专利名称：列车密闭式厕所集便器粪便污水一体化处理装置及其处理方法
技术领域：
本发明涉及一种污水一体化处理装置，特别适用于列车密闭式厕所集便器粪便污 水一体化处理装置。
背景技术：
为了保护铁路沿线的生态环境，世界多发达国家从20世纪70年代已开始在列车 上大量安装集便器，用以收集旅客的排泄物，避免沿铁路随意排泄，同时在地面还建立了完 善的粪便接收及处理设施。发达国家因城市污水管网及处理系统非常完善，人口相对较少， 因此对收集粪便一般都是经简单处理后排至城市污水管网，输往城市污水处理厂与城市污 水混合处理后排放，将集便器污水单独进行处理并直接排放的较少。虽有个别国家如日本、 德国、韩国等采用了膜生物反应器、活性炭吸附、高温高压湿式氧化、电解气浮等方法处理 集便器废水，但处理费用昂贵，管理复杂。综合分析中国旅客列车密闭式厕所的集便器粪便污水水质B0D5浓度一般为 2000 4500mg/L, C0DCr 为 5000 8000mg/L 之间，氨氮为 800 1300mg/L,悬浮物 SS 为 650 1500mg/L。对这一水质，目前，中国主要采取交由地方环卫部门外运处理。但由于外 运费用较高，有的客站在客整所内修建污水处理站对集便器污水进行专门处理，一种方法 是经简单沉淀处理后排入城市下水道汇至城市污水处理厂；另一种是粪便污水经简单处理 不能汇入城市污水处理厂的，需要单独处理并达标排放。目前从单独处理的运行情况来看， 其处理工艺复杂，运行状况较差，出水氨氮浓度较高，不能实现达标排放。纵观对粪便污水处理的研究现状，集便器粪便污水直接处理目前还没有经济可行 方法。随着中国铁路的高速发展，动车组的大量开行，将产生大量的动车集便器粪便污水， 水质水量和以往相比变化很大，迫切需要针对当前中国旅客列车集便器粪便污水水质特 点，针对中国粪便污水排放要求，开发新技术新设备。
发明内容
本发明是针对旅客列车密闭式厕所集便器粪便污水处理工艺复杂、处理费用高、 难以达标排放等问题，提供列车密闭式厕所集便器粪便污水一体化处理装置及其处理方 法。本发明的技术方案—种列车密闭式厕所集便器粪便污水一体化处理装置及其处理方法，其特征在 于1. 1处理装置的流程首先将粪便储存于粪便储存箱中，然后通过潜污泵将粪便污水送入电辅助氧化池 内；粪便污水自下而上通过电辅助氧化池，再由三角堰出水墙进入内循环缺氧生物池；污 水自上而下通过内循环缺氧生物池，再由内循环缺氧生物池底部的管道收集系统、循环泵及布水管将污水一部分送入电催化耦合曝气生物接触池，另一部分又回到内循环缺氧生物 池；污水通过电催化耦合曝气生物接触池由出水管与清水储存箱连接，最后将处理后的污 水再经由清水泵、臭氧发生器、溶气罐组成的消毒系统消毒处理后储存在清水储存箱中，由 排水管外排；内循环缺氧生物池和电催化耦合曝气生物接触池产生的污泥经排泥管排入污泥 浓缩池处理；1.2处理装置的内部结构
