一种农村生活污水一体化处理设备的制作方法

本实用新型属于城市污水处理技术领域，具体涉及一种农村生活污水一体化处理设备。

背景技术：

我国西部幅员辽阔，土地面积为559万平方公里，占全国土地总面积的59%；但是人口较为稀疏，根据第五次人口普查资料显示，黑、甘、蒙、新、青、藏等6个省（区），人口1.13亿人，只占全国总人口的9％，平均每平方公里20人，远远低于全国平均的人口密度。这些地区地处边疆和内陆，多高山、高原和荒漠，自然条件差，开发历史较迟，交通不便，经济基础薄弱，人口稀少。农村不同于城市，西部农村分布零散，其污水排放面广且分散，农村散户生活污水无法大规模集中处理，若将其生活污水集中处理较为困难。目前我国农村仍多使用落后的沼气池等方法处理污水，处理技术出水水质较差，无法达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

反硝化聚磷菌的技术理论是利用反硝化聚磷菌以硝酸盐氮或亚硝酸盐氮为电子受体，进行同步脱氮除磷。Kuba(1996)^[1]等人通过化学计量表明，基于反硝化除磷原理的A2/NSBR双污泥系统，其所需的COD和O₂消耗量比传统的脱氮除磷系统分别减少50%和30%，污泥产量相应减少50%（K Hamada,T Kuba,V Torrico,et al.2006.Comparison of nutrient removal efficiency between pre- and post-denitrification wastewater treatments[J].Water science and technology,53(9):169～175.）。刘钢(2013)等^[2]研究者通过向AOA-SBR工艺好氧段投加乙酸控制好氧吸磷，在缺氧区成功实现了反硝化除磷（刘钢,谌建宇,黄荣新,等.2013.新型后置反硝化工艺处理低C/N（C/P）比污水脱氮除磷性能研究[J].环境科学学报,33(11):2979-2986.）。王晓莲等(2005)^[3]通过试验证实了在A2/O工艺中，存在反硝化除磷现象，并能取得较好的同步脱氮除磷的效果（王晓莲,王淑莹,马勇,等.2005. A2O工艺中反硝化除磷及过量曝气对生物除磷的影响[J].化工学报,56(8):1565-1570.）。

在厌氧、缺氧交替运行的环境中，比较容易富集具有反硝化除磷作用的兼性微生物。为了更好的解决农村散户生活污水污染环境的问题，本实用新型通过增加缺氧混合液回流，克服了在A2/O中，反硝化聚磷菌不能够得到有效富集的问题，在一定程度上缓解了生物脱氮和生物除磷直接的矛盾。

本实用新型具有占地面积小，工艺简洁，运行成本低，维护简单，出水水质稳定等优势，具有广阔的应用前景。

技术实现要素：

本实用新型目的针对现有技术的不足，以反硝化除磷原理作为指导，在不增加反应器体积的前提下，设计开发出占地面积小，工艺简洁，可充分利用碳源，脱氮除磷效果优异的一种农村生活污水一体化处理设备。

本实用新型目的通过如下技术方案实现。

一种农村生活污水一体化处理设备，包括厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池；所述厌氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池处于同一壳体内，且每个池通过隔板分隔开；

所述好氧池分为第一好氧池和第二好氧池；

所述厌氧池与缺氧池通过隔板分隔开，分隔厌氧池与缺氧池的隔板底部设置有第一过水涧，污水处理过程中的污水通过第一过水涧从厌氧池流入缺氧池；

所述缺氧池与第一好氧池通过隔板分隔开，分隔缺氧池与第一好氧池的隔板的中部设置有第二过水涧，污水处理过程中的污水通过第二过水涧从缺氧池流入第一好氧池；分隔缺氧池与第一好氧池的隔板通过锯齿状卡槽固定，且锯齿状卡槽安装在金属导轨上，可根据需要自由调整锯齿状卡槽在金属导轨上的位置，实现第一好氧池体积可调；

