本发明涉及污水处理领域，特别地，涉及一种一体化污水处理设备及利用其进行的污水处理方法。
背景技术：
我国大部分农村污水没有得到有效的治理而被无序排放，农村环境问题日益严峻，而适合农村生活污水的工艺及装置较少。
目前广泛使用的一体化污水处理设备常采用的处理工艺以a/o(厌氧-好氧法)、a2/o(厌氧-缺氧-好氧法)工艺为主。鉴于我国农村地区多为分散居住方式，农村生活污水处理宜采用分散处理模式。而目前广泛使用的一体化设备普遍应用于处理量较大的地区，并且存在投资成本高、运行费用高及运行管理复杂等问题，同时占地面积大，配套设备较多，故障率高，工艺控制复杂，对地面没有很好的利用，处理量有限，较少有适合于农村地区的一体化污水处理设备。
技术实现要素：
本发明提供了一种一体化污水处理设备及利用其进行的污水处理方法，以解决现有的一体化设备不适于农村地区污水处理的技术问题。
本发明采用的技术方案如下：
一方面，本发明提供了一种一体化污水处理设备，包括内罐和设置于内罐外围的外罐，内罐与外罐之间设置有a/o工艺区，a/o工艺区上方为植物种植区，内罐内设有滤池区，外罐上设置有与a/o工艺区连通的进水管；a/o工艺区的末级设置有用于将a/o工艺区的水流引入滤池区的出水槽；植物种植区安装有用于承托水生植物的托板；滤池区内设置有滤料，内罐的底部设置有用于向外排水的出水管，出水管穿过a/o工艺区延伸至外罐的罐体外。
进一步地，a/o工艺区由多个隔板隔成依序交错排布的多级a区和多级o区，a区和o区均设置有用于挂载生物填料的填料框架，填料框架可拆地装配于外罐的内壁和/或内罐的外壁。
进一步地，a区与紧接其后的o区之间的隔板设置有溢流口，o区与紧接其后的a区之间的隔板底部设置有过水孔，最末级o区与第一级a区之间的隔板将二者完全隔离。
可选地，a区内的底端安装有布水板，布水板高于过水孔。
进一步地，内罐内由滤料板隔开形成上下布置的滤池区和清液池；滤料板用于支撑滤料，且滤料板上安装有滤头；滤池区的顶部设置有布水装置，布水装置与a/o工艺区的最末级o区连通；出水管的入口设置于清液池的底部。
进一步地，布水装置包括布水主管和与布水主管连接的多个布水支管；最末级o区内于内罐的外壁顶部固设有呈l型的溢流板，溢流板的两端分别与对应的隔板密封连接，溢流板的水平板部与内罐的外壁密封连接，溢流板的竖直板部与内罐的外壁之间形成出水槽；内罐上开设有连通布水主管与出水槽的通孔。
进一步地，滤料主要由砾石、煤渣、泥炭、蛭石组成，或者滤料主要由砾石、煤渣、腐殖质、蛭石组成。
进一步地，a/o工艺区中的o区设置有主曝气管路；滤池区设置有滤池曝气管路；一体化污水处理设备为地埋式；内罐的顶部于滤池区的上方还安装有盖板；内罐和外罐均为圆柱形。
根据本发明的另一方面，还提供了一种使用上述的一体化污水处理设备进行的污水处理方法，包括以下步骤：
污水由进水管进入内罐与外罐之间的a/o工艺区，依序经过多级a/o工艺处理，同时由植物种植区的植物吸收污水中的部分营养物质和去除部分悬浮物；
经a/o工艺区处理后的污水从a/o工艺区的末级进入滤池区，由滤池区内的滤料去除磷酸盐和悬浮物，并进一步去除有机物、氨氮、总氮；
将经滤池区过滤处理后的清水通过出水管排出。
进一步地，所述多级a/o工艺处理包括四级a/o处理，其中，
在一级a区发生水解酸化反应；在一级o区发生碳氧化反应，同时发生部分硝化反应和反硝化反应；
在二级a区发生反硝化反应；在二级o区发生硝化反应，同时发生碳氧化和反硝化反应；
在三级a区发生反硝化反应；在三级o区发生硝化反应，同时发生碳氧化和反硝化反应；
在四级a区发生反硝化反应；在四级o区发生硝化反应，同时发生反硝化反应。
本发明的一体化污水处理设备，通过内罐与外罐组合的结构，并将其内部空间隔成相应的a/o工艺区和滤池区，并在a/o工艺区上方设置植物种植区，使得本发明的一体化污水处理设备可以对污水进行bbt工艺处理，即多级a/o工艺+植物园技术+滤池相组合工艺，非常适于农村地区的污水处理。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的一体化污水处理设备的基本组成结构示意图；
图2是图1中一体化污水处理设备的各分区及水流流向的示意图；
图3是图2中的b-b剖视图；
图4是图1中一体化污水处理设备的内罐与外罐围成区域的展开图；
图5是本发明优选实施例的布水板的结构示意图。
附图标号说明：
