专利名称：污水循环利用的生态系统之生物处理方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于污水处理方法及装置，特别是一种水循环回用生态卫生系统的生物处理方法及装置，尤其是对粪便等污水进行处理并能达到水的零排放的循环水卫生系统。
背景技术：
中国是世界缺水国家之一，人均水资源占有量仅为世界人均水资源占有量的1/4，水资源的短缺和污染问题已严重影响了我国国民经济建设和人们的正常生活。生活用水如果能达到循环使用——即达到生活杂用水(中水)的标准，形成生活循环水卫生系统，则可以大大节约水的用量。如厕所冲洗用水既是生活用水中的重要组成部分，其污水又是生活污水的重要来源之一。目前均利用自来水进行冲厕，其污水如未经妥善处理，极易导致肠道传染病及寄生虫病的传播；或者直接排入城市污水公网处理系统，大大加重城市生活污水处理系统的负担。
据全国爱国卫生委员会的统计数字，在我国的农村地区，截止2000年底，卫生厕所普及率不到45％，粪便无害化处理率极低，仅为31.22％。据国家卫生部门调查，我国因粪便处理不当引起的疾病有20多种，全国传染病发病总数的70％左右为肠道传染病，寄生虫病感染人数高达5亿，占世界总发病人数的三分之一。
目前国内外粪便污水处理技术主要有化粪池处理、高温堆肥处理、城市污水处理厂集中处理、焚烧处理、膜生物技术处理等，但上述处理方法都不能达到既节水，又能有效处理污水的目的。现有的水冲式厕所几乎都是利用清洁水冲洗，每次用水6～10升，这实际上是用98％的水稀释2％的粪便。其他如餐饮污水、洗浴洗涤污水的处理方法和装置也仍有待于完善和改进。
专利申请CN200410041059.1循环水冲洗生态厕所及其污水处理方法，涉及公开一种循环水冲洗生态厕所，其结构是高位水箱通过水管依次与座便器、搅拌粉碎装置、固液分离装置、厌氧处理装置、兼氧处理装置、好氧处理装置和臭氧消毒装置连接，臭氧消毒装置再通过水泵与高位水箱连接。提高了粪便的原位处理效率和无害化处理程度。但未涉及厌氧、兼氧、好氧生物处理过程等重要工艺的条件和参数，实际应用时对温度的依赖性较高，抗冲击负荷能力差等不足，而实用上这些方面是极为重要的。实用上还需要完善的方法。
发明内容
本发明的目的是提出一种污水可循环利用的生态卫生系统之生物处理方法及装置，该方法及装置可对粪便污水、餐饮污水、洗浴洗涤污水等进行高效无害化生物处理，本方法及装置具有较强的抗冲击负荷能力，污水经处理后可成为生活杂用水(中水)循环使用并能达到水的零排放；尤其是提出了一种生物处理工艺，启动容易，生物处理载体高效且获取方便、占地面积小和结构装置紧凑、处理后的回用水在回用时接触到人体皮肤等而不对人体造成任何损害，适用于特殊环境的污水处理方法及装置。
本发明的技术方案是一种污水循环利用的生态系统之生物处理方法，处理方法包括以下步骤1、对所处理的污水进行预处理；进行固--液分离或液--液分离得到待处理的上清液；2、分离后的上清液通过导流板或导流管依次进行厌氧、好氧等生物处理，所述厌氧处理是串联组合式，各反应室由导流板或导流管分割并引导处理水流，串联组合式厌氧处理通过大高径比反应室和三相分离装置强化厌氧处理；3、经生物处理后的水进入消毒装置进行消毒、杀菌或吸附处理；4、从消毒装置出来的水到回用容器中待用；5、循环利用的水通过水平衡装置处理。
本发明的改进是1)厌氧处理和好氧处理之间设有兼氧处理工艺。兼氧处理工艺是利用生物载体填料表面附着的微生物絮体内产生了溶解氧浓度梯度而进行富集培养兼氧微生物群对水进行生物处理。