分隔第一好氧池与第二好氧池的隔板设置有第三过水涧，污水处理过程中的污水通过第三过水涧从第一好氧池流入第二好氧池；

所述沉淀池与第二好氧池通过隔板分隔开，分隔沉淀池与第二好氧池的隔板中上部设置有3条布水管，且3条布水管均匀分布于同一平面上，污水处理过程中的污水通过布水管从第二好氧池向沉淀池垂直向下进水，保证沉淀池的沉淀效率；

所述厌氧池的底部设置有第一机械搅拌装置；所述缺氧池的底部设置有第一曝气头和第二机械搅拌装置；所述缺氧池还设置有排空口；所述缺氧池还通过第一回流管道和第一回流泵与厌氧池连接；

所述第一好氧池和第二好氧池的底部均设置有均匀排布的第二曝气头，每排曝气头均通过单独气阀控制曝气量；所述第二好氧池还通过第二回流管道和第二回流泵与缺氧池连接；

所述沉淀池为平流式沉淀池；所述沉淀池底部设置有3个集泥斗；所述集泥斗平行于水流方向，且各集泥斗内部均分别插入一排泥管；所述排泥管垂直于水流方向；3条排泥管一端均伸出沉淀池的底部，伸出端合并为一个出口后通过三通连通，三通的一条通道与排泥井连通，三通的另一条通道通过第三回流管和第三回流泵与厌氧池连接；

三条排泥管合三为一既有利于均匀排泥，又方便操作，避免了污泥在三个集泥斗中不均匀分布而导致出水悬浮物升高；

设备的进水口设置在厌氧池前端，设备的出水口设置在沉淀池的后端，靠近设备出水口处设置有出水堰，出水堰前设置有挡板以截留水面浮渣。

进一步地，所述集泥斗为倒棱台状，上底与下底的周长长度比为2:1；倒棱台的形状可以有效地集中污泥，避免产生排泥死角，从而导致因池体污泥残留使得二沉池反硝化以致污泥上浮，影响工艺的出水稳定性。

进一步地，所述出水堰的形状为锯齿状。

进一步地，所述好氧池中第二曝气头的分布比缺氧池中第一曝气头的分布密集。

进一步地，所述第二好氧池末端出水中的溶解氧在1.0 mg/L-1.5 mg/L之间。

进一步地，所述排泥管插入集泥斗的部分等距离开均匀开有小孔，有利于集泥斗中的污泥均匀的流入排泥管中，不会形成因排泥不均匀而导致的污泥残留、堆积。

进一步地，所述厌氧池内通过缺氧-厌氧回流富集含有反硝化聚磷菌；所述缺氧池内含有反硝化细菌和反硝化聚磷菌；所述好氧池内含有硝化菌和反硝化聚磷菌。

基于上述设备的一种农村生活污水一体化处理工艺，包括如下步骤：

（1）厌氧池释磷：农村生活污水通过进水口进入厌氧池，在厌氧池中通过反硝化聚磷菌完成释磷；

（2）缺氧池反硝化脱氮：厌氧池释磷后的污水通过第一过水涧进入缺氧池，缺氧池中的反硝化细菌利用污水中的COD作为碳源对硝酸盐进行反硝化，实现脱氮；

（3）好氧池硝化吸磷：缺氧池中脱氮后的污水按回流比150%通过第一回流管道和第一回流泵回流至厌氧池，剩余的污水通过第二过水涧进入好氧池，在好氧池中硝化细菌的硝化作用下，氨氮转化为硝酸盐态的氮，并完成好氧吸磷；

（4）沉淀池沉淀：好氧池硝化作用后的污水按回流比200%通过第二回流管道和第二回流泵从第二好氧池回流至缺氧池，剩余的污水通过布水管流入沉淀池中，污水在沉淀池中平流，并由于污泥自身重力完成污泥沉淀；

