CN117303590A - 基于自重力曝气式农村生活污水处理装置及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于自重力曝气式农村生活污水处理装置及工作方法，包括厌氧区，通过连通管与好氧区连接，侧壁设有入水口，内部设有厌氧出水管，厌氧出水管的末端位于好氧区内并与虹吸壶连接；好氧区，通过连通管与生物过滤区连接，内部设有好氧填料管和虹吸壶，虹吸壶底端连接流体压差装置，流体压差装置底部连接曝气管，侧部通过通气管连通外界大气，好氧填料管的末端位于生物过滤区内；生物过滤区，包括垂直布置的储水管，储水管的设定位置与出水口连通，储水管底部设有曝气盘，曝气盘顶部设有过滤层，好氧填料管的末端位于过滤层内。

Description

基于自重力曝气式农村生活污水处理装置及工作方法

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体为基于自重力曝气式农村生活污水处理装置及工作方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

农村生活污水具有排水量小、分散、水质波动较大的特点，并且受制于农村地区的场地限制，难以建设大规模的污水处理中心。因此目前针对农村地区的污水处理工艺，以活性污泥法、人工湿地、MB R(膜生物反应器)一体化设备以及快速渗透土地处理系统等方式。

这类污水处理方式都存在一定限制，难以适应农村地区的污水处理需求。例如，人工湿地相对投资成本小、运行费用低并且对运行维护技术要求不高，能够结合景观进行建设，在占地面积大、处理负荷低，并且设备内部易堵塞、耐冲击负荷较差，不易进行维护和管理。MBR一体化设备出水水质较好，自动化程度高，但由于设备高度集成，虽然节约占地面积，但后期的维护较为不便，而且投资成本与运行成本均较高。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供基于自重力曝气式农村生活污水处理装置及工作方法，利用虹吸原理和流体压差原理将空气压入污水中来提高其溶解氧量，即保证了污水在A区(厌氧区)的停留时间，又提供了无动力曝气效果，解决农村地区的污水处理过程中，缺少曝气所需动力的问题。

本发明的第一个方面提供基于自重力曝气式农村生活污水处理装置，包括：

厌氧区，通过连通管与好氧区连接，侧壁设有入水口，内部设有厌氧出水管，厌氧出水管的末端位于好氧区内并与虹吸壶连接；

好氧区，通过连通管与生物过滤区连接，内部设有好氧填料管和虹吸壶，虹吸壶底端连接流体压差装置，流体压差装置底部连接曝气管，侧部通过通气管连通外界大气，好氧填料管的末端位于生物过滤区内；

生物过滤区，包括垂直布置的储水管，储水管的设定位置与出水口连通，储水管底部设有曝气盘，曝气盘顶部设有过滤层，好氧填料管的末端位于过滤层内。

进一步的，厌氧区内设有厌氧填料球，污水从入水口进入厌氧区通过厌氧填料球上附着的厌氧菌群分解污水中的部分有机物，处理后的污水通过厌氧出水管到达好氧区。

进一步的，厌氧出水管呈h型，包括并列布置的两立管和连通两立管之间的横管，两立管分别位于厌氧区和好氧区中，位于厌氧区的立管表面开孔用于使污水进入到厌氧出水管内部与生物填料接触。

进一步的，虹吸壶顶端通过虹吸液位调节管与厌氧区连通。

进一步的，好氧区内设有好氧填料球，好氧填料球上附着好氧菌群分解污水中的部分有机物，处理后的污水通过好氧填料管到达生物过滤区。

进一步的，好氧填料管的形状为h型，包括并列布置的两立管和连通两立管之间的横管，两立管分别位于好氧区和生物过滤区中，位于好氧区的立管表面设有开孔，并且内部设有生物填料，位于生物过滤区内的立管末端与过滤层中的粗填料连接。

进一步的，过滤层包括由下至上依次布置的粗填料、一级生物滤床、中填料、二级生物滤床和细填料。

进一步的，好氧区顶部设有无动力风球。

进一步的，厌氧区、好氧区和生物过滤区顶部均设有可拆卸连接的上盖，三个区组合后占用空间的内壁面设有防渗层。

本发明的第二个方面提供上述装置的工作方法，包括以下步骤：

污水进入厌氧区，部分有机物被降解；

处理后的污水经厌氧出水管进入经水流自重力曝气装置流至好氧区，配合好氧区内的曝气管和无动力风球增加氧气的溶解氧，通过好氧填料球上的菌群进一步降解有机物；

好氧区内的污水井经好氧填料管流至生物过滤区底部的粗填料中，在依次经过一级生物滤床、中填料、二级生物滤床和细填料过滤后，满足处理标准并进入储水管内部保存，多余的处理水经出水口流至装置外部。

