申请日20200604
公开(公告)日20200828
IPC分类号C02F9/14; C02F101/10; C02F101/16; C02F101/30; C02F101/38
摘要
本发明公开了一种竖直管式农村污水处理装置，包括：用U形弯管连接的若干根竖直管，各竖直管内依次填充不同物质，以实现不同功能，使得污水自入水口进入处理装置后，先后经历电解除磷、铁‑炭电池微电解降解微生物、厌氧分解、好氧降解、无机除磷和光催化除磷，完成对农村污水的处理。本发明装置占地小、除氮磷效果好、水力负荷高、动力消耗少、操作简单，投入使用后无需额外操作或人工控制、成本低、无二次污染、应用范围广、适应性强，非常适用于对农村污水进行分散化就地处理。
权利要求书
1.一种竖直管式农村污水处理装置，其特征在于，包括：依次连接的若干根竖直管，其中，
第一竖直管的顶部侧壁设置有入水口，所述第一竖直管的顶端设有活动盖;所述活动盖连接有向下的软绳，所述软绳位于所述第一竖直管内，所述软绳的底端悬挂有过滤海绵，所述过滤海绵的下方设置有第一固定筛板;
在第一竖直管内，所述第一固定筛板的下方还设置有若干个风车形电解板，若干个风车形电解板沿着竖直方向间隔设置在一根固定的竖直空心管上，所述第一竖直管的底端通过第一U形弯管连接第二竖直管的底端;其中，每个风车形电解板包括：由内至外依次套接的轴承、绝缘圈、电极圈和外圈，所述轴承固定套接在所述竖直空心管上，所述外圈上接有若干叶片和扇形电极板，叶片和扇形电极板呈放射状分布且间隔设置，电极圈的上表面设有凹槽;所述竖直空心管上固定有若干导电板，分别与若干个风车形电解板上的凹槽一一对应地卡接，每个所述导电板通过从所述竖直空心管内部穿过的导线与外部的直流电源连接，相邻的两个所述风车形电解板所接电源电极相反，且所述电极圈和扇形电极板采用的材料为铁或铝;
在第二竖直管内部，由下至上分别设置有第二固定筛板、铁-炭颗粒、活动筛板、弹簧及第三固定筛板，其中，所述弹簧连接着所述活动筛板和第三固定筛板，所述弹簧保持压缩状态，所述第二竖直管的顶端通过第二U形弯管连接第三竖直管的顶端;
所述第三竖直管内填充有厌氧生物填料，所述第三竖直管的底端通过第三U形弯管连接第四竖直管的底端，所述第四竖直管内填充有厌氧生物填料，所述第四竖直管的顶端通过第四U形弯管连接第五竖直管的顶端;在所述第四U形弯管内设置有喉管，所述喉管的两端分别与所述第四竖直管的顶端和第五竖直管的顶端连接，在所述喉管的喉道的管径最小处设置有向上的空气管，所述空气管的顶端进气口位于地面以上;
所述第六竖直管分为上段竖直管和下段竖直，其中，所述上段竖直内填充上部填料并在所述上部填料中设有石英玻璃管，所述石英玻璃管内设有紫外灯，所述上部填料为2～8mm的负载有光催化剂的陶粒;所述下段竖直管内套设有金属波纹管，所述金属波纹管内填充有下部填料，所述下部填料是质量比为1：2：3：2：1的石灰石、黄铁矿、过氧化钙、褐锰矿和铁屑的混合物，所述下部填料填充满2/3的下段竖直管。
2.如权利要求1所述的竖直管式农村污水处理装置，其特征在于，所述入水口高于所述第二U形弯管的顶端、所述第四U形弯管的顶端以及所述第六竖直管的顶端。
3.如权利要求1所述的竖直管式农村污水处理装置，其特征在于，所述过滤海绵由若干段不同尺寸的孔径的聚氨酯海绵拼接而成，且从上到下的海绵的孔径逐渐变小。
4.如权利要求1所述的竖直管式农村污水处理装置，其特征在于，所述铁-炭颗粒采取质量比为1:1的铁球和活性炭颗粒的混合物，所述活性炭颗粒为柱状颗粒活性炭，所述铁球直径为3～5mm。
5.如权利要求1所述的竖直管式农村污水处理装置，其特征在于，所述负载有光催化剂的陶粒通过以下方式制得：将质量比为10：5：1：1的膨润土、凹凸棒土、氯化钴和钛酸四丁酯混合搅拌均匀，加水搅拌调和，造粒成直径4～8mm的湿颗粒球;将湿颗粒球在100℃下干燥1～2h，再在600℃焙烧20～40min，自然冷却即得。
