申请日2017.12.27
公开(公告)日2018.04.27
IPC分类号C02F9/14
摘要
公开了一种基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理装置，其能够就地处理污水，减少建设成本，缩短修建周期，处理见效快，占地面积小或不占用地表面积，运行能耗低，无需专人值守。该装置为多模块长方体箱式结构，相邻模块被垂直隔层隔断，这些模块包括依次设置在箱体内的污水过滤模块(A)、厌氧缺氧模块(B)、曝气好氧模块(C)、第一处理模块(D)、第二处理模块(E)、排水模块(F)。还提供了一种基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理方法。
权利要求书
1.基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理装置，其特征在于，该装置为多模块长方体箱式结构，相邻模块被垂直隔层隔断，这些模块包括依次设置在箱体内的污水过滤模块(A)、厌氧缺氧模块(B)、曝气好氧模块(C)、第一处理模块(D)、第二处理模块(E)、排水模块(F);
水从污水过滤模块的上部的进水管(6)流入，从污水过滤模块的下部流入厌氧缺氧模块，在厌氧缺氧模块自下向上缓慢上升，从上部进入曝气好氧模块，从曝气好氧模块的底部进入第一处理模块，进水从第一处理模块下部流入，渗流自下而上，在第一处理模块填料层上面形成积水体，通过第一处理模块、第二处理模块上面的水力联系通道，水进入第二处理模块，并通过布水装置使水水平地均匀布落在第二处理模块填料层上面，在第二处理模块水流自上而下;
污水过滤模块上有滤网，下有卵石层;厌氧缺氧模块为水体;曝气好氧模块为水体中下装载曝气装置;第一处理模块的不同性质填料层中含慢性释氧颗粒紧密堆积体填料层，为氧化环境区域，其强化去除COD与加强硝化;第二处理模块的不同性质填料层为逐渐加强的还原条件环境，同时通过反硝化作用脱氮，而其中含高效磷吸附颗粒紧密堆积体填料层和/或针对性高效吸附颗粒紧密堆积体填料层，去除水中残余磷和/或针对性污染组分;当水流穿过颗粒紧密堆积体填料区后水 中的氮磷及针对性污染物与颗粒填料发生吸附、共沉淀，被填料上附着的微生物代谢去除;
第一处理模块自上而下不同填料层的粒度大小为递增趋势，而第二处理模块自上而下不同填料层的粒度大小为递减趋势。
2.根据权利要求1所述的基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理装置，其特征在于，进水通过水泵提升至污水过滤模块，或从地势高处引流至污水过滤模块，实现无能耗进水;排水模块自然排水到低处，实现无能耗自然排水。
3.根据权利要求2所述的基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理装置，其特征在于，曝气好氧模块为可间歇曝气的低能耗曝气装置，通过太阳能板供电。
4.根据权利要求3所述的基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理装置，其特征在于，该装置在地表之上构建或下沉地下一定深度。
5.根据权利要求4所述的基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理装置，其特征在于，在该装置之前还设置格栅(11)、沉淀池(12)、调节池(13)、地面储水调节池(14)，污水(1)依次进入格栅(11)、沉淀池(12)、调节池(13)，通过调节池内的潜水泵(2)向上，经过定时开关(3)进入地面储水调节池(14)，通过计量泵(4)获取水的流量后，再进入该装置，通过排水模块将出水(5)排出。
6.根据权利要求5所述的基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理装置，其特征在于，第一处理模块(D)、第二处理模块(E)中的各填料层被网袋围包，在装置运行过程中，根据实际运行效果与数值模拟结果，分析装置运行状态，及时识别与更换净化能力不佳填料层，通过整层置换，修复该层及整体净化装置净化能力;
所述第一处理模块的颗粒紧密堆积体填料区里填充的颗粒填料层含生物陶粒层和卵石层和/或氧化铝颗粒层和/或其他慢性释氧颗粒材料层和/或沸石颗粒层;第二处理模块的颗粒紧密堆积体填料区里填充的颗粒填料层含生物陶粒层和卵石层和/或矿渣颗粒层和/或其他磷高效吸附颗粒层。
7.根据权利要求6所述的基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理装置，其特征在于，所述颗粒紧密堆积体填料区里填充的颗粒填料每层颗粒粒径大小相对均一。
