申请日2016.11.04
公开(公告)日2017.05.10
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种地埋式玻璃钢一体化污水处理设备及工艺。本发明的地埋式玻璃钢一体化污水处理设备整体埋入地下，包括格栅池、调节池、水解酸化池、MBBR池、斜管沉淀池、中间水池和清水池，格栅池、调节池、水解酸化池、MBBR池、斜管沉淀池、中间水池和清水池按照顺序串联布置。本发明的地埋式玻璃钢一体化污水处理设备污水处理水量达10~200m3/d，24小时处理，设计处理水量0.5~10m3/h，年处理能力达万吨以上级别，且具有操作简单、结构合理、处理效率高以及投资、运营费低廉的优点。
权利要求书
1.一种地埋式玻璃钢一体化污水处理设备，其特征在于设备整体埋入地下，包括格栅池、调节池、水解酸化池、MBBR池、斜管沉淀池、中间水池和清水池，格栅池、调节池、水解酸化池、MBBR池、斜管沉淀池、中间水池和清水池按照顺序串联布置;
所述的格栅池设有进水口，在格栅池靠近调节池的一侧设有格栅，调节池设有提升泵，提升泵与污水管道相连，污水管道伸入到水解酸化池底部，水解酸化池的污水管道伸入到MBBR池，其中水解酸化池内生长有兼性厌氧菌并装载有浮动填料，MBBR池内装有好氧菌、纳米微孔陶瓷曝气器和浮动填料，MBBR池污水管道伸入到斜管沉淀池的中心导流管，斜管沉淀池底部设有污泥泵，上部设有两台管道反应器，两台管道反应器通过加药管道分别与PAC加药系统相连和PAM加药系统相连，底部的污泥泵连接污泥管道，污泥管道连接浓缩罐，浓缩罐上部设有污水出口，底部连接螺杆泵，螺杆泵通过污泥管道连接板框压滤机;所述的斜管沉淀池污水管道伸入到中间水池底，中间水池底部设有过滤泵，过滤泵通过管道与过滤罐相连，过滤罐下部设有排水口，过滤后的水排入清水池，清水池底部设有反洗泵，通过管道与过滤罐相连，上部设有反冲排水口，反冲水排入调节池，清水池设有外排水口，与回用水点管道连接。
2.根据权利要求1所述的一种地埋式玻璃钢一体化污水处理设备，其特征在于所述的兼性厌氧菌是市场购买的商用兼性厌氧菌菌种;所述的好氧菌是市场购买的商用好氧菌菌种。
3.根据权利要求1所述的一种地埋式玻璃钢一体化污水处理设备，其特征在于所述的纳米微孔陶瓷曝气器外接鼓风机相连，纳米微孔陶瓷曝气器的外型直径为215 mm，气孔率为36 - 42%，氧吸收率16-25%，服务面积：0.3-0.75m2/个 ，耐压强度8kn，微孔平均孔径为200μm， 动力效率：4-6kgO2/Kwh，阻力损失：30-80mm(H2O)陶瓷。
4.根据权利要求1所述的一种地埋式玻璃钢一体化污水处理设备，其特征在于所述的浮动填料是聚乙烯制成的中空圆柱体，长5～7mm，直径10mm，柱体内部有十字支撑，外部有翅片，密度为0.95g/cm2，孔隙率88%，可供兼性厌氧菌或好氧菌形成的生物膜附着的比表面积为 800 m2/m3，组合填料的填充率为67%。
5.根据权利要求1所述的一种地埋式玻璃钢一体化污水处理设备，其特征在于所述的MBBR池的工作温度控制在20℃~30℃。
6.根据权利要求1所述的一种地埋式玻璃钢一体化污水处理设备，其特征在于所述的斜管沉淀池是指在沉淀区内设有斜管的沉淀池，组装形式有斜管和支管两种。
7.根据权利要求1所述的一种地埋式玻璃钢一体化污水处理设备，其特征在于所述的过滤罐内装有石英砂、沸石和活性炭作为过滤材料。
8.根据权利要求1所述的一种地埋式玻璃钢一体化污水处理设备，其特征在于所述的格栅池、调节池、水解酸化池、MBBR池、斜管沉淀池、中间水池和清水池材质均为玻璃钢。
