集便污水资源化处理装置及系统的制作方法

本实用新型属于污水处理技术领域，具体涉及一种集便污水资源化处理装置及系统。

背景技术：

我国普速列车厕所基本为直排式，即粪便污水从行驶的列车车厢直接排至车体外。近年来，动车组列车逐渐普及，相比于传统的普速列车，动车组列车车厢设有集便设施，相应的集便污水在车站集中收集排放。

集便污水具有高有机物浓度、高氨氮和高ss等特点，因此处理难度较大。目前常用的列车集便污水处理技术有：厌氧折流板反应器(abr)工艺、sbr工艺、厌氧生物滤池(af)工艺、膜生物反应器(mbr)工艺和曝气生物流化池工艺等，以上工艺有的结构简单，占地面积小但处理效果一般，有的处理效果较好但操作复杂，例如申请号为201810150292.5的实用新型专利提出了一种高浓度废水处理系统及处理方法，该系统包括废水储存池、一级提升泵、一级絮凝反应槽、一级竖流沉淀池、二级提升泵、微电解反应器、二级絮凝反应槽、二级竖流沉淀池、生物曝气池，并将集便污水的处理划分九大流程，需多人同时操控，不适合应用在铁路车站。此外，当前的集便污水处理技术大多着眼于废水中污染物的减量化，而在能源日趋匮乏的今天，针对垃圾、污水中剩余能源的回收利用是一大研究热点。申请号为201810122456.3的实用新型专利是目前为数不多的提出集便污水资源化想法的专利之一，该专利提供了一种列车集便器粪尿废液的资源化处理系统，包括依次连接的全混式厌氧发酵装置、氮磷回收装置、一体式厌氧氨氧化生物耦合装置和复合电臭氧催化装置。同样地，该系统的组成较为复杂，应用时对环境条件要求较苛刻，不利于在铁路车站中大规模应用。

技术实现要素：

本实用新型实施例涉及一种集便污水资源化处理装置及系统，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本实用新型实施例涉及一种集便污水资源化处理装置，包括壳体，所述壳体通过隔板分隔为相互连通的上层好氧反应室和下层厌氧消化室，两室内分别设有相应的生物填料，所述厌氧消化室上设有污水进水管和沼气收集管，所述好氧反应室上设有净化出水管、曝气管以及排气口。

作为实施例之一，所述壳体至少部分地埋设于地下。

作为实施例之一，该集便污水资源化处理装置还包括温室棚，所述温室棚罩设于所述壳体外，于所述温室棚内设有臭气收集管。

作为实施例之一，所述好氧反应室内设有能随液位自动调节滗水高度的滗水器，所述净化出水管与所述滗水器连接。

作为实施例之一，所述滗水器包括浮筒和伸缩软管，所述浮筒上设有进水孔，所述伸缩软管分别与所述浮筒内腔以及所述净化出水管连接。

本实用新型实施例还涉及一种集便污水资源化处理系统，包括与集便污水进水管路连接的生物处理机构，所述生物处理机构包括至少一套如上所述的集便污水资源化处理装置。

作为实施例之一，所述生物处理机构包括串接的多套集便污水资源化处理装置。

作为实施例之一，所述生物处理机构包括并联的多套集便污水资源化处理装置，所述集便污水进水管路包括集便污水主管和多根集便污水支管，所述集便污水支管与所述污水进水管数量相同且一一对应连接。

作为实施例之一，所述集便污水进水管路上还设有污水前处理机构。

作为实施例之一，所述污水前处理机构包括厌氧调节池，所述厌氧调节池内设有潜污泵，各所述污水进水管均与所述潜污泵连通。

本实用新型实施例至少具有如下有益效果：

本实用新型将厌氧消化室与好氧反应室进行整合，在保证对集便污水处理效果的同时，能有效地减小处理装置的占地面积。在厌氧消化室和好氧反应室内增加填料，大幅增加两处理室内的生物总量，利于高浓度集便污水的处理；通过沼气收集管可以收集沼气，实现集便污水的资源化处理，提高处理装置运行的经济效益。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的集便污水资源化处理装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的曝气管的结构示意图；

图3为本实用新型实施例提供的一种厌氧消化室的结构示意图；

图4-图6为本实用新型实施例提供的三种集便污水资源化处理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1，本实用新型实施例提供一种集便污水资源化处理装置1，包括壳体100，所述壳体100通过隔板103分隔为相互连通的上层好氧反应室102和下层厌氧消化室101，两室内分别设有相应的生物填料114，所述厌氧消化室101上设有污水进水管105和沼气收集管106，所述好氧反应室102上设有净化出水管107、曝气管113以及排气口。

