一种微型仿生式一体化污水处理设备及其污水处理方法与流程

本发明涉及污水处理设备领域，具体涉及一种微型仿生式一体化污水处理设备。

背景技术：

我国的经济在近些年得到了快速的发展，但是与此同时对环境也造成了一定的污染，为了保护生态环境，我国积极的倡导节能减排，并且在污染物的处理上给予了足够的重视。在全球的水资源日益紧缺的形势下，对于污水的处理就显得尤为重要。目前，我国淡水资源极度短缺，人均淡水资源量仅为世界平均值的1/3。在全国660多个城市中，有400多个城市缺水，其中108个为严重缺水城市。

传统污水处理项目多应用于大水量、工程性污水处理厂，其污水处理的工艺有a/o、sbr、msbr、氧化沟、a2/o、cass、mbr等。随着环境保护意识的增强，污水处理已开始向村镇延伸，而如何进行污水收集是该过程的难点。为解决该难点，由过去的集中改为分散治理，成为农村污水治理的趋势。因此，如何将之前集中型大水量、工程性的污水处理厂，转化成小型或者微型一体化设备并能实现快速装配的工艺设备；同时在能适应农村污水处理运行管理特点的基础上，将设备化繁为简成为目前环保企业工作重点。

在cn201510043104.5中公开了一种仿生填料污水处理装置，属于污水处理设备领域。其包括布水管、仿生填料、受水池、污水回流泵和固液分离池，在装置进水、出水、出泥口均设置有流量阀。仿生填料垂直布置在布水管与受水池之间，仿生填料70%~80%暴露在空气中，仿生填料中的生物膜通过布水管布水直接利用空气中的氧进行生化反应，节约了曝气运行成本；固液分离池与受水池相连建造，其中，受水池布置在地面上方，固液分离池部分在地面以下。

上述仿生填料污水处理装置虽然可以对污水进行处理，但其存在以下缺点：1、需要有固液分离池、受水池，且仿生填料垂直布置在布水管与受水池之间，仿生填料70%~80%暴露在空气中。整体设备的占用空间较大；2、受水池布置在地面上方，固液分离池部分在地面以下，安装及造价成本高；3、仿生填料70%~80%暴露在空气中，由于仿生填料采用有机—无机复合材料，该仿生填料长时间置于空气中或太阳地下容易出现风化的现象，从而影响仿生填料对水处理的效果，导致整体设备污水处理过程运行不稳定，需要经常对仿生填料进行更换，且由于仿生填料一端通过水孔与布水管相连，仿生填料另一端固定在受水池中，仿生填料需要一点一点更换，拆卸及安装麻烦且更换时整体设备均要停止运行，运营维护繁琐。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种微型仿生式一体化污水处理设备，其不仅能处理污水，还具有体积小、造价低、运行稳定、运营维护简单以及能耗低的优点。

本发明的目的是这样实现的，一种微型仿生式一体化污水处理设备，包括料管、曝气装置、气提装置和顶部开设有出气口且上部开设有进水口的储水罐；料管设置在储水罐内且其一端与进水口相通，料管内设置有柔性生物填料，料管另一端与储水罐内部相通；曝气装置设置在储水罐底部；气提装置设置在储水罐内，气提装置包括集气罩及带有提气管和导流管的三通管，提气管下端与集气罩连通，导流管与料管连通并固定；提气管外套设有与提气管上端相通的回流管，回流管外设置有下端与储水罐相通的沉淀分离池，导流管穿过回流管和沉淀分离池；回流管内径大于提气管外径，回流管顶端高于提气管顶端；沉淀分离池上端内径大于下端内径，沉淀分离池上部固定有溢流管，溢流管一端与沉淀分离池内部相通，溢流管另一端与储水罐外部相通。

本发明的另一目的是这样实现的，一种微型仿生式一体化污水处理设备的污水处理方法，包括以下步骤；

s1、污水经过料管，在料管内的缺氧或无氧环境下完成对水体中污染物的捕捉传递；

s2、打开曝气装置，污水在储水罐中进行曝气处理，在有氧条件下完成有机物矿化及硝化反应后形成硝化混合液；

s3、硝化混合液通过气提装置的集气罩进入提气管然后分流至导流管和回流管；导流管内的硝化混合液回流至料管内，增加料管内的流速的同时为料管持续提供微生物，回流管内的硝化混合液流至沉淀分离池或回流至储水罐；

s4、液体在沉淀分离池内完成泥水分离；

s5、泥水分离后，沉淀分离池内沉淀后的污泥回流/滑落至曝气装置扰动的水体中，沉淀分离池内的上清液通过溢流管排出。

在本发明中，设置有柔性生物填料的料管是微生物在缺氧及无氧环境下所进行的有机物水解、反硝化脱氮、厌氧释磷、氨化等生物反应的发生场所，污水或导流管的硝化混合液进入料管后，由于料管内水的流速较高，因此在高速的水流及可伸缩软管内布设生物填料的扰动下，泥水混合物始终处于悬浮状态，从而更好的提高微生物与水体中污染物间的接触频率，达到在无动力设备的前提下，完成微生物与水体中污染物的捕捉传递过程。

