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豎直管式農村污水處理技術

發布時間:2020-9-24 8:47:18  中國污水處理工程網

  申請日20200604

  公開(公告)日20200828

  IPC分類號C02F9/14; C02F101/10; C02F101/16; C02F101/30; C02F101/38

  摘要

  本發明公開了一種豎直管式農村污水處理裝置,包括:用U形彎管連接的若干根豎直管,各豎直管內依次填充不同物質,以實現不同功能,使得污水自入水口進入處理裝置后,先后經歷電解除磷、鐵‑炭電池微電解降解微生物、厭氧分解、好氧降解、無機除磷和光催化除磷,完成對農村污水的處理。本發明裝置占地小、除氮磷效果好、水力負荷高、動力消耗少、操作簡單,投入使用后無需額外操作或人工控制、成本低、無二次污染、應用范圍廣、適應性強,非常適用于對農村污水進行分散化就地處理。

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  權利要求書

  1.一種豎直管式農村污水處理裝置,其特征在于,包括:依次連接的若干根豎直管,其中,

  第一豎直管的頂部側壁設置有入水口,所述第一豎直管的頂端設有活動蓋;所述活動蓋連接有向下的軟繩,所述軟繩位于所述第一豎直管內,所述軟繩的底端懸掛有過濾海綿,所述過濾海綿的下方設置有第一固定篩板;

  在第一豎直管內,所述第一固定篩板的下方還設置有若干個風車形電解板,若干個風車形電解板沿著豎直方向間隔設置在一根固定的豎直空心管上,所述第一豎直管的底端通過第一U形彎管連接第二豎直管的底端;其中,每個風車形電解板包括:由內至外依次套接的軸承、絕緣圈、電極圈和外圈,所述軸承固定套接在所述豎直空心管上,所述外圈上接有若干葉片和扇形電極板,葉片和扇形電極板呈放射狀分布且間隔設置,電極圈的上表面設有凹槽;所述豎直空心管上固定有若干導電板,分別與若干個風車形電解板上的凹槽一一對應地卡接,每個所述導電板通過從所述豎直空心管內部穿過的導線與外部的直流電源連接,相鄰的兩個所述風車形電解板所接電源電極相反,且所述電極圈和扇形電極板采用的材料為鐵或鋁;

  在第二豎直管內部,由下至上分別設置有第二固定篩板、鐵-炭顆粒、活動篩板、彈簧及第三固定篩板,其中,所述彈簧連接著所述活動篩板和第三固定篩板,所述彈簧保持壓縮狀態,所述第二豎直管的頂端通過第二U形彎管連接第三豎直管的頂端;

  所述第三豎直管內填充有厭氧生物填料,所述第三豎直管的底端通過第三U形彎管連接第四豎直管的底端,所述第四豎直管內填充有厭氧生物填料,所述第四豎直管的頂端通過第四U形彎管連接第五豎直管的頂端;在所述第四U形彎管內設置有喉管,所述喉管的兩端分別與所述第四豎直管的頂端和第五豎直管的頂端連接,在所述喉管的喉道的管徑最小處設置有向上的空氣管,所述空氣管的頂端進氣口位于地面以上;

  所述第六豎直管分為上段豎直管和下段豎直,其中,所述上段豎直內填充上部填料并在所述上部填料中設有石英玻璃管,所述石英玻璃管內設有紫外燈,所述上部填料為2~8mm的負載有光催化劑的陶粒;所述下段豎直管內套設有金屬波紋管,所述金屬波紋管內填充有下部填料,所述下部填料是質量比為1:2:3:2:1的石灰石、黃鐵礦、過氧化鈣、褐錳礦和鐵屑的混合物,所述下部填料填充滿2/3的下段豎直管。

  2.如權利要求1所述的豎直管式農村污水處理裝置,其特征在于,所述入水口高于所述第二U形彎管的頂端、所述第四U形彎管的頂端以及所述第六豎直管的頂端。

  3.如權利要求1所述的豎直管式農村污水處理裝置,其特征在于,所述過濾海綿由若干段不同尺寸的孔徑的聚氨酯海綿拼接而成,且從上到下的海綿的孔徑逐漸變小。

  4.如權利要求1所述的豎直管式農村污水處理裝置,其特征在于,所述鐵-炭顆粒采取質量比為1:1的鐵球和活性炭顆粒的混合物,所述活性炭顆粒為柱狀顆粒活性炭,所述鐵球直徑為3~5mm。

