一种采用太阳能驱动的两级移动床生物膜改良化粪池

1.本发明涉及技术领域，尤其涉及一种采用太阳能驱动的两级移动床生物膜改良化粪池。


背景技术：

2.化粪池作为粪便污水的初级处理系统，属于一种低速率缺厌氧氧消化池，在池内主要发生可沉降物和悬浮固体的分离，具有一定的有机物降解效果和病原微生物去除效果。然而随着日益严格的污水排放标准，粪便污水的处理要求逐渐提高，尤其是在原位处理后有回用需求的地方，需要及时高效处理含高浓度有机物的粪便污水。普通化粪池为单室或双室，功能单一，出水质量低，处理能力十分有限，因此，需要对传统化粪池进行改良升级，改善其功能性，有效去除有机污染物和病原微生物，提高出水水质。
3.移动床生物膜法(mbbr)是一种新型紧凑的污水生物处理工艺，基于传统的活性污泥技术和滴滤器，其中生物膜附着生长在反应器中的悬浮填料上，这些载体通过曝气保持连续运动，在机械搅拌或液体射流流体动力作用下搅拌转动。生物载体作为生物处理系统一个组成部分，为微生物附着和生长提供了高比表面积，高度耐用，成本低，可持续使用很多年。因此，与传统活性污泥技术相比，mbbr体积小、无污泥膨胀，还为处理方案提供了灵活性，它可以很容易地从现有设施进行修改和升级。而单级mbbr受负荷冲击能力仍有待提高，尤其是对于农村水质、水量波动大的粪便污水。另外在使用时仍需部分动力用于曝气和搅拌，电力消耗不仅浪费能源还提高了使用成本，在经济不发达和电力运输不便的农村地区不具有优势。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种采用太阳能驱动的两级移动床生物膜改良化粪池，改良后的化粪池可在无电力驱动下有效去除粪便污水中有机污染物和病原微生物，出水水质良好，符合回用标准。
5.为了实现上述发明目的，本发明提供了一种采用太阳能驱动的两级移动床生物膜改良化粪池，包括两级缺氧好氧移动床生物膜系统和太阳能驱动系统，
6.所述的两级缺氧好氧移动床生物膜系统包括依次设置且连通的进水室、沉淀室、一级缺氧室、一级好氧室、二级缺氧室、二级好氧室和排水室，一级缺氧室和一级好氧室构成一级缺氧好氧移动床生物膜系统，二级缺氧室和二级好氧室构成二级缺氧好氧移动床生物膜系统，进水室设置有进水口，所述排水室设有排水口，排水室的底部设置有污泥收集口；
7.所述一级缺氧室内设置有安装于顶部的第一搅拌装置，一级好氧室的底部设置用于均匀曝气的第一微曝气装置，一级好氧室内部均匀分散悬浮填料；所述二级缺氧室内设置有安装于顶部的第二搅拌装置，二级好氧室的底部设置用于均匀曝气的第二微曝气装置，二级好氧室内部均匀分散悬浮填料；
8.所述太阳能驱动系统包括光伏板和光伏逆变器，第一搅拌装置、第一微曝气装置、第二搅拌装置和第二微曝气装置分别与光伏逆变器电性连接，光伏板吸收太阳能转化为电能，光伏逆变器转换为市电频率交流电使用驱动第一搅拌装置、第一微曝气装置、第二搅拌装置和第二微曝气装置。
9.可选的，所述的排水室设置有污水回流口，排水室中的部分液体通过污水回流口回流至一级缺氧室中。进一步的可选的，所述排水室回流比为150％。
10.移动床生物膜系统包括主体箱体，进水室、沉淀室、一级缺氧室、一级好氧室、二级缺氧室、二级好氧室和排水室均设置于所述主体箱体内，
11.进水室与沉淀室通过第一隔板分隔，且第一隔板的中部或上部设置有连通进水室与沉淀室的通水口；
12.沉淀室与一级缺氧室通过第二隔板分隔，且第二隔板的中部或上部设置有连通沉淀室与一级缺氧室的通水口；
13.一级好氧室与一级缺氧室通过第三隔板和第一导流板分隔，第三隔板设置于主体箱体的底部靠近一级好氧室的一侧，且第三隔板的上边缘位于一级好氧室的中部或上部，第一导流板设置于主体箱体的顶部靠近一级缺氧室的一侧，且第一导流板的下边缘位于第三隔板的上边缘的下方，第三隔板与第一导流板之间形成连通一级好氧室与一级缺氧室的流道；