经料管处理处理后的污水通过料管另一端直接进入储水罐内，然后在曝气装置充氧及搅拌作用下，好氧微生物与污水中剩余污染物充分接触，在有氧条件下完成有机物矿化及硝化反应后形成硝化混合液，硝化混合液通过气提装置的集气罩进入提气管然后分流至导流管和回流管。导流管内的硝化混合液回流至料管内，增加料管内的流速的同时为料管持续提供微生物，达到微生物在料管和储水罐之间循环的目的。提气管外套设有与提气管上端相通的回流管的目的是散出进入气提装置的气体的同时使提气管上端折流的硝化混合液不会扰动沉淀分离池内的液体，且硝化混合液在回流管可以完成絮凝过程，并经沉淀分离池完成泥水分离过程。导流管穿过回流管目的是固定回流管，导流管穿过沉淀分离池目的是固定沉淀分离池。

沉淀分离池是通过隔板为隔绝储水罐内的曝气装置对水体所造成的扰动而形成的场所，使得储水罐内即使在曝气装置曝气的过程中沉淀分离池内的水体依然能够不受扰动地完成泥水分离，泥水分离后，沉淀分离池内沉淀后的污泥随富余的气提水回流/滑落至曝气装置扰动的水体中，从而确保曝气过程能够保持一定数量的微生物；沉淀分离池内的上清液通过溢流管排出。

本发明的有益效果体现在：

1、沉淀分离池位于曝气装置上方，且沉淀分离池和曝气装置均设置在储水罐内，减少常规沉淀工艺中污泥浓缩沉淀过程所需的池容，使得微型仿生式一体化污水处理设备达到体积小的目的。

2、储水罐内所需的材料简单，加工成本低，因此具有造价低的优点。

3、采用在料管内设置柔性生物填料，在料管内不需要常规的搅拌装置也可进行有机物水解、反硝化脱氮、厌氧释磷、氨化等生物反应，从而减少该过程所需的动力设备及其能耗，从而减少由此发生的运行维护。料管内设置的柔性生物填料不暴露在空气中或太阳下，使用寿命长，整体设备运行更稳定。

4、利用曝气装置曝气给微生物充氧过程所需的气体作为气提装置对污泥回流、硝化混合液回流所需的动力源，减少常规工艺中气提装置所需的动力设备及其能耗，从而减少由此发生的运行维护。

5、利用提气管的进水量大于回流管的出水量的特点，促使沉淀后的污泥能够快速滑落/回流至曝气装置扰动的水体中，解决常规沉淀池容易形成污泥沉积的问题。

由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：其不仅能处理污水，还具有体积小、造价低、运行稳定、运营维护简单以及能耗低的优点。

附图说明

本发明的附图说明如下：

图1是本发明一种微型仿生式一体化污水处理设备的剖面示意图；

图2是本发明一种微型仿生式一体化污水处理设备的另一种剖面示意图。

图中：1.料管；2.曝气装置；3.气提装置；4.出气口；5.进水口；6.储水罐；7.柔性生物填料；8.集气罩；9.提气管；10.导流管；11.三通管；13.回流管；14.沉淀分离池；15.消毒口；16.溢流管；17.排气管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1和图2所示，一种微型仿生式一体化污水处理设备，包括料管1、曝气装置2、气提装置3和顶部开设有出气口4且上部开设有进水口5的储水罐6；料管1设置在储水罐6内且其一端与进水口5相通，料管1内设置有柔性生物填料7，料管另一端与储水罐内部相通；曝气装置2设置在储水罐6底部；气提装置3设置在储水罐6内，气提装置3包括集气罩8及带有提气管9和导流管10的三通管11，提气管9下端与集气罩8连通，导流管10与料管1连通并固定；提气管9外套设有与提气管9上端相通的回流管13，回流管13外设置有下端与储水罐6相通的沉淀分离池14，导流管10穿过回流管13和沉淀分离池14；回流管13内径大于提气管9外径，回流管13顶端高于提气管9顶端；沉淀分离池14上端内径大于下端内径，沉淀分离池14上部固定有溢流管16，溢流管16一端与沉淀分离池14内部相通，溢流管16另一端与储水罐6外部相通。

