糞便汙水生物處理循環回用裝置的製作方法

2023-11-07 01:21:17 5

專利名稱：糞便汙水生物處理循環回用裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於環保生物處理節水技術領域，涉及一種糞便汙水經生物降解處理、消毒淨化、過濾後實現閉路循環回用的裝置。(即在不增加補充外界新鮮水(只在啟動初期，加入少許啟動清水)的情況下，藉助於經過人工特殊馴化培養的特種微生物菌群對糞便汙水進行生物降解處理，使其水質得到淨化，再經過脫色、殺菌、過濾等步驟從而達到安全的閉路循環回用的目的。)尤其適用於不宜集中處理和有特殊要求的獨立點源產生的糞便汙水實現節水閉路循環回用。
本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是一種糞便汙水生物處理循環回用裝置，由衝水廁具、糞便收集篩分系統、生物處理系統、消毒系統、過濾系統和清潔水箱組成，以上部件通過管道依次連接。
糞便收集篩分系統為密閉箱體，內部由粗細篩網隔斷分隔成均等的若干部分，汙水流過的最後一部分內設置填料與曝氣設施。
生物處理系統包括好氧處理系統和厭氧處理系統。
好氧處理系統採用延時曝氣好氧混合接觸折流板式反應器。
厭氧處理系統採用缺氧接觸折流板式反應器。
好氧混合接觸折流板式反應器由豎直安裝的折流板將其分隔為若干隔室，隔室內裝有生物填料。
缺氧接觸折流板式反應器由豎直安裝的折流板將其分隔為若干隔室，隔室內裝有生物填料。
過濾系統由石英砂、活性炭、保安過濾器、超濾中空纖維組成。
糞便收集系統包括便器、糞便收集篩分箱體，兩者通過管道連接。糞便收集篩分箱體為密閉箱體，內部分為均等三部分，以粗細兩道篩網相隔。第三部分內設曝氣軟管、接觸填料，末端設有小型潛水提升泵。使用者排洩的糞便通過常規節水型水箱排出的衝洗水衝進接收便器收集後，依靠自流進入封閉的糞便收集篩分處理系統。內部三部分的作用各自為第一部分為糞便收集部分，負責收集糞便以及廁紙，在杜絕氧氣的厭氧環境下，糞便以及廁紙在糞便自身所含微生物以及外投專效微生物的作用下在其中完成沉降厭氧消解，大顆粒的物質以及不溶物與液相脫離在底部堆積下來，待堆積到一定程度後即形成含氮、磷豐富的有機泥底肥，通過槽車經排出口抽出收集運出。分解後的小顆粒物質以及溶解性物質通過帶隔斷的粗篩網隨水自流進入到第二部分(中間蓄存部分)，經過進一步厭氧環境的停留沉降分解後，小顆粒物質以及溶解性物質中較大顆粒的物質再次沉降下來。微細顆粒物質以及溶解性物質經過帶隔斷的細篩網自流進入到第三部分(充氧調整部分)。充氧調整部分內部設有接觸填料，底部敷設曝氣軟管，預先投加的特種好氧微生物附著在填料表面形成具有高效好氧分解作用的生物膜，當糞便汙水懸濁液進入其中後，特種微生物即利用空氣曝氣後溶解產生的溶解氧對其進行好氧接觸完全混合降解預處理。通過特種好氧微生物對於糞便汙水中有機物的好氧分解作用，可適當調整降低進入生物處理系統的有機物負荷。
糞便收集篩分系統的主要目的是對接受的糞便汙水進行粒徑篩分，減輕不溶性無機物質對後續過濾系統構成的汙染負擔並蓄積水量、對水質進行混合調整。後部調整段適當的鼓風充氧處理在起到攪拌的同時也可消除糞便固有阿摩尼亞氣味。
完成預處理的糞便汙水通過分隔隔板由設置在糞便收集篩分系統後部的潛水泵提升後經連接管道被送入生物處理系統。
