高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理方法及装置与流程

本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理方法及装置。

背景技术：

随着我国经济的快速发展、城市化进程的加快以及人民生活水平的迅速提高，生产与生活过程中产生的污水和垃圾废弃物也随之迅速增加，污水和垃圾废弃物占用土地，污染环境的状况以及对人们健康的影响也越加明显，如何对污水和垃圾进行有效的无害化处理越来越成为环境保护方面的重大课题。

尤其农村污水、固体废弃物的无害化处理还处在一个较低的发展阶段，目前农村的生活方式在逐渐向城市化的方向发展，然而农村基础设施建设与城市的建设水平还存在较大差距，处理设施基本处于空白状态。农村污水主要是生活污水，生活污水主要来自农家的厕所冲洗水、厨房洗涤水、洗衣机排水、淋浴排水和其他排水，固体废弃物以厨余垃圾为主，具有有机物含量高的特点，并且来源分散，集中处理需要修建大量的管道和运输设施，投入高昂，而且传统的大型污水处理厂和垃圾处理场占用较大面积的处理场地，并且进行生物质处理的时间长，占用极大的场地，单位时间内能够处理的废水和废弃物总量有限，总体上来说，单位面积的处理能力有限不适合在农村地区进行推广使用。

目前，市场上存在一种用于处理污水的生物转盘装置，这种生物转盘装置在处理污水或流质的废弃物时，由于生物转盘仅仅是一片较薄的片状结构，并且对有机质进行处理主要依靠生物转盘上附着的一层薄薄的生物活性膜片，在生物转盘转动搅拌的过程中，难以对污水进行充分的搅拌，整体转化处理的效率低下。此外，生物转化处理对环境温度的要求较高，在冬季较为寒冷的北方地区，传统的生物转盘由于需要在较高的温度下才能保持生物活性，在冬季基本处于停用状态。而且传统的生物转盘一般只适用于处理污水，对于粘度较大的污泥或者固体废弃物难以进行处理，适用面较窄，不适合进行大范围的推广使用。

技术实现要素：

为解决现有技术存在的不足，本发明旨在提出一种高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理方法及装置，其能够极高效地处理含有大量有机质的污水和流动性均匀固废。

为实现上述目的，本发明的高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理方法包括以下步骤：

s1：对可生化固体废弃物、城市生活污水厂污泥、生活垃圾及餐厨垃圾等进行预处理，得到流动性均匀固废；

s2：对污水进行调质和流动性均匀固废进行调质；

s3：直接取用污水或流动性均匀固废，或以任意比例混合的污水和流动性均匀固废，置入高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置中进行强氧化完全好氧生物处理；

s4：对强氧化完全好氧生物处理后的固废进行脱水、调质。

进一步地，在步骤s1中，所述预处理包括脱油、磨细、分拣、浮选、淋洗、滤水处理，经过预处理的均匀固废中加入水增加流动性，形成流动性浆体。

进一步地，在步骤s2中，污水、流动性均匀固废进行调质时，增加好氧菌浓度，并且ph值调整为中性。

进一步地，在步骤s3中，向高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置中加入重金属络合剂。

进一步地，在步骤s3中，高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置内有机废弃物的温度保持在5～60℃。

进一步地，在步骤s3中，高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置内采用强氧化性材料或纳米吸附强氧化材料，强氧化性材料为石墨烯类强氧化性材料，纳米吸附强氧化材料包括纳米铁氧化物、纳米硫化铁、纳米零价铁、纳米铝氧化物和纳米锰氧化物。

进一步地，高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置的排风对送风进行预热。

进一步地，高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置的热源来自沼气焚烧、废热及余热利用、水源/地源/空气源热泵或者太阳能，或者前述热源的结合。

进一步地，在步骤s1中对流动性均匀固废进行淋洗产生的废水一部分处理后排放出去，另一部分进行调质后，进入高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置中参与好氧反应。

进一步地，在步骤s4中，有机废弃物在脱水过程中产生的部分废水再应用于高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置中，重复使用。

本发明还提出一种高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置，其包括全封闭的主箱体，主箱体上部设置为透光密闭罩，主箱体中部设置为储水反应区，主箱体下部设置为锥形的积泥排泥区，主箱体内设有生物转盘组件和中间轴，生物转盘组件包括若干平行固定在中间轴上的生物转盘箱笼，若干生物转盘箱笼绕中间轴平行转动。

