太阳能内循环氧化低耗污废水处理装置

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及太阳能内循环氧化低耗污废水处理装置。

背景技术

随着经济的发展和人民群众对环境品质要求的提高，近年来村镇水环境质量的修复、改善与提升以及生活污水处理成为业界关注的新焦点。国内各地村镇存在着地理位置与地形地貌的复杂性，以及不可占用农田建设水处理设施等一系列问题，而有效解决这些影响污废水处理与水环境质量提升的问题则是做好村镇污废水处理的关键性因素。目前，业界普遍采用集中收集处理法和分散收集处理法解决污废水污染问题。

集中收集处理法受地理位置、高程、占地等各个方面的影响只适用于部分满足建设条件的村镇。而小型分散收集处理法具有投资少、覆盖率高、施工快、能耗低等优点，是村镇污水处理项目的主要技术措施。

分散式收集处理法的太阳能污水处理分散式设备为单户或者多户共用一台污水处理设备，由纯太阳能提供污水处理的动力，适用于村镇复杂的地形条件，可以解决集中收集处理法污水管网无效建设、电耗高、选址难的问题，但是现有的太阳能污水处理分散式设备占地空间较大，污染物的去除率不足，因此污水处理后的水质需要优化，保证满足国家排放标准。

发明内容

为了克服上述的技术问题，本发明的目的在于提供太阳能内循环氧化低耗污废水处理装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

太阳能内循环氧化低耗污废水处理装置，包括罐体、电气控制系统组件和太阳能发电系统组件，其中罐体与电气控制系统组件相连接，电气控制系统组件与太阳能发电系统组件电连接，所述罐体包括罐体外壳和罐体内腔，罐体内腔中依次设置有厌氧处理池、缺氧处理池、好氧处理池和升流式沉淀过滤消毒一体池，且厌氧处理池与缺氧处理池之间、缺氧处理池与好氧处理池之间以及好氧处理池和升流式沉淀过滤消毒一体池之间均设置有复合材料模块，罐体外壳一端侧面设置有进水孔一，另一端设置有出水孔一，且厌氧处理池与进水孔一位于同一侧，罐体内腔中安装有曝气系统组件，曝气系统组件连通罐体内腔中各部分。

作为本发明进一步的方案：所述罐体外壳顶端依次设置有厌氧处理池检修口、缺氧处理池检修口、好氧处理池检修口和沉淀过滤消毒检修口，并且厌氧处理池检修口与厌氧处理池相对应，缺氧处理池检修口与缺氧处理池相对应，好氧处理池检修口与好氧处理池相对应，沉淀过滤消毒检修口与升流式沉淀过滤消毒一体池相对应，位于厌氧处理池顶部一侧设置有顶部连接口。

作为本发明进一步的方案：所述曝气系统组件包括厌氧曝气管道、缺氧曝气管道、好氧曝气管道、外部曝气管道和内部曝气管道，其中厌氧曝气管道位于厌氧处理池底部，缺氧曝气管道位于缺氧处理池底部，好氧曝气管道位于好氧处理池底部，而外部曝气管道和内部曝气管道均位于升流式沉淀过滤消毒一体池中。

作为本发明进一步的方案：所述厌氧处理池中设置有厌氧填料，厌氧填料为醛纶纤维或聚酰胺。

作为本发明进一步的方案：所述缺氧处理池中设置有缺氧填料，缺氧填料为PP、醛纶纤维和聚酰胺三种中任一种。

作为本发明进一步的方案：所述好氧处理池为接触氧化池，所述好氧处理池内部设置有好氧填料，好氧填料为悬浮球填料，内芯为海绵材质。

作为本发明进一步的方案：所述升流式沉淀过滤消毒一体池包括内池和外池，其中内池包括沉淀区、过滤区和消毒区，所述过滤区包括上下两层的多孔支撑板和位于中部的多孔过滤介质，消毒区设置有紫外灯，且紫外灯安装在顶部的多孔支撑板上。

