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处理分散生活污水一体化A/O生物滤池装置
    【技术领域】

    本发明涉及一种针对农村分散式生活污水的小型污水处理反应器装置，特别涉及一种处理分散生活污水一体化A/O生物滤池装置。

    背景技术

    我国农村生活污水且目前大多未经处理直接排入河道，严重污染水体，是造成水体富营养化的重要原因之一。因此，对农村生活污水进行处理十分必要。

    由于农村地区住户分散，污水排放面广、量大，将其收集进行集中处理需要庞大的排水管路收集系统，投资费用十分巨大，因此集中式污水处理模式不适用于处理农村分散式生活污水。而分散式污水处理模式可以克服集中式处理模式的一些不足，具有诸多优点：对污水管网系统及复杂的基础设施依赖小，受外界影响小；投资较低，建设周期短，见效快；便于水资源重复利用；适合于人口密度低的分散型污水排放源。尤其在我国，农村经济还不是特别发达，运用分散式污水处理系统可以以较低成本达到污水处理目的。

    好氧生物滤池兼有污水处理接触氧化池和给水快滤池的核心技术，具有过滤、吸附、生物降解的作用和需曝气、高过滤速度、截留悬浮物、需定期反冲洗等特点，生物处理单元之后不需再设二沉池，较一般生物处理技术处理效率更高，对有机负荷、水力负荷、温度的变化不像活性污泥法那样敏感。经多年改进，好氧生物滤池由早期的下向流(如BIOCARBONE)发展为上向流方式(即气水同向流)，比如BIOFOR、BIOSTYR、COLOX、DeepBedBIOPUR等多种形式。然而，好氧生物滤池在城市生活污水处理厂的应用目前主要分布在欧、美地区，我国的相关研究和应用相对较晚，整体落后于世界先进水平。

    针对农村分散污水处理特点，现有好氧生物滤池的技术存在以下不足：①针对农村分散式污水处理的研究和应用严重不足，已有专利和技术基本上是针对城市生活污水或者工业污水研发的；②一体化程度不高。现有一体化专利研发基本集中在一个池子(单元)内同时实现脱氮、除磷技术等方面，而将水量水质调节、沉淀等预处理过程以及污泥处理过程等游离于一体化装置之外，并没有实现真正整个污水处理系统(全过程)意义上的一体化；③电气设备较多。污水的提升、曝气、反冲洗、污泥的提升及处理等过程均需特点的电器设备，动力消耗较大；④反冲洗频率，影响处理能力及出水水质。滤池对进水中的SS及COD截留主要发生在沿着水流的方向最初的0~30cm填料层，这导致滤池内水头损失增大、甚至滤池堵塞，然而在反冲洗时，往往是针对整个滤池进行反冲洗，这样不仅不能充分利用滤池的截留能力(容量)、反冲洗频繁、用时长、用水量大，而且对已形成的生物膜破坏大，影响反冲洗后初期出水水质及系统处理能力。

    因此，针对农村分散生活污水的典型特征而进行整个污水处理系统(过程)一体化设计，在优化反冲洗过程的基础上将系统物流通过空气提升器来实现，不仅减少了电气设备，节约了能耗和投资、运行费用，还提高了处理能力和处理的稳定性。

    【发明内容】

    本发明的目的在于针对农村分散式生活污水的水质水量排放特点，提供一种处理效果好、运行稳定、投资和运行费用低、管理简便的处理分散生活污水一体化A/O生物滤池装置。

    本发明提出的处理分散生活污水一体化A/O生物滤池装置，该装置呈圆筒状结构，装置中心处竖直设有一圆筒，为初沉池7，在内、外筒体之间设置有隔墙，将其划分为调节池11、缺氧生物滤池12、好氧生物滤池1、清水池3和储泥池4；其中，缺氧生物滤池12、好氧生物滤池1以及清水池3为同心圆弧形结构；

