专利名称：清洁型一体化污水处理系统及操作方法
技术领域：
本发明属于利用生物技术处理污水及污水处理过程中产生的剩余污泥和臭气的设备，特别涉及一种污水处理、剩余污泥减量和臭味气体净化的一体化系统及其操作方法。
背景技术：
污水处理普遍面临着土地紧张和剩余污泥及恶臭、毒性挥发性有机废气对环境产生二次污染的问题；对污泥和废气进行处理和处置又将加大占地面积和污水处理费用。在大型污水厂，剩余污泥一般采用消化处理并回收沼气，对恶臭和挥发性有机废气近年来也开始进行了一些研究工作。但在中小型污水处理中，土地昂贵、资金短缺以及技术落后严重制约了剩余污泥和废气的处理；这又严重阻碍污水处理的发展。因此，开发研制占地小、投资省及运行费用低的污水处理、剩余污泥减量和臭味气体净化的一体化系统将改善污水处理周围环境、提高中小型污水处理工艺的生存发展能力。
所述清洁型清洁型一体化污水处理系统核心涉及污水处理、剩余污泥处理和臭味气体处理，各个部分技术的选择将影响整个系统的处理效果。
污水的处理按作用原理可分为生物处理法、物理处理法和物理-化学处理法。生物处理法由于其高效低耗被广泛应用于污水处理中。活性污泥法是目前世界上城市污水和工业废水处理厂使用最广泛的生物处理技术。
氧化沟是一种由连续环式反应池构成的简易污水处理技术，是活性污泥法的一种变型。20世纪50年代首先由荷兰卫生工程研究所研制成功。在各国科学家和环境工程师们经过将近50年的努力下，氧化沟技术取得了很大的进步。研究表明，氧化沟工艺具有有机污染物去除率高、同步脱氮除磷、运行效果稳定、管理方便以及投资省等特点，已被广泛认为是适宜于中小城镇污水处理的首选技术之一。二十世纪八十年代末，美国开发了另一种氧化沟污水处理技术——一体化氧化沟(Integraloxidation Ditch简称I.O.D)，它将传统氧化沟的曝气净化与混合液的沉淀/分离合并一体(二沉池设置在氧化沟沟道中)，实现了污泥的无泵回流。该技术与传统氧化沟技术相比，减少了占地面积并省掉了污泥回流系统。其缺点是二沉池建于循环沟道中，增加了水流阻力，能耗增加；同时对曝气设备的要求提高；系统运行调节性能差。最近刘俊新提出了立体循环一体化氧化沟技术，该技术主要由立体循环式氧化沟、曝气转刷和新型固液沉淀分离器构成，它将传统氧化沟的平面循环流动运行方式，改为立体循环流动。立体循环一体化氧化沟与常规氧化沟相比，占地面积可减少约50％。沉淀/分离区合建在立体氧化沟的两端，对氧化沟内混合液的流态没有影响，沉淀后的污泥可自动回流到氧化沟内，无需污泥回流设备。立体循环一体化氧化沟的上层沟道为好氧区，下层沟道为缺氧区。缺氧区在底层，不与大气接触，缺氧形成快。通过对多种污水处理试验研究表明，采用立体循环一体化氧化沟处理污水是完全可行的。
对污水处理中产生的大量剩余污泥的处理和处置通常原则是稳定化、无害化和资源化。目前剩余污泥的主要处理方法是污泥浓缩-厌氧消化-机械脱水；最终处置方式主要有土地利用(包括农田、园林利用，以及堆肥等)、填埋和焚烧(或热处理)等。20世纪90年代部分发达国家提出了污泥减量化、资源化、无害化的处理和处置顺序，并开始进行污泥减量技术的研究。
目前的污泥减量技术可分为四类(1)溶胞-隐性生长，由两步组成溶胞和隐性生长。通常先采用物理、化学方法或它们相结合的方法使细胞溶解，然后引起微生物的隐性生长，从而导致污泥产量的减少，但增加了污泥处置的费用以及可能引起二次污染。(2)内源呼吸。即延长污泥龄或降低污泥负荷可减少污泥产量。采用该方法会导致出水水质恶化和处理效率降低。(3)解耦联代谢。通过速率控制步骤-呼吸，微生物的合成代谢与分解代谢耦联。如果当呼吸控制不存在，而是生物合成成为速率控制因素时，那么微生物就会发生解耦联代谢，则多余的自由能就不会用来生成生物量。因此，解耦联技术就是增加在分解代谢和合成代谢的能量(ATP)差异，使供给微生物合成代谢的能量变得有限，从而减少污泥的产量。目前常用的方法是采用化学解耦联剂。但由于化学解耦联剂是异型生物质，长期使用化学解耦联剂不但使微生物产生了生物适应性，降低了污水处理效果，而且对环境有危害作用。(4)生物捕食。利用污水处理中的原/后生动物捕食细菌，从而降低污泥的产量。食物链越长，能量损失越大，则产生的生物量也越低。但由于原/后生动物与细菌共同生长在同一个生物反应器(曝气池)，而曝气池的运行条件主要是利于细菌等微生物降解有机物，并不完全适合原/后生动物的生长，因此原/后生动物生长不稳定，从而导致污泥减量效果不明显。但同其它三类污泥减量技术相比，生物捕食法具有经济和环境友好等显著的优点，是具有发展前途的新技术。