粪便储存箱中的网孔隔板是为了阻挡污水中大的悬浮物，以防止潜污泵堵塞而设 置的；当粪便储存箱中的悬浮物量较多时，打开箱盖，将悬浮物清理出去，以减小网孔隔板 的阻力；恒流稳压电源是为电辅助氧化池的正常运行提供电源。恒流稳压电源电压调整为 15V ；电辅助氧化池内有催化钛基质正负电极；正负电极排列在电辅助氧化池内，污水 在极板间流动；电催化耦合曝气生物接触池由曝气机、生化稳压电源、催化碳纤维基质生物电极 及电极接线板组成；曝气机为提供气水比为5 1的流量；生化稳压电源是为的正常运行 提供电源；生化稳压电源电压调整为2. 2V ；电催化耦合曝气生物接触池内有催化碳纤维基 质生物电极排列在内，污水在极板间流动；清水储存箱中溢流隔板是为了减小电催化耦合曝气生物接触池出水的动能，并能 使出水中的悬浮物沉淀下来；由清水泵、臭氧发生器、溶气罐组成消毒；臭氧发生器所产生的臭氧，通过清水泵 的泵前吸水管进入管道，然后并联进入溶气罐中。基于上述装置的列车密闭式厕所集便器粪便污水一体化处理方法，该方法包括以 下步骤步骤一，储存在粪便污水储存箱中的粪便污水由污水泵泵入电辅助氧化池，恒流 稳压电源为催化钛基质电极提供15V电压，粪便污水在电辅助氧化池中作用lh-2h之后，经 过三角堰出水墙进入内循环缺氧生物池；步骤二，进入内循环缺氧生物池的粪便污水，通过循环泵的不断循环，使污水在内 循环缺氧生物池内的作用时间6h以上。步骤三，经步骤二的处理的粪便污水经内循环泵部分进入电催化耦合曝气生物接 触池，粪便污水在电催化耦合曝气生物接触池中，通过曝气和对催化碳纤维基质生物电极 外加电压2. 2V的共同作用，粪便污水中的污染物得到彻底降解，其出水进入清水储存箱；步骤四，进入清水储存箱中的清水通过清水泵、臭氧发生器、溶气罐进行消毒，由 排水管排出。本发明的有益效果本发明处理效率高，结构紧凑，占地面积小，运行稳定，运行成本低，产泥量少，无 二次污染，适应于不同水温不同海拔条件下高浓度粪便污水处理，可实现产业化，具有良好 的市场前景和推广价值。该发明对集便器粪便污水能高效、低耗、快速、便捷的达标处理。
图1为列车密闭式厕所集便器粪便污水一体化处理装置平面图。图2为列车密闭式厕所集便器粪便污水一体化处理装置结构图。图3为粪便污水储存箱中的网孔隔板示意图。图4为清水储存箱中溢流隔板示意图。图5为电辅助氧化池和电催化耦合曝气生物接触池内电极板的排列示意图。图6为内循环缺氧生物池内管道及水泵循环系统示意图。
具体实施例方式一种列车密闭式厕所集便器粪便污水一体化处理装置，其实施方法为1. 1处理装置的运行首先将粪便储存于粪便储存箱1中，然后通过潜污泵2将粪便污水送入电辅助氧 化池4内；粪便污水自下而上通过电辅助氧化池4，再由三角堰出水墙5进入内循环缺氧生 物池6 ；污水自上而下通过内循环缺氧生物池6，再由内循环缺氧生物池6底部的管道收集 系统23、循环泵7及布水管24将污水一部分送入电催化耦合曝气生物接触池8，另一部分 又回到内循环缺氧生物池6 ；污水通过电催化耦合曝气生物接触池8由出水管与清水储存 箱12连接，最后将处理后的污水再经由清水泵14、臭氧发生器15、溶气罐16组成的消毒系 统消毒处理后储存在清水储存箱12中，由排水管13外排；内循环缺氧生物池6和电催化耦合曝气生物接触池8产生的污泥经排泥管11排 入污泥浓缩池处理。1. 2处理装置的结构粪便储存箱1中的网孔隔板21是为了阻挡污水中大的悬浮物，以防止潜污泵2堵 塞而设置的。当粪便储存箱1中的悬浮物量较多时，打开箱盖19，将悬浮物清理出去，以减 小网孔隔板21的阻力；恒流稳压电源3是为电辅助氧化池4的正常运行提供电源。