    调节池11包括进水管10和调节池污水空气提升器9，进水管10位于调节池11池壁上部，与污水排水管道连接；调节池污水空气提升器9包含第一提升管16、第一空气喷嘴17、第一提升气管18、空气释放箱19、排气口20、出水管21、浮油浮渣挡管22和U形进水管23，提升管16及提升气管18插入调节池11中，且提升管16的上部伸入空气释放箱19中，第一提升气管18底端通过第一空气喷嘴17与第一提升管16相通，第一提升气管18上端与鼓风机48相连，出水管21一端与空气释放箱19相连，另一端与初沉池7的中心管25相连，浮油浮渣挡管22套在U形进水管23外面；调节池污水空气提升器9通过管箍24安装固定在调节池11与初沉池7间的隔墙上；

    初沉池7包括中心管25、反射板26、污泥空气提升器5以及第一出水堰27，中心管25的正下方为反射板26，第一出水堰27位于初沉池7顶部；污泥空气提升器5包含第二提升管16、第二空气喷嘴51和第二提升气管52，第二提升管50及第二提升气管52插入初沉池7中，且第二提升管50的上部与输泥管13相连，输送至储泥池4的底部。第二提升气管52底端通过第二空气喷嘴51与第二提升管50相通，提升气管52上端与鼓风机48相连；污泥空气提升器5通过管箍22安装固定在初沉池7与储泥池4间的隔墙上；第一出水堰27与缺氧生物滤池12的布水管28相连；

    缺氧生物滤池12包括布水管28、上段滤料层29、第一反冲洗水管30、第一反冲洗气管31、分段滤网32、下段滤料层33、承托层34、开孔滤板35、第二反冲洗水管36、第二反冲洗气管37和反冲洗排水溢流口38，布水管28位于缺氧生物滤池12顶部，起到均匀布水的作用；缺氧生物滤池12的滤料层通过分段滤网32分为上段滤料层29和下段滤料层33，两段滤料层均设有反冲洗气管和反冲洗水管，以实现分段、分时反冲洗，第一反冲洗水管30、第一反冲洗气管31位于上段滤料层29和下段滤料层33之间，第二反冲洗水管36、第二反冲洗气管37位于缺氧生物滤池12开孔滤板35的下部空间；开孔滤板35用于承载承托层34及下段滤料层33；反冲洗排水溢流口38位于缺氧生物滤池12与调节池11间的隔墙上部位置，高于正常液面，反冲洗废水可以自流入调节池11内；

    好氧生物滤池1包括开孔布水板39、滤料层40、承托层41、第三反冲洗气管42、第三反冲洗水管43、微孔曝气管44、空气管45、第二出水堰46和反冲洗排水溢流口47，滤料层40位于好氧生物滤池1上部，承托层41位于滤料层40下部，微孔曝气管44与空气管45布置在承托层41中；第三反冲洗气管42、第三反冲洗水管43位于好氧生物滤池1的开孔布水板滤板39的下部空间；好氧生物滤池1出水通过第二出水堰46收集排入清水池3；反冲洗排水溢流口47位于好氧生物滤池1与调节池11间的隔墙上部，高于正常液面，反冲洗废水可以自流入调节池11内；

    清水池3内设有清水空气提升器8及出水管6，回流液空气提升器8包含第三提升管53、第三空气喷嘴54和第三提升气管55，第三提升管53及第三提升气管55插入清水池3中，第三提升气管55底端通过空气喷嘴54与第三提升管53相通，第三提升气管55上端与鼓风机48相连，提升管53的末端伸至初沉池7的出水槽上面，与第三反冲洗水管43、第二反冲洗水管36、第一反冲洗水管30相连通；回流液空气提升器8通过管箍24安装固定在清水池3与好氧生物滤池1间的隔墙上；不反冲洗时，清水池3内的清水通过清水空气提升器8回流至缺氧生物滤池12进行反硝化脱氮；反冲洗时，通过清水空气提升器8提升用于反冲洗；