对于废气中污染物的处理，人们早已开始研究，而且已经开发出一些卓有成效的控制技术。其中，废气的生物处理与其它物理化学方法相比是利用微生物将废气中有机污染物或恶臭物质降解或转化为无害或低害类物质的过程，投资少，运行费用低，污染物不会被转移到其它地方，不产生二次污染，被广泛应用在废气处理中。以往的废气生物处理设备主要分为生物滤池、生物洗涤塔和生物滴滤池三种，它们特点如下生物滤池由气体预湿设备和内部充填活性填料的固定式生物反应器构成，只有一个生物反应器，设备简单，运行费用低。适于处理浓度介于0.5-1.0g/m3、污染物主要为亲水性的及少量疏水性的废气。但占地面积较大，在生物反应器前需加气体预湿设备，不适于处理污染物浓度较高的废气。生物洗涤塔通常由一个装有填料的洗涤器和一个具有活性污泥的生物反应器构成。洗涤器为气体吸收装置，这种设备易于控制反应条件，适于处理浓度介于1.0-5.0g/m3、污染物为亲水性的废气。但在生物反应器前需加气体洗涤装置，设备较复杂。不适于处理疏水性污染物。生物滴滤池只有一个内部填充填料的固定式生物反应器，设备较简单，废气中污染物的吸收和生物降解同时发生在一个反应装置内，它适于处理浓度低于0.5g/m3、污染物为亲水性的废气。但不能处理高浓度的污染物，也不适于处理废气中的疏水性污染物。这三种废气生物处理设备共同的缺陷是对于混有水溶性差别较大、浓度不同的多种污染物的废气，依靠上述单一一种处理设备难以同时有效地去除。培养的微生物均以细菌为主，因此，适于处理的污染物多为亲水性的。如果选择性地培养不同种类的微生物，利用真菌和细菌的协同作用，可有效地将浓度范围大、废气中含有的亲水性和疏水性污染物质同时去除。
发明内容
本发明的目的之一是将上述三种单元技术优化改进后整合集成在一起，形成清洁型清洁型一体化污水处理系统，对污水及剩余污泥、臭气进行一并处理，可以满足更高的污水处理要求，为中小型污水处理工艺提供一条高效低耗、处理彻底的途径。
本发明的另一目的在于提供一个清洁型的清洁型一体化污水处理系统的操作方法。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种清洁型一体化污水处理系统，是立体循环一体化氧化沟污水处理反应区、竖流复合式生物污泥减量反应区和生物除臭反应区组成的封闭体系，其中，三个反应区分别为封闭的独立箱体，独立箱体之间按常规以管道连接；氧化沟污水处理反应区的一侧固连有生物污泥减量反应区、生物除臭反应区和动力柜；生物除臭反应区的左侧与生物污泥减量反应区的右侧固连，生物污泥减量反应区的左侧与动力柜的右侧固连；生物污泥减量反应区箱体内设有游离型原/后生动物生长区和附着型游离型原/后生动物生长区；生物除臭反应区箱体内设有两个生物反应区一个区微生物悬浮分散在水中，以细菌为主，一个区微生物附着生长在填料表面，以真菌为主；动力柜包含多个电机、风机和泵，电机、风机和泵分层设置。
所述的清洁型一体化污水处理系统，其所述三个反应区分别为封闭的独立箱体，其体积比为(100~200)∶(2~10)∶1。
所述的清洁型一体化污水处理系统，其所述独立箱体之间按常规以管道连接，为氧化沟污水处理反应区箱侧壁底部设有污泥出口，污泥出口通过污泥管与泵的入口相通，泵的出口再通过污泥管与生物污泥减量反应区箱侧壁下部的污泥进口相通；生物污泥减量反应区箱侧壁上部的污泥出口通过污泥管与氧化沟污水处理反应区箱侧壁上部的污泥上清液回流口相通；氧化沟污水处理反应区和生物污泥减量反应区的上端分别设有废气收集口，两废气收集口通过气管与风机入口相通，风机出口再通过气管与生物除臭反应区箱侧壁下部的进气口相通。
所述的清洁型一体化污水处理系统，其污水通过污水管与氧化沟污水处理反应区箱侧壁的上、下污水进水口相通。
所述的清洁型一体化污水处理系统，其所述动力柜还包括空压机，空压机的出口与生物污泥减量反应区箱底部的曝气器相通。
所述的清洁型一体化污水处理系统，其所述电机、风机和泵分层设置，底层为污泥泵，二层为风机，三层为空压机，四层为配电箱，顶端为电机，电机的传动轴横向伸入氧化沟污水处理反应区的箱体内，与箱壁动连接，带动转刷转动。
