汙水源汙處理系統及處理方法
2023-09-18 11:27:45
專利名稱：汙水源汙處理系統及處理方法
技術領域：
本發明涉及汙水處理技術領域，具體涉及一種對生活汙水進行處理的汙水處理系統和處理方法。
背景技術：
目前，人類活動產生的汙水處理已發展到小區化糞池初級處理排放水通過城市汙水引流管網到汙水處理廠的集中式汙水處理體系，處理達標後向江河排放。但由於集中式汙水處理體系設施建設投入巨大，不僅給相關企業造成沉重的建設投入壓力，其大規模的市政建設也形成了政府沉重的財政負擔，且由於集中式汙水處理體系設施建設所形成的巨大財政壓力和浩大的工程量使城市環境保護設施建設始終跟不上城市建設發展。而這種集中式的汙水處理體系由於汙水的過量集中，在引流幹網巨大的建設投入的同時，也使汙水處理出水水質達標度的提高變得極其困難。現有的集中式處理體系包括以下缺陷1)汙源處利用化糞池、沼氣池簡單的過濾處理形成長時間的水力停留增加了水體有機物的腐敗度和腐敗物溶解度；2)化糞池、沼氣池過流水體造成大量的熱量損失及厭氧生物菌群密度降低，影響有機物生物轉化效率；3)不能有效利用綠地資源進行生態循環式的水處理；4)集中處理法的設施體系建設複雜，投入巨大，設施運行基本無回報，運行維護費用高，無法建立有效的效益經濟循環體系；5)集中處理法的設施建設需要集中的、大量的一次性資金投入，除國家政策性的地市級以上財政投入外，鄉鎮街道地方政府及企業無建立完整處理系統建設的財政投入能力；6)城市汙水處理廠佔地大，設備要求高，出水水質達標困難；7)汙水引流的城市管網系統與其它城市管網建設相互交錯、幹涉，成為城市建設的技術難點；8)城市汙水處理廠遠離市區，遠距離的汙水引流不僅增加了引流管網的建設投入，同時也增加了處理後淡水資源循環利用的難度。
發明內容
有鑑於此，為了解決上述問題，本發明公開了一種源汙處理系統，可在汙水產生的源汙處設立局域單元式的低投入，高效率的汙水生態循環處理系統，從而基本達到零排放要求。本發明的目的是這樣實現的汙水源汙處理系統，包括汙水引流幹路管；源汙水引流支管，用於將汙水引入分流井；分流井，包括由分流井壁圍繞成的分流井腔體，所述分流井壁上設置有汙水幹路弓丨入管接口、汙水幹路排放管接口，分流井壁上部設置有源汙水引入管口和溢水口，所述源汙水引流支管通過源汙水引入管口與分流井腔體連通；所述分流井包括至少兩級，上一級分流井的汙水幹路排放管接口與下一級分流井的汙水幹路引入管接口通過汙水引流幹路管連通；水處理溼地，所述水處理溼地的入水口與分流井的溢水口連通，對溢水口溢出的水進行淨化處理；消化池，設置於汙水引流幹路管末端，用以容納汙水引流幹路管排出的濃縮汙水漿，對汙水漿進行厭氧菌發酵，產生沼氣。進一步，當分流井分布在坡地時，汙水引流幹路管管徑小於源汙水引流支管管徑， 當分流井分布在平地時，汙水引流幹路管管徑小於或等於源汙水引流支管管徑。進一步，當汙水處理分流井多級分布在平地時，沿水流方向，各級分流井腔體依次加深。進一步，所述汙水引流幹路管中還分布有蓄水式分流井，所述蓄水式分流井的分流井腔體一側還設置有過濾井腔和蓄水井腔，分流井腔體與蓄水井腔之間通過過濾井腔連通；分流井腔體與過濾井腔之間的井壁為空心磚砌成，過濾井腔與蓄水井腔之間的隔斷壁上部採用充氣混凝土磚砌成、底部採用小孔空心磚砌成，過濾井腔上部填充碳渣，下部填充過濾砂，蓄水井腔底部填充礫石。進一步，所述水處理溼地包括潛流帶、植被種植層、阻水粘土層、截流導向潛流溝和蓄水池，所述潛流帶與分流井的溢水口相連，潛流帶中填充過濾材料，溝上覆蓋植被種植層，潛流帶下部是阻水粘土層；所述截流導向潛流溝設置於植被種植層的一端，截流導向潛流溝與溼地中的蓄水池連通。