生物處理系統是整個處理裝置的核心，設置為敞口的箱體，內部通過隔板分為兩部分，每一部分又各自設置一個折流板，全部箱體懸掛彈性填料，第二部分底部設有曝氣軟管，同時設有輔助回流的小型潛水泵，回流管線通入生物處理箱體的進口。每一部分的外部底部均由排放閥。因糞便汙水屬於高有機汙染負荷、高含氮的廢水，為達到循環回用目的需對其進行減量、脫氮處理。生物脫氮是在微生物的作用下，將有機氮和氨氮轉化為N2和NxO氣體的過程。其中主要包括硝化和反硝化兩個反應過程(有機氮的氨化反應很快且基本不受外界環境的影響)。因此，針對上述處理要求，生物處理系統的兩部分分為缺氧反硝化部分、好氧硝化部分。
生物處理系統缺氧反硝化處理部分是利用部分開口的缺氧接觸折流板式反應器進行工作的，即當糞便汙水進入該反應器後，沿著一系列垂直安裝的折流板，流經掛滿生物膜填料的隔室作上下流動，並進行反硝化反應。整個反應器內的水流則是以較慢的速度作水平流動。由於汙水在折流板的作用下，水流繞折流板流動而使水流在反應器內的流經總長度增加，再加之折流板的阻擋及填料的攔截和微生物菌群的吸附、沉降作用，糞便汙水生物固體負荷被有效的截留在反應器內。反硝化反應是指在缺氧的條件下，投加的專性反硝化菌可將硝酸鹽氮(NO3-)和亞硝酸鹽氮(NO2-)還原為氮氣的過程。其反應式為
該反應的實質是反硝化菌在缺氧環境條件下，利用糞便汙水進水硝酸鹽中的氧作為電子受體，汙水中的有機物作為電子供體及提供能量的碳源，得到氧化穩定的。反硝化不僅可使NO2--N、NO3--N被還原，而且還可使有機物氧化分解。
利用缺氧接觸折流板式反應器作為處理單元可無需運動部件，無需機械混合裝置，不需要特殊的氣固液三相分離器，在一個反應器內實現一體化的兩相和多相處理過程，容積利用率高。反應器可間歇方式運行，耐水力和有機負荷衝擊能力強，對有毒有害物質有較強的承受力，對微生物固體的沉降特性無特殊要求，汙泥產率低，剩餘汙泥量少，泥齡高，可長時間運行而無須排泥。為最大限度的減少裝置的排泥，缺氧接觸折流板式反應器的排泥回入糞便收集篩分系統的前部。反應器內的複雜混合水力流態使水流多次上下折流，提高了投加的汙泥微生物菌群與糞便汙水間的混合接觸，穩定了處理效果，能在高負荷條件下有效的截留汙水中的可分解的有機組分。
生物處理系統的好氧硝化部分是利用敞口的延時曝氣好氧混合接觸折流板式反應器進行工作的。經過缺氧接觸折流板式反應器處理後的糞便汙水自流進入延時曝氣好氧混合接觸折流板式反應器。反應器的隔室內部掛置填料，每個隔室底部敷設曝氣軟管。填料淹沒在廢水中，填料上長滿生物膜，廢水在與生物膜混合接觸的過程中，水中的有機物被生物膜微生物吸附、氧化分解和轉化為新的生物膜。老化的生物膜在水流作用下自動從填料上脫落。通過設置折流板形成的隔室使糞便汙水有機負荷易形成濃度梯度，從流態上創造了硝化的條件。延長的處理流程所形成的延時曝氣的狀態也有利於硝化反應進行較徹底。硝化反應是在好氧(即有氧)條件下，將NH4+轉化為NO2-和NO3-的過程，反應是由亞硝酸菌和硝酸菌兩個種屬的菌種共同作用完成的。其反應式如下
總反應式為由於延時曝氣好氧混合接觸折流板式反應器內部的填料的比表面積較大，在良好的充氧條件下，單位容積的生物固體量較高，流態上屬於完全混合，時間上屬於推流，因此對於水質水量的驟變有較強的適應能力。當反應器有機容積負荷較高時，其F/M仍保持較低水平，因此汙泥產量較低。汙泥排放可在水的自壓作用下通過排放口回流入糞便收集篩分系統的前段。為保證處理裝置具有較高的脫氮效率，設置在延時曝氣好氧混合接觸折流板式反應器後部的潛水泵將部分硝化出水回流到缺氧接觸折流板式反應器的入口段，進行反硝化處理。
