一体化生物反应系统和生物反应方法

本发明属于生活污水处理领域，尤其涉及一种一体化生物反应系统和生物反应方法。

背景技术：

1、农村污水治理不当直接危害农村生态环境安全，导致湖泊、河流富营养化等环境问题，不利于生态环境建设进程。

2、农村污水排放点分散，但大部分农村地区地势变化大，无法实现管网收集污水后统一处理。因此，模块化污水处理设施更符合大部分农村地区处理污水现状。现使用较广的模块化设施为化粪池和净化槽。其中化粪池为单独厌氧反应，气味较大且无法达到污水排放要求；净化槽极大地提高了污水处理效率，但存在成本高、消耗能源等缺点。与此同时，北方结冰期的低温环境导致污水处理效率低，甚至污水处理设施处于瘫痪状况。

3、为了解决上述问题，结合农村污水水质水量波动大等实际现状，特提出本发明。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出一种一体化生物反应系统和生物反应方法，实现了污水定期收集和处理，零能耗条件下引入了溶解氧，处理效果好，实现了农村生活污水的高效净化。其技术方案如下：

2、一体化生物反应系统，包括集水单元和污水处理单元。

3、其中，所述集水单元具有第一进水口、第一出水口和排气孔，用于对污水进行前处理；所述污水处理单元包括填料区，所述填料区上表层可选择性种植或畜牧；所述集水单元与污水处理单元以连通器方式管路连通。污水由所述集水单元进行前处理，随后通过连通器管路进入所述污水处理单元，进行进一步处理。

4、所述污水处理单元的下部设置第二进水口，与所述第一出水口通过所述连通器方式管路连通；所述污水处理单元上部与所述第二进水口相对一侧设置有第二出水口。

5、优选地，所述集水单元和所述污水处理单元的上端面为地面或者与地面保持一定距离。所述第一进水口和排气孔一般均设于所述集水单元上端的地面。

6、进一步地，所述第二出水口连接有虹吸单元；优选地，所述虹吸单元的高点高于所述第二出水口；更优选地，所述虹吸单元的高点包括并联的以阀门控制的第一高点和第二高点，所述第一高点高度高于所述第二高点，所述第一高点距离所述污水处理单元的上端面8-10cm，所述第二高点高于所述第二出水口。在非结冰期，最高水位可处于地表，可以控制使用所述第一高点；在冬季结冰期，则可以控制使用所述第二高点。

7、进一步地，所述第一出水口的高度位于第二进水口和第二出水口之间。

8、所述第一进水口的污水不断进入所述集水单元，当污水高度超过第一出水口时，污水经过连通管路流入所述污水处理单元中，随后所述集水单元和污水处理单元中的水位相同后，两者水位因连通器原理实现同步上升，当所述污水处理单元中水位达到所述虹吸单元的高点时，发生虹吸现象，所述污水处理单元中的水快速被抽走，水位从所述高点降至所述第二出水口，同时从所述污水处理单元的上层地表通过碎石间隙引入氧气。与此同时，因为连通器原理，所述集水单元中的污水会补入所述污水处理单元中，两者的水位相同且介于所述高点和第二出水口之间，如是往复。

9、优选地，相对于所述污水处理单元的上端面，所述污水处理单元的深度为0.8-1.2m；相对于地面，所述集水单元的深度为1.3-2m；所述虹吸单元的第一高点距离所述污水处理单元的上端面8-10cm；所述第二出水口距离所述污水处理单元的上端面30-40cm，所述第一出水口距离所述污水处理单元的上端面35-45cm。

10、进一步地，所述填料区的填料包括碎石、陶粒或活性炭等比表面积大的填料；优选地，所述填料粒径为5-30mm。更优选地，所述填料区中，下部的填料粒径大于上部的填料粒径。进一步优选地，所述第二出水口及以上的填料区中的填料粒径约为5-10mm，这样可避免填料进入所述虹吸单元的管路或者阀门中，引起堵塞；所述第二出水口以下的填料区中的填料粒径约为10-30mm。

11、进一步地，所述集水单元垂直方向设有隔板，将所述集水单元分为进水区和前处理区。所述第一进水口位于所述进水区，其上端可覆有上盖，开口较大，利于进水；所述前处理区的上端也可覆有上盖，所述排气孔位于所述前处理区上端的上盖上，一般为1cm左右的小孔。所述集水单元用于存储污水，同时对污水进行前处理。

