一种一体化污水处理系统及工艺的制作方法

1.本发明属于污水处理技术领域，具体地，涉及一种一体化污水处理系统及工艺。


背景技术：

2.随着近年来农村经济迅速发展，农村生活用水量大大提升，但由于农村人口众多且环保意识薄弱，农村污水排放问题愈发突出，大量的污水没有进行有效处理直接无组织排放，造成农村环境严重污染，直接或间接影响广大农村人群的健康问题。农村污水存在污水水源分散、管网收集系统不健全、污水水质水量变化大和污水中污染物浓度较高等特点，若将农村生活污水统一收集统一处理，需要大面积修建污水管网收集系统，吨水成本大以及缺乏专业的运行人员导致运营维护困难等问题，农村污水依然无法得到经济有效的处理。
3.目前常见的农村污水处理设备，大多采用传统的生化水处理工艺，如mbr膜法、生物接触氧化法等。中国专利申请公布号cn112079528a，发明名称为“集中处理式农村污水处理方法”，公开的方法将农村污水管网处来的废水送入机械格栅进行水中垃圾的隔离；废水在调节池内进行搅拌与预曝气处理，处理好的水送入沼气池内进行发酵处理；缺氧反应池去除水中的bod之后；好氧气反应池内降解水中的有机物后；二沉池将进来的水进行污泥与上清液的分离。该方案提高了农村废水的处理效率，并提高了回收利用率。但该工艺虽产泥量少，出水端仍需配置二沉池、污泥池等设施，单体构筑物多且占地面积难以减少。又如中国专利申请公布号cn111908607a，发明名称为“一种适用于处理农村污水的系统”，公开的方法包括依次连接的生物转盘池、缺氧池、厌氧池、生物接触氧化池和滤池，所述生物转盘池和厌氧池之间设有第一混合液回流管，所述生物接触氧化池与缺氧池之间设有第二混合液回流管。采用该处理污水的过程中，实现了三次脱氮和三次除磷，通过多段脱氮除磷，使污水的tp和tn数值大幅度下降，达到排放标准。但生物除磷比较难以达到相应的指标，一般工艺设计上以化学除磷作为后段技术保证，进一步增加了混凝构筑物剂沉淀构筑物，运行工段上需增加沉淀阶段，进而提高了设备占地及投资运行成本。此外，部分工艺运维管理较复杂，人员操作能力要求较高且人力成本高。
4.中国专利申请公布号cn1450004a，发明名称为“用序批式生物膜法同步硝化反硝化处理城市污水的方法”，公开的方法包括包括厌氧循环进水、好氧曝气、沉淀、排水等四个阶段，该方法的运行工序为厌氧/好氧，可在一个反应装置里及去除有机物及脱氮除磷。该方法的特征在于厌氧循环时间为3～4小时，好氧曝气时间为3～5小时，沉淀时间为0.5～1小时，排水时间0.3～0.5小时。但该工艺需要设置单独的沉淀时间，采用下排水的方式，沉淀后排水易将污泥携带出系统外，造成出水指标超标。


技术实现要素：

5.1、要解决的问题
6.针对现有技术中农村污水处理系统在出水端需设置二沉池或污泥池等沉淀装置，
导致单体构筑物多，占地面积难以减少的技术问题，本技术提供一种一体化污水处理系统，将出水口设置在序批式生物膜反应装置下部的同时，填充放置多个弹性填料，无需设置沉淀装置，单体构筑物少，一体化程度高，占地面积小。本技术还提供了一种一体化污水处理工艺，将生物膜法、序批式的处理方式与排水自过滤过相结合，处理过程中无需设定沉淀时间。
7.2、技术方案
8.为达到上述目的，提供的技术方案为：
9.本发明的一种一体化污水处理系统，所述系统包括序批式生物膜反应装置，所述序批式生物膜反应装置设有出水口，所述出水口与所述序批式生物膜反应装置底部的距离为所述序批式生物膜反应装置高度的1/10～1/5；
10.所述序批式生物膜反应装置中放置多个弹性填料，所述填料的填充体积为所述序批式生物膜反应装置容积的85～95％。