与现有技术相比，以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：

1、利用虹吸原理和流体压差原理将空气压入污水中来提高其溶解氧量，即保证了污水在厌氧区的停留时间，又提供了无动力曝气效果，解决农村地区的污水处理过程中，缺少曝气所需动力的问题。

2、污水处理期间采用“跌水+风球增氧”无动力运行方式，极大的节约了能源消耗和设备折旧费用，由于没有常规动力、无需加药，从而降低维护成本。

3、三个区所在的基坑内壁面具有防渗层，不易发生因污水渗入地基导致沉降而引起的断裂破损和池内板结浮渣层现象，解决了砖砌化粪池污染地下水的问题。保证了装置可靠性运行和厌氧化粪的功能厌氧菌的繁殖、生长。无臭味，无病菌外溢，不滋生蚊蝇，不污染环境；做工精细，内壁光滑，科学导流，不堵塞。

4、能够形成模块化的结构，便于安装，现场只需要预先挖好基坑并做防渗处理后即可安装，施工速度快。

5、三个区的容积能够根据实际的污水处理量调整，并且结构紧凑占地面积小。

6、得到的处理水用户自行按需使用即可，几乎不需要后续的维护，减少运维成本。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明一个或多个实施例提供的污水处理装置整体结构示意图；

图2是本发明一个或多个实施例提供的污水处理装置局部结构示意图；

图3是本发明一个或多个实施例提供的污水处理装置应用效果曲线示意图。

图中：1A区、2WO区、3I区、4入水口、5厌氧填料球、6厌氧出水管、61立体生物填料、62密封盖、7虹吸壶、8虹吸液位调节管、9流体压差装置、10通气管、11曝气管、12第一连通管、13好氧填料球、14好氧填料管、15第二连通管、16曝气盘、17TiO2改性粗填料、18一级生物滤床、19中填料、20二级生物滤床、21细填料、22储水管，23出水口、24上盖、25出气孔、26进气孔、27无动力风球、28吸收和蒸腾、29防渗层。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

正如背景技术中所介绍的，目前针对农村地区的污水处理工艺，以活性污泥法、人工湿地、MBR(膜生物反应器)一体化设备以及快速渗透土地处理系统等方式较为常见。而农村地区的污水产生点较为分散、不够集中，并且受到场地环境限制、建设成本限制、运维技术储备限制等原因，使得这类污水处理方式都难以适应农村地区的污水处理需求。

因此，以下实施例给出基于自重力曝气式农村生活污水处理装置及工作方法，利用虹吸原理和流体压差原理将空气压入污水中来提高其溶解氧量，即保证了污水在A区(厌氧区)的停留时间，又提供了无动力曝气效果，解决农村地区的污水处理过程中，缺少曝气所需动力的问题。

实施例一：

本实施例给出的基于自重力曝气式农村生活污水处理装置中，包含了AO法(厌氧好氧工艺法)、生物滤床法和水流自重力式曝气法，污水经过上述工艺处理后达到所需的处理效果，具体流程如下：

a、污水流经厌氧区(Anaerobic Zone,A区)，污水中大分子有机物被降解成小分子有机物，并与专用菌种有效地去除氮磷，所产少量沼气由导气管排出，降低臭气污染的风险。同时，池内装有生物填料，使粪污发酵菌种更加均匀地分布在整个池体，形成高效的厌氧生物滤膜，达到快速处理污水的效果。

b、污水经水流自重力曝气装置流至好氧区(Wind ball-driven Oxydic Zone，WO区)并增加其溶解氧，WO区内设置曝气管、无动力风球、生物浮球等，生物浮球上附着“放线菌及芽孢杆菌”等好氧菌群，进一步降解小分子有机物，同时达到稳定水质酸碱度、消除腥臭味的效果。无动力风球在随风转动过程中增加A池中含氧量，将气体自然排出。

c、污水经立体式生物填料管流至间歇式曝气生物过滤区(Inter mittentBiological Aerated Filter，I区)，污水经中细填料和两级生物滤床处理后达到所需的标准(例如可以为《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)》中的一级B标准)，处理水存入储存管中备用，可作为绿化和冲厕用水，多余处理水流入设备外侧用于植物吸收和蒸腾，外侧设有防渗层。