作为本发明进一步的方案：所述内池顶部设置有出水孔二，出水孔二连接有连通管，内池底部一侧开设有进水孔二，进水孔二与出水孔二对角设置。

作为本发明进一步的方案：所述沉淀区底部一端连接有内循环管道，内循环管道另一端贯穿至厌氧处理池顶部。

本发明的有益效果：

1、本发明采用纯太阳能发电为动力，有效解决了村镇污水处理项目由于电费问题而导致的项目建成及废弃的问题。同时，在传统污水处理AAO工艺的基础上进行改进升级，增加了复合材料模块，提高污染物的去除效率和污水处理效率，减少设备占地面积，降低设备运行和管理难度，降低设备建设成本，提高出水水质，循环利用水资源同时达到改善和提高水环境质量的目标。

2、本发明由特定的电气控制系统控制整套设备，关联云检测平台，实时监测装置运行情况，可以更好的运行管理以及维护。

3、本发明设置新型曝气系统，由主曝气管道分属次曝气管道，由五个次曝气管道阀门分别控制各个曝气部位，有序控制曝气管道曝气量，易于运行管理，各个次曝气管道既起到曝气作用，提供适量DO，满足装置各个部位运行要求，同时也起到搅拌混合作用，无需在装置内部设置足够的搅拌装置就能够达到装置各个部位正常运行的搅拌混合要求，降低设备建设成本，减少少量设备体积。

4、本发明设置污泥回流系统,将升流式沉淀过滤消毒一体池中沉淀区的污泥回流至厌氧处理池中，提高系统污泥浓度，且回流污泥中的硝态氮进行反硝化达到系统脱氮效果，提高污水处理效率。

5、本发明升流式沉淀过滤消毒一体池集沉淀池、过滤池、消毒池为一体，在一个设备中起到沉淀作用、过滤作用以及消毒作用，极大程度减少设备的体积，降低设备建设成本，使其能够适应农村复杂的地理特征，同时污水进入一体池中由下而上逆流处理，相对于正常处理设备的上下流动大大提高了一体池中各个处理部件的处理能力以及效率。

6、本发明升流式沉淀过滤消毒一体池中设置两根曝气管道，分别深入一体池底部沉淀区和一体池外部污水，在起到曝气作用满足运行条件的同时起到搅拌作用，分别对一体化设备组件内部污水和外部污水进行曝气处理和搅拌处理，提高设备处理效率，降低设备建设成本。

7、本发明升流式沉淀过滤消毒一体池中进水孔二位于一体池下部，出水孔二位于一体池上部深入一体池外部污水中，一次处理出水由出水孔二排出与好氧处理池排进的污水在曝气管道曝气搅拌作用下完全混合，再次进入一体池中处理，高效处理污水，大大提高污水出水水质，达到国家污水排放标准。

8、本发明在厌氧、缺氧和好氧单元之间的连通口设置有复合材料模块，由电气控制系统组件连接蓄电池后，向复合材料模块提供12-48V直流电，用以强化复合材料模块内部的铁碳微电解反应强度与效率，电压在12-48V条件下，复合材料模块内微电解反应对有机物的去除率可达20-30％，由于复合材料模块的存在以及直流电强化微电解反应，在有效降解污水中有机污染物的同时，可有效提供反应器内微生物反应活性，促进微生物的繁殖与淘汰效率，并进而提升整个污水处理过程的效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明罐体内部结构示意图；

