一种强化污泥减量的一体化村镇污水处理装置的制作方法

本实用新型涉及一种污水生化处理装置，具体涉及村镇污水一体化处理装置，具备结构简单、运行方便、能耗低、可长期不排泥且排泥量低的特点，尤其适合村镇污水的处理。

背景技术：

我国污水处理发展迅猛，据住房和城乡建设部通报，截至2014年3月底，全国设市城市、县累计建成污水处理厂3622座，设计污水处理能力约1.53亿立方米/日，较2013年年底新增约430万立方米/日。而占我国土地总面积57.59％的广大农村地区则由于种种原因对其水污染的治理一直不够重视。但近年来农村水环境状况越来越恶化及社会对环境要求的逐步提高，村镇污水的污染问题被越来越多的关注。

但相对于大型的城市污水处理厂，村镇污水处理有其自身的特点，1.村镇人口较少，具有分布广而且分散，排水管网很不健全，因此，所选污水处理工艺宜就近单独处理；2.村镇经济力量薄弱，因此，污水处理应充分考虑造价低、运行费用少、低能耗的工艺；3.村镇缺乏污水处理专业人员，所选工艺应管理简单，维护方便。

为达到上述运行费用少、维护方便的目的，污泥处理方式应重点考虑，剩余污泥处理成本高昂，可占污水处理厂运行费用的25-65％、处理污泥可能达到全部建设费用的20-50％，因此，污泥的减量化将对污水处理设施的运行费用的消减及维护的便利性有极大提升。

目前村镇污水处理主要有活性污泥法及膜生物反应器两种技术路线，活性污泥法主要问题在于污泥量大，污泥处理难，脱氮处理效果不稳定，而膜生物反应器主要问题在于投资、运行费较高、运行较复杂。

技术实现要素：

针对现有工艺在处理村镇污水时脱氮除磷效果较差、能耗较高、尤其是 污泥处理难等问题，本实用新型基于活性污泥工艺设计了一种村镇污水处理一体化设备，其结构简易、低能耗、可长期不排泥且排泥量低。

一种强化污泥减量的一体化村镇污水处理装置，其特征在于：

装置包括三部分，分别是生化反应区、斜板沉淀区(E)、污泥储存及消化区(F)，其中生化反应区由导流隔板(21)分为厌氧区(A)、缺氧区(B)、好氧区(C)，好氧区前段配备曝气设施(23)，末段无曝气设施，为消氧区(D)，每个分区均配备放空管(2)；厌氧区(A)设有进水口，斜板沉淀区(E)设有出水口(6)；

好氧区(C)通过布水器(7)连接斜板沉淀区(E)，斜板沉淀区(E)通过三角堰(18)出水，污泥储存及消化区(F)通过泵连接厌氧区(A)，好氧区(C)通过泵连接缺氧区(B)，污泥储存及消化区(F)经由隔板孔洞(11)连通到进水口；好氧区(C)、污泥储存及消化区(F)具备独立的曝气系统。

进一步，好氧区(A)在曝气干管配备玻璃转子流量计(10)；污泥储存及消化区(F)采用穿孔曝气设施(20)，在曝气干管配备玻璃转子流量计(9)，在曝气支管配备调节阀(24)。

进一步，污泥储存及消化区(F)由隔板(22)分为多个分区，除末段分区外，其他分区均配备穿孔曝气设施(20)且穿孔曝气管高度依次降低，每个分区均设排泥管(12)。

1、基于活性污泥法AAO工艺构成，AAO工艺成熟、运行稳定；2、装置分为生化反应区、斜板沉淀区、污泥储存及消化区，同时考虑污水处理及污泥减量化；3、生化反应区中的厌氧区及缺氧区利用导流隔板创造混合、推流状态，省去搅拌装置，节约能耗；4、生化反应区中好氧区通过隔板形成廊道，创造推流状态，并在末端道设置消氧区，减低出水中氧的含量，避免污泥回流及硝化液回流中高溶解氧对生物除磷及生物脱氮的影响，优化生物脱氮除磷效果；5、利用液位高差，使用穿孔布水器将好氧区出水导入斜板沉淀区，布水均匀、固液分离效果好且节约能耗；6、污泥储存及消化区固体停留时间极长且配备曝气装置，剩余污泥内源呼吸强烈，大大降低排泥量。7、根据污泥储存及消化区不同分区的污泥性状，末段不设置曝气设施 且前段各分区曝气管高度依次降低，在保证污泥消化、搅拌所需曝气强度的条件下节约能耗。