進一步，所述水處理溼地設置有一級或多級，在末級水處理溼地末端設置蓄水池， 末級水處理溼地的蓄水池與淨水系統連通。進一步，所述消化池包括集汙腔室、設備腔室、儀表腔室和消化腔室，所述集汙腔室的位置低於末級分流井，集汙腔室通過管道與末級分流井的汙水幹路排放管接口連通， 所述設備腔室內設置有集汙轉移泵，所述集汙轉移泵的進管與集汙腔室連通，出管與位於消化腔室上腔室的汙物入口連通，所述消化腔室由一傾斜的隔板分割為上下腔室，所述隔板的最低端設置有兩個連通口。進一步，所述設備腔室內還設置有池料循環泵，所述池料循環泵的進管與消化腔室的下腔室連通，循環泵的出管與位於消化腔室上腔室的入口連通。本發明還公開了一種汙水源汙處理方法，包括如下步驟1)採用分散式處理方式，在各聚居點分別建設汙水源汙處理系統；2)在汙水引流幹路管路中的匯入節點設置分流井，將汙水通過源汙水引流支管引入分流井，分流出部分水體，通過水處理溼地對分流出的水體進行淨化，分流掉部分水體的汙水濃縮為汙物漿；3)將所述汙物漿進行厭氧菌生物發酵處理，產生沼氣。進一步，步驟2)中，設置多級分流井，對汙水進行多次分流濃縮。。本發明的有益效果如下1)源汙水在極短的水力停留時間內實施水、汙分離，汙水中99%以上低汙染度源
5汙水體被分流井過濾分流於溼地處理，分流井分流的低汙染度水體處理回歸於可控的人工溼地生態平衡處理狀態；2)小流量、高濃度汙水的形成有利於使用泵動力實施低能耗轉移，在極大降低能源消耗的同時有效克服平原地區普遍存在的汙水處理過程流動落差不足現象所發生的流動難問題；3)消化池池料採用泵動力進行間歇、定時、周期性泵循環攪動，在提高有機汙物生物轉化率、轉化速率及穩定沼氣輸出氣壓的同時為池渣依靠排渣管自動清除提供了方便；4)由於原生汙水中僅有1 %左右的有機汙物汙水漿進入消化池，使源汙生化處理設施的有效容積率得到大幅度提高，從而在確保設施建設質量的同時降低了目標工程在環保項目建設的投入；5)水處理溼地處理後的出水按水質分級存貯有效提高了水資源的循環利用的適用範圍，降低了水資源循環利用設施建設投入成本；6)封閉的局域式生態平衡循環處理的零排放單元的集合效果將逐步取代以城市汙水處理廠為核心，以城市大型汙水管網系統、小區聚居點化糞池為支撐的現行城市汙水處理體系，現行城市汙水處理體系建設的取消不僅減輕了國家城市建設投入負擔，也為城市建設規劃消除了重要的技術障礙。
為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述圖1示出了汙水源汙處理系統結構示意圖2示出了分流井平面結構示意圖3示出了圖2的A-A剖面示意圖4示出了圖2的B-B剖面示意圖5示出了深腔分流井結構示意圖6示出了深腔分流井結構示意圖7示出了末級分流井的結構示意圖8示出了水處理溼地平面結構示意圖9示出了水處理溼地剖面結構圖10示出了蓄水池及周邊環境的結構示意圖11示出了圖10的A-A剖面示意圖12示出了淨水系統的結構示意圖13示出了消化池橫向剖面示意圖14示出了消化池縱向剖面示意圖
圖15示出了消化池中池料循環結構的局部剖面示意圖16示出了消化池中下腔室與集氣腔連通結構的局部剖面示意圖
圖17示出了消化池中集汙腔與集氣腔連通結構的局部剖面示意圖。
具體實施方式
