专利名称：生活污水生物集成处理技术的制作方法
技术领域：
本发明属于污水处理领域，具体而言，本发明涉及一种生活污水生物集成处理设 备，该设备结构集成度高，空间利用合理，加之其中填有优化的立方体微生物载体，能够高 效处理生活污水。
背景技术：
生活污水的处理随着城市化进程、人口密度的日益增大而越发引起人们的重视。 尤其是，我国是一个水资源短缺的国家。人均水资源量只有世界平均水平的四分之一(约 为2200m3)。我国政府在2006年发布《国家中长期科学和技术发展规划纲要》，提出在坚持 节能优先，降低能耗的前提下，重点研究城市水循环利用技术，进一步推广城市的污水集中 处理设施。目前国家对城镇生活污水处理主要执行的标准是《城镇污水处理厂污染物排放 标准》(GB18918-2002)，较《污水综合排放标淮》(GB8978-1996)确定了更严格的污染物排 放标准。污水的处理技术包括物理法，化学法及生物法，其中生物法具有高效、低成本的特 点，具有良好的技术经济优势，是当今污水处理中应用最广泛的技术。根据生物反应器的不 同运行方式，生物处理过程主要分为以下几种活性污泥法、生物膜法、塘处理系统和土地 处理系统。例如，中国专利 200610089281. 8,03130394. 3,02151492. 5、87100172、以及中国 专利申请96107115. X、200610030489. 2等均公开了基于生物(尤其是微生物)降解的污水 处理方法。然而，活性污泥法、塘处理系统和土地处理系统的基建与运行费用较高、能耗较 大、管理也较复杂、易出现污泥膨胀和污泥上浮等问题，对氮、磷等营养物质去除效果有限， 同时还产生大量剩余污泥。因此，当前小型化的生活污水处理设备多利用基于生物膜法的 原理来实现，如中国专禾U 03100398. 2,98102537. 4、以及中国专利申请200810196658. 9、 200810063302. 8等公开了一些结构不同的生活污水生物处理设备。然而，这些设备没有能 够充分利用内部空间来分隔，因此设计出来的设备体积浪费比较严重，不适合推广到较为 狭小的城市家庭或居民小区使用。为了克服现有技术的缺陷，满足当今城市小区、家庭对生活污水生物处理设备集 成度高、所需空间小的要求，本发明人通过艰苦努力，设计了一种生活污水生物集成处理设 备，不但充分利用内部空间分隔出两个曝气反应室并分隔出澄清室，还能够利用水流的流 向导入污水依次经过曝气反应室和澄清室并最后将处理过的水排出，结构设计简单，成本 低，维护方便。另外，本发明人还在填料上进行了改进，将生物膜改进为生物立方体载体，从 而在使用中具有微生物挂立方体载体快、在立方体载体上从内至外依次形成厌氧区、缺氧 区和好氧区以容纳更多种类的降解微生物、抗酸碱、耐老化、使用寿命长、耐生物降解、剩余 污泥少等特点，大大提高了曝气反应室中生物降解的效率，以此简单结构也能够较传统生 物膜处理设备更高效地处理污水。
发明内容
本发明的目的在于提供一种生活污水生物集成处理设备，充分利用该设备内部空 间分隔出两个曝气反应室并分隔出澄清室，通过水流的流向将污水导入并依次经过曝气反 应室和澄清室以进行处理。另外，本发明的目的还在于使该设备中曝气反应室中填有生物 立方体载体，从而大大提高了曝气反应室中生物降解的效率。具体而言，本发明提供了一种生活污水生物集成处理设备，包括主体容器(8)、污 水进入导管(4)、曝气机(5)和排泥导管(6)，其特征在于，主体容器(8)的内部设置有第一曝气反应室(1)和围绕在第一曝气反应室(1)外 部的第二曝气反应室(2)，其中第一曝气反应室(1)和第二曝气反应室(2)的下底面分别与 主体容器(8)的至少一部分下底面重合，而第一曝气反应室(1)和第二曝气反应室(2)的 侧面和上底面都不与主体容器(8)的各个面接触，由此主体容器(8)内部非第一曝气反应 室(1)和非第二曝气反应室(2)的空间构成了澄清室(3)；污水进入导管(4)从主体容器(8)的上底面穿入直至第一曝气反应室(1)内部， 其中污水进入导管(4)位于第一曝气反应室(1)内部的一端位于第一曝气反应室(1)的下 部；第一曝气反应室(1)通过其上部侧面上的开口(11)与第二曝气反应室(2)的上 部连通；第二曝气反应室(2)通过其下部侧面上的开口(21)与澄清室(3)下部连通；澄清 室(3)上部侧面具有排放口(5)；第一曝气反应室(1)和第二曝气反应室(2)的下底面均具有排泥口(62)，而且排 泥口 (62)通过排泥阀门(61)与排泥导管(6)相连；以及曝气机(5)通过多个通气导管(71)分别向第一曝气反应室(1)和第二曝气反应 室⑵内部曝气。