CN116022914A - 一种农村污水处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于农村生活污水处理的污水处理装置，包括：池体；曝气区，位于池体的水平截面内的中心部；以及一个以上沉淀区，位于池体的所述水平截面的边缘部分，并且沉淀区各自通过连通口与所述曝气区流体连通，其中，曝气区内设置有：微孔曝气系统，位于曝气区底部；以及生物模块，固定于微孔曝气系统上方且污水面以下，并且，至少一个所述沉淀区内设置有：斜管沉淀单元，在竖直方向上设置在沉淀区的中部；以及除气单元，在竖直方向上设置在斜管沉淀单元的下方。
Description
技术领域
本发明涉及污水治理领域，特别涉及适用于农村生活污水的处理装置、处理系统和处理工艺。
背景技术
农村生活污水治理是农村人居环境整治的重要内容。国家九部门联合印发了《关于推进农村生活污水治理的指导意见》，意见指出积极推广低成本、低能耗、易维护、高效率的污水处理技术。
我国农村污水处理技术处于百花齐放状态，如好氧、好氧+生态组合、厌氧/好氧组合、膜生物反应器等处理工艺。农村生活污水可生化性好，具有水量小、负荷多变的特点，通过对我国中部地区农村生活污水治理技术调查显示，73.33％的省份采用生物处理技术，16.67％采用生态处理技术，10％采用生物生态组合技术，但目前污水处理设施运行率低、稳定运行效果差，除资金短缺、管理粗放等因素外，技术不符合农村特点、运行成本高、运行维护复杂等是制约农村生活污水设施正常运行的主要技术瓶颈。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的发明人将生物膜法与活性污泥法相结合、曝气池与沉淀池相结合、并参照SBR工艺间歇运行的特点，提出一种用于农村生活污水处理的间歇式生物净化池，该工艺装置可提升沉淀效果、降低运行能耗、减少占地面积，具有耐冲击负荷、沉淀效果佳、运行成本低、维护简单的特点。
本发明的第一方面提供一种污水处理装置，包括：
池体；
曝气区，位于所述池体的水平截面内的中心部分；以及
一个以上沉淀区，位于所述池体的所述水平截面的边缘部分，并且所述沉淀区各自通过连通口与所述曝气区流体连通，
其中，所述曝气区内设置有：
微孔曝气系统，位于所述曝气区底部；以及
生物模块，固定于所述微孔曝气系统上方且污水面以下，并且
其中，至少一个所述沉淀区内设置有：
斜管沉淀单元，在竖直方向上设置在所述沉淀区的中部；以及
除气单元，在所述竖直方向上设置在所述斜管沉淀单元的下方。
如前述及后述任意一项所述的处理装置，所述微孔曝气系统的曝气与静沉时间比为3:1～2:1。
如前述及后述任意一项所述的处理装置，所述生物模块的填充体积为所述曝气区总体积的50～80％。
如前述及后述任意一项所述的处理装置，所述连通口设置于所述曝气区底部。
如前述及后述任意一项所述的处理装置，所述除气单元包括竖直挡墙、倾斜挡墙以及由所述竖直挡墙和所述倾斜挡墙构成的除气口，所述除气口倒角为30-45°，和/或，所述除气口在竖直方向的长度与所述竖直挡墙的长度之比为1:6～1:8。
如前述及后述任意一项所述的处理装置，所述沉淀区上部设有溢流堰。
如前述及后述任意一项所述的处理装置，其中所述曝气区与所述沉淀区容积比为5:1～7:1。
本发明的第二方面提供一种污水处理系统，所述污水处理系统包括如前述任意一项所述的处理装置。
本发明的第三方面提供一种污水处理工艺，包括使用如权利要求1～7所述的处理装置或权利要求8所述的处理系统对污水进行处理的步骤。