（5）溢流排水：沉淀池中沉淀的污泥通过集泥斗收集后，污泥按回流比70％-80％通过第三回流管和第三回流泵回流至厌氧池，剩余的污泥排入排泥井；泥水分离后的处理水通过出水堰溢流并从出水口排出。

进一步地，步骤（1）中，污水进入厌氧池的流速为1.2 m³/h~2 m³/h。

进一步地，污水在整个一体化设备的水力停留时间为8 h~10 h。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：

（1）本实用新型设备构造简洁，易于操作，占地面积小；每个池在同一壳体内完成，便于管理；且沉淀池利用重力进行泥水的有效分离不需增加运行耗能，降低了运行成本；

（2）本实用新型增加了反硝化聚磷菌在厌氧池的停留时间，并且降低了硝酸盐在厌氧池对反硝化聚磷菌释磷的影响；

（3）本实用新型针对农村生活污水低碳源的特点，充分利用污水中的COD，并缓解了聚磷菌和反硝化细菌的竞争关系，提高了脱氮除磷的效率；

（4）基于本实用新型设备的水处理工艺对COD、TP和TN的处理效果较好，出水COD可达到20 mg/L以下，总磷出水0.5 mg/L以下，出水氨氮1.0 mg/L以下，各项出水水质指标均达到并高于《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

附图说明

图1为本实用新型一种农村生活污水一体化处理设备的结构示意图；

图2为实施例1中处理实际污水对氨氮的去除效果图；

图3为实施例1中处理实际污水对总氮的去除效果图；

图4为实施例1中处理实际污水对COD的去除效果图；

图5为实施例1中处理实际污水对总磷的去除效果图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型所要求保护的范围并不局限于具体实施方案中所描述的范围。

本实用新型一种农村生活污水一体化处理设备的结构示意图如图1所示，依次包括厌氧池1、缺氧池2、好氧池和沉淀池4；厌氧池1、缺氧池2、好氧池和沉淀池4处于同一壳体内，且每个池通过隔板分隔开；好氧池分为第一好氧池3-1和第二好氧池3-2；厌氧池1内含有反硝化聚磷菌；缺氧池2内含有反硝化细菌和反硝化释磷菌；好氧池内含有硝化菌和反硝化聚磷菌；

厌氧池1与缺氧池2通过隔板分隔开，分隔厌氧池1与缺氧池2的隔板底部设置有第一过水涧5，污水处理过程中的污水通过第一过水涧5从厌氧池1流入缺氧池2；

缺氧池2与第一好氧池3-1通过隔板分隔开，分隔缺氧池2与第一好氧池3-1的隔板的中部设置有第二过水涧6，污水处理过程中的污水通过第二过水涧6从缺氧池2流入第一好氧池3-1；分隔缺氧池2与第一好氧池3-1的隔板通过锯齿状卡槽21固定，且锯齿状卡槽21安装在金属导轨22上，可根据需要自由调整锯齿状卡槽21在金属导轨22上的位置，实现第一好氧池3-1体积可调；

分隔第一好氧池3-1与第二好氧池3-2的隔板设置有第三过水涧7，污水处理过程中的污水通过第三过水涧7从第一好氧池3-1流入第二好氧池3-2；

沉淀池4与第二好氧池3-2通过隔板分隔开，分隔沉淀池4与第二好氧池3-2的隔板中上部设置有3条布水管25，且3条布水管25均匀分布于同一平面上，污水处理过程中的污水通过布水管25从第二好氧池3-2向沉淀池4垂直向下进水；

厌氧池1的底部设置有第一机械搅拌装置8；缺氧池2的底部设置有第一曝气头27以及第二机械搅拌装置9；缺氧池2还设置有排空口26；缺氧池2还通过第一回流管道10和第一回流泵11与厌氧池1连接；