2)厌氧处理的方法中采用可控回流工艺，回流比在(10-100)％。厌氧处理过程水流的上升流速在(0.5-3.0)米/分，尤其是通过综合控制方法控制水流的回流比和上升流速的适当范围，从而保证厌氧高效处理效率，一般而言，本发明可以保证使厌氧处理的COD去除率在60％以上。
本发明的装置结构是污水循环利用的生态系统之生物处理装置，其中厌氧处理器是串联组合式，各反应室由导流板或导流管分割并引导处理水流，厌氧处理器串联组合应包括大高径比的反应室，该反应室含有三相分离装置、下端设有疏淤底阀，其反应室液体出口是高位的敞口溢流管，敞口溢流管连通下道流程的入口，敞口溢流管上部的周围设有向中心方向相倾斜的斜板，斜板与敞口溢流管或反应室及反应室与反应室之间留有固态物、水流和气流导流间隙，敞口溢流管的上方还设有空心套筒，套筒的下边边缘与中心倾斜的斜板设有间隙，上述装置构成了强化厌氧处理的装置。反应室垂直深度应为反应室水平截面平均周长的1.4-4倍。
所述的固液分离装置与过滤干燥装置连接，以便对经预处理后难以分解消化物质的收集、消毒处理和利用。尤其是通过带切割叶片的搅拌粉碎装置和圆形带蜂窝孔状结构的格栅构成固液分离装置中的搅拌粉碎部分。
所述液--液分离，指油水分离装置，可以采用油水分离槽，或乳液与水的分离容器。分离后亦得到上清液再进行上述处理。
利用本发明强化的生物反应器，上述分离后通过进水导流板或导流管与厌氧等生物反应装置连通，厌氧处理装置通过出水导流板或导流管与好氧或兼氧处理装置连接，如使用兼氧装置，则通过强化厌氧处理生物反应器装置与兼氧处理装置连通，而兼氧处理装置再与好氧处理装置连通，好氧处理装置通过导流管或导流板与消毒装置连接。最后消毒装置与回用或排放水容器组合或连通达到本装置循环利用或达标排放的目的。消毒装置可以是吸附、紫外、膜生物技术、臭氧、银离子、或环氧乙烷、高氯酸或次氯酸、二氧化氯、高温等的单一或任意技术组合。循环使用的水通过水平衡装置达到在保证水的平衡前提下使水零排放。
本发明如用于粪便或其他含有难降解固态物的污水处理时，固液分离装置是分解后的固态物质与过滤干燥装置连接，从固液分离装置的污泥口中出来的含有固态物的污泥进入过滤干燥装置中，其干燥方式包括木屑与固态物质接触后采用、或固态物质直接采用加热、风干技术的单一或组合。滤液则进行后续处理，即从固液分离装置出来的上清液通过导流板或导流管进入厌氧处理装置的污水层。所述的厌氧处理装置由各独立的反应室经由导流板或导流管串联组合而组成，水流通过的上升流速为(0.5～3)m/min，污水在导流板的分割引导下，依次通过各个反应室，并通过三相分离装置进行强化处理；接种的微生物为污水处理厂厌氧颗粒污泥，。
厌氧处理装置处理后水中的氨氮，可以先进入兼氧处理，兼氧处理是通过同步硝化反硝化作用转化为氮气由排气系统排出。在兼氧处理工艺中利用高效生物载体填料，可通过快速排泥挂膜法在载体上接种活性污泥，通过调节曝气量来控制系统溶解氧浓度，或通过时间间隔通入氧气(空气)或停止通入氧气。通过在高效生物载体填料表面附着的微生物絮体内产生的溶解氧浓度梯度而进行富集兼氧微生物群。填料微生物絮体的外表面溶解氧较高，以好氧菌、硝化菌为主；絮体内部，产生缺氧区，反硝化菌占优势，构成特殊微生物系统，间断通入空气至兼氧处理装置内，控制兼氧微生物群的生物反应的某种占优反应，调节缺氧、厌氧微环境所占比例，从而促进或阻碍反硝化作用。
