分散式黑水末端固液分离收集与处理一体化设备

1.本实用新型属于污水处理技术领域，尤其是涉及一种分散式黑水末端固液分离收集与处理一体化设备。


背景技术：

2.黑水主要是指人体排泄物及冲洗产生的高浓度生活污水。黑水中含有大量有机污染物、病原菌以及氮磷元素，将未经处理的黑水直接排放会导致土壤和水源污染，进一步影响人类饮食安全，引发腹泻、霍乱等肠道疾病。在农村地区，黑水水量所占比例不大，但其污染程度占农村生活污水的90%，故农村污水治理应首治黑水。
3.农村厕所粪污含有大量的氮磷钾及有机物，是农业生产所需的养分，资源属性强，利用潜力大。据国外调查数据，一个正常人每年粪尿排泄量可以为三亩地提供肥料。从这个角度看，就地就近开展农村厕所粪污的资源化利用，既可以减少环境污染，也可以促进绿色农业发展，推动化肥减量。
4.目前针对农村地区产生的黑水的处理主要有三类模式：第一类是纳管处理，包括两种：一是通过污水管道纳入城镇污水处理系统，经过城镇集中污水处理系统处理后，达标排放；二是通过污水管道收集至村/组内的污水集中处理设施，处理后达标排放。第二类是就地消纳。对于地广人稀、居住较为分散的地区，若土壤自然净化能力强，具备就地就近处理条件，可利用农户庭院和周边田地就地就近消纳利用。三是转运处理。对于既不具备纳管条件，又无法通过土壤净化等条件就地消纳利用的地区，可通过抽排设备，将污水转运后进行处理。可以将粪污转运处理与农业生产相结合，定期清掏后进行大田回用或肥料化生产。
5.然而目前大部分农村地区无法做到将污水管道纳入城镇污水处理系统，就地消纳的普适性较差且对地下水安全具有一定的威胁，转运处理则会产生较高的运维成本和难度。因此应选择合适的黑水就地就近处理技术与设备，实现黑水原位无害资源化。
6.现有农村黑水就地就近资源化处理的方法技术主要为粪污自行厌氧发酵或高能耗的电解强化处理。一种用于农村的黑水、灰水资源化处理系统（cn 214829778 u）将黑水经过调节脱水后与湿垃圾或农业废弃物等混合后进行厌氧发酵处理；一种农村户厕黑水原位资源化处理装置及方法（cn 113651492 a）提出了一种以微生物电解强化处理单元为核心的原位处理农村户厕黑水的资源化处理系统，利用电化学方法强化处理污染物与致病微生物，实现黑水原位无害资源化；一种高效处理农村生活污水的组合净化系统（cn 113880250 a）提出了，采用兼性塘，人工湿地以及浅水植物塘组合工艺，还联合了生物膜处理技术，强化了氮磷的去除效率。


技术实现要素：

7.针对现有农村黑水集中处理高成本低效益、黑水处理率低、处理效果较差的问题，本实用新型提供一种分散式黑水末端固液分离收集与处理一体化设备。
8.本实用新型的目的可以通过以下技术方案来实现：
9.本实用新型提供一种分散式黑水末端固液分离收集与处理一体化设备，该一体化设备包括固渣处理单元、液体处理单元和黑水收集管，
10.所述固渣处理单元内部被导流板分隔为厌氧共发酵池和贮存与再发酵池，且在导流板的上方，所述厌氧共发酵池和贮存与再发酵池相通，所述厌氧共发酵池连接进料管与固渣接入管，所述贮存与再发酵池连接产肥管，在固渣接入管上设置有重力感应控制阀门；
11.所述液体处理单元内部被导流板分隔为液体反应池和储水池，且在导流板的上方，所述液体反应池和储水池相通，所述液体反应池连接进药管与进水管，所述储水池连接出水管；
12.所述固渣接入管和进水管均与黑水收集管连接，且沿黑水收集管内水流方向，所述固渣接入管位于进水管的前面，重力感应控制阀门所处的固渣接入管一段为垂直走向，所述黑水收集管用于与住户家中的水冲式厕所相连接。
13.在本实用新型的一个实施方式中，所述固渣处理单元与液体处理单元体积相同，每个处理单元的体积为 2~16m
³
，所述固渣处理单元与液体处理单元均被导流板均分为两格。
14.在本实用新型的一个实施方式中，所述固渣处理单元与液体处理单元埋在地下。
15.在本实用新型的一个实施方式中，所述厌氧共发酵池内设置有第一搅拌器，所述液体反应池内设置有第二搅拌器。