    储泥池4侧壁上部设有上清液溢流口2，上清液达到一定液面后可直接溢流至调节池11。

    本发明中，缺氧生物滤池12及好氧生物滤池1均可选用火山岩生物滤料或黏土陶粒滤料或页岩陶粒滤料，比如我国内蒙古淇方天-火山岩滤料、江西萍乡佳能环保公司新近开发的堆积式填料——球形轻质陶粒。

    本发明中，上段滤料层29的滤料粒径为4-7mm，下段滤料层33的滤料粒径为1-4mm。

    本发明中，滤料层40的滤料粒径为1-3mm。

    本发明中，第一提升气管18、第二提升气管52、第三提升气管55、第一反冲洗气管31、第二反冲洗气管37、第三反冲洗气管42、空气管45上均连接有空气闸阀和空气电磁阀，第一反冲洗水管30、第二反冲洗水管36、第三反冲洗水管43上均连接有出水闸阀和出水电磁阀，反冲洗废水排出口47处连接有出水电磁阀。

    与已有生物滤池技术相比，本发明的有益效果体现在：

    1一体化设计：集调节池、初沉池、缺氧生物滤池、好氧生物滤池、清水池、储泥池于一体，真正意义上实现整个污水处理系统(全过程)意义上的一体化，整体结构紧凑，简化了系统管路，节省了占地面积和加工材料，降低了成本。

    2调节池的污水提升、初沉池的污泥提升以及硝化液回流均通过空气提升器实现，好氧生物滤池的曝气、空气提升器及反冲洗用气均通过一台鼓风机来实现供应，控制容易，并极大地减少电气设备，降低投资和运行费用。

    3本发明缺氧生物滤池、好氧生物滤池以及清水池为同心圆弧形结构，布水均匀，可减少死角。

    4本发明为A/O串联生物滤池工艺，其中A段滤池采用下向流式，截污堵塞后反冲洗容易；0段采用气、液同向上升流式，不易堵塞，反冲洗周期长。

    5本发明缺氧生物滤池采用下向流式，并根据截留和去除污染物质规律，通过滤网将缺氧生物滤池滤料分为两段，上段滤料粒径较下段大，可提高滤池纳污容量，减缓堵塞。同时，两段独立设有反冲洗气、水管，可实现分段、分时反冲洗，不仅运行灵活，反冲洗水用量小，还充分利用下段滤料的截污容量，避免了反冲洗对下段滤料生物膜的破坏和过分洗脱而影响出水水质。反冲洗废水可直接从滤池侧壁上部流入调节池，操作方便。