9.采用如权利要求1所述的地埋式玻璃钢一体化污水处理设备进行污水处理的工艺，其特征在于按照以下步骤进行：
(1)污水经管网收集后首先进入化粪池，化粪池出水进入格栅池，格栅池的格栅除去污水中大尺寸漂浮物和悬浮物，然后进入调节池，采用提升泵打入水解酸化池，在水解酸化池中停留4-6小时，水解酸化池中附着在浮动填料上的兼性厌氧菌形成微生物膜，将污水中的不溶性有机物转化成可溶性有机物，将大分子有机物分解成小分子有机物并除磷脱氮;
(2)步骤(1)中的水解酸化池出水自流到MBBR池，在MBBR池中停留4-6，鼓风机机向MBBR池中纳米微孔陶瓷曝气器送入空气，浮动填料浸没在污水中，浮动填料上附着的好氧细菌形成的微生物膜分解污水中的有机物，将有机物分解为CO2和H2O，进一步净化污水;
(3)步骤(2)中的MBBR池出水自流入斜管沉淀池，在斜管沉淀池的管道反应器中分别加入PAC药剂和PAM药剂，将污水中的悬浮物形成絮团，沉淀到池底成为污泥，污泥经污泥泵打入污泥浓缩罐中，再经螺杆泵打入箱式压滤机进行脱水，滤液流回调节池，滤饼送垃圾场卫生填埋;
(4)步骤(3)中的斜管沉淀池出水自流入中间水池，中间水池的过滤泵将污水经送入过滤罐中，过滤罐出水进入清水池，清水池出水达标回用送到回用点;
(5)步骤(4)中的清水池中的反洗泵对生物复合过滤材料过滤罐进行反冲洗，出水回到调节池。
说明书
一种地埋式玻璃钢一体化污水处理设备及工艺
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种地埋式玻璃钢一体化污水处理设备及工艺。
背景技术
随着经济和人口的增长，对大自然的污染愈来愈受到人类的重视。水，作为人类所需的不可替代的一种资源，是社会持续发展的重要支柱之一。人类自身生存发展不仅消耗巨量水资源，而且还向环境中排放大量的污染物，造成环境的明显恶化。为了保护水生态环境，造福子孙后代，不仅对生产和生活中产生的污水进行处理，而且还要做到回用，节约水资源。
在传统的中国农村在水的问题上普遍存在着“有上水、没下水”的突出矛盾。生活污水没有经过任何处理，直接排入河流，引起河水变黑发臭。现在，这种情况正在逐渐在改变。2015年上半年开始，各地正在农村推广使用水冲式厕所。
目前我国农村乡镇生活污有以下特征：
(1)面广、分散。农村没有下水道及排水系，没有任何收集的设施，村庄分散的地理分布特征造成污水分散，难于收集。
(2)来源多。除了来自人粪便、厨房炊事用水、沐浴、洗涤用水和冲洗厕所产生的污水外，还有家庭清洁、生活垃圾堆放渗滤而产生的污水。
(3)增长快。随着农民生活水平的提高以及农村生活方式的改变，生活污水的产生量也随之增长。
(4)处理率低。农村没有任何收集的设施，这些用水分散，随着雨水的冲刷，随着地表水流入河流、湖沼、沟渠、池塘、水库等水体、土壤水和地下水体，造成水体污染。
(5)东北地区冬季寒冷，气温降至-20℃以下，土层会冻至1.5至2米左右，给处理带来难度。
根据中国高速公路网统计，截至到2015年12月份，全国高速公路通车里程为12.5万公里，其配套有大量的高速服务区。高速公路服务区已成为保证高速公路安全、畅通、方便、快捷的重要配套设施，高速公路服务区的水污染防治和生态建设日益得到交通行业的重视。 服务区员工生活洗漱、汽车修理、公厕等会产生大量的污水，这些污水若不经处理就直接外排将会污染周围环境，会严重的破坏人们的生存环境。采取高效的办法对这些污水进行处理对于改善服务区周围的生存环境和生态环境安全具有非常重大的意义。
当前高速公路服务区污水处理现状：
