自曝气生物转轮、小城镇污水处理设备及工艺的制作方法

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种小城镇污水处理设备及工艺。

背景技术：

随着我国城镇化速度加快，许多镇区基础设施不完善，污水对环境污染严重。我国有60多万个行政村和250多万个自然村，农村经济发展迅速，生活水平高，但农村的环境建设与经济发展不同步，农村水环境污染严重。农村及小城镇的“脏乱差”现象对人群健康的存在威胁。村镇污水治理是新农村建设、生态文明城镇创建的重点内容之一。农村及小城镇污水以生活污水为主，可生化性好，因此绝大多数采用以生化法为核心的处理工艺。

但小城镇污水具有水量较小，收集难度大，水质水量波动大，建设用地少，缺少专业维护人员管理等限制条件，使得现有针对小城镇的污水处理工艺的存在以下问题：

(1)照搬城市污水处理厂工艺，处理工艺复杂，工程一次性投资大，占地面积大，施工周期长。

(2)乡镇污水水质水量波动大，系统耐冲击负荷能力差，现有工艺常采用单一的生化法(活性污泥法或者生物膜法)，单一生化法的污水处理能力具有局限性，活性污泥法的脱磷效果较好但脱氮效果较差，生物膜法的脱氮效果较好但脱磷效果较差。

(3)现有工艺常采用鼓风机曝气方式，由于处理水量及池容小，其所采用的穿孔曝气管或微孔曝气头数量较少，仅其中很小一部分曝气设备堵塞损坏，对整个系统的曝气量、曝气均匀具有明显影响，使出水水质不易稳定。

(4)水下运行的设备较多，导致运行管理不简便，对操作人员的专业技术要求较高，出现问题不能及时解决。

(5)针对水量特别小的污水处理厂，泵和搅拌器等设备选到合适的型号非常困难，往往很难做到节能环保。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明提供一种自曝气生物转轮、小城镇污水处理设备及工艺，该自曝气生物转轮曝气效率高，该污水处理设备中的曝气设备采用自爆气生物转轮，该污水处理工艺采用活性污泥法和生物膜法相结合的生物接触氧化工艺，采用气提技术来进行污水回流从而省去内循环泵，并采用三相分离技术与斜板沉淀进行泥水分离。

本发明提供的自曝气生物转轮包括支座、安装在支座上的中心转轴、安装在中心转轴上的转轮及驱动中心转轴转动的电机；相邻两转轮之间安装有圆筒状橡胶气囊，气囊沿中心转轴轴向方向设置并呈圆周分布，相邻两气囊间留有空隙，气囊朝向中心转轴的侧面上开设有网孔，相邻两转轮及气囊所形成的空腔内层叠地挂装有纤维束仿生填料网，纤维束仿生填料网沿中心转轴轴向平铺并沿径向层叠。

优选地，气囊有两周，两周的气囊交错分布，其上开设的网孔互不干涉，由此可根据水质水量的需求增加曝气量。

优选地，转轮包括圆盘片、呈星形状沿径向均匀固定在圆盘片上的支杆和固定在相邻两支杆之间的横杆，横杆为长条形或扇面形，同种规格的横杆形成圆形或多边形结构，横杆、支杆与圆盘片之间形成中空结构；横杆为长条形时，气囊的两端固定在支杆上，横杆为扇面形时，气囊的两端固定在横杆上。

上述技术方案中提供的自曝气生物转轮类似水车原理，通过机械形式，将水带到空气中，同时将空气带入水中；在此过程中，系统独特的流道设计，使得气体在流道中由大变小，由小变微；水在流道运行的过程中发生较剧烈的紊流现象，起到了很好的搅拌及增加气体和液体接触的机会，从而增强了系统的传氧效率；各个流道可视为独立的网格结构，起到小曝气头的功能，不需要克服传统曝气过程中的管路及曝气头压力损失，曝气更加高效节能。

本发明提供的小城镇污水处理设备包括上述技术方案中的任一种自曝气生物转轮、箱体和气提装置，箱体被依次分隔成兼氧区、好氧区和沉淀区，兼氧区与好氧区由隔板隔开，隔板上设有污水通道，好氧区与沉淀区之间由隔网隔开；兼氧区内安装有上流式的导流管和用于液体回流的气提进水管；

好氧区安装有自曝气生物转轮和气提装置，气提装置包括位于好氧区池底的穿孔曝气管、位于好氧区外部的硝化液管和鼓风机，穿孔曝气管通过曝气管线与鼓风机连接，硝化液管一端与好氧区末端连通，一端与兼氧区的气提进水管连通；

