本实用新型涉及一种污水处理一体化设备，属于水污染治理领域。
背景技术：
在污水处理领域，活性污泥法应用历史比较悠久，是最为广泛的生物处理技术，比较广泛地应用于城镇污水处理中。活性污泥法是一种污水的好氧生物处理法，活性污泥法及其衍生改良工艺是处理城市污水最广泛使用的方法。它能从污水中去除溶解性的和胶体状态的可生化有机物以及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质。活性污泥法的基本流程包括：初次沉淀处理、曝气处理和二次沉淀处理，部分污泥回流，另一部分污泥作为剩余污泥排出系统。目前，我国污水处理厂80％以上的城镇污水处理工艺都采用活性污泥法。随着排水水质要求的进一步提高，活性污泥法工艺技术也在不断发展，目前效果比较显著的工艺技术有A2O、氧化沟、SBR及其衍生改进工艺等。
在活性污泥处理过程中，经过生化处理工艺处理后，需经二沉池使污泥分离，使混合液澄清、浓缩和回流活性污泥，其工作效果直接影响了活性污泥系统的出水水质和回流污泥浓度。而目前的污泥
技术实现要素：
本实用新型解决的技术问题是，提高污泥的处理效果，改善污水处理的出水水质。
本实用新型的技术方案是，提供一种污水处理一体化设备，包括沿污水流动方向依次布置的生化区、三相分离区、砂滤区和清水区，所述生化区内的下部安装有曝气装置和污泥排出口；
在三相分离区内的下部设滑泥斜板和导气挡板，滑泥斜板和导气挡板之间形成缝，在滑泥斜板和导气挡板的上方设第一挡板和第二挡板，第一挡板和第二挡板组成集气罩，集气罩为下宽上窄的结构，集气罩顶端连接有排气管，集气罩位于所述缝的上方。
优选地，所述一体化设备包括多个的三相分离区，每个三相分离区的出水口相互连通。连通后的管道并均与清水区或砂滤区连通。
优选地，三相分离区的数量为两个，分别位于生化区的两侧。
优选地，在三相分离区内的上部设斜管沉淀器，第一挡板和第二挡板位于斜管沉淀器的下方。
优选地，第一挡板和第二挡板之间的夹角为50°-75°。
优选地，滑泥斜板、导气挡板、第一挡板和第二挡板均固定在三相分离区的器壁上。
优选地，在清水区的一侧设有用于安装设备(如风机、电器柜、风机)的设备区。
优选地，所述砂滤区内填充石英砂填料。
优选地，砂滤区内设有反冲洗水装置；
优选地，生化区内设有曝气管、污泥管、潜水搅拌机；三相分离区内设有出水堰。
本实用新型中生化区、三相分离区、砂滤区和清水区中的“区”均可以理解为“池”，每个单元池共壁实现一体化设计。
本实用新型还提供一种污水处理工艺(该处理工艺简称ISBR工艺)，使用上述一体化设备进行处理，处理工艺包括以下步骤：
(a)将污水导入生化区，经过生化处理后进入三相分离区；
(b)经过三相分离，排除气体，污泥回流至生化区，污水进入砂滤区；在生化区的下部设污泥排除口，用于排除回流至生化区的部分污泥；
(c)经过砂滤后，得到清水，清水从清水区达标排出。
优选地，所述生化区内的污泥浓度为6000-10000mg/L。
在现有污水处理技术中，二沉池被认为是传统活性污泥法工艺中必需且重要的构筑物，但是实际应用中，二沉池存在着一些不足，如占地面积大、动力消耗高、出水水质受污泥沉降性能影响大，出水SS比较高，出水浮泥多等问题。二沉池作用主要是使泥水混合物分离，并没有使气液固混合物分离，生化区曝气产生的气体会使一部分泥水混合物上浮，从而导致二沉池出水效果不理想，尤其SS；二沉池的污泥回流方式一般选择污泥回流泵或者气提回流，动力消耗相对较大，因此为了与新型污水处理设备体积小、结构紧凑、效率高的要求相符合，此实用新型专利研究设计高效、低成本的污水处理意义非凡。
本实用新型的三相分离区中，大致可以分为气、泥水分离，泥水分离和污泥回流三个部分。气、泥水分离主要是气与泥水混合物之间的分离，泥水分离主要是污泥与水的分离，污泥回流是指污水由生化区进入到三相分离区中沉积的污泥(高浓度泥水混合物)重新回流到生化区(即生化反应区)。通过生化区的大部分液体、固体和少量气体由缝进入，由于污泥回流区中高污泥浓度和少量气泡可使得在此区内和区外流体形成显著的密度差，从而产生循环流，这个循环流有助于污泥的回流，并且可以将液体上升和污泥回流的途径加以分开，从而达到泥水分离的效果。同时，少量的气体会集聚在第一挡板与第二挡板之间，通过排气管排出到大气中，从而实现气、泥、水三相分离。第一挡板与第二挡板形成的集气罩可以保证没有完全分离的气泥水混合物更进一步分离，能更好的避免污泥进入三相分离区的沉淀区。
该三相分离区能有效进行气、水、泥分离，使气、水、泥分离效果更加显著，抗冲击负荷能力强；且该三相分离区结构简单、设计合理，可做成装配式结构，与土建结构稳定结合快速安装，也可做成土建结构。