图2是本发明中曝气系统组件结构示意图；

图3是本发明整体结构示意图。

图中：1、罐体；2、厌氧处理池；3、缺氧处理池；4、好氧处理池；5、升流式沉淀过滤消毒一体池；6、进水孔一；10、进水孔二；11、出水孔二；12、出水孔一；13、紫外灯；14、多孔过滤介质；15、多孔支撑板；17、好氧填料；18、缺氧填料；19、厌氧填料；20、单独曝气开关一；21、单独曝气开关二；22、单独曝气开关三；23、单独曝气开关四；24、单独曝气开关五；25、内循环管道；26、厌氧曝气管道；27、缺氧曝气管道；28、好氧曝气管道；29、外部曝气管道；30、内部曝气管道；31、厌氧处理池检修口；32、缺氧处理池检修口；33、好氧处理池检修口；34、沉淀过滤消毒检修口；41、电气控制系统组件；42、曝气风源机；43、太阳能光伏板；44、蓄电池；50、顶部连接口；60、复合材料模块。

具体实施方式

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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图3所示，太阳能内循环氧化低耗污废水处理装置，包括罐体1，其中罐体1包括罐体外壳和罐体内腔，在罐体内腔中依次设置有厌氧处理池2、缺氧处理池3、好氧处理池4和升流式沉淀过滤消毒一体池5，并且在罐体外壳一端侧面设置有进水孔一6，另一端设置有出水孔一12，其中厌氧处理池2与进水孔一6位于同一侧，相互对应，便于实施后续处理工艺，进一步的罐体外壳顶端依次设置有厌氧处理池检修口31、缺氧处理池检修口32、好氧处理池检修口33和沉淀过滤消毒检修口34，并且厌氧处理池检修口31与厌氧处理池2相对应，缺氧处理池检修口32与缺氧处理池3相对应，好氧处理池检修口33与好氧处理池4相对应，沉淀过滤消毒检修口34与升流式沉淀过滤消毒一体池5相对应，位于厌氧处理池2顶部一侧设置有顶部连接口50，更进一步的罐体内腔中安装有曝气系统组件，该曝气系统组件连通罐体内腔中各部分，其中顶部连接口50使位于厌氧处理池2顶部的曝气连接管道与曝气风源机42相连通。

如图1和图2所示，曝气系统组件包括厌氧曝气管道26、缺氧曝气管道27、好氧曝气管道28、外部曝气管道29和内部曝气管道30，其中厌氧曝气管道26位于厌氧处理池2底部，缺氧曝气管道27位于缺氧处理池3底部，好氧曝气管道28位于好氧处理池4底部，而外部曝气管道29和内部曝气管道30均位于升流式沉淀过滤消毒一体池5中，各管道之间通过单独曝气开关一20、单独曝气开关二21、单独曝气开关三22、单独曝气开关四23和单独曝气开关五24进行控制，所有单独曝气控制开关可单独控制也可联动控制，进一步实现曝气控制的灵活性。

如图1和图2所示，厌氧处理池2中设置有厌氧填料19，该厌氧填料19为醛纶纤维或聚酰胺材质，密度0.8-1.9g/cm

进一步的如图1和图2所示，缺氧处理池3与厌氧处理池2底部一侧连接处设置有一个复合材料模块60，且缺氧处理池3中设置有缺氧填料18，该缺氧填料18为PP材质、醛纶纤维或聚酰胺材质，在缺氧处理池3底部还设置有缺氧曝气管道27，污废水经过厌氧处理后由复合材料模块60流入缺氧处理池3，在缺氧曝气管道27所营造的DO<0.5mg/L的环境下脱氮除磷，将大分子有机颗粒分解成小分子有机颗粒，提高污废水的可生化性，并在反硝化菌的作用下将混合液中的亚硝酸盐氮及硝酸盐氮氧化为氮气释放。缺氧处理池3中的低DO环境也是受单独曝气开关二21所控制，既提供少量的气体以保证低DO环境，又能代替搅拌装置起到搅拌作用，保证缺氧微生物的正常生长繁殖和缺氧处理池3的稳定运行。只使用曝气系统既能起到曝气作用，提供低DO环境，又能起到搅拌作用，使得缺氧处理池3稳定运行，同时也降低建设成本，同时缺氧处理池3顶部设置有缺氧处理池检修口32，便于维护运行。