沉淀区池壁上部设有出水管、下部开设污泥出口，污泥出口通过污泥回流管路与兼氧区连通，污泥回流管路上设有三通阀，部分污泥回流至兼氧区，剩余污泥随三通阀出口排出。

进一步地，兼氧区被分区板分成若干分区，兼氧区首端的一分区下部设置进水管，该分区与污泥回流管路连通，且该分区内设有气提进水管，相邻两分区之间通过导流管连通，导流管的进口设于前一分区上部，出口设于后一分区下部，兼氧区末端的一分区通过隔板上的污水通道与好氧区连通。

进一步地，电机通过链条驱动中心转轴旋转，电机安装在好氧区顶端外部设置的支撑平台上；

或，电机通过直连轴驱动中心转轴旋转，中心转轴的两端均设有支架，其一端与电机连接，支架和电机均安装在好氧区外部设置的支撑平台上，中心转轴穿过好氧区池壁并与好氧区池壁机械密封。

进一步地，沉淀区内从上到下依次设置斜板分离器、三相分离器和斜坡，出水管位于斜板分离器上方，出水管处设有出水堰槽，三相分离器与出水堰槽连接。沉淀区采用三相分离技术与斜板沉淀技术进行泥水分离，分离出来的污泥随着斜坡滑落，使沉淀效果更加的同时可省去污泥回流，减少运行动力。

进一步地，穿孔曝气管有三组，并联设置，分别位于好氧区池底的两侧及中间位置。

进一步地，箱体由板材拼接而成，相邻两板材连接处涂抹密封胶；优选地，相邻两块板材之间通过螺栓连接，其中一块板材加工上有长槽孔，另一块板材上加工有圆孔，由此形成组合拼装式的小城镇污水处理设备。

进一步地，每块板材的重量为60kg-85kg，材料为搪瓷，两个人可轻松抬起，方便现场组合安装，每片板材的尺寸适合，运输时不再需要大型运输车，大大降低了运输的费用。

本发明提供的小城镇污水处理工艺包括如下步骤：

(1)流量为0-500m³/d的待处理污水进入兼氧区，与来自好氧区的硝化液及沉淀区的回流污泥混合，经过上流式导流管充分混匀后，进入好氧区；

(2)经(1)处理后的污水在好氧区内经过生物膜法和活性污泥法的组合工艺进行脱氮和脱磷；生物膜法采用自曝气生物转轮进行曝气，自爆气生物转轮的80％位于液面以下，自曝气生物转轮的转速为0.5-2r/min，自曝气生物转轮内部挂装有纤维束仿生填料，纤维束仿生填料网网的比表面积是3200-4500m²/m³；好氧区的污水中投放颗粒填料，颗粒填料投放量为好养区池容的45％-55％；污水经过自曝气生物转轮和好氧区池底的穿孔曝气管的搅拌后与纤维束仿生填料和颗粒填料充分接触，发生硝化反应，硝化液通过气提技术回流至兼氧区进行反硝化，硝化液的回流比为100％-300％,剩余的污水通过隔网进入沉淀区，颗粒填料被隔网拦截；

(3)经(2)处理过的污水进入沉淀区再经三相分离器分离出气体、泥水混合物和污泥，泥水混合物上升到三相分离器上方的斜板分离器分离出污泥和上清液，上清液经出水管收集杀菌合格后排放，三相分离器和斜板分离器分离出的污泥随着三相分离器下方的斜坡滑落，部分活性污泥重新回到好氧区末端，剩余污泥从污泥出口排出，从污泥出口排出的污泥分时进行污泥回流和直接排放，污泥回流至兼氧区与待处理的污水及好氧区回流的硝化液混合，直接排放的污泥被排至污泥池。

本发明提供的小城镇污水处理设备及工艺具有以下有益效果：

1.污水处理设备采用自曝气生物转轮进行曝气，自曝气生物转轮的80％淹没在液面以下，曝气更加高效节能。

2.污水处理设备的兼氧区采用的分区结构及导流管使得污水在分区内保持自下而上的流态，起到了搅拌的作用，省去了搅拌器的设置。

3.水下运行的设备较小，运行管理方便，对技术人员的要求较低，无需泵和搅拌器，节省了不同污水处理量对泵和搅拌器的选型要求。

4.污水处理工艺采用活性污泥法与生物膜法的组合工艺，两者的去污能力所占的比例可通过调节自曝气转轮的内部填料含量、曝气转速等实现调节，使系统的抗冲击负荷能力增加，曝气转轮巨大比表面积生长的生物膜，生物膜泥龄长，生物量大，实现同步硝化、反硝化及部分生物除磷，保障生物除氮效果，避免活性污泥法中脱氮效果差的缺点；其余区域属于活性污泥法，此段污泥泥龄短，生物除磷效果良好。