14.一级缺氧室与二级好氧室通过第四隔板和第二导流板分隔，第四隔板设置于主体箱体的底部靠近一级缺氧室的一侧，且第四隔板的上边缘位于一级缺氧室的中部或上部，第二导流板设置于主体箱体的顶部靠近二级好氧室的一侧，且第二导流板的下边缘位于第四隔板的上边缘的下方，第四隔板与第二导流板之间形成连通一级缺氧室与二级好氧室的流道；
15.二级好氧室与二级缺氧室通过第五隔板和第三导流板分隔，第五隔板设置于主体箱体的底部靠近二级好氧室的一侧，且第五隔板的上边缘位于二级好氧室的中部或上部，第三导流板设置于主体箱体的顶部靠近二级缺氧室的一侧，且第三导流板的下边缘位于第五隔板的上边缘的下方，第五隔板与第三导流板之间形成连通二级好氧室与二级缺氧室的流道；
16.二级缺氧室与排水室第六隔板分隔，且第六隔板的中部或上部设置有连通二级缺氧室与排水室的通水口。
17.优选的，所述的第一导流板的下端为向一级缺氧室一侧倾斜的斜板。
18.优选的，所述的第二导流板的下端为向二级好氧室一侧倾斜的斜板。
19.优选的，所述的第三导流板的下端为向二级缺氧室一侧倾斜的斜板。
20.进一步可选的，所述的一级好氧室、二级好氧室内的悬浮填料为改良聚氨酯海绵填料，尺寸为30
×
30
×
30mm，孔隙率为95％，比表面积为4000m2/m3，填充率为30％，溶解氧为2-4mg/l。
21.进一步可选的，所述的一级好氧室、二级好氧室内的第一微曝气装置和第二微曝气装置均为微孔曝气盘，时间为运行10小时，间歇2小时。缺氧池溶解氧浓度在0.5mg/l以下。
22.进一步可选的，所述第一搅拌装置和第二搅拌装置均采用间歇转动模式，间歇时
间为1小时，转动时间8小时。
23.进一步可选的，所述太阳能交流发电系统是由光伏板、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成，光伏板面积为2m2，辐照比率：1000w/m2。
24.进一步可选的，定期收集排水室含磷污泥，收集周期为三个月一次。
25.所述的采用太阳能驱动的两级移动床生物膜改良化粪池的水处理方法，包括如下步骤：
26.s1、排放的粪便污水首先泵入进水室，通过进水室调节水量后，然后流入沉淀室，通过重力作用完成初步沉降后，进入两级缺氧好氧移动床生物膜系统；
27.s2、粪便污水首先进入沉淀室进行固液分离，水力停留时间为25h；然后进入一级缺氧室进行厌氧发酵，保持兼性厌氧缺氧条件，在第一搅拌装置搅拌下完全混合；完全混合后的混合液进入一级好氧室，悬浮填料被用作生物载体，在底部第一微曝气装置作用下在池内有序移动，生物膜逐渐在悬浮填料表面生长，形成移动床生物膜，采用时间控制器来控制第一微曝气装置的曝气时间；处理后的污水随后进入二级缺氧室继续搅拌；在水力作用下持续进入下一个二级好氧池，同样地，与一级好氧池采用相同曝气速率和曝气时间；最后进入排水室，排水室中的部分污水回流至一级缺氧室；
28.s3、外置光伏板吸收太阳能，再经光伏逆变器将光伏太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电，为第一搅拌装置、第一微曝气装置、第二搅拌装置和第二微曝气装置提供电力；
29.s4、排水室内的含磷污泥由污泥收集口收集，上清液由排水口排出。
30.本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：
31.本发明在集成化粪池中采用缺氧-好氧移动床生物膜工艺同时实现了污染物、氮磷的去除和污泥产量最小化。污水首先在沉淀室的厌氧条件下实现固液分离和初步的厌氧消化，然后在缺氧室发生部分厌氧降解有机污染物和反硝化作用除氮。悬浮在好氧室中的移动生物载体延长了固体停留时间，减少污泥产量。附着在生物载体上的微生物在好氧条件下发生硝化作用，然后由于生物载体中存在微缺氧区，可对积累的亚硝酸呀和硝酸盐进行部分反硝化，因此实现了同步硝化反硝化，避免了与其他快速生长异养细菌的竞争，大大提高了脱氮效率。通过定期排泥实现生物除磷。