生物處理箱體的出水通過連接管道自流入消毒分離系統。消毒分離系統為密閉式箱體，內部分為三個部分加藥段、分離段、儲水段。以帶缺口的隔斷分隔。加藥段頂部設有固定支撐，加藥罐固定於進水口處，攪拌器固定於中心點；分離段底部設有斜板，上部固定纖維氈；儲水段內設有小型潛水泵。分離段的底部有排渣閥門，以管道連通於糞便收集箱體的進口。生物降解處理後的糞便汙水自流進入消毒分離部分的加藥段，其中固定在水下的加藥攪拌器連續運轉，使從上部藥劑儲罐內連續自卸出的藥劑和糞便汙水充分混合。加入的藥劑為不飽和次氯酸，它在確保殺滅微生物和部分致病菌淨水的同時也具有深度脫氮的作用。加藥段出水經隔板從底部進入分離段。分離段的下部為斜板沉降，上部為纖維分離隔氈，經過兩級分離，保證澄清的生化處理出水自流進入儲水段。分離段的底部存渣可在水壓作用下經排出口回入糞便收集篩分系統的前部。
為進一步保證裝置處理出水的色度、濁度、滅菌安全度符合最終使用要求和排放標準，經消毒分離處理後的儲水段出水通過輸送泵被送入由石英砂過濾器、活性炭吸附過濾器、保安過濾器、超濾中空纖維過濾器組成的過濾組件。在其中利用活性炭的吸附功能完成脫色處理，利用超濾中空纖維的透過孔徑小於0.02μ的特性進行深度滅菌過濾。過濾系統在使用一定時期後需要人工對各部分進行反衝洗復生以保證其處理效率。
處理後的清潔出水被儲存在密閉的清潔水箱中。清潔水箱一端與過濾組件出水口相連，另一端與設置在水箱底部外側的管道輸送泵相連，進行清潔儲水的管道循環。當用戶點出現用水需求時，即實現糞便汙水的循環利用。
本實用新型的有益結果是實現了糞便汙水的生物處理閉路循環回用，克服了現有直排水衝廁存在的浪費大量水資源的缺點；實現了糞便汙水就地無害化、減量化、資源化，減輕了維護勞動強度，減少了汙水排放量和汙水處理負荷，可從根本上避免水環境的惡化，達到節約有限的水資源的目的。
糞便汙水生物處理循環利用裝置包括衝水廁具(1)、糞便收集儲槽(2)、糞便蓄存儲槽(3)、糞便充氧調整槽(4)、曝氣軟管(5)(14)、潛水泵(6)、粗篩網(7)、細篩網(8)、接觸填料(9)(10)(11)、缺氧接觸折流板式反應器(12)、延時曝氣好氧混合接觸折流板式反應器(13)、回流水泵(15)、加藥罐(16)、攪拌器(17)、加藥反應槽(18)、斜板(19)、分離槽(20)、纖維氈(21)、過濾水泵(22)、儲水槽(23)、石英砂過濾器(24)、活性炭過濾器(25)、保安過濾器(26)、超濾過濾器(27)、清水箱(28)、管道循環泵(29)、閥門(30)(31)(32)(33)(34)(35)(36)(37)(38)。
具體實施例衝水廁具(1)衝水後，糞便隨衝洗水順管道自流瀉入位於廁具下部的糞便收集儲槽(2)。通過粗篩網(7)初步篩分後的汙水自流進入糞便蓄存槽(3)，隨後經細篩網(8)再次篩分的汙水流入糞便充氧調整槽(4)。在其中經曝氣軟管(5)的鼓風曝氣和接觸填料(9)的共同穩定處理後汙水越過隔板由潛水泵(6)通過閥門(34)定量送出。糞便收集篩分系統三部分的容積比例為1∶1∶1，糞便汙水在糞便收集篩分系統中的停留時間應保證約在24小時左右。篩網隔出的堆積底泥通過槽車定時抽出。
糞便汙水從頂部進入缺氧接觸折流板式反應器(12)，經接觸填料(10)上附著的缺氧微生物反硝化分解後自流跌落入延時曝氣好氧混合接觸折流板式反應器(13)，在其中與接觸填料(11)上的好氧膜微生物發生硝化反應。底部的曝氣軟管(14)通入的空氣被分割成微細小氣泡。為提高系統的脫氮效率，回流水泵(15)將部分處理水送回到缺氧接觸折流板式反應器(12)的入口段，使在好氧段產生的亞硝酸根離子、硝酸根離子在缺氧環境下進一步轉化為氮氣，從系統中徹底排出。缺氧接觸折流板式反應器(12)和延時曝氣好氧混合接觸折流板式反應器(13)所產生的過量剩餘汙泥經由閥門(36)、(37)人工定時排入糞便收集篩分系統的前部入口段。