5.污水处理工艺采用气提技术进行硝化液的回流，好氧区末端的硝化液在气提作用下回流至兼氧区，用于反硝化反应，将亚硝态氮及硝态氮在缺氧的情况下反硝化为氮气达到脱氮，起到强化脱氮及部分脱磷功能，不但解决了以普通泵作回流经常性堵塞问题，减少设备损坏故障的维修工作，同时也节约了不少的电耗。

6.污水处理工艺简单，易于操作。

附图说明

图1为自曝气生物转轮的结构示意图；

图2为自曝气生物转轮的正视图；

图3为自曝气生物转轮的侧视图；

图4为小城镇污水处理设备的侧视图；

图5为小城镇污水处理设备的俯视图；

图6为小城镇污水处理设备箱体的结构示意图；

图7为小城镇污水处理工艺流程图。

图中，1、箱体；11、板材；12、隔板；13、污水通道；14、隔网；2、兼氧区；21、进水管；22、分区板；23、导流管；24、气提进水管；3好氧区；31、自曝气生物转轮；311、支座；312、中心转轴；313、电机；314、气囊；315、圆盘片；316、支杆；317、横杆；318、支架；319、纤维束仿生填料网；32、气提装置；321、穿孔曝气管；322、硝化液管；323、鼓风机；4、沉淀区；41、出水管；42、污泥出口；43、斜板分离器；44、三相分离器；45、斜坡；46、出水堰槽；47、污泥回流管路；48、三通阀。

具体实施方式

如图1-3所示的自曝气生物转轮31(图1中未标注纤维束仿生填料网319)，其包括支座311、安装在支座311上的中心转轴312、安装在中心转轴312上的转轮及驱动中心转轴转动的电机313；两转轮之间安装有沿其轴向方向设置并呈圆周分布的有橡胶气囊314，气囊呈圆筒状，其两端封闭，其侧面朝向中心转轴的位置上开设网孔，两转轮及气囊之间形成的空腔内层叠地挂装有纤维束仿生填料网319，纤维束仿生填料网319沿中心转轴轴向平铺并沿径向层叠，两其端分别挂装在相邻两转轮上，每一层的纤维束仿生填料网319均围成多边体结构。纤维束仿生填料网319的纤维束载体直径可为20-40mm，间距为100mm，行距为100mm。

转轮包括圆盘片315、呈星形状沿径向均匀固定在圆盘片315上的支杆316和固定在相邻两支杆316之间的横杆317，支杆316的一端固定在圆盘片315上，一端露出圆盘片315，横杆317为长条形或扇面形固定在支杆316的外端，同种规格的横杆317形成圆形或多边形结构，横杆317、支杆316与圆盘片315之间形成中空结构；横杆317为长条形时，气囊的两端固定在支杆外端上；横杆317为扇面形时，气囊的两端固定在横杆上，如图2所示。

当水质水量需要的曝气量较大时，可以通过设置两周气囊的方式增加曝气量，这两周的气囊交错分布，其上开设的网孔互不干涉。

如图4-5所示的小城镇污水处理设备，其包括箱体1、自曝气生物转轮31和气提装置32，箱体1被依次分隔成兼氧区2、好氧区3和沉淀区4，兼氧区2与好氧区3由隔板12隔开，隔板12上设有污水通道13，好氧区3与沉淀区4之间由隔网14隔开。

兼氧区2被分区板22分为呈“田”字形的4个分区，兼氧区2首端的一分区下部设置进水管21，且该分区内设有气提进水管24，相邻两分区之间通过导流管23连通，导流管23的进口设于前一分区上部，出口设于后一分区下部，兼氧区2末端的一分区通过隔板12上的污水通道13与好氧区3连通。

好氧区3安装有自曝气生物转轮31和气提装置32，气提装置32包括位于好氧区3池底的穿孔曝气管321、位于好氧区3外部的硝化液管322和鼓风机323，穿孔曝气管321通过曝气管线与鼓风机323连接，硝化液管322一端与好氧区3末端连通，一端与兼氧区2的气提进水管24连通。穿孔曝气管321有三组，并联设置，分别位于好氧区2池底的两侧及中间位置，如图5所示。