11.优选的，所述填料的填充体积为所述序批式生物膜反应装置体积的90～95％。
12.优选的，所述进水口设置在所述序批式生物膜反应装置底部，距离底部的距离为述序批式生物膜反应装置高度的1/10～1/5。
13.通过在一体化污水处理系统中放置弹性填料，大量的微生物附着在填料表面生长繁殖，利用填料粒径较小的特点以及生物膜的生物絮凝作用，对污水中的污染物进行拦截，保证生化系统中较高的微生物浓度，提高污染物处理负荷、加大处理通量、缩短水力时间。既可增加系统稳定性，降低污泥膨胀风险，提高抗冲击负荷能力；也可边排水边过滤，减少设备出水端沉淀装置及沉淀时间。
14.所述出水口设置在所述序批式生物膜反应装置下部，通过该方式可保证设备出水过程中，污泥随污水上升过程充分拦截在填料中，保证出水中悬浮物达标。
15.所述一体化污水处理系统无需设置二沉池或污泥池等沉淀装置，单体构筑物少，占地面积小。
16.进一步的，所述弹性填料为聚氨酯填料或改性高分子填料中的一种或几种。
17.序批式生物膜反应装置内设置弹性填料作为载体：1.三维立体弹性填料，机械韧性高，耐填料之间的摩擦碰撞以及水力剪切作用，其磨损率低；2.表面及内部粗糙，亲水性好，孔隙率超过95％，比表面积可达10000m2/m3；3.在硝化反应系统中，载体可起到切割、阻挡气泡的作用，大大增加气泡在水体中的停留时间和气和液接触表面积，提高传质效率；4.对微生物的截留能力强，排水过程中可以边出水边截留水中的悬浮物，出水效果好。
18.弹性填料的高孔隙率适用于微生物生长，污水流经填料并充分接触，利用填料上高浓度生物量的强降解能力对污水进行快速净化；此外利用填料粒径较小的特点以及生物膜的生物絮凝作用，生物膜对污水中的污染物进行拦截。通过两种作用相互结合的特点，处理系统在生化运行阶段可有效去除污水中的污染物。生化阶段处理完成后，直接打开排水阀门进行排水，排水过程中填料对水中生成的污染物及悬浮物进行拦截，实现边排水变过滤，故末端无需设置沉淀装置，运行过程中也无需专门设定沉淀时间。
19.进一步的，当所述弹性填料为聚氨酯填料时，所述聚氨酯填料的尺寸为边长20～30mm的立方体；当所述填料为改性高分子填料时，所述改性高分子填料的尺寸为直径5～25mm，长度5～10mm的圆柱体。
20.优选的，所述弹性聚氨酯填料为边长25mm的正方体。
21.优选的，所述高分子填料为直径25mm，长度10mm的圆柱体。
22.进一步的，所述系统还包括调蓄池和提升装置，所述调蓄池、提升装置和序批式生物膜反应装置顺序连接；所述提升装置的提升水量为所述序批式生物膜反应装置处理量的10～15倍。
23.优选的，提升装置主要由提升泵站及格栅组成，提升泵将污水提升至所述序批式生物膜反应装置中，格栅拦截污水中较大悬浮物，提升泵选择大方量高扬程水泵，实现快速进水。
24.优选的，当针对方量较小(200方以下)的序批式生物膜反应装置，调蓄池容积设置为20～24h进水量；当针对方量较大(200方及以上)的序批式生物膜反应装置，为避免调蓄池尺寸过大，调蓄池容积设置为12～15h进水量。如此设计，避免了连续小方量进水造成水泵堵塞，降低了后期停机维修频率，且大方量短时间进水较小方量连续进水能耗更低。系统稳定性提高，抗冲击负荷能力强，适于农村污水水量水质不稳定的使用场景。
25.进一步的，还包括设置在所述序批式生物膜反应装置和所述调蓄池之间的回流管路。
26.进一步的，还包括设置在所述序批式生物膜反应装置中的加药装置。
27.优选的，还包括设置在所述序批式生物膜反应装置中的反冲洗装置。