1、内罐；2、外罐；3、进水管；4、出水槽；5、托板；6、滤料；7、出水管；8、主曝气管路；9、滤池曝气管路；10、隔板；101、溢流口；102、过水孔；103、布水板；11、填料框架；110、生物填料；12、滤料板；13、清液池；14、滤头；15、布水装置；16、溢流板；160、水平板部；161、竖直板部；17、通孔；18、盖板；19、气泵；20、曝气总管；21、阀门。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参照图1，本发明的优选实施例提供了一种一体化污水处理设备，用于对污水进行bbt工艺处理，即多级a/o工艺+植物园技术+滤池相组合工艺，非常适于农村地区的污水处理，使得污水排放达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级b标。
本发明的一体化污水处理设备，包括内罐1和设置于内罐1外围的外罐2。内罐1和外罐2均为圆柱形结构，可减小占地面积。本优选实施例中，内罐1和外罐2为同心的圆柱形。在其它实施例中，内罐1和外罐2也可以为矩形或者其它封闭的不规则形状。
内罐1与外罐2之间为a/o工艺区，a/o工艺区上方为植物种植区，内罐1内设有滤池区。
参照图1和图2，具体地，内罐1的罐体与外罐2的罐体之间的空间为a/o工艺区。本发明在内罐1与外罐2之间的区域设置多个隔板10，通过多个隔板10将a/o工艺区隔成依序交错排布的多级a区和多级o区。这种模块化的结构，能根据处理量进行扩展，方便使用。本实施例中，内罐1与外罐2之间通过八个隔板10分成八个小区，依次为一级a区、一级o区、二级a区、二级o区、三级a区、三级o区、四级a区、四级o区，且a区容积与o区容积比为1：2。外罐2上设置有进水管3，进水管3的出口与a/o工艺区的一级a区连通。
在其它实施例中，也可以设置为：除最末级o区与第一级a区之间的隔板10将二者完全隔离，其余隔板10为上下两件式板结构，即采用上隔板、下隔板的结构，并在上隔板和下隔板之间形成过水用的孔/空间。
参照图4，本优选实施例中，a区与紧接其后的o区之间的隔板10设置有溢流口101，o区与紧接其后的a区之间的隔板10底部设置有过水孔102，最末级o区与第一级a区之间的隔板10将二者完全隔离。本发明所述的溢流口101，可以通过在隔板10的顶部位置开设孔洞形成，也可以通过降低隔板10的高度形成。本优选实施例中，a区到o区的水都是溢流的形式流入，可保证水与氧气充分接触。在其它实施例中，也可以设置除最末级o区与第一级a区之间的隔板10之外的其余隔板10的结构均为在各隔板10的中段位置开设过水用的孔。
如图1中，a区和o区均设置有用于挂载生物填料110的填料框架11。填料框架11为微生物的附着提供了载体。填料框架11可拆地装配于外罐2的内壁和/或内罐1的外壁。填料框架11与内罐1或外罐2的罐体为装配式固定，能方便取出，易于更换生物填料110。本实施例中，生物填料110采用弹性立体填料，使水中有机物得到高效处理。
本优选实施例中，除第一级a区以外，每级a区内的底端安装有布水板103，布水板103高于过水孔102。布水板103如图5中结构，布水板103焊接固定于a区的两个隔板10之间，且布水板103上开设有多个布水孔。水流从o区底部过水孔102流入a区时，水能均匀从布水孔冒出，可实现水流均匀进入到a区。
参照图2和图3，a/o工艺区的四级o区设置有用于将a/o工艺区的水流导引流入滤池区的出水槽4。四级o区内于内罐1的外壁顶部固设有呈l型的溢流板16，溢流板16的两端分别与对应的隔板10密封连接，溢流板16的水平板部160与内罐1的外壁密封连接，溢流板16的竖直板部161与内罐1的外壁之间形成出水槽4。内罐1上开设有与出水槽4连通的通孔17，用于将出水槽4与滤池区顶部的布水装置15连通。
参照图1，内罐1内由滤料板12隔开形成上下布置的滤池区和清液池13。滤池区内设置有靠滤料板12支撑的滤料6。本优选实施例中采用复合滤料。滤料6主要由砾石、煤渣、泥炭、蛭石组成，或者滤料6主要由砾石、煤渣、腐殖质、蛭石组成。滤池区的滤料6根据工艺要求进行不同粒径组合排列。
滤料板12上均匀安装有多个滤头14，用于将滤池区内滤料6过滤处理后形成的清水滴滤进入清液池13。滤料板12与内罐1的内壁采用可拆卸式连接方式，例如采用螺栓连接，便于取出滤料板12以更换滤头14。
滤池区的顶部设置有布水装置15，布水装置15与a/o工艺区的最末级o区连通。本实施例中，布水装置15包括布水主管和与布水主管连接的多个布水支管，布水装置15与内罐1也是可拆卸式连接方式，例如采用螺栓连接。布水主管通过内罐1上的通孔17连通至四级o区的出水槽4。本发明采用的布水装置15结构简单，可为滤池区均匀布水，且无需动力，节约能源。