8.根据权利要求7所述的基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理装置，其特征在于，所述颗粒紧密堆积体填料区里填充的颗粒填料是粒径为0.1-80mm的颗粒填料。
9.根据权利要求8所述的基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理装置，其特征在于，所述颗粒紧密堆积体填料区里填充的颗粒填料除卵石层外，粒径为1-10mm的颗粒填料。
10.一种基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)设置多模块长方体箱式装置，相邻模块被垂直隔层隔断但上或下具有水力联系，装置材料有不锈钢和/或钢化玻璃和/或水泥板和/或砖砌材料构成;
(2)在箱式装置上设左右六个相连的模块：污水过滤模块(A)、厌氧缺氧模块(B)、曝气好氧模块(C)、第一处理模块(D)、第二处理模块(E)、排水模块(F);
(3)水从污水过滤模块的上部的进水管流入，从污水过滤模块的下部流入厌氧缺氧模块，在厌氧缺氧模块自下向上缓慢上升，从上部进入曝气好氧模块，从曝气好氧模块的底部进入第一处理模块，进水从第一处理模块下部流入，渗流自下而上，在第一处理模块填料层上面形成积水体，通过第一处理模块、第二处理模块上面的水力联系通道，水进入第二处理模块，并通过布水装置使水水平地均匀布落在第二处理模块填料层上面，在第二处理模块水流自上而下;
(4)污水过滤模块上有滤网，下有卵石层;厌氧缺氧模块为水体;
曝气好氧模块为水体中下装载曝气装置;第一处理模块的不同性质填料层中含慢性释氧颗粒紧密堆积体填料层，为氧化环境区域，其强化去除COD与加强硝化;第二处理模块的不同性质填料层为逐渐加强的还原条件环境，同时通过反硝化作用脱氮，而其中含高效磷吸附颗粒紧密堆积体填料层和/或针对性高效吸附颗粒紧密堆积体填料层，去除水中残余磷和/或针对性污染组分;当水流穿过颗粒紧密堆积体填料区后水中的氮磷及针对性污染物与颗粒填料发生吸附、共沉淀，被填料上附着的微生物代谢去除;
(5)第一处理模块自上而下不同填料层的粒度大小为递增趋势，而第二处理模块自上而下不同填料层的粒度大小为递减趋势;
(6)根据污水处理量、进水水质状况与出水水质要求，不同介质材料渗透性及净化能力参数，通过数值模拟，初步获得净化装置与各模块几何尺寸、第一、二处理模块结构、各填料层厚度与粒度大小，以及各模块之间水头差范围;
(7)在各模块设有水动力监测点，并布设水质取样点，对各模块水动力条件与水质状况进行监测;
(8)装置初步加载运行时，通过获取监测点水头的水动力状况，通过数值模拟，得到各模块水动力参数，据此最后调整各模块水头差大小，实现预期的水动力条件、水质净化效果;
(9)装置加载长期运行期间，通过不断获取监测点水头的水动力状况与各监测点水质数据，通过数值模拟，得到各模块现状水动力与水化学参数，据此优化调整各模块水头差大小，实现预期的水动力条件、水质净化效果。
说明书
基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理装置及方法
技术领域
本发明属于污水处理的技术领域，尤其涉及一种基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理装置及方法。
背景技术
根据第六次全国人口普查结果显示，我国居住在农村的人口占全国总人口数的50.32%，随着农村生活水平的逐步提高，我国农村地区的用水量和污水量也显著提高，据不完全统计，截止到2010年末，我国村镇集中生活用水量达到170.29亿吨，接近城市生活用水量的50%;全国村镇污水总产量达136.2亿吨，占全国生活污水排放总量的22.9%。
2012年5月，住建部发布的《中国城镇排水与污水处理状况公报》中显示，我国60多万个行政村中，仅有6.7%的村庄对生活污水进行处理。我国大多数农村没有排水渠道和污水处理系统，农村污水以散排和直排为主，其中近65%的污水渗入地下，其余污水则直接排入河、湖等环境水体，成为河、湖富营养化元素N、P的重要来源。
基于大部分农村无集中式污水处理管网系统的现状及农村污水分散排放的特点，亟需小型分散型污水处理装置，能够就地处理污水，减少建设成本，缩短修建周期，处理见效快，占地面积小或不占用地表面积，运行能耗低，无需专人值守。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理装置，其能够就地处理污水，减少建设成本，缩短修建周期，处理见效快，占地面积小或不占用地表面积，运行能耗低，无需专人值守。