本发明的污水处理装置、污水处理系统和污水处理方法适用于农村生活污水处理。本发明装置将SBR工艺和生物接触氧化工艺复合，充分利用多种微生物的协同代谢能力，高效去除污水中有机物、氨氮、TN等污染物。在沉淀区创新性地采用除气单元与斜板沉淀单元相结合，根据污泥沉降过程中不同介质密度差，将气体与泥水混合物进行有效分离，气体从上方连通口溢出，泥水混合物从下方连通口回流至曝气区，形成无动力自循环，有效地避免了传统工艺中沉淀性能差、出水悬浮物浓度高的弊端，显著提升了装置沉淀效能及污染物去除效果，同时工艺简便、易维护，运行成本低，符合农村生活污水治理理念。
附图说明
图1是示出本发明的污水处理装置的一个实施例的示图。
图2是本发明的污水处理装置的池体的水平截面图。
图3是示出本发明污水处理系统与进水系统和排水系统组合以用作污水处理的示图。
具体实施方式
下面结合附图说明及具体实施方式对本发明进一步说明。
图1中的附图标号为：曝气区1；沉淀区2；生物模块3；微孔曝气系统4；除气单元5；斜管沉淀单元6；溢流堰7；连通口8；进水口9；出水口10；池体11。
本发明需要解决传统农村污水处理工艺运行不稳定、出水水质差的问题，提出了一种间歇式生物净化池工艺装置。该装置占地小，具有耐冲击负荷、沉淀效果佳的特点。并且通过优化组合，形成了适用于不同排放标准的污水处理系统。
发明如图1所示，本发明的污水处理装置包括：池体11；曝气区1，位于池体的水平截面内的中心部分；一个以上沉淀区2，位于池体的水平截面的边缘部分，并且沉淀区各自通过连通口8与曝气区1流体连通；微孔曝气系统4，位于曝气区1的底部；生物模块3，固定于微孔曝气系统4上方且位于污水面以下；污水进口9；以及污水出口10。
在本发明的污水处理装置中，池体11是用于容纳曝气区1及沉淀区2。池体11的形状优选为圆柱状、立方体状和长方体状中的一种。在池体11的水平截面中，一个以上的沉淀区2位于的边缘部分，而沉淀区以外的部分则为曝气区1。例如，当池体11为圆柱体时，其水平截面如图2所示。在图2所示的池体11的水平截面中，而一个以上的沉淀区2位于边缘部分112中，而中心部分111以及边缘部分112中除该一个以上沉淀区2以外部分则为曝气区1。
对沉淀区2的数量没有特别限制，例如，在本发明的一个实施方式中，可以在边缘部分112中设置1个以上沉淀区2。对沉淀区2的大小(容积)没有特别限制，但优选地，曝气区1容积与沉淀区2容积(当存在多个沉淀区2时，为该多个沉淀区2的容积之和)的容积比优选为5:1。
曝气区1与沉淀区2之间通过连通口8流体连通。优选的，连通口8设置于靠近池体11底部的位置。
曝气区上方设置有污水入口9，待处理的污水经由污水入口9进入曝气区1。曝气区1的底部设置有微孔爆气装置4。优选地，在本发明的一个实施方式中，微孔曝气装置4进行间歇曝气。在一个曝气周期中，曝气时间与静沉时间之比优选为3:1。在曝气阶段，曝气区1内的泥水混合物可经由连通口8进入沉淀区2，而在静沉阶段，沉淀区2内的污泥经连通口8回流至曝气区1内。
在曝气区1内设置有生物模块3。优选地，生物模块3设置在微孔爆气装置4的上方，并且生物模块3的上表面没入污水液面以下。对生物模块3内设置的微生物种类没有具体限制，可以根据实际需要进行选择硝化菌和或亚硝化菌等。生物模块3可以为长方体型，例如长2m，宽1m，高2m。优选地，生物模块3的填充量为曝气区1容积的80％。生物模块3可增加曝气区1的附着生物量，促进世代时间较长的微生物生长，提高系统内微生物量及生物多样性，有利于微生物新陈代谢功能的充分发挥和污染物的有效降解。
微孔曝气装置4采用微孔曝气盘，优选地，曝气盘直径为215mm，铺设密度为3-5个/m2。微孔曝气装置4能够均匀稳定地射入气泡，使泥水充分混合，为微生物提供足够的氧气、输送底物，提高污染物去除效率，同时可将老化生物膜剥离，促进微生物代谢能力。
