分散式生活污水分质低耗处理工艺系统

技术领域

本发明涉及污水处理系统技术领域，本发明具体公开了一种分散式生活污水分质低耗处理工艺系统。

背景技术

在人口密度低的农村等地区生活污水长距离输送收集成本高，因此多采用分散式污水处理模式。分散的小范围的污水处理设施一般规模较小，但从全国总体来看量大面广。分散式污水处理工艺系统在运行管理和处理成本需要更有优势才能得以广泛应用。

现有分散式生活污水处理大多数情况下仍然是统一收集并进行末端处理，相比集中式污水处理模式，仅在收集范围划分得更小，处理工艺系统仍然沿用城市污水处理工艺系统但进行小型化。这种模式可以有效降低污水收集输送管道的建设成本，但在末端处理工艺系统仅采用小型化传统城镇集中式污水处理工艺系统反而会增加运行管理难度，增加单位污水处理成本，实现不了规模效益。采用传统的脱氮除磷活性污泥法工艺系统，需要不断处理剩余污泥，额外投加碳源进行最终的反硝化脱氮，大量如此运行复杂且高消耗的分散式污水处理工艺系统难以长效运行。主要原因是一般情况下分散式生活污水都是各种生活场景来源的污水混合收集，混合后的生活污水有机物浓度对于厌氧消化产甲烷去除有机物的方法而言，有机物浓度太低导致厌氧处理效率低。如果采用曝气生物接触氧化等好氧处理，能耗又会过高。分散式生活污水可以从产生源头进行分类，一类是有机污染物和氮磷污染物浓度高的冲厕污水即黑水，另一类是盥洗和厨房淘洗等环节产生的污染物浓度很低的一般杂用水即灰水，灰水的特征污染物一般主要为可生化的有机物。黑水和灰水性质差别较大，黑水污染物浓度高但水量占比仅有约30%，而灰水污染物浓度低水量大，水量占比约70%。因此，分散式污水处理可采用黑水和灰水进行分质处理，而且分散式污水处理一般紧邻污水产生源头，便于源头分质收集处理。迫切需要一种分散式生活污水分质低耗处理工艺系统，既能够分质高效的处理分散的生活污水，又能降低物耗和能耗，适应分散式生活污水处理的多项技术需求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种既能够分质高效的处理分散的生活污水、又能降低物耗和能耗的分散式生活污水分质低耗处理工艺系统。

按照本发明提供的技术方案，所述分散式生活污水分质低耗处理工艺系统，包括黑水收集管、灰水收集管、黑水厌氧罐、混合调节池、非饱和垂直流湿地与反硝化甲烷厌氧氧化池；

所述黑水厌氧罐的内部设置竖直的罐体隔板，黑水厌氧罐的内部空间由罐体隔板分割为上下连通的两个仓室，在对应其中一个仓室的黑水厌氧罐的侧壁上设置有厌氧罐出水管，在与厌氧罐出水管同一侧的仓室内设置有上下固定且垂直悬挂的碳毡条填料，在碳毡条填料上附着有产甲烷微生物，在黑水厌氧罐的顶部设置有甲烷出气管，在甲烷出气管的进气端上设置有可编程气泵；

所述混合调节池的内部设置竖直的池体隔板，混合调节池的内部空间由池体隔板分割为上下连通的两个仓室，在其中一个仓室的中间位置设置有可编程提升泵；

所述非饱和垂直流湿地包括湿地布水管、湿地植物、基质填料与湿地排水管；基质填料自上而下分别为沸石层、火山岩碎石层与砾石层，沸石层中的沸石的粒径小于火山岩碎石层中的火山岩碎石的粒径，火山岩碎石层中的火山岩碎石的粒径小于砾石层中的砾石的粒径；在沸石层上种植有可吸收氮磷营养盐的菌草类的湿地植物，在沸石层的上方设置有湿地布水管，在砾石层中设置穿孔花管样式的湿地排水管；

所述反硝化甲烷厌氧氧化池的底部设置有布气头，反硝化甲烷厌氧氧化池的中间填充有上下固定的硬质成串倒扣的交错排布的盖碗填料，在反硝化甲烷厌氧氧化池的顶部设置有溢流口；