12、可选地，所述集水单元为圆柱形。

13、进一步地，所述前处理区装填组合填料；优选地，所述前处理区自下而上设有厌氧区和兼性厌氧区，用于对污水进行分段处理，实现部分污染物降解；同时沉降水体中的悬浮物，避免悬浮物直接进入所述污水处理单元，堵塞所述污水处理单元中的填料。

14、优选地，所述前处理区设有若干个交叉的倾斜向上的挡板，用以防止厌氧微生物产生的甲烷上浮过程上翻污泥。

15、本发明还提供一种生物反应方法，包括以下步骤：

16、s1.将污水间歇性排入集水单元，进行前处理；

17、s2.将s1中经前处理的污水通过连通器的方式导入污水处理单元；

18、s3.s2中被导入污水处理单元的污水通过虹吸方式间歇地导出污水处理单元并向所述系统引入溶解氧；

19、所述虹吸方式包括在非结冰期使用所述第一高点排水，在结冰期使用所述第二高点排水。

20、进一步地，所述前处理包括厌氧和兼性厌氧反应，实现部分污染物降解，沉降水体中的悬浮物。

21、进一步地，所述污水处理单元对经前处理的污水进行物理吸附、厌氧-兼性厌氧-好氧微生物净化，同时可在污水处理单元所对应的地表进行种植或畜牧。

22、本发明的一体化生物反应系统和生物反应方法，通过设置以连通器方式连通的集水单元和污水处理单元，以及以虹吸的方式控制进入所述集水单元和污水处理单元的污水进行不同方式和阶段的有效净化，实现了污水定期收集和处理，零能耗条件下引入了溶解氧，具有维护简单、净化效果好、具有景观效果等优点，缓解了化粪池建设过程中对土地的占用压力，适合在农村进行大规模推广。同时，通过调控不同虹吸高点，实现结冰期污水处理单元高效运行，抗寒能力强。

技术特征：

1.一种一体化生物反应系统，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一体化生物反应系统，其特征在于，所述污水处理单元的下部设置第二进水口，与所述第一出水口通过所述连通器方式管路连通；所述污水处理单元上部与所述第二进水口相对一侧设置有第二出水口；

3.根据权利要求2所述的一体化生物反应系统，其特征在于，所述第二出水口连接有虹吸单元；

4.根据权利要求3所述的一体化生物反应系统，其特征在于，所述第一出水口的高度位于第二进水口和第二出水口之间。

5.根据权利要求4所述的一体化生物反应系统，其特征在于，所述污水处理单元的深度为0.8-1.2m，所述集水单元的深度为1.3-2m；

6.根据权利要求1-5任一项所述的一体化生物反应系统，其特征在于，所述填料区的填料包括碎石、陶粒或活性炭；

7.根据权利要求1所述的一体化生物反应系统，其特征在于，所述集水单元垂直方向设有隔板，将所述集水单元分为进水区和前处理区，所述第一进水口位于所述进水区，所述排气孔位于所述前处理区上端。

8.根据权利要求7所述的一体化生物反应系统，其特征在于，所述前处理区装填组合填料；

9.一种利用权利要求1-8任一项所述的一体化生物反应系统进行的生物反应方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的生物反应方法，其特征在于，所述前处理包括厌氧和兼性厌氧反应，实现部分污染物降解，沉降水体中的悬浮物；

技术总结
本发明涉及一种一体化生物反应系统和生物反应方法，属于生活污水处理领域。该系统包括集水单元和污水处理单元；所述集水单元具有第一进水口、第一出水口和排气孔；所述污水处理单元包括填料区；所述集水单元与污水处理单元以连通器方式管路连通。该方法为收集并前处理污水，经前处理的污水通过连通器导入污水处理单元，经进一步处理后利用虹吸方式将尾水间歇性地排出污水处理单元并引入溶解氧。该系统和方法利用连通器结合虹吸的原理控制污水以不同方式和阶段进行有效净化，具有维护简单、去污效果好、零能耗、成本低等优点，同时通过调控不同虹吸高点，实现结冰期污水处理单元高效运行，适合在无集水管路的农村地区大范围推广。

技术研发人员：卢洪斌,黄张根,曾泽泉,宋广清
受保护的技术使用者：中国科学院山西煤炭化学研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13