生物降解處理後的出水自流進入加藥反應槽(18)，在頂部入口段與從加藥罐(16)中自卸出的次氯酸接觸，通過攪拌器(17)的攪拌混合，約殺菌消毒。水流越過加藥反應槽(18)底部隔板進入分離槽(20)，通過斜板(19)、纖維氈(21)的兩級澄清分離，溢流進入儲水槽(23)。水流在分離槽(20)的上升流速控制在小於0.3m/s左右。儲水槽的有效容積約為最大連續3小時的進水量。分離槽(20)的底部存渣通過控制閥門(38)人工定時排入糞便收集篩分系統的前部入口段。
設置在儲水槽內的過濾水泵(22)通過閥門(33)定量的將水送入由石英砂過濾器(24)、活性炭過濾器(25)、保安過濾器(26)、超濾過濾器(27)組成的過濾系統。過濾出水與回流水的水量比例約為3∶7。過濾系統的適宜操作壓力通過調節控制出水閥門(31)、回流閥門(32)完成。
過濾後的清潔出水被儲存在清水箱(28)內。設置在清水箱(28)外底部的管道循環泵(29)將清水箱(28)內的清水源源不斷的連續抽出，通過閥門(30)送到用戶衝水廁具(1)，形成糞便汙水的閉路循環回用。清水箱(28)的超量水經由閥門(35)排出處理裝置。
權利要求1.一種糞便汙水生物處理循環回用裝置，其特徵是由衝水廁具、糞便收集篩分系統、生物處理系統、消毒系統、過濾系統和清潔水箱組成，以上部件通過管道依次連接。
2.根據權利要求1所述的糞便汙水生物處理循環回用裝置，其特徵是糞便收集篩分系統為密閉箱體，內部由粗細篩網隔斷分隔成均等的若干部分，汙水流過的最後一部分內設置填料與曝氣設施。
3.根據權利要求1或2所述的糞便汙水生物處理循環回用裝置，其特徵是生物處理系統包括好氧處理系統和厭氧處理系統。
4.根據權利要求3所述的糞便汙水生物處理循環回用裝置，其特徵是好氧處理系統採用延時曝氣好氧混合接觸折流板式反應器。
5.根據權利要求3所述的糞便汙水生物處理循環回用裝置，其特徵是厭氧處理系統採用缺氧接觸折流板式反應器。
6.根據權利要求4所述的糞便汙水生物處理循環回用裝置，其特徵是好氧混合接觸折流板式反應器由豎直安裝的折流板將其分隔為若干隔室，隔室內裝有生物填料。
7.根據權利要求5所述的糞便汙水生物處理循環回用裝置，其特徵是缺氧接觸折流板式反應器由豎直安裝的折流板將其分隔為若干隔室，隔室內裝有生物填料。
8.根據權利要求1-7中任何一個所述的糞便汙水生物處理循環回用裝置，其特徵是過濾系統由石英砂、活性炭、保安過濾器、超濾中空纖維組成。
專利摘要本實用新型屬於環保生物處理節水技術領域，涉及一種糞便汙水經生物處理、消毒淨化、過濾後實現循環回用的裝置。由一種糞便汙水生物處理循環回用裝置，由衝水廁具、糞便收集篩分系統、生物處理系統、消毒系統、過濾系統和清潔水箱組成，以上部件通過管道依次連接。糞便汙水通過收集、篩分、穩定、生物降解脫氮、消毒淨化、過濾後實現將糞便汙水就地減量無害淨化，多次循環回用。可廣泛應用於城市、鄉鎮、農村、旅遊景點、家居、臨時集會和車船等不同場合。
文檔編號C02F9/02GK2576709SQ0225299
公開日2003年10月1日 申請日期2002年9月4日 優先權日2002年9月4日
發明者李明哲 申請人:李明哲