所述的清洁型一体化污水处理系统，其所述立体循环一体化氧化沟污水处理反应区，包括立体循环氧化沟、水平轴转刷、固液分离器、出水堰、导流板、污泥排出口、废气收集口和进水口；其氧化沟污水处理反应区箱体内腔为立体循环氧化沟，立体循环氧化沟中部水平设有中隔板，中隔板前后边缘与箱体内壁固接，两端与侧壁之间有适当空隙，中隔板将立体循环氧化沟分成上、下两沟，上、下两沟的体积比在3/2～5/4之间；氧化沟污水处理反应区箱体底部两侧呈弧形结构，箱体内腔两侧端设有竖隔板，竖隔板四周边缘与箱体内壁固接，以侧壁与竖隔板构成两夹层，为固液分离器，固液分离器上部设有出水堰，出水堰位于竖隔板面向夹层的内侧，出水堰与箱体侧壁上的出水管相通；竖隔板上各设有狭缝状的回流进口和回流出口，两回流进口高于箱体内腔底面15～30cm，一回流出口高出中隔板2～4cm，另一回流出口低于中隔板2～4cm；
弧形导流板安装在中隔板的两端，位于中隔板与竖隔板之间，导流板的数量和安装位置根据立体氧化沟尺寸而定；水平轴转刷横向安装在立体循环氧化沟上部水平面，其轴与电机传动轴固连；污泥排出口设在固液分离器回流进口下方侧壁上或立体循环氧化沟箱体内腔底面；立体循环一体化氧化沟污水处理反应区顶部密封，在转刷上方的密封顶盖上沿转刷轴向开一个进空气缝；水平面以上侧壁上有废气收集口和上清液回流口；立体循环氧化沟设有两个污水进水口，一个污水进水口位于转刷的斜上方侧壁上，另一个污水进水口位于立体循环氧化沟底部侧壁上。
所述的清洁型一体化污水处理系统，其所述进空气缝的宽度为≤100mm。
所述的清洁型一体化污水处理系统，其所述竖流复合式生物污泥减量反应区，包括游离型原/后生动物生长区、附着型游离型原/后生动物生长区和固液分离沉淀区；生物污泥减量反应区呈Γ形，其内腔分为四部分，主体被水平设置的上、下穿孔隔板分成三部分底部为游离型原/后生动物生长区，其下部设有曝气器，曝气器一侧与空压机相通，其侧壁设有污泥进口，与污泥泵的出口相通；中部，上、下穿孔隔板之间为附着型原/后生动物生长区，其内填充填料；上穿孔隔板之上为固液分离沉淀区，固液分离沉淀区内有一竖隔断板，隔断板上沿及两侧与内侧壁固连，下沿与侧壁有一空隙，隔断板将Γ形生物污泥减量反应区的横头又分为两部分，两部分下部相通，主体的固液分离沉淀区顶壁设一废气收集口，侧面的固液分离沉淀区侧壁设一污泥出口，与氧化沟污水处理反应区的污泥上清液回流口相通。
所述的清洁型一体化污水处理系统，其所述原/后生动物，原生动物为纤毛虫、鞭毛虫、变形虫的组合或其中的一种；后生动物为轮虫、钟虫、线虫、寡毛类蠕虫的组合或其中的一种；生物污泥减量反应区填料为塑料填料或火山熔岩或陶粒。
所述的清洁型一体化污水处理系统，其所述生物除臭反应区内腔，由水平多孔隔板将反应区分为上下两个区上区为装有填料的固定式生物反应区，填料上部侧壁设有喷淋液穿孔管，顶壁设有排气口；下区为悬浮式生物反应区，其侧壁纵向设有液位计，下区底部侧壁设有进气口、出水口，上部侧壁设有进水穿孔管。
所述的清洁型一体化污水处理系统，其所述下区底部侧壁的出水口，经污水管路与立体循环氧化沟相通。
所述的清洁型一体化污水处理系统，其所述生物除臭反应区填料为海绵或陶粒。
所述的清洁型一体化污水处理系统，其所述上、下穿孔隔板、水平多孔隔板，其穿孔孔径≤10mm。
所述的清洁型一体化污水处理系统的操作方法，是按污水、剩余污泥和臭气的处理流程进行，其特征在于a)原水和定期排放的生物除臭反应器废液从进水口进入立体循环氧化沟，竖流复合式生物污泥减量反应区的上清液由上清液回流口直接排入立体循环氧化沟；b)之后，在水平轴转刷的曝气和推动下混合流动，经导流板的导流作用，在立体循环氧化沟上、下两个沟道里循环曝气并与活性污泥充分接触，有机物被降解，氨氮被分解为氮气和硝酸盐；部分混合液分别由固液分离器两回流进口进入固液分离器，污泥分离后分别由相对应的回流出口回流至立体循环氧化沟，固液分离器内上清液通过上部的出水堰收集经出水管外排；同时，立体循环氧化沟产生的废气，由侧壁废气收集口抽出，送入生物除臭反应区；c)立体循环一体化氧化沟内沉淀的污泥，用污泥输送泵将一定量的污泥混合液经污泥排出口从污泥进口输送至竖流复合式生物污泥减量反应区的游离型原/后生动物生长区，使污泥混合液通过下穿孔隔板上的孔进入装有填料的附着型原/后生动物生长区，然后污泥混合液通过上穿孔隔板上的孔进入固液分离沉淀区；固液分离沉淀区沉淀后的污泥混合液的上清液，通