28.一种一体化污水处理工艺，使用所述的一体化污水处理系统，包括以下步骤：
29.将储存在调蓄池的污水通过提升装置泵入序批式生物膜反应装置后进行缺氧反应的步骤，得缺氧处理后的污水；
30.将所述缺氧处理后的污水进行好氧反应的步骤，得好氧处理后的污水；
31.将所述好氧处理后的污水不经过沉淀处理，直接通过所述出水口排出的步骤。
32.进一步的，还包括将所述好氧处理后的污水取上清液回流至调蓄池的步骤。
33.进一步的，所述进水时间为15～30min；所述缺氧和好氧反应时间为3～5h；所述排水时间约为10～15min。
34.进一步的，还包括在好氧处理步骤后加药的步骤。
35.3、有益效果
36.采用本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下有益效果：
37.(1)本发明的一种一体化污水处理系统，将出水口设置在所述序批式生物膜反应装置下部，出水口与底部的距离为序批式生物膜反应装置高度的1/10～1/5，序批式生物膜反应装置中放置多个弹性填料，填料的填充体积为所述序批式生物膜反应装置体积的85～95％。系统中通过投加填料作为生物载体，污水流经填料并充分接触，利用填料上高浓度生物量的强降解能力对污水进行快速净化；同时利用填料粒径较小的特点以及生物膜的生物絮凝作用，生物膜对污水中的污染物进行拦截，边排水边过滤，系统末端无需设置沉淀装置，设备整体造价低，能耗低，占地面积小，稳定性高，抗冲击负荷能力强。
38.(2)本发明的一种一体化污水处理工艺，可概括为：进水、缺氧反应、好氧反应和排水，与现有的农村污水处理工艺相比，处理过程中无需设定沉淀时间，处理后的水体边排放边过滤，出水排放完成即沉淀完成，排水结束后即可打开进水泵开启下一批次的处理。进水时间为15～30min；缺氧反应时间为3～5h；排水时间约为10～15min，即每批次处理时间约
为4～6h，每日可处理4～6批次。
附图说明
39.图1是一种一体化污水处理工艺设备运行工况示意图；
40.图2是一种一体化污水处理工艺流程示意图。
具体实施方式
41.为进一步了解本发明的内容，结合实施例对本发明作详细描述。
42.实施例1
43.本实施例的一种一体化污水处理系统，包括以下装置：
44.顺序连接的调蓄池、提升装置和序批式生物膜反应装置，序批式生物膜反应装置尺寸为b*h＝φ2200*2000mm，设备有效容积6.7m3。进水口距离设备底部200mm，出水口距离序批式生物膜反应装置底部180mm。
45.设备中填料填充体积为6m3，填料采用方框状聚氨酯填料，填料尺寸为25*25*25mm。
46.提升装置的提升水量为所述序批式生物膜反应装置处理量的15倍。提升装置主要由提升泵站及格栅组成，提升泵将污水提升至所述序批式生物膜反应装置中，格栅拦截污水中较大悬浮物，提升泵选择大方量高扬程水泵，实现快速进水。
47.本实施例还包括设置在所述序批式生物膜反应装置和所述调蓄池之间的回流管路，以及设置在所述序批式生物膜反应装置中的加药装置。
48.本实施的系统还可与自控系统高度结合，可实现场站无人看守。
49.实施例2
50.本实施例的一种一体化污水处理系统，基本同实施例1，所不同的是，设备中填料填充体积为5.7m3，此时设备填充率为85％；填料尺寸为20*20*20mm，出水口距离序批式生物膜反应装置底部400mm。所述提升装置的提升水量为所述序批式生物膜反应装置处理量的10倍。
51.实施例3