本实用新型的三相分离区可以在不需要额外提供能源的情况下向生化区补充污泥，提高生化区的污泥浓度，污泥浓度可达到6000-10000mg/L。生化区经过曝气、沉淀、静置阶段，实现厌氧、缺氧、好氧交替状态，具有良好的脱氮除磷效果。污染物在此过程中分解为小分子有机物，继而又被氧化分解为CO2、H2O等或被合成为微生物细胞。可提高COD、 BOD5、氨氮等有机物降解效果。经过连续生化处理后的出水进入三相分离区，三相分离区分离的污泥一部分回流至生化区，提高了生化区的污泥浓度，一部分经过排泥装置排至污泥池。经过三相分离区的污泥还有少许SS，污水进一步经过砂滤区，更进一步保证了出水 SS，经过砂滤区处理的污水达标排放。
本实用新型的有益效果是，该三相分离区的提高了集气效果，固液分离效果进一步提高，出水水质好，结构简单，大大降低了造价；自动化程度高，能耗低，增加了曝气池中污泥浓度，脱氮除磷效果显著，出水可以稳定达到一级A出水标准。本实用新型的一种污水处理设备及工艺，用三相分离区代替传统处理工艺中的二沉池，不仅泥水分离效果好，而且也提高了生化区污泥浓度，进一步提高了出水水质，出水水质可以稳定达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A排放标准。
附图说明
图1表示污水处理的一体化设备布置以及污水流向的示意图，箭头表示污水的流向。
图2表示污水处理的一体化设备的一种平面布置示意图。
图3表示三相分离区的截面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例
本实施例提供一种污水处理的一体化设备和工艺，一体化设备的结构示意图如图1所示，包括沿污水流动方向依次布置的生化区1、三相分离区2、砂滤区3、清水区4和设备区5，生化区1内的下部安装有曝气装置6和污泥排出口；一体化设备包括两个的三相分离区2，三相分离区2的出水口相互连通，并均与砂滤区3连通，砂滤区3内填充石英砂填料；在清水区4的一侧设有用于安装风机、水泵、电气柜等设备的设备区5。本实施例提供一种污水处理的一体化设备的平面布置图(图2)可以看出，其结构紧凑，占地面积小。
三相分离区的结构如图3所示，该三相分离区设置成长方体结构，可与其他反应区的单元池共壁。在三相分离区一侧的下方设有上、下两个口，上部为出气口28，下部为污泥口 29，三相分离区内的下部设有导气挡板22和滑泥斜板21，导气挡板22和滑泥斜板21之间不接触，形成一个缝27；三相分离区内的上部设有斜管沉淀器25；斜管沉淀器25的下方设有一集气罩，集气罩的顶部设有排气管26，集气罩由两块挡板连接组成，分别为第一挡板 23和第二挡板24，第一挡板23和第二挡板24的夹角为65°；集气罩的底面与水平面呈2- 5°的夹角，第二挡板24的末下端位于第一挡板23末下端的下方。
上述污水处理工艺包括以下步骤为：将污水从生化区的上部导入，经过生化处理后进入三相分离区；经过三相分离，排除气体，污泥回流至生化区，污水进入砂滤区；在生化区的下部设污泥排除口，用于排除回流至生化区的部分污泥，使污泥浓度不至于过高，生化区内的污泥浓度保持在6000-10000mg/L；经过砂滤进一步去除SS，得到清水。
其中上述三相分离区的工作原理和工作流程如下：经过生化反应区处理后的含大量气体的污水和污泥的混合物经过三相分离区下部的出气口28和污泥口29进入三相分离区导气挡板22的下方，此区域由于仅有一个缝27可以进出水，所以在导气挡板22的下方会形成一个循环，主要使气体与泥水分离，使气体沿导气挡板22向上运动，经过出气口28排出至生物反应区，少量的气体与泥水经过缝27进入导气挡板22的上部，部分污泥会沿滑泥斜板 21向下运动至污泥口29排出；少量的气体在集气罩的挡板下沿挡板向上运动至排气管26 排出，污泥沿挡板向下运动，沿导气挡板22的上表面和滑泥斜板21的表面向下流动，极少量的污泥与水一起向上流动，至斜管沉淀器25，污泥全部被沉淀，在斜管沉淀器25的上方设出水口，使达标的净水流出。使用上述一体化设备处理污水的过程中，其工艺的进、出水指标如下表1所示。
该污水处理设备和工艺具有十分明显的优势：
1)污水处理设施设备少，污泥回流采用无动力回流，大大简化污水处理设施的维护和检修工作，并节省投资及运行费用；
2)具有很好的环境优越性，处理工艺产生活性污泥量极少，在省去活性污泥的处理费用的同时不会造成因活性污泥处置不当而引起对环境的二次污染，此外，设施噪声小、臭味少对环境的影响小；
3)投资费用省，比接触氧化工艺低15％～30％；
4)运行费用低，比接触氧化工艺低50％～80％；
5)便于操作，易于管理和维护，对操作人员的技术要求不高；
6)抗冲击负荷强，对于污水系统停止运行后，一体化设备系统在3～5天内即可迅速恢复正常运行；
7)工程施工难度低、建设周期短且对出水无影响。
8)设备占地面积比较小，制作周期短，使用年限长，安装简易，操作方便。
对比例
对比例的工艺与实施例基本相同，区别在于用二沉池代替三相分离区。故本申请实施例的工艺为：生化处理+三相分离工艺+砂滤；对比例的工艺为：生化处理+二沉池工艺+砂滤。用上述对比例的工艺处理进水水质指标基本相同的污水，得出处理结果如下表1。
表1实施例与对比例中的工艺处理的进、出水水质指标。