本实用新型涉及一种污水处理装置，具体地说，涉及一种用于农村生活污水脱氮除磷处理装置。
背景技术：
由于农村生活习惯及地下水和雨水通过污水收集管网进行污水处理系统，导致有机物(即碳源)浓度低、氮磷超标(不能满足C：N：P＝100:5:1即C/N<20， C/P<100)，而氮、磷元素超标会加速水体的富营养化，给农村居民的宜居生活环境带来极大的危害。氮、磷等营养物质的升高，会造成藻类大量繁殖，重则造成水华或赤潮现象，其中磷又起到了关键性作用。因此，如何降低生活污水中磷的含量，对降低甚至消除污染，保护环境，建设美丽的新农村具有重要意义。
目前的农村生活污水处理工艺中，由于碳源低，绝大多数工艺只能去除有机物和氨氮，并且脱氮效率低，磷的去除率则更低。常规的生物脱氮除磷方法主要有AAO(Anaerobic-Anoxic-Oxic，称为厌氧-缺氧-好氧法)、生物接触氧化、曝气生物滤池、SBR(序列间歇式活性污泥法，英文全称为Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)等工艺。AAO法是最常规的生活污水处理方法，也是目前城市污水处理厂应用最多的一种脱氮除磷工艺，由于AAO工艺中硝化菌、反硝化菌和聚磷菌在有机负荷、泥龄及碳源需求上存在矛盾和竞争，很难同时达到氮、磷较高的除去率，且动设备多，能耗高；生物接触氧化法兼有活性污泥法及生物膜法的特点，生物接触氧化法不需要污泥回流，无污泥膨胀问题而被行业所采用，但是由于池内填充大量的填料，维修十分麻烦，填料容易老化，前端处理后的污水中SS含量较低，生物膜固着的载体较少，导致生物膜比重较小，容易脱膜，具有脱氮能力，但是磷的去除率很低，需要采取化学除磷方法加以补充。曝气生物滤池是由滴滤池发展而来，是生物膜法技术的一种，其主要缺点要求原水中的SS低于100mg/L，最好是SS低于60mg/L，否则造成生物滤料阻塞而不能正常运行；另外，曝气生物滤池磷的去除率低，也需要采取化学处理方法进行去除。SBR法即序列间歇式活性污泥法，该法集曝气池、沉淀池为一体，连续进水，间歇曝气，停气时污水沉淀，憋出上清液，为一个周期。SBR法不设沉淀池，无污泥回流设备，池内厌氧、好氧处于交替状态，从时间上看，不存在返混现象，净化效果好；但SBR间歇运行，需设多个处理单元，进水与曝气相互切换，并且排水需要滗水器，设备价格昂贵。
国家正在持续稳进的推动建设美丽乡村这座大厦的蓝图，提高农村人宜居环境。处理农村生活污水的技术也百花齐放，这些技术都是套用城市污水厂的工艺，或者直接把国外产品引进。这两种做法虽然在一定程度上加快了农村生活污水治理的步伐，但是没有考虑中国农村的实际情况，水质水量四季变化较大，这就造成大多数设备的出水水质不能达到要求，其中主要是指总磷和总氮两个指标，即使一些工艺为了弥补出水总磷不达标，采用化学除磷的方法，但是采用化学除磷不仅增加了运行成本，而且产生的化学污泥属于危废，增加污泥处置费用。
针对农村生活污水的特性和目前各种方法的特点，开发一套适合农村污水水质和水量且运行成本低的污水处理工艺，并且出水水质达到GB18918-2002中的一级A，也是各行从业人员和学者们一直研究的课题。
技术实现要素：
本实用新型的目的是针对上述现状，提供一种适合于农村生活污水特点的，即在碳源相对不足的情况下，不仅具有高效降解有机物，高效脱氮除磷能力，而且运行费用低的农村生活污水处理装置。
本实用新型用于农村生活污水脱氮除磷的处理装置，包括有调节池、污水提升泵、生化反应池、清水池、污泥泵、风机曝气系统、消毒装置、外排泵和自控系统，
所述调节池内接近污水入口处依次设置有用于除去大颗粒杂物、毛发的粗格栅、细格栅，所述污水提升泵固定安装在所述调节池的内底部，经管道连接所述生化反应池内底部的布水器，所有生化反应都在所述生化反应池中完成；
所述生化反应池的顶部经通过溢流堰的结构连接出水槽，所述出水槽顶部与所述清水池连通；