52.本实施例的一种一体化污水处理系统，基本同实施例1，所不同的是，本实施例的弹性填料为改性高分子填料hdpe(高密度聚乙烯填料)，设备中填料填充体积为6.4m3。填料尺寸为圆柱状，填料密度0.95g/cm3，接近于水，挂膜后能很好的悬浮水体中，不会沉底和漂浮。
53.对比例1
54.本对比例的一种一体化污水处理系统，基本同实施例1，所不同的是，设备采用的聚氨酯填料尺寸为10*10*10mm。出水口距离序批式生物膜反应装置底部1000mm。
55.对比例2
56.本对比例的一种一体化污水处理系统，基本同实施例1，所不同的是，该设备采用填料为传统陶粒填料。填料尺寸5mm，填充高度为0.8m，填充体积为3.5m3。
57.对比例3
58.本对比例的一种一体化污水处理系统，基本同实施例1，所不同的是，该设备采用
填料填充体积为3m3，填料填充率为45％。
59.实施例4
60.本实施例的一种一体化污水处理工艺，使用实施例1的系统。
61.第一批次开始时，调蓄池顶部液位计开始读取调蓄池液位，当液位大于设置安全液位时，系统提升装置打开，当序批式生物膜反应装置顶部探针液位计检测到序批式生物膜反应装置液位达到预设反应液位时，关闭提升装置。系统静置并开始缺氧反应阶段，当缺氧反应结束，自控系统打开鼓风机开始曝气，随着污水溶解氧不断升高，系统进入好氧处理阶段，经过设定的好氧处理时间后，在好氧阶段的最后五分钟时，系统打开pac加药泵，通过曝气pac在系统中充分反应。经过设定混凝时间后，调蓄池顶部液位计检测调蓄池液位，当调蓄池内水位高于设定最低进水液位时，系统打开出水口的阀门，上清液排出系统外；当调蓄池内水位低于设定最低进水液位时，系统连通回流管路，上清液返回至调蓄池中，与调蓄池中剩余污水继续混合后重返系统参与反应，避免系统无进水的情况发生。
62.系统排水过程中，当序批式生物膜反应装置顶部液位计监测到系统内液位达到设计最低液位时，关闭出水阀门，第一批次处理完成，随之进水开始下一批次。
63.系统原有污水中保留大量由上一批次好氧硝化阶段保留在序批式生物膜反应装置中的硝酸盐，进水与系统中原有的污水充分混合，混合液以污水中的有机物为碳源，在缺氧反应系过程中进行反硝化脱氮，达到去除总氮的目的；根据运行工况，达到缺氧反应时间后，开启曝气系统，系统中溶解氧浓度不断升高并进入好氧反应阶段。好氧阶段增加曝气后，污水进一步降解有机物，主要进行氨氮的硝化和部分cod的去除。达到好氧系统反应时间后，关闭曝气系统，打开出水阀门，出水经出水口排出系统。
64.除正常处理过程外，系统需定期进行反洗，一般系统根据水质情况，7～10天左右反洗一次。当系统检测到该反洗周期内进水总量达到设定的7～10天进水量时，系统自动在下一批次前进行反洗。反洗步骤：上一批次结束后，关闭曝气阀门，开启两侧反洗阀门，开启提升泵、同时开启风机，达到设置反洗时间后，关闭风机及反洗阀，打开排空阀门排空至污泥浓缩池中，浓缩池中污泥定期抽排。
65.本实施例中待处理为典型农村污水，进水参数主要有化学需氧量(cod)、氨氮、总磷(tp)、固体悬浮物(ss)。该农村污水进水水量为10m3/d，符合常规农村污水排放特点，常有无水或间断性进水情况发生。设计进水水质为cod≤250mg/l，氨氮≤40mg/l，tp≤4mg/l，ss≤200mg/l。设计出水水质指标为cod≤100mg/l，氨氮≤25mg/l，tp≤3mg/l，ss≤30mg/l。