占地面积小和结构装置紧凑的水处理装置的结构是由独立容器组成的、且由导流板或导流管分割串联组成的厌氧处理室，尤其是三相分离装置的采用使厌氧环境有保证，处理效果好，厌氧处理的体积在(100-400)L/(日处理60±20人次)，可以达到很高的处理负荷。
厌氧处理装置反应室，在下部接种经驯化后的污水处理厂厌氧颗粒污泥，培养出耐冲击、负荷能力强的厌氧微生物。含有三相分离装置的柱状体反应室垂直深度应是反应室水平截面平均周长的1.4-4倍，一定的流速使污泥能够与待处理污水充分混合接触和传质。污水中大部分可溶性有机物在该反应器中被微生物降解，部分难溶有机物通过水解转化为可溶性有机物，在后续单元中得到处理。厌氧处理装置的反应温度基本维持在18℃-37℃范围内，pH值控制在6.0-9.0，接种微生物为污水处理厂的厌氧颗粒污泥。
经好氧处理，吹脱难溶有机物，通过水解转化为可溶性有机物的氨氮，好氧处理的时间在(10-60)min，可以通过水处理装置中的控制部分测量水质指标后加以控制。
本发明特点是以强化厌氧生物水处理方法为核心，对粪便污水、餐饮污水、洗浴洗涤污水等各种生活污水或中、低浓度有机污染污水进行高效无害化生物处理达到循环回用的标准或达标排放的要求，也可以在保证系统循环水总量平衡的前提下使其满足水的零排放的要求；其抗冲击负荷能力强，使污水经处理后成为中水(生活杂用水)循环使用或达标排放；其启动容易，生物处理载体高效且获取方便、占地面积小和结构装置紧凑，如用于对粪便污水进行无害化处理，固态物可长时间间隔收集(如清理间隔期约90～180天)、无法处理的固态物干燥后可转化成有机肥或对环境无害的物体；对尿液等液态物进行转化、分解、净化、消毒，达到中水循环回用标准，且这种水在回用时接触到人体皮肤无害，实现水的循环使用目的。
本发明的综合处理方法完善，实现了连续的、完整的自循环系统处理，就粪便废水的处理而言装置所需的占地面积小，突破了厕所等对水的依赖性以及其它类型的环保生态厕所污染物需异地无害化处理的局限性，达到了真正绿色环保厕所的要求；也克服了目前应用较广泛的生态无水收集型厕所的运输、收集、包装材料的二次污染的明显缺陷；提高了粪便的原位处理效率和无害化处理程度；拓展了环保生态厕所的理念和应用领域(如特殊的行业和部门、长距离移动、严重缺水区域、局部特殊工作区域等)。本发明用于厕所时占地面积小，以单厕位为例(处理量为60人次/24h)，占地仅约1.7m2，生物处理单元有效空间仅需1.0m3。以本发明制造的生物厕所特别适用于名胜景点、地铁和公交车站、购物中心、临时集会场所、公园、医院、放射性工作环境、民用住宅区及其他特殊场所等场合。
本发明的生活用水循环回用卫生系统还可以覆盖餐饮污水、洗浴洗涤污水的处理系统，这样的污水经本卫生系统处理后即使排放也能达标排放，这样既能降低集中污水处理的负担，还能够供局部区域的使用。
图1是本发明的一种典型工艺流程示意图。
图2是本发明含三相分离装置的厌氧处理单元结构示意图。
图3是图2的侧视4是本发明实施例的温度处理效率曲线。
图5是本发明实施例的各处理单元COD容积负荷比较曲线。
图6是本发明实施例的各处理单元COD去除率比较曲线。
图2-3中厌氧处理或反应器1、反应室2、导流管3、导流板3-1、厌氧处理器出口4、回流管5、三相分离装置6、高位的敞口管7、斜板8、导流间隙9、套筒10、通气管11、厌氧污泥12、疏淤底阀13。
具体实施例方式
