一种跃层式循环AAO法的一泵式一体化污水处理器的制作方法

技术领域：

一种跃层式循环aao法的一泵式一体化污水处理器，属于水处理领域。

背景技术：
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厌氧-缺氧-好氧活性污泥法污水处理方法是指通过厌氧区、缺氧区、好/缺氧区的不同组合以及不同的污泥回流方式来祛除水中的有机污染物和氮、磷等的活性污泥处理方法，简称aao法(国家环境保护标准hj-576-2010)。aao法有很多变种，以适应不同的水质的需要；需要同时脱氮除磷时，则需要采用厌氧缺氧好氧工艺，并配有混合液回流和高龄污泥回流。以aao法为基础，又发展出氧化沟活性污泥法和序批式活性污泥法。

目前已经投产的污水处理工程和设备绝大多数是aao法及以aao法为基础的活性污泥法，它的处理效果已经得到了普遍的认可。一般aao+二沉池可以达到城镇生活污水排放的二级b标准。为了实现上述工艺，传统的aao一体化污水处理器一般是厌氧区、缺氧区、好/缺氧区、二沉池顺序自流进水，曝气用曝气风机、污泥回流和混合液回流均采用水泵至少3种动力部件；如果要求达到出水一级a，则需要增加mbr膜，以及相应的加压泵、反洗泵、反洗加药泵3种动力部件，共计6个。如果考虑备用，则可能达到8～10个左右。因此，控制流程复杂，一般需要采用plc控制。

对大型污水处理设备和工程，如果设备选配合适，每种设备基本上没有多余的能耗；但整体系统复杂，可靠性较低。对小型一体化设备，由于曝气风机、扬水泵、污泥回流泵都很难做得很小或者很难准确配套，每种设备往往都会出现较大的能量过剩(包括水泵扬程过剩、风量过剩等)，从而造成大量的能量浪费和运行成本偏高，也使得污水一体化设备很难小型化，按此生产家用生活污水处理器几乎是不可能的。

一家日本公司研制了一种小型ao一体化生活污水处理器，它采用1台外置曝气风机同时对好/缺氧区曝气和混合液回流(简称“气提回流”)。国内也有的公司研制出了循环ao工艺的一体化生活污水处理器，同样也只需要1台风机。水流顺序自流通过多个反应仓，各反应仓内中部附近安装有曝气装置，只要流量和曝气量控制得当，污水在同一仓内就可以实现缺氧-好氧过程，顺序通过多个反应仓就实现了循环缺氧-好氧工艺。这两种设备既充分利用了风机的多余风，又省掉了容易故障的混合液回流泵，如果来水量稳定，确实节能。

但这些产品有以下明显不足：(1)一般只能做到ao工艺，缺少厌氧区和污泥回流，因此需要另加入除磷药剂除磷；国内个别厂家也研制出用气提回流污泥的装置，它确是回流的污泥，但会同时带入大量的空气，使厌氧区的含氧量超出有关规范要求，其实质仍将厌氧区变成了缺氧区，仍只有ao工艺，一般还需要加除磷剂等其它办法一除磷。(2)进水自流，难以做到根据污水流量控制风机的自动开停控制，因此风机一般需要24*7天工作，不仅风机寿命短，而且当实际来水量达不到设计来水量时，能耗不能相应降低，单位吨水能耗就会成倍增加，反而造成能耗浪费。(3)整个工艺的单位体积效能低，需要一体化处理器的处理大，反而造成设备成本高。(4)对户用等小型一体化污水处理器，风机无法安装在一体化设备内，需要另外挂壁安装，造成现场安装工作量大，需要专业人员进行，从而限制了产品的普及。(5)两种处理器出水标准都不太高，最好只能达到一级b出水标准。

随着我们对环境保护和节能越来越重视，特别是对农村生活污水处理设备要求越来越高。(1)出水标准要求更高，需要同时脱氮除磷且排水一级a甚至更高；(2)要求运行成本低，采用mbr生物膜虽然能达到很好的出水标准，但运行成本平均提高1元/吨以上，农村市场难以接受；(3)需要大量户用和微小型生活污水处理器，如农家乐、小型餐馆、农村特别是山区分散居民、小型自然村落等，不仅要求这些户用一体化处理器投资低、运行成本低、运行可靠，还要求安装维护方便。因此，随着我国农村环境整治的推进、农民对生活环境质量要求的提高，迫切需要一种适合户用和小型一体化生活污水处理的既简单又节能、能同时脱氮除磷的水处理工艺和方法。