以下將對本發明的優選實施例進行詳細的描述。參見圖1，本實施例的汙水源汙處理系統，包括汙水引流幹路管1、源汙水引流支管2、分流井3、消化池4、水處理溼地5和淨水系統6。參見圖2、3、4，所述分流井，包括由分流井壁206圍繞成的分流井腔體204，所述分流井壁206主體由磚砌成，所述分流井壁206底部的兩側設置有汙水幹路引入管接口 201、 汙水幹路排放管接口 202，分流井壁206上部的井蓋207下方設置有源汙水引入管口 203和溢水口 205，所述源汙水引流支管通過源汙水引入管口 203與分流井腔體204連通，將未處理過的汙水引入分流井，分流井腔體204通過汙水幹路引入管接口 201、源汙水引入管接口 203進行汙水引入匯流，通過汙水幹路排放管接口 202連接汙水幹路排放管到下一級分流井進行汙水排放，通過溢水口 205進行水體分流。溢水口 205由小孔空心磚構成，並與水處理溼地的潛流帶連通。在平地小落差地理環境的引流管路中，分流井井腔深度隨管路的延伸依次遞增， 形成各級分流井井底落差，汙水引流幹路管採用相對大於坡地引流幹路管的管徑，避免汙水低壓差流動形成沉澱堵塞，同時也加大了管路的沉澱容量，源汙水匯入口與溢水口同設置在腔蓋下確保了源汙水在最短的水力停留時間內進行水體分流。增加了井腔深度的分流井稱為深腔分流井，參見圖5、6。而普通的淺腔分流井適用於坡地大落差地理環境中汙水弓丨流管網系統使用，其汙水幹路排放口採用小口徑(Dm 10mm)，源汙水引入口採用大口徑 (Dmeomm)，利用坡地落差壓力幹路滿管排放汙水中的水、固混合物，利用小管徑的阻水性實施水體分流。參見圖7，蓄水式分流井是在分流井的一側設置有蓄水井307和過濾腔306，分流井的井壁由小孔空心磚砌成，可以將水滲入過濾腔306，過濾腔306上部填充粗粒度碳渣， 下部填充過濾砂，蓄水井307與過濾腔306的隔牆310採用良好滲水性充氣混凝土磚砌成，。其分流井腔體204和蓄水腔307由過濾腔306分隔，進入分流井腔體204的汙水水體經過濾腔306過濾後進入蓄水腔307，分流井腔體204的汙水引入口 201 口徑160mm，汙水漿排放口 202 口徑110mm，分水腔壁305小孔空心磚砌築，過濾腔306過濾材料上部粗粒度碳渣填充，蓄水腔307底部為過濾砂309，分流井腔體204與過濾腔306之間的井壁301 由小孔空心磚砌成，蓄水腔307與過濾腔306隔牆310採用良好滲水性充氣混凝土磚。蓄水腔的蓄水採用泵動力轉移，當蓄水腔蓄水轉移時水位降低形成的水壓差使汙水引流幹路管中的汙物沉澱流動性提高，蓄水腔水泵308將汙水引至水處理溼地進行處理。參見圖8、9，所述水處理溼地，作用是對分流井分流出水體利用植被和土壤進行生態還原式的淨化處理，水處理溼地是具有水淨化處理功能的綠化地，所述水處理溼地包括潛流帶401、植被種植層402、阻水粘土層403、截流導向潛流溝405和蓄水池405，分流井3 分布在水處理溼地內，汙水引流幹路管1、源汙水引流支管2與分流井3連通，所述潛流帶 401與分流井3的溢水口相連，潛流帶中401填充過濾材料，溝上覆蓋植被種植層402，潛流帶401下部是阻水粘土層403 ；所述截流導向潛流溝405設置於植被種植層402的一端，截流導向潛流溝405與蓄水池409連通。當汙水引流幹路管、原生汙水引流支管排入分流井的合流量大於分流井出水幹管的出水量時，分流井內的水可由溢水口溢出，溢出水經水處理溼地的潛流帶401過濾擴散滲流於植被種植層402，滲流水流經無落差平地溼地時，可形成水的地表漫流暴氧帶406，漫流水流經坡度落差牆時可形成暴氧水簾407，截流導向潛流溝405可將經溼地處理後的水引流於砂濾井408精過濾後進入蓄水池409。