公布日：2023.06.30
申請日：2022.12.27
分類(lèi)號：C02F3/30(2023.01)I;C02F3/28(2023.01)I;C02F3/12(2023.01)I;B01D65/02(2006.01)I;C02F101/10(2006.01)N;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種分散式農村污水處理與資源化利用系統，涉及污水處理技術(shù)領(lǐng)域，包括黑水處理單元和灰水處理單元，