32.本发明设置两级ao则提高了整体工艺性能，使得改良化粪池可以在高负荷下运行，对于水质、水量不稳定的地区，受负荷冲击时可快速恢复。另外，间歇搅拌和间歇曝气模式减少了冲刷引起的生物膜脱落，有利于微生物的增值和胞外聚合物分泌，增加了生物膜厚度和微生物种群数，有利于强化微生物在不利条件下的污染物持续降解作用，同时减少部分能耗。所发明的处理系统具有易于操作，节省空间，降低维护和能源要求的优点。
33.本发明太阳能驱动系统完全为生物处理系统提供能源，无需额外增加电能，有利于在高寒地区、电力运输不足的地区使用，降低了运行成本。
34.本发明对粪便污水有机物降解效率和脱氮除磷效率高，明显提升出水水质可达回用标准，实现粪便污水的原位高效节能处理。
附图说明
35.图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
36.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
37.如图1所示，本发明实施例提供一种采用太阳能驱动的两级移动床生物膜改良化粪池，包括两级缺氧好氧移动床生物膜系统和太阳能驱动系统，
38.所述的两级缺氧好氧移动床生物膜系统包括依次设置且连通的进水室1、沉淀室2、一级缺氧室3、一级好氧室5、二级缺氧室6、二级好氧室8和排水室9，一级缺氧室3和一级好氧室5构成一级缺氧好氧移动床生物膜系统，二级缺氧室6和二级好氧室8构成二级缺氧好氧移动床生物膜系统，进水室1设置有进水口，所述排水室9设有排水口，排水室9的底部设置有污泥收集口15；
39.所述一级缺氧室3内设置有安装于顶部的第一搅拌装置4，一级好氧室5的底部设置用于均匀曝气的第一微曝气装置11，一级好氧室5内部均匀分散悬浮填料10；所述二级缺氧室6内设置有安装于顶部的第二搅拌装置7，二级好氧室8的底部设置用于均匀曝气的第二微曝气装置13，二级好氧室8内部均匀分散悬浮填料12；
40.所述太阳能驱动系统包括光伏板16和光伏逆变器17，第一搅拌装置4、第一微曝气装置11、第二搅拌装置7和第二微曝气装置13分别与光伏逆变器17电性连接，光伏板16吸收太阳能转化为电能，光伏逆变器17转换为市电频率交流电使用驱动第一搅拌装置4、第一微曝气装置11、第二搅拌装置7和第二微曝气装置13。
41.可选的，所述的排水室9设置有污水回流口，排水室9中的部分液体通过污水回流口回流至一级缺氧室3中。进一步的可选的，所述排水室9回流比为150％。
42.移动床生物膜系统包括主体箱体，进水室1、沉淀室2、一级缺氧室3、一级好氧室5、二级缺氧室6、二级好氧室8和排水室9均设置于所述主体箱体内，
43.进水室1与沉淀室2通过第一隔板分隔，且第一隔板的中部或上部设置有连通进水室1与沉淀室2的通水口；
44.沉淀室2与一级缺氧室3通过第二隔板分隔，且第二隔板的中部或上部设置有连通沉淀室2与一级缺氧室3的通水口；
45.一级好氧室5与一级缺氧室3通过第三隔板和第一导流板分隔，第三隔板设置于主体箱体的底部靠近一级好氧室5的一侧，且第三隔板的上边缘位于一级好氧室5的中部或上部，第一导流板设置于主体箱体的顶部靠近一级缺氧室3的一侧，且第一导流板的下边缘位于第三隔板的上边缘的下方，第三隔板与第一导流板之间形成连通一级好氧室5与一级缺氧室3的流道；
46.一级缺氧室3与二级好氧室8通过第四隔板和第二导流板分隔，第四隔板设置于主体箱体的底部靠近一级缺氧室3的一侧，且第四隔板的上边缘位于一级缺氧室3的中部或上部，第二导流板设置于主体箱体的顶部靠近二级好氧室8的一侧，且第二导流板的下边缘位于第四隔板的上边缘的下方，第四隔板与第二导流板之间形成连通一级缺氧室3与二级好氧室8的流道；
