用于处理生活黑水的高效厌氧折流板反应器及方法与流程

本发明属于环境工程领域污水处理方法，涉及农村生活污水源分离黑水太阳能及电补偿加热中温处理的高效厌氧折流板反应器、农村生活污水源分离黑水处理及资源化利用。

技术背景

随着环境保护观念的发展，越来越多的人意识到，生活污水完全可以充分资源化利用。将生活污水分为灰水和黑水，黑水指尿液、粪便及用厕冲洗水，黑水的特点在于有机物浓度高，悬浮固体多，含有大量的病原微生物，生活污水中约51％的cod、90％左右的氮、50％以上的磷和大部分病原微生物来自于黑水，黑水处理难度大，处理费用相对较高。因此，为降低处理成本，实现污水资源化，将农村生活污水源分离，即对农村生活污水按灰水及黑水分开收集处理，对黑水的各种营养物质实现资源化利用。

目前黑水厌氧、好氧处理大都集中于有机物的去除，对氮磷的回收利用还处于初级原始阶段，黑水的资源化利用主要是粪便等固态成分的分离和利用，对于液态氮磷成分的资源化利用几乎还没有研究。粪尿是优质的肥料来源和土壤调节剂，在我国有悠久的利用历史。由于大量使用化肥、水冲厕所导致粪肥的营养含量下降等原因，我国粪便农用率急剧下降，全国粪便无害化处理率也不到10％。

在欧洲与美国，厌氧处理被认为是未来可持续发展最有希望的处理方法之一。厌氧消化技术能够制取沼气并可进行回收利用，具有开发新能源、节省能源、实现部分营养物质的循环利用、净化污水等作用，还具有处理成本低及适合处理高浓度有机废水等优点，具有突出的经济效益和环境生态效益。采用厌氧技术处理黑水是适合经济发展和环境保护的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供农村生活污水源分离黑水太阳能及电补偿加热中温处理的高效厌氧折流板反应器。

本发明的另一目的在于提供农村生活污水源分离黑水处理的方法。

技术方案：本发明所述的一种用于处理生活黑水的高效厌氧折流板反应器，包括进水箱、厌氧折流板反应器本体、恒温水浴箱、集气管、排泥管及出水箱；其中，进水箱连接于高效厌氧折流板反应器本体前端；厌氧折流板反应器本体内设有隔室，相互之间由竖向导流板隔开，除第一隔室下向流室外均装填轻质组合填料，各隔室上向流室下设排泥管和阀门，每个隔室顶部均装有集气口连通集气管，且每隔室均设有取样口；所述厌氧折流板反应器本体外设有恒温水浴箱；高效厌氧折流板反应器本体末端连接出水箱。

所述的进水箱位于高效厌氧折流板反应器本体前端，用于收集农村生活污水源分离的黑水，并且基于农村黑水排放不均匀且水质变化明显、瞬时变化大的特点，进水箱起到收集黑水并均匀水质水量作用，保证系统连续稳定运行。

所述的进水箱与高效厌氧折流板反应器本体设置进水泵，通过调节进水泵流速控制高效厌氧折流板反应器的水力停留时间在120h～180h。

所述的厌氧折流板反应器共设有5个隔室，由竖向导流板隔开。除第一隔室下向流部分外均装填轻质组合填料，轻质组合填料的装填率在40％左右。各隔室上向流部分下设排泥管和阀门，每个隔室顶部均装有集气口，且每隔室均设有取样口。其中，所述轻质组合填料是在软性填料和半软性填料的基础上发展而成的，其结构是将塑料圆片压扣改成双圈大塑料环，将醛化纤维或涤纶丝压在环的环圈上，使纤维束均匀分布；内圈是雪花状塑料枝条，既能挂膜，又能有效切割气泡。

所述的通过循环水泵将太阳能热水器热水输送至恒温水浴箱，对厌氧折流板反应器进行加热，保证高效厌氧折流板反应器内反应温度处于35℃～38℃。温度高于38℃，关闭循环水泵不输送太阳能热水器热水；温度低于35℃，打开循环水泵输送太阳能热水器热水。

所述的保证高效厌氧折流板反应器内反应温度处于35℃～38℃，有太阳能热水器情况下，通过循环水泵输送太阳能热水器热水维持反应温度35℃～38℃；无太阳能的情况下，通过电补偿加热方式加热恒温水浴箱从而控制厌氧折流板反应器35℃～38℃的反应温度。

