一体化生物转盘污水处理设备及应用的制作方法

本发明涉及废水处理及资源化领域，尤其是废水处理设备及其应用领域，具体为一体化生物转盘污水处理设备及应用。

背景技术：

目前，针对包括城镇生活污水在内的各种可生化处理废水的处理工艺方法研究和应用已有多年的历史，并取得了较好的效果。现有的处理方法主要包括：生物化学方法和物理化学方法，生化处理方法在城镇生活污水处理中已经得到广泛应用。而在我国农村地区，大量分散式养殖废水、生活污水及面源污染进入地表水体，对水环境构成了巨大威胁。

生物转盘方法作为生物膜法污水生物处理技术的一种，是污水灌溉和土地处理的人工强化，该方法使细菌和菌类的微生物、原生动物一类的微型动物在生物转盘填料载体上生长繁育，形成膜状生物性污泥——生物膜，利用生物膜来实现处理污水的目的。传统的生物转盘通常由水槽和部分浸没于污水中的旋转盘体组成，构成生物处理构筑物。在旋转盘体表面上生长的微生物膜反复地接触槽中污水和空气中的氧，从而使污水得到净化。然而，国内外所用生物转盘工艺普遍存在着生物膜易脱落、处理效率低、能耗偏高、生物转盘周围易滋生蚊蝇等缺点，尤其是受生物转盘处理污水的机理所限，传统的生物转盘在污水脱氮除磷方面效率较低，在实际运行中，难以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级B标准及以上的处理要求。

为此，迫切需要一种新的设备或方法，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对现有的生物转盘设备普遍存在着生物膜易脱落、处理效率低、能耗偏高、生物转盘周围易滋生蚊蝇等缺陷的问题，提供一体化生物转盘污水处理设备及应用。申请人在研究分析现有生物转盘处理工艺基础上，针对现有生物转盘工艺废水处理效果低、出水水质不达标、环境卫生环境差、运行费用高的特点，提供本发明的一体化生物转盘污水处理设备及应用。本发明在污水预处理的基础上，利用厌氧生物转盘、两级空气驱动生物转盘和沉淀池有机结合，使得生活污水能够稳定运行，达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级B标准及以上。本发明具有脱氮除磷效率高，抗冲击负荷能力强，结构紧凑，运行稳定，不产生环境污染等优点，不仅能适用于城镇生活污水的处理，也能适用于水质接近于生活污水的有机废水处理及再生利用，对污水处理及资源化利用有广泛的实用性，为未来生活污水的处理提供了指导性的方向。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一体化生物转盘污水处理设备，包括厌氧处理池、一级生物处理池、二级生物处理池、沉淀池、出水堰、设置在出水堰上的出水管、斜管填料、供气机构、污泥处理系统、控制系统；

所述厌氧处理池上设置有进水口，所述厌氧处理池、一级生物处理池、二级生物处理池、沉淀池依次相连为一体且污水经进水口进入后能依次经厌氧处理池、一级生物处理池、二级生物处理池处理后进入沉淀池内，所述出水堰设置在沉淀池上，所述斜管填料设置在沉淀池内；

所述厌氧处理池内设置有立式全浸没生物组件，所述立式全浸没生物组件包括与控制系统相连的电机、转动轴、设置在转动轴上的生物转盘，所述转动轴沿竖直方向设置，所述电机与转动轴相连且电机位于转动轴竖直方向上方，所述转动轴上设置有生物转盘且转动轴能带动生物转盘转动，所述生物转盘上的污水处于厌氧状态且生物转盘能实现污水的水解酸化和产甲烷过程；

所述一级生物处理池、二级生物处理池内分别沿水平方向设置有生物转盘，所述生物转盘与一级生物处理池活动连接且能相对一级生物处理池转动，所述生物转盘与二级生物处理池活动连接且能相对二级生物处理池转动；

所述供气机构包括与控制系统相连的风机、风管、微孔曝气推动器，所述风机通过风管与微孔曝气推动器相连，所述微孔曝气推动器分别设置在一级生物处理池、二级生物处理池内且微孔曝气推动器产生的气体能分别带动一级生物处理池、二级生物处理池内的生物转盘转动；

所述污泥处理系统包括与控制系统相连的污泥泵、污泥管，所述污泥泵设置在污泥管上，所述污泥管的两端分别与沉淀池底部、厌氧处理池相连且沉淀池内的污泥经污泥管能返回厌氧处理池内。