过排泥口排出，由上清液回流口送回立体循环氧化沟，固液分离沉淀区产生的废气，由顶壁废气收集口抽出，送入生物除臭反应区；同时，空压机或鼓风机通过曝气器向整个生物污泥减量反应区进行曝气供氧；d)由b)、c)步产生的废气，由引风机经生物除臭反应区箱侧壁下部的进气口送入生物除臭反应区后，即进入下区悬浮式生物反应区内，臭气中易溶于水的物质被水中的微生物吸收降解，同时气体被预湿，未被降解的疏水性污染物从水平多孔隔板进入固定式生物反应区的上区内，被附着在填料上的真菌微生物降解；净化后的气体从固定式生物反应区顶壁的排气口排出；同时，固定式生物反应区上区上部侧壁的喷淋液穿孔管，定期向填料喷洒无碳源营养液，用过的营养液废液通过液体收集管收集后，经下区底部侧壁的出水口，进入立体氧化沟处理。
本发明的清洁型一体化污水处理系统具有如下优点1、清洁型清洁型一体化污水处理系统处理污水时没有剩余污泥产生，同步消除了污水处理系统产生的臭气对周围环境的不良影响；2、清洁型清洁型一体化污水处理系统中立体循环一体化氧化沟污水处理反应区、竖流复合式生物污泥减量反应区和生物除臭反应区在系统中体积比在(100~200)∶(2~10)∶1；系统结构紧凑，可实现装配化生产；3、利用立体循环一体化氧化沟污水处理反应区处理污水效果好，有脱氮效果，不需要设置二沉池，基建投资更低，占地面积较传统氧化沟减少约50％，且节省能耗达30％以上；4、利用竖流复合式生物污泥减量反应区可为原/后生动物的稳定生长提供适宜的栖息地，因而提高了污泥减量效果，降低污水处理工艺中污泥处理与处置的费用。
5、利用生物除臭反应区选择性地培养不同种类的微生物，利用真菌和细菌的协同作用，能有效地将浓度范围大、亲水性和疏水性物质同时去除，无需循环水，营养液是定期供给，喷淋次数少，。
6、污水处理一体化系统适应性强，对多种水质污水保持很好的处理效果，解决了剩余污泥和废气如不处理恶化环境、如处理费用高的困扰；特别适合于土地资源紧缺的国家或地区、旅游区、不能纳入城市管网的点源、城市居民小区污水处理及中小城镇污水处理厂的建设。
图1.本发明的清洁型一体化污水处理系统工艺流程示意图；图2.本发明的清洁型一体化污水处理系统管道连接示意3.本发明的清洁型一体化污水处理系统中的立体循环一体化氧化沟污水处理反应区(I)及其操作方法示意图；图4.本发明的清洁型一体化污水处理系统中的竖流复合式生物污泥减量反应区(II)及其操作方法的示意图；图5.本发明的清洁型一体化污水处理系统中的生物除臭反应区(III)及其操作方法的示意图；具体实施方式
参照图1、图2，本发明的清洁型清洁型一体化污水处理系统是由一个立体循环一体化氧化沟污水处理反应区(I)、一个竖流复合式生物污泥减量反应区(II)和一个生物除臭反应区(III)组成的封闭体系，三个区分别为封闭的独立箱体，其体积比为(100~200)∶(2~10)∶1。其中，立体循环一体化氧化沟污水处理反应区(I)的一侧固连有一个竖流复合式生物污泥减量反应区(II)、一个生物除臭反应区(III)和动力柜(IV)。生物除臭反应区(III)的左侧与生物污泥减量反应区(II)的右侧固连，生物污泥减量反应区(II)的左侧与动力柜(IV)的右侧固连。
动力柜(IV)包含多个电机、风机和泵；电机、风机和泵分层设置，底层为污泥泵23，二层为风机38，三层为空压机26，四层为配电箱，顶端为电机41，电机41的传动轴横向伸入立体循环一体化氧化沟污水处理反应区(I)的箱体内，与箱壁动连接，带动转刷转动。
氧化沟污水处理反应区(I)底部设有污泥出口7，污泥出口7通过污泥管43与污泥泵23的入口相通，污泥泵23的出口再通过污泥管43与生物污泥减量反应区(II)下部的污泥进口21相通。
氧化沟污水处理反应区(I)和生物污泥减量反应区(II)的上端分别设有排气口8、40，两排气口8、40通过气管42与风机38入口相通，引风机38出口再通过气管42与生物除臭反应区(III)下部的进气管32相通。
气管42一进口收集周围环境中的废气，且与风机38入口相通。污水通过污水管44与氧化沟污水处理反应区(I)箱侧壁的上进水口9、下进水口10相通。
空压机26的出口与生物污泥减量反应区(II)底部的曝气器27相通。