(1)由于高速公路服务区远离城市，其产生的污水远离城市污水收集管网，需要单独的小型处理设施对污水进行处理。
(2)污染点多，单个点位污水量小且位置独立，污水量随时段波动较大。
(3)污水以公厕和清洗为主，餐饮废水占有较大的比重，同时加油站和车辆冲洗污水中含油脂类污染物。
(4)污水不均匀系数大，水力冲击负荷大。
(5)早期的高速公路服务区主要建化粪池对污水进行简单的处理，而化粪池的处理效果不是很理想，处理出水水质不稳定而且易造成地下水的污染。
对于我国农村乡镇生活污水和高速公路服务区一般远离城市，无法直接纳入城市的市政污水管网的问题，需要开发一种结构合理、运行费用低廉的污水处理设备系统，所处理的污水一般由粪便污水、餐饮洗涤用水组成。目前，在国内应用成熟的生活污水处理工艺很多，采用较多的生化工艺有：缺氧—好氧活性污泥法(A/O)工艺、厌氧—缺氧—好氧活性污泥法(A/A/O)工艺、MBR膜生物反应工艺、曝气生物滤池法(BAF)工艺及间歇等，但是由于农村乡镇生活污水和高速公路服务区污水一般溶解性CODcr与BOD5指标均较高，BOD:COD的比值>0.3，需要开发新的处理方法。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种地埋式玻璃钢一体化污水处理设备和工艺，目的是使生活污水和与之类似的工业有机废水经设备处理后达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级标准a标准，且具有操作简单、结构合理、处理效率高以及投资、运营费低廉的优点。
实现本发明目的的地埋式玻璃钢一体化污水处理设备整体埋入地下，包括格栅池、调节池、水解酸化池、MBBR池、斜管沉淀池、中间水池和清水池，格栅池、调节池、水解酸化池、MBBR池、斜管沉淀池、中间水池和清水池按照顺序串联布置;
所述的格栅池设有进水口，在格栅池靠近调节池的一侧设有格栅，调节池设有提升泵，提升泵与污水管道相连，污水管道伸入到水解酸化池底部，水解酸化池的污水管道伸入到MBBR(Moving Bed Biofilm Reactor)池，其中水解酸化池内生长有兼性厌氧菌并装载有浮动填料，MBBR池内装有好氧菌、纳米微孔陶瓷曝气器和浮动填料，MBBR池污水管道伸入到斜管沉淀池的中心导流管，斜管沉淀池底部设有污泥泵，上部设有两台管道反应器，两台管道反应器通过加药管道分别与聚合氯化铝(PAC)加药系统相连和聚丙烯酰胺(PAM)加药系统相连，底部的污泥泵连接污泥管道，污泥管道连接浓缩罐，浓缩罐上部设有污水出口，底部连接螺杆泵，螺杆泵通过污泥管道连接板框压滤机;所述的斜管沉淀池污水管道伸入到中间水池底，中间水池底部设有过滤泵，过滤泵通过管道与过滤罐相连，过滤罐下部设有排水口，过滤后的水排入清水池，清水池底部设有反洗泵，通过管道与过滤罐相连，上部设有反冲排水口，反冲水排入调节池，清水池设有外排水口，与回用水点管道连接。
其中，所述的兼性厌氧菌是市场购买的商用兼性厌氧菌菌种;所述的好氧菌是市场购买的商用好氧菌菌种。
所述的纳米微孔陶瓷曝气器外接鼓风机相连，纳米微孔陶瓷曝气器的外型直径为215 mm，气孔率为36 - 42%，氧吸收率16-25%，服务面积：0.3-0.75m2/个 ，耐压强度8kn，微孔平均孔径为200μm， 动力效率：4-6kgO2/Kwh，阻力损失：30-80mm(H2O)陶瓷。
所述的浮动填料是聚乙烯制成的中空圆柱体，长5～7mm，直径10mm，柱体内部有十字支撑，外部有翅片，密度为0.95g/cm2，孔隙率88%，可供兼性厌氧菌或好氧菌形成的生物膜附着的比表面积为 800 m2/m3，组合填料的填充率为67%。
