本发明涉及污水处理设备领域，特别涉及一种低能耗强化脱氮一体式反应器。
背景技术：
随着生活水平的不断提高，人们对居住环境的要求也越来越高。除了城市需要对污水进行处理之外，农村也开始需要对污水进行处理。由于国内，特别是丘陵山地，农村居民居住十分分散，如果采用集中式污水处理设施，其管网建设费用高，约占总投资费用的50％以上，且管网容易破损和堵塞，导致污水收集率低下。故集中式污水处理设施并不适用于农村使用，需要开发适合于农村分散生活污水处理的小型成套技术。
另外，农村生活污水排放量少，且有机物浓度偏低，C/N一般在3以下，普通污水处理技术的脱氮效率低下，且这些污水处理设施也存在着水量偏低，处理效果不佳等问题，不能满足水环境质量的改善需求。而脱氮除磷污水处理设施运行费用较高，以厌氧-好氧-人工湿地处理技术为例，处理规模为100m3/d，每月运行费用约需1000元，农村地区资金缺乏，村民出资意愿低，资金问题已成为制约农村地区生活污水处理设施运行的主要问题。针对以上问题，针对农村污水C/N偏低的问题，亟需研发强化农村脱氮除磷效率的新型反应器，并需要降低能耗，减少污水处理设施的运行费用。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种低能耗强化脱氮一体式反应器，从而克服现有的污水处理设施难以满足农村对污水处理的脱氮除磷效率高且运行费用低的需求的缺点。
为实现上述目的，本发明提供了一种低能耗强化脱氮一体式反应器，其包括：过滤池、调节池、生化反应池以及沉淀池，其中，所述生化反应池的内部设置有至少一级反应单元，每级所述反应单元包括：缺氧区；好氧区，其顶部与所述缺氧区的顶部相联通，且该好氧区的底部与所述缺氧区的底部相联通，以使该好氧区与所述缺氧区之间能够进行水力循环；曝气管，其设置于所述好氧区的底部；以及曝气系统，其用于为所述曝气管提供含有氧气的气体，污水在所述好氧区进行硝化作用，且污水在所述缺氧区进行反硝化作用。
优选地，上述技术方案中，每级所述反应单元的所述缺氧区内设置有搅拌装置。
优选地，上述技术方案中，当所述生化反应池内设置有至少两级所述反应单元时，前一级所述反应单元的所述好氧区的顶部与后一级所述反应单元的所述缺氧区的顶部相联通，且前一级所述反应单元的所述好氧区的底部与后一级所述反应单元的所述缺氧区的底部相联通，以使相邻两级所述反应单元能够进行水力循环。
优选地，上述技术方案中，当所述生化反应池内设置有至少两级所述反应单元时，每级所述反应单元的所述缺氧区各通过一污水管单独输送污水，且前一级所述反应单元的所述缺氧区的进水量大于后一级所述反应单元的所述缺氧区的进水量；前一级所述反应单元的所述好氧区的曝气量大于后一级所述反应单元的所述好氧区的曝气量。
优选地，上述技术方案中，最前面一级的所述反应单元的所述好氧区的溶解氧为0.5～1mg/L，最后一级的所述反应单元的所述好氧区的溶解氧为1.5～2.0mg/L。
优选地，上述技术方案中，所述调节池内设置有一水泵，每级所述反应单元的所述缺氧区的污水管均与该水泵连接，且每级所述反应单元的所述缺氧区的污水管均设置有一液体流量计。
优选地，上述技术方案中，所述曝气系统包括：气泵；气管，每个所述曝气管通过一个该气管与所述气泵连接，且每个该气管上设置有一个气体流量计；以及控制系统，其用于控制所述气泵进行工作。
优选地，上述技术方案中，所述沉淀池为斜管沉淀池。
优选地，上述技术方案中，所述沉淀池内设置有一泥泵，每级所述反应单元的所述缺氧区各通过一设置有阀门的污泥管道与所述泥泵连接。