16.第一搅拌器和第二搅拌器均用以提升处理效果，搅拌器的桨叶宽度为0.5~1.5m。第一搅拌器和第二搅拌器的功率为5~50kw。
17.使用时，固渣处理单元中的第一搅拌器的搅拌速率为10~150r/min，每天进行两次搅拌，每次的搅拌时间为1h，间隔时间为11h。液体处理单元中的第二搅拌器的搅拌速率为50~250r/min，每天进行三次搅拌，每次的搅拌时间为1h，间隔时间为7h。
18.在本实用新型的一个实施方式中，所述厌氧共发酵池内设置有第一检修口，所述液体反应池内设置有第二检修口。
19.在本实用新型的一个实施方式中，所述一体化设备还包括太阳能电池板，所述太阳能电池板可以连接在固渣处理单元或液体处理单元上，也可以单独设置在地面或其他建筑上，所述太阳能电池板用于为第一搅拌器、第二搅拌器和重力感应控制阀门供电。
20.在本实用新型的一个实施方式中，所述太阳能电池板作为能源供应，产能功率为1~4kw，同时具有充电和蓄电功能，电池容量为100~300kw
·
h。
21.在本实用新型的一个实施方式中，所述固渣接入管的管径应根据黑水输送管的坡度、黑水输送速度选择，可以根据管道坡度、黑水流动速度计算出最佳的所述固渣接入管管径，黑水固渣下落，液体部分继续随管道进入液体处理单元，实现最佳的固液分离效果。
22.在本实用新型的一个实施方式中，所述重力感应控制阀门的阈值设置为当黑水固渣占据上部空间体积的90%时所感应到的重力值，达到阈值后，阀门开启，黑水固渣进入固渣处理单元。
23.设置重力感应控制阀门可以减少部分液体下落后直接进入固渣处理单元，固体暂时贮存于阀门上部的空间。所述重力感应控制阀门在达到阈值前，持续积累的黑水固渣可以将多余的液体部分挤出，然后液体部分随管道流入后续的液体处理单元，进一步提升固液分离效果。
24.在本实用新型的一个实施方式中，在固渣处理单元中，所述进料管用于加入农业废弃物。所述产肥管用于将处理后的固渣用抽吸泵抽出，作为农用有机肥就地就近施用于农林田地。
25.在本实用新型的一个实施方式中，通过固渣接入管进入的黑水固渣与通过进料管进入的农业废弃物中的一种或多种混合后进行厌氧共发酵，在黑水固渣中添加农业产物可以将混合物的含水率、c/n和ph调节到一个合适的范围，其中，固渣处理单元中混合物的含水率为30~50%，c/n为10~30，ph为6.5~7.5；厌氧发酵的温度25~40℃，发酵时间一般为5~20天。同时，对于固渣处理单元清掏的间隔时间与发酵时间一致，可以采用抽吸泵或者人工将发酵产物取出。
26.在本实用新型的一个实施方式中，所述农业废弃物选自秸秆、麦麸、玉米芯、果核或者其他当地农林业产生的废弃物中的一种或几种的混合。
27.在本实用新型的一个实施方式中，在投加前，将农业废弃物破碎至颗粒尺寸为1~10mm，以提升混合和处理效果，破碎后通过进料管添加至固渣处理单元中，按照农业废弃物与黑水固渣质量比为0.5~2:1的比例加入。
28.在本实用新型的一个实施方式中，利用自动加药系统，通过进药管向液体处理单元的液体反应池中添加化学药剂或吸附剂，将黑水液体中的氮磷无机元素固态化，例如可以利用磷酸铵镁沉淀法或者添加密度比水大的环境友好性吸附剂。处理后的出水可以用抽吸泵从出水管抽出就地就近作为灌溉水施用于农林田地，氮磷无机元素固化后可以从检查口取出作为农用无机肥。
29.在本实用新型的一个实施方式中，为了实现较好的化学沉淀效果，既要保证加药后体系内的元素比例，又要保证体系处于合适的碱性环境，需要向液体处理单元液体反应池中添加含mg
2+
、po
43-、oh-的化学药剂，可以选择的药剂包括但不限于：k3po4、k2hpo4、kh2po4、mgcl2、naoh、koh。
30.在本实用新型的一个实施方式中，在液体处理单元液体反应池中反应后会生成沉淀，暂时沉积在液体反应池的池底，后续可以通过检查孔对沉积物进行清掏，清掏频率为15~30天一次，采用人工清掏的方式。