參見圖10、11，所述蓄水池包括蓄水腔502，所述蓄水腔502通過進水口 501與池邊的砂濾井407連通，通過出水管503出水，通過排淤管506排淤，出水管503、排淤管506 均設置在蓄水池牆體內，出水管503是蓄水池循環用水的出水管，排淤管506排放的淤水作為小區綠化用水。所述淨水系統，用於對水處理溼地處理後的水體進行進一步淨化，參見圖12，蓄水池409的側壁下部有由沙磚或其他滲水性好的物體做成的滲水過濾牆601，滲水過濾牆601 的另一側為清水井604，清水井604中設置有超濾膜淨水設備605，超濾膜淨水設備605的出水口通過反滲透動力泵606與反滲透膜淨水設備608的入水口連通，反滲透膜淨水設備 608的出水口與直飲水儲水罐609的入水口連通。為消除異味或做進一步殺菌處理，可在清水井604中設置加藥管610，為排出清水井604中的沉澱，還可設置一排汙管602。參見圖12-圖17，所述消化池，用於存儲、並進行生物消化分流井排出的汙物漿， 對汙物進行生物厭氧發酵轉化產生沼氣。所述消化池包括設備腔室804、儀表室805、集汙腔室803和消化腔室，所述集汙腔室803的位置低於末級分流井，集汙腔室803通過管道 802與末級分流井的汙水幹路排放管接口連通，所述消化腔室由一傾斜的隔板830分割為上腔室801和下腔室828，所述隔板830距汙物漿入口較近的一端高於距汙物入口較遠的一端，隔板830的最低一端設置有連通上下腔室的連通口 825。所述設備腔室804內設置有集汙轉移泵810，所述集汙轉移泵810的進管與集汙腔室803連通，出管與位於消化腔室上腔室801的汙物入口 812連通，集汙轉移泵810將集汙腔室803中的汙物轉移到消化腔室上腔室801，汙物在重力作用下，沿隔板830滑動，由連通口 825進入下腔室828 ；所述設備腔室804內還設置有池料循環泵817，所述池料循環泵817的進管與消化腔室的下腔室連通， 池料循環泵817的出管與位於消化腔室上腔室的入口連通，通過汙物的泵循環可使汙物中阻留的沼氣泡快速溢出，極大的提高沼氣氣壓和發酵效率。為穩定沼氣輸出壓力，消化腔室上腔室801中設置有一穩壓腔823，穩壓腔在隔板830的最低端設置有與下腔室828的連通口 824，所述穩壓腔由牆體與消化腔室上腔室801隔離，上腔室801除穩壓腔823的其它部分可稱為集氣腔822，穩壓腔823與集氣腔822之間的牆體下部由透氣性良好的磚砌成，形成透氣部827，穩壓腔823頂部設置有上清水溢出口 829，溢出口 829用充氣混凝土磚覆蓋， 充氣混凝土磚上覆蓋種植土層，消化腔室上腔室801沼氣壓增加至一定值時，穩壓腔823中上清水由上清水溢出口 829滲流溢出於溼地中，此時消化池內沼氣壓增速降低，沼氣壓將消化池液面壓低至透氣部827高度時，沼氣由透氣部827洩放於穩壓腔室產生氣泡從穩壓腔室液面溢出使消化池沼氣壓不再上升；當沼氣壓因輸出使其壓力降低時，穩壓腔823內上清水由連通口 824回流於下腔室828，使沼氣壓降低的速率變緩，而當沼氣壓降低到一定值時，沼氣壓力傳感器的低壓力信號啟動集汙轉移泵810和池料循環泵817，通過積汙腔的物料轉移填充、消化池物料循環提高產氣率，穩定沼氣輸出壓力。下腔室828和集汙腔803 的上部分別通過透氣管道834、831與集氣腔822連通，集氣腔822內的沼氣通過沼氣輸出管837經由儀表室805內安裝的沼氣止回閥、沼氣輸出壓力傳感器、沼氣輸出流量計、沼氣輸出壓力調節器等儀表設備然後輸出。