所述盖碗填料由固定杆将半球面同向串联而成，在半球面的周沿设置有环翼，半球面与环翼上附着有反硝化甲烷厌氧氧化菌；

所述黑水收集管的上游与住宅黑水排放点相连，黑水收集管的下游与对应碳毡条填料另一侧的黑水厌氧罐的侧壁中部相连通；所述灰水收集管的上游与住宅灰水排放点相连，灰水收集管的下游与对应可编程提升泵另一侧的混合调节池连通；所述甲烷出气管的出气端与布气头的进气端连接；所述厌氧罐出水管与对应可编程提升泵另一侧的混合调节池连通；所述湿地布水管的进水端与可编程提升泵的出水端连接；所述湿地排水管的出水端伸入反硝化甲烷厌氧氧化池的底部。

作为优选，所述沸石层的厚度为200-500mm，沸石层中的沸石的粒径为5~10mm。

作为优选，所述火山岩碎石层的厚度为200-500mm，火山岩碎石层中的火山岩碎石的粒径为10~20mm。

作为优选，所述砾石层的厚度为100-400mm，砾石层中的砾石的粒径为20~50mm。

作为优选，所述黑水厌氧罐的内部中间位置设置竖直的罐体隔板。

本发明具有以下优点：

1、本发明的分散式生活污水分质低耗处理工艺系统，将分散式住宅生活污水性质不同的黑水和灰水进行就近的分质处置。对水量少且污染物浓度高的黑水的单独收集处理，仅对黑水进行充足停留时间的充分厌氧消化处理，所需反应池容积可大大减小，厌氧处理单元建设成本更低，效率更高。

2、本发明的分散式生活污水分质低耗处理工艺系统，在厌氧罐中填充提高种间电子传递效率的碳毡条微生物导电填料，实现有效提高黑水厌氧消化产甲烷效率，降低处理后黑水的有机物的浓度，即减少后段污水好氧处理的有机负荷进而省去了好氧处理曝气充氧的能耗。

3、本发明的分散式生活污水分质低耗处理工艺系统，水量多且仅含有低浓度有机物的灰水与经过充分厌氧消化的黑水混合后采用非饱和垂直流人工湿地处理，可实现低能耗生态处理过程中有机物的去除和氨氮的硝化作用，同步采用具有吸磷作用的湿地基质即可实现磷素的有效固持和湿地植物对磷素的资源化利用。

4、本发明的分散式生活污水分质低耗处理工艺系统，最后段设置反硝化甲烷厌氧氧化池，将前段黑水厌氧消化产生的甲烷通入其中，通过接种反硝化甲烷厌氧氧化菌，在不额外投加碳源条件下进行反硝化生化过程，资源化利用前端产生的甲烷，省去额外投加碳源脱氮，实现低物耗脱氮目标。

5、本发明的分散式生活污水分质低耗处理工艺系统，全处理流程仅有定期输送少量甲烷的可编程气泵和定期提升污水进行布水的可编程水泵两个低能耗设备，机电设备少，故障率低，运行更稳定。

6、本发明的分散式生活污水分质低耗处理工艺系统，通过黑水灰水分质高效处理、生态单元针对性资源化处理和反硝化甲烷厌氧氧化处理的技术集成使得分散式生活污水处理工艺系统实现在低能耗与零物耗条件下有机物去除和脱氮除磷的工艺目标。

附图说明

图1 是本发明的系统组成示意图。

图2 是本发明中的黑水厌氧罐示意图。

图3 是本发明中的混合调节池示意图。

图4 是本发明中的非饱和垂直流湿地结构示意图。

图5 是本发明中的反硝化甲烷厌氧氧化池示意图。

图6 是本发明中的盖碗填料结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明提供的分散式生活污水分质低耗处理工艺系统，包括黑水收集管1、灰水收集管2、黑水厌氧罐3、混合调节池4、非饱和垂直流湿地5与反硝化甲烷厌氧氧化池6；

如图2所示，所述黑水厌氧罐3的内部设置竖直的罐体隔板31，黑水厌氧罐3的内部空间由罐体隔板31分割为上下连通的左右两个仓室，在对应其中一个仓室的黑水厌氧罐3的侧壁上设置有厌氧罐出水管35，在与厌氧罐出水管35同一侧的仓室内设置有上下固定且垂直悬挂的碳毡条填料32，在碳毡条填料32上附着有产甲烷微生物，在黑水厌氧罐3的顶部设置有甲烷出气管34，在甲烷出气管34的进气端上设置有可编程气泵33；

如图3所示，所述混合调节池4的内部设置竖直的池体隔板42，混合调节池4的内部空间由池体隔板42分割为上下连通的两个仓室，在其中一个仓室的中间位置设置有可编程提升泵41；