参照图1为清洁型清洁型一体化污水处理系统的工艺流程图，图2为清洁型清洁型一体化污水处理系统的管道连接图，其工艺流程特征在于污水经过立体循环一体化氧化沟污水处理反应区(I)处理后，在固液分离器中沉降后排放；沟内混合污泥一部分经泵打入竖流复合式生物污泥减量反应区(II)中进行污泥减量，经处理后的上清液靠重力排回立体循环一体化氧化沟污水处理反应区(I)中；周围环境、立体循环一体化氧化沟污水处理反应区(I)和竖流复合式生物污泥减量反应区(II)中产生的臭气用风机抽入生物除臭反应器(III)，经处理后排入大气，投加的营养液废液排入立体循环一体化氧化沟污水处理反应区(I)处理。在整个过程中，污水、臭气经过污水处理一体化系统处理后外排，没有剩余污泥产生。
本发明的清洁型清洁型一体化污水处理系统中的立体循环一体化氧化沟污水处理反应区(I)如图3所示该区主要由立体循环氧化沟1、水平轴转刷2、固液分离器3、4和出水堰5、导流板6、污泥排出口7、废气收集口8和两进水口9、10等单元组成。立体循环氧化沟1的底部两侧呈弧形结构，水平轴转刷2安装在立体循环氧化沟1上部水平面以上，沟中隔板11将立体循环氧化沟分成上、下两沟，上、下两沟的体积比在3∶2～5∶4之间；导流板6安装在隔板11的两端，导流板6数量和安装位置根据立体氧化沟尺寸而定，污泥排出口7安装在固液分离器3回流进口附近或立体循环氧化沟沟底，废气收集口8安装在立体循环氧化沟水面以上；立体循环一体化氧化沟污水处理反应区顶部密封，在转刷的上方沿转刷轴向开直径约100mm的进空气缝。
所述立体循环一体化氧化沟污水处理反应区(I)固液分离器3、4的回流进口13、14和回流出口15、16为一定尺寸的狭缝，回流进口13、14高于底部15～30cm，回流出口15高出隔板11约2～4cm；回流出口16高度低于隔板11约2～4cm；
所述的立体循环一体化氧化沟污水处理反应区(I)有两个污水进水口，在转刷的斜上方有进水口9，在立体循环氧化沟1底部有进水口10。在水面上5～10cm处开流复合式生物污泥减量反应器(II)上清液回流口12。
本发明的清洁型清洁型一体化污水处理系统中的竖流复合式生物污泥减量反应区(II)由游离型原/后生动物生长区、附着型游离型原/后生动物生长区和固液分离沉淀区组成，其特征是一长方体的竖流复合式生物污泥减量反应区(II)，由隔板将反应区分成游离型原/后生动物生长区17，附着型原/后生动物生长区18和固液分离沉淀区19、20；固液分离沉淀区19在附着型原/后生动物生长区18的正上方，固液分离沉淀区20在附着型原/后生动物生长区18斜上方；在所述的游离型原/后生动物生长区17的反应器侧壁的下部有污泥混合液进口21，在固液分离沉淀区20的反应器侧壁的上部有上清液排出口22，上清液靠重力经进口12回排到立体循环一体化氧化沟污水处理反应区(I)，污泥输送泵23把混合污泥从污泥排出口7抽出后经污泥进口21打入竖流复合式生物污泥减量反应器游离型原/后生动物生长区17；一安装高度高于反应器侧壁污泥混合液进口21的穿孔隔板24，将所述的游离型原/后生动物生长区17与附着型原/后生动物生长区18隔开；一安装高度低于反应器侧壁排泥口22的穿孔隔板25，将所述的附着型原/后生动物生长区18与固液分离沉淀区19、20隔开；利用空气压缩机(或鼓风机)26通过曝气器27向整个反应器进行曝气；本发明的竖流复合式生物污泥减量反应区采上向流，污泥从底部进入，经过游离型原/后生动物生长区17，附着型原/后生动物生长区18和固液分离沉淀区20后上清液靠重力排回立体循环一体化氧化沟污水处理反应区(I)。所述的原/后生动物分为游离型和附着型两种；原生动物主要有纤毛虫、鞭毛虫、变形虫等；后生动物主要有轮虫、钟虫、线虫和寡毛类蠕虫等；所述的填料28放置在附着型原/后生动物生长区18中，可采用不同的材料用作填料，如塑料填料或火山熔岩或陶粒等；本发明的污水处理一体化系统中的生物除臭反应区(III)由悬浮式生物反应区和装有填料的固定式生物反应区构成；其特征是；
所述的生物除臭反应区(III)由隔板29将反应区分为悬浮式生物反应区30和装有填料的固定式生物反应区31，隔板29上开有多个孔径为10mm的小孔供气体通过；在悬浮式生物反应区30的下部侧壁有一穿孔进气管32和一出水口33；上部侧壁设有穿孔进水管34；为观测内部液位，设有一液位计35。