具体的，如图1所示，基于自重力曝气式农村生活污水处理装置，包括：

装置为圆柱型组合体，分为厌氧区(A区)1、好氧区(WO区)2和生物过滤区(I区)3，三个区均为圆柱形筒体，顶部均设有可拆卸连接的上盖24，三个区通过对应的连通管(12和15)连接起来。

A区1设有入水口4，污水从入水口4进入A区1内进行厌氧处理，A区中设有厌氧填料球5和厌氧出水管6，污水经厌氧处理后流至厌氧出水管6内，厌氧出水管6内设有立体生物填料61用于污染物处理。

污水经A区1厌氧处理后流经水流自重力曝气模块，该模块包括厌氧出水管6、虹吸壶7、虹吸液位调节管8、流体压差装置9、通气管10和曝气管11，该模块可以利用虹吸原理和流体压差原理将空气压入污水中来提高其溶解氧量，即保证了污水在A区的停留时间，又提供了无动力曝气效果。

本实施例中，厌氧出水管6呈“h”型，包括并列布置的两立管和连通两立管之间的横管，两立管分别位于A区和WO区中，位于A区的立管表面开孔用于厌氧处理后，使污水进入到厌氧出水管6内部，这部分带有开孔的立管内设有立体生物填料61，且这部分立管的顶端封闭，本实施例利用密封盖62封闭顶端管口。

本实施例中，厌氧出水管6位于WO区2的立管底端连接虹吸壶7，虹吸壶7顶端通过虹吸液位调节管8与A区连通，底端通过流体压差装置9与曝气管11连接，流体压差装置9与外界大气通过通气管10连通。

本实施例中，虹吸壶7包括套接的内壶和外壶，内壶常态下保持水满状态，当污水持续由内壶流入外壶中时，触发虹吸。

本实施例中，调节管8一端(位于WO区的一端)连接到虹吸壶7上，当调节管8另一端(位于A区的一端)没入水中时，虹吸壶7呈密封状态，保证虹吸正常进行；当调节管8位于A区的一端的水位低于末端的管口时，虹吸壶是敞开状态，从而自动断开虹吸，周而复始。

本实施例中，流体压差装置9为内径减少的管道，形成近似文丘里管的原理，能够将水流由粗变细，以加快水体流速，使水体在出口的后侧形成一个真空区。当真空区靠近曝气管11时会对空气产生压力作用，将来自曝气管11的空气吸入并压入水体中。

WO区2内设有好氧填料球13和好氧填料管14，好氧填料球13上附着“放线菌及芽孢杆菌”等好氧菌群；好氧填料管14的形状同样为“h”型，包括并列布置的两立管和连通两立管之间的横管，两立管分别位于WO区和I区中，位于WO区的立管表面设有开孔，内部设有立体生物填料，另一部分立管位于I区内。

污水在WO区中经好氧填料球生物过滤后流至好氧立体填料管14，进入I区。I区底部设有曝气盘16，曝气盘16通过气管连通外界大气，曝气盘16顶部空间依次布置粗填料(本实施例为TiO₂改性粗填料17)、一级生物滤床18、中填料19、二级生物滤床20和细填料21，储水管22穿过粗填料(本实施例为TiO₂改性粗填料17)、一级生物滤床18、中填料19、二级生物滤床20和细填料21，一端朝向曝气盘16顶部，另一端朝向I区3的顶部。

通过好氧立体填料管14进入I区的污水达到粗填料，上升过程中依次经过一级生物滤床18、中填料19、二级生物滤床20和细填料21进行过滤，过滤后进入储水管22，储水管22内的处理水用于冲厕或灌溉，多余的处理水经出水口23流至装置外侧用于植物吸收和蒸腾28，装置外侧设置两布一膜的防渗层29。

WO区2顶部设有无动力风球27用于增加新鲜空气，并通过A区和I区顶部的进气孔26和三罐体上部的连通管12、15将装置中的水气排出，保证新鲜空气进入。

根据测试，上述结构的装置能够满足污水处理的需求，测试场景下流入装置和流出装置的水质成分对比如表1所示。

表1：污水处理设备进出水水质

上述结构的装置利用虹吸原理和流体压差原理将空气压入污水中来提高其溶解氧量，即保证了污水在A区(厌氧区)的停留时间，又提供了无动力曝气效果，解决农村地区的污水处理过程中，缺少曝气所需动力的问题。

污水处理期间采用“跌水+风球增氧”无动力运行方式，极大的节约了能源消耗和设备折旧费用，由于没有常规动力、无需加药，从而降低维护成本。

三个区所在的基坑可以采用玻璃钢材料模压工艺制成防渗层，强度高，密封性好，不易发生因地基沉降而引起的断裂破损和池内板结浮渣层现象，彻底解决了砖砌化粪池污染地下水的问题。保证了化粪池可靠性运行和厌氧化粪的功能厌氧菌的繁殖、生长。无臭味，无病菌外溢，不滋生蚊蝇，不污染环境；做工精细，内壁光滑，科学导流，不堵塞。