在本发明中，设置有柔性生物填料7的料管1是微生物在缺氧及无氧环境下所进行的有机物水解、反硝化脱氮、厌氧释磷、氨化等生物反应的发生场所，污水或导流管10的硝化混合液进入料管1后，由于料管1内水的流速较高，因此在高速的水流及可伸缩软管内布设生物填料的扰动下，泥水混合物始终处于悬浮状态，从而更好的提高微生物与水体中污染物间的接触频率，达到在无动力设备的前提下，完成微生物与水体中污染物的捕捉传递过程。

经料管1处理处理后的污水通过料管1另一端直接进入储水罐6内，然后在曝气装置2充氧及搅拌作用下，好氧微生物与污水中剩余污染物充分接触，在有氧条件下完成有机物矿化及硝化反应后形成硝化混合液，硝化混合液通过气提装置3的集气罩8进入提气管9然后分流至导流管10和回流管13。导流管10内的硝化混合液回流至料管1内，增加料管1内的流速的同时为料管1持续提供微生物，达到微生物在料管1和储水罐6之间循环的目的。提气管9外套设有与提气管9上端相通的回流管13的目的是散出进入气提装置3的气体的同时使提气管9上端折流的硝化混合液不会扰动沉淀分离池14内的液体，且硝化混合液在回流管13可以完成絮凝过程，并经沉淀分离池14完成泥水分离过程。导流管10穿过回流管13目的是固定回流管13，导流管10穿过沉淀分离池14目的是固定沉淀分离池14。

沉淀分离池14是通过隔板为隔绝储水罐6内的曝气装置2对水体所造成的扰动而形成的场所，使得储水罐6内即使在曝气装置2曝气的过程中沉淀分离池14内的水体依然能够不受扰动地完成泥水分离，泥水分离后，沉淀分离池14内沉淀后的污泥随富余的气提水回流/滑落至曝气装置2扰动的水体中，从而确保曝气过程能够保持一定数量的微生物；沉淀分离池14内的上清液通过溢流管16排出。

本发明的有益效果体现在：

1、沉淀分离池14位于曝气装置2上方，且沉淀分离池14和曝气装置2均设置在储水罐6内，减少常规沉淀工艺中污泥浓缩沉淀过程所需的池容，使得微型仿生式一体化污水处理设备达到体积小的目的。

2、储水罐6内所需的材料简单，加工成本低，因此具有造价低的优点。

3、采用在料管1内设置柔性生物填料7，在料管1内不需要常规的搅拌装置也可进行有机物水解、反硝化脱氮、厌氧释磷、氨化等生物反应，从而减少该过程所需的动力设备及其能耗，从而减少由此发生的运行维护。料管1内设置的柔性生物填料7不暴露在空气中或太阳下，使用寿命长，整体设备运行更稳定。

4、利用曝气装置2曝气给微生物充氧过程所需的气体作为气提装置3对污泥回流、硝化混合液回流所需的动力源，减少常规工艺中气提装置3所需的动力设备及其能耗，从而减少由此发生的运行维护。

5、利用提气管9的进水量大于回流管13的出水量的特点，促使沉淀后的污泥能够快速滑落/回流至曝气装置2扰动的水体中，解决常规沉淀池容易形成污泥沉积的问题。

进一步地，在本实施例中，提气管9中含有气体的硝化混合液的流速是分别向沉淀池14进水（进入沉淀池14的水量>沉淀池14的出水水量）与向料管1进水（进入料管的水量：进入设备的水量为>3：1）。

进一步地，在本实施例中，导流管10中硝化混合液的流速是小于1.0m/s。

进一步地，在本实施例中，回流管13中硝化混合液的流速小于0.03m/s。回流管13中硝化混合液的流速小于0.03m/s的作用除了向沉淀池布水之外，还能避免13管的水流过大或过小而影响沉淀池的沉淀效果等。

进一步地，在本实施例中，进入料管1的污水流速大于4m/h。利用进水高流速的扰动作用下与生物填料上附着的微生物充分接触，达到无外源动力的条件下，完成水解酸化作用、反硝化脱氮、厌氧释磷等作用的同时防止污水在料管1的流速过小从而很难进入储水罐6。