恒流稳压电源3工作 时，其电压稳定在15V;电辅助氧化池4内有催化钛基质正负电极17 ；正负电极17排列在电辅助氧化池4 内，污水在极板间流动；电催化耦合曝气生物接触池8由曝气机10、生化稳压电源9、催化碳纤维基质生物 电极18及电极接线板20组成；曝气机10为8提供气水比为5 1的流量；生化稳压电源 9是为8的正常运行提供电源；生化稳压电源9工作时，其电压稳定在2. 2V ；电催化耦合曝 气生物接触池8内有催化碳纤维基质生物电极18排列在8内，污水在极板间流动；清水储存箱12中溢流隔板22是为了减小电催化耦合曝气生物接触池8出水的动 能，并能使出水中的悬浮物沉淀下来；由清水泵14、臭氧发生器15、溶气罐16组成消毒；臭氧发生器15所产生的臭氧， 通过清水泵14的泵前吸水管进入管道，然后并联进入溶气罐16中。所述的电辅助氧化池4由箱体、恒流稳压电源3、催化钛基质电极17组成；其催化 钛基质电极17为复合催化电极。
所述的内循环缺氧生物池6由池体、池内生物载体、池体底部的污水管道收集系 统23、布水管24以及循环泵7组成。其中池内生物载体是由多孔生物棉制成；池底污水管 道收集系统23及布水管24是由不锈钢或塑料穿孔管制成；循环泵7通过管道收集将污水 送入电催化耦合曝气生物接触池8和重新回到内循环缺氧生物池6。所述的电催化耦合曝气生物接触池8是由催化碳纤维基质生物电极18、生化稳压 电源9、曝气机10组成。所述的由清水泵14、臭氧发生器15、溶气罐16组成的消毒系统；臭氧发生器15所 产生的臭氧，通过清水泵14的泵前吸水管进入管道，然后分两路并联进入溶气罐16中进行 气水混合，实现高效消毒。
基于所述装置的列车密闭式厕所集便器粪便污水一体化处理方法，该方法包括以 下步骤步骤一，储存在粪便污水储存箱1中的粪便污水由污水泵2泵入电辅助氧化池4， 恒流稳压电源3为催化钛基质电极17提供15V电压，粪便污水在电辅助氧化池4中作用 lh-2h之后，经过三角堰出水墙5进入内循环缺氧生物池6 ；步骤二，进入内循环缺氧生物池6的粪便污水，通过循环泵7的不断循环，使污水 在内循环缺氧生物池6内的作用时间6h以上。步骤三，经步骤二的处理的粪便污水经内循环泵7部分进入电催化耦合曝气生物 接触池8，粪便污水在电催化耦合曝气生物接触池8中，通过曝气10和对催化碳纤维基质生 物电极18外加电压2. 2V的共同作用，粪便污水中的污染物得到彻底降解，其出水进入清水 储存箱12 ；步骤四，进入清水储存箱12中的清水通过清水泵14、臭氧发生器15、溶气罐16进 行消毒，由排水管13排出。基于所述装置的列车密闭式厕所集便器粪便污水一体化处理装置及处理方法的 技术方案是将电辅助氧化处理、内循环缺氧生物处理和电催化耦合曝气生物接触池整合为一 体，从而实现集便器粪便污水处理达标的目的。通过电辅助氧化处理可使粪便污水水质得到稳定，并使污水中高浓度有机物、氨 氮得以70%左右的去除。电辅助氧化过程在外加电压15V，通过选用高效的电催化电极和 粒子群电极，在电场作用下，通过“电化学燃烧”使有机物彻底氧化为二氧化碳和水，氨氮被 直接氧化成氮气或氮氧化物。内循环缺氧生物处理可作为电催化耦合曝气生物接触池的生物选择器，并实现脱 氮功能。由于采用内循环式水力系统，保证了反应器的缺氧状态，使时代周期长的反硝化菌 大量繁殖，反硝化细菌利用易降解有机物作为电子供体，利用硝酸盐(NO3-)作为电子受体， 获得迅速增殖，实现反硝化，降低出水中的硝酸盐氮浓度。