如图所示，本发明图1工艺流程中(冲洗厕所)包括1、预处理(进行固液分离或液液分离得到待处理的上清液和待收集的固态物)；2、厌氧反应器强化厌氧处理；3、好氧反应器好氧生物处理；4、兼氧反应器兼氧生物处理；5、经生物处理后的水消毒、杀菌处理；或再经过膜处理；6、水平衡处理(水循环使用时具备在保证系统循环水总量平衡的前提下使其满足水的零排放的要求)；7、处理完毕的生活杂用水(中水)到容器待用。
以粪便污水循环处理方法为例首先水箱中储备的循环用水通过便器进入厕所生物处理单元中的机械搅拌粉碎装置，机械搅拌粉碎装置和生物预处理使污水中只有极少部分不可生物降解的物质以淤积的固态形式存在，接着粪便污水通过圆形带蜂窝孔状结构的格栅进入固液分离装置。在固液分离装置中，粪便污泥在充分发酵的同时其中难降解的物质得到有效沉淀分离，浓缩至固液分离装置底部的污泥斗；上清液进入厌氧处理装置，其导流板或导流管将污水从厌氧处理装置底部均匀进入厌氧污泥层，上流速度可以控制，促进泥水充分混合和传质，厌氧处理装置由3-8个反应室串联，即由独立的反应室串联且导流板或导流管分割串联组成的厌氧处理室，水流通过的上升流速为(0.5～3)m/min，污水在导流板或导流管的分割引导下，依次通过各个反应室。污水中大部分的可溶性有机物在该反应器中被微生物降解，部分难溶有机物通过水解转化为可溶性有机物，在后续单元中得到处理。厌氧装置的反应温度基本维持在(18-37)℃范围内，尤其是(22-28)℃更好，pH值控制在6.0-9.0，厌氧处理用微生物为污水处理厂厌氧颗粒污泥。本发明厌氧处理器一般在(80-600)L的体积下，可以处理进水COD在500-5000mg/LNH4+-N50-200mg/L，出水的COD在50mg/L左右，NH4+-N在10mg/L以下，容积负荷率达到3.0kgCOD/m3d，0.26kgNH4+-N/m3d。
厌氧处理处理后的水一般仍含有一定浓度的氨氮，进过兼氧处理装置处理，通过同步硝化和反硝化作用转化为氮气排出系统。在兼氧处理装置内装有高效生物载体填料，通过调节曝气量或通过调节时间间隔，控制通入氧气(空气)或停止通入氧气，在高效生物载体填料表面附着的微生物絮体内产生了溶解氧浓度梯度而进行驯化兼氧微生物群。填料微生物絮体的外表面溶解氧较高，以好氧菌、硝化菌为主；絮体内部，产生缺氧区，反硝化菌占优势。构成特殊微生物系统，间断通入空气(氧气)至兼氧处理装置内，通过调节曝气量来控制系统溶解氧浓度，控制兼氧微生物群的优势反应。调节缺氧、有氧微环境所占比例，从而促进或阻碍反硝化作用。间断通入空气的时间比例切断空气与通入空气的时间比例为1∶0.4～5。
经厌氧、兼氧处理后的污水，再经好氧处理和消毒、杀菌处理工艺。好氧处理工艺是常规处理工艺，可采用常规的微孔曝气法等工艺；消毒、杀菌工艺可以是吸附、紫外、膜技术、臭氧、银离子、或环氧乙烷、高氯酸或次氯酸、二氧化氯、高温等的单一或任意技术组合的处理工艺。
本发明方法还可与其它预处理和后续深度处理工艺组合集成，以满足不同进水水质及回用水质的目的。后续深度可以包括串接膜处理工艺，串接膜处理工艺也可以串接在上述工艺中间。预处理采用现有技术液--液分离，指油水分离装置，或乳液与水等分离预处理、还包括静置发酵等工艺，本发明因此可以处理其它废水。
要做到真正的无排放，当处理负荷为60人次/24h时，生物处理单元中的水位会增加，除了正常蒸发掉的水以外，本发明还采用水平衡控制的方法在水位超过设定水位时，采用强制通风蒸发、加热蒸发(以实现水的零排放)或其它工艺去除多余的水分，保证系统循环水总量平衡。
权利要求