如图4所示，所述非饱和垂直流湿地5包括湿地布水管51、湿地植物52、基质填料与湿地排水管56；基质填料自上而下分别为沸石层53、火山岩碎石层54与砾石层55，沸石层53中的沸石的粒径小于火山岩碎石层54中的火山岩碎石的粒径，火山岩碎石层54中的火山岩碎石的粒径小于砾石层55中的砾石的粒径；在沸石层53上种植有可吸收氮磷营养盐的菌草类的湿地植物52，在沸石层53的上方设置有湿地布水管51，在砾石层55中设置穿孔花管样式的湿地排水管56；

如图5所示，所述反硝化甲烷厌氧氧化池6的底部设置有布气头61，反硝化甲烷厌氧氧化池6的中间填充有上下固定的硬质成串倒扣的交错排布的盖碗填料62，在反硝化甲烷厌氧氧化池6的顶部设置有溢流口63；

如图6所示，所述盖碗填料62由固定杆621将半球面622同向串联而成，在半球面622的周沿设置有环翼623，半球面622与环翼623上附着有反硝化甲烷厌氧氧化菌；

所述黑水收集管1的上游与住宅黑水排放点相连，黑水收集管1的下游与对应碳毡条填料32另一侧的黑水厌氧罐3的侧壁中部相连通；所述灰水收集管2的上游与住宅灰水排放点相连，灰水收集管2的下游与对应可编程提升泵41另一侧的混合调节池4连通；所述甲烷出气管34的出气端与布气头61的进气端连接；所述厌氧罐出水管35与对应可编程提升泵41另一侧的混合调节池4连通；所述湿地布水管51的进水端与可编程提升泵41的出水端连接；所述湿地排水管56的出水端伸入反硝化甲烷厌氧氧化池6的底部。