  5.如權利要求1所述的豎直管式農村污水處理裝置,其特征在于,所述負載有光催化劑的陶粒通過以下方式制得:將質量比為10:5:1:1的膨潤土、凹凸棒土、氯化鈷和鈦酸四丁酯混合攪拌均勻,加水攪拌調和,造粒成直徑4~8mm的濕顆粒球;將濕顆粒球在100℃下干燥1~2h,再在600℃焙燒20~40min,自然冷卻即得。

  6.如權利要求1所述的豎直管式農村污水處理裝置,其特征在于,所述厭氧生物填料為海綿狀多孔填料。

  7.如權利要求1所述的豎直管式農村污水處理裝置,其特征在于,所述好氧生物填料為繩狀填料。

  8.如權利要求1所述的豎直管式農村污水處理裝置,其特征在于,所述好氧生物填料為多段相互平行的繩狀填料,豎直設置在所述第五豎直管內,且每段繩狀填料的頂端和底端分別固定。

  9.如權利要求1所述的豎直管式農村污水處理裝置,其特征在于,還可以包括若干對通過U形彎管連接的厭氧生物填料豎直管,并設置在所述第三豎直管和第四豎直管之間。

  10.如權利要求1所述的豎直管式農村污水處理裝置,其特征在于,各所述U形彎管設置為分離式的。

  說明書

  一種豎直管式農村污水處理裝置

  技術領域

  本發明屬于環境保護的水處理技術領域,具體涉及一種農村污水處理裝置。

  背景技術

  隨著農村的迅速發展和廣大農村人民生活水平的迅速提高,以及農村畜禽養殖、水產養殖和農副產品加工等產業的發展,農村生活污水的排放量不斷增加,嚴重破壞了農村的生態平衡。農村生活污水主要來自于農民生活過程中糞便及其沖洗水、洗浴污水和廚房污水以及農村分散畜牧養殖過程中所產生的污水。農村生活污水水質的特點為N、P含量高、可生化性強、含重金屬等有毒有害物較少,在排放上具有每戶排放量相對較少,水質波動較大,排放點分散,點多面廣,收集較困難等特點。目前城鎮污水收集集中處理的傳統模式及工藝在農村地區不能適用。加之,農村地區經濟較為落后,高耗能、較高費用的技術很難推廣應用。因此,農村生活污水治理應該根據污染源的分布采用分散化、小型化的治理模式,技術上應該要求工藝簡單、凈化效果有保證、投資省、能耗低、運行維護簡單。

  現有技術中,有采用自然處理系統對農村污水進行生態處理,其是利用土壤過濾、植物吸收和微生物分解的原理,又稱為生態處理系統,包括:人工濕地處理系統和地下土壤滲濾凈化系統

  (1)人工濕地處理系統。污水濕地處理系統分自然和人工濕地處理系統,自然濕地就是自然的沼澤地,人工濕地污水處理技術是一種基于自然生態原理,使污水處理達到工程化、實用化的新技術。將污水有控制地投配到土壤經常處于飽和狀態、生長有象蘆葦、香蒲等沼澤生植物的土地上,利用植物根系的吸收和微生物的作用,并經過多層過濾,來達到降解污染、凈化水質的目的,它是一種充分利用地下人工介質中棲息的植物、微生物、植物根系,以及介質所具有的物理、化學特性,將污水凈化的天然與人工處理相結合的復合工藝。這種工藝的缺點主要有:受季節影響比較大。一般冬季,植物生長緩慢甚至枯黃,其自身也變成需要去除的垃圾,就無法再起到污水處理的作用。另外,這種工藝還需要占用大面積的土地。

  (2)地下土壤滲濾凈化系統。分散的幾戶或十幾戶人家適合采用地下土壤滲濾凈化系統。地下土壤滲濾凈化系統是一種基于自然生態原理,予以工程化、實用化而創造出的一種新型小規模污水凈化工藝技術,是將污水有控制地投配到經一定構造、距地面約50cm深和具有良好擴散性能的土層中。投配污水緩慢通過布水管周圍的碎石和砂層,在土壤毛管作用下向附近土層中擴散。表層土壤中有大量微生物,作物根區處于好氧狀態,污水中的污染物質被過濾、吸附、降解。這種處理工藝有污染地下水的可能,另外,下大雨時還會導致地表水污染,夏天會惡臭、蚊蠅叢生等等各種問題。