技术实现要素：
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本实用新型专利发明了一种跃层式循环aao法的一泵式一体化污水处理器，它包括厌氧区、缺氧区、好/缺氧区、二沉池等aao活性污泥法的各处理单元，以及过滤池和反洗水蓄水池，其主要特征是：处理器的桶体既有垂直分隔，也有水平分层，厌氧区位于水平分层的底层，至少过滤池和反洗水蓄水池位于上层；好/缺氧区的水位最高，其次是二沉池和反洗水蓄水池，厌氧区的水位最低；污水从厌氧区进入，由扬水泵抽到好/缺氧区内，然后自流进入二沉池、再经过滤池进入反洗水蓄水池；二沉池底部的污泥虹吸自流回流到厌氧区；过滤池的自动虹吸反洗排水排入厌氧区；扬水泵和风机主要根据好/缺氧区的水位消落自动开启和关停，风机间歇开停。

传统的aao工艺中，厌氧区水位最高，而二沉池水位最低，污水从厌氧区、缺氧区、好氧区再到二沉池，水位是从高到低自流；因此混合液回流和污泥回流均需要用回流泵。

本发明专利提出了aao工艺中，好/缺氧区水位最高，二沉池次之，反洗水蓄水池和过滤池再次，而缺氧区水位最低。污水从厌氧区进入，然后用扬水泵提升到好/缺氧区，再自流到二沉池；只要二沉池的水位高于厌氧区，无论其底部高程的高低，二沉池底部的高龄污泥就可以采用虹吸自流回到厌氧区。本专利中，厌缺氧区到好/缺氧区需要用泵提升水位，污水实现“跃层”，因此也可以称谓“跃层式aao法”。

采用跃层式aao法，好氧区的水位高于混合液溢流回流口时，会自动溢流回流到缺氧区，扬水泵的运行是由缺氧区的水位通过水位浮球开关来控制，缺氧区兼有调节池的功能。采用本专利的跃层循环aao法，取消了单独的缺氧区和混合液溢流回流，扬水泵就需要根据好/缺氧区的水位来控制；为了避免扬水泵缺水损坏，还需要同时根据厌氧区最低水来控制扬水泵。这样不仅可以省掉复杂的控制装置，而且可以保持吨水电耗基本不变，更好地适应农村家庭来水量多变的实际情况。

为了扬水泵的运行工况更好，扬水泵需要采用间歇运行方式，其间歇停止的时间不宜小于30分钟。为此扬水泵的流量应大于排水流量与污泥回流量之和。由于可用的污水泵的型号选择有限，有时扬水泵的流量会大大高于实现跃层aao所需要的流量，甚至数倍，特别对小型和户用污水处理器，因此，也可以将扬水泵在厌氧区的消落期内设计成间歇运行。

类似地，对小型污水处理器，风机在满足好氧区压力的要求情况下，供风量往往大大高于污水处理的需氧量要求，甚至高出多倍，造成气水比过高。过高的气水比不仅提高了运行功耗和成本，而且也会对水处理过程产生一些新的问题，甚至影响出水质量。为此，也可以在厌氧池的消落期内也将风机设计成间歇运行模式。根据风机设备的设计要求，风机间歇运行时，停歇间隔时间一般不得低于30分钟。但风机停止后好/缺氧区的溶氧会迅速降低，一般在15分钟以内会降为0.5mg/l以下，使好/缺氧区变成为缺氧状态。因此，风机间歇运行实际上使好/缺氧区的是在好氧(风机运行及停止后一段时间内)和缺氧(甚至厌氧)之间交替转换，呈现一种循环ao或者aao的工艺状态，这样就省掉了混合液回流，也可以不再设置单独的缺氧区，类似序批式法。只要好/缺氧区的容积足够大，适当控制风机停开时长，这种循环ao或者循环aao也是可以满足对好氧、缺氧、厌氧停留时间的要求。跃层式aao法就变成跃层式循环aao法。实际上，由于每种风机供风流量与水压有关，而实际需要的运行时间还与好/缺氧区的停留时间相关，因此，可以在将风机的停机间歇时间设置为30分钟的情况下，将风机持续开机时间设计成可调，以便根据有关参数进行调整。