47.二级好氧室8与二级缺氧室6通过第五隔板和第三导流板分隔，第五隔板设置于主
体箱体的底部靠近二级好氧室8的一侧，且第五隔板的上边缘位于二级好氧室8的中部或上部，第三导流板设置于主体箱体的顶部靠近二级缺氧室6的一侧，且第三导流板的下边缘位于第五隔板的上边缘的下方，第五隔板与第三导流板之间形成连通二级好氧室8与二级缺氧室6的流道；
48.二级缺氧室6与排水室9第六隔板分隔，且第六隔板的中部或上部设置有连通二级缺氧室6与排水室9的通水口。
49.优选的，所述的第一导流板的下端为向一级缺氧室3一侧倾斜的斜板。
50.优选的，所述的第二导流板的下端为向二级好氧室8一侧倾斜的斜板。
51.优选的，所述的第三导流板的下端为向二级缺氧室6一侧倾斜的斜板。
52.进一步可选的，所述的一级好氧室5、二级好氧室8内的悬浮填料均为改良聚氨酯海绵填料，尺寸为30
×
30
×
30mm，孔隙率为95％，比表面积为4000m2/m3，填充率为30％，溶解氧为2-4mg/l。
53.进一步可选的，所述的一级好氧室5、二级好氧室8内的第一微曝气装置和第二微曝气装置均为微孔曝气盘，微孔曝气盘与曝气泵18连接，时间为运行10小时，间歇2小时。缺氧池溶解氧浓度在0.5mg/l以下。
54.进一步可选的，所述第一搅拌装置4和第二搅拌装置7均采用间歇转动模式，间歇时间为1小时，转动时间8小时。
55.进一步可选的，所述太阳能交流发电系统是由光伏板16、充电控制器、逆变器和蓄电池共同组成，光伏板16面积为2m2，辐照比率：1000w/m2。
56.进一步可选的，定期收集排水室9含磷污泥，收集周期为三个月一次。
57.所述的采用太阳能驱动的两级移动床生物膜改良化粪池的水处理方法，包括如下步骤：
58.s1、排放的粪便污水首先泵入进水室1，通过进水室1调节水量后，然后流入沉淀室2，通过重力作用完成初步沉降后，进入两级缺氧好氧移动床生物膜系统；
59.s2、粪便污水首先进入沉淀室2进行固液分离，水力停留时间为25h；然后进入一级缺氧室3进行厌氧发酵，保持兼性厌氧缺氧条件，在第一搅拌装置4搅拌下完全混合；完全混合后的混合液进入一级好氧室5，悬浮填料10被用作生物载体，在底部第一微曝气装置11作用下在池内有序移动，生物膜逐渐在悬浮填料10表面生长，形成移动床生物膜，采用时间控制器14来控制第一微曝气装置11的曝气时间；处理后的污水随后进入二级缺氧室6继续搅拌；在水力作用下持续进入下一个二级好氧池，同样地，与一级好氧池采用相同曝气速率和曝气时间；最后进入排水室9，排水室9中的部分污水回流至一级缺氧室3；
60.s3、外置光伏板16吸收太阳能，再经光伏逆变器17将光伏太阳能板产生的可变直流电压转换为市电频率交流电，为第一搅拌装置4、第一微曝气装置11、第二搅拌装置7和第二微曝气装置13提供电力；
61.s4、排水室9内的含磷污泥由污泥收集口15收集，上清液由排水口排出。
62.下面结合实施例对本发明作进一步说明：
63.实施例1
64.采用本发明的一种太阳能驱动的两级移动床生物膜改良化粪池处理模拟粪便污水，包括如下步骤：调整水力停留时间为25小时，将粪便污水泵入进水室，然后流过沉淀室
进入一级缺氧好氧生物膜反应系统，依次经过一级缺氧室和一级好氧室，一级缺氧室搅拌周期为运行8小时，间歇一小时，一级好氧室曝气周期为运行10小时，间歇2小时，曝气速率为3.5l/min，随后进入二级缺氧-好氧移动床生物膜系统，运行条件同一级缺氧-好氧移动床生物膜系统，最后进入排水室，污水回流比150％，太阳能驱动系统平均日照时间6小时，cod平均去除率94.5％，氨氮平均去除率99.7％，总氮平均去除率84％，总磷平均去除率74.6％。