上述壳体100可以是圆柱体结构，也可以是多边形柱体结构等。该壳体100可以采用不锈钢材质，也可以是钢筋混凝土式或玻璃钢式壳体100。

可以理解地，两室内设置的填料114作为生物载体，优选为是悬浮填料114，可以选用聚乙烯、聚丙烯、聚氨酯填料114等，填料114形状可以是内十字交叉圆柱体状、内米子交叉圆柱体状、球体等，当然，在满足较大比表面积的前提下，上述填料114也可采用其它材料或制成其它形状。

在厌氧消化室101内，用于促使污水进行厌氧消化反应，以降解集便污水中大部分有机物，并产生沼气，投加的是厌氧消化菌；在好氧反应室102内，能进一步降解污水中的有机物，并优选为促使污水进行硝化反应和反硝化反应，从而实现脱氮，对应地，投加硝化菌和反硝化菌，其中，硝化反应由附着在填料114外层的硝化菌在好氧条件下完成，反硝化作用由填料114内的反硝化菌在缺氧条件下完成。

集便污水自污水进水管105先进入厌氧消化室101进行厌氧消化反应，由于下层厌氧消化室101与上层好氧反应室102连通，污水可再由厌氧消化室101进入好氧反应室102内进行反应。如图1，厌氧消化室101与好氧反应室102之间可以通过导通管104连通，该导通管104底端优选为靠近厌氧消化室101底部，该导通管104顶端位于好氧反应室102底部以上(即位于隔板103上方)且优选为靠近好氧反应室102底部。

进一步地，该导通管104内入口附近和出口附近均设有筛网(已图示，未标注)，以分隔厌氧消化室101和好氧反应室102内的填料114，筛网可采用不锈钢筛网。

进一步地，该导通管104上可设置一导通控制阀108，用于控制该导通管104的连通状态；该导通控制阀108可设置在导通管104的顶端。如图1，在其中一个实施例中，该导通控制阀108为直径略大于导通管104内径的橡胶球体，该橡胶球体顶部连接有控制连杆，该控制连杆穿出壳体100顶部，便于通过人工或自动控制实现导通管104出口端的启闭操作。当然，采用电磁阀等能远程控制启闭的阀门也适用于本实施例中。

本实施例提供的集便污水资源化处理装置1，将厌氧消化室101与好氧反应室102进行整合，在保证对集便污水处理效果的同时，能有效地减小处理装置1的占地面积。在厌氧消化室101和好氧反应室102内增加填料114，大幅增加两处理室内的生物总量，利于高浓度集便污水的处理；通过沼气收集管106可以收集沼气，实现集便污水的资源化处理，提高处理装置1运行的经济效益。

接续上述集便污水资源化处理装置1的结构，沼气收集管106上优选为设有沼气收集控制阀，该沼气收集控制阀可以是自动阀门也可以是手动阀门，优选为是电磁阀，便于远程控制；在厌氧消化室101内运行过程中，会逐渐产生沼气，这些沼气汇集在厌氧消化室101顶部，可在厌氧消化室101顶部的沼气收集区内气体体积达到一定值(或厌氧消化室101内液位低于一定值)时，开启上述的沼气收集控制阀。

进一步可在该沼气收集管106上设置用于防止沼气回流的装置，该防回流装置可以是一个单向阀，沼气仅限于自厌氧消化室101内排出，而无法再回流至厌氧消化室101内。

另外，进一步在上述沼气收集管106上设置旁通管，并在该旁通管上设置旁通控制阀，该旁通管的旁接点位于沼气收集控制阀的入口侧，在厌氧消化室101运行初期，该厌氧消化室101顶部会积存空气，可通过该旁通管进行排除。