所述风机曝气系统通过曝气管道分别连接设在所述调节池和所述生化反应池内底部的曝气头；
所述污泥泵通过污泥管连通所述生化反应池的内底部；
排气装置为一排气筒，直接固定安装在所述生化反应池和所述清水池的顶部，直接连通大气；
所述清水池内部的水经所述消毒装置和所述排外泵输出。
所述布水器包括有多根平行设置有管道，在每根管道上开有直径为3～10mm 的小孔，进入布水器从所述布水器小孔流出的污水流态处于层流状态，且Re≤ 1500。
所述小孔的开孔方式是沿着管道管轴线斜下15～60°开设。
所述出水槽的底部开设有与所述生化反应池连通的污泥出口。
所述污泥泵将所述生化反应池内的污泥排出至污泥池，所述污泥池内设置有连通风机曝气系统的曝气头。
所述生化反应池内底部的曝气头位于所述布水器的上方。
本实用新型的优点和效果是：
采用独特的进水方式，利用平推流原理进行排水，取代了传统SBR系统的滗水器，节约了运行和维护费用。
采用周期时序控制，根据水质水量特征调节运行周期和周期内各个阶段的运行参数，提高了污水处理效率，对水质水量适应性大，并且控制灵活。
采用反硝化和生物强化脱氮除磷相结合，解决了农村生活污水中碳源不足的问题。
采用反硝化和强化除磷，除磷效率高，总磷(TP，total phosphorus)的除去率达到95％以上，其出水水质达到GB18918-2002中的一级A。
所有生化反应在一个池中进行，节约设备成本。并且所有微生物共存在一个池中友好相存，且在进水时，污水与所有微生物都进行亲密接触，处理效率高。
附图说明
图1是本实用新型中用于农村生活污水脱氮除磷的处理方法的工艺流程简图。
图2是本实用新型中用于农村生活污水脱氮除磷的处理装置的结构示意图。
图3是本实用新型中用于农村生活污水脱氮除磷的处理装置的俯视示意图。
图4是本实用新型中布水器管道中的截面示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的具体实施例作详细说明。
如图1所示，本实用新型中用于农村生活污水脱氮除磷的处理装置包括有调节池1、污水提升泵2、风机曝气系统3、生化反应池4、清水池5、污泥泵6、污泥池7、自控系统8、排气装置9、消毒装置10和外排泵11及相应的管道仪表系统。
如图2和图3所示，在调节池1内接近污水入口处依次设置有粗格栅12、细格栅13，用于除去大颗粒的杂物、毛发等大型物体。为使调节池1内水质均匀，在调节池1中安装有搅拌机，通过搅拌的方式调节水质，也可以通过管道连通风机曝气系统3，将风机曝气系统3中的空气引入调节池1内，在调节池1 中进行间歇曝气搅拌的方法进行，使污水的水质充分均匀。
污水提升泵2固定安装在调节池1的内底部，经管道14连接生化反应池4 内部的布水器40，布水器40包括有多根平行设置有管道42，在每根管道42上开有直径为3～10mm的小孔41，如图4所示，为使污水均匀、缓慢地流入生化反应池4内，使小孔41流出的流态处于层流状态，且雷诺数Re≤1500，小孔 41的开孔方式为沿着管道42管轴线斜下15～60°，开孔间距相等且间隔开 10～15mm，管道42的轴线距离生化反应池4的池底25～200mm。
生化反应池4的顶部与清水池5连通，并通过溢流堰的结构使生化反应池4 内部的水首先进入到生化反应池4顶部的出水槽50内，再从出水槽50进入到清水池5内，出水槽50的底部设置有与生化反应池4连通的污泥排出口，生化反应池4内部作曝气处理时，部分污泥也会进入到出水槽50，在出水槽50内静止沉淀后通过污泥排出口回落到生化反应池4内。
风机曝气系统3固定安装在清水池5的一侧，通过曝气管道31连接生化反应池4内底部的曝气头30，曝气头30及生化反应池4内部的曝气管道31位于布水器40的上方，在自控系统8的控制下，可以定时定量地往生化反应池4内部输入空气或氧气。
污泥泵6也固定安装在清水池5的一侧，通过污泥管60连通生化反应池4 的内底部，利用污泥泵6可以定期地将生化反应池4内的污泥排出到污泥池7，污泥池7内也设置有与风机曝气系统3连接曝气头，由控制系统8控制连能，再由吸泥罐车定期地将污泥送至污泥处理厂进行处理。