所述立式全浸没生物组件中的生物转盘沿竖直方向设置且生物转盘能完全浸没于污水中并对污水进行厌氧处理。

所述一级生物处理池、二级生物处理池内的生物转盘分别沿水平方向设置且生物转盘半浸没于污水中并对污水进行厌氧、有氧交替处理。

还包括设置在污泥管上的三通接头，所述污泥管内的污泥通过三通接头部分返回厌氧处理池，部分污泥通过三通接头排出。

所述一级生物处理池、二级生物处理池分别设置有硝化菌。

还包括设备间。

所述控制系统、风机中的一种或多种设置在设备间内。

所述风机采用鼓风机。

前述一体化生物转盘污水处理设备在处理污水中的应用。

将其用于处理生活污水。

针对前述问题，本发明提供一体化生物转盘污水处理设备及应用，其属于废水处理技术及污水处理设备领域。其中，该处理设备包括厌氧处理池、一级生物处理池、二级生物处理池、沉淀池、出水堰、设置在出水堰上的出水管、斜管填料、供气机构、污泥处理系统、控制系统。

其中，厌氧处理池内设置有立式全浸没生物组件，立式全浸没生物组件包括与控制系统相连的电机、转动轴、设置在转动轴上的生物转盘，转动轴沿竖直方向设置，电机与转动轴相连且电机位于转动轴竖直方向上方，转动轴上设置有生物转盘且转动轴能带动生物转盘转动，生物转盘上的污水处于厌氧状态且生物转盘能实现污水的水解酸化和产甲烷过程。厌氧处理池上设置有进水口，污水先通过进水口进入厌氧处理池内，污水在立式全浸没生物组件上进行处理。本发明中，立式全浸没生物组件为立式完全浸没式低速生物转盘，从而使得厌氧处理池内的污水处于厌氧状态，由悬浮态厌氧微生物和附着在转盘上的厌氧微生物共同作用，实现污水的水解酸化和产甲烷过程，同时为好氧阶段聚磷菌除磷提供厌氧环境，完成污水的一段处理。

本发明中，立式全浸没生物组件完全浸没在污水中，生物转盘由低速电机驱动，电机安装于厌氧处理池顶部，转轴竖直布置。由于生物转盘转轴竖直布置，避免了水平布置时由于盘片及生物膜自身重量所产生的弯曲变形，生物转盘转动噪声小，运行稳定性高，有效延长设备的使用寿命，降低设备维护成本。

一级生物处理池、二级生物处理池内分别沿水平方向设置有生物转盘，生物转盘与一级生物处理池活动连接且能相对一级生物处理池转动，生物转盘与二级生物处理池活动连接且能相对二级生物处理池转动。

供气机构包括与控制系统相连的风机、风管、微孔曝气推动器，风机通过风管与微孔曝气推动器相连，微孔曝气推动器分别设置在一级生物处理池、二级生物处理池内且微孔曝气推动器产生的气体能分别带动一级生物处理池、二级生物处理池内的生物转盘转动。

同时，厌氧处理池、一级生物处理池、二级生物处理池、沉淀池依次相连为一体，污水经进水口进入后能依次经厌氧处理池、一级生物处理池、二级生物处理池处理后进入沉淀池内。经过一段处理后的污水进入依次进入一级生物处理池、二级生物处理池内进行二段处理。其中，一级生物处理池、二级生物处理池内的生物转盘采用竖直方向半浸没式设计，生物转盘依靠设置在池体底部的微孔爆气空气推动器推动。

本发明中，微孔曝气推动器通过风管与设置在控制间/设备间内的鼓风机进行连接，用于向一级生物处理池和二级生物处理池内进行曝气。生物转盘在微孔曝气推动器的推动下均匀旋转，旋转所需能耗少，转轴受力均匀，噪声小，使用寿命长，能够适应设备长时间运转的需要。同时，微孔曝气推动器所释放出的空气使得池体内后端的溶解氧处于好氧状态，而一级生物处理池和二级生物处理池的池体内进水端的溶解氧处于缺氧状态。为此，以实现对污水的二段处理。

上述技术方案中，在一级生物处理池和二级生物处理池内，生物转盘上微生物降解污水中污染物，在池体内其它区域大量悬浮性微生物组成缺氧-好氧的状态，二次降解污水中污染物。