内罐1的底部设置有用于向外排水的出水管7。本实施例中，出水管7的入口设置于清液池13的底部，出水管7穿过a/o工艺区延伸至外罐2的罐体外。
参照图1，本发明的一体化污水处理设备还包括位于外罐2外部的气泵19、与气泵19连接的曝气总管20。主曝气管路8和滤池曝气管路9分别连接至曝气总管20，且主曝气管路8和滤池曝气管路9上于外罐2外的位置分别设置有阀门21。主曝气管路8位于内罐1与外罐2之间用于为a/o工艺区中的o区提供氧气，滤池曝气管路9位于滤池区用于为滤池区中提供氧气。本实施例中，主曝气管路8和滤池曝气管路9上分别设置的阀门21为球阀，o区和滤池区均匀鼓风曝气，两路曝气管路的气量分配通过控制球阀的开度来调节。当然，在实施例中，主曝气管路8和滤池曝气管路9也可以分别连接至鼓风设备(未图示)。
本实施例中，植物种植区安装有用于承托水生植物的托板5。具体地，在内罐1与外罐2之间的上方区域内，安装有托板5，用于承托水生植物，并起防护作用。在a/o工艺区顶部种植水生植物，水生植物的根系将污水中的有机污染物质充分吸收降解，且水生植物能美化环境。在内罐1的顶部于滤池区的上方还安装有盖板18，用于密封防臭和防护作用。
本发明的一体化污水处理设备为地埋式结构，可节省占用底面空间。设备与水接触的地方及与土囊接触的地方均做了防腐处理，即在内罐1和外罐2各自的罐体内外壁均设置防腐涂层，设备不受气温影响。
参照图1、2和图4，本发明的一体化污水处理设备，其水流流向如下：
污水经格栅，再由提升泵经进水管3泵入到一级a区；然后再溢流到一级o区，之后再通过一级o区底部的过水孔102进入到二级a区，然后溢流到二级o区，之后再通过二级o区底部的过水孔102进入到三级a区，然后溢流到三级o区，之后再通过三级o区底部的过水孔102进入到四级a区，然后溢流到四级o区；四级o区底部没有开过水孔102，而是设置出水槽4，水从四级o区出水槽4溢流进入到滤池区，滤池区顶部有布水装置15，水经过布水装置15均匀布水，落入到滤料6中；然后再经滤头14流入滤池底部的清液池13中，从出水管7达标排放。
根据本发明的另一方面，还提供了一种使用上述的一体化污水处理设备进行的污水处理方法，包括以下步骤：
污水由进水管3进入内罐1与外罐2之间的a/o工艺区，依序经过多级a/o工艺处理，同时由植物种植区的植物吸收污水中的部分营养物质和去除部分悬浮物；
经a/o工艺区处理后的污水从a/o工艺区的末级进入滤池区，由滤池区内的滤料6去除磷酸盐和悬浮物，并进一步去除有机物、氨氮、总氮；
将经滤池区过滤处理后的清水通过出水管7排出。
污水在本发明的一体化污水处理设备中流动，其每个阶段的生化反应如下：
第一阶段，污水流经内罐1与外罐2之间的a/o工艺区及植物种植区：
在一级a区主要发生水解酸化反应，大分子有机物分解为小分子有机物；在一级o区主要发生碳氧化反应，同时发生部分硝化反应和反硝化反应；部分营养物质碳、氮、磷通过植物吸收，且去除一部分悬浮物。
在二级a区主要发生反硝化反应，总氮浓度和有机物浓度降低；在二级o区主要发生硝化反应，同时发生碳氧化和反硝化反应；部分营养物质碳、氮、磷通过植物吸收，且去除一部分悬浮物。
在三级a区主要发生反硝化反应，总氮浓度和有机物浓度降低；在三级o区主要发生硝化反应，同时发生碳氧化和反硝化反应；部分营养物质碳、氮、磷通过植物吸收，且除一部分悬浮物。
在四级a区主要发生反硝化反应，总氮浓度和有机物浓度降低；在四级o区主要发生硝化反应，同时发生反硝化反应；部分营养物质碳、氮、磷通过植物吸收，且去除一部分悬浮物。
经过上述第一阶段的去除过程，有机物、氨氮和tn基本上可以达到一级b水平，总磷去除率不高，基本在20-30％左右。悬浮物可以降低到20-30mg/l的水平。
第二阶段，污水流入滤池区：主要通过滤池区的滤料6去除磷酸盐和悬浮物，并进一步去除有机物、氨氮、总氮。本工艺中的滤料6主要由砾石滤料骨架、煤渣、泥炭或者腐殖质、蛭石组成，且泥炭和蛭石的目的主要是去除磷酸盐。
本发明的污水处理方法，整个工艺只需一个小型气泵19鼓风用，取消了混合液回流，整个工艺能耗低，噪声低，污泥产量低，且抗冲击性强，运行维护简单，不需专业技术人员即可学会操作，且出水达标稳定，达标率高。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。