为了提高出水水质，可将过滤池设计成双滤(快滤和慢滤)一体过滤池(又称“双滤一体过滤器”)，实现零动力、零排放地将排水从一级b提升到一级a。如果采用粗滤-慢滤(滤速不高于0.3米/小时)两级过滤工艺，根据中国水利水电科学研究院的有关研究(《保障农村饮水安全的生物慢滤水处理技术》，课题编号环0120012007，2010年国家科技部应用一等奖)，“研究结果表明：生物慢滤对细菌、病毒、有机污染物、嗅味及色度等污染物有很好的去除效果。①对大肠杆菌的去除率高达100％；细菌总数去除率在97％以上。②对氨氮的去除率高达98.5％。③对浊度的去除率达99％以上。④对重金属的去除效果也很好，铜、镉、铁的去除率在95％以上，锰、铅、锌的去除率在60％～88％之间。⑤对有机物codmn、toc的去除分别稳定在28.1％～37.1％和31％～36％。”可见，生物慢滤不仅可以将30～50ntu处理成1ntu，而且对有机污染有显著的祛除效果。结合我公司的专利“一种可对慢滤池滤料进行循环分层反洗的快慢滤一体净水器”(专利号zl20140489268.1)技术，可以采用一个虹吸反洗装置对同轴的快滤和慢滤两级过滤器进行虹吸反洗；因此，只要采用双滤一体过滤器，就可以大大提升出水水质；只要aao-二沉池出水足够好(稍高于一级b的标准)，再经过双滤一体过滤器后，出水就可以达一级a的标准。由于采用跃层式aao法后，可以反洗水零排放，这就为一级b出水提升到一级a提供了一条零排放、零动力的技术路径。

如果要求的处理能力大，可以设计成由2个以上过滤池(或双滤一体过滤器)组成的过滤阵列；各过滤池的虹吸反洗可以由自己的过滤阻力自动引导产生(如无阀滤池)，也可以由其它过滤池的反洗虹吸引导产生。由其它过滤池的反洗虹吸引导产生时，这两个过滤池一般会差不多同时产生虹吸反洗。

为便于布置，对一体化污水处理器的桶体，既可以象传统一体化污水处理器桶体垂直分隔成多个处理池(间)外，也可以局部水平分层。如将厌氧区设置在过滤池的下层，而将反洗水蓄水池置于过滤池的上层，使过滤反洗水直接排入厌氧池中；如采用斜板沉淀原理，将二沉池设置在设备间的上层。由于好氧区水深对曝气转换效果影响很大，因此好氧区或好/缺氧区一般不采用上、下分层。

与传统aao法比较，跃层循环aao法有以下明显的优点：

(1)采用了无泵自动回流，只需要1台泵：比传统aao法的2个回流泵少用1台泵，投资和运行成本都更低，整体可靠性更高。

(2)可带零动力、零排放的过滤池：本专利的跃层式循环aao法可在二沉池后配过滤池，只要过滤池和反洗蓄水池最低水位仍高于厌氧区水位，则过滤池就可以采用自动虹吸反洗并将反洗排水排入厌氧区中，形成零排放、零动力的过滤！增加了过滤池，排水质量更高、更可靠。

(3)可带双滤(快滤和慢滤)一体式过滤池，实现零动力、零排放地将排水从一级b提升到一级a。

(4)如果要求的处理能力大，可以设计成由2个以上过滤池(或双滤一体过滤器)组成的过滤阵列。

(5)扬水泵可以根据用户实际来水量自动开启和关停：这样不仅可以省掉复杂的控制装置，而且可以保持吨水电耗基本不变，更好地适应农村家庭来水量多变的实际情况。

(6)控制更简单可靠：整个一体化污水处理器只需要一台水泵和一台风机，大大降低了设备数量和控制难度。

附图说明：

附图1、2、3、4是按带过滤池的跃层循环aao法生产的一体化污水处理器，处理能力5吨/天。其中附图1是实施例的俯视图，附图2是a-a截面的正视图，附图3为b-b截面的右视图，附图4为c-c截面的左视图。

具体实施方式：

如附图1、2、3、4所示一体化污水处理器，其处理能力为5吨/天，采用180w扬水泵，120w风机。总体尺寸为200*151*151厘米。设计考虑用碳钢焊接，涉水涂环氧树脂油漆。

整个一体化污水处理器主要分为厌氧区35、好/缺氧区8、二沉池7、双滤一体过滤器2、反洗水蓄水池42、设备间37，配备有扬水泵12、风机14、紫外线杀菌器20三个动力设备，以及厌氧区35双位浮球开关43、好/缺氧区8上部的上位浮球开关17；二沉池7采用斜板沉淀原理，其底部中央布置有虹吸回流装置40，双滤一体过滤器2的中央布置有自动虹吸反选装置42。

污水从进水口4进入厌氧池35，并在此处与二沉池7的污泥回流混合，再从扬水泵12的进水口36，经过检修阀13、扬水泵12、检修阀11进入好/缺氧区8内。好/缺氧区8的底部均布着微孔曝气装置9，风机14通过主风管10向所有微孔曝气装置9送气。经过曝气后的水再从位于另一端的出水口6进入二沉池7；经过斜板沉淀后，大部分污泥沉淀到二沉池7的底部，而沉淀后的水经进水管3进入双滤一体过滤器2；进水先下向流经过第一级过滤池32过滤，经过滤头34，转为上向流经过第二级过滤池31慢滤，然后储存在反洗水蓄水池43中；当反洗水蓄水池43中的水位达到一定的高程时，清水再经过紫外线杀菌20和排水阀19排出。