优选地，上述技术方案中，所述泥泵还通过一设置有阀门的污泥管道与一污泥脱水池连接。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明的生化反应池内可以设置一级或多级反应单元，以适合于不同污水处理规模，适用性强，其通过使好氧区和缺氧区进行水力循环以提高脱氮除磷效率，且各个核心反应器可埋于地下，其占地面积小，能够节省投资费用，且卫生美观。
2、本发明采用多级反应单元工艺时，其抗冲击负荷能力强，且能够强化氮、磷的去除，出水水质好。
3、本发明的反应单元中利用气升原理实现好氧区和缺氧区的无动力内循环，且其能够减少好氧区的曝气量，实现同步硝化反硝化，以降低能耗。
4、本发明可通过自动监控进行远程控制，便于污水处理设施的长期监管。
附图说明
图1是根据本发明低能耗强化脱氮一体式反应器的结构示意图。
主要附图标记说明：
1-过滤池，11-过滤网；2-调节池，21-水泵，22-污水管；3-生化反应池，31-缺氧区，32-好氧区，33-第一挡板，34-曝气管，35-气管，36-气泵，37-第二挡板，38-搅拌装置；4-沉淀池，41-泥泵，42-污泥管道；5-污泥脱水池；6-太阳能系统。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
图1显示了根据本发明优选实施方式的一种低能耗强化脱氮一体式反应器的结构示意图，该低能耗强化脱氮一体式反应器包括过滤池1、调节池2、生化反应池3以及沉淀池4，各个池体的连接顺序与常规的反应器一致。参考图1，过滤池1的内部可以通过一过滤网11分隔成一进水腔和一出水腔，农村生活污水直接排入到进水腔中，且污水由过滤网11进行初步过滤后进入到出水腔中，部分漂浮物及大颗粒悬浮物等残渣停留在进水腔内，工作过程需要定期对过滤网11进行清理。过滤网11可以为格栅网，其倾斜地设置，以使过滤池1分为上下两个呈三角形状的池腔，位于上面的池腔为进水腔，且位于下面的池腔为出水腔。调节池2与过滤池1的出水腔相连通，过滤池1内的生活污水通过出水腔进入到调节池2内，调节池2与常规的污水处理的调节池相同，其用于缓冲污水，并初步沉降、分离污水，以调节水质和水速，使水质能够均衡一些，从而有利于下一道工序的进行。调节池2内的污水通过水泵21抽送给生化反应池3，经生化反应池3处理后的污水排送到沉淀池4中进行沉淀，最后处理完毕的水从沉淀池4向外排出，沉淀池4内可以设置有液位计，以及时控制沉淀池4向外排水。优选地，沉淀池4为斜管沉淀池。
继续参考图1，本发明的生化反应池3的内部设置有至少一级反应单元，每级反应单元包括缺氧区31、好氧区32、曝气管34以及曝气系统，污水从调节池2输送到缺氧区31中，缺氧区31内和常规生化反应池的缺氧区一样，其存放有污泥以通过活性污泥法对污水进行脱氮除磷等处理。优选地，沉淀池4内设置有一泥泵41，每级反应单元的缺氧区31各通过一设置有阀门的污泥管道42与泥泵41连接，以及时对各个缺氧区31补充污泥。另外，泥泵41还通过一设置有阀门的污泥管道与一污泥脱水池5连接，以通过泥泵41能够把沉淀池4内的污泥排送到污泥脱水池5内，在污泥脱水池5内脱水后的污泥再定期外运清理。
继续参考图1，好氧区32的顶部与缺氧区31的顶部相联通，且好氧区32的底部与缺氧区31的底部相联通，以利用曝气带来的气液密度差使好氧区32与缺氧区31之间能够进行水力循环。每级反应单元的好氧区32与缺氧区31之间可以通过第一挡板33隔开，第一挡板33的上端低于生化反应池3的顶部，且第一挡板33的下端高于生化反应池3的底部，从而使好氧区32与缺氧区31的顶部和底部相联通。曝气管34设置于好氧区32的底部，且曝气管34高于第一挡板33的下端，以避免从曝气管34出来的气体从底部进入到缺氧区31。曝气系统用于为曝气管34提供含有氧气的气体并带动好氧区32内的水体向上升起，含有氧气的气体可以直接采用空气。