    6本发明设置了储泥池，排泥周期较长(为半年)，便于管理。

    7本发明可实现产品化，加工及现场安装简便，土建施工量小，投资省。

    8本发明针对农村分散式污水排放特征而设计，具有高效、低耗去除有机物、脱氮等功能，运行稳定、投资运行费用小、管理简便等优点，适用于农村分散污水处理。

    【附图说明】

    图1为处理分散生活污水一体化A/O生物滤池装置俯视图。

    图2为处理分散生活污水一体化A/O生物滤池装置A-A剖视图。

    图3为处理分散生活污水一体化A/O生物滤池装置B-B剖视图。

    图4为空气提升器结构示意图，其中：a为污水空气提升器的结构示意图，b为污泥空气提升器的结构示意图，c为清水空气提升器的结构示意图。

    图5为开孔布水板，其中：a为缺氧生物滤池开孔布水板，b为好氧生物滤池开孔布水板。

    图6为缺氧池反冲洗布水、布气管详图。

    图7为好氧生物滤池布水、布气管及曝气管详图。其中：a为好氧生物滤池曝气管，b为好氧生物滤池反冲洗布气管，c好氧生物滤池反冲洗布水管。

    图8为处理分散生活污水一体化A/O生物滤池装置工艺流程图。

    图中标号：1为好氧生物滤池，2为上清液溢流口，3为清水池，4为储泥池，5为污泥空气提升器，6为出水管，7为初沉池，8为清水空气提升器，9为污水空气提升器，10为进水管，11为调节池，12为缺氧生物滤池，13为输泥管，14为集水槽排出管，15为硝化液回流管，16为第一提升管，17为第一空气喷嘴，18为第一提升气管，19为空气释放箱，20为排气口，21为出水管，22为浮油浮渣挡管，23为U形进水管，24为管箍，25为中心管，26为反射板，27为出水堰，28为布水管，29为上段滤料层，30为第一反冲洗水管，31为第一反冲洗气管，32为分段滤网，33为下段滤料层，34为承托层，35为开孔滤板，36为第二反冲洗水管，37为第二反冲洗气管，38为反冲洗排水溢流口，39为布水板，40为滤料层，41为承托层，42为第三反冲洗气管，43为第三反冲洗水管，44为微孔曝气管，45为空气管，46为出水堰，47为反冲洗排水溢流口，48为鼓风机，49为总管，50为第二提升管，51为第二空气喷嘴，52为第二提升气管，53为第三提升管，54为第三空气喷嘴，55为第三提升气管。

    【具体实施方式】

    下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

    实施例1：如图1-图8所示，本发明提出的处理分散生活污水一体化A/O生物滤池装置为圆筒状结构，有效高度为1.3m，超高0.2m，总高1.9m，直径为1.8m。装置中心处为一个小圆筒，设为竖流式初沉池7，在内、外筒体之间设置有隔墙，从空间上将装置划分为调节池11、初沉池7、缺氧生物滤池12、好氧生物滤池1、清水池3和储泥池4，面积比为1∶2∶6∶9.2∶12.2∶19。其中，缺氧生物滤池12、好氧生物滤池1以及清水池3为同心圆弧形结构。

    调节池11包括进水管10、调节池污水空气提升器9。其中，进水管10位于调节池11的池壁上部，与污水排水管道连接；调节池污水空气提升器9包含第一提升管16(管径为32mm)、第一空气喷嘴17、第一提升气管18(管径为15mm)、空气释放箱19、排气口20、出水管21(管径为50mm)、浮油浮渣挡管22(管径为70mm)、U形进水管23(管径为32mm，进水口距池底高度为0.4m)。其中，第一提升管16及第一提升气管18部分置于调节池11中，出水管21与初沉池7的中心管25相连，第一提升气管17与鼓风机48相连，通过进气流量来控制提升液流量。调节池空气提升器9通过管箍24安装固定在调节池11与初沉池7间的隔墙上距墙顶0.3m处。

    初沉池7包括中心管25(管径为50mm)、反射板26(底面直径为70mm)、污泥空气提升器5以及第一出水堰27，第一出水堰27可以采用三角堰形式，堰高、堰宽均为20mm，其出水槽宽40mm。其中，初沉池7为圆形竖流式沉淀池结构；污泥空气提升器5包含第二提升管50、第二空气喷嘴51、第二提升气管52。其中，第二提升管50及第二提升气管52部分置于初沉池7中，且第二提升管50的上部与输泥管13(管径为32mm)相连，输送至储泥池4的底部，管口距储泥池4池底0.1m。第二提升气管52底端的第二空气喷嘴51与第二提升管50相通，第二提升气管52上端与鼓风机48相连。污泥空气提升器5通过管箍24安装固定在初沉池7与储泥池4间的隔墙上距墙顶0.3m处；第一出水堰27与缺氧生物滤池12的布水管28相连。