进一步地，生物转盘箱笼采用圆形薄框空腔轻质生物转笼结构，圆形空腔生物转笼包括两层可拆卸式框笼式轻质骨架，可拆卸式框笼式轻质骨架采用辐射状骨架或圆形状骨架，可拆卸式框笼骨架之间连接有圆形的箱体外周固定骨架，可拆卸式框笼式轻质骨架外圈上设有若干外圈网格状盘片区块，外圈网格状盘片区块采用石墨烯类强氧化性材料或纳米吸附强氧化性材料，可拆卸式框笼式轻质骨架内圈设有若干内圈高强塑料纤维网格状盘片区块。

进一步地，生物转盘箱笼外周上设有采风驱动板，采风驱动板为斜向设置的三角形板状结构，采风驱动板与生物转盘箱笼之间设有弧形底板。

进一步地，主箱体侧面设有用于承托中间轴的固定端，主箱体上设有在采用电驱动时驱动中间轴转动的电机。

进一步地，主箱体上设有进水组件，进水组件包括连接在主箱体上的进水管，主箱体内等距均布有水槽，进水管出水口设有止回阀，主箱体内进行增强型高效有机废弃物好氧生物处理时，进水管出水口浸没在水槽水面以下。

进一步地，主箱体上连接有排水管，主箱体内进行增强型高效有机废弃物好氧生物处理时，排水管进水口浸没在水槽水面以下。

进一步地，主箱体上设有进风组件和与之配合的送引风设备，送引风设备包括风机风管、风量调节机构、送风预热加热设备和热源设备，进风组件包括设置在主箱体内的水下布风装置和水上布风装置，主箱体内还设有防停机返水装置。

进一步地，水下布风装置包括若干水下增氧环管，水下增氧环管上沿其圆周方向开设有若干水下空气喷嘴，水下空气喷嘴沿与水下增氧环管切线45°夹角方向喷气，水下空气喷嘴在水下增氧环管圆周内外两侧成对设置，水上布风装置包括若干水上增氧环管，水上增氧环管上沿其圆周方向的内侧开设有若干水上空气喷嘴，水上空气喷嘴沿与水上增氧环管切线45°夹角方向喷气。

进一步地，主箱体上还设有排风组件，排风组件包括防超压联动调节装置和集风口。

进一步地，送引风系统还包括停电切换保护装置，停电切换保护装置在停电状态下将送引风装置切换为有组织自然通风。

进一步地，主箱体上设有清洗组件，清洗组件包括设置在主箱体外用于清洗主箱体上部透明遮光罩的箱体清洗喷头，还包括设置在主箱体内用于清洗生物转盘箱笼的盘片清洗喷头。

进一步地，主箱体底部设有积排泥组件，积排泥组件包括积泥斗和自动排泥控制阀，自动排泥控制阀与主箱体外部排泥管道连接。

进一步地，主箱体外设有保温机构，保温机构包括包裹在主箱体外的聚氨酯发泡层。

进一步地，主箱体内、生物转盘组件上均有防腐措施。

进一步地，主箱体上设有强氧化性材料催化光源组件，主箱体上部的透光密闭罩采用双层保温耐压透明密封罩，强氧化性材料催化光源组件包括分别设置在主箱体内外的模拟光电光源和可旋转光反射板。

本发明使用的主箱体内压力大于外界大气压，通过送风和搅动增加了主箱体中水体的溶解氧浓度，并且主箱体内的反应温度处在较高的温度水平，能够保证好氧生物反应在最有利的条件下进行，提高了处理效率，适合于寒冷地区，能够以极高效率处理污水和流动性均匀固废。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描写和阐述。

图1是本发明首选实施方式的高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置正面的结构示意图；

图2是图1中用于体现生物转盘箱笼的结构示意图；

图3是用于体现排布在水槽中的生物转盘组件的结构示意图；

图4是用于体现采风驱动板的结构示意图；

图5是图4的侧视图；

图6是图4的顶视图。

附图标记：1、主箱体；11、透明遮光罩；12、储水反应区；13、积泥排泥区；131、积排泥组件；132、积泥斗；133、自动排泥控制阀；134、排泥管道；14、固定端；15、电机；2、生物转盘组件；21、生物转盘箱笼；211、可拆卸框笼式轻质骨架；212、箱体外周固定骨架；213、外圈网格状盘片区块；214、内圈高强塑料纤维网格状盘片区块；22、采风驱动板；221、弧形底板；3、中间轴；4、进水组件；40、水槽；41、进水管；411、止回阀；51、排水管；6、进风组件；61、风机风管；62、风量调节机构；65、水下布风装置；651、水下增氧环管；652、水下空气喷嘴；66、水上布风装置；661、水上增氧环管；662、水上空气喷嘴；7、排风组件；71、防超压联动调节装置。