所述的MBBR池的工作温度控制在20℃~30℃。
所述的斜管沉淀池是指在沉淀区内设有斜管的沉淀池，组装形式有斜管和支管两种。
所述的过滤罐内装有石英砂、沸石和活性炭作为过滤材料。
所述的格栅池、调节池、水解酸化池、MBBR池、斜管沉淀池、中间水池和清水池材质均为玻璃钢。
采用上述地埋式玻璃钢一体化污水处理设备进行污水处理的工艺按照以下步骤进行：
(1)污水经管网收集后首先进入化粪池，化粪池出水进入格栅池，格栅池的格栅除去污水中大尺寸漂浮物和悬浮物，然后进入调节池，采用提升泵打入水解酸化池，在水解酸化池中停留4-6小时，水解酸化池中附着在浮动填料上的兼性厌氧菌形成微生物膜，将污水中的不溶性有机物转化成可溶性有机物，将大分子有机物分解成小分子有机物并除磷脱氮;
(2)步骤(1)中的水解酸化池出水自流到MBBR池，在MBBR池中停留4-6，鼓风机机向MBBR池中纳米微孔陶瓷曝气器送入空气，浮动填料浸没在污水中，浮动填料上附着的好氧细菌形成的微生物膜分解污水中的有机物，将有机物分解为CO2和H2O，进一步净化污水;
(3)步骤(2)中的MBBR池出水自流入斜管沉淀池，在斜管沉淀池的管道反应器中分别加入PAC药剂和PAM药剂，将污水中的悬浮物形成絮团，沉淀到池底成为污泥，污泥经污泥泵打入污泥浓缩罐中，再经螺杆泵打入箱式压滤机进行脱水，滤液流回调节池，滤饼送垃圾场卫生填埋;
(4)步骤(3)中的斜管沉淀池出水自流入中间水池，中间水池的过滤泵将污水经送入过滤罐中，过滤罐出水进入清水池，清水池出水达标回用送到回用点;
(5)步骤(4)中的清水池中的反洗泵对生物复合过滤材料过滤罐进行反冲洗，出水回到调节池。
与现有技术相比，本发明的特点是：
(1)本发明的地埋式玻璃钢一体化污水处理工艺采用A/O工艺，A段池为水解酸化池，水解的机理从化学的角度来说，绝大多数化合物在一定条件下与水接触都会发生水解反应，水解反应可使共价键发生变化和断裂，即使化合物在分子结构和形态上发生了变化。生物水解是靠生物酶的催化作用而加速反应的，在有酶条件下的催化反应速度要比无酶条件下高出108-1011倍。生物水解就是指复杂的有机物分子经加水在缺氧条件下，由于水解酶的参与被分解成简单的化合物的反应，生物水解反应实际上包括了水解和酸化两个阶段，酸化可使复杂有机物降解为简单的有机酸。在水解池后面一般接有好氧工艺，在水解池消化的主要目的是为了使大分子的有机物水解为容易生物降解的小分子物质并且去除一部分有机物。本发明设计采用较短停留时间，使缺氧反应发生在水解、酸化阶段，抑制产甲烷菌的活性，只产生少量气体，为安全运行提供了可靠的保证，同时由于池体处于地下，考虑将缺氧处理所产生的气体由导气管导出做除臭味处理，这样就不存在臭气问题和燃烧爆炸的危险。
O段即好氧池，针对污水的水质情况，好氧处理采用较多的方法是生物接触氧化工艺，尤其是在水解池后面接生物接触氧化工艺。污水经水解处理后，进入生物接触氧化池，即MBBR池。生物接触氧化法是一种介于活性污泥法和生物滤池之间的生物膜法工艺，接触氧化池内设有填料，部分微生物以生物膜的形式固着生长于填料表面，部分则是以絮状悬浮生长于水中，因此它兼有活性污泥法和生物滤池的特点。生物接触氧化工艺可以对水解池中未分解完全的大分子有机物进一步处理，并滤掉大部分悬浮物。生物接触氧化池后设有沉淀池，截留随水流出的生物膜及悬浮污泥。曝气装置设在填料底部，采用鼓风曝气系统，这样可以增加有效容积，填料层间紊流激烈，生物膜更新快，活性高，不易堵塞。生物接触氧化池可以去除污水中80-90%的CODcr，使出水达到排放标准。