第一好氧池3-1和第二好氧池3-2的底部均设置有均匀排布的第二曝气头12，每排曝气头均通过单独气阀控制曝气量；好氧池中第二曝气头12的分布比缺氧池第一曝气头27的分布密集；第二好氧池3-2还通过第二回流管道13和第二回流泵14与缺氧池2连接；

沉淀池4为平流式沉淀池；沉淀池4底部设置有3个集泥斗；集泥斗为倒棱台状，上底与下底的周长长度比为2:1；集泥斗平行于水流方向，且各集泥斗内部均分别插入一排泥管；排泥管插入集泥斗的部分等距离开均匀开有小孔；排泥管15垂直于水流方向；3条排泥管一端均伸出沉淀池4的底部，伸出端合并为一个出口后通过三通连通，三通的一条通道与排泥井16连通，三通的另一条通道通过第三回流管17和第三回流泵18与厌氧池1连接；

设备的进水口19设置在厌氧池1前端，设备的出水口20设置在沉淀池4的后端，靠近设备出水口处设置有出水堰23，出水堰23的形状为锯齿状，出水堰23前设置有挡板24以截留水面浮渣。

实施例1

采用上述一种农村生活污水一体化处理进行农村生活污水的处理，设备整体实用钢板质地，装置内部隔板使用4 mm钢板，外部站板使用6 mm钢板，底板采用8 mm钢板，装置焊缝采用双面焊，去除毛刺飞边，无渗漏。

设备设计处理水量1.2-2.5 m³/h，整个处理池体积为37.5 m³，总长6 m，宽为2.5 m。

处理工艺包括如下步骤：

（1）农村生活污水通过进水口19进入厌氧池1，在厌氧池1中通过释磷菌完成释磷；污水进入厌氧池的流速为1.2 m³/h~2 m³/h；

（2）厌氧池1释磷后的污水通过第一过水涧5进入缺氧池2，缺氧池2中的反硝化细菌利用污水中的COD作为碳源对硝酸盐进行反硝化，实现脱氮；

（3）缺氧池2脱氮后的污水按回流比150%通过第一回流管道11和第一回流泵12回流至厌氧池，剩余的污水通过第二过水涧6进入好氧池，在硝化细菌的硝化作用下，氨氮转化为硝酸盐态的氮，并完成好氧吸磷；

（4）好氧池硝化作用后的污水按回流比200%通过第二回流管道14和第二回流泵15从第二好氧池3-2回流至缺氧池，剩余的污水通过布水管流入沉淀池4中，污水在沉淀池4中平流并完成污泥沉淀；

（5）沉淀池4中沉淀的污泥通过集泥斗收集后，污泥按回流比70％-80％通过第三回流管17和第三回流泵18回流至厌氧池1，剩余的污泥排入排泥井；泥水分离后的处理水通过出水堰24溢流并从出水口20排出。

农村生活污水的平均进水氨氮浓度为26.19 mg/L，平均进水总氮浓度为31.24 mg/L，平均进水总磷浓度为3.83 mg/L，平均进水COD浓度为216.90 mg/L；污水在整个一体化设备的水力停留时间为8 h~10 h。

分别考察不同工况下装置对于氨氮，总氮，总磷，COD的去除效果，每个工况考察期为10d，单因素实验结果如下：

（1）处理量为48t/d时，运行条件为：缺氧池混合液回流比R=150％，好氧池混合液回流比R₁=200％，污泥回流比R₂=80％，污水进入厌氧池的流速为2 m³/h，污水在整个一体化设备的水力停留时间为8 h；运行稳定后，氨氮的平均去除率为94.21％，总氮的平均去除率为57.79％，总磷的平均去除率为85.69％，COD的平均去除率为90.88％。

（2）处理量为36t/d时，运行条件为：缺氧池混合液回流比R=150％，好氧池混合液回流比R₁=200％，污泥回流比R₂=80％，污水进入厌氧池的流速为1.5 m³/h，污水在整个一体化设备的水力停留时间为9 h；运行稳定后，氨氮的平均去除率为97.01％，总氮的平均去除率为76.63％，总磷的平均去除率为90.87％，COD的平均去除率为94.30％。