上述曝气管113用于向好氧反应室102内曝气，以提供室内反应所需氧气。优选地，如图2，上述曝气管113包括曝气主干管1131、曝气次干管1132和曝气支管1133：曝气主干管1131穿设在好氧反应室102的侧壁上，用于与外部曝气源连接；曝气次干管1132有多根，各曝气次干管1132均与曝气主干管1131连接，形成并联的室内曝气通道，例如设置两根曝气次干管1132，两根曝气次干管1132平行布置且分列于上述导通管104两侧；每根曝气次干管1132上设有多根曝气支管1133，各曝气支管1133上开设多个曝气孔1134，各曝气支管1133优选为分别与对应的曝气次干管1132垂直连接导通。通过上述的曝气结构，实现向好氧反应室102内均匀充分地曝气，保证好氧反应室102内的污水处理效果。上述曝气管113可通过曝气支架安装在好氧反应室102底部(即安装在隔板103上)。

接续上述集便污水资源化处理装置1的结构，在厌氧消化室101内，可设置搅拌器，使得集便污水与厌氧消化室101内填料114充分接触，提高厌氧消化反应效率及效果；该搅拌器可以为常规的低速搅拌器。如图1，厌氧反应室底部具有一定的坡度，便于厌氧反应室内沉降污泥的收集；进一步可在厌氧反应室底部设置集泥坑，厌氧反应室底部坡度将污泥导引至集泥坑内，可在该集泥坑内设置潜污泵，能定期或不定期地将污泥排出。排出的污泥可进一步资源化利用，如当污泥中有机物含量较高时，可制作微生物燃料电池等，当污泥中有机物含量较低时，可对其浓缩脱水后制作成生态肥料等。

在另外的实施例中，如图3，厌氧消化室101内腔通过多道折流隔墙1012分隔形成为依次连通的多个消化区，相邻两个消化区的污水流向分别为升流和降流，其中，污水进水管105与首端消化区连通，导通管104与末端消化区连通。例如：

上述折流隔墙1012墙面为平面且平行于竖向，各消化区自左向右横向依次布置，污水进水管105出口端延伸至左端消化区内，导通管104底端位于右端消化区内；则消化区的入水口位于其左侧折流隔墙1012上，其出水口位于其右侧折流隔墙1012上；

优选地，上述折流隔墙1012为环形墙，各折流隔墙1012依次套设(优选为同轴套设)，也即各消化区均为环形区且依次套设，污水进水管105出口端位于最外侧消化区内，导通管104底端位于最内侧消化区内。则消化区的入水口位于其外环折流隔墙1012上，消化区的出水口位于其内环折流隔墙1012上。

相邻两个消化区中，其中一个消化区为升流消化区时，另一消化区为降流消化区；显然地，对于升流消化区，其入水口位于其出水口下方，则其入水口形成于对应侧折流隔墙1012的下部/底端，其出水口形成于对应侧折流隔墙1012的上部；对于降流消化区，其入水口位于其出水口上方，则其入水口形成于对应侧折流隔墙1012的上部/顶端，其出水口形成于对应侧折流隔墙1012的下部/底端。由于厌氧消化室101顶部需要作为沼气通道，因此各折流隔墙1012顶端与厌氧消化室101顶面之间需要具有一定的间距；优选地，对于过水通道位于墙体顶端/上部的折流隔墙1012，其直接设置在厌氧消化室101的底部；对于过水通道位于墙体底端/下部的折流隔墙1012，其可通过支架安装在厌氧消化室101的侧壁上或安装在相邻的折流隔墙1012上。本实施例中，如图3，厌氧消化室101内设置有两面折流隔墙1012，将厌氧消化室101内腔分隔为依次套设的三个消化区。

本实施例中，通过折流隔墙1012将厌氧消化室101分隔为多个消化区，且形成各消化区升流、降流交替进行的折流式厌氧消化带，一方面可以防止污水在厌氧消化室101内形成短流，有效地提高厌氧消化效果；另一方面，可利用污水冲击厌氧消化室101底部污泥，改善污水与污泥的混合效果，从而提高厌氧消化效果。

进一步优选地，如图3，降流消化区的出口侧折流隔墙1012底端设有导流板1013，导流板1013与厌氧消化室101底面之间围设形成沿出水方向渐缩(也即过水面积逐渐减小)的导流通道。通过设置导流板1013，可以构成文丘里式结构，可以提高污水对厌氧消化室101底部污泥的冲击效果，有利于泥水的均匀混合。

上述好氧反应室102底部也优选为具有一定的坡度，便于好氧反应室102内沉降污泥的收集。本实施例中，上述好氧反应室102底部最低点位于其中部，例如，上述隔板103为上宽下窄的锥形板，上述导通管104连接于该好氧反应室102/隔板103的最低点/底端，从而好氧反应室102底部汇集的沉降污泥可自重回流至厌氧反应室内进行循环处理，且无需其它动力源，能有效提高集便污水的处理效果。