该生活污水生物集成处理设备由于采用上述分隔结构，由此在主体容器(8)中分 隔出第一曝气反应室(1)、第二曝气反应室(2)和澄清室(3)，而且第一曝气反应室(1)、第 二曝气反应室(2)的高度不会高出主体容器(8)的上底面。在本文中，为了清楚起见，以下 术语均具有本领域技术人员所能够理解的含义，如“上部”指高度一半以上，“下部”指高度 一半以下，“下底面”指包括所述物体最低点的面，“上底面”指包括所述物体最高点的面。本 领域技术人员能够理解为了使水流充分曝气、降解和/或澄清，可以对上述位置选择出更 优化的位置。例如，第二曝气反应室(2)下部侧面上的开口(21)解优选设置在第二曝气反 应室(2)侧面下部和下底面的交界处，这样澄清室(3)中沉淀下来的污泥也可以通过该开 口流回第二曝气反应室(2)中，从而通过第二曝气反应室(2)的排泥口(62)排出，无需另 外对澄清室(3)的下底面设置排泥口 ；另外，也优选澄清室(3)的下底面具有排泥口。优选在该生活污水生物集成处理设备中，污水进入导管(4)的进水口高于排放口 (5)。这样，排放口(5)不会高于污水进入导管(4)的进水口，因此受重力作用，污水会在通 过污水进入导管(4)进入第一曝气反应室(1)，然后从其上部侧面上的开口(11)进入第二 曝气反应室(2)，再从其下部侧面上的开口(21)进入澄清室(3)，最后经过澄清从排放口 (5)中将经过处理的水排放出去。具体的例子可以参见图1中的箭头指示，其指示了水流的 方向。尽管较不优选，但是污水进入导管(4)的进水口也可以不高于排放口(5)，这样需要 对进入的污水施加一定的压力。另外，为了加快水流的流速，也优选对进入的污水施加一定的压力。优选在该生活污水生物集成处理设备中，多个通气导管(71)通入第一曝气反应 室(1)或第二曝气反应室(2)内部的一端分别位于第一曝气反应室(1)或第二曝气反应室 (2)的下部。更优选，其中多个通气导管(71)通入第一曝气反应室(1)或第二曝气反应室 (2)内部的一端均带有曝气头(72)。通过对曝气机(5)功率、通气导管(71)直径、数量和 /或曝气头(72)透气性能的调节，可以调节出不同的曝气量。优选，向第一曝气反应室(1) 内部曝气，使溶解氧(DO)保持在0. 2-1. 5mg/L ；和/或，向第二曝气反应室(2)内部曝气， 使溶解氧(DO)保持在3-4mg/L。也优选，其中通入第一曝气反应室(1)的通气导管(71)至 少有两个，例如，有两个或三个；和/或，通入第二曝气反应室(2)的通气导管(71)至少有 两个，例如，有两个或三个。另外，优选在该生活污水生物集成处理设备中，主体容器(8)可以是各种形状，如 圆柱形、立方体等。在本发明的具体实施方式
中，优选主体容器(8)基本呈球形，如图1所 示的那样。这样主体容器(8)内部不容易有积累沉淀的死角，例如将排泥口(62)设置在第 一曝气反应室(1)和第二曝气反应室(2)的下底面的最低点，由此沉积的污泥就容易从排 泥口排出，不容易在其他位置积累污泥。优选在该生活污水生物集成处理设备中，第一曝气反应室(1)和第二曝气反应室 (2)内部填有生物立方体载体(12)。在本文中，为了清楚起见，“生物立方体载体”指立方 体形状的多孔载体。这样的载体不但便于让微生物或者其他能降解污水成分的微小生物挂 载在其上生长，而且由于使用了立方体载体，微生物在其表面和内部不同深度的位置生长， 给立方体载体由内至外带来了不同的氧气含量区，形成厌氧区、缺氧区和好氧区以供不同 种类的生物生长，由此提高了生物降解的效率。经过长期研究，我们优化了生物立方体载体 的一些特性。例如其中，优选生物立方体载体(12)的边长为0.5-2cm，更优选为1cm。也优 选，生物立方体载体(12)的孔隙率大于95%，如96%、98%、99%或99. 5%。还优选，生物 立方体载体(12)由海绵或聚氨基甲酸乙酯制成。进一步可优选生物立方体载体(12)富集 的生物量能够达到12000-30000MLSS kg/m3，即单位体积(立方米)在单位时间(天)内曝 气所承受的有机物量为12000-30000kg。由此极大地提高了生物降解的效率，更出人意料 的是，剩余污泥大为减少。