31.在本实用新型的一个实施方式中，所述一体化设备的外壳选用具有良好保温性能的材料，内部结构分为固渣处理单元和液体处理单元。
32.在本实用新型的一个实施方式中，所述一体化设备整体可以采用玻璃钢、铸铁或聚乙烯（pe）材质。
33.在本实用新型的一个实施方式中，所述黑水收集管、进料管、固渣接入管、进药管、进水管、出水管采用聚氯乙烯（pvc）、聚乙烯（pe）、不锈钢或铸铁材质。
34.在本实用新型的一个实施方式中，液体处理单元处理后黑水液体中仍含有一定浓度的有机物和氮磷无机物，但可以作为灌溉用水直接施用于农林田地，这样既不会对环境产生危害，也可以在一定程度上为农林田地补充各类营养物质。处理后的出水贮存在液体处理单元的储水池中，可以利用抽吸泵抽出，一般农村地区每家每户院子中都有菜地，随用随取，可以不设置固定的抽吸频率。
35.本实用新型中，设备分为固渣处理单元和液体处理单元，固渣处理单元为两格式厌氧处理器，液体处理单元包括反应池和储水池，本实用新型利用黑水中固液部分的密度
差别，通过将固渣处理单元进口设置在前，液体处理单元进口设置在后，从而实现黑水固液分离收集。本实用新型利用黑水固液密度差和重力感应控制阀门实现固液分离，固渣处理单元与液体处理单元分别针对黑水固液的特性进行合理的资源化处理。
36.本实用新型提出了一种资源就地利用的农村分散式黑水末端固液分离收集与处理一体化设备。该设备利用黑水固液密度差实固液分离收集，在此基础上，将黑水固渣部分与经过破碎的秸秆、麦麸、玉米芯等农业产物进行厌氧共发酵得到农用有机肥，黑水液体部分通过添加化学药剂/吸附剂将其中的氮磷元素固态化形成农业无机肥，出水作为农业灌溉用水，设备顶端设置的太阳能电池板可以为设备自身供能。该一体化设备可有效地解决农村地区分散式居住点粪污出路问题，实现了黑水中营养物资源化利用和水资源的循环利用，降低了黑水的处理成本，减少了农业化肥施用量，具有显著的社会效益、经济效益与环境效益。本实用新型实现了资源的循环利用，避免了因集中处理所需的转运而产生的各种人力、物力、财力的损耗。此外，本实用新型中附带了太阳能电池板，为自身提供所需的能源，降低了能源消耗。
附图说明
37.附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。
38.在附图中：
39.图1是资源就地利用的农村分散式黑水末端固液分离收集与处理一体化设备中的固渣处理单元结构；
40.图2是资源就地利用的农村分散式黑水末端固液分离收集与处理一体化设备中的液体处理单元结构；
41.图3是资源就地利用的农村分散式黑水末端固液分离收集与处理一体化设备的具体实施示意图。
42.附图标记说明：
43.1、厌氧共发酵池；2 、贮存与再发酵池；3、第一搅拌器； 4 、导流板；5 、进料口；6 、固渣接入管；7、重力感应控制阀门；8、第一检修口；9 、产肥管；10、太阳能电池板；11、液体反应池；12、储水池；13 进药管；14、进水管；15、第二检修口；16、出水管；17 、第二搅拌器；18、黑水收集管。
具体实施方式
44.下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明。
45.实施例1
46.参考图1-图3，本实施例提供一种分散式黑水末端固液分离收集与处理一体化设备，该一体化设备包括固渣处理单元、液体处理单元和黑水收集管18，所述固渣处理单元内部被导流板4分隔为厌氧共发酵池1和贮存与再发酵池2，且在导流板4的上方，所述厌氧共发酵池1和贮存与再发酵池2相通，所述厌氧共发酵池1连接进料管5与固渣接入管6，所述贮存与再发酵池2连接产肥管9，在固渣接入管6上设置有重力感应控制阀门7；所述液体处理单元内部被导流板4分隔为液体反应池11和储水池12，且在导流板4的上方，所述液体反应
