公布日：2022.07.29
申请日：2022.04.18
分类号：C02F9/14(2006.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/30(2006.01)N
摘要
本发明公开了一种一站式农村分散污水处理设备及其处理方法，属于污水处理技术领域。本发明包括进水预处理装置、多重逆循环泥膜耦合生化反应系统、沉淀池、消毒池、贮泥池及设备电控箱，所述的多重逆循环泥膜耦合生化反应系统包括非曝气池和曝气池，以及气动泥水循环装置、波轮循环曝气装置和气动间歇搅拌装置，非曝气池和曝气池、沉淀池、消毒池、贮泥池共同拼接组成圆筒状。本发明融合了多重逆循环泥膜耦合技术、波轮循环曝气技术、气动循环技术、气动排泥技术和气动搅拌技术，在强化了污水处理的生物脱氮除磷功能的同时，提高了有机物和氨氮的处理效果，设备全自动运行，日常无需人工干预，有效降低了人工运行成本。
权利要求书
1.一种一站式农村分散污水处理设备，包括进水预处理装置、多重逆循环泥膜耦合生化反应系统、沉淀池(3)、消毒池(4)、贮泥池(5)及设备电控箱(27)，其特征在于：所述的多重逆循环泥膜耦合生化反应系统包括非曝气池(1)和曝气池(2)，以及气动泥水循环装置(10)、波轮循环曝气装置(15)和气动间歇搅拌装置(13)，非曝气池(1)和曝气池(2)、沉淀池(3)、消毒池(4)、贮泥池(5)共同拼接组成圆筒状，设备电控箱(27)内设置有全自动运行控制系统(11)、曝气气泵(24)、动力气泵(25)、移动式气动清淤装置(26)。
2.根据权利要求1所述的一种一站式农村分散污水处理设备，其特征在于：所述的进水预处理装置包括进水管(6)、箱式孔板格栅(7)及格栅限位支架；箱式孔板格栅(7)顶部设提升杆或提升链，用于定期取出格栅，清理箱内栅渣；格栅孔径3-10mm。
3.根据权利要求1所述的一种一站式农村分散污水处理设备，其特征在于：所述的非曝气池(1)被数块隔板分隔为串联的多个分格，分格数为不少于4的偶数；单数格内呈下向流，双数格内呈上向流，下向流分格内设悬挂式填料(12)，呈泥膜耦合态，填充率20％-50％；上向流分格内为活性污泥完全混合态；数块隔板依次在底部和顶部分别设有底部方形过水孔洞(8)和顶部方形过水孔洞(9)，相邻隔板的孔洞位置在平面上呈对角线关系，在竖向上呈上下交替关系，孔洞为正方形或矩形，长和宽均不小于80mm；所述的曝气池(2)被隔板分隔为串联的2格，池内设悬浮球填料(14)和波轮循环曝气装置(15)，呈泥膜耦合态，填充率5％-20％；所述的波轮循环曝气装置(15)包括曝气气泵(24)和曝气器，曝气器为纳米微孔曝气管或盘式微孔曝气器，曝气器设置于每格曝气池(2)单侧底部；所述的气动泥水循环装置(10)包括泥水管路、空气管路和两套并联的空气分配阀组，利用气提原理实现泥水在非曝气池(1)、曝气池(2)和沉淀池(3)之间多重逆循环；所述的多重逆循环包括在非曝气池(1)内分格之间的泥水混合液逆循环、曝气池(2)与非曝气池(1)之间的硝化液逆循环、在沉淀池(3)与非曝气池(1)之间的污泥逆循环，用于实现高效地生物脱氮除磷；所述的空气管路一端连接泥水管路的入口，另一端依次连接空气分配阀组和动力气泵(25)；所述的空气分配阀组包括分配器、手动阀及电磁阀，分配器的进气管依次连接电磁阀和动力气泵(25)，出气管连接3根并联的空气管路，每根空气管上设手动阀，手动阀用于调节循环流量；所述的电磁阀由全自动运行控制系统(11)控制切换循环策略；所述的气动间歇搅拌装置(13)，包括空气管路和空气分配阀组，空气管路一端安装于非曝气池(1)内所有上向流分格底部，端头设五通接头，另一端连接空气分配器阀组，由全自动运行控制系统(11)控制周期性运行，用于调控非曝气池(1)内污泥浓度。