双滤一体过滤器2的第二级过滤池31设计过滤面积很大，设计滤速在0.3米/小时以下，属于慢滤，其出水水质很高。随着第一级过滤池32的过滤阻力的增加，自动虹吸反洗装置42的虹吸上升管28内的水位会相应增加；当该水位上升到虹吸下降管29顶端稍低一点的横向引水管44时，污水会从横向引水管44进入虹吸辅助管46，再经过水射抽气装置47后排入厌氧区35内；在污水经过水射抽气装置47时，会通过抽气管45抽取虹吸上升管28内的空气，形成负压，从而引导过滤反洗虹吸产生。

二沉池7底部污泥的虹吸回流装置40采用的是溢流虹吸原理。随着二沉池7的水位上升，二沉池7底部的高龄污泥会在虹吸上升管21内同步上升；当水位上升到虹吸下降管22顶部附近的穿越孔24时，高龄污泥会穿过穿越孔24进入垂直下降管22并加速下降并形成虹吸，再经过下端的弯管41进入厌氧区35内，形成高龄污泥自动回流。

在控制方面，只要厌氧区35的水位高于设定的最低水位(为避免扬水泵无水运行损坏)，扬水泵12和风机14会根据好/缺氧区8的最高水位定时周期运行运行。如可将运行周期设定为60分钟，风机14的运行30分钟，停止30分钟运行；扬水泵12启动运行后，当好/缺氧区8顶部的上位浮球开关17达到最高水位时，扬水泵12自动停止，到设定时间60分钟后自动开启(只要厌氧区35水位高于最低水位)。厌氧区35的水位由双位浮球开关43来控制，该开关43还可以用于对进水水泵运行的控制。

为了充分利用双滤一体过滤器2的慢滤池31的作用，设计时考虑让其尽可能24小时运行，因此，扬水泵12启动前，二沉池7的水位仍会低于好/缺氧区8的水位。由于好/缺氧区8的进、出水口分设在两处最远端，在扬水泵12刚开始运行时，原存在好/缺氧区8的水会首先通过进水口6位进入二沉池7内沉淀，以后好/缺氧区8和二沉池7的水位会基本同步上升。一般，虹吸回流装置40的穿越孔24高程高于二沉池7的进水口6的高程，低于好/缺氧区8的最高设定水位。当水位上升到穿越孔40高程时，污泥回流虹吸形成，但由于扬水泵12的流量大于污泥回流流量，因此水位会继续上升直到设定的最高水位。

当扬水泵12停止运行后，在污泥虹吸回流和过滤出水的带动下，好/缺氧区8和二沉池7刚开始会同步下降；当下降到二沉池7的进水口6后，二沉池7的水位会单独快速下降；当水位下降到破坏斗23时，虹吸破坏管25会将破坏斗23中的水吸完，然后吸气，致使污泥虹吸回流破坏，回流停止。只要设计掌握好有关高程就可以控制好每次消落过程中污泥虹吸回流持续的时间，将污泥回流量控制在进水流量的40～100％的范围内。

在污泥虹吸停止的，二沉池7的水位会在过滤出水的带动下继续下降，直到下一次运行周期开始，扬水泵12重新启动。

在每个运行周期内，在风机14运行过程中，好/缺氧区8会保持好氧状态(溶氧高于2mg/l)；在风机14停止运行后，好/缺氧区8的溶氧会逐渐下降，当下降到0.5mg/l以下后，成缺氧状态，甚至厌氧状态(如果停止时间过长)。即一个运行周期内，好/缺氧区8就经过一次好氧-缺氧状态；每天会经历多个好氧-缺氧，形成循环ao或者aao工艺。

实际好/缺氧区8成好氧状态时长等于风机14运行时长加上风机14停止后溶氧下降到0.5mg/l之前的时长。只要将好/缺氧区8的水力停留时间不低于有关规范中要求的单独好氧区和单独缺氧区的水力停留时间之和，并且控制好风机14的运行时间占运行周期的比例，就可以保证好氧和缺氧处理效果。

本实施例采用了跃层循环aao法，并带有零排放、零动力的双滤过滤器，只有1台水泵和1台风机，可同时脱氮除磷，出水可达一级a。与传统的一体化污水处理器相比，不仅大大节省能耗，运行成本低，而且控制简单可靠。