更进一步的好氧处理池4与缺氧处理池3顶部一侧的连接处设置有一个复合材料模块60，且好氧处理池4为接触氧化池形式，好氧处理池4内部设置有好氧填料17，该好氧填料17为φ80悬浮球填料，内芯为海绵材质，数量100-300个/m

当好氧处理池4使用接触氧化池形式，兼有生物滤池和活性污泥法的特点，提高了出水水质；并只使用曝气系统，提供足够的DO量保证好氧反应正常运行，并起到搅拌作用，减少了建设成本，进一步在好氧处理池4顶部设置的好氧处理池检修口33，便于检修维护。

进一步的如图1所示，升流式沉淀过滤消毒一体池5包括内池和外池，其中内池包括沉淀区、过滤区和消毒区，整个升流式沉淀过滤消毒一体池5的内池是由沉淀区、过滤区和消毒区所组成的柱状一体化处理池，其中沉淀区位于内池底部，过滤区位于中部，且过滤区包括上下两层的多孔支撑板15和位于中部的多孔过滤介质14，该多孔过滤介质14为悬浮材料，内池顶部区域为消毒区，该消毒区设置有紫外灯13，且紫外灯13安装在顶部的多孔支撑板15上，并且内池顶部设置有出水孔二11，出水孔二11连接有连通管，内池底部一侧开设有进水孔二10，进水孔二10与出水孔二11对角设置，其中升流式沉淀过滤消毒一体池5与好氧处理池4中部连接处安装有一个复合材料模块60，污废水经过好氧处理之后，由复合材料模块60进入升流式沉淀过滤消毒一体池5，进一步污废水经过进水孔二10进入内池的沉淀区，在沉淀区中由于重力的作用，污废水中比重大于水的悬浮污泥下沉至沉淀区的底部，其中沉淀区底部一端连接有内循环管道25，该内循环管道25另一端贯穿至厌氧处理池2顶部，形成循环，过滤后的污废水通过内循环管道25将污泥回流至厌氧处理池2中，不仅可以提高系统的污泥浓度，而且回流污泥中的硝态氮进行反硝化，可起到脱氮的作用，以保证较好的出水水质。

进入内池的污废水由下而上的进入过滤区，在污废水的冲击作用下，过滤区中的悬浮材料于顶部聚集，污水通过顶部聚集的悬浮材料，悬浮杂质被顶部聚集的悬浮材料拦截，经此环节处理后，水质SS、COD、BOD、磷等分别降至20、60、20、1mg/L以下，过滤处理后的污废水在升流式沉淀过滤消毒一体池5的中底部不断积累，溢满至消毒区中。污水在消毒区中通过紫外灯13所产生的紫外线杀死病原微生物，提高出水水质。污水经过消毒区消毒后，通过出水孔二11流出与刚从好氧处理池4中流出的污废水混合，混合液再次进入升流式沉淀过滤消毒一体池5，再次进行沉淀过滤消毒处理，直至上清液完全达到所要求的处理效果后，从出水孔一12流出出水。