这可能是因为生物立方体载体的厌氧、好氧协同作用；微生物 载体有很大的比表面积可以附着大量的微生物，因此分解有机物的能力比传统方法大大加 强；改变供氧条件，使微氧促进了载体内的厌氧环境；污水中的悬浮物能够(有机物、固态 物、污泥)迅速、有效的聚集到载体的内部和表面，从而使污泥得到有效的分解。另外，优选在第一曝气反应室(1)、第二曝气反应室(2)和/或澄清室(3)上设置 取样口，这样便于观察本发明的设备的处理过程。本发明能够取得的有益效果有本发明的设备不但充分利用内部空间分隔出两个 曝气反应室并分隔出澄清室，节省空间，还能够利用水流的流向导入污水依次经过曝气反 应室和澄清室并最后将处理过的水排出，结构设计简单，成本低，维护方便。另外，将生物膜 改进为生物立方体载体，从而在使用中具有微生物挂立方体载体快、在立方体载体上从内 至外依次形成厌氧区、缺氧区和好氧区以容纳更多种类的降解微生物、抗酸碱、耐老化、使 用寿命长、耐生物降解、剩余污泥少等特点，大大提高了曝气反应室中生物降解的效率，使 本发明的设备尽管简单结构，但也能够较传统生物膜处理设备更高效地处理污水。
为了便于理解，以下将通过具体的附图和实施例对本发明进行详细地描述。需要 特别指出的是，具体实例和附图仅是为了说明，并不构成对本发明范围的限制。显然本领域 的普通技术人员可以根据本文说明，在本发明的范围内对本发明做出各种各样的修正和改 变，这些修正和改变也纳入本发明的范围内。另外，本发明引用了公开文献(如特定的专利 等)，这些文献也是为了更清楚地描述本发明，它们的全文内容均纳入本发明进行参考，就 好像它们的全文已经在本发明说明书中重复叙述过一样。
图1为本发明的生活污水生物集成处理设备的剖面示意图。图2为化学需氧量(COD)、氨氮(NH4-N)、碱度和硝酸盐(N03-N)在本发明的设备 处理过程中的变化情况，其中“进水”表示污水进入导管4的进水口取样的水质，“ 1#，，表示 第一曝气反应室1中取样的水质，“2#”表示第二曝气反应室2中取样的水质，“出水”表示 排放口 5处取样的水质。
具体实施例方式实施例1生活污水生物集成处理设备如图1所示，生活污水生物集成处理设备，包括主体容器8、污水进入导管4、曝气 机5和排泥导管6，其中主体容器8的内部设置有第一曝气反应室1和围绕在第一曝气反应室1外部的第 二曝气反应室2，其中第一曝气反应室1和第二曝气反应室2的下底面分别与主体容器8的 至少一部分下底面重合，而第一曝气反应室1和第二曝气反应室2的侧面和上底面都不与 主体容器8的各个面接触，由此主体容器8内部非第一曝气反应室1和非第二曝气反应室 2的空间构成了澄清室3;污水进入导管4从主体容器8的上底面穿入直至第一曝气反应室1内部，其中污 水进入导管4位于第一曝气反应室1内部的一端位于第一曝气反应室1的下部；第一曝气反应室1通过其上部侧面上的开口 11与第二曝气反应室2的上部连通； 第二曝气反应室2通过其下部侧面上的开口 21与澄清室3下部连通；澄清室3上部侧面具 有排放口 5 ；第一曝气反应室1和第二曝气反应室2的下底面均具有排泥口 62，而且排泥口 62 通过排泥阀门61与排泥导管6相连；以及曝气机5通过多个通气导管71分别向第一曝气反应室1和第二曝气反应室2内 部曙气ο而且，在该生活污水生物集成处理设备中，多个通气导管71通入第一曝气反应室 1或第二曝气反应室2内部的一端分别位于第一曝气反应室1或第二曝气反应室2的下部； 多个通气导管71通入第一曝气反应室1或第二曝气反应室2内部的一端均带有曝气头72 ； 通入第一曝气反应室1的通气导管71有两个；而且，通入第二曝气反应室2的通气导管71 至少有两个。它们向第一曝气反应室(1)内部曝气，使溶解氧(DO)保持在0. 2-1. 5mg/L ； 而且，向第二曝气反应室(2)内部曝气，使溶解氧(DO)保持在3-4mg/L。而且，在该生活污水生物集成处理设备中，第一曝气反应室1和第二曝气反应室2
