申请日20200327
公开(公告)日20200626
IPC分类号C02F9/14; C02F3/10; C02F3/28; C02F7/00; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种农村污水强化分质一体化及资源化处理装置及方法，该装置包括分隔且一体设置的黑水资源化处理系统和灰水资源化处理系统;黑水资源化处理系统包括依次设置的黑水进水单元、黑水沉淀池、厌氧滴滤转筒式滤池和黑水出水单元;灰水资源化处理系统包括依次设置的灰水进水单元、灰水沉淀池、上流式针孔曝气接触池和灰水出水单元;灰水出水单元与厌氧滴滤转筒式滤池之间设置回流系统。本发明将黑水与灰水分别处理，黑水和灰水分别进行厌氧和好氧处理，根据水质的不同选择了不同的处理方法，经过不同的处理后可根据水质回用于不同途径，与传统的混合处理相比，降低了处理难度和成本，提高了处理效率和出水水质，使出水得到有效的资源化利用。
权利要求书
1.一种农村污水强化分质一体化及资源化处理装置，其特征在于，包括分隔开且一体式设置的黑水资源化处理系统和灰水资源化处理系统;
所述黑水资源化处理系统包括依次设置的黑水进水单元、黑水沉淀池、厌氧滴滤转筒式滤池和黑水出水单元;
其中所述厌氧滴滤转筒式滤池包括由上至下依次布置的黑水布水区、缓冲层、布水板、生物滤层;
所述缓冲层由硅酸钙、生物沸石和砾石按质量比(3～4):(2～3):(3～5)均匀混合组成;
所述生物滤层为转筒式滤层，包括电机、转轴和立体弹性填料，所述转轴连接所述电机输出轴，所述立体弹性填料均布于所述转轴表面;
所述灰水资源化处理系统包括依次设置的灰水进水单元、灰水沉淀池、上流式针孔曝气接触池和灰水出水单元，其中所述上流式针孔曝气接触池内设置有曝气接触单元，所述曝气接触单元由下至上依次包括灰水布水区、曝气管、填料层、固液分离板和清水区，所述曝气管连接曝气风机，且所述曝气管上设置有微孔曝气针，所述微孔曝气针顶端部分伸入所述填料层;
所述灰水出水单元与所述厌氧滴滤转筒式滤池之间设置有灰水出水回流系统。
2.根据权利要求1所述的一种农村污水强化分质一体化及资源化处理装置，其特征在于，所述黑水进水单元包括依次设置的黑水进水管和起稳定水量作用的配水槽，所述黑水进水管上设置有黑水进水蠕动泵，所述配水槽与所述黑水沉淀池之间设置有穿孔墙，穿孔位于墙体下部。
3.根据权利要求2所述的一种农村污水强化分质一体化及资源化处理装置，其特征在于，所述黑水沉淀池包括由上至下依次设置的沉淀区、斜板和净水区，所述配水槽与所述沉淀区之间设置所述穿孔墙;
所述黑水沉淀池宽度与配水槽宽度之比为4:1;
所述沉淀区底端设置有集渣斗和排渣管，所述集渣斗挡板呈90°放置;
所述斜板倾角为45～60°，上缘向进水端后倾;
所述净水区顶端设置有出水孔，所述出水孔连通所述黑水布水区。
4.根据权利要求1所述的一种农村污水强化分质一体化及资源化处理装置，其特征在于，所述黑水出水单元包括集水渠，以及与所述集水渠连通的黑水出水管;所述集水渠设置于所述生物滤层底端。
5.根据权利要求1所述的一种农村污水强化分质一体化及资源化处理装置，其特征在于，还包括温度和pH监测装置，所述温度和pH监测装置对所述布水板与所述生物滤层之间的区域进行温度及pH监测。
6.根据权利要求1所述的一种农村污水强化分质一体化及资源化处理装置，其特征在于，所述灰水进水单元包括灰水进水管，以及设置于所述灰水进水管上的灰水进水蠕动泵;
所述灰水沉淀池包括一体式的由上向下布置的清水区和沉渣区;所述沉渣区底端设置有排渣管，所述清水区设置有集清水管，所述集清水管一端暴露于清水区，另一端连接所述灰水布水区，所述集清水管上设置有潜污泵。
7.根据权利要求6所述的一种农村污水强化分质一体化及资源化处理装置，其特征在于，所述灰水出水单元包括集水堰和灰水出水管;
所述集水堰设置于所述清水区的一侧，所述清水区水经过所述集水堰由所述灰水出水管排出。
8.根据权利要求1所述的一种农村污水强化分质一体化及资源化处理装置，其特征在于，所述曝气接触单元设置有两层，且两层之间设置有隔板，所述隔板上设置有溢流堰。