具体实施方式

下面将结合附图、通过对本发明的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。

本发明提出的高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理方法，包括以下步骤：

s1：对可生化固体废弃物、城市生活污水厂污泥、生活垃圾及餐厨垃圾等进行预处理，得到流动性均匀固废；

s2：对污水进行调质和流动性均匀固废进行调质；

s3：直接取用污水或流动性均匀固废，或以任意比例混合的污水和流动性均匀固废，置入高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置中进行强氧化完全好氧生物处理；

s4：对强氧化完全好氧生物处理后的固废进行脱水、调质。

下面详细描述高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理方法。

生活污水和生活垃圾中含有大量的有机质，如果直接排放到自然环境中，会造成自然水体的富营养化，对生态环境造成极大的危害。在步骤s1中，首先对能够进行好氧生物反应的废弃物进行分选，这一类废弃物能够通过好氧菌的生物处理降解、发酵和分解，主要包括餐厨垃圾、生活污水污泥等。

对分选出的可生化固废进行预处理，预处理包括对餐厨垃圾的脱油、磨细处理，以及对生活垃圾的分拣、浮选、磨细处理，经过磨细之后的均匀固废再经过淋洗、滤水处理，经过预处理的均匀固废中加入水增加流动性，形成流动性浆体，水可以是污水，也可以是其他来源的水。经过这一步处理，使固废成为具有良好流动性的流动性均匀固废浆体，有利于后续处理，并且增加了固废的表面积，有利于好氧生物处理的进行。

对污水和流动性均匀固废进行调质，调质主要是对污水的好氧菌浓度和ph值进行调质，对流动性均匀固废的流动性、含水率、好氧菌浓度和ph值进行调质，最佳反应条件为好氧菌浓度较高，ph值呈中性的环境。

将污水或者流动性均匀固废或者二者以一定比例混合的混合物加入高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置中，先进行好氧处理，好氧处理完成后，加入重金属络合剂，用于除去其中的部分重金属离子。

在步骤s3的好氧反应过程中，高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置内的温度保持在50～60℃，提高了好氧反应的速度，ph值在7左右，并且高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置内具有很高的氧浓度。另外，高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置内还采用了一种强氧化性材料或纳米吸附强氧化材料，强氧化性材料采用石墨烯类强氧化性材料。纳米吸附强氧化材料采用纳米铁氧化物、纳米硫化铁、纳米零价铁、纳米铝氧化物和纳米锰氧化物。该石墨烯材料类强氧化性材料或纳米吸附强氧化材料能形成一个表面，有害物质在该表面上进行强氧化反应，实现生化降解。高温、高氧浓度、强氧化材料形成了高效强氧化好氧反应，与传统的好氧反应相比，强氧化好氧反应具有高速、高效的特点，既能彻底去除有害物质，又缩短了反应周期。

高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置的送风加热由沼气焚烧、废热及余热利用、水源/地源/空气源热泵或者太阳能，或者几种热源的结合。高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置内的热风在排出之前，利用其热量对进入的新鲜空气进行预热后再净化排放，这样可以起到节能的作用。

流动性均匀固废在完成好氧反应后，进入到步骤s4，进行脱水和调质。脱水过程中产生废水含有大量的好氧菌，将部分废水再应用于高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置中，重复使用，降解固废中的有机物。流动性均匀固废经脱水和调质后，形成无害污泥，可加以利用。

本发明的高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理方法充分利用了好氧生物反应具有的强降解能力，通过增压送风的方式增加水体中溶解的氧气，并且反应温度处在较高的温度水平，能够保证好氧生物反应在最有利的条件下进行，提高了处理效率，适合于寒冷地区，能够以极高效率处理污水和流动性均匀固废。