采用电催化耦合曝气生物接触池，在外加电压为2. 2V，利用微电流对微生物的催 化刺激作用，使生物膜在活性填料上具有更高的固定效果，使生命周期长的特殊微生物能 够附着生长，从而培养出能够适应不同环境下的特殊菌种使一体化装置始终保持较好的运 行状态，有机物COD、NH3-N的去除效率可达95%以上出水水质得到较好的保证。微电场的 作用有利于改变微生物之间的相互关系，能提高混合菌的降解能力。微电场的作用使的微生物对环境因子的敏感性有所降低，系统的抵抗不良环境条件的能力随之增强，系统微生 物的种类和数量有所增加。因此在微电场作用下的微生态群落，可具备一定抗冲击负荷的 能力。微电场的作用下参与净化反应的微生物多样化，并形成优势种属，这种现象非常有利 于微生物新陈代谢功能的充分发挥和有机污染物的降解。最后出水再经臭氧(O3)消毒处理，可使水质达到《污水综合排放标准》 (GB8978-1996) 一级排放标准，其中BOD5小于30mg/L，CODcr小于100mg/L之间，氨氮小于 15mg/L，悬浮物 SS 小于 50mg/L。设备外型可设计成圆形或方形，具体尺寸可根据水量及水中有机物含量而设计。
权利要求
一种列车密闭式厕所集便器粪便污水一体化处理装置，其特征在于1.1处理装置的流程首先将粪便储存于粪便储存箱(1)中，然后通过潜污泵(2)将粪便污水送入电辅助氧化池(4)内；粪便污水自下而上通过电辅助氧化池(4)，再由三角堰出水墙(5)进入内循环缺氧生物池(6)；污水自上而下通过内循环缺氧生物池(6)，再由内循环缺氧生物池(6)底部的管道收集系统(23)、循环泵(7)及布水管(24)将污水一部分送入电催化耦合曝气生物接触池(8)，另一部分又回到内循环缺氧生物池(6)；污水通过电催化耦合曝气生物接触池(8)由出水管与清水储存箱(12)连接，最后将处理后的污水再经由清水泵(14)、臭氧发生器(15)、溶气罐(16)组成的消毒系统消毒处理后储存在清水储存箱(12)中，由排水管(13)外排；内循环缺氧生物池(6)和电催化耦合曝气生物接触池(8)产生的污泥经排泥管(11)排入污泥浓缩池处理；1.2处理装置的内部结构粪便储存箱(1)中的网孔隔板(21)是为了阻挡污水中大的悬浮物，以防止潜污泵(2)堵塞而设置的；当粪便储存箱(1)中的悬浮物量较多时，打开箱盖(19)，将悬浮物清理出去，以减小网孔隔板(21)的阻力；恒流稳压电源(3)是为电辅助氧化池(4)的正常运行提供电源；恒流稳压电源(3)将电压调整为15V；电辅助氧化池(4)内有催化钛基质正负电极(17)；正负电极(17)排列在电辅助氧化池(4)内，污水在极板间流动；电催化耦合曝气生物接触池(8)由曝气机(10)、生化稳压电源(9)、催化碳纤维基质生物电极(18)及电极接线板(20)组成；曝气机(10)为(8)提供气水比为5∶1的流量；生化稳压电源(9)是为(8)的正常运行提供电源；生化稳压电源(9)将电压调整为2.2V；电催化耦合曝气生物接触池(8)内有催化碳纤维基质生物电极(18)排列在(8)内，污水在极板间流动；清水储存箱(12)中溢流隔板(22)是为了减小电催化耦合曝气生物接触池(8)出水的动能，并能使出水中的悬浮物沉淀下来；由清水泵(14)、臭氧发生器(15)、溶气罐(16)组成消毒；臭氧发生器(15)所产生的臭氧，通过清水泵(14)的泵前吸水管进入管道，然后并联进入溶气罐(16)中。