装置结构平面图、剖面图如附图1，2，3所示，具体特征在于：

进水口(1)和出水口(6)分别位于装置主体的右侧中部上端及左下部上端；装置主要由三部分组成，分别是生化反应区、斜板沉淀区(E)、污泥储存及消化区(F)，其中生化反应区由导流隔板(21)分为厌氧区(A)、缺氧区(B)、好氧区(C)，好氧区前段配备微孔曝气设施(23)，末段无曝气设施，为消氧区(E)，每个分区均配备放空管(2)；污泥储存及消化区(F)由隔板(22)分为多个分区，除末段分区外，其余分区均配备穿孔曝气设施(20)且穿孔曝气管高度依次降低，每个分区均设排泥管(12)。沿进水方向依次进入厌氧区(A)、缺氧区(B)、好氧区(C)、斜板沉淀区(D)，剩余污泥排入污泥储存及消化区(F)。其中，厌氧区(A)、缺氧区(B)、好氧区(C)以导流隔板(21)进行连接；利用液面高差将好氧区出水通过布水器(7)均匀的导入斜板沉淀区(E)，斜板沉淀区(E)通过三角堰(18)出水，剩余污泥通过污泥泵进入污泥储存及消化区(F)，污泥回流通过污泥泵导入厌氧区(A)，硝化液回流通过潜污泵导入缺氧区(B)，污泥储存及消化区(F)上清液经由隔板孔洞(11)重力自流回到进水处。好氧区(A)、污泥储存及消化区(F)具备独立的曝气系统，好氧区(C)采用微孔曝气(23)，在曝气干管配备玻璃转子流量计(10)；污泥储存及消化区(F)采用穿孔曝气设施(20)，在曝气干管配备玻璃转子流量计(9)，在曝气支管配备调节阀(24)。

本实用新型所产生的一种强化污泥减量的一体化村镇污水处理装置的技术原理：

污水处理主要去除有机物、氮、磷等三类物质，有机物主要通过微生物呼吸及同化作用，分别通过CO₂的挥发及剩余污泥的排放进行去除；生物脱氮则经历氨化反应、硝化反应、反硝化反应形成N₂得以去除。在氨化菌作用下，有机氮首先被分解转化为氨态氮，然后在有氧状态下，利用无机碳为碳源将NH₄⁺转化成NO₂^-，再氧化成NO₃^-，最后在缺氧状态下，反硝化菌将亚硝酸盐氮、硝酸盐氮还原成N₂，其中，硝酸盐中的氧作为电子受体，以有 机物作为电子供体，提供能量并被氧化稳定。生物除磷则经历除磷菌的过量摄取磷、磷释放、富磷污泥的排放对磷进行去除。好氧条件下，除磷菌利用废水中的BOD₅或体内贮存的聚b-羟基丁酸的氧化分解所释放的能量来摄取废水中的磷，一部分磷被用来合成ATP，另外绝大部分的磷则被合成为聚磷酸盐而贮存在细胞体内；在厌氧条件下，除磷菌分解体内的聚磷酸盐而产生ATP，并利用ATP将废水中的有机物摄入细胞内，以聚b-羟基丁酸等有机颗粒的形式贮存于细胞内，同时还将分解聚磷酸盐所产生的磷酸排出体外；因为在好氧条件下所摄取的磷比在厌氧条件下所释放的磷多，最后通过将多余剩余污泥排出系统而达到除磷的目的。