排气装置9为一排气筒，直接固定安装在生化反应池4和清水池5的顶部，将生化反应池4和清水池5内部的气体直接排入大气。
消毒装置10和排外泵11均安装固定在清水池5的一侧，连通清水池5内部，将清水池5内的清水经消毒装置10后排出使用。当然外排泵11也可以不使用，可以利用重力原理，直接将清水池5内的清水排出。
本实用新型中的处理装置将风机曝气系统3、污泥泵6、污泥池7、自控系统8、排气装置9、消毒装置10和外排泵11及相应的管道仪表系统均安装固定在清水池5的一侧设备室51内，生化反应池4、清水池5和设备室则紧邻设置，且在同一池体内，便于检测、维修，而且可以节省占地面积。
本实用新型中用于农村生活污水脱氮除磷的处理装置按以下步骤执行，可以有效解决农村的污水处理问题。
整个处理过程由自控系统8控制，使得整个装置作周期时序运行，即按进/ 排水-静止-缺氧-好氧为一个周期的时序运行。每一个周期的具体过程是：
1、生活污水的收集、水量均质处理
从各村民家中收集来的生活污水通过污水管网收集后进入至调节池1，在调节池1内经粗格栅12、细格栅13除去大颗粒的杂物、毛发等。并在调节池1内对水量，水质进行调节，使水量、水质均匀后，由污水提升泵2将生活污水提升至生化反应池4内。
为了使调节池1内的水质更加均匀，可以在调节池1中安装搅拌机，也可以将风机曝气系统3中的空气引入调节池1内，但是需要在调节池1中进行间歇曝气、搅拌的方法进行，搅拌、曝气的时间及间隔长短由自控系统8设定，并作调整。
2、降解有机物及脱氮除磷
该步骤的所有过程都在一个生化反应池4中完成，由控制系统8控制完成。具体包括有以下步骤：
2.1进水/排水步骤
污水提升泵2将调节池1内的污水提升至生化反应池4内底部的布水器40 中，进入布水器40内的污水通过小孔41按层流状态，且雷诺数Re≤1500的形式流出，即污水均匀的、缓慢地流入到反应生化池4底部中的活性污泥层，根据流体力学的平推流原理，在进水的同时，前一周期的上清液通过生化反应池4 顶部的进口堰门汇入出水槽50后排入清水池5内，完成进水/排水步骤。
进水/排水步骤过程中通过小孔41进入的生活污水与前一周期留在生化反应池4底部的活性污泥接触，在刚进水阶段时发生缺氧反应，前一周期在污泥层中的硝酸盐/亚硝酸盐随着后一周期不断流入污水，而与污水中的COD进行反硝化反应，即反硝化菌进行反硝化反应而完成脱氮反应；随着静止时间的延长和反硝化脱氮反应的进行，生化反应池4中氧浓度越来越低，直到生化反应池4 中的氧浓度降至0.2mg/L，反应生化池4底部污泥层中的硝酸根经反硝化后形成厌氧环境，进行厌氧释磷，即聚磷菌和反硝化聚磷菌在此时开始释磷。
在厌氧条件下，大分子有机物被分解成低分子脂肪酸，反硝化聚磷菌(DPB) 则在厌氧条件下分解聚磷酸产生能量腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)，以主动运输的方式吸收脂肪酸并合成聚B-羟基丁酸盐(PHB)，与此同时释放出正磷酸盐 (PO43-)。
2.2静止步骤
进水/排水步骤完成后，静止15～30分钟，此阶段主要是延长静止时间，使生化反应池中继续形成厌氧环境，进行有机物的降解和厌氧释磷。
2.3缺氧状态的反硝化聚磷菌进行反硝化脱氮除磷步骤