6.如权利要求1所述的竖直管式农村污水处理装置，其特征在于，所述厌氧生物填料为海绵状多孔填料。
7.如权利要求1所述的竖直管式农村污水处理装置，其特征在于，所述好氧生物填料为绳状填料。
8.如权利要求1所述的竖直管式农村污水处理装置，其特征在于，所述好氧生物填料为多段相互平行的绳状填料，竖直设置在所述第五竖直管内，且每段绳状填料的顶端和底端分别固定。
9.如权利要求1所述的竖直管式农村污水处理装置，其特征在于，还可以包括若干对通过U形弯管连接的厌氧生物填料竖直管，并设置在所述第三竖直管和第四竖直管之间。
10.如权利要求1所述的竖直管式农村污水处理装置，其特征在于，各所述U形弯管设置为分离式的。
说明书
一种竖直管式农村污水处理装置
技术领域
本发明属于环境保护的水处理技术领域，具体涉及一种农村污水处理装置。
背景技术
随着农村的迅速发展和广大农村人民生活水平的迅速提高，以及农村畜禽养殖、水产养殖和农副产品加工等产业的发展，农村生活污水的排放量不断增加，严重破坏了农村的生态平衡。农村生活污水主要来自于农民生活过程中粪便及其冲洗水、洗浴污水和厨房污水以及农村分散畜牧养殖过程中所产生的污水。农村生活污水水质的特点为N、P含量高、可生化性强、含重金属等有毒有害物较少，在排放上具有每户排放量相对较少，水质波动较大，排放点分散，点多面广，收集较困难等特点。目前城镇污水收集集中处理的传统模式及工艺在农村地区不能适用。加之，农村地区经济较为落后，高耗能、较高费用的技术很难推广应用。因此，农村生活污水治理应该根据污染源的分布采用分散化、小型化的治理模式，技术上应该要求工艺简单、净化效果有保证、投资省、能耗低、运行维护简单。
现有技术中，有采用自然处理系统对农村污水进行生态处理，其是利用土壤过滤、植物吸收和微生物分解的原理，又称为生态处理系统，包括：人工湿地处理系统和地下土壤渗滤净化系统
(1)人工湿地处理系统。污水湿地处理系统分自然和人工湿地处理系统，自然湿地就是自然的沼泽地，人工湿地污水处理技术是一种基于自然生态原理，使污水处理达到工程化、实用化的新技术。将污水有控制地投配到土壤经常处于饱和状态、生长有象芦苇、香蒲等沼泽生植物的土地上，利用植物根系的吸收和微生物的作用，并经过多层过滤，来达到降解污染、净化水质的目的，它是一种充分利用地下人工介质中栖息的植物、微生物、植物根系，以及介质所具有的物理、化学特性，将污水净化的天然与人工处理相结合的复合工艺。这种工艺的缺点主要有：受季节影响比较大。一般冬季，植物生长缓慢甚至枯黄，其自身也变成需要去除的垃圾，就无法再起到污水处理的作用。另外，这种工艺还需要占用大面积的土地。
(2)地下土壤渗滤净化系统。分散的几户或十几户人家适合采用地下土壤渗滤净化系统。地下土壤渗滤净化系统是一种基于自然生态原理，予以工程化、实用化而创造出的一种新型小规模污水净化工艺技术，是将污水有控制地投配到经一定构造、距地面约50cm深和具有良好扩散性能的土层中。投配污水缓慢通过布水管周围的碎石和砂层，在土壤毛管作用下向附近土层中扩散。表层土壤中有大量微生物，作物根区处于好氧状态，污水中的污染物质被过滤、吸附、降解。这种处理工艺有污染地下水的可能，另外，下大雨时还会导致地表水污染，夏天会恶臭、蚊蝇丛生等等各种问题。
现有技术中，还有采用生物处理系统对农村污水进行处理，可分为好氧生物处理和厌氧生物处理。