  現有技術中,還有采用生物處理系統對農村污水進行處理,可分為好氧生物處理和厭氧生物處理。

  (1)好氧生物處理系統。好氧生物處理系統是新農村污水處理中最常用的一種處理技術。好氧生物處理工藝眾多,各有優缺點,選擇時要根據實際情況仔細論證和比選,注重經濟適用。好氧生物處理法就是通過風機等設備給污水輸氧,培養生物菌種和微生物,通過菌種和微生物把污水中的大部分有機物分解為無污染的二氧化碳、水等物質,少部分合成為細胞物質,促使微生物增長,并以剩余污泥的形式排出,使污水得以凈化排放。好氧生物處理系統需采用人工曝氣增氧裝置,其能耗較高,污水攪拌、鼓風曝氣的電耗約占運營成本的60%。此外,冬天微生物生長受溫度影響較大,需要保溫,還要求配設保溫裝置。

  (2)厭氧生物處理系統。目前單一的厭氧生物處理法在技術上還存在一些問題,主要表現在生物處理效率較低,尤其表現為氮磷去除率很低,在一定程度上限制了其應用。

  此外,現有技術中還有采取一體化污水處理裝置對農村污水進行處理,對控制村鎮水環境污染起到積極的作用,但對氮、磷等營養物去除率仍較低,使得湖泊、水庫等水體日趨惡化,水體富營養化問題仍相當突出。此外,現有的一體化污水處理裝置還存在占地面積大及能耗高的不足。例如,移動床生物膜污水處理裝置通過向污水處理裝置中投加一定數量的懸浮載體,提高污水處理裝置中的生物量及生物種類,從而提高污水處理裝置的處理效率。雖然移動床生物膜污水處理裝置具有容積負荷高、耐沖擊性強等特點,但是這種工藝對總氮、總磷的去除率不高,不能從根本上解決水污染"富營養化"問題,只能延緩水污染趨勢。為了防止水體富營養化的加劇,出水總氮和總磷濃度需維持在較低的范圍內。而且,由于凈化設備結構復雜,運行成本高,所以一直沒有被農村地區普及利用。因此,迫切需要一種易操作、效果好、低成本、無二次污染、應用范圍廣和適應性強的處理系統,對農村污水進行分散化就地處理,從而節約資金、減少投資,為低密度社區提供適當的污水治理解決方案,從而針對我國農村地區提供實際可行的解決辦法。

  發明內容

  有鑒于此,本發明的目的在于提供一種豎直管式農村污水處理裝置,占地小、除氮磷效果好、水力負荷高、動力消耗少、操作簡單,投入使用后無需額外操作或人工控制、成本低、無二次污染、應用范圍廣、適應性強,非常適用于對農村污水進行分散化就地處理。

  一種豎直管式農村污水處理裝置,包括:依次連接的若干根豎直管,其中,

  第一豎直管的頂部側壁設置有入水口,所述第一豎直管的頂端設有活動蓋;所述活動蓋連接有向下的軟繩,所述軟繩位于所述第一豎直管內,所述軟繩的底端懸掛有過濾海綿,所述過濾海綿的下方設置有第一固定篩板,用于支撐過濾海綿;

  在第一豎直管內,所述第一固定篩板的下方還設置有若干個風車形電解板,若干個風車形電解板沿著豎直方向間隔設置在一根固定的豎直空心管上,所述第一豎直管的底端通過第一U形彎管連接第二豎直管的底端;其中,每個風車形電解板包括:由內至外依次套接的軸承、絕緣圈、電極圈和外圈,所述軸承固定套接在所述豎直空心管上,所述外圈上接有若干葉片和扇形電極板,葉片和扇形電極板呈放射狀分布且間隔設置,電極圈的上表面設有凹槽;所述豎直空心管上固定有若干導電板,分別與若干個風車形電解板上的凹槽一一對應地卡接,每個所述導電板通過從所述空心管內部穿過的導線與外部的直流電源連接,相鄰的兩個所述風車形電解板所接電源電極相反,且所述電極圈和扇形電極板采用的材料為鐵或鋁;

  在第二豎直管內部,由下至上分別設置有第二固定篩板、鐵-炭顆粒、活動篩板、彈簧及第三固定篩板,其中,所述彈簧連接著所述活動篩板和第三固定篩板,所述彈簧保持壓縮狀態,所述第二豎直管的頂端通過第二U形彎管連接第三豎直管的頂端;

  所述第三豎直管內填充有厭氧生物填料,所述第三豎直管的底端通過第三U形彎管連接第四豎直管的底端,所述第四豎直管內填充有厭氧生物填料,所述第四豎直管的頂端通過第四U形彎管連接第五豎直管的頂端;在所述第四U形彎管內設置有喉管,所述喉管的兩端分別與所述第四豎直管的頂端和第五豎直管的頂端連接,在所述喉管的喉道的管徑最小處設置有向上的空氣管,所述空氣管的頂端進氣口位于地面以上;