参考图1，本发明首选实施方式的高效污水和流动性均匀固废好氧生物处理装置包括全封闭的主箱体1，主箱体1中气压大于外界大气压。主箱体1上部设置为透光密闭罩，在本实施例中采用双层保温耐压透明密封罩，能够在承受主箱体1内外较大的压力差的同时保证足够的采光量。主箱体1中部设置为储水反应区12，主箱体1下部设置为锥形的积泥排泥区13。参考1和图3，主箱体1内设有生物转盘组件2和中间轴3，生物转盘组件2包括若干平行固定在中间轴3上的生物转盘箱笼21，主箱体1侧面设有用于承托中间轴3的固定端14。主箱体1上在采用电驱动时可以设有驱动中间轴3转动的电机15，在电机15驱动中间轴3转动时，生物转盘箱笼21随中间轴3平行转动。进行好氧生物反应时，主箱体1中的污水、污泥和流动性均匀固废浸没至储水反应区12，生物转盘箱笼21在绕中间轴3转动的过程中，不断地在污水、污泥和流动性均匀固废中搅动，将主箱体1上部空气中的氧气溶解在污水、污泥和流动性均匀固废中，有利于好氧生物反应的进行，并且有利于将主箱体1内的污水、污泥、流动性均匀固废搅拌均匀。

参考图2，生物转盘箱笼21采用圆形薄框空腔轻质生物转笼结构，圆形空腔生物转笼包括两层可拆卸式框笼式轻质骨架，可拆卸式框笼式轻质骨架采用辐射状骨架或圆形状骨架，可拆卸式框笼骨架之间连接有圆形的箱体外周固定骨架212，生物转盘箱笼21外周上设有采风驱动板22，采风驱动板22为斜向设置的三角形板状结构，采风驱动板22与生物转盘箱笼21之间设有弧形底板221。通过将两层可拆卸框笼式骨架由箱体外周固定骨架212相连接，形成一个稳定并且具有一定厚度的圆盘状结构，相较于传统的片状生物转盘，拥有两倍的处理面积，并且两层可拆卸式框笼式轻质骨架之间形成能够容纳污水、污泥和流动性均匀固废的空腔。

参考图2，可拆卸式框笼式轻质骨架外圈上设有若干外圈网格状盘片区块213。外圈网格状盘片区块213采用强氧化性材料或纳米吸附强氧化材料，强氧化性材料为石墨烯类强氧化性材料，纳米吸附强氧化材料为纳米铁氧化物、纳米硫化铁、纳米零价铁、纳米铝氧化物和纳米锰氧化物等。石墨烯类强氧化性材料具有较高的氧化性，在本实施例中作为推动好氧生物反应进行的强氧化剂使用，极大推动好氧生物反应的进行。此外也可以根据实际情况，采用其他具有强氧化性的固体材料作为替代。可拆卸式框笼式轻质骨架内圈设有若干内圈高强塑料纤维网格状盘片区块214。外圈网格状盘片区块213与内圈高强塑料纤维网格状盘片区块214均采用网格状盘片，网格状盘片能够增加好氧生物反应的比表面积，提高处理效率。并且网格状盘片能够增加盘间及空腔内水的横向流动，使反应更加均匀，有利于进一步提高处理效率。此外，主箱体1中的污水、污泥和流动性均匀固废可以穿过内圈高强塑料纤维网格状盘片区块214的缝隙，进入生物转盘箱笼21内，通过调整网格状盘片的孔径。细部结构和网片强度使生物转盘箱笼21适应不同流动性的废弃物处理。

参考图1，主箱体1上设有进风组件6和与之配合的送引风装置。进风组件6包括设置在主箱体1内的水下布风装置65和水上布风装置66，水下布风装置65包括若干水下增氧环管651，水下增氧环管651上沿其圆周方向开设有若干水下空气喷嘴652，水下空气喷嘴652沿与水下增氧环管651切线45°夹角方向喷气，水下空气喷嘴652在水下增氧环管651圆周内外两侧成对设置。水上布风装置66包括若干水上增氧环管661，水上增氧环管661上沿其圆周方向的内侧开设有若干水上空气喷嘴662，水上空气喷嘴662沿与水上增氧环管661切线45°夹角方向喷气。

参考图1，在好氧生物反应的进程中，水下增氧环管651和水上增氧环管661持续地通入空气，空气通过水下空气喷嘴652和水上空气喷嘴662喷射而出，喷出的空气一方面为整个主箱体1内的水上水下好氧生物反应提供其所需的氧气，还能够增加水中的溶解氧，达到对水的好氧曝气增氧作用，并且在喷射空气的过程中，空气流对箱内水起到搅拌均匀的作用，另一方面，喷嘴与生物转盘箱笼21圆周的切线方向呈一定夹角，气流通过喷嘴喷射在采风驱动板22上，能够驱使生物转盘箱笼21相对于水上增氧环管661转动。此外，结合电机15配套分配驱动状态，在风力驱动不能够满足驱动需求时启动电机15，能够根据好氧生物反应的需求，使生物转盘箱笼21以合适的速率转动。