4.根据权利要求1所述的一种一站式农村分散污水处理设备，其特征在于：所述的沉淀池(3)包括布水导流筒(16)、泥斗(17)、集水导流管(21)及气动排泥装置(18)；所述的布水导流筒(16)设置于沉淀池(3)一端，曝气池(2)出水从布水导流筒(16)顶部流入，从底部流出进入沉淀池(3)；所述的集水导流管(21)设置于沉淀池(3)中远离布水导流筒(16)的另一端，集水导流管(21)进水端设喇叭状集水口和排气管，出水端接至消毒池(4)底部，沉淀池(3)出水自上而下经过集水导流管(21)进入消毒池(4)；所述的气动排泥装置(18)包括排泥管和空气管路；排泥管的一端设置于泥斗(17)底部，端头设五通接头，另一端设置于贮泥池(5)顶部液面以上；气管一端依次连接电磁阀和动力气泵(25)，另一端连接排泥管距离五通接头100mm-300mm处，连接角度采用90°或斜向上45°中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种一站式农村分散污水处理设备，其特征在于：所述的消毒池(4)的进水口位于一端的池底，出水口位于消毒池(4)另一端池顶；进水口处设氯片消毒器(22)；氯片消毒器(22)包括缓释氯片、塑料球笼及挂绳，消毒池(4)外侧设置有出水管(23)。
6.根据权利要求1所述的一种一站式农村分散污水处理设备，其特征在于：所述的移动式气动清淤装置(26)包括手动阀、空气软管、吸泥软管及负压吸泥头；整套装置盘卷收纳于设备电控箱(27)中，用于定期抽吸清除消毒池(4)底部的淤泥，也可取代水泵用于设备放空；负压吸泥头由异径三通、弯头和管道构成h状；空气软管一端依次与手动阀和动气气泵(25)连接，另一端与负压吸泥头连接；吸泥软管与负压吸泥头连接，将淤泥排至贮泥池(5)。
7.根据权利要求1所述的一种一站式农村分散污水处理设备，其特征在于：所述的气动泥水循环装置(10)、气动间歇搅拌装置(13)、气动排泥装置(18)及移动式气动清淤装置(26)均连接至同一台动力气泵(25)。
8.根据权利要求4所述的一种一站式农村分散污水处理设备，其特征在于：所述的贮泥池(5)顶部设挡泥板(19)，挡泥板(19)伸入液位以下200mm-500mm，将贮泥池(5)顶部分隔为两个区域，排泥管出泥口设于其中一个区域的顶部，另一个区域的顶部设置有溢流管(20)；排泥时沉淀池(3)顶部的上清液溢流至非曝气池(1)，经处理后达标排放；设置挡泥板(19)可避免排泥与上清液混合造成污泥溢流。
9.根据权利要求1所述的一种一站式农村分散污水处理设备，其特征在于：所述的全自动运行控制系统(11)对气动泥水循环装置(10)、气动排泥装置(18)及气动间歇搅拌装置(13)发出控制指令，使一站式农村分散污水处理设备以小时为单位周期性自动运行，运行周期和时长可实时调整，设备池体材质可采用玻璃钢、碳钢和PE中的一种，设备的进水方式采用重力自流，直接与污水管网连接，无需配套建设调节池等任何附属构筑物、建筑物，也无需任何其他配套设备的采购与安装，即可将污水处理达标。
10.根据权利要求5所述的一种一站式农村分散污水处理设备的处理方法，其特征在于：其步骤为：步骤一：污水首先进入进水预处理装置，截留去除垃圾等漂浮物后进入多重逆循环泥膜耦合生化反应系统中；步骤二：在多重逆循环泥膜耦合生化反应系统中，污水依次流经非曝气池(1)和曝气池(2)，并且通过气动泥水循环装置(10)和全自动运行控制系统(11)的控制，在非曝气池(1)内的分格之间、曝气池(2)与非曝气池(1)之间、沉淀池(3)与非曝气池(1)之间进行多重逆循环；多重逆循环的作用，一方面使非曝气池(1)内的活性污泥呈悬浮状态，以水力搅拌取代机械搅拌，达到活性污泥在整个反应系统中有效流通且使整个反应系统内保持有效污泥浓度的目的