经二段处理后的污水进入沉淀池内，出水堰设置在沉淀池上，斜管填料设置在沉淀池内，实现对污水的最终处理。作为优选，沉淀池优选为斜管沉淀池。

同时，该装置还包括污泥处理系统。污泥处理系统包括与控制系统相连的污泥泵、污泥管，污泥泵设置在污泥管上，所述污泥管的两端分别与沉淀池底部、厌氧处理池相连。沉淀池内的污泥经污泥管能返回厌氧处理池内，污泥管通过污泥泵将沉淀池内的污泥进行回流，至厌氧处理池或排放。在上述技术方案中，沉淀池内部设置斜管填料，进水管道布置在沉淀池一侧，出水采用溢流堰形式，布置在沉淀池另一侧。

作为优选，还包括设置在污泥管上的三通接头，污泥管内的污泥通过三通接头部分返回厌氧处理池，部分污泥通过三通接头排出。沉淀池内的污泥一部分回流至厌氧处理池，另一部分作为剩余污泥，排放至污泥池外运。

进一步，本发明提供前述装置的应用，可将其用于生活污水的处理，也适用于水质接近于生活污水的有机废水处理及再生利用。

综上所述，本发明中的一体化生物转盘污水处理设备采用厌氧处理池、两级生物处理池和沉淀池相结合的处理模式；其中，厌氧处理池内采用立式全浸没生物组件，池内处于厌氧环境，池体内和转盘上的厌氧微生物将大分子有机物降解成小分子有机物，同时为聚磷菌的生物除磷提供厌氧环境；一级生物处理池和二级生物处理池处于缺氧－好氧环境，实现有机物达标去除和脱氮，其中缺氧反应实现反硝化脱氮，好氧段实现有机物达标去除，和具备硝化功能，利用硝化菌转化氨氮为硝态氮。

本发明与现有技术相比，其技术优势主要体现在如下方面。

（1）本发明将厌氧处理池、两级生物处理池、沉淀池等有机结合，有效降低占地面积和建设成本，实现废水的一体化处理。比传统处理工艺，本发明能建设成本节省30%以上，减少占地面积50%以上。同时，厌氧处理池、两级生物处理池等生化池内的污泥由生物转盘上固定生长的生物膜形态的微生物群体和悬浮生长的活性污泥中的微生物群体组成，污泥浓度可达20—30g/L，显著高于普通处理设备的污泥浓度（普通设备的污泥浓度仅能达到5-10g/L。同时，由于微生物生长在填料上，不随出水流失，因此，有效延长了污泥的停留时间（即泥龄），从而在相同的处理效果时，就缩短了废水在设备内的水力停留时间（水力停留时间缩短30%-60%），具有显著的进步意义。同时，由于结构设计的合理性，能实现系统的24小时全自动无人值守运行。

（2）厌氧处理池内设置立式全浸没生物组件，使得厌氧处理池内污水处于厌氧状态，由悬浮态厌氧微生物和附着在转盘上的厌氧微生物共同作用，实现污水的水解酸化和产甲烷过程；同时，为好氧阶段聚磷菌除磷提供厌氧环境。本发明的立式全浸没生物组件完全浸没在污水中，生物转盘由低速电机驱动，电机安装于厌氧处理池顶部，转轴竖直布置。由于生物转盘转轴竖直布置，避免了水平布置时由于盘片及生物膜自身重量所产生的弯曲变形，生物转盘转动噪声小，运行稳定性高，有效延长设备使用寿命。

（3）一级生物处理池、二级生物处理池内的生物转盘采用半浸没式设计，生物转盘转动依靠设置在池体底部的微孔曝气推动器推动。生物转盘在微孔曝气推动器的推动下均匀旋转，旋转所需能耗少，转轴受力均匀，噪声小，使用寿命长，并有利于实现设备的自动运行。同时，微孔曝气推动器所释放出的空气使得池体内后端的溶解氧处于好氧状态，一级生物处理池、二级生物处理池的池体内进水端的溶解氧处于缺氧状态。和普通活性污泥法和生物膜法相比，本发明容积负荷可以高达15kgC0D_cr/(m³·d)（现有方法最高仅能达到8 kgC0D_cr/(m³·d)），使反应器的容积大大减小，具有较高的C0D和氮磷去除率，处理后污水能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级B标准以上，具有显著的进步意义。

（4）本发明中，厌氧污泥在厌氧处理池内的分布规律使得反应器对有毒物质的适应能力更强，在池内易于培养出适应有毒物质的厌氧污泥，可生物降解的毒性物质在反应器内的浓度也呈现出规律性的变化。因此，在处理水量和负荷有较大变化的情况下，其运行可以保持较大的稳定性。