池11和储水池12相通，所述液体反应池11连接进药管13与进水管14，所述储水池12连接出水管16；所述固渣接入管6和进水管14均与黑水收集管18连接，且沿黑水收集管18内水流方向，所述固渣接入管6位于进水管14的前面，重力感应控制阀门7所处的固渣接入管6一段为垂直走向，所述黑水收集管18用于与住户家中的水冲式厕所相连接。
47.本实施例中，所述固渣处理单元与液体处理单元体积相同，每个处理单元的体积为 2~16m
³
，所述固渣处理单元与液体处理单元均被导流板4均分为两格。
48.本实施例中，所述固渣处理单元与液体处理单元埋在地下。
49.本实施例中，所述厌氧共发酵池1内设置有第一搅拌器3，所述液体反应池11内设置有第二搅拌器17。第一搅拌器3和第二搅拌器17均用以提升处理效果，搅拌器的桨叶宽度为0.5~1.5m。第一搅拌器3和第二搅拌器17的功率为5~50kw。使用时，固渣处理单元中的第一搅拌器3的搅拌速率为10~150r/min，每天进行两次搅拌，每次的搅拌时间为1h，间隔时间为11h。液体处理单元中的第二搅拌器17的搅拌速率为50~250r/min，每天进行三次搅拌，每次的搅拌时间为1h，间隔时间为7h。
50.本实施例中，所述厌氧共发酵池1内设置有第一检修口8，所述液体反应池11内设置有第二检修口15。
51.本实施例中，所述一体化设备还包括太阳能电池板10，所述太阳能电池板10可以连接在固渣处理单元或液体处理单元上，也可以单独设置在地面或其他建筑上，所述太阳能电池板10用于为第一搅拌器3、第二搅拌器17和重力感应控制阀门7供电。所述太阳能电池板10作为能源供应，产能功率为1~4kw，同时具有充电和蓄电功能，电池容量为100~300kw
·
h。
52.本实施例中，所述固渣接入管6的管径应根据黑水输送管的坡度、黑水输送速度选择，可以根据管道坡度、黑水流动速度计算出最佳的所述固渣接入管6管径，黑水固渣下落，液体部分继续随管道进入液体处理单元，实现最佳的固液分离效果。所述重力感应控制阀门7的阈值设置为当黑水固渣占据上部空间体积的90%时所感应到的重力值，达到阈值后，阀门开启，黑水固渣进入固渣处理单元。
53.设置重力感应控制阀门可以减少部分液体下落后直接进入固渣处理单元，固体暂时贮存于阀门上部的空间。所述重力感应控制阀门7在达到阈值前，持续积累的黑水固渣可以将多余的液体部分挤出，然后液体部分随管道流入后续的液体处理单元，进一步提升固液分离效果。
54.本实施例中，在固渣处理单元中，所述进料管5用于加入农业废弃物。所述产肥管9用于将处理后的固渣用抽吸泵抽出，作为农用有机肥就地就近施用于农林田地。
55.本实施例中，通过固渣接入管6进入的黑水固渣与通过进料管5进入的农业废弃物中的一种或多种混合后进行厌氧共发酵，在黑水固渣中添加农业产物可以将混合物的含水率、c/n和ph调节到一个合适的范围，其中，固渣处理单元中混合物的含水率为30~50%，c/n为10~30，ph为6.5~7.5；厌氧发酵的温度25~40℃，发酵时间一般为5~20天。同时，对于固渣处理单元清掏的间隔时间与发酵时间一致，可以采用抽吸泵或者人工将发酵产物取出。
56.本实施例中，所述农业废弃物选自秸秆、麦麸、玉米芯、果核或者其他当地农林业产生的废弃物中的一种或几种的混合。
57.本实施例中，在投加前，将农业废弃物破碎至颗粒尺寸为1~10mm，以提升混合和处
理效果，破碎后通过进料管添加至固渣处理单元中，按照农业废弃物与黑水固渣质量比为0.5~2:1的比例加入。
58.本实施例中，利用自动加药系统，通过进药管13向液体处理单元的液体反应池11中添加化学药剂或吸附剂，将黑水液体中的氮磷无机元素固态化，例如可以利用磷酸铵镁沉淀法或者添加密度比水大的环境友好性吸附剂。处理后的出水可以用抽吸泵从出水管抽出就地就近作为灌溉水施用于农林田地，氮磷无机元素固化后可以从检查口取出作为农用无机肥。
59.本实施例中，为了实现较好的化学沉淀效果，既要保证加药后体系内的元素比例，又要保证体系处于合适的碱性环境，需要向液体处理单元液体反应池11中添加含mg
2+
、po