能够形成模块化的结构，便于安装，现场只需要预先挖好基坑并做防渗处理后即可安装，施工速度快。

三个区的容积能够根据实际的污水处理量调整，并且结构紧凑占地面积小。

得到的处理水用户自行按需使用即可，几乎不需要后续的维护，减少运维成本。

实施例二：

上述装置的工作方法，包括以下步骤：

污水进入厌氧区，部分有机物被降解；

处理后的污水经厌氧出水管进入经水流自重力曝气装置流至好氧区，配合好氧区内的曝气管和无动力风球增加氧气的溶解氧，通过好氧填料球上的菌群进一步降解有机物；

好氧区内的污水井经好氧填料管流至生物过滤区底部的粗填料中，在依次经过一级生物滤床、中填料、二级生物滤床和细填料过滤后，满足处理标准并进入储水管内部保存，多余的处理水经出水口流至装置外部。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.基于自重力曝气式农村生活污水处理装置，其特征在于，包括：

厌氧区，通过连通管与好氧区连接，侧壁设有入水口，内部设有厌氧出水管，厌氧出水管的末端位于好氧区内并与虹吸壶连接；

好氧区，通过连通管与生物过滤区连接，内部设有好氧填料管和虹吸壶，虹吸壶底端连接流体压差装置，流体压差装置底部连接曝气管，侧部通过通气管连通外界大气，好氧填料管的末端位于生物过滤区内；

生物过滤区，包括垂直布置的储水管，储水管的设定位置与出水口连通，储水管底部设有曝气盘，曝气盘顶部设有过滤层，好氧填料管的末端位于过滤层内。

2.如权利要求1所述的基于自重力曝气式农村生活污水处理装置，其特征在于，所述厌氧区内设有厌氧填料球，污水从入水口进入厌氧区通过厌氧填料球上附着的厌氧菌群分解污水中的部分有机物，处理后的污水通过厌氧出水管到达好氧区。

3.如权利要求1所述的基于自重力曝气式农村生活污水处理装置，其特征在于，所述厌氧出水管呈h型，包括并列布置的两立管和连通两立管之间的横管，两立管分别位于厌氧区和好氧区中，位于厌氧区的立管表面开孔用于使污水进入到厌氧出水管内部与生物填料接触。

4.如权利要求1所述的基于自重力曝气式农村生活污水处理装置，其特征在于，所述虹吸壶顶端通过虹吸液位调节管与厌氧区连通。

5.如权利要求1所述的基于自重力曝气式农村生活污水处理装置，其特征在于，所述好氧区内设有好氧填料球，好氧填料球上附着好氧菌群分解污水中的部分有机物，处理后的污水通过好氧填料管到达生物过滤区。

6.如权利要求1所述的基于自重力曝气式农村生活污水处理装置，其特征在于，所述好氧填料管的形状为h型，包括并列布置的两立管和连通两立管之间的横管，两立管分别位于好氧区和生物过滤区中，位于好氧区的立管表面设有开孔，并且内部设有生物填料，位于生物过滤区内的立管末端与过滤层中的粗填料连接。

7.如权利要求1所述的基于自重力曝气式农村生活污水处理装置，其特征在于，所述过滤层包括由下至上依次布置的粗填料、一级生物滤床、中填料、二级生物滤床和细填料。

8.如权利要求1所述的基于自重力曝气式农村生活污水处理装置，其特征在于，所述好氧区顶部设有无动力风球。

9.如权利要求1所述的基于自重力曝气式农村生活污水处理装置，其特征在于，所述厌氧区、好氧区和生物过滤区顶部均设有可拆卸连接的上盖，三个区组合后占用空间的内壁面设有防渗层。

10.基于权利要求1-9任一项所述污水处理装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

污水进入厌氧区，部分有机物被降解；

处理后的污水经厌氧出水管进入经水流自重力曝气装置流至好氧区，配合好氧区内的曝气管和无动力风球增加氧气的溶解氧，通过好氧填料球上的菌群进一步降解有机物；

好氧区内的污水井经好氧填料管流至生物过滤区底部的粗填料中，在依次经过一级生物滤床、中填料、二级生物滤床和细填料过滤后，满足处理标准并进入储水管内部保存，多余的处理水经出水口流至装置外部。