所述的生物除臭反应区(III)的固定式生物反应区的内部填充填料，上部侧壁设有喷淋液穿孔管36，顶部设有排气管37；废气通过风机或空气压缩机38经穿孔进气管32打入悬浮式生物反应区30；所述的填料39是放置在固定式生物反应区31中，可采用不同的材料作填料，如海绵或陶粒等；本发明的生物除臭反应区(III)的特点是带有两个生物反应区。在悬浮式生物反应区内，降解污染物的微生物是悬浮分散在水中，以细菌为主。在固定式生物反应器内部填充填料，降解污染物的微生物是附着生长在填料表面，微生物以真菌为主。因此，本发明的设备可以有效地将废气中亲水性和疏水性污染物同时去除。
本发明的清洁型一体化污水处理系统按污水、剩余污泥和臭气处理流程的操作方法如下原污水以及定期排放的生物除臭反应区(III)的废液从进水口9或进水口10(需要脱氮)进入立体循环氧化沟1(竖流复合式生物污泥减量反应器(II)的上清液直接排入)后，在水平轴转刷2的曝气和推动下混合流动，经隔板11和导流板6的导流作用，在立体循环氧化沟上、下两个沟道里循环曝气并与活性污泥充分接触，有机物被降解，氨氮被分解为氮气和硝酸盐；混合液一部分由泥水沉淀分离器3或4底部进入；分离后污泥分别由相对应的回流口15和16回流至立体循环氧化沟1；上清液通过沉淀分离器3和4上部的溢流堰5收集外排；污泥处理的操作方法是用污泥输送泵23定量地将污泥混合液从立体循环氧化沟1输送至竖流复合式生物污泥减量反应区(II)的游离型原/后生动物生长区17，使污泥混合液通过穿孔隔板24上的孔进入装有填料28的附着型原/后生动物生长区18，然后污泥混合液通过穿孔隔板25上的孔进入固液分离沉淀区19、20；在固液分离沉淀区20沉淀后的污泥混合液的上清液通过排泥口22排入立体循环氧化沟1，利用空气压缩机(或鼓风机)26通过曝气器27向反应区供氧；周围环境、立体循环氧化沟1和竖流复合式生物污泥减量反应区(II)产生的臭气通过引风机38从底部经进气管32进入悬浮式生物反应区30内，臭气中易溶于水的物质被水中的微生物吸收降解；同时气体被预湿。未被降解的疏水性污染物从隔板29进入固定式生物反应区31内，被附着在填料上的真菌微生物降解。净化后的气体从固定式生物反应区上部的排气口37排出。，固定式生物反应区顶部的喷淋液穿孔管36定期向填料喷洒无碳源营养液，用后的废液通过液体收集管收集后，经出水口进入立体循环氧化沟1处理。
实施例1利用污水处理一体化系统处理生活污水实例中污水的平均水质特征如下pH为7.2、COD为628、BOD5为257、NH3-N为59.1、TN为79.4、TP为4.6，乙酸、氨、硫化氢、乙硫醇、乙硫醚以及苯乙烯的进气浓度分别为8.88，8.93，0.025，0.18，0.081和36.69mg·m-3，将污水用泵打入立体循环一体化氧化沟污水处理反应区，经过处理后污水排放。立体一体化氧化沟的温度随季节变化，但维持在12～27℃间；通过添加NaHCO3溶液保持氧化沟混合液的pH在6.5～7.5；通过竖流复合式生物污泥减量反应器处理量来控制SRT在30～40天；污泥浓度保持在2.0g/l～5.0g/l；HRT为5～20h；用污泥输送泵将立体循环一体化氧化沟污水处理反应区底部污泥混合液输送至竖流复合式生物污泥减量反应器，整个运行过程中，保持竖流复合式生物污泥减量反应器中的水温为20℃，pH为6-9，运行中游离型原/后生动物生长区内的活性污泥浓度为2.07～8.86g/l，附着型原/后生动物生长区的生物膜生长良好。经过附着型和游离型原/后生动物生长区后的污泥混合液进入固液分离沉淀区，沉淀后的上清液进入立体循环一体化氧化沟污水处理反应区；废气通过空气压缩机打入废气处理生物反应器，整个运行过程中，保持悬浮式生物反应区水位在80mm～150mm，定期向固定式生物反应区喷洒无碳源营养液。
在稳定运行期间，系统能有效的去除有机污染物，COD去除率在94％以上，相应的BOD去除率在98％以上；脱氮效果好，NH3-N的去除率在97.3％以上，TN去除率在40～60％；污泥沉降效果好，固液分离器的水力负荷在25m3/m2.d以上。
进入竖流复合式生物污泥减量反应器的污泥混合液中平均污泥浓度为5.42+3.25g/L，减量后污泥混合液中污泥浓度为2.04+1.35g/L，则污泥减量比例为48.36+44.76％，污泥减量效果显著。
乙酸、氨、硫化氢、乙硫醇、乙硫醚以及苯乙烯出气浓度分别为0.26，0.30，0.0011，0.0132，0.178和6.24mg·m-3，去除率分别达到97.1％，96.7％，96.6％，92.7％，78％和83％。