进一步地，料管1和出气口4之间通过排气管17相通。料管1和出气口4之间通过排气管17相通的目的是对料管1内的气体进行排气，避免在曝气装置的曝气作用下，料管1内存在大量的气体从而影响液体在料管1内的流动甚至造成液体在料管1内回流的现象。

进一步地，溢流管16上开设有消毒口15。溢流管16上开设有消毒口15的作用是在溢流管16排水过程中，可以从消毒口15加入消毒剂对上清液进行消毒处理，最终消毒后的上清液经溢流管16排出储水罐6。

进一步地，还包括与消毒口15连通的消毒装置。在本实施例中，消毒装置是盛放缓释消毒剂的消毒盒。在消毒装置内设置缓释消毒剂，当底部消毒剂逐步溶解后，溶解后的缓释消毒剂所释放的空间由上一层消毒剂填充，该过程依次类推。利用逐级补充的带有缓释性消毒剂的出水消毒装置，解决常规小型工艺设备中需要人工经常添加消毒剂的问题。

进一步地，在本实施例中，沉淀分离池14的下部呈倒锥形。沉淀分离池14的下部呈倒锥形的目的是保证沉淀分离池14足够大的情况下更好地隔绝储水罐6内的曝气装置2对水体所造成的扰动。在其他实施例中，沉淀分离池14还可以是上端内径大于下端内径的其他形状。

进一步地，料管1是可伸缩柔性管。可伸缩柔性管可以是波纹管、pvc螺旋钢丝软管和pu钢丝吸尘管等。料管1是可伸缩柔性管的目的是在节约料管1的投入成本情况下便于在储水罐6中铺设。

在本实施例中，柔性生物填料7填充设置在料管1内，柔性生物填料7的品牌型号可以是吉能环保jn-tl150，柔性生物填料7也可以是其他品牌型号的柔性生物填料7。

进一步地，料管1环绕储水罐6内壁向下固定设置。料管1环绕储水罐6内壁向下固定设置的目的是一是防止进水中所携带的泥砂在料管1内淤积，而堵塞料管1；二是避免料管1在储水罐6内出现过度弯折，一旦料管1过度弯折容易在过度弯折部位出现空气，造成料管1进水或出水不流畅。

进一步地，曝气装置2是鼓风曝气装置2。鼓风曝气装置2的作用是向储水罐6内的污水中输入好氧微生物与污水中剩余污染物充分接触时所需的溶解氧。在本实施例中，曝气装置2是现有技术中的鼓风曝气装置2，鼓风曝气装置2的风机和控制系统均设置在储水罐6外。

进一步地，提气管9下端和提气管9下端均低于回流管13下端。提气管9下端和提气管9下端均低于回流管13下端的目的是进一步保证泥水分离后，沉淀分离池14内沉淀后的污泥随富余的气提水回流/滑落至曝气装置2扰动的水体中，从而确保曝气过程能够保持一定数量的微生物。

进一步地，储水罐6内壁固定有支架，料管1固定在支架上。在本实施例中，支架是焊接或稳固地摆放在储水罐6内壁的钢管或木架等，料管1通过绳子、钢丝等绑定固定在支架上。储水罐6内壁固定有支架，料管1固定在支架上是避免料管1在储水罐6内因曝气装置2的扰动造成其摆动而影响料管1的出水或进水。

进一步地，集气罩8的横截面呈三角形。集气罩8的横截面呈三角形可以更好的将硝化混合液送至提气管9的同时便于沉淀分离池14沉淀的污泥沿着集气罩8滑落。

一种微型仿生式一体化污水处理设备的污水处理方法，包括以下步骤；

s1、污水经过料管1，在料管1内的缺氧或无氧环境下完成对水体中污染物的捕捉传递；

s2、打开曝气装置2，污水在储水罐6中进行曝气处理，在有氧条件下完成有机物矿化及硝化反应后形成硝化混合液；

s3、硝化混合液通过气提装置3的集气罩8进入提气管9然后分流至导流管10和回流管13；导流管10内的硝化混合液回流至料管1内，增加料管1内的流速的同时为料管1持续提供微生物，回流管13内的硝化混合液流至沉淀分离池14或回流至储水罐6；

s4、液体在沉淀分离池14内完成泥水分离；

s5、泥水分离后，沉淀分离池14内沉淀后的污泥回流/滑落至曝气装置2扰动的水体中，沉淀分离池14内的上清液通过溢流管16排出。

进一步地，储水罐6内的污泥沉积过多时进行清洗。