如图1所示，至少一个沉淀区2内设有斜管沉淀单元6，该斜管沉淀单元6固定于沉淀区2的中部。在沉淀区2的上部，优选地，在斜管沉淀单元6的上方设有溢流堰7。优选地，该溢流堰7为L型溢流堰。处理后的污水由溢流堰7溢出，并经出水口10离开污水处理装置。优选地，所述斜管沉淀单元6采用聚丙烯材质空心管，直径80mm，倾斜度60°。
在发明的一个实施方式中，沉淀区2的下方设置有斜坡，便于沉淀区2中沉降污泥回流至曝气区1内。
在本发明的一个实施方式中，至少一个沉淀区2内还设置有除气单元5。如图1所示，除气单元5包括竖直挡墙、倾斜挡墙以及由竖直挡墙和倾斜挡墙所构成除气口。优选地，除气口的倒角θ为30-45°，即，竖直挡墙与倾斜挡墙之间的夹角为30-45°。如图1所示，除气口在竖直方向的长度与竖直挡墙的长度之比为1:6～1:8。装置通过设置除气口，可有利于进入到沉淀区2的泥水混合物进行水、气、固的三相分离，防止污泥上浮，影响沉淀效果。
如图3所示，本发明还提供一种污水处理系统，包括：根据本发明的污水处理装置、进水系统、排水系统和排泥系统。对进水系统、排水系统和排泥系统没有特别限制，可以根据实际需要进行选择。例如，进水系统采用雨污分流或雨污合流的形式。此外，当对于总磷排放要求较高时，可在曝气区中增设除磷加药装置，实现总磷的有效去除。
此外，本发明还提供一种污水处理方法。本发明的污水处理方法包括利用本发明的污水处理装置或本发明的污水处理系统对污水(尤其是农村生活污水)进行处理的步骤。在本发明的一个实施方式中，可以采用如下具体流程对污水进行处理。污水由进水系统提升(高程允许时也可自然流入)至所述污水处理装置的曝气区1顶部进行间歇曝气，经处理后的污水由曝气区1下部连通口8进入沉淀区2，经除气口5及斜管沉淀单元6对系统内泥水混合物进行有效分离，沉淀后污泥由连通口8回流至曝气区1，上清液由溢流口7进入排水系统。当曝气区1中污泥浓度高于6g/L时，沉淀区2内污泥外排到污泥浓缩池。
本发明污水处理系统运行时间可根据进水量及污染物浓度进行动态调节，运行时间可以14小时/天，例如，农村污水白天排水量较大，夜间小甚至断流，所述污水处理装置的运行时间可以设置为6：00-20：00。注意，此处的污水处理装置的运行时间仅为示例，操作人员可以根据需要调整处理装置的运行时间。本发明的污水处理装置去除的主要污染物包括化学需氧量(COD)、氨氮(NH3～N)、总氮(TN)等。尾水可利用方式包括用于景观水、农业灌溉等。
根据本发明的污水处理装置适用于农村生活污水处理，无地理条件限制，适用于北方寒冷地区；进水水质范围可以为COD(60～500mg/L)、NH3～N(1～70mg/L)、TN(1～100mg/L)。
根据本发明的污水处理装置对CODCr、NH3-N和TN的平均去除率可达为91.4～95.2％、99.3～99.4％和80.4～85.5％，出水水质透明度高，可直接用于景观水、农田灌溉或河流生态补水。
实施例
以下通过具体实施例对本发明的污水处理装置、污水处理系统和污水处理方法进行具体描述。但本发明不限于以下实施例。
实施例1
生物模块填充率为70％，曝气时间与静沉时间之比为3:1，除气口倒角θ为45°，除气口在竖直方向上的长度与竖直挡墙的长度之比为1:7，并且曝气区与沉淀区容积之比为7:1。进水和出水参数及去除率等参数如表1所示。
实施例2
生物模块填充率为70％，曝气时间与静沉时间之比为2:1，除气口倒角θ为45°，除气口在竖直方向上的长度与竖直挡墙的长度之比为1:7，并且曝气区与沉淀区容积之比为7:1。进水和出水参数及去除率等参数如表1所示。
实施例3