本发明的技术解决方案是：这种基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理装置，该装置为多模块长方体箱式结构，相邻模块被垂直隔层隔断，这些模块包括依次设置在箱体内的污水过滤模块(A)、厌氧缺氧模块 (B)、曝气好氧模块(C)、第一处理模块(D)、第二处理模块(E)、排水模块(F);
水从污水过滤模块的上部的进水管(6)流入，从污水过滤模块的下部流入厌氧缺氧模块，在厌氧缺氧模块自下向上缓慢上升，从上部进入曝气好氧模块，从曝气好氧模块的底部进入第一处理模块，进水从第一处理模块下部流入，渗流自下而上，在第一处理模块填料层上面形成积水体，通过第一处理模块、第二处理模块上面的水力联系通道，水进入第二处理模块，并通过布水装置使水水平地均匀布落在第二处理模块填料层上面，在第二处理模块水流自上而下;
污水过滤模块上有滤网，下有卵石层;厌氧缺氧模块为水体;曝气好氧模块为水体中下装载曝气装置;第一处理模块的不同性质填料层中含慢性释氧颗粒紧密堆积体填料层，为氧化环境区域，其强化去除COD与加强硝化;第二处理模块的不同性质填料层为逐渐加强的还原条件环境，同时通过反硝化作用脱氮，而其中含高效磷吸附颗粒紧密堆积体填料层和/或针对性高效吸附颗粒紧密堆积体填料层，去除水中残余磷和/或针对性污染组分;当水流穿过颗粒紧密堆积体填料区后水中的氮磷及针对性污染物与颗粒填料发生吸附、共沉淀，被填料上附着的微生物代谢去除;
第一处理模块自上而下不同填料层的粒度大小为递增趋势，而第二处理模块自上而下不同填料层的粒度大小为递减趋势。
由于本装置为多模块长方体箱式结构，相邻模块被垂直隔层隔断，这些模块包括依次设置在箱体内的污水过滤模块A、厌氧缺氧模块B、曝气好氧模块C、第一处理模块D、第二处理模块E、排水模块F，所以其能够对农村分散型污水及其他分散型污水进行处理，能够就地处理污水，减少建设成本，缩短修建周期，处理见效快，占地面积小或不占用地表面积，运行能耗低，无需专人值守。
还提供了一种基于监测与数值模拟的多模块分散式污水处理方法，该方法包括以下步骤：
(1)设置多模块长方体箱式装置，相邻模块被垂直隔层隔断但上或下具有水力联系，装置材料有不锈钢和/或钢化玻璃和/或水泥板和/或砖砌材料构成;
(2)在箱式装置上设左右六个相连的模块：污水过滤模块(A)、厌氧缺氧模块(B)、曝气好氧模块(C)、第一处理模块(D)、第二处理模块(E)、排水模块(F);
(3)水从污水过滤模块的上部的进水管流入，从污水过滤模块的下部流入厌氧缺氧模块，在厌氧缺氧模块自下向上缓慢上升，从上部进入曝气好氧模块，从曝气好氧模块的底部进入第一处理模块，进水从第一处理模块下部流入，渗流自下而上，在第一处理模块填料层上面形成积水体，通过第一处理模块、第二处理模块上面的水力联系通道，水进入第二处理模块，并通过布水装置使水水平地均匀布落在第二处理模块填料层上面，在第二处理模块水流自上而下;
(4)污水过滤模块上有滤网，下有卵石层;厌氧缺氧模块为水体;曝气好氧模块为水体中下装载曝气装置;第一处理模块的不同性质填料层中含慢性释氧颗粒紧密堆积体填料层，为氧化环境区域，其强化去除COD与加强硝化;第二处理模块的不同性质填料层为逐渐加强的还原条件环境，同时通过反硝化作用脱氮，而其中含高效磷吸附颗粒紧密堆积体填料层和/ 或针对性高效吸附颗粒紧密堆积体填料层，去除水中残余磷和/或针对性污染组分;当水流穿过颗粒紧密堆积体填料区后水中的氮磷及针对性污染物与颗粒填料发生吸附、共沉淀，被填料上附着的微生物代谢去除;
(5)第一处理模块自上而下不同填料层的粒度大小为递增趋势，而第二处理模块自上而下不同填料层的粒度大小为递减趋势;
(6)根据污水处理量、进水水质状况与出水水质要求，不同介质材料渗透性及净化能力参数，通过数值模拟，初步获得净化装置与各模块几何尺寸、第一、二处理模块结构、各填料层厚度与粒度大小，以及各模块之间水头差范围;
(7)在各模块设有水动力监测点，并布设水质取样点，对各模块水动力条件与水质状况进行监测;
(8)装置初步加载运行时，通过获取监测点水头的水动力状况，通过数值模拟，得到各模块水动力参数，据此最后调整各模块水头差大小，实现预期的水动力条件、水质净化效果;
(9)装置加载长期运行期间，通过不断获取监测点水头的水动力状况与各监测点水质数据，通过数值模拟，得到各模块现状水动力与水化学参数，据此优化调整各模块水头差大小，实现预期的水动力条件、水质净化效果。