进一步优化上述集便污水资源化处理装置1的结构，如图1，所述好氧反应室102内设有能随液位自动调节滗水高度的滗水器112，所述净化出水管107与所述滗水器112连接。通过设置滗水器112，可以使好氧反应室102内根据液位自适应出水，保证对污水的处理效果以及出水洁净度。本实施例中，采用浮筒式滗水器112，具体地：如图1，所述滗水器112包括浮筒1121和伸缩软管1122，所述浮筒1121上设有进水孔，所述伸缩软管1122分别与所述浮筒1121内腔以及所述净化出水管107连接；进水孔优选为开设于浮筒1121侧壁上，伸缩软管1122连接于浮筒1121底部，净化出水由进水孔进入浮筒1121内，再由伸缩软管1122以及净化出水管107排出。进一步地，如图1，在好氧反应室102底部/隔板103上设置浮筒导向架1123，浮筒1121可滑动地安装在该浮筒导向架1123上，一方面避免浮筒1121在好氧反应室102内随意漂浮，而影响伸缩软管1122的使用效果，另一方面，对浮筒1121的浮升运动进行导向，保证浮筒1121平稳浮升，较好地完成滗水功能。本实施例中，采用上述的浮筒式滗水器112，不需要其它动力源，在保证出水效果的同时，节能效果好，设备投资低。

进一步优化上述集便污水资源化处理装置1的结构，如图1，所述壳体100至少部分地埋设于地下，可以为全埋地式结构，或者为半埋地式结构。基于上述埋地式结构，壳体100对于外界气候变化具有良好的缓冲效果，能保证壳体100内反应温度的稳定性，尤其是在中国北方等地区的寒冷时节，能有效地保证壳体100内下层厌氧发酵反应及上层硝化反硝化反应的稳定可靠运行，减少集便污水处理所需保温能耗；而且能有效地减小处理装置1的占用空间。

进一步地，上述壳体100外壁可敷设保温层，提高壳体100的保温效果，保温层可以选用聚氨酯泡沫塑料、聚苯乙烯板等。

进一步优化上述集便污水资源化处理装置1的结构，如图1，该集便污水资源化处理装置1还包括温室棚110，所述温室棚110罩设于所述壳体100外，于所述温室棚110内设有臭气收集管111。上述温室棚110可以是日光覆膜温室，其优选为是全密闭钢结构并覆盖透光薄膜。好氧反应室102内曝气过程产生的臭气可由其顶部排气口排出至温室棚110内，并由臭气收集管111收集，利于后续处理，避免造成二次污染。通过设置温室棚110，能保证壳体100内反应温度的稳定性，保证壳体100内下层厌氧发酵反应及上层硝化反硝化反应的稳定可靠运行，尤其是在上述壳体100至少部分埋地式结构的基础上，使上述集便污水资源化处理装置1在不同环境下均具有较高的处理效率。

上述集便污水资源化处理装置1的运行方法大致如下：

(1)好氧反应室102、厌氧消化室101微生物群落培养方法

将低流量集便污水通过污水进水管105注入厌氧消化室101，导致该室内液位逐渐上升，厌氧消化室101内的悬浮填料114在水流的推动下在污水中自由悬浮漂移，当污水充满整个厌氧消化室101后，多余的污水通过不锈钢管道进入好氧反应室102，相应好氧反应室102内的悬浮填料114在水流的推动下在污水中自由悬浮漂移，当好氧反应室102内液位达到一定高度时，位于好氧反应室102底部的曝气管113开始向好氧反应室102曝气。好氧反应室102液位达到滗水器112进水口高度后污水通过滗水器112进入出水管排放，随着好氧反应室102液位的继续升高，出水量也逐渐增加，最终实现入流量＝出流量，装置达到动态平衡并保持该工况运行。

为缩短微生物群落培养时间，也可以直接利用其它已稳定运行的集便污水资源化处理装置1或当地污水厂中的污泥，与集便污水混合后注入壳体100内，待壳体100注满后关闭装置污水进水管105、净化出水管107的阀门，保持厌氧消化室101内沼气能顺畅排出，好氧反应室102持续曝气，24h后打开污水进水管105、净化出水管107的阀门，保持低流量进水与低流量出水，然后视出水水质逐渐增大入流量，直到装置满负荷运行，此时好氧反应室102、厌氧消化室101微生物群落培养完成。