；另一方面使曝气池(2)中富含硝态氮的泥水混合液与原污水汇合，利用非曝气池(1)内呈泥膜耦合强化态的反硝化菌实现生物脱氮的目的；再一方面使富含聚磷菌的活性污泥实现厌氧和好氧状态交替，达到生物除磷的目的；步骤三：非曝气池(1)第一个分格为下向流，最后一个分格为上向流；污水依次流经非曝气池(1)的下向流和上向流交替的数个分格后，进入曝气池(2)；非曝气池(1)的前2/3分格内呈缺氧和好氧交替状态，后续剩余分格内呈厌氧态；上向流分格中悬浮污泥浓度自下而上逐渐降低，随水质水量变化而变化，通过气动间歇搅拌装置(13)调控污泥浓度梯度，进而达到调控整个反应系统内的污泥浓度的目的，确保污水处理效果稳定；下向流分格中设置悬挂式填料(12)，增加了系统内固定微生物量，而且填料在水流带动下呈摇摆状，不断自动更新生物膜、保持微生物活性，从而强化了反硝化脱氮功能；步骤四：曝气池(2)分为串联的两格，第一分格为下向流，最后一个分格为上向流；曝气池(2)内的悬浮球填料(14)，在单边曝气形成的负压作用下，随水流和气流不停地上下翻滚呈波轮循环态，一方面使气液固三相充分接触，提高了传质效率，另一方面使填料不断受到冲刷，既防止球内积泥，又促进老化生物膜脱落更新；再一方面，还延长了实际水力停留时间，提高了容积效率和处理效果；步骤五：沉淀池(3)对来自曝气池(2)的出水进行泥水分离，一部分污泥逆循环至非曝气池(1)，一部分污泥通过气动排泥装置(18)周期性自动排入贮泥池(5)；排泥周期1-2次/日，排泥时长10-20s/次；出水通过集水导流管(21)进入消毒池(4)；步骤六：消毒池(4)采用缓释氯片消毒方式对沉淀池(3)出水进行杀毒灭菌；氯片消毒器(22)设置于集水导流管(21)出口处，与进水充分混合，接触停留时间不少于30min；消毒池(4)内推流的流态使得SS(悬浮物)进一步降低，出水可达标排放或回用；定期使用移动式气动清淤装置(26)去除池底沉积物，周期1-3个月；步骤七：贮泥池(5)存储沉淀池(3)排出的剩余污泥，存储能力不少于30天，定期将污泥清掏外运，从根本上实现总磷的去除。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供了一种一站式农村分散污水处理设备及其处理方法，本发明采用一站式工艺设计，设备高度集成了将污水处理达到地方农污排放标准和回用标准的全处理流程，具备一座污水处理站的完整功能，无需调节池、贮泥池、消毒池、设备间等任何附属构筑物、建筑物的施工建设，也无需格栅、水泵等其他配套设备的采购安装，设备安装简单，大大降低了污水站的占地面积、施工成本和建设周期；另外，本发明采用分布式处理模式，既可多户联用，也可单户使用，能够有效降低污水管网的建设投资；此外，本发明融合了多重逆循环泥膜耦合技术、波轮循环曝气技术、气动循环技术、气动排泥技术和气动搅拌技术，在强化了污水处理的生物脱氮除磷功能的同时，提高了有机物和氨氮的处理效果，而且仅靠气动力实现污泥悬浮、泥水循环、剩余污泥外排，省去了机械搅拌设备和循环泵，能耗降低80％以上；再者，本发明设备全自动运行，日常无需人工干预，有效降低了人工运行成本，还有效解决了农村技术力量薄弱运维难的问题。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种一站式农村分散污水处理设备，包括进水预处理装置、多重逆循环泥膜耦合生化反应系统、沉淀池、消毒池、贮泥池及设备电控箱，其特征在于：所述的多重逆循环泥膜耦合生化反应系统包括非曝气池和曝气池，以及气动泥水循环装置、波轮循环曝气装置和气动间歇搅拌装置，非曝气池和曝气池、沉淀池、消毒池、贮泥池共同拼接组成圆筒状，设备电控箱内设置有全自动运行控制系统、曝气气泵、动力气泵、移动式气动清淤装置。