参考图1，送引风装置包括风机风管61、风量调节机构62、送风预热加热设备和热源设备。风机风管61连接在进风组件6上，风量调节机构62用于调节进入风机风管61进风量的大小和送风压力，能够通过调整进风量和送风压力本装置对污水量和污水水质变化的适应性，大大提高了抗冲击负荷能力，并且有利于提高处理效率。热源设备用于向送风预热加热机构提供热量，其热量来源可以是沼气焚烧、废热及余热利用、水源/地源/空气源热泵或者太阳能，或者前述热源的结合。送风预热加热机构对送入主箱体1中的空气进行加热，使箱体内的空气和污水保持在一定的温度，能够保证好氧生物反应在最有利的温度条件下进行，使其保持在最高的处理效率，适用于寒冷地区，并且能够节约供热能耗。

参考图1，主箱体1上还设有排风组件7，排风组件7包括防超压联动调节装置71和集风口。封闭的主箱体1一直保持在加压状态，主箱体1中的气压大于外界气压，在好氧生物反应的进程中，主箱体1中的气压可能达到甚至超过主箱体1的承压限度，此时需要排风组件7对主箱体1进行泄压操作，适当排出部分空气，使主箱体1内的压力保持在合适的范围内，避免过高的压力对主箱体1造成损坏。

参考图1，送引风装置还包括停电切换保护装置，停电切换保护装置在停电状态下将主箱体1的进风切换为有组织自然通风，由有组织自然通风对主箱体1中的空气进行自然流通，以满足好氧生物反应进程中对氧气的最低需求。

参考图1，主箱体1内还设有防停机返水装置。通过防停机反水装置能够防止系统停机后主箱体1中的污水进入送风组件或排风组件7，以使送风组件和排风组件7始终保持在清洁状态。

主箱体1上设有进水组件4，进水组件4包括连接在主箱体1上的进水管41，主箱体1内等距均布有水槽40，进水管41出水口设有止回阀411，主箱体1内进行好氧生物反应时，进水管41出水口浸没在水槽40水面以下，主箱体1中始终处在加压状态，止回阀411可以避免主箱体1中的污水返流进入进水管41。

参考图1，主箱体1上连接有排水管51，主箱体1内进行好氧生物反应时，排水管51进水口浸没在水槽40水面以下，且排水管51的位置相对进水管41较低，有利于将经过处理的污水从主箱体1中排出。同时，排水管51的位置还高于主箱体1底部的积泥斗132，可以避免沉降的污泥和流动性均匀固废由排水管51流出，影响排出经处理废水的水质。

参考图1，主箱体1底部设有积排泥组件131，积排泥组件131位于主箱体1锥形的积泥排泥区13底部，主箱体1中的积泥顺着锥形边缘沉降至积排泥组件131中。积排泥组件131包括积泥斗132和自动排泥控制阀133，自动排泥控制阀133与主箱体1外部排泥管道134连接。当积泥达到一定量时，自动排泥控制阀133打开，在重力和主箱体1内部压力的作用下，能够将多余的积泥经由排泥管道134排出主箱体1。

主箱体1上设有清洗组件，清洗组件包括设置在主箱体1外用于清洗主箱体1上部透明遮光罩11的箱体清洗喷头，还包括设置在主箱体1内用于清洗生物转盘箱笼21的盘片清洗喷头。

主箱体1外设有保温设施，保温设施包括包裹在主箱体1外的聚氨酯发泡层。

主箱体1内、生物转盘组件2上均有防腐措施。

主箱体1上设有强氧化性材料催化光源组件，主箱体1上部的透光密闭罩采用双层保温耐压透明密封罩，强氧化性材料催化光源组件包括分别设置在主箱体1内外的模拟光电光源和可旋转光反射板。由于好氧生物反应需要阳光照射促进反应，当冬季或持续阴雨天气或夜间时，光照量不足，好氧生物反应效率低下，此时通过模拟光电电源产生光照，由旋转反光射板调整光照角度，将光线集中照射在生物转盘箱笼21上，促进好氧生物反应的进行，有利于将好氧生物反应维持在较高的效率水平。

上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图，对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。本发明的保护范围由权利要求确定。