9.根据权利要求8所述的一种农村污水强化分质一体化及资源化处理装置，其特征在于，所述灰水出水回流系统包括回流管和设置于所述回流管上的回流泵，所述回流管一端连接所述灰水出水管，另一端连接所述黑水布水区，且所述黑水布水区与所述回流管之间设置有水银封和灰水回流布水板，所述回流泵为常开状态，且回流量与所述黑水进水蠕动泵流量相同。
10.一种农村污水强化分质一体化及资源化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：黑水由黑水进水蠕动泵通过黑水进水管输送至具有稳定水量功能的配水槽，之后经穿孔墙上的穿孔流入沉淀区进行固液分离，悬浮物沉入集渣斗后由排渣管排出，剩余污水向上流经过斜板的强化沉淀后进入净水区，通过出水孔进入厌氧滴滤转筒式滤池，经过缓冲层、布水板落到转筒式生物滤层上，转筒式生物滤层均匀对落下的黑水进行厌氧处理，处理后的黑水在下部集水渠内收集，通过黑水出水单元排出装置;
步骤二：灰水由灰水进水蠕动泵通过灰水进水管输送至灰水沉淀池进行固液分离，悬浮物经沉降后沉入沉渣区由排渣管排出，清水区的上清液通过集清水管由潜污泵送入曝气接触单元下部的灰水布水区，再以向上流的方式流入填料层，填料层下设空气管，空气管上布置有微孔曝气针，底部与空气管相连，上部部分插入填料对填料进行曝气，经调料层处理后利用固液分离板去除混合污泥或杂质后进入清水区，经集水堰收集后由灰水出水单元排出装置;
步骤三：灰水出水的回流量与黑水进水蠕动泵流量保持相同，回流水通过回流管由回流泵回流至灰水回流布水板，通过回流灰水布水板向黑水布水区均匀布水。
说明书
一种农村污水强化分质一体化及资源化处理装置及方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，更具体的说是涉及一种农村污水强化分质一体化及资源化处理装置及方法。
背景技术
我国是一个农业大国，农村人口和农村面积均具有庞大的基数，农村污水的治理形势相当严峻。大部分农村地区没有专门的污水收集管网和污水处理系统，这就意味着绝大多数的农村污水未经处理直接排放，对生态环境和安全造成了极大的威胁。少部分具有处理能力的农村其处理方法还存在极大的缺陷。
农村污水可以分为黑水和灰水。黑水收集自厕所，主要成分是粪便和尿液，氮、磷等污染物浓度较高，处理难度很大，灰水主要包括厨房用水、洗涤用水、淋浴用水以及其他用水，污染物浓度相对较低，处理难度相对较小。但现有的农村污水处理方法往往忽视了两类污水污染物性质和含量以及处理难度上的差异，将两类污水集中后进行混合处理，不仅造成处理难度的加大和处理成本的提高，而且对两类污水中所包含的资源化物质造成无形的浪费。
因此，如何提供一种将黑水与灰水分别处理且依据各自的水质特点进行处理，分别提升各自的处理效率且可将处理后的废水进行有效资源化利用的一体化处理装置是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种农村污水强化分质一体化及资源化处理装置及方法，将黑水与灰水分别进行厌氧和好氧处理，且厌氧处理采用厌氧滴滤转筒式滤池(ATRF)，好氧处理采用上流式针孔曝气接触池(UPACT)，根据水质的不同选择了不同的处理方法，并分别提出了ATRF以及UPACT新型处理池的模型，黑水和灰水经过不同的处理后可根据水质回用于不同途径，与传统的混合处理相比，降低了处理难度和处理成本，提高了处理效率和出水水质，使出水得到更有效的资源化利用。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种农村污水强化分质一体化及资源化处理装置，包括分隔开且一体式设置的黑水资源化处理系统和灰水资源化处理系统;
所述黑水资源化处理系统包括依次设置的黑水进水单元、黑水沉淀池、厌氧滴滤转筒式滤池和黑水出水单元，其中所述厌氧滴滤转筒式滤池包括由上至下依次布置的黑水布水区、缓冲层、布水板、生物滤层，所述缓冲层由硅酸钙、生物沸石和砾石按质量比(3～4):(2～3):(3～5)均匀混合组成;所述生物滤层为转筒式滤层，包括电机、转轴和立体弹性填料，所述转轴连接所述电机的输出轴，所述立体弹性填料均布于所述转轴表面;