所述的电补偿加热耗能较少，农村生活污水源分离黑水量比较少，仅占农村生活污水的1/8至1/10，以人均20l/d计算，三口之家一天黑水产生量为60l，电补偿加热的水量比较少，并不需要消耗太多的电能。

所述的恒温水浴箱，四周贴上厚度约为2cm～3cm厚的泡沫板，顶部用泡沫板封闭，减少热量散失，保证装置节能。

所述的集气管将集气口连结，用于收集高效厌氧折流板反应器厌氧产生的沼气，并经脱水等处理后用作家用能源。

所述的出水箱位于高效厌氧折流板反应器末端，用于收集经高效厌氧折流板反应器厌氧处理的黑水出水。

上述连通管道上通过实际情况，安设阀和泵。例如进水箱和高效厌氧折流板反应器本体之间通过进水泵连接，所述太阳能热水器和恒温水浴箱之间连接有循环水泵等。

本发明还公开了利用上述高效厌氧折流板反应器处理生活黑水的方法，包括以下步骤：

(1)通过进水箱收集生活黒水，进行均质化处理，并调节ph6.0～8.0；

(2)将进水箱内的黑水泵入高效厌氧折流板反应器本体，进入隔室内，调整恒温水浴箱温度为35℃～38℃，停留反应120h～180h，反应过程中通过取样口采样进行实时监测，反应产生的沼气通过集气管排出；

(3)反应结束后，处理后出水排入出水箱，直接还田作为农作物的天然高氮磷肥料，处理后固形物通过排泥管排出。

农村污水源分离黑水的cod浓度范围2000mg/l～3500mg/l，氨氮浓度在160mg/l～340mg/l，黑水量仅占农村生活污水的1/8至1/10，以三口之家、人均20l/d计算，每天黑水量为60l，黑水量比较少。本发明通过控制高效厌氧折流板反应器的温度在35℃～38℃，黑水停留时间在120h～180h之间，ph控制在6.0～8.0之间。产酸菌、产甲烷菌及氨化菌等在ph6.0～8.0之间均保持一定的活性。由此，厌氧过程的氨化反应速率较高，有机氮转化为可利用的有效态氮(氨氮)浓度升高，出水氨氮的浓度范围为190mg/l～480mg/l，氨化反应速率20％～50％，最大氨化反应速率接近50％。高效厌氧反应对有机物大量去除，高效厌氧折流板反应器对cod的去除率最高超过80％。氮磷营养盐完全保留，黑水出水氮磷营养盐浓度比较高。高效厌氧反应去除绝大多数病原菌及寄生虫卵，黑水达到国标粪便无害化卫生标准。高效厌氧发酵过程中产生的沼气经过集气管收集经脱水等处理后作为家用能源使用。含高浓度氮磷且经厌氧氨化无害化处理的黑水出水经出水箱收集，直接还田，作为农作物的天然高氮磷肥料，提高土壤肥力。

本发明的实现原理是：本发明针对农村生活污水源分离黑水的处理及资源化利用，将农村生活污水源分离，含高浓度有机物、氮磷黑水经高效厌氧反应，降低黑水中的cod浓度从而净化黑水、杀灭黑水中的病原菌及寄生虫卵实现黑水无害化处理、厌氧反应产生并收集沼气用于家用能源，将有机氮转化为可利用有效态氮的氨化反应使得黑水中的氨氮浓度增加，最终含高氮磷且无害化的黑水直接还田，作为农作物的天然高氮磷肥料，提高土壤肥力。

与现有技术相比，本发明的显著优点在于：

(1)有太阳能热水器情况下，通过循环水泵将太阳能热水器热水输送至恒温水浴箱，对厌氧折流板反应器进行加热，保证高效厌氧折流板反应器内反应温度处于35℃～38℃，节能；没有太阳能热水器情况下，通过电补偿加热方式加热恒温水浴箱从而控制厌氧折流板反应器35℃～38℃的反应温度，电补偿加热水量少耗能少。恒温水浴箱四周贴上厚度约为2～3cm厚的泡沫板，顶部用泡沫板封闭，减少热量散失，节约能源。

(2)高效厌氧折流板反应器条件控制为：温度在35℃～38℃，厌氧折流板反应器的水力停留时间hrt在120h～180h，ph在6.0～8.0，产酸菌、产甲烷菌及氨化菌等均在此适应范围内保持一定活性，从而可以保证有机物去除、病原菌杀灭、沼气产生及氨化反应速率。进水cod浓度在2000mg/l～3500mg/l，氨氮浓度在160mg/l～340mg/l。此时，高效厌氧折流板反应器对cod的去除率最高超过80％，最大氨化反应速率接近50％。