A/O工艺由于采用了前置水解池，形成缺氧-好氧除磷脱氮工艺，具有一定的脱氮作用。生物脱氮过程由硝化和反硝化两步完成。硝化是将氨氮氧化成硝酸盐，在好氧条件下完成。反硝化是将硝酸盐还原成氮气从水中脱出，在缺氧条件(无分子氧但有硝酸盐态氧)下和具有有机物供给反硝化菌碳能源时才能完成。因此传统的生物脱氮为硝化-反硝化工艺，在反硝化前要投加有机化学药剂，流程复杂，构筑物多。本发明前置反硝化脱氮技术，先将污水引入缺氧段，在其中以污水中的有机物作为碳能源，对硝酸盐进行反硝化脱氮，有机物得到初步降解;然后进入好氧段，在其中有机物进一步降解和氨氮的硝化，并将好氧段硝化后的出水混合液回流至缺氧段，为缺氧段提供足够的硝酸盐进行反硝化;在好氧段后设沉淀池，沉淀污泥回流至好氧段以保证充分的微生物理。
本发明采用A/O生化处理工艺，具有良好的去除污水中的有机物、较好的脱氮功能，以满足排放标准的要求;A/O工艺具有较好的耐冲击负荷能力，以适应水质、水量变化的特点;
采用污泥回流硝解工艺，大大降低污泥的生成量;采用新型填料，挂膜快，寿命长，处理见效快;本发明充分考虑二次污染产生的可能性，将其影响降低至最低程度。
本发明的水解酸化池中设有浮动填料，能够使水解酸化池中的污泥浓度大大增加，同时提高污泥的相对密度，在填料表面有以生物膜形态生长的微生物群体，污水通过填料层时，有机物被吸附、分解，这种设计具有生物量浓度高，有机负荷高，耐冲击负荷能力强，运行管理方便的优点，采用自动化控制，易于管理维修，提高系统可靠性、稳定性，处理设施全部埋在冻层以下，利于保温防冻，保证常年正常运行。
(2)水解酸化池出水，再采用好氧生化处理，本发明中MBBR池中同样引入了浮动填料，浮动填料内部有十字支撑，外部有翅片，能够能给微生物提供良好的生长环境，可在好氧操作下以空气搅拌，或在兼/厌氧操作下以机械搅拌，使生物接触材在水中均匀的悬浮流动，这种载体的特殊形状使微生物在有保护的载体内表面生长而去除废水中的 CODcr、BOD5。本发明利用浮动填料运用生物膜法的基本原理，并结合了传统活性污泥法的优点，而又超越了活性污泥法及生物膜法的缺点及限制。具有容积负荷高，抗冲击能力强，泥龄长，剩余污泥量少，该生化池中不产生污泥膨胀，不需回流污泥，运行管理十分方便，是目前较先进的生化技术，生物池中的菌种浓度大大提高，使生化效率大大增强，有效去除氨氮、磷及难于降解的大分子有机物。同时考虑东北的气候较冷，为达到菌种生长的适宜温度，特采用恒温调节器，温度保持20-30度，更有利生化反应效率的提高。MBBR池省地，占地仅为传统方法的五分之一至十分之一;省时，比传统方法快一倍，只需2~6小时;无须污泥回流或循环反冲洗;污泥产量极少;操作简单，过程可实现自动化，易于操作和控制;不会堵塞，生物膜在紊流中不断脱落，避免堵塞;具有稳定的生物膜系统，生物易恢复活力，生物在改变温度和pH值，超负荷或受毒害作用下也能很快恢复活力，使处理效果稳定;配置灵活， MBBR池的设计弹性大，可根据处理要求和空间大小采用不同的配置方式; 已建污水系统的改造、升级及扩充十分方便;投资费用及运行成本更低;水质更稳定，不受系统中水质波动的影响;出水更洁净。