进一步地，所述的进水预处理装置包括进水管、箱式孔板格栅及格栅限位支架；箱式孔板格栅顶部设提升杆或提升链，用于定期取出格栅，清理箱内栅渣；格栅孔径3-10mm。
进一步地，所述的非曝气池被数块隔板分隔为串联的多个分格，分格数为不少于的偶数；单数格内呈下向流，双数格内呈上向流，下向流分格内设悬挂式填料，呈泥膜耦合态，填充率20％-50％；上向流分格内为活性污泥完全混合态；数块隔板依次在底部和顶部分别设有底部方形过水孔洞和顶部方形过水孔洞，相邻隔板的孔洞位置在平面上呈对角线关系，在竖向上呈上下交替关系，孔洞为正方形或矩形，长和宽均不小于80mm；
所述的曝气池被隔板分隔为串联的2格，池内设悬浮球填料和波轮循环曝气装置，呈泥膜耦合态，填充率5％-20％；所述的波轮循环曝气装置包括曝气气泵和曝气器，曝气器为纳米微孔曝气管或盘式微孔曝气器，曝气器设置于每格曝气池单侧底部；
所述的气动泥水循环装置包括泥水管路、空气管路和两套并联的空气分配阀组，利用气提原理实现泥水在非曝气池、曝气池和沉淀池之间多重逆循环；所述的多重逆循环包括在非曝气池内分格之间的泥水混合液逆循环、曝气池与非曝气池之间的硝化液逆循环、在沉淀池与非曝气池之间的污泥逆循环，用于实现高效地生物脱氮除磷；所述的空气管路一端连接泥水管路的入口，另一端依次连接空气分配阀组和动力气泵；所述的空气分配阀组包括分配器、手动阀及电磁阀，分配器的进气管依次连接电磁阀和动力气泵，出气管连接3根并联的空气管路，每根空气管上设手动阀，手动阀用于调节循环流量；所述的电磁阀由全自动运行控制系统控制切换循环策略；
所述的气动间歇搅拌装置，包括空气管路和空气分配阀组，空气管路一端安装于非曝气池内所有上向流分格底部，端头设五通接头，另一端连接空气分配器阀组，由全自动运行控制系统控制周期性运行，用于调控非曝气池内污泥浓度。
进一步地，所述的沉淀池包括布水导流筒、泥斗、集水导流管及气动排泥装置；
所述的布水导流筒设置于沉淀池一端，曝气池出水从布水导流筒顶部流入，从底部流出进入沉淀池；
所述的集水导流管设置于沉淀池中远离布水导流筒的另一端，集水导流管进水端设喇叭状集水口和排气管，出水端接至消毒池底部，沉淀池出水自上而下经过集水导流管进入消毒池；
所述的气动排泥装置包括排泥管和空气管路；排泥管的一端设置于泥斗底部，端头设五通接头，另一端设置于贮泥池顶部液面以上；气管一端依次连接电磁阀和动力气泵，另一端连接排泥管距离五通接头100mm-300mm处，连接角度采用90°或斜向上45°中的一种。
进一步地，所述的消毒池的进水口位于一端的池底，出水口位于消毒池另一端池顶；进水口处设氯片消毒器；氯片消毒器包括缓释氯片、塑料球笼及挂绳，消毒池外侧设置有出水管。
进一步地，所述的移动式气动清淤装置包括手动阀、空气软管、吸泥软管及负压吸泥头；整套装置盘卷收纳于设备电控箱中，用于定期抽吸清除消毒池底部的淤泥，也可取代水泵用于设备放空；负压吸泥头由异径三通、弯头和管道构成h状；空气软管一端依次与手动阀和动气气泵连接，另一端与负压吸泥头连接；吸泥软管与负压吸泥头连接，将淤泥排至贮泥池。
进一步地，所述的气动泥水循环装置、气动间歇搅拌装置、气动排泥装置及移动式气动清淤装置均连接至同一台动力气泵。
进一步地，所述的贮泥池顶部设挡泥板，挡泥板伸入液位以下200mm-500mm，将贮泥池顶部分隔为两个区域，排泥管出泥口设于其中一个区域的顶部，另一个区域的顶部设置有溢流管；排泥时沉淀池顶部的上清液溢流至非曝气池，经处理后达标排放；设置挡泥板可避免排泥与上清液混合造成污泥溢流。
进一步地，所述的全自动运行控制系统对气动泥水循环装置、气动排泥装置及气动间歇搅拌装置发出控制指令，使一站式农村分散污水处理设备以小时为单位周期性自动运行，运行周期和时长可实时调整，设备池体材质可采用玻璃钢、碳钢和PE中的一种，设备的进水方式采用重力自流，直接与污水管网连接，无需配套建设调节池等任何附属构筑物、建筑物，也无需任何其他配套设备的采购与安装，即可将污水处理达标。