（5）本发明的挂膜启动方法与生物膜法基本相同，可采用直接培养或问接培养法。但由于有生物转盘作为载体，本发明交生物膜法显得较为容易一些，在各种条件都适合的情况下，一般只需要15～30天即可完成。

（6）本发明能适用于城镇生活污水的处理，也能适用于水质接近于生活污水的有机废水处理及再生利用，具有良好的社会效应，值得大规模推广和应用。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明中处理设备的主视图。

图2为图1的俯视图。

图中标记：1、厌氧处理池，2、一级生物处理池，3、二级生物处理池，4、沉淀池，5、设备间，6、立式全浸没生物组件，7、生物转盘，8、微孔曝气推动器，9、出水堰，10、污泥泵，11、鼓风机，12、风管，13、斜管填料，14、污泥管，15、出水管。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图所示，本实施例的一体化生物转盘污水处理设备包括厌氧处理池、一级生物处理池、二级生物处理池、沉淀池、出水堰、设置在出水堰上的出水管、斜管填料、供气机构、污泥处理系统、控制系统。

厌氧处理池上设置有进水口，厌氧处理池、一级生物处理池、二级生物处理池、沉淀池依次相连为一体且污水经进水口进入后能依次经厌氧处理池、一级生物处理池、二级生物处理池处理后进入沉淀池内，出水堰设置在沉淀池上，斜管填料设置在沉淀池内。

该装置工作时，污水经过预处理后，依次进入厌氧处理池、一级生物处理池、二级生物处理池、沉淀池。其中，沉淀池内的污泥一部分回流至厌氧处理池，维持装置整体的正常运行，另一部分作为剩余污泥排放至污泥池外运。

本实施例中，厌氧处理池内设置有立式全浸没生物组件。立式全浸没生物组件包括与控制系统相连的电机、转动轴、设置在转动轴上的生物转盘，转动轴沿竖直方向设置，电机与转动轴相连且电机位于转动轴竖直方向上方，转动轴上设置有生物转盘且转动轴能带动生物转盘转动，生物转盘上的污水处于厌氧状态且生物转盘能实现污水的水解酸化和产甲烷过程。

进一步，本实施例中，立式全浸没生物组件中的生物转盘沿竖直方向设置且生物转盘能完全浸没于污水中并对污水进行厌氧处理。

本实施例中，厌氧处理池内设置立式全浸没生物组件，厌氧处理池内污水处于厌氧状态，由悬浮态厌氧微生物和附着在生物转盘上的厌氧微生物共同作用，实现污水的水解酸化和产甲烷过程；同时，为好氧阶段聚磷菌除磷，提供厌氧环境。立式全浸没生物组件中的生物转盘完全浸没在污水中，生物转盘由低速电机驱动，电机安装于厌氧处理池顶部，转轴竖直布置。由于生物转盘转轴竖直布置，避免了水平布置时，由于生物转盘盘片及生物膜自身重量所产生的弯曲变形，生物转盘转动噪声小，运行稳定性高，有利于设备的长期稳定运行。

在厌氧处理池的厌氧处理过程中，废水中的有机物经大量微生物的共同作用，被最终转化为甲烷、二氧化碳、水、硫化氢和氨等。在此过程中，不同微生物的代谢过程相互影响，相互制约，形成了复杂的生态系统。高分子有机物的厌氧降解过程可以被分为四个阶段：水解阶段、发酵(或酸化)阶段、产乙酸阶段和产甲烷阶段。

水解阶段为复杂的非溶解性的聚合物被转化为简单的溶解性单体或二聚体的过程。高分子有机物因相对分子量巨大，不能透过细胞膜，因此，不能为细菌直接利用，它们在第一阶段被细菌胞外酶分解为小分子。例如，纤维素被纤维素酶水解为纤维二糖与葡萄糖，淀粉被淀粉酶分解为麦芽糖和葡萄糖，蛋白质被蛋白质酶水解为短肽与氨基酸等。这些小分子的水解产物，能够溶解于水，并透过细胞膜为细菌所利用。水解过程通常较缓慢，因此，被认为是含高分子有机物或悬浮物废液厌氧降解的限速阶段。多种因素，如温度、有机物的组成、水解产物的浓度等，可能影响水解的速度与水解的程度。