对生产应用研究表明该工艺占地面积小，没有剩余污泥外排，周围空气环境好，工艺紧凑、运行操作简单维护方便。
权利要求
1.一种清洁型一体化污水处理系统，是立体循环一体化氧化沟污水处理反应区、竖流复合式生物污泥减量反应区和生物除臭反应区组成的封闭体系，其特征在于其中，三个反应区分别为封闭的独立箱体，独立箱体之间按常规以管道连接；氧化沟污水处理反应区的一侧固连有生物污泥减量反应区、生物除臭反应区和动力柜；生物除臭反应区的左侧与生物污泥减量反应区的右侧固连，生物污泥减量反应区的左侧与动力柜的右侧固连；生物污泥减量反应区箱体内设有游离型原/后生动物生长区和附着型游离型原/后生动物生长区；生物除臭反应区箱体内设有两个生物反应区一个区微生物悬浮分散在水中，以细菌为主，一个区微生物附着生长在填料表面，以真菌为主；动力柜包含多个电机、风机和泵，电机、风机和泵分层设置。
2.如权利要求1所述的清洁型一体化污水处理系统，其特征在于所述三个反应区分别为封闭的独立箱体，其体积比为(100~200)∶(2~10)∶1。
3.如权利要求1所述的清洁型一体化污水处理系统，其特征在于所述独立箱体之间按常规以管道连接，为氧化沟污水处理反应区箱侧壁底部设有污泥出口，污泥出口通过污泥管与泵的入口相通，泵的出口再通过污泥管与生物污泥减量反应区箱侧壁下部的污泥进口相通；生物污泥减量反应区箱侧壁上部的污泥出口通过污泥管与氧化沟污水处理反应区箱侧壁上部的污泥上清液回流口相通；氧化沟污水处理反应区和生物污泥减量反应区的上端分别设有废气收集口，两废气收集口通过气管与风机入口相通，风机出口再通过气管与生物除臭反应区箱侧壁下部的进气口相通。
4.如权利要求1、2或3所述的清洁型一体化污水处理系统，其特征在于污水通过污水管与氧化沟污水处理反应区箱侧壁的上、下污水进水口相通。
5.如权利要求1、2或3所述的清洁型一体化污水处理系统，其特征在于所述动力柜还包括空压机，空压机的出口与生物污泥减量反应区箱底部的曝气器相通。
6.如权利要求1所述的清洁型一体化污水处理系统，其特征在于所述电机、风机和泵分层设置，底层为污泥泵，二层为风机，三层为空压机，四层为配电箱，顶端为电机，电机的传动轴横向伸入氧化沟污水处理反应区的箱体内，与箱壁动连接，带动转刷转动。
7.如权利要求1所述的清洁型一体化污水处理系统，其特征在于所述立体循环一体化氧化沟污水处理反应区，包括立体循环氧化沟、水平轴转刷、固液分离器、出水堰、导流板、污泥排出口、废气收集口和进水口；其氧化沟污水处理反应区箱体内腔为立体循环氧化沟，立体循环氧化沟中部水平设有中隔板，中隔板前后边缘与箱体内壁固接，两端与侧壁之间有适当空隙，中隔板将立体循环氧化沟分成上、下两沟，上、下两沟的体积比在3/2～5/4之间；氧化沟污水处理反应区箱体底部两侧呈弧形结构，箱体内腔两侧端设有竖隔板，竖隔板四周边缘与箱体内壁固接，以侧壁与竖隔板构成两夹层，为固液分离器，固液分离器上部设有出水堰，出水堰位于竖隔板面向夹层的内侧，出水堰与箱体侧壁上的出水管相通；竖隔板上各设有狭缝状的回流进口和回流出口，两回流进口高于箱体内腔底面15～30cm，一回流出口高出中隔板2～4cm，另一回流出口低于中隔板2～4cm；弧形导流板安装在中隔板的两端，位于中隔板与竖隔板之间，导流板的数量和安装位置根据立体氧化沟尺寸而定；水平轴转刷横向安装在立体循环氧化沟上部水平面，其轴与电机传动轴固连；污泥排出口设在固液分离器回流进口下方侧壁上或立体循环氧化沟箱体内腔底面；立体循环一体化氧化沟污水处理反应区顶部密封，在转刷上方的密封顶盖上沿转刷轴向开一个进空气缝；水平面以上侧壁上有废气收集口和上清液回流口；立体循环氧化沟设有两个污水进水口，一个污水进水口位于转刷的斜上方侧壁上，另一个污水进水口位于立体循环氧化沟底部侧壁上。
8.如权利要求7所述的清洁型一体化污水处理系统，其特征在于所述进空气缝的宽度为≤100mm。
9.如权利要求1所述的清洁型一体化污水处理系统，其特征在于所述竖流复合式生物污泥减量反应区，包括游离型原/后生动物生长区、附着型游离型原/后生动物生长区和固液分离沉淀区；生物污泥减量反应区呈Γ形，其内腔分为四部分，主体被水平设置的上、下穿孔隔板分成三部分底部为游离型原/后生动物生长区，其下部设有曝气器，曝气器一侧与空压机相通，其侧壁设有污泥进口，与污泥泵的出口相通；中部，上、下穿孔隔板之间为附着型原/后生动物生长区，其内填充填料；上穿孔隔板之上为固液分离沉淀区，固液分离沉淀区内有一竖隔断板，隔断板上沿及两侧与内侧壁固连，下沿与侧壁有一空隙，隔断板将Γ形生物污泥减量反应区的横头又分为两部分，两部分下部相通，主体的固液分离沉淀区顶壁设一废气收集口，侧面的固液分离沉淀区侧壁设一污泥出口，与氧化沟污水处理反应区的污泥上清液回流口相通。