污水经装置处理后的检测数据如下表所示，其出水达到国家一级B排放标准，可排放可回用。

该检测过程中，化学需氧量采用CODE型测定法，氨氮是纳氏试剂法，总氮是碱性过硫酸钾紫外分光光度法，总磷是钼酸氨分光光度法。

此外如图1和图2所示，曝气系统组件在升流式沉淀过滤消毒一体池5中设置有外部曝气管道29和内部曝气管道30两根曝气管道，外部曝气管道29深入升流式沉淀过滤消毒一体池5外部的混合液中，另一根内部曝气管道30深入升流式沉淀过滤消毒一体池5底部的沉淀区中，均起到搅拌作用，两根曝气管道分别由单独曝气开关四23和单独曝气开关五24控制，升流式沉淀过滤消毒一体池5将沉淀、过滤和消毒一体化大大减少处理设备占地体积，适合农村污水处理，同时污废水进入升流式沉淀过滤消毒一体池5中由下而上逆流处理，大大提高了升流式沉淀过滤消毒一体池5中过滤区的处理能力以及效率，且连接消毒区出水的出水孔二11深入升流式沉淀过滤消毒一体池5外部污水中与从好氧处理池4中处理的污废水在外部曝气管道29的曝气搅拌作用下混合，再次进入升流式沉淀过滤消毒一体池5中进行处理，此种设计方法再次提高污水的处理效率，消毒区位于升流式沉淀过滤消毒一体池5的上部，污水可进行多次消毒，达到高效消毒处理效果，其中且出水孔二11为50mmUPVC，外部曝气管道29为20mmUPVC。

进一步的本装置在升流式沉淀过滤消毒一体池5中设置外部曝气管道29和内部曝气管道30，分别对进入升流式沉淀过滤消毒一体池5中的污水和位于升流式沉淀过滤消毒一体池5外部的混合液进行曝气处理，均起到搅拌作用，提高处理效率，同时减少设备建设成本升流式沉淀过滤消毒一体池5的顶部设置沉淀过滤消毒检修口34，易于维护运行。

进一步的如图3所示，罐体1外部连接有电气控制系统组件41，电气控制系统组件41内部设置有曝气风源机42，其中曝气风源机42通过连接管与位于厌氧处理池2中的曝气系统组件连通，通过电控进行曝气，进一步的电气控制系统组件41与太阳能发电系统组件电连接，通过太阳能发电系统组件为电气控制系统组件41提供电能，实现资源利用最大化，并且环保无污染。

其中太阳能发电系统组件包括太阳能光伏板43、太阳能控制器和蓄电池44，通过太阳能光伏板43将光能转化为电能储存在蓄电池44中，之后利用蓄电池44对整体装置进行供电。

进一步的电气控制系统组件41包括逆变器、PLC模块、远程控制模块、电压检测模块和电流检测模块，其中电气控制系统组件41运行原理是：首先通过逆变器将低压24V升压至220V为动力设备提供电源，其次通过PLC模块接收装置中的各个组件输入信号，进行分析，通过远程控制模块观察装置的运行情况，实现远程操作，进一步每台装置都与云平台进行连接，显示装置的具体运行情况，进一步当某台装置发生运行问题，云平台将发出警报提醒运维人员，及时解决问题，避免造成损失。

如图1所示，本发明中的复合材料模块60为采用铁、铜、锌、碳所组成的新型长方体复合材料模块，同时，由电气控制系统组件41连接蓄电池44后，向复合材料模块60提供12-48V直流电，由于复合材料模块60内存在铁碳等电化学反应物质以及铜锌等催化物质，因此在水中一定pH环境下可产生微电解反应，在微电解反应条件下，污水在铁碳两极之间会产生大量的羟基自由基，污水中的有机物在羟基自由基氧化还原作用下得以高效降解。同时铁碳微电解反应所产生的氢氧根离子会与水中氢离子中和，从而起到pH调节作用，污水通过是三复合材料模块60均会产生高效的微电解氧化还原反应，进一步去除污染物质，提高出水水质，并被调节pH以达到稳定运行目的。

本发明所为复合材料模块60提供12-48直流电采用的是太阳能发电储存于蓄电池中的直流电，铁碳两种材料在水中的电位差是1.2V左右，本发明通过增加直流电强化铁碳之间的微电解反应强度与效率。经测试，电压在12-48V条件下，复合材料模块60内微电解反应对有机物的去除率可达20-30％，由于本发明内复合材料模块60的存在以及直流电强化微电解反应，在有效降解污水中有机污染物的同时，可有效提供反应器内微生物反应活性，促进微生物的繁殖与淘汰效率，并进而提升整个污水处理过程的效率。

以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。