66.污水由提升装置经过格栅后去除大部分固体杂质后由底部进水口进入序批式生物膜反应装置，风机为序批式生物膜反应装置提供氧气，微生物在有氧条件下进行硝化反应实现氨氮的去除及cod的去除。好氧状态运行一定时间后，关闭风机系统，打开出水阀门，清水通过下部出水口排出序批式生物膜反应装置的同时进行拦截，污水中的总磷及悬浮物以污泥的形式被填料拦截在序批式生物膜反应装置中，从而实现两种污染物的去除。系统沉淀后上清液排出，污泥定期排空进入集泥池中。
67.进出水检测结果表明，进水氨氮约为46.9mg/l，tp约为4mg/l，cod约为360mg/l，ss约为120mg/l，出水氨氮约为6mg/l，tp约为2.1mg/l，cod约为15mg/l，ss约为13mg/l。各反应阶段高度集成设计，可有效去除污水中各项污染物，保证出水稳定达标。
68.实施例5
69.本实施例的一种一体化污水处理系统，基本同实施例4，所不同的是，该系统需考核总氮指标，系统中包含缺氧反应系统。适用于含总氮指标，总磷出水要求不高的场景。
70.当待处理水中设有总氮指标时，在实施例4的基础上，好氧反应阶段前可增加缺氧反应阶段，通过缺氧反应、好氧反应两阶段序批式处理的方式，去除总氮、氨氮、总磷、ss等指标。
71.污水进入系统后，开始进行缺氧反应，系统原有污水中含有大量由上一批次好氧硝化阶段保留在系统中的硝酸盐，进水与系统中原有的污水充分混合，混合液以污水中的有机物为碳源，在缺氧反应系过程中进行反硝化脱氮，达到去除总氮的目的；根据运行工况，达到缺氧反应时间后，开启曝气系统，系统进入好氧反应阶段。好氧阶段增加曝气后，污水进一步降解有机物，主要进行氨氮的硝化和cod的去除。完成生化段处理后，打开排水阀门，排水同时截留污染物。
72.实施例6
73.本实施例的一种一体化污水处理工艺，基本同实施例4，不同的是，使用实施例2的系统。
74.本实施例中待处理水采用典型农村污水，进水参数主要有化学需氧量(cod)、氨氮、总磷(tp)、固体悬浮物(ss)。该农村污水进水水量为10m3/d，符合常规农村污水排放特点，常有无水或间断性进水情况发生。设计进水水质为cod≤200mg/l，氨氮≤35mg/l，tp≤4mg/l，ss≤200mg/l。设计出水水质指标为cod≤100mg/l，氨氮≤20mg/l，tp≤3mg/l，ss≤30mg/l。
75.该实施例采用上述填充率及填料尺寸对污水进行处理后，污水开始运行时出水氨氮约为10.6mg/l，tp约为2.3mg/l，cod约为63mg/l，ss约为21mg/l，出水可稳定达标。
76.实施例7
77.本实施例的一种一体化污水处理工艺，基本同实施例6，不同的是，使用实施例3的系统。
78.与实施例6处理水质水量情况相同，采用该实施例采用上述填充率及填料尺寸对污水进行处理后，污水开始运行时出水氨氮约为16.6mg/l，tp约为2.2mg/l，cod约为49mg/l，ss约为27mg/l，可有效去除污水中各项污染物，出水稳定达标。
79.对比例4
80.本对比例的一种一体化污水处理系统，基本同实施例4，所不同的是，使用对比例2的填料。
81.与实施例4处理水质水量情况相同，采用陶粒填料对污水进行处理后，污水开始运行时出水氨氮约为9.6mg/l，tp约为2.4mg/l，cod约为49mg/l，ss约为24mg/l，出水可稳定达标。设备运行一段时间后，陶粒填料内部形成堵塞，污水处理效率明显降低，出水氨氮约为19.5mg/l，tp约为2.9mg/l，cod约为87mg/l，ss约为31.6mg/l，出水指标明显升高，偶尔出现系统出水不达标。
82.由实施例4与对比例4对比可知农污系统中，聚氨酯填料较陶粒、火山岩填料等孔隙率更高，空隙更小，微生物更容易附着。故同等容积的填料中，聚氨酯填料微生物浓度较陶粒填料更高，处理效率更高，同等情况下出水污染物浓度更低。此外陶粒填料由于自重较大，反洗过程中风压水压要求高，易反冲不完全，填料容易堵塞，故后续出水易不达标。