由于生化反应池3的好氧区32和缺氧区31的顶部和底部同时相通，从而在对好氧区32进行曝气的过程中，好氧区32内的水体越过第一挡板33的上端进入到缺氧区31，而缺氧区31内的水体从第一挡板33的下端进入到好氧区32，以实现好氧区32和缺氧区31之间的水力循环。本发明利用气升原理实现好氧区32和缺氧区31的无动力内循环，且其能够减少好氧区32的曝气量，实现同步硝化反硝化，以降低能耗，并提高脱氮除磷效率。继续参考图1，优选地，每级反应单元的缺氧区31内均设置有搅拌装置38，以强化水力混合，从而通过气升循环和搅拌作用保证缺氧区31内溶解氧的浓度，以进一步保证脱氮除磷的效率。各个缺氧区31内可设置有溶解氧在线监测仪器，以通过监控溶解氧来自动调节曝气量，从而起到节省能耗的作用。而且，本发明可以设置一级或多级反应单元，以适合于不同污水处理规模，其适用性强，当采用多级反应单元时，其抗冲击负荷能力强，且能够强化氮、磷的去除，出水水质好。另外，各个核心反应器可埋于地下，占地面积小，以能够节省投资费用，且卫生美观。
继续参考图1，当生化反应池3内设置有至少两级反应单元时，前一级反应单元的好氧区32与后一级反应单元的缺氧区31相邻，前一级反应单元的好氧区32的顶部与后一级反应单元的缺氧区31的顶部相联通，且前一级反应单元的好氧区32的底部与后一级反应单元的缺氧区31的底部相联通，以使相邻两级反应单元能够进行水力循环。前一级反应单元的好氧区32与后一级反应单元的缺氧区31之间可以通过一第二挡板37隔开，第二挡板37的上端低于生化反应池3的顶部，且第二挡板37的下端高于生化反应池3的底部，从而能够使多级反应单元组合在一起，前一级反应单元的好氧区32内的水体从第二挡板37的上端能够进入到后一级反应单元的缺氧区31，而后一级的缺氧区31内的水体也能从第二挡板37的下端进入到前一级反应单元的好氧区32，以实现相邻反应单元之间的水力循环，进一步提高对污水进行处理的效果。
继续参考图1，当生化反应池3内设置有至少两级反应单元时，每级反应单元的缺氧区31各通过一污水管22单独输送污水，且前一级反应单元的缺氧区31的进水量大于后一级反应单元的缺氧区31的进水量，以逐级减少进水量。例如，当设置有两级反应单元时，前一级反应单元的缺氧区31与后一级反应单元的缺氧区31的进水量可以设计为2：1。前一级反应单元的好氧区32的曝气量大于后一级反应单元的好氧区32的曝气量，以使反应单元的好氧区32的溶解氧逐级增大。优选地，最前面一级的反应单元的好氧区32的溶解氧为0.5～1mg/L，最后一级的反应单元的好氧区32的溶解氧为1.5～2.0mg/L，不同好氧区32的曝气量可以实现不同级反应单元液体的有效水力循环。本发明设置多级反应单元时，可通过调节分级进水量和曝气量来强化工艺脱氮除磷效果。
继续参考图1，进一步优选地，调节池2内设置有一水泵21，每级反应单元的缺氧区31的污水管22均与水泵21连接，且每级反应单元的缺氧区31的污水管22均设置有一液体流量计，通过水泵21能够把调节池2内的污水分段输送到每级反应单元的缺氧区31中，以精确控制每级反应单元的缺氧区31的进水量。
继续参考图1，进一步优选地，曝气系统包括气泵36、气管35以及控制系统，气泵36用于泵入空气，曝气管34通过气管35与气泵36连接，且气管35上设置有一气体流量计；所有的反应单元的曝气管34可以共用一个气泵36。控制系统用于控制气泵进36行工作控制系统包括PLC控制和电脑远程监控系统，从而使本发明通过自动监控进行远程控制，便于对污水处理设施的长期监管。本发明还可设置一太阳能系统6，太阳能系统6把太阳能转换为曝气系统所需的电能，以降低能耗，节约成本。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。