chǎn)生的反作用力，推動(dòng)布水管繞布水立管旋轉(zhuǎn)，達(dá)到均勻布水的目的。填料區(qū)(3)的填料為mbbr填料、陶粒、煤渣、焦炭等材料。生物填料區(qū)(3)底部設(shè)有填料支撐層(4)用于支撐填料區(qū)(3)的填料。填料支撐層(4)和過渡板(7)之間設(shè)有若干百葉窗(5)，在一體化罐頂部布水區(qū)域(15)設(shè)有出風(fēng)口(10)，出風(fēng)口(10)管道與一體化罐外的通風(fēng)機(jī)(18)連接。
在頂部出風(fēng)口(10)外的通風(fēng)機(jī)(18)引風(fēng)作用下和旋轉(zhuǎn)布水裝置(2)布水作用下，布水區(qū)域(15)就形成負(fù)壓，一體化罐外的空氣從百葉窗(5)進(jìn)入一體化罐內(nèi)，為填料區(qū)(3)的微生物凈化反應(yīng)提供氧氣，此曝氣過程無需傳統(tǒng)機(jī)械鼓風(fēng)設(shè)備、曝氣器和管道。布水支管(13)噴出的污水進(jìn)入填料區(qū)(3)，填料區(qū)內(nèi)的填料表面的生物膜中的微生物在與污水接觸的同時(shí)，降解去除污水中的cod、n、p等營養(yǎng)物質(zhì)。
在一體化罐內(nèi)填料區(qū)(3)的微生物凈化反應(yīng)過程中產(chǎn)生的廢氣，通過頂部布水區(qū)域(15)設(shè)有出風(fēng)口(10)，在通風(fēng)機(jī)(18)作用下，將廢氣抽出一體化罐外，廢氣通過管道集中進(jìn)入進(jìn)水調(diào)解池液面下，在進(jìn)水調(diào)解池里得到凈化處理，同時(shí)對(duì)進(jìn)水調(diào)節(jié)池起到曝氣攪拌作用，防止調(diào)節(jié)池污泥沉淀。
通過填料區(qū)(3)凈化后的污水滴落到過渡板(7)，填料始終未浸沒在水體中，過渡板(7)設(shè)有一定的坡度，百葉窗位置始終高于過渡板(7)里聚集的污水，污水不會(huì)從百葉窗位置溢出，在過渡板(7)高度低的一側(cè)設(shè)有一個(gè)洞口(14)，污水從洞口(14)流入斜板沉淀區(qū)(8)底部，污水自下而上流經(jīng)斜板沉淀區(qū)(8)，在斜板沉淀區(qū)(8)上部設(shè)有集水管(6)，下部設(shè)有集泥斗(11)，集泥斗(11)內(nèi)設(shè)有排泥管(9)，清水經(jīng)集水管(6)收集后排出一體化罐，底部的污泥經(jīng)排泥管(9)收集后排出一體化罐，集水管(6)和排泥管(9)均設(shè)有若干小孔。
集水管和排泥管上設(shè)有均勻分布的小孔，排泥管另外一端接有手動(dòng)閥門和盲板，可以反沖洗，防止吸泥管堵塞。
開啟檢修孔(19和21)，對(duì)填料區(qū)(3)的填料進(jìn)行清理和更換，一般填料的清理和更換頻率最多為1次/年。
填料區(qū)的填料上的生物膜的脫落方式有三種：(1)、生物膜自行老化后脫落；(2)、在污水向下的流重力流作用下脫落；(3)、空氣從填料間隙向上逆向流作用下脫落。脫落的細(xì)小生物膜膜片隨凈化后的水流從填料間隙流入到過度板(7)，并最終進(jìn)入沉淀池沉淀分離。
可以適用全國各地的鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)，在淮河以北，冬季氣溫較低的區(qū)域，該一體化設(shè)備外壁做保溫，同時(shí)也充分利用頂部的集氣罩作用，進(jìn)行保溫防凍。而在淮河以南，無需要考慮保溫防凍。
運(yùn)行維護(hù)時(shí)，將一個(gè)縣城的鄉(xiāng)鎮(zhèn)污水處理廠都統(tǒng)一集中智能化管理，降低運(yùn)行成本。
投資和運(yùn)行成本分析，以處理規(guī)模按照200m3/d計(jì)，傳統(tǒng)的處理工藝的投資成本在4000-6000元/噸，運(yùn)行成本在0.80-1.40元，而該一體化處理設(shè)備的投資成本僅為2000-4000元/噸，運(yùn)行成本僅在0.2-0.5元。