沉淀区4池壁上部设有出水管41、下部开设污泥出口42，沉淀区4内从上到下依次设置斜板分离器43、三相分离器44和斜坡45，出水管41位于斜板分离器43上方，出水管41处设有出水堰槽46，三相分离器44与出水堰槽46连接；污泥出口42通过污泥回流管路47与兼氧区2连通，污泥回流管路47上设有三通阀48，部分污泥回流至兼氧区2，剩余污泥随三通阀48出口排出。

中心转轴312可以通过两种方式驱动：链条传动和直连轴传动，采用链条传动时，链条缠绕在圆筒状的气囊外周上，这样有效减少中心转轴的扭矩负荷，好氧区顶端外部设有支撑平台，电机313安装在该支撑平台上；采用直连轴传动时，好氧区两侧面外部均设有支撑平台，中心转轴的两端均安装有支架318，如图3所示，其一端与电机连接，支架和电机均安装在支撑平台上，中心转轴穿过好氧区池壁且两者之间采用机械密封。

优选地，箱体1由板材11拼接而成，相邻两板材连接处涂抹密封胶，板材可选择搪瓷材料或不锈钢材料，每块拼接板材的重量在60kg-85kg的范围，可两个人轻松抬起，方便现场安装，每片板材的尺寸适合，运输时不再需要大型运输车，大大降低了运输的费用。在拼装过程中，每块板材通过螺栓连接组成完整的箱体；相邻两块板材，一块板材加工成长槽孔，一块板材加工成圆孔，有效防止因误差存在导致连接孔错位的现象。

本发明提供的小城镇污水处理工艺可以采用上述任一种污水处理设备，工艺流程如图7，包括如下步骤：

(1)流量为0-500m³/d的待处理污水进入兼氧区，与来自好氧区的硝化液及沉淀区的回流污泥混合，经过上流式导流管充分混匀后，进入好氧区；

(2)经(1)处理后的污水在好氧区内经过生物膜法和活性污泥法的组合工艺进行脱氮和脱磷；生物膜法采用自曝气生物转轮进行曝气，自曝气生物转轮的80％位于液面以下，自曝气生物转轮的转速为0.5-2r/min，自曝气生物转轮内部挂装有纤维束仿生填料，纤维束仿生填料网网的比表面积是3200-4500m²/m³；好氧区的污水中投放颗粒填料，颗粒填料投放量为好养区池容的45％-55％；污水经过自曝气生物转轮和好氧区池底的穿孔曝气管的搅拌后与纤维束仿生填料和颗粒填料充分接触，发生硝化反应，硝化液通过气提技术回流至兼氧区进行反硝化，硝化液的回流比为100％-300％,剩余的污水通过隔网进入沉淀区，颗粒填料被隔网拦截；

(3)经(2)处理过的污水进入沉淀区再经三相分离器分离出气体、泥水混合物和污泥，泥水混合物上升到三相分离器上方的斜板分离器分离出污泥和上清液，上清液经出水管收集杀菌合格后排放，三相分离器和斜板分离器分离出的污泥随着三相分离器下方的斜坡滑落，部分活性污泥重新回到好氧区末端，剩余污泥从污泥出口排出，从污泥出口排出的污泥分时进行污泥回流和直接排放，污泥回流至兼氧区与待处理的污水及好氧区回流的硝化液混合，直接排放的污泥被排至污泥池，污泥回流比为80％-100％。

上述工艺结合了活性污泥法和生物膜法，污泥折算后浓度高，污泥有机负荷f/m低，对进水冲击负荷的变动有很强的耐冲能力，自曝气生物转轮可大量繁殖周期较长的硝化菌和反硝化菌，为其提供适合的生长环境，实现同步硝化反硝化及部分生物除磷，保障生物除氮效果；好氧区内转轮以外的区域属于活性污泥法，短泥龄为嗜磷菌的除磷创造了最优条件，保障生物除磷效果，因此整个工艺脱氮除磷效果较传统单一工艺更优。

下面结合3个采用上述污水处理工艺的实施例对该工艺的效果进行说明。

实施例1

污水样本1处理前和处理后的的检测指标变化如下表1所示：

表1污水样本1处理前、后的指标变化及相关工艺参数

实施例2

污水样本2处理前和处理后的的检测指标变化如下表2所示：

表2污水样本2处理前、后的指标变化及相关工艺参数

实施例3

污水样本3处理前和处理后的的检测指标变化如下表3所示：

表3污水样本3处理前、后的指标变化及相关工艺参数

由上述3个实施例的数据可以直观地看到本发明的提供的污水处理工艺处理效率高达80％-94％。

以上所述实施方式仅表达了本发明的具体实施方式，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，在不能脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。