所述灰水资源化处理系统包括依次设置的灰水进水单元、灰水沉淀池、上流式针孔曝气接触池和灰水出水单元，其中所述上流式针孔曝气接触池内设置有曝气接触单元，所述曝气接触单元由下至上依次包括灰水布水区、曝气管、填料层、固液分离板和清水区，所述曝气管连接曝气风机，且所述曝气管上设置有微孔曝气针，所述微孔曝气针顶端部分伸入所述填料层;
所述灰水出水单元与所述厌氧滴滤转筒式滤池之间设置有灰水出水回流系统。
为了解决黑水中存在的氮磷比例不合理、污染物浓度过高的问题，ATRF在污水布水孔上方加缓冲层，该缓冲层由硅酸钙、生物沸石和砾石混合组成，对污水中的氮磷和污染物进行一定程度的吸收，对黑水进水中的氮磷含量和污染物浓度起到稀释、平衡和缓冲的作用，且强化了均匀布水;
针对传统厌氧生物滤池填料固定导致填料不同位置负荷差异大、污泥浓度不均衡、传质效率低，其中长期接触黑水的填料部分负荷较大，存在微生物老化迅速，活性较低的问题。ATRF设计了一种转筒式填料，立体弹性填料通过支架固定于转轴四周呈圆筒状，污水流过的同时转轴在驱动电机的驱动下转动，使填料四周均匀受水，使填料负荷更均匀，污泥浓度更均匀，强化了传质效果，同时也避免了短流情况的发生;缓冲层下的布水板上均匀分布布水小圆孔，污水经过缓冲层的缓冲在布水板上均匀滴下，水力停留时间控制在3～4h，使污水和下部填料有更充分的接触;
传统生物接触氧化池常采用在填料底部或在填料前单独一隔室向水中曝气，污水在经过曝气后再流经填料，氧气传导效率并不高，且常发生填料堵塞的问题，为了解决或改善这些问题，UPACT采用微孔曝气针进行曝气，曝气针长度100mm，将微孔曝气针安装在填料支撑板的底部，曝气针孔略微伸入填料。微孔曝气针的数量可以根据进水浓度进行调整，这种曝气方式以附着在填料上的微生物为曝气对象，可以使曝气更充分，使附着在填料表面的微生物接触到更大浓度的氧气，极大地提高了氧气的传质效率和利用效率，提高了微生物的活性，另外，微孔曝气针在填料中向上曝气还可以对填料起到气冲的作用，大大缓解了填料堵塞的问题。
进一步的，所述黑水进水单元包括依次设置的黑水进水管和起稳定水量作用的配水槽，所述黑水进水管上设置有黑水进水蠕动泵，所述配水槽与所述黑水沉淀池之间设置有穿孔墙，穿孔位于墙体下部，黑水经过配水槽调节后由穿孔墙的穿孔流入黑水沉淀池。
进一步的，所述黑水沉淀池包括由上至下依次设置的沉淀区、斜板和净水区，所述配水槽与所述沉淀区之间设置所述穿孔墙;
所述黑水沉淀池宽度与配水槽宽度之比为4:1;
所述沉淀区底端设置有集渣斗和排渣管，所述集渣斗挡板呈90°放置;
所述斜板倾角为45～60°，上缘向进水端后倾;
所述净水区顶端设置有出水孔，所述出水孔连通所述黑水布水区。
上述技术方案的有益效果是：沉淀池独特的底部构造有利于悬浮污染物的沉淀和去除，且由于黑水悬浮污染物浓度较高，因此，设置斜板可进一步进行沉淀，确保沉淀效果。
进一步的，所述黑水出水单元包括集水渠和与所述集水渠连通的黑水出水管;所述集水渠设置于所述生物滤层底端。
进一步的，所述厌氧滴滤转筒式滤池还包括温度和pH监测装置，所述温度和pH监测装置对所述布水板与所述生物滤层之间的区域进行监测。
上述技术方案的有益效果是：通过pH和温度监测判定装置运行的稳定性。
进一步的，所述灰水进水单元包括灰水进水管与设置于所述灰水进水管上的灰水进水蠕动泵;
所述灰水沉淀池包括一体式的由上向下布置的清水区和沉渣区，所述沉渣区底端设置有排渣管，所述清水区设置有集清水管，所述集清水管一端暴露于清水区，另一端连接所述灰水布水区，所述集清水管上设置有潜污泵。
上述技术方案的有益效果是：上宽下窄的沉淀池底部构造利于悬浮物沉淀。
进一步的，所述灰水出水单元包括集水堰和灰水出水管;
所述集水堰设置于所述清水区的一侧，所述清水区水经过所述集水堰由所述灰水出水管排出。
上述技术方案的有益效果是：集水堰可以稳定出水，使系统稳定运行。