所述沸石层53的厚度为200-500mm，沸石层53中的沸石的粒径为5~10mm。

所述火山岩碎石层54的厚度为200-500mm，火山岩碎石层54中的火山岩碎石的粒径为10~20mm。

所述砾石层55的厚度为100-400mm，砾石层55中的砾石的粒径为20~50mm。

所述黑水厌氧罐3的内部中间位置设置竖直的罐体隔板31。

本发明的分散式生活污水分质低耗处理工艺系统在实施过程中，首先由分散式住宅产生生活污水，其中含有粪污的黑水通过黑水收集管1进入黑水厌氧罐3由罐体隔板31分割的一侧仓室，刚进入黑水厌氧罐3的黑水在黑水厌氧罐3的一侧仓室内自然沉降和浮选，浮渣上浮，沉积物下沉，清水则由底部连通处进入黑水厌氧罐3的另一侧仓室。另一侧仓室内的填充的碳毡条填料32上由于附着有大量的产甲烷微生物，黑水内的有机物则会被分解产生甲烷释放到黑水厌氧罐3的顶部空间并积聚。碳毡条填料32具有导电性，附着在其上的产甲烷微生物则会在碳毡条填料32的辅助下增强种间电子传递效率，从而加强产甲烷效率。另外，由于黑水厌氧罐3仅收集了生活污水的黑水，黑水厌氧罐3中污水的有机物浓度会高，相比于一般黑水和灰水混合收集的装置，黑水厌氧罐3中处于高浓度的有机物的环境下，产甲烷效率和有机物的去除效率会更高。因此，黑水在黑水厌氧罐3中有机物能够得到高效的去除。由于黑水在全部生活污水中体积占比较小，黑水厌氧罐可做到15~30天的保障厌氧处理效率的停留时间而不需要过大的存储容积，黑水厌氧罐3建设成本可大大降低。经过黑水厌氧罐3处理过的有机物含量低的污水通过厌氧罐出水管35进入混合调节池4中，混合调节池4由池体隔板42分割为上下连通的两个仓室，一侧仓室与厌氧罐出水管35和灰水收集管2下游相连。处理过的黑水和新进入系统的灰水在混合调节池4的一侧仓室内进行浮选、沉淀和混合，然后通过底部连通位置进入混合调节池4的另一侧，另一侧中间位置设置的可编程提升泵41提升污水并通过湿地布水管51将污水布散到沸石层53的上表面。此时进入沸石层53上表面的污水有机物浓度较低，同时含有氨氮和磷酸盐。湿地种植的可吸收氮磷营养盐的菌草类的湿地植物52可直接吸收部分的氨氮和磷酸盐，其次，沸石层53表面曝露于大气中可富集异养菌以消耗去除有机物，同时沸石可快速吸附污水中的氨氮并且在硝化菌的作用下硝化氨氮生成硝酸盐，此时氮素并未有效去除，只是转化成硝酸盐形态。污水继续在非饱和垂直流湿地5中下渗，在经过火山岩碎石层54时磷酸盐可被快速吸附去除。火山岩碎石对磷酸盐的吸附为弱结合态吸附，吸附的磷酸盐还可供植物吸收再利用，不断地栽种吸收氮磷的植物，即可延缓湿地基质的吸附饱和，延长湿地寿命。湿地基质快速的吸附作用，可以有效应对负荷冲击。湿地最下层为砾石层55，砾石层55中设置穿孔花管样式的湿地排水管56，在湿地排水管56中汇集后排入反硝化甲烷厌氧氧化池6的底部。经过非饱和垂直流湿地5的污水有机物被进一步去除，磷酸盐也被有效去除，氨氮被有效转化为硝酸盐氮。可编程提升泵41给非饱和垂直流湿地5的上表面布水的程序根据湿地污染物去除特征进行设置，设置合理高效的污水提升和间歇周期，保证有机物、磷酸盐的去除以及氨氮的硝化，确保进入反硝化甲烷厌氧氧化池6的底部污水仅富含硝酸盐。此时需要预先给反硝化甲烷厌氧氧化池6进行反硝化甲烷厌氧氧化菌接种，使得盖碗填料62中的半球面622与环翼623上均附着上反硝化甲烷厌氧氧化菌。黑水厌氧罐3顶部设置甲烷出气管34在可编程气泵33的作用下将富集的甲烷气体泵送至反硝化甲烷厌氧氧化池6底的布气头61，布气头61将甲烷气体分散释放到反硝化甲烷厌氧氧化池6中的填料区域。填料区域填充上下固定的硬质成串倒扣的且交错排布的盖碗填料62，盖碗填料62上固定杆621将半球面622同向固定串联，且盖碗填料半球面622开口向下，经过布气头61向上释放的甲烷气体在交错排布的盖碗填料62间向上浮动，会被盖碗填料62上的半球面622捕获，停留在半球面622的球面内形成甲烷气室，由于盖碗填料62交错排布，甲烷气体在上升过程会由下及上排除各串填料的半球面622内的水体，形成气室。由于半球面622周沿设置的环翼623可附着大量反硝化甲烷厌氧氧化菌，半球面622的内形成的甲烷气室可缓慢溶解扩散供环翼623上的反硝化甲烷厌氧氧化菌还原硝酸盐，达到不加碳源利用前端产生的甲烷进行反硝化脱氮的目的。可编程气泵33根据甲烷消耗情况编制程序有序定量给反硝化甲烷厌氧氧化池6供气换气，保证脱氮目的高效实现。最终，反硝化产生氮气和处理尾水沿溢流口63外排。实施过程是主要是通过工艺系统的各个单元工艺协同作用实现有机物去除和脱氮除磷。整个工艺系统通过分质处理和生物导电填料设计强化前段产甲烷效率，产生的甲烷供后段新型反硝化单元使用，系统无需额外投加碳源，全流程机电设备少，故障率低，运行更稳定。工艺系统特别适用于分散式生活污水处理场景，满足进一步降低能耗和物耗的技术要求。

本发明将分散式住宅生活污水性质不同的黑水和灰水进行就近的分质处置。对水量少且污染物浓度高的黑水的单独收集处理，仅对黑水进行充足停留时间的充分厌氧消化处理所需反应池容积可大大减小，处理成本更低。同时通过在厌氧处理单元填充提高种间电子传递效率的微生物导电填料，实现有效提高黑水厌氧消化产甲烷效率，降低处理后黑水的有机物的浓度，即减少后段污水好氧处理的有机负荷进而减少能耗。水量多且仅含有低浓度有机物的灰水与经过充分厌氧消化的黑水混合后采用非饱和垂直流人工湿地处理，可实现低能耗生态处理过程中有机物的去除和氨氮的硝化作用，同步采用具有吸磷作用的湿地基质即可实现磷素的有效固持和湿地植物对磷素的资源化利用。经过非饱和垂直流人工湿地处理的污水一般富含硝酸盐，需要进行反硝化脱氮。工艺系统最后段设置反硝化甲烷厌氧氧化池，将前段黑水厌氧消化产生的甲烷通入其中，通过接种反硝化甲烷厌氧氧化菌，在不额外投加碳源条件下进行反硝化生化过程，资源化利用前端产生的甲烷，实现低物耗脱氮。工艺系统通过黑水灰水分质高效处理、生态单元针对性资源化处理和反硝化甲烷厌氧氧化处理使得分散式生活污水处理实现低能耗与低物耗的有机物和氮磷的去除。

最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。