发酵阶段为，有机物化合物既作为电子受体也是电子供体的生物降解过程；在此过程中，溶解性有机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物，因此，这一过程也称为酸化。在这一阶段，上述小分子的化合物发酵细菌（即酸化菌）的细胞内转化为更为简单的化合物，并分泌到细胞外。发酵细菌绝大多数是严格厌氧菌，但通常有约1%的兼性厌氧菌存在于厌氧环境中，这些兼性厌氧菌能够起到保护（像甲烷菌这样的）严格厌氧菌免受氧的损害与抑制。这一阶段的主要产物有挥发性脂肪酸、醇类、乳酸、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等，产物的组成取决于厌氧降解的条件、底物种类和参与酸化的微生物种群。与此同时，酸化菌也利用部分物质合成新的细胞物质，因此，未酸化废水厌氧处理时产生更多的剩余污泥。在厌氧降解过程中，酸化细菌对酸的耐受力必须加以考虑。酸化过程pH下降到4时，依然可以进行。但产甲烷过程pH值的范围在6.5～7.5之间，因此，pH值的下降将会减少甲烷的生成和氢的消耗，并进一步引起酸化末端产物组成的改变。

产酸阶段在产氢产乙酸菌的作用下，上一阶段的产物被进一步转化为乙酸、氢气、碳酸以及新的细胞物质。在产甲烷阶段，乙酸、氢气、碳酸、甲酸和甲醇被转化为甲烷、二氧化碳和新的细胞物质。甲烷细菌将乙酸、乙酸盐、二氧化碳和氢气等转化为甲烷的过程有两种生理上不同的产甲烷菌完成，一组把氢和二氧化碳转化成甲烷，另一组从乙酸或乙酸盐脱羧产生甲烷，前者约占总量的1/3，后者约占2/3。

同时，一级生物处理池、二级生物处理池内分别沿水平方向设置有生物转盘，生物转盘与一级生物处理池活动连接且能相对一级生物处理池转动，生物转盘与二级生物处理池活动连接且能相对二级生物处理池转动。本实施例中，一级生物处理池、二级生物处理池内的生物转盘分别沿水平方向设置且生物转盘半浸没于污水中并对污水进行厌氧、有氧交替处理。

供气机构包括与控制系统相连的风机、风管、微孔曝气推动器，风机通过风管与微孔曝气推动器相连，微孔曝气推动器分别设置在一级生物处理池、二级生物处理池内且微孔曝气推动器产生的气体能分别带动一级生物处理池、二级生物处理池内的生物转盘转动。

厌氧处理池的出水依靠重力自流进入一级生物处理池和二级生物处理池，在一级生物处理池和二级生物处理池池内均设置半浸没式生物转盘，转盘转动依靠设置在池体底部的微孔曝气推动器推动。微孔曝气推动器通过空气管道（即风管）与设置在控制间内的风机（本实施例中，优选鼓风机）进行连接，用于向一级生物处理池和二级生物处理池内进行曝气。生物转盘在微孔曝气推动器的推动下均匀旋转，旋转所需能耗少，转轴受力均匀，噪声小，使用寿命长。同时，微孔曝气推动器所释放出的空气使得池体内后端的溶解氧处于好氧状态，一级生物处理池和二级生物处理池池体内进水端的溶解氧处于缺氧状态。在生物转盘盘片上微生物按照生物膜法机理降解污水中污染物，在池体内其它区域大量悬浮性微生物组成缺氧-好氧的状态，按照活性污泥法机理降解污水中污染物。

污泥处理系统包括与控制系统相连的污泥泵、污泥管，污泥泵设置在污泥管上，污泥管的两端分别与沉淀池底部、厌氧处理池相连且沉淀池内的污泥经污泥管能返回厌氧处理池内。同时，还包括设置在污泥管上的三通接头，污泥管内的污泥通过三通接头部分返回厌氧处理池，部分污泥通过三通接头排出。

二级生物处理池的出水进入沉淀池，沉淀池内部设置斜管填料，进水管道布置在沉淀池一侧；出水采用溢流堰形式，布置在沉淀池另一侧。沉淀池底部设置污泥管，污泥管与污泥泵连接，污泥泵的出口端通过三通分别连接污泥回流管和污泥排放管；污泥回流管连接至厌氧处理池前端上部，污泥排放管连接至污泥池。

进一步，本实施例中还包括设备间，控制系统、风机能设置在设备间内，以利于设备的维护。

本实施例的装置能够用于生活污水，或者水质接近于生活污水的有机废水，的处理及再生利用，具有较好的效果。

经测定，采用本申请装置处理后的污水能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级B标准及以上，水力停留时间较现有污水处理装置缩短50~60%以上，其中的污泥浓度平均达28.9g/L。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。