进一步的，所述曝气接触单元设置有两层，且两层之间设置有隔板，所述隔板上设置有溢流堰。
上述进一步技术方案的有益效果是：UPACT装置设置上下两层曝气接触单元，进一步优化了出水水质，材质选择弹性填料，该种填料具有比表面积大、孔隙率高，价格低等优势，两层填料之间用溢流管连接，在两层填料上部分别设置固液分离器，避免微小的污泥絮体或颗粒随水流流出影响出水水质。
进一步的，所述灰水出水回流系统包括回流管和设置于所述回流管上的回流泵，所述回流管一端连接所述灰水出水管，另一端连接所述黑水布水区，且所述黑水布水区与所述回流管之间设置有水银封和灰水回流布水板，所述回流泵为常开状态，且回流量与所述黑水进水蠕动泵流量相同。
上述进一步技术方案的有益效果是：该装置将灰水出水通过回流泵部分回流至黑水ATRF进水端来减轻厌氧反应器的有机物负荷，有助于保持污泥厌氧微生物活性，灰水资源化处理单元和黑水资源化处理单元相互配合，对农村污水进行更高效的全量处理。
进一步的，所述黑水进水管、所述黑水出水管、所述灰水进水管、所述集清水管和所述灰水出水管上均设置有止回阀，与池壁连接处均设有柔性防水套管，均采用不锈钢材质，所述排渣管均采用不锈钢材质。
上述进一步技术方案的有益效果是：防止污水倒流且避免处理系统污水泄漏。
本发明还提供了一种基于上述装置的一种农村污水强化分质一体化及资源化处理装方法，包括下述步骤：
步骤一：被收集的黑水经过黑水进水管由黑水进水蠕动泵送入配水槽稳定水量，之后由配水槽通过穿孔墙上的穿孔流入沉淀区进行固液分离，悬浮物沉入集渣斗后由排渣管排出，剩余污水向上流经过斜板的强化沉淀后进入净水区，通过出水孔进入厌氧滴滤转筒式滤池，经过缓冲层、布水板落到转筒式生物滤层上，转筒式生物滤层在电机的驱动下转动，均匀对落下的黑水进行厌氧处理，处理后的黑水在下部集水渠内收集，通过黑水出水单元排出装置;
步骤二：被收集的灰水经过灰水进水管由灰水进水蠕动泵送入灰水沉淀池进行固液分离，悬浮物经沉降后沉入沉渣区由排渣管排出，清水区的上清液通过集清水管由潜污泵送入曝气接触单元下部的灰水布水区，再以向上流的方式流入填料层，填料层下设空气管，空气管上布置有微孔曝气针，底部与空气管相连，上部部分插入填料对填料进行曝气，经调料层处理后利用固液分离板去除混合污泥或杂质后进入清水区，经集水堰收集后由灰水出水单元排出装置;
步骤三：灰水出水的回流量与黑水进水蠕动泵流量保持相同，回流水通过回流管由回流泵回流至灰水回流布水板，通过回流灰水布水板向黑水布水区均匀布水。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供的一种农村污水强化分质一体化及资源化处理装置及方法，具有以下优点：
针对现有农村污水处理忽视黑水和灰水污染物含量与性质的差异而将两类污水混合处理，造成的处理难度加大，处理成本增加的问题，本发明将黑水与灰水分开收集分别处理，黑水和灰水分别进行厌氧和好氧处理，厌氧处理采用厌氧滴滤转筒式滤池(ATRF)，好氧处理采用上流式针孔曝气接触池(UPACT)，根据水质的不同选择了不同的处理方法，并分别提出了ATRF以及UPACT新型处理池的模型，黑水经过强化厌氧处理后，难分解的大分子有机物被水解酸化为小分子易分解物质，可生化性大大提高，提高资源化利用度，同时含有一定含量的氮磷，可以用作农田灌溉用水，兼有肥性，能够改善土壤，避免黑灰水混合处理的一系列弊端;
灰水本身污染物含量较低，经过好氧处理后，出水水质较好，可用作冲厕、洗车;黑水沉渣主要成分是粪便残渣，灰水排渣主要成分是厨房做饭洗碗造成的厨余残渣，均具有较强的可生化性，可收集后与餐厨垃圾进行联合堆肥处理;且本发明中黑水资源化处理过程中水流动的淘洗作用使产甲烷菌难以繁殖，以此将反应器厌氧过程控制在水解酸化的第一阶段，不产生沼气;
本发明的分质处理装置与传统的混合处理相比，降低了处理难度和处理成本，提高了出水水质，使出水得到更有效的资源化利用;且该装置将黑水与灰水资源化处理单元一体化，结构紧凑，占地面积小，投资和运行成本低，能够对农村污水进行有效的资源化处理及利用，适合在农村地区推广。（发明人刘建伟;孙建斌;鲁晨）