在設備腔室內的池料循環管道上設置三通連接池料循環管出管和排渣管及管閥，排渣管及管閥用於排渣。池料循環泵根據沼氣輸出壓力傳感器獲取的壓力信號進行運行控制，當沼氣輸出壓力過低時壓力信號開啟池料循環泵，當沼氣輸出壓力過高時壓力信號關閉池料循環泵。本發明的汙水源汙處理方法是以人類聚居區為單元建立局域的循環式生態還原淨化的源汙處理系統，以達到完全的汙水零排放效果的目標單元群的集合逐步替代現行 「大、集中」的汙水管網和汙水處理廠組成的汙水處理系統，該方法包括如下步驟1)合理利用地理環境條件在各聚居點以單個居民小區或多個居民小區組合為局域單元，各局域單元分別建設汙水源汙處理系統；2)在汙水引流幹路管路中的匯入節點設置分流井，全面替代現行的樓棟單元源汙水匯流檢查井，將汙水通過源汙水引流支管引入分流井，分流出部分水體，通過水處理溼地對分流出的水體進行淨化，分流掉部分水體的汙水濃縮為汙物漿；可設置多級分流井進行多次分流濃縮；坡地引流管網中採用引流幹路管小管徑，源汙水匯入大管徑的方式確保引流幹路管始終處於滿管引流、分流井處於有水可分的水、汙分流狀態；平地小落差環境的引流管網中採用腔深度逐步增加的分流井深作為汙水匯集節點，以大於或相當於坡地引流幹路管徑的設置在提高其沉澱無阻塞流動的同時增加沉澱容積量；以蓄水式分流井濾出水泵轉移的方式提高汙水沉澱在引流幹路管的流動效果；所述水處理溼地以窄帶結構的潛流帶、阻水粘土帶、過濾材料填充的截流導向潛流溝、水簾暴氧牆、景觀水系的有機組合建設具有水處理功能的水處理溼地，在水處理溼地中，利用窄帶結構的潛流帶將分流井分出的分流水大面積引流於溼地淺層地表下的植物根系層進行有機物的植被吸收水處理，利用粘土帶水的弱滲透性阻水抬高地表水位形成超薄水體地表暴氧，利用水簾暴氧牆、景觀水系提高水體暴氧度，利用由過濾材料填充的截流導向潛流溝對溼地處理後水進行有嚮導流並防止水體的有害漫流；所處理溼地淨化後的水還可通過淨水系統進行低能耗的淨化處理生產直飲水；3)將所述汙物漿在消化池中進行厭氧菌生物發酵處理，產生沼氣；所述消化池中設置集汙腔及泵動力定量轉移方式大幅度提高進入生物消化裝置消化腔的有機汙物濃度， 從而提高生物消化裝置的有效容積並以最小的過流效果提高生物消化腔的環境溫度；利用穩壓腔的水位變化實現無能耗沼氣穩壓；利用池料循環泵對生物消化裝置消化腔池料進行泵動力循環，以物料循環流動攪動替代傳統的機械式攪動；利用沼氣壓力智能控制儀表提取的沼氣壓回差電訊號控制循環泵的運行狀態，在達到物料循環流動提高有機物生物轉化效率目的的同時有序控制沼氣微粒泡釋放的密度時段，從而穩定集氣室的輸出氣壓。以上所述僅為本發明的優選並不用於限制本發明，顯然，本領域的技術人員可以對本發明進行各種改動和變型而不脫離本發明的精神和範圍。這樣，倘若本發明的這些修改和變型屬於本發明權利要求及其等同技術的範圍之內，則本發明也意圖包含這些改動和變型在內。
權利要求
1.汙水源汙處理系統，其特徵在於包括汙水引流幹路管；源汙水引流支管，用於將汙水引入分流井；分流井，包括由分流井壁圍繞成的分流井腔體，所述分流井壁上設置有汙水幹路引入管接口、汙水幹路排放管接口，分流井壁上部設置有源汙水引入管口和溢水口，所述源汙水引流支管通過源汙水引入管口與分流井腔體連通；所述分流井包括至少兩級，上一級分流井的汙水幹路排放管接口與下一級分流井的汙水幹路引入管接口通過汙水引流幹路管連通；水處理溼地，所述水處理溼地的入水口與分流井的溢水口連通，對溢水口溢出的水進行淨化處理；消化池，設置於汙水引流幹路管末端，用以容納汙水引流幹路管排出的濃縮汙水漿，對汙水漿進行厭氧菌發酵，產生沼氣。