一种一站式农村分散污水处理设备的处理方法，其步骤为：
步骤一：污水首先进入进水预处理装置，截留去除垃圾等漂浮物后进入多重逆循环泥膜耦合生化反应系统中；
步骤二：在多重逆循环泥膜耦合生化反应系统中，污水依次流经非曝气池和曝气池，并且通过气动泥水循环装置和全自动运行控制系统的控制，在非曝气池内的分格之间、曝气池与非曝气池之间、沉淀池与非曝气池之间进行多重逆循环；多重逆循环的作用，一方面使非曝气池内的活性污泥呈悬浮状态，以水力搅拌取代机械搅拌，达到活性污泥在整个反应系统中有效流通且使整个反应系统内保持有效污泥浓度的目的；另一方面使曝气池中富含硝态氮的泥水混合液与原污水汇合，利用非曝气池内呈泥膜耦合强化态的反硝化菌实现生物脱氮的目的；再一方面使富含聚磷菌的活性污泥实现厌氧和好氧状态交替，达到生物除磷的目的；
步骤三：非曝气池第一个分格为下向流，最后一个分格为上向流；污水依次流经非曝气池的下向流和上向流交替的数个分格后，进入曝气池；非曝气池的前2/3分格内呈缺氧和好氧交替状态，后续剩余分格内呈厌氧态；上向流分格中悬浮污泥浓度自下而上逐渐降低，随水质水量变化而变化，通过气动间歇搅拌装置调控污泥浓度梯度，进而达到调控整个反应系统内的污泥浓度的目的，确保污水处理效果稳定；下向流分格中设置悬挂式填料，增加了系统内固定微生物量，而且填料在水流带动下呈摇摆状，不断自动更新生物膜、保持微生物活性，从而强化了反硝化脱氮功能；
步骤四：曝气池分为串联的两格，第一分格为下向流，最后一个分格为上向流；曝气池内的悬浮球填料，在单边曝气形成的负压作用下，随水流和气流不停地上下翻滚呈波轮循环态，一方面使气液固三相充分接触，提高了传质效率，另一方面使填料不断受到冲刷，既防止球内积泥，又促进老化生物膜脱落更新；再一方面，还延长了实际水力停留时间，提高了容积效率和处理效果；
步骤五：沉淀池对来自曝气池的出水进行泥水分离，一部分污泥逆循环至非曝气池，一部分污泥通过气动排泥装置周期性自动排入贮泥池；排泥周期1-2次/日，排泥时长10-20s/次；出水通过集水导流管进入消毒池；
步骤六：消毒池采用缓释氯片消毒方式对沉淀池出水进行杀毒灭菌；氯片消毒器设置于集水导流管出口处，与进水充分混合，接触停留时间不少于30min；消毒池内推流的流态使得SS(悬浮物)进一步降低，出水可达标排放或回用；定期使用移动式气动清淤装置去除池底沉积物，周期1-3个月；
步骤七：贮泥池存储沉淀池排出的剩余污泥，存储能力不少于30天，定期将污泥清掏外运，从根本上实现总磷的去除。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明采用一站式工艺设计，设备高度集成了将污水处理达到地方农污排放标准和回用标准的全处理流程，具备一座污水处理站的完整功能，无需调节池、贮泥池、消毒池、设备间等任何附属构筑物、建筑物的施工建设，也无需格栅、水泵等其他配套设备的采购安装，设备安装简单，大大降低了污水站的占地面积、施工成本和建设周期；另外，本发明采用分布式处理模式，既可多户联用，也可单户使用，能够有效降低污水管网的建设投资；此外，本发明融合了多重逆循环泥膜耦合技术、波轮循环曝气技术、气动循环技术、气动排泥技术和气动搅拌技术，在强化了污水处理的生物脱氮除磷功能的同时，提高了有机物和氨氮的处理效果，而且仅靠气动力实现污泥悬浮、泥水循环、剩余污泥外排，省去了机械搅拌设备和循环泵，能耗降低80％以上；再者，本发明设备全自动运行，日常无需人工干预，有效降低了人工运行成本，还有效解决了农村技术力量薄弱运维难的问题。
（发明人：郑俊;宁靓;张德伟;程晓虎;连宏伟）