1.一种污水循环利用的生态系统之生物处理方法，其特征是包括以下步骤1)、对所处理的废水进行预处理；进行固--液分离或液--液分离得到待处理的上清液；2)、分离后的上清液依次进行厌氧处理、好氧处理生物处理，所述厌氧处理为串联式，各反应室由导流板或导流管分割并引导处理水流，且安装有三相分离装置强化厌氧处理；3)、经生物处理后的水进入消毒装置进行消毒、杀菌处理；4)、从消毒装置出来的水泵入或流入回用的容器中。
2.由权利要求1所述污水循环利用的生态系统之生物处理方法，其特征是厌氧处理和好氧处理之间设有兼氧处理，兼氧处理通过调节曝气量来控制系统溶解氧浓度或通过间断通入空气，间断通入空气的时间比例是切断空气与通入空气的时间比例为1∶0.4～5。
3.由权利要求1所述污水循环利用的生态系统之生物处理方法生活循环水卫生系统的生物处理方法，其特征是厌氧处理的方法中还采用可控回流和水流的上升流速控制工艺，回流比在(10-100)％、水流的上升流速在0.5～3米/分，通过综合控制回流比和上升流速的适当范围，进行厌氧处理。
4.由权利要求1所述污水循环利用的生态系统之生物处理方法，其特征是另设有膜处理工艺。
5.由权利要求1所述污水循环利用的生态系统之生物处理方法，其特征是消毒、杀菌工艺是吸附、紫外、膜生物技术、臭氧、银离子、环氧乙烷、高氯酸或次氯酸、二氧化氯或高温的单一或二种以上组合方法处理。
6.由权利要求1所述污水循环利用的生态系统之生物处理方法，其特征是采用水平衡控制方法在水位超过设定水位时，采用强制通风蒸发或加热蒸发去除多余的水分。
7.由权利要求1所述污水循环利用的生态系统之生物处理方法，其特征是所述的固液分离装置粪便等污水处理时分解后的固态物质与过滤干燥装置连接，其干燥方式包括木屑与固态物质接触后采用或固态物质直接采用加热与风干方法的单一或组合。
8.生活循环水卫生系统的生物处理装置，其特征是厌氧处理器为串联式，各反应室由导流板、导流管分割并引导处理水流，厌氧处理器设有三相分离装置，其反应室液体出口是高位的敞口管，敞口管连通下道工艺，敞口管的周围设有向中心倾斜的斜板，斜板与敞口管或反应室之间留有水流或气流导流间隙，敞口管的上方还设有套筒，套筒的下边边缘与中心倾斜的斜板设有间隙，反应室垂直深度是水平截面平均周长的1.4-4倍。
9.由权利要求8所述污水循环利用的生态系统之生物处理装置，其特征是厌氧处理器是独立的方型反应室或柱状反应室串联且由导流板、导流管分割串联。
10.由权利要求8所述污水循环利用的生态系统之生物处理装置，其特征是当用于粪便污水处理时，所述的粪便搅拌粉碎由带切割叶片的搅拌粉碎装置和圆形带蜂窝孔状结构的格栅构组成。
全文摘要
污水循环利用的生态系统之生物处理方法，包括以下步骤1)对所处理的废水进行预处理；进行固－液分离或液－液分离得到待处理的上清液；2)分离后的上清液依次进行厌氧处理、好氧处理生物处理，所述厌氧处理为串联式，各反应室由导流板或导流管分割并引导处理水流，且安装有三相分离装置强化厌氧处理；3)经生物处理后的水进入消毒装置进行消毒、杀菌处理；4)从消毒装置出来的水泵入或流入回用的容器中。厌氧处理和好氧处理之间设有兼氧处理，兼氧处理通过调节曝气量来控制系统溶解氧浓度或通过间断通入空气，间断通入空气的时间比例是切断空气与通入空气的时间比例为1∶0.4～5。
文档编号C02F1/32GK101016186SQ20061003830
公开日2007年8月15日 申请日期2006年2月15日 优先权日2006年2月15日
发明者戴立明, 任洪强, 杜力 申请人:戴立明