(1)好氧生物处理系统。好氧生物处理系统是新农村污水处理中最常用的一种处理技术。好氧生物处理工艺众多，各有优缺点，选择时要根据实际情况仔细论证和比选，注重经济适用。好氧生物处理法就是通过风机等设备给污水输氧，培养生物菌种和微生物，通过菌种和微生物把污水中的大部分有机物分解为无污染的二氧化碳、水等物质，少部分合成为细胞物质，促使微生物增长，并以剩余污泥的形式排出，使污水得以净化排放。好氧生物处理系统需采用人工曝气增氧装置，其能耗较高，污水搅拌、鼓风曝气的电耗约占运营成本的60%。此外，冬天微生物生长受温度影响较大，需要保温，还要求配设保温装置。
(2)厌氧生物处理系统。目前单一的厌氧生物处理法在技术上还存在一些问题，主要表现在生物处理效率较低，尤其表现为氮磷去除率很低，在一定程度上限制了其应用。
此外，现有技术中还有采取一体化污水处理装置对农村污水进行处理，对控制村镇水环境污染起到积极的作用，但对氮、磷等营养物去除率仍较低，使得湖泊、水库等水体日趋恶化，水体富营养化问题仍相当突出。此外，现有的一体化污水处理装置还存在占地面积大及能耗高的不足。例如，移动床生物膜污水处理装置通过向污水处理装置中投加一定数量的悬浮载体，提高污水处理装置中的生物量及生物种类，从而提高污水处理装置的处理效率。虽然移动床生物膜污水处理装置具有容积负荷高、耐冲击性强等特点，但是这种工艺对总氮、总磷的去除率不高，不能从根本上解决水污染"富营养化"问题，只能延缓水污染趋势。为了防止水体富营养化的加剧，出水总氮和总磷浓度需维持在较低的范围内。而且，由于净化设备结构复杂，运行成本高，所以一直没有被农村地区普及利用。因此，迫切需要一种易操作、效果好、低成本、无二次污染、应用范围广和适应性强的处理系统，对农村污水进行分散化就地处理，从而节约资金、减少投资，为低密度社区提供适当的污水治理解决方案，从而针对我国农村地区提供实际可行的解决办法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种竖直管式农村污水处理装置，占地小、除氮磷效果好、水力负荷高、动力消耗少、操作简单，投入使用后无需额外操作或人工控制、成本低、无二次污染、应用范围广、适应性强，非常适用于对农村污水进行分散化就地处理。
一种竖直管式农村污水处理装置，包括：依次连接的若干根竖直管，其中，
第一竖直管的顶部侧壁设置有入水口，所述第一竖直管的顶端设有活动盖;所述活动盖连接有向下的软绳，所述软绳位于所述第一竖直管内，所述软绳的底端悬挂有过滤海绵，所述过滤海绵的下方设置有第一固定筛板，用于支撑过滤海绵;
在第一竖直管内，所述第一固定筛板的下方还设置有若干个风车形电解板，若干个风车形电解板沿着竖直方向间隔设置在一根固定的竖直空心管上，所述第一竖直管的底端通过第一U形弯管连接第二竖直管的底端;其中，每个风车形电解板包括：由内至外依次套接的轴承、绝缘圈、电极圈和外圈，所述轴承固定套接在所述竖直空心管上，所述外圈上接有若干叶片和扇形电极板，叶片和扇形电极板呈放射状分布且间隔设置，电极圈的上表面设有凹槽;所述竖直空心管上固定有若干导电板，分别与若干个风车形电解板上的凹槽一一对应地卡接，每个所述导电板通过从所述空心管内部穿过的导线与外部的直流电源连接，相邻的两个所述风车形电解板所接电源电极相反，且所述电极圈和扇形电极板采用的材料为铁或铝;
在第二竖直管内部，由下至上分别设置有第二固定筛板、铁-炭颗粒、活动筛板、弹簧及第三固定筛板，其中，所述弹簧连接着所述活动筛板和第三固定筛板，所述弹簧保持压缩状态，所述第二竖直管的顶端通过第二U形弯管连接第三竖直管的顶端;
所述第三竖直管内填充有厌氧生物填料，所述第三竖直管的底端通过第三U形弯管连接第四竖直管的底端，所述第四竖直管内填充有厌氧生物填料，所述第四竖直管的顶端通过第四U形弯管连接第五竖直管的顶端;在所述第四U形弯管内设置有喉管，所述喉管的两端分别与所述第四竖直管的顶端和第五竖直管的顶端连接，在所述喉管的喉道的管径最小处设置有向上的空气管，所述空气管的顶端进气口位于地面以上;