2.根据权利要求1所述的一种列车密闭式厕所集便器粪便污水一体化处理装置，其特 征在于所述的电辅助氧化池(4)由箱体、恒流稳压电源(3)、催化钛基质电极(17)组成； 其催化钛基质电极(17)为复合催化电极。
3.根据权利要求1所述的一种列车密闭式厕所集便器粪便污水一体化处理装置，其特 征在于所述的内循环缺氧生物池(6)由池体、池内生物载体、池体底部的污水管道收集系 统(23)以及循环泵(7)组成；其中池内生物载体是由多孔生物棉制成；池底污水管道收集 系统(23)是由不锈钢或塑料穿孔管制成；循环泵(7)通过管道收集将污水送入电催化耦合 曝气生物接触池(8)和重新回到内循环缺氧生物池(6)。
4.根据权利要求1所述的一种列车密闭式厕所集便器粪便污水一体化处理装置，其特 征在于所述的电催化耦合曝气生物接触池(8)是由催化碳纤维基质生物电极(18)、生化稳压电源(9)、曝气机(10)组成。
5.根据权利要求1所述的一种列车密闭式厕所集便器粪便污水一体化处理装置，其特 征在于所述的由清水泵(14)、臭氧发生器(15)、溶气罐(16)组成的消毒系统；臭氧发生 器(15)所产生的臭氧，通过清水泵(14)的泵前吸水管进入管道，然后分两路并联进入溶气 罐(16)中进行气水混合，实现高效消毒。
6.基于权利要求1所述装置的列车密闭式厕所集便器粪便污水一体化处理方法，其特 征在于该方法包括以下步骤步骤一，储存在粪便污水储存箱(1)中的粪便污水由污水泵(2)泵入电辅助氧化池 (4)，恒流稳压电源(3)为催化钛基质电极(17)提供15V电压，粪便污水在电辅助氧化池 (4)中作用lh-2h之后，经过三角堰出水墙(5)进入内循环缺氧生物池(6)；步骤二，进入内循环缺氧生物池(6)的粪便污水，通过循环泵(7)的不断循环，使污水 在内循环缺氧生物池(6)内的作用时间6h以上；步骤三，经步骤二的处理的粪便污水经内循环泵(7)部分进入电催化耦合曝气生物接 触池(8)，粪便污水在电催化耦合曝气生物接触池(8)中，通过曝气(10)和对催化碳纤维基 质生物电极(18)外加电压2. 2V的共同作用，粪便污水中的污染物得到彻底降解，其出水进 入清水储存箱(12)；步骤四，进入清水储存箱(12)中的清水通过清水泵(14)、臭氧发生器(15)、溶气罐 (16)进行消毒，由排水管(13)排出。
全文摘要
列车密闭式厕所集便器粪便污水一体化处理装置及其处理方法，涉及污水一体化处理，特别适用于列车密闭式厕所集便器的粪便污水处理。该发明针对旅客列车密闭式厕所集便器粪便污水处理工艺复杂、费用高、难以达标排放的问题。该发明是将电辅助氧化处理、内循环缺氧生物处理和电催化耦合曝气生物接触池集成为一体，使粪便污水先通过电辅助氧化池的“电化学燃烧”，使有机物矿化；后出水进内循环缺氧生物处理实现脱氮；其出水通过电催化耦合曝气生物接触池的生物降解，去除有机物COD、NH3-N；最后出水经臭氧消毒，达到GB8978-1996的一级排放标准。用于处理城市粪便污水、高浓度有机废水，旅客列车密闭式厕所集便器粪便污水的处理。
文档编号C02F9/14GK101830608SQ20101018465
公开日2010年9月15日 申请日期2010年5月20日 优先权日2010年5月20日
发明者李德生 申请人:北京交通大学