83.对比例5
84.本对比例的一种一体化污水处理系统，基本同实施例4，所不同的是，出水口设于箱体侧壁中等偏上位置，出水口距设备顶部300mm。对比例4采用的运行方式与实施例4相同，污水依次经过提升系统、格栅、好氧系统后，设备出水外排。采用上排水的方式进行处理时，需打开进水阀门，通过不断进水将上一批处理的清水顶出系统，该方式出水氨氮约为21mg/l，tp约为2.6mg/l，cod约为75mg/l，ss约为24mg/l，出水可达标，但出水污染物浓度较高。
85.由实施例4与对比例5对比可知农污系统中，采用下排水的方式较上排水方式相比，填料对系统中的污染物截留效果更佳，出水更加稳定。故相同处理系统中，采用下排水的方式可以更好地体现聚氨酯填料的截留作用，将污染物截留在系统中，系统出水更加稳定。
86.对比例6
87.本对比例的一种一体化污水处理系统，基本同实施例4，所不同的是，使用对比例1相应尺寸的填料。
88.对比例6采用的运行方式与实施例4相同，污水依次经过提升系统、格栅、好氧系统后，设备出水外排。采用下排水的方式进行处理后，出水氨氮约为11mg/l，tp约为2.1mg/l，cod约为45mg/l，ss约为26mg/l，出水可达标，但ss指标存在超标风险。此外由于填料尺寸较小，使用过程中由于填料之间相互摩擦及日晒等缘故，填料磨损严重，需定期补充或更换填料。
89.由实施例4与对比例6对比可知农污系统中，采用尺寸较小的填料，填料对系统中的污染物截留效果变差，出水不稳定，同时填料磨损情况更为突出。故相同处理系统中，采用合适的填料尺寸，更为有效的将污染物截留在系统中，系统出水更加稳定。
90.对比例7
91.本对比例的一种一体化污水处理系统，基本同实施例4，所不同的是，使用对比例3相应填充率的填料。
92.对比例7采用的运行方式与实施例4相同，污水依次经过提升系统、格栅、好氧系统后，设备出水外排。采用下排水的方式进行处理后，出水氨氮约为23mg/l，tp约为3.2mg/l，cod约为79mg/l，ss约为36mg/l，出水无法稳定达标。
93.由实施例4与对比例7对比可知农污系统中，当处理系统中填料的填充率较低时，一方面处理系统的微生物少，污水中的污染物质无法稳定去除，导致水质各项指标较高，另一方面，填料填充率较低时，填料对系统中的污染物截留效果变差，出水不稳定。故相同处理系统中，采用合适的填料填充率，更为有效的去除相应污染物并将污染物截留在系统中，系统出水更加稳定。
94.实施例1为最佳实施方式，实施例2为可实施范围内去最低值实施方式，实施例3为可实施范围内去最高值实施方式，实施例3为采用最低排水口点的实施方式，实施例4为最佳实施方式对应具体系统及其运行方式，实施例5是在实施例的基础上增加缺氧反应系统。对比例1为不满足填料尺寸的实施方式，对比例2位不满足填料种类的实施方式，对比例3位不满足填料填充率的实施方式，对比例4为使用对比例2填料情形下具体系统及其运行数据。对比例5为出水口高度不满足范围时具体系统及其运行数据，对比例6为使用对比例1填
料尺寸情形下具体系统及其运行数据。对比例7为使用对比例3的填料填充率情形下具体系统及其运行数据。通过实施例与对比例对比可知，在实施例的实施方式下，出水水质更佳且出水更为稳定。
95.以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。