（3）处理量为28t/d时，运行条件为：缺氧池混合液回流比R=150％，好氧池混合液回流比R₁=200％，污泥回流比R₂=80％，污水进入厌氧池的流速为1.2 m³/h，污水在整个一体化设备的水力停留时间为10 h；运行稳定后，氨氮的平均去除率为95.60％，总氮的平均去除率为67.21％，总磷的平均去除率为88.27％，COD的平均去除率为92.59％。

实施效果

根据以上单因素实验考察农村生活污水一体化处理设备的处理结果，当处理量为36t/d，缺氧池混合液回流比R=150％，好氧池混合液回流比R₁=200％，污泥回流比R₂=80％，污水进入厌氧池的流速为1.5 m³/h，污水在整个一体化设备的水力停留时间为9h，考察农村生活污水一体化处理设备处理污水的处理效果，考察时间为30d。

1、氨氮和总氮的去除效果

氨氮的去除效果如图2，由图2可知，进入装置的污水的总氮以氨氮为主，其中进水最高氨氮浓度为35.82 mg/L，进水最低氨氮浓度为16.98 mg/L，平均进水氨氮浓度为25.41 mg/L；经过好氧池活性污泥中硝化细菌的硝化作用后，其出水氨氮最高浓度为3.01 mg/L，最低氨氮浓度为0.18 mg/L，平均出水氨氮浓度为1.14 mg/L，平均氨氮去除率为95.74％，远优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

总氮的去除效果如图3所示，由图3可知，进水最高总氮浓度为45.87 mg/L，进水最低总氮浓度为18.18 mg/L，平均进水总氮浓度为30.17 mg/L，经过微生物的反硝化脱氮过程后，其出水总氮最高浓度为12.53 mg/L，最低总氮浓度为6.39 mg/L，平均出水总氮浓度为9.42 mg/L，平均总氮去除率为66.54％，优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

可见本实用新型具有高效稳定的硝化反硝化效果，脱氮性能优异。

2、COD的去除效果

COD的去除效果如图4所示，由图4可知，进入装置的污水中COD浓度较低，其中进水最高COD浓度为345 mg/L，进水最低COD浓度为109 mg/L，平均进水COD浓度为208.9 mg/L；而出水COD最高浓度为27.7 mg/L，最低COD浓度为9.9 mg/L，平均出水COD浓度为16.45 mg/L，平均去除率为91.79％，远优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

COD是污水处理工艺中微生物生长的碳源，在进行污水的脱氮除磷作用时，反硝化脱氮菌属于异养型兼性厌氧菌，在缺氧条件时，以有机碳为电子供体和营养源进行反硝化反应；而实现除磷作用的聚磷菌需要主动吸收由厌氧发酵产酸菌转化水中有机物成为的乙酸苷，这也会消耗碳源。

基于本实用新型农村生活污水一体化处理设备的工艺对于COD具有非常好的去除效果，其中的碳源已经被高效的利用。

3、总磷的去除效果

总磷的去除效果如图5所示，由图5可知，进入装置的污水中总磷浓度波动较大，其中进水最高总磷浓度为5.18 mg/L，进水最低总磷浓度为2.61 mg/L，平均进水总磷浓度为3.91 mg/L；而出水总磷最高浓度为0.47 mg/L，最低总磷浓度为0.27 mg/L，平均出水总磷浓度为0.37 mg/L，平均去除率为89.88％，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。

基于本实用新型农村生活污水一体化处理设备的工艺对于总磷具有非常好的去除效果。

综上所述本实用新型农村生活污水一体化处理设备以及工艺对目标污染物COD，总氮，总磷有很好的去除效果，其中平均出水COD浓度为16.45 mg/L，平均出水总氮浓度为9.42 mg/L，平均出水总磷浓度为0.37 mg/L，各项出水达到并优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。