    缺氧生物滤池12包括布水管28(干管管径为32mm，支管管径为15mm，开孔孔径为8mm)、上段滤料层29、第一反冲洗水管30(干管管径25mm，支管管径为15mm，开孔孔径为8mm)、第一反冲洗气管31(干管管径20mm，支管管径为15mm，开孔孔径为8mm)、分段滤网32(为不锈钢材质)、下段滤料层33、承托层34(高15cm，滤料粒径为15～20mm)、开孔滤板35(开孔孔径为8mm，孔距为30mm)、第二反冲洗水管36(干管管径25mm，支管管径为15mm，开孔孔径为8mm)、第二反冲洗气管37(干管管径20mm，支管管径为15mm，开孔孔径为8mm)、反冲洗排水溢流口38(孔径为50mm)。其中，布水管28位于缺氧生物滤池12的顶部，起到均匀布水的作用；缺氧生物滤池12滤料层通过分段滤网32分为两段，上段滤料层29的滤料粒径为4-7mm，厚度25cm，下段滤料层33的滤料粒径为1-4mm，厚度50cm，两段滤料层均设有各自独立的反冲洗气管、反冲洗水管，以实现分段、分时反冲洗；开孔滤板35用于承载承托层34及下段滤料层33，在池壁的底部浇筑凸缘，用以支撑滤板。反冲洗排水溢流口38位于缺氧生物滤池12与调节池11间的隔墙上部位置，中心距墙顶12cm，高于正常液面，反冲洗废水可以自流入调节池11内。

    好氧生物滤池1包括开孔布水板39(开孔孔径为8mm，孔距为30mm)、滤料层40、承托层41、第三反冲洗气管42(干管管径20mm，支管管径为15mm，开孔孔径为8mm)、第三反冲洗水管43(干管管径25mm，支管管径为15mm，开孔孔径为8mm)、微孔曝气管44(孔径为15mm，开孔孔径为4mm，孔距为20mm)、空气管45(孔径为20mm)、第二出水堰46(其出水槽宽50mm)、反冲洗排水溢流口47(孔径为50mm)。其中，滤料层40的滤料粒径为1-3mm，厚度75cm，承托层厚度为15cm，粒径为15～20mm；微孔曝气管44与空气管45布置在承托层40中，反冲洗气管42、反冲洗水管43；好氧生物滤池1出水通过第二出水堰46收集排入清水池3；反冲洗排水溢流口47位于好氧生物滤池1与调节池11间的隔墙上部位置，距墙顶20cm，高于正常液面，反冲洗废水可以自流入调节池11内。

    清水池3内设有清水空气提升器8及出水管6(管径为40mm)。其中，回流液空气提升器8包含第三提升管53、第三空气喷嘴54、第三提升气管55和出水管21(管径为32mm)。其中，第三提升管53及第三提升气管55部分置于清水池3中，第三提升气管18底端的第三空气喷嘴17与第三提升管16相通，第三提升气管18上端与鼓风机48相连。第三提升管16的末端伸至初沉池7的出水槽上面，与第三反冲洗水管43、第二反冲洗水管36、第一反冲洗水管30相连通。回流液空气提升器8通过管箍24安装固定在清水池3与好氧生物滤池1间的隔墙上距墙顶0.3m处。不反冲洗时，清水池3内的清水通过清水空气提升器8回流至缺氧生物滤池12进行反硝化脱氮；反冲洗时，亦通过清水空气提升器8提升用于反冲洗。

    储泥池4侧壁上部设有上清液溢流口2(孔径为40mm，距侧壁顶部15cm)，上清液达到一定液面后可直接溢流至调节池11。

    缺氧生物滤池12及好氧生物滤池1均可选用火山岩生物滤料，或黏土陶粒滤料、页岩陶粒滤料以及我国江西萍乡佳能环保公司新近开发的堆积式填料——球形轻质陶粒。

    进水流量为1m³/d，BOD₅为180-220mg/L，氨氮为30-50mg/L，硝酸盐氮为1.0-3.0mg/L，SS为130-170mg/L。出水水质：BOD为15-25mg/L，氨氮为3-6mg/L，SS为15-25mg/L。

    本发明的工作过程如下：

    (1)生活污水(生活灰水、雨水及经过化粪池的污水)通过排水管道及进水管10自行流入调节池11，调节池11主要起到调节水质、水量的作用。调节池11进水到达一定水位后，启动污水空气提升器9将污水提升至初沉池7。