所述第六竖直管分为上段竖直管和下段竖直，其中，所述上段竖直内填充上部填料并在所述上部填料中设有石英玻璃管，所述石英玻璃管内设有紫外灯，所述上部填料为2～8mm的负载有光催化剂的陶粒;所述下段竖直管内套设有金属波纹管，所述金属波纹管内填充有下部填料，所述下部填料是质量比为1：2：3：2：1的石灰石、黄铁矿、过氧化钙、褐锰矿和铁屑的混合物，所述下部填料填充满2/3的下段竖直管。
在本发明的一些具体实例中，所述入水口高于所述第二U形弯管的顶端、所述第四U形弯管的顶端以及所述第六竖直管的顶端。
在本发明的一些具体实例中，所述过滤海绵由几段不同尺寸的孔径的聚氨酯海绵拼接而成，且从上到下的海绵的孔径逐渐变小。
在本发明的一些具体实例中，所述铁-炭颗粒采取质量比为1:1的铁球和活性炭颗粒的混合物，所述活性炭颗粒为柱状颗粒活性炭，所述铁球直径为3～5mm。
在本发明的一些具体实例中，所述负载有光催化剂的陶粒通过以下方式制得：将质量比为10：5：1：1的膨润土、凹凸棒土、氯化钴和钛酸四丁酯混合搅拌均匀，加水搅拌调和，造粒成直径4～8mm的湿颗粒球;将湿颗粒球在100℃下干燥1～2h，再在600℃焙烧20～40min，自然冷却即得。
在本发明的一些具体实例中，所述厌氧生物填料为海绵状多孔填料。
在本发明的一些具体实例中，所述好氧生物填料为绳状填料。
在本发明的一些具体实例中，所述好氧生物填料为多段相互平行的绳状填料，竖直设置在所述第五竖直管内，且每段绳状填料的顶端和底端分别固定。
在本发明的一些具体实例中，还可以包括若干对通过U形弯管连接的厌氧生物填料竖直管，并设置在所述第三竖直管和第四竖直管之间。
同样，本装置可以根据水质的情况，来延长某段功能的长度，比如，废水中含磷较多，则可以增加第六竖直管的长度。
在本发明的一些具体实例中，各所述U形弯管设置为分离式的。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1)本发明装置采用若干根竖直管对污水进行处理，由于各个竖直管均埋设在地面以下，原则上可以设置为所需要的任意长度，而不必占用过多的地面面积，从而节省了农村宝贵的土地资源。
2)本发明装置结合了物理法、生物法以及光催化法去除污水中的氮磷有机物等，污水负荷高，处理效果好。
3)本发明装置的各构成部件均作了进一步的细化设计，比如，采取风车式电解板，来配合水流冲击，使得电解板可以旋转，从而减少反应过程中电极板表面的沉积物，更有利于提高电解除磷效率，延长电解寿命;再例如，采取压缩弹簧对铁-炭颗粒施加一定的压力，使得铁球颗粒和活性炭颗粒(尤其是特定尺寸和配比的颗粒混合物)在弹簧的作用下始终都能既紧密接触又有空隙。铁球和活性炭始终紧密接触，能够保证获得良好的原电池结构，发生电池反应;同时，空隙的存在使得水流能通畅流过，污水中的氧气在该阶段得以消耗，为后续的厌氧过程作好准备;又例如，第五竖直管内的好氧生物填料采取绳状填料，其阻力小，负载量大，对氮的去除效果显著;再例如，第六竖直管分为上、下两段竖直管，在上段竖直管内设置了光催化剂和紫光灯，而在下段竖直管内设置了金属波纹管来装填下部填料，一方面减小管径，使水流速度加快，填料间碰撞加剧，另一方面，波纹管粗糙度也能增加碰撞，使无机填料产生更多的小颗粒，而下部填料在流化状态下撞击也会形成少量小颗粒催化剂，这些小颗粒催化剂进入到上部填料中，在紫外光的照射下，高效分解剩余有机物，效果显著。
4)本发明装置动力消耗少，只需要在入水口用水泵将污水抬升少量高度，然后通过水的重力自流即可完成整个处理过程。
5)本发明装置操作简单，投入使用后无需额外操作或人工控制，由于处理管线可以设置足够长，因此，具有极强的缓冲和恢复能力，无需人工控制和调节水质，经过长线路的混合及适应，可以达到较好的处理效果。（发明人蔡鲁祥;张卓然;俞国英;龙骏）