具体方法为：原水由进水口(1)进入装置主体，依次经过生化反应区中的厌氧区(A)、缺氧区(B)、好氧区(C)，依靠液位高差通过布水器(7)均匀配水进入斜板沉淀区(E)并由三角堰(18)出水排出；其中污泥回流及硝化液回流通过泵分别导入厌氧区(A)及缺氧区(B)，剩余污泥则排入污泥储存及消化区(F)，污泥储存及消化区(F)上清液靠重力自流回厌氧区(A)。原水进入装置后首先在厌氧区(A)停留1-2h，厌氧区(A)可根据水量及搅拌推流要求通过导流隔板(21)进行分区，使水流能较好形成搅拌及推流作用，其中，过流速度保持在4-6m/h可使水流能保持较好的混合、搅拌作用。厌氧区(A)主要使除磷菌进行释磷及一定程度水解酸化；之后同样通过导流隔板(21)进入缺氧区(B)，停留3-5h，同理，缺氧区(B)可根据水量及搅拌推流要求通过导流隔板(21)进行分区，过流速度保持在4-6m/h，缺氧区(B)内反硝化菌在利用原水中碳源的基础上进行反硝化作用，生成氮气对氮进行脱除；缺氧区(B)出水经由隔板溢流至好氧区(C)，停留6-8h，其中2-3h设置为消氧区(D)，不配备曝气设备，好氧区(C)DO控制在1.5-2.0mg/L，消氧区(D)DO维持在0.5-1mg/L，好氧区(C)主要完成BOD的降解及硝化作用，出水利用液位高差通过布水器(7)均匀导入斜板沉淀区(E)，同时通过污水泵分别将出水回流至进水厌氧区(A)及缺氧区(B)，其中，污泥回流比例控制在80％-100％，硝化液回流控制在200％-400％，相关回流比例需根据运行时的水质、水量等工艺参数调试得出。 污水进入斜板沉淀区(E)后主要完成固液分离过程，澄清的出水通过三角堰(18)出水，斜板沉淀池利用层流原理，提高了沉淀池的处理能力；缩短了颗粒沉降距离，从而缩短了沉淀时间；增加了沉淀池的沉淀面积，从而提高了处理效率，斜板(19)高度1-1.2m，水平倾角60°。剩余污泥通过污泥泵每天排入污泥储存及消化区(F)，为保证污泥的消化及尽量长时间不排泥，固体停留时间保持在50-60d，使得污泥储存及消化区(F)中的剩余污泥能够进行充分的内源呼吸，大大降低污泥产量，亦大大提高排泥时间。根据污泥储存及消化区(F)不同分区的污泥性状，末段不设置曝气设施且前段各分区曝气管高度依次降低，在保证污泥消化、搅拌所需曝气强度的条件下节约能耗，穿孔曝气管可保证曝气口不易堵塞，孔径3mm，孔间隔50mm。污泥储存及消化区(F)DO控制在1-1.5mg/L，上清液通过重力自流由管道回到进水区。好氧区(C)、污泥储存及消化区(F)具备独立的曝气系统，好氧区(C)采用微孔曝气(23)，在曝气干管配备玻璃转子流量计(10)；污泥储存及消化区(F)采用穿孔曝气设施(20)，在曝气干管配备玻璃转子流量计(9)，在曝气支管配备调节阀(24)。

本实用新型的有益效果

1、基于活性污泥法AAO工艺构成，AAO工艺成熟、运行稳定；2、装置分为生化反应区、斜板沉淀区、污泥储存及消化区，同时考虑污水处理及污泥减量化；3、生化反应区中的厌氧区及缺氧区利用导流隔板创造混合、推流状态，省去搅拌装置，节约能耗；4、生化反应区中好氧区通过隔板形成廊道，创造推流状态，并在末端道设置消氧区，减低出水中氧的含量，避免污泥回流及硝化液回流中高溶解氧对生物除磷及生物脱氮的影响，优化生物脱氮除磷效果；5、利用液位高差，使用穿孔布水器将好氧区出水导入斜板沉淀区，布水均匀、固液分离效果好且节约能耗；6、污泥储存及消化区固体停留时间极长且配备曝气装置，剩余污泥内源呼吸强烈，大大降低排泥量。7、根据污泥储存及消化区不同分区的污泥性状，末段不设置曝气设施且前段各分区曝气管高度依次降低，在保证污泥消化、搅拌所需曝气强度的 条件下节约能耗。