生物模块填充率为75％，曝气静沉时间比为2:1，除气口倒角θ为45°，除气口在竖直方向上的长度与竖直挡墙的长度之比为1:7，并且曝气区与沉淀区容积之比为7:1。进水和出水参数及去除率等参数如表1所示。
比较例1
除了曝气区内未设置生物模块之外，其他条件与实施例1相同。进水和出水参数及去除率等参数如表1所示。
比较例2
除了沉淀区内不设置除气单元外，其他条件与实施例1相同。进水和出水参数及去除率等参数如表1所示。
比较例3
除了沉淀区内不设置斜管沉淀单元之外，其他条件与实施例1相同。进水和出水参数及去除率等参数如表1所示。
比较例4
除气口倒角θ为60°，其他条件与实施例1相同。进水和出水参数及去除率等参数如表1所示。
比较例5
除气口在竖直方向上的长度与竖直挡墙的长度之比为1:5，其他条件与实施例1相同。进水和出水参数及去除率等参数如表1所示。
比较例6
除气口倒角θ为20°，其他条件与实施例1相同。进水和出水参数及去除率等参数如表1所示。
比较例7
除气口在竖直方向上的长度与竖直挡墙的长度之比为1:10，其他条件与实施例1相同。进水和出水参数及去除率等参数如表1所示。
表1
根据上述说明书的揭示和教导，本发明所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本发明并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对本发明的一些修改和变更也应当落入本发明的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语和一些方位词，但这些术语和方位词只是为了方便说明，并不对本发明构成任何限制。
Claims (9)
1.一种污水处理装置，其特征在于，包括：
池体；
曝气区，位于所述池体的水平截面内的中心部分；以及
一个以上沉淀区，位于所述池体的所述水平截面的边缘部分，并且所述沉淀区各自通过连通口与所述曝气区流体连通，
其中，所述曝气区内设置有：
微孔曝气系统，位于所述曝气区底部；以及
生物模块，固定于所述微孔曝气系统上方且污水面以下，并且
其中，至少一个所述沉淀区内设置有：
斜管沉淀单元，在竖直方向上设置在所述沉淀区的中部；以及
除气单元，在所述竖直方向上设置在所述斜管沉淀单元的下方。
2.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述微孔曝气系统的曝气与静沉时间比为3:1～2:1。
3.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述生物模块的填充体积为所述曝气区总体积的50～80％。
4.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述连通口设置于所述曝气区底部。
5.如权利要求1所述的处理装置，其特征在于，所述除气单元包括竖直挡墙、倾斜挡墙以及由所述竖直挡墙和所述倾斜挡墙构成的除气口，所述除气口倒角为30-45°，和/或，所述除气口在竖直方向的长度与所述竖直挡墙的长度之比为1:6～1:8。
6.如权利要求1所述的处理装置，所述沉淀区上部设有溢流堰。
7.如权利要求1所述的处理装置，其中所述曝气区与所述沉淀区容积比为5:1～7:1。
8.一种污水处理系统，所述污水处理系统包括如权利要求1～7所述的处理装置。
9.一种污水处理工艺，包括使用如权利要求1～7所述的处理装置或权利要求8所述的处理系统对污水进行处理的步骤。
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