(3)本发明还采用斜管沉淀池进行混凝沉淀。废水中含有大量的悬浮物，这些悬浮物颗粒直径较小，在废水中呈胶体状态，其颗粒表面带有电荷，即ξ电位，ξ电位越高相互之间排斥力越强，很难自然沉降，所以采用混凝气浮方法。首先加入高分子无机混凝剂，破坏污水中的胶体，然后加入高分子有机絮凝剂，将废水中大量悬浮物形成絮团。通过混凝沉淀将其除去。通过混凝沉去除了悬浮物，避免了对后面构筑物的淤积。斜管沉淀池是指在沉淀区内设有斜管的沉淀池，组装形式有斜管和支管两种，在平流式或竖流式沉淀池的沉淀区内利用倾斜的平行管或平行管道(有时可利用蜂窝填料)分割成一系列浅层沉淀层，被处理的和沉降的沉泥在各沉淀浅层中相互运动并分离。根据其相互运动方向分为逆(异)向流、同向流和侧向流三种不同分离方式，每两块平行斜板间(或平行管内)相当于一个很浅的沉淀池。本发明中斜板沉淀池上不得管道反应器中加入PAC和PAM，并通过管道反应器混合均匀。PAC和PAM的加入使废水中不能自然沉降的颗粒形成絮凝体，并通过斜板沉淀池去除水中絮凝物，上清水流入中间水池。
斜管沉淀池去除率高，停留时间短，占地面积小;利用了层流原理，提高了沉淀池的处理能力;缩短了颗粒沉降距离，从而缩短了沉淀时间;增加了沉淀池的沉淀面积，从而提高了处理效率。这种类型沉淀池的比一般沉淀池的处理能力高出7-10倍，是一种新型高效沉淀设备。
(4)本发明的过滤罐中滤料包括石英砂、沸石和活性炭，是一种先进的生物复合过滤材料，生物复合过滤材料是利用微生物所分泌的外酶渗入到生物复合过滤材料的微孔结构中，使生物复合过滤材料吸附的有机物不断分解成CO2和H2O，并合成新的细胞，最后渗出过滤材料的结构而被去除。通过生物复合过滤材料吸附-氧化-再吸附，将废水中微量的有机物去除。生物复合过滤材料不需要再生，只需定期反冲洗，目的是松动过滤材料，并把上面截留的污物排出，反冲洗水流入调节池。采用生物复合过滤材料能进一步降低出水的NH3-N、P、臭味和污染物含量，保证处理水的水质。生物复合过滤材料由于其机械强度高，多孔结构合理，吸附性能好，截污能力强，过滤速度快，使用周期长等特点，适用于生活和工业水处理装置中。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的地埋式玻璃钢一体化污水处理设备使用寿命长;耐腐蚀、抗酸碱、不易老化、不变形;抗压、抗冲击强度高，经久耐用，使用寿命超过50年。(2)本发明的地埋式玻璃钢一体化污水处理设备整体化制作，一体式成形，无接缝、无渗漏、无污染，设备整体埋人地下，冬天防冻，夏天防洪，设备上面可以绿化，环境美观。
(3)本发明采用浮动填料，质轻、高强、物理化学性质稳定，比表面积大，生物膜附着能力强，污水与生物膜的接触效率高，污染物去除范围大，可同时脱氮，除磷和去除有机物，污泥产量少并易于处理。
(4)本发明采用纳米微孔陶瓷曝气器进行鼓风曝气，曝气气泡直径小，气液界面积大，气泡扩散均匀，不会产生孔眼堵塞，耐腐蚀性强。曝气均匀，微生物生长成熟。
(5)东北地区冬季寒冷，气温降至-20℃以下，土层会冻至1.5至2米左右，给处理带来难度，MBBR池采用恒温控制器，温度控制在20~30° C，保证生化效果。
(6)本发明过滤罐中采用生物复合过滤材料由于其机械强度高，多孔结构合理，吸附性能好，截污能力强，过滤速度快，使用周期长等特点，处理效率高，噪音小，操作简单、维护方便，保证出水水质稳定，确保处理效果达到(GB18918-2002)一级标准a标准。(7)本发明的地埋式玻璃钢一体化污水处理设备占地面积小，实际占地面积为钢筋混凝土的60%左右，工程造价低，该产品造价低于钢筋水泥混凝土20%左右，物美价廉。(8)本发明安装施工快捷，工期极短。施工现场一次性吊装到位，大大提高了施工效率，缩短建设周期，建设周期比钢筋水泥混凝土节省60%左右。
(9)本发明的地埋式玻璃钢一体化污水处理设备污水处理水量达10~200m3/d，24小时处理，设计处理水量0.5~10m3/h，年处理能力达万吨以上级别。