附图说明

图1为装置平面图，图2为生化区及沉淀区剖面图，图3为污泥储存及消化区剖面图。

1-进水口、2-生化去排空管、3-硝化液回流管、4-生化区出水管、5-污泥回流管、6-出水管、7-布水器、8-剩余污泥管、9-污泥储存及消化区曝气干管玻璃转子流量计、10-好氧区曝气干管玻璃转子流量计、11-污泥储存及消化区上清液排出孔、12-污泥储存及消化区排泥管、13-硝化液回流管出水口、14-硝化液回流管进水口、15-生化区出水管进水口、16-斜板沉淀区排泥管进泥口、17-污泥回流管进水口、18-斜板沉淀区出水三角堰、19-斜板、20-污泥储存及消化区穿孔曝气设施、21-生化区导流隔板、22-污泥储存及消化区溢流隔板、23-好氧区微孔曝气设施、24-污泥储存及消化区曝气支管调节阀门。

具体实施方式

本实用新型通过如附图1，2，3所示的装置实施，总占地面积约100m²，高4.5m，取村镇污水作为处理对象(pH＝6-8、COD＝250-350mg/L、NH₄⁺-N＝30-40mg/L，TN＝35-45mg/L，TP＝1-2mg/L)，原水由进水口(1)进入装置主体，依次经过生化反应区中的厌氧区(A)、缺氧区(B)、好氧区(C)，依靠液位高差通过布水器(7)均匀配水进入斜板沉淀区(E)并由三角堰(18)出水排出；其中污泥回流及硝化液回流通过泵分别导入厌氧区(A)及缺氧区(B)，剩余污泥则排入污泥储存及消化区(F)，污泥储存及消化区(F)上清液靠重力自流回厌氧区(A)。原水进入装置后首先在厌氧区(A)停留2h，厌氧区(A)通过导流隔板(21)分成2个区，过流速度保持在4.5m/h。同样通过导流隔板(21)进入缺氧区(B)，缺氧区(B)通过导流隔板(21)分成4个区，共停留4h，过流速度保持在4.5m/h。缺氧区(B)出水经由隔板(21)溢流至好氧区(C)，停留7h，其中2.3h设置为消氧区(D)，不配备曝气设备，好氧区(C)DO为2.0mg/L，消氧区(D)DO维持在0.5mg/L。出水利用液位高差通过布水器(7)均匀导入斜板沉淀区(E)，同时通过污水泵分别将出水回流至进水厌氧区(A)及缺氧区(B)， 其中，污泥回流比为100％，硝化液回流控制为200％。利用液位高差通过布水器(7)污水进入斜板沉淀区(E)，斜板沉淀表面负荷为2.5m³/m²h，斜板(19)高度1m，水平倾角60°。污泥储存及消化区(F)分为5格，前4格配备穿孔曝气设施(20)，第5格无曝气设施，曝气管高端依次降低，固体停留时间60d，DO为1mg/L，穿孔曝气管孔径3mm，孔间隔50mm，上清液通过重力自流由管道回到进水区。好氧区(C)、污泥储存及消化区(F)具备独立的曝气系统，好氧区采用微孔曝气(23)，在曝气干管配备玻璃转子流量计(10)；污泥储存及消化区(F)采用穿孔曝气设施(20)，在曝气干管配备玻璃转子流量计(9)，在曝气支管配备调节阀(24)。

在该实施方式下，利用该一体化装置出水符合《城镇污水处理厂排放标准(GB18918-2002)》的一级A水质要求，且在一年的运行时间内并未排泥。