  所述第六豎直管分為上段豎直管和下段豎直,其中,所述上段豎直內填充上部填料并在所述上部填料中設有石英玻璃管,所述石英玻璃管內設有紫外燈,所述上部填料為2~8mm的負載有光催化劑的陶粒;所述下段豎直管內套設有金屬波紋管,所述金屬波紋管內填充有下部填料,所述下部填料是質量比為1:2:3:2:1的石灰石、黃鐵礦、過氧化鈣、褐錳礦和鐵屑的混合物,所述下部填料填充滿2/3的下段豎直管。

  在本發明的一些具體實例中,所述入水口高于所述第二U形彎管的頂端、所述第四U形彎管的頂端以及所述第六豎直管的頂端。

  在本發明的一些具體實例中,所述過濾海綿由幾段不同尺寸的孔徑的聚氨酯海綿拼接而成,且從上到下的海綿的孔徑逐漸變小。

  在本發明的一些具體實例中,所述鐵-炭顆粒采取質量比為1:1的鐵球和活性炭顆粒的混合物,所述活性炭顆粒為柱狀顆粒活性炭,所述鐵球直徑為3~5mm。

  在本發明的一些具體實例中,所述負載有光催化劑的陶粒通過以下方式制得:將質量比為10:5:1:1的膨潤土、凹凸棒土、氯化鈷和鈦酸四丁酯混合攪拌均勻,加水攪拌調和,造粒成直徑4~8mm的濕顆粒球;將濕顆粒球在100℃下干燥1~2h,再在600℃焙燒20~40min,自然冷卻即得。

  在本發明的一些具體實例中,所述厭氧生物填料為海綿狀多孔填料。

  在本發明的一些具體實例中,所述好氧生物填料為繩狀填料。

  在本發明的一些具體實例中,所述好氧生物填料為多段相互平行的繩狀填料,豎直設置在所述第五豎直管內,且每段繩狀填料的頂端和底端分別固定。

  在本發明的一些具體實例中,還可以包括若干對通過U形彎管連接的厭氧生物填料豎直管,并設置在所述第三豎直管和第四豎直管之間。

  同樣,本裝置可以根據水質的情況,來延長某段功能的長度,比如,廢水中含磷較多,則可以增加第六豎直管的長度。

  在本發明的一些具體實例中,各所述U形彎管設置為分離式的。

  與現有技術相比,本發明具有以下有益的技術效果:

  1)本發明裝置采用若干根豎直管對污水進行處理,由于各個豎直管均埋設在地面以下,原則上可以設置為所需要的任意長度,而不必占用過多的地面面積,從而節省了農村寶貴的土地資源。

  2)本發明裝置結合了物理法、生物法以及光催化法去除污水中的氮磷有機物等,污水負荷高,處理效果好。

  3)本發明裝置的各構成部件均作了進一步的細化設計,比如,采取風車式電解板,來配合水流沖擊,使得電解板可以旋轉,從而減少反應過程中電極板表面的沉積物,更有利于提高電解除磷效率,延長電解壽命;再例如,采取壓縮彈簧對鐵-炭顆粒施加一定的壓力,使得鐵球顆粒和活性炭顆粒(尤其是特定尺寸和配比的顆粒混合物)在彈簧的作用下始終都能既緊密接觸又有空隙。鐵球和活性炭始終緊密接觸,能夠保證獲得良好的原電池結構,發生電池反應;同時,空隙的存在使得水流能通暢流過,污水中的氧氣在該階段得以消耗,為后續的厭氧過程作好準備;又例如,第五豎直管內的好氧生物填料采取繩狀填料,其阻力小,負載量大,對氮的去除效果顯著;再例如,第六豎直管分為上、下兩段豎直管,在上段豎直管內設置了光催化劑和紫光燈,而在下段豎直管內設置了金屬波紋管來裝填下部填料,一方面減小管徑,使水流速度加快,填料間碰撞加劇,另一方面,波紋管粗糙度也能增加碰撞,使無機填料產生更多的小顆粒,而下部填料在流化狀態下撞擊也會形成少量小顆粒催化劑,這些小顆粒催化劑進入到上部填料中,在紫外光的照射下,高效分解剩余有機物,效果顯著。

  4)本發明裝置動力消耗少,只需要在入水口用水泵將污水抬升少量高度,然后通過水的重力自流即可完成整個處理過程。

  5)本發明裝置操作簡單,投入使用后無需額外操作或人工控制,由于處理管線可以設置足夠長,因此,具有極強的緩沖和恢復能力,無需人工控制和調節水質,經過長線路的混合及適應,可以達到較好的處理效果。(發明人蔡魯祥;張卓然;俞國英;龍駿)

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