(2)装置稳定运行后的控制、管理方法

当装置稳定运行后，污水进水管105与净化出水管107流量相等，集便污水在装置厌氧消化室101、好氧反应室102的停留时间满足相应污染物的降解。沼气聚集在厌氧消化室101内顶部，通过沼气收集管106被收集。需要指出，沼气收集管106另一端与沼气收集装置连接，该装置内具有一定压力，该压力略低于厌氧消化室101内沼气压力，保证厌氧消化室101内沼气能缓慢进入沼气收集装置。好氧反应室102持续排曝气，处理后的污水通过滗水器112自流排出。

(3)根据不同进出水要求，该集便污水资源化处理装置1还可增加“静置沉淀”这一环节，即当装置好氧反应室102内曝气完成后，停止厌氧消化室101内搅拌、好氧反应室102内曝气，使厌氧消化室101及好氧反应室102内污泥自然沉淀。好氧反应室102内污泥可通过不锈钢管道进入厌氧消化室101，厌氧消化室101内剩余污泥可通过其内潜污泵排出。在“静置沉淀”时，通过调整导通控制阀108开启度和开启时间，可控制好氧反应室102向厌氧消化室101回流的污泥量。

实施例二

如图4-图6，本实施例提供一种集便污水资源化处理系统，包括与集便污水进水管路连接的生物处理机构，所述生物处理机构包括至少一套上述实施例一所提供的集便污水资源化处理装置1，该集便污水资源化处理装置1的具体结构此处从略。

本实施例中，集便污水资源化处理装置1有多套，多套集便污水资源化处理装置1可以串联运行也可并联运行，视实际集便污水情况进行设计：

(1)如图5，所述生物处理机构包括串接的多套集便污水资源化处理装置1，即相邻连接的两套集便污水资源化处理装置1中，其中一套集便污水资源化处理装置1的净化出水管107与另一套集便污水资源化处理装置1的污水进水管105连接。

集便污水依次经过多套集便污水资源化处理装置1处理，能提高污水中污染物的去除率，保证集便污水的处理效果，使得处理后的水体能达标排放，该结构尤其适用于高浓度集便污水以及氮磷含量较高的集便污水的处理。

(2)如图6，所述生物处理机构包括并联的多套集便污水资源化处理装置1，所述集便污水进水管路包括集便污水主管和多根集便污水支管，所述集便污水支管与所述污水进水管105数量相同且一一对应连接。采用多套集便污水资源化处理装置1并联运行，实现序批式出水，能有效地提高集便污水资源化处理系统的污水处理量和处理效率。

作为优选的实施方式，上述集便污水资源化处理系统还包括污水前处理机构，即所述集便污水进水管路上还设有污水前处理机构，使集便污水经过前处理之后再进入集便污水资源化处理装置1进行处理，能够减轻集便污水资源化处理装置1的处理负荷，而且能有效地提高集便污水的处理效果。

在其中一个实施例中，如图4，所述污水前处理机构包括厌氧调节池2，所述厌氧调节池2内设有潜污泵，各所述污水进水管105均与所述潜污泵连通。厌氧调节池2用于对集便污水进行厌氧调节处理，实现污水的均值均量，同时能起到缓冲作用，协调污水流量与生物处理机构处理量之间的步调，保证系统稳定可靠运行。上述厌氧调节池2优选为是长方体结构，为控制污水温度，池内设有热水循环管，该热水循环管与锅炉房连接；为防止污泥沉降，厌氧调节池2内设有低速搅拌器两台；厌氧调节池2顶部设有矩形透光玻璃钢盖板三块，底部出水管位置设有潜污泵两台。

同样可以在该厌氧调节池2外布置温室棚，该温室棚的结构与上述实施例一中的温室棚结构相同，此处不作赘述。

当然，污水前处理机构并不限于上述厌氧调节池2，如采用沉砂池、絮凝池等，此处不作一一详述。

上述厌氧调节池2之后可连接一套集便污水资源化处理装置1，也可与上述的多套集便污水资源化处理装置1串接式的生物处理机构连接，或者与上述的多套集便污水资源化处理装置1并联式的生物处理机构连接，根据实际生产情况确定。

显然地，上述生物处理机构之后还可进行后续的污水处理步骤，例如膜处理、芬顿氧化处理等。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。