43-、oh-的化学药剂，可以选择的药剂包括但不限于：k3po4、k2hpo4、kh2po4、mgcl2、naoh、koh。
60.本实施例中，在液体处理单元液体反应池11中反应后会生成沉淀，暂时沉积在液体反应池11的池底，后续可以通过检查孔对沉积物进行清掏，清掏频率为15~30天一次，采用人工清掏的方式。
61.本实施例中，所述一体化设备的外壳选用具有良好保温性能的材料，内部结构分为固渣处理单元和液体处理单元。
62.本实施例中，所述一体化设备整体可以采用玻璃钢、铸铁或聚乙烯pe材质。
63.本实施例中，所述黑水收集管18、进料管5、固渣接入管6、进药管13、进水管14、出水管16采用聚氯乙烯pvc、聚乙烯pe、不锈钢或铸铁材质。
64.本实施例中，液体处理单元处理后黑水液体中仍含有一定浓度的有机物和氮磷无机物，但可以作为灌溉用水直接施用于农林田地，这样既不会对环境产生危害，也可以在一定程度上为农林田地补充各类营养物质。处理后的出水贮存在液体处理单元的储水池12中，可以利用抽吸泵抽出，一般农村地区每家每户院子中都有菜地，随用随取，可以不设置固定的抽吸频率。
65.进一步参考图1，根据厌氧发酵池1的体积可以得到一个合理的农业产物添加量，通过入料口5将粉碎后的秸秆、麦麸、玉米芯等农业产物添加进发酵池，经过第一搅拌器3搅拌后与黑水固渣进行厌氧共发酵，当厌氧发酵池1中的固渣体积超过导流板4时，固渣进入贮存与再发酵池2进行进一步的腐熟，经过充足的厌氧处理后，得到的产物可以作为农用有机肥，利用抽吸泵从产肥管9将肥料抽出后就地就近施用于农林田地，实现黑水固渣的资源重复利用。
66.参考图2，根据反应池11的体积可以得到一个合理的化学药剂/吸附剂添加量，通过进药管13进行添加，第二搅拌器17加速处理，将黑水液体中的氮磷无机元素固化。同时得到可灌溉回用的出水，出水进入储蓄池12，利用抽吸泵从出水管16将处理后的出水抽出后就地就近施用于农林田地，可以从第二检修口15将沉积于反应池11的固体取出作为农用无机肥，实现黑水液体的资源重复利用。
67.本实施例的设备分为固渣处理单元和液体处理单元，固渣处理单元为两格式厌氧处理器，液体处理单元包括反应池和储水池，本实用新型利用黑水中固液部分的密度差别，通过将固渣处理单元进口设置在前，液体处理单元进口设置在后，从而实现黑水固液分离收集。本实用新型利用黑水固液密度差和重力感应控制阀门实现固液分离，固渣处理单元
与液体处理单元分别针对黑水固液的特性进行合理的资源化处理。
68.实施例2
69.使用实施例1的设备，其中，固渣和液体处理单元规格均为1m
×
2m
×
1m，各自又被导流板分为1m
×
1m
×
1m两格。大体积黑水固渣均能分离进入固渣处理单元，部分小体积及无定形黑水固渣会进入液体处理单元。将秸秆破碎为5~10mm的固体颗粒，按照1:1的质量比将秸秆碎添加进固体处理单元。使用搅拌器搅拌，桨叶总宽0.75m，搅拌速率为100r/min，每天进行两次搅拌，每次的搅拌时间为1h，间隔时间为11h，搅拌器功率为30kw。混合物在40℃温度下进行厌氧发酵，发酵时间15d，清掏的间隔时间与发酵时间一致，利用外部的抽吸泵将发酵产物抽出。产物可以满足有机肥标准（ny525-2012）。向液体处理单元中添加k2hpo4、mgcl2和naoh，使体系的ph到达9.5左右，mg:n:p的比例为1.1:1:1，桨叶总宽0.5m，搅拌器的搅拌速率为150r/min，每天进行三次搅拌，每次的搅拌时间为1h，间隔时间为7h，搅拌器功率为50kw。处理后的出水可以满足灌溉用水标准（gb 5084-2021）。
70.上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用实用新型。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本实用新型不限于上述实施例，本领域技术人员根据本实用新型的揭示，不脱离本实用新型范畴所做出的改进和修改都应该在本实用新型的保护范围之内。