2.如權利要求1所述的汙水源汙處理系統，其特徵在於當分流井分布在坡地時，汙水引流幹路管管徑小於源汙水引流支管管徑，當分流井分布在平地時，汙水引流幹路管管徑小於或等於源汙水引流支管管徑。
3.如權利要求2所述的汙水源汙處理系統，其特徵在於當汙水處理分流井多級分布在平地時，沿水流方向，各級分流井腔體依次加深。
4.如權利要求3所述的汙水源汙處理系統，其特徵在於所述汙水引流幹路管中還分布有蓄水式分流井，所述蓄水式分流井的分流井腔體一側還設置有過濾井腔和蓄水井腔， 分流井腔體與蓄水井腔之間通過過濾井腔連通；分流井腔體與過濾井腔之間的井壁為空心磚砌成，過濾井腔與蓄水井腔之間的隔斷壁上部採用充氣混凝土磚砌成、底部採用小孔空心磚砌成，過濾井腔上部填充碳渣，下部填充過濾砂，蓄水井腔底部填充礫石。
5.如權利要求1所述的汙水源汙處理系統，其特徵在於所述水處理溼地包括潛流帶、 植被種植層、阻水粘土層、截流導向潛流溝和蓄水池，所述潛流帶與分流井的溢水口相連， 潛流帶中填充過濾材料，溝上覆蓋植被種植層，潛流帶下部是阻水粘土層；所述截流導向潛流溝設置於植被種植層的一端，截流導向潛流溝與溼地中的蓄水池連通。
6.如權利要求5所述的汙水源汙處理系統，其特徵在於所述水處理溼地設置有一級或多級，在末級水處理溼地末端設置蓄水池，末級水處理溼地的蓄水池與淨水系統連通。
7.如權利要求1至6中任一項所述的汙水源汙處理系統，其特徵在於所述消化池包括集汙腔室、設備腔室、儀表腔室和消化腔室，所述集汙腔室的位置低於末級分流井，集汙腔室通過管道與末級分流井的汙水幹路排放管接口連通，所述設備腔室內設置有集汙轉移泵，所述集汙轉移泵的進管與集汙腔室連通，出管與位於消化腔室上腔室的汙物入口連通， 所述消化腔室由一傾斜的隔板分割為上下腔室，所述隔板的最低端設置有兩個連通口。
8.如權利要求7所述的汙水源汙處理系統，其特徵在於所述設備腔室內還設置有池料循環泵，所述池料循環泵的進管與消化腔室的下腔室連通，循環泵的出管與位於消化腔室上腔室的入口連通。
9.汙水源汙處理方法，其特徵在於包括如下步驟1)採用分散式處理方式，在各聚居點分別建設汙水源汙處理系統；2)在汙水引流幹路管路中的匯入節點設置分流井，將汙水通過源汙水引流支管引入分流井，分流出部分水體，通過水處理溼地對分流出的水體進行淨化，分流掉部分水體的汙水濃縮為汙物漿；3)將所述汙物漿進行厭氧菌生物發酵處理，產生沼氣。
10.如權利要求9所述的汙水源汙處理方法，其特徵在於步驟2)中，設置多級分流井，對汙水進行多次分流濃縮。
全文摘要
本發明涉及汙水處理技術領域，具體涉及一種對生活汙水進行處理的汙水源汙處理系統和處理方法，其中汙水源汙處理系統包括汙水引流幹路管、源汙水引流支管、分流井、水處理溼地和消化池；本發明的汙水處理方法包括如下步驟採用分散式處理方式，在各聚居點分別建設汙水源汙處理系統；在汙水引流幹路管路中的匯入節點設置分流井，將汙水通過源汙水引流支管引入分流井，分流出部分水體，通過水處理溼地對分流出的水體進行淨化，分流掉部分水體的汙水濃縮為汙物漿；將所述汙物漿進行厭氧菌生物發酵處理，產生沼氣。本發明的公開的汙水源汙處理系統和方法的汙水處理過程環境無異嗅，無二次環境汙染，投入低，處理效率高，能夠達到零排放的環保要求。
文檔編號C02F3/32GK102311213SQ20111023779
公開日2012年1月11日 申請日期2011年8月18日 優先權日2011年8月18日
發明者楊欣 申請人:楊欣