6内部填有生物立方体载体12。其中，生物立方体载体12的边长为1cm，其由聚氨基甲酸乙 酯制成，孔隙率大于95%，而且其富集的生物量能达到12000-30000 MLSS kg/m3。实施例2生活污水生物集成处理设备的应用效果使用本发明实施例1所述的设备进行污水处理，其结果如图2所示，当水力停留 时间(HRT)为8小时时，进水COD平均为274. 2mg/L，出水COD平均为26. lmg/L，COD平均 去除率为92. 3% ；进水氨氮平均为40. 2mg/L,出水氨氮平均为12mg/L，氨氮平均去除率为 71. 7% ；而出水硝酸盐平均为llmg/L，可见氨氮被曝气氧化的程度相当高；另外，进水碱度 平均为340. 3mg/L,出水碱度平均为102. 2mg/L，反应消耗70. 0%的原水碱度。可见，本发明 的设备能够进行高效的生活污水处理。另外，生物立方体载体的使用能大大提高生活污水处理的效率尤其对污泥减量的 效果良好。使用本发明实施例1所述的设备连续运行49天，污泥产量共78125. 3g，COD平 均为277. 9mg/l，进水负荷0. 94kgC0D/m3. d，污泥产率=0. 12kgMLSS/kgC0D。以下表1具体 列出了污泥减量的比较效果。表权利要求
一种生活污水生物集成处理设备，包括主体容器(8)、污水进入导管(4)、曝气机(5)和排泥导管(6)，其特征在于，主体容器(8)的内部设置有第一曝气反应室(1)和围绕在第一曝气反应室(1)外部的第二曝气反应室(2)，其中第一曝气反应室(1)和第二曝气反应室(2)的下底面分别与主体容器(8)的至少一部分下底面重合，而第一曝气反应室(1)和第二曝气反应室(2)的侧面和上底面都不与主体容器(8)的各个面接触，由此主体容器(8)内部非第一曝气反应室(1)和非第二曝气反应室(2)的空间构成了澄清室(3)；污水进入导管(4)从主体容器(8)的上底面穿入直至第一曝气反应室(1)内部，其中污水进入导管(4)位于第一曝气反应室(1)内部的一端位于第一曝气反应室(1)的下部；第一曝气反应室(1)通过其上部侧面上的开口(11)与第二曝气反应室(2)的上部连通；第二曝气反应室(2)通过其下部侧面上的开口(21)与澄清室(3)下部连通；澄清室(3)上部侧面具有排放口(5)；第一曝气反应室(1)和第二曝气反应室(2)的下底面均具有排泥口(62)，而且排泥口(62)通过排泥阀门(61)与排泥导管(6)相连；以及曝气机(5)通过多个通气导管(71)分别向第一曝气反应室(1)和第二曝气反应室(2)内部曝气。
2.根据权利要求1所述的生活污水生物集成处理设备，其特征在于，多个通气导管 (71)通入第一曝气反应室(1)或第二曝气反应室(2)内部的一端分别位于第一曝气反应室 (1)或第二曝气反应室(2)的下部。
3.根据权利要求2所述的生活污水生物集成处理设备，其特征在于，多个通气导管 (71)通入第一曝气反应室(1)或第二曝气反应室(2)内部的一端均带有曝气头(72)。
4.根据权利要求2所述的生活污水生物集成处理设备，其特征在于，通入第一曝气反 应室(1)的通气导管(71)至少有两个；和/或，通入第二曝气反应室(2)的通气导管(71) 至少有两个。
5.根据权利要求1所述的生活污水生物集成处理设备，其特征在于，向第一曝气反应 室(1)内部曝气，使溶解氧(DO)保持在0.2-1. 5mg/L;和/或，向第二曝气反应室(2)内部 曝气，使溶解氧(DO)保持在3-4mg/L。
6.根据权利要求1-5之任一所述的生活污水生物集成处理设备，其特征在于，第一曝 气反应室(1)和第二曝气反应室(2)内部填有生物立方体载体(12)。
7.根据权利要求6所述的生活污水生物集成处理设备，其特征在于，生物立方体载体 (12)的边长为0. 5-2cm，优选为1cm。
8.根据权利要求6所述的生活污水生物集成处理设备，其特征在于，生物立方体载体 (12)的孔隙率大于95%。
9.根据权利要求6所述的生活污水生物集成处理设备，其特征在于，生物立方体载体 (12)由海绵或聚氨基甲酸乙酯制成。
10.根据权利要求6所述的生活污水生物集成处理设备，其特征在于，生物立方体载体 (12)富集的生物量能达到12000-30000MLSS kg/m3。
全文摘要
本发明涉及一种生活污水生物集成处理设备，包括主体容器、污水进入导管、曝气机和排泥导管，充分利用该设备主体容器内部空间分隔出两个曝气反应室并分隔出澄清室，通过水流的流向将污水导入并依次经过曝气反应室和澄清室以进行处理。另外，本发明还优选该设备中曝气反应室中填有生物立方体载体，用以提高曝气反应室中生物降解的效率。
文档编号C02F3/10GK101955257SQ20091015795
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月20日 优先权日2009年7月20日
发明者张玲, 魏隆基 申请人:生态洁环保科技股份有限公司