(3)高效厌氧折流板反应器对氮磷营养盐完全保留，且因为厌氧氨化反应，有机氮转化为生物可利用有效态氮的氨氮浓度增高，将含高氮磷且无害化的黑水出水直接还田，作为农作物的天然氮磷肥料，提高土壤肥力。

(4)高效厌氧折流板反应器对黑水进行高效厌氧处理时，产生沼气，通过集气管收集并对沼气进行脱水等处理后用作家用能源，为居民提供部分生活资料，节约能源开支。

附图说明

图1为本申请高效厌氧折流板反应器结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本申请作出详细说明。

实施例1

如图1所示的一种用于处理生活黑水的高效厌氧折流板反应器，包括进水箱1、厌氧折流板反应器本体2、恒温水浴箱3、集气管4、排泥管5及出水箱6；其中，进水箱1连接于高效厌氧折流板反应器本体2前端；厌氧折流板反应器本体2内设有隔室8，相互之间由竖向导流板9隔开，除第一隔室下向流室外均装填轻质组合填料，各隔室8上向流室下设排泥5管和阀门，每个隔室8顶部均装有集气口连通集气管4，且每隔室均设有取样口7；厌氧折流板反应器本体2外设有恒温水浴箱3；高效厌氧折流板反应器本体2末端连接出水箱6。隔室8内填充的轻质组合材料是在软性填料和半软性填料的基础上发展而成的，其结构是将塑料圆片压扣改成双圈大塑料环，将醛化纤维或涤纶丝压在环的环圈上，使纤维束均匀分布；内圈是雪花状塑料枝条，既能挂膜，又能有效切割气泡，轻质组合填料的装填率在40％左右。恒温水浴箱3通过太阳能14和/或电补偿加热装置13实现加热，保持温度在35℃～38℃。恒温水浴箱3四周贴上厚度约为2cm～3cm厚的泡沫板10，顶部用泡沫板10封闭。进水箱1和高效厌氧折流板反应器本体2之间通过进水泵11连接，太阳能热水器14和恒温水浴箱3之间连接有循环水泵12。

实施例2

利用实施例1的高效厌氧折流板反应器处理生活黑水，待处理的农村生活污水源分离出cod浓度在2000mg/l～3500mg/l、氨氮浓度在160mg/l～340mg/l。处理方法包括以下步骤：

(1)通过进水箱收集生活黒水，进行均质化处理，并调节ph6.0～8.0；

(2)将进水箱内的黑水泵入高效厌氧折流板反应器本体，进入隔室内，调整恒温水浴箱温度为35℃～38℃，停留反应120h～180h，反应过程中通过取样口采样进行实时监测，反应产生的沼气通过集气管排出；

(3)反应结束后，处理后出水排入出水箱，直接还田作为农作物的天然高氮磷肥料，处理后固形物通过排泥管排出。

最后检测出水氨氮的浓度范围为190mg/l～480mg/l，氨化反应速率20％～50％，最大氨化反应速率接近50％。高效厌氧反应对有机物大量去除，高效厌氧折流板反应器对cod的去除率最高超过80％。氮磷营养盐完全保留，黑水出水氮磷营养盐浓度比较高。高效厌氧反应去除绝大多数病原菌及寄生虫卵，黑水达到国标粪便无害化卫生标准。高效厌氧发酵过程中产生的沼气经过集气管收集经脱水等处理后作为家用能源使用。含高浓度氮磷且经厌氧氨化无害化处理的黑水出水经出水箱收集，直接还田，作为农作物的天然高氮磷肥料，提高土壤肥力。

综上，高效厌氧发酵过程中产生的沼气经过集气管收集经脱水等处理后作为家用能源使用；高效厌氧处理大量去除黑水中的病原菌及寄生虫卵，使黑水达到国标粪便无害化卫生标准；黑水的氨化速率提高，有机氮转化为生物可利用有效态氮的氨氮浓度增高；高效厌氧反应大量去除有机物，氮磷营养盐完全保留，无害化且含高浓度氮磷的黑水经出水箱收集可直接还田，作为农作物的天然有机肥料。本发明经反复试验验证，应用效果满意。