10.如权利要求9所述的清洁型一体化污水处理系统，其特征在于所述原/后生动物，原生动物为纤毛虫、鞭毛虫、变形虫的组合或其中的一种；后生动物为轮虫、钟虫、线虫、寡毛类蠕虫的组合或其中的一种；生物污泥减量反应区填料为塑料填料或火山熔岩或陶粒。
11.如权利要求1所述的清洁型一体化污水处理系统，其特征在于所述生物除臭反应区内腔，由水平多孔隔板将反应区分为上下两个区上区为装有填料的固定式生物反应区，填料上部侧壁设有喷淋液穿孔管，顶壁设有排气口；下区为悬浮式生物反应区，其侧壁纵向设有液位计，下区底部侧壁设有进气口、出水口，上部侧壁设有进水穿孔管。
12.如权利要求11所述的清洁型一体化污水处理系统，其特征在于所述下区底部侧壁的出水口，经污水管路与立体循环氧化沟相通。
13.如权利要求11所述的清洁型一体化污水处理系统，其特征在于所述生物除臭反应区填料为海绵或陶粒。
14.如权利要求9或11所述的清洁型一体化污水处理系统，其特征在于所述上、下穿孔隔板、水平多孔隔板，其穿孔孔径≤10mm。
15.如权利要求1所述的清洁型-体化污水处理系统的操作方法，是按污水、剩余污泥和臭气的处理流程进行，其特征在于a)原水和定期排放的生物除臭反应器废液从进水口进入立体循环氧化沟，竖流复合式生物污泥减量反应区的上清液由上清液回流口直接排入立体循环氧化沟；b)之后，在水平轴转刷的曝气和推动下混合流动，经导流板的导流作用，在立体循环氧化沟上、下两个沟道里循环曝气并与活性污泥充分接触，有机物被降解，氨氮被分解为氮气和硝酸盐；部分混合液分别由固液分离器两回流进口进入固液分离器，污泥分离后分别由相对应的回流出口回流至立体循环氧化沟，固液分离器内上清液通过上部的出水堰收集经出水管外排；同时，立体循环氧化沟产生的废气，由侧壁废气收集口抽出，送入生物除臭反应区；c)立体循环一体化氧化沟内沉淀的污泥，用污泥输送泵将一定量的污泥混合液经污泥排出口从污泥进口输送至竖流复合式生物污泥减量反应区的游离型原/后生动物生长区，使污泥混合液通过下穿孔隔板上的孔进入装有填料的附着型原/后生动物生长区，然后污泥混合液通过上穿孔隔板上的孔进入固液分离沉淀区；固液分离沉淀区沉淀后的污泥混合液的上清液，通过排泥口排出，由上清液回流口送回立体循环氧化沟，固液分离沉淀区产生的废气，由顶壁废气收集口抽出，送入生物除臭反应区；同时，空压机或鼓风机通过曝气器向整个生物污泥减量反应区进行曝气供氧；d)由b)、c)步产生的废气，由引风机经生物除臭反应区箱侧壁下部的进气口送入生物除臭反应区后，即进入下区悬浮式生物反应区内，臭气中易溶于水的物质被水中的微生物吸收降解，同时气体被预湿，未被降解的疏水性污染物从水平多孔隔板进入固定式生物反应区的上区内，被附着在填料上的真菌微生物降解；净化后的气体从固定式生物反应区预壁的排气口排出；同时，固定式生物反应区上区上部侧壁的喷淋液穿孔管，定期向填料喷洒无碳源营养液，用过的营养液废液通过液体收集管收集后，经下区底部侧壁的出水口，进入立体氧化沟处理。
全文摘要
本发明清洁型一体化污水处理系统及操作方法涉及环保技术领域。该系统由立体循环氧化沟污水处理反应区、竖流复合式生物污泥减量反应区和生物除臭反应区组合而成封闭体系，体积比为(100~200) ∶(2~10) ∶1。本发明利用氧化沟污水处理反应区去除污水中的有机污染物，同时去除氨氮、总悬浮固体；污水处理反应区产生的剩余污泥进入生物污泥减量反应区，由可吞食污泥颗粒的原/后生动物实现污泥减量；污水处理过程产生的臭味气体进入生物除臭反应区，由真菌和细菌有效地将臭味气体中亲水性和疏水性发臭物质同时去除。本发明对多种污水均有很好处理效果，占地面积较传统氧化沟减少50％；没有剩余污泥产生，减少了臭气对环境的污染。
文档编号C02F3/12GK1754834SQ20041008101
公开日2006年4月5日 申请日期2004年9月30日 优先权日2004年9月30日
发明者刘俊新, 郭雪松, 魏源送, 李琳 申请人:中国科学院生态环境研究中心