    调节池11的污水提升装置不采用传统的污水提升泵，而采用一种新型设计装置一空气提升器，它的特殊结构使其兼具提升污水、隔油等多重作用，这可以防止浮油对后续处理单元的影响。

    (2)在初沉池7中，污水首先从中心管25下流经反射板26反射后从其四周流出后均匀地分布于整个沉降区中，并缓慢向上流动，经过澄清后的上清液从设置在池壁顶端的第一出水堰27流出，再通过与其出水槽联通的缺氧生物滤池布水管28流入缺氧生物滤池12，并可均匀布水。

    (3)在缺氧生物滤池12中，污水自上而下依次流经其上段滤料层31、下段滤料层33、承托层34，达到脱氮的目的，最后从缺氧生物滤池12底部进入好氧生物滤池1的底部。缺氧生物滤池12的上下两段滤料层实行分段、分时反冲洗，其中上层反冲洗周期为一天，下层为四天。冲洗下层滤料时顺带冲洗上层滤料，因此此时不用单独反冲洗上层滤料。反冲洗上层滤料时，先只开启第一反冲洗气管31上的空气闸阀和空气电磁阀，其它阀门全部关闭，单独气洗3min后，再开启第三提升气管55上的空气闸阀和空气电磁阀、第一反冲洗水管30上的出水闸阀和出水电磁阀，气水联合冲洗5min后，再关闭第一反冲洗气管31上的空气闸阀和空气电磁阀，单独水洗3min。反冲洗废水从反冲洗排水溢流口38自流入调节池11内。反冲洗下层滤料时，先只开启第二反冲洗气管37上的空气闸阀和空气电磁阀，其它阀门全部关闭，单独气洗3min后，再开启第三提升气管55上的空气闸阀和空气电磁阀、第二反冲洗水管36上的出水闸阀和出水电磁阀，气水联合冲洗5min后，再关闭第二反冲洗气管37上的空气闸阀和空气电磁阀，单独水洗3min。反冲洗废水从反冲洗排水溢流口38自流入调节池11内。

    (4)在好氧生物滤池1中，污水先从其底部自下而上依次流经布水板39、承托层40、滤料层41，达到降解有机物和硝化的目的，处理后出水从缺氧生物滤池12顶部的第二出水堰46进入集水槽，最后从集水槽排出管14进入清水池(此时集水槽排出管14上的出水电磁阀呈开启状态)。正常运行时，开启空气管45上的空气闸阀和空气电磁阀，空气通过空气管45、微孔曝气管44进入好氧生物滤池内，提供好氧环境。反冲洗时，先只开启第三反冲洗气管42上的空气闸阀和空气电磁阀，其它阀门全部关闭，单独气洗3min后，再开启反冲洗排水溢流口47处的反冲洗废水排出电磁阀、第三提升气管55上的空气闸阀和空气电磁阀、第三反冲洗水管43上的出水闸阀和出水电磁阀，气水联合冲洗5min后，再关闭第三反冲洗气管42上的空气闸阀和空气电磁阀，单独水洗3min。反冲洗废水从反冲洗排水溢流口47自流入调节池11内。

    (5)在清水池3中，正常运行时，一部分清水通过清水空气提升器8提升回流至缺氧生物滤池12进行反硝化脱氮(回流比一般为2)，此时第三提升气管55上的空气闸阀、空气电磁阀、硝化液回流管15上的出水电磁阀呈开启状态，另一部分通过出水管6排出池外；反冲洗时，硝化液回流管15上的出水电磁阀呈关闭状态，第三提升气管55上的空气闸阀和空气电磁阀呈开启状态，清水通过清水空气提升器8提升用于反冲洗。

    (6)初沉池7中的污泥空气提升器5与储泥池4中的输泥管13相联通，污泥通过污泥空气提升器5提升至储泥池4。储泥池4侧壁上部设有上清液溢流口2，上清液达到一定液面后可通过上清液溢流口2直接溢流至调节池11。排泥周期为半年，污泥运输至相关处理单位集中处理。