65.实施例2
66.采用本发明的一种太阳能驱动的两级移动床生物膜改良化粪池处理模拟粪便污水，包括如下步骤：调整水力停留时间为13小时，将粪便污水泵入进水室，然后流过沉淀室进入一级缺氧-好氧生物膜反应系统，依次经过一级缺氧室和一级好氧室，一级缺氧室搅拌周期为运行8小时，间歇一小时，一级好氧室曝气周期为运行10小时，间歇2小时，曝气速率为3.5l/min，随后进入二级缺氧-好氧移动床生物膜系统，运行条件同一级缺氧-好氧移动床生物膜系统，最后进入排水室，污水回流比150％，太阳能驱动系统平均日照时间6小时，cod平均去除率88.7％，氨氮平均去除率96.9％，总氮平均去除率88.3％，总磷平均去除率76.3％。
67.实施例3
68.采用本发明的一种太阳能驱动的两级移动床生物膜改良化粪池处理模拟粪便污水，包括如下步骤：调整水力停留时间为7小时，将粪便污水泵入进水室，然后流过沉淀室进入一级缺氧-好氧生物膜反应系统，依次经过一级缺氧室和一级好氧室，一级缺氧室搅拌周期为运行8小时，间歇一小时，一级好氧室曝气周期为运行10小时，间歇2小时，曝气速率为3.5l/min，随后进入二级缺氧-好氧移动床生物膜系统，运行条件同一级缺氧-好氧移动床生物膜系统，最后进入排水室，污水回流比150％，太阳能驱动系统平均日照时间6小时，cod平均去除率76.1％，氨氮平均去除率67.2％，总氮平均去除率65.9％，总磷平均去除率70.9％。
69.应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”或“包括”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序，可将这些单词解释为名称。
70.本发明实施例中的一个或者多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：
71.本发明在集成化粪池中采用缺氧-好氧移动床生物膜工艺同时实现了污染物、氮磷的去除和污泥产量最小化。污水首先在沉淀室的厌氧条件下实现固液分离和初步的厌氧消化，然后在缺氧室发生部分厌氧降解有机污染物和反硝化作用除氮。悬浮在好氧室中的移动生物载体延长了固体停留时间，减少污泥产量。附着在生物载体上的微生物在好氧条件下发生硝化作用，然后由于生物载体中存在微缺氧区，可对积累的亚硝酸呀和硝酸盐进行部分反硝化，因此实现了同步硝化反硝化，避免了与其他快速生长异养细菌的竞争，大大提高了脱氮效率。通过定期排泥实现生物除磷。
72.本发明设置两级ao则提高了整体工艺性能，使得改良化粪池可以在高负荷下运
行，对于水质、水量不稳定的地区，受负荷冲击时可快速恢复。另外，间歇搅拌和间歇曝气模式减少了冲刷引起的生物膜脱落，有利于微生物的增值和胞外聚合物分泌，增加了生物膜厚度和微生物种群数，有利于强化微生物在不利条件下的污染物持续降解作用，同时减少部分能耗。所发明的处理系统具有易于操作，节省空间，降低维护和能源要求的优点。
73.本发明太阳能驱动系统完全为生物处理系统提供能源，无需额外增加电能，有利于在高寒地区、电力运输不足的地区使用，降低了运行成本。
74.本发明对粪便污水有机物降解效率和脱氮除磷效率高，明显提升出水水质可达回用标准，实现粪便污水的原位高效节能处理。
75.本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征，均可以以任何方式组合。
76.本说明书(包括任何附加权利要求、摘要和附图)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。
77.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。