静止完成后通过风机曝气系统3、曝气管道31、曝气盘30向生化反应池曝气3～10分钟，停止5～15分钟为一个周期，此步骤的时间为60～180分钟,在生化反应池4内部形成缺氧状态，积累了大量的聚B-羟基丁酸盐(PHB)和反硝化聚磷菌(DPB)后进入缺氧状态，以硝酸盐(NO3--N)和亚硝酸盐(NO2--N) 作为氧化聚B-羟基丁酸盐(PHB)的电子受体，利用降解的聚B-羟基丁酸盐 (PHB)产生能量并提供还原力尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)，并以 NADH+H作为电子运输链的载体以排除质子，从而形成质子推动力。质子推动力将体外的磷酸盐输送到体内，在腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)酶的作用下合成腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)。将过剩的正磷酸盐(PO43-)聚合成多聚磷酸盐，DPB 在缺氧条件下通过电子传输链产生的ATP超过在厌氧条件下通过分解体内的磷酸盐产生的ATP，所以在缺氧条件下摄取的磷多于厌氧释放的磷，多余的磷通过排泥方式除去，并将硝酸盐和亚硝酸盐转变为一氧化二氮气体进行去除。
风机曝气系统3具体是将风机压缩后的空气通过曝气管道31、曝气盘(或者微孔曝气管)将氧释放出来，具体设置时间应该由生化反应池4内的溶解氧含量(dissolved oxygen，DO)值确定，DO值控制在02.mg/L～0.5mg/L。
缺氧状态下反硝化除磷中碳源(即生活污水中可降解的有机物)发挥了“一碳两用”的作用，既合成了聚羟基脂肪酸酯(PHA，polyhydroxyalkanoates)，也为反硝化提供电子供体，充分利用污水中的碳源实现脱氮除磷。反硝化聚磷菌 (DPB)在缺氧条件下通过电子传输链产生的腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)超过在厌氧条件下通过分解体内的磷酸盐产生的腺嘌呤核苷三磷酸(ATP)，所以在缺氧条件下摄取的磷多于厌氧释放的磷，实现缺氧吸磷的目的。
2.4好氧阶段
缺氧阶段完成后，生化反应池4进入好氧阶段，通过风机曝气系统3连续曝气，曝气时间为30～120分钟，使生化反应池4中的DO值控制在1～8mg/L。在此阶段，污水中的COD得到进一步降解，硝化菌发生硝化作用和聚磷菌发生好氧吸磷，并吹脱一氧化二氮和氮气，保证活性污泥的沉降性能并使活性污泥再生；可以在下一个循环中发挥良好的脱氮除磷作用。
在该步骤2中，所有过程及时间的控制由控制系统8设置时序，并且静止厌氧状态的反硝化脱氮除磷步骤可以根据调节池1中的水量决定是否采取，如果水量突然增多，则不采取静止，直接进入2.3缺氧状态的反硝化脱氮除磷步骤，如果水量少则采取静止阶段。
3、排泥处理
在好氧阶段后期进行强制排泥方法，通过污泥泵6将生化反应池4内缺氧和好氧阶段后期形成的高含磷的活性污泥排至污泥池7进行储存，并通过风机曝气系统3在污泥池7内间歇地通入空气，防止在污泥池7内形成厌氧环境进行厌氧释磷，污泥池7的上清液回流至调节池1，而污泥池7内的污泥定期由吸泥罐车送至污泥处理厂进行处理。
4、消毒
由于农村生活污水中含有大量的细菌(如大肠杆菌)，为保护环境，防止疾病扩散，进水/排水骤步中生化反应池4顶部的清水排至清水池5中后，根据清水池5中的液位，启动外排泵11，使清水池5中的清水经过消毒装置10后抽出，进行排放。为防止清水池5中的水产生厌氧环境，可以将风机曝气系统3中的空气引入清水池5，采取间歇曝气的方式进行。消毒装置10可以采取紫外线消毒器或者二氧化氯发生器，通过消毒后的水通过外排泵11排至氧化沟，如果现场高差允许也可以采用重力排水。
本实用新型中的控制系统8将设备运行状态和参数，无线发送至总部控制中心的监控系统，实现区域内所有处理设备的集中实时监视。同时，也可以将设备运行状态和参数，发送至运维人员的手机APP，使运维人员即时掌握设备运行状态，灵活运维管理。
综上所述，经过反硝化和强化脱氮除磷，可以有效解决目前农村生活污水中碳源不足的问题。在低碳源的条件下，除磷效率高达96％以上。其出水水质达到GB18918-2012《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准。
并且该农村生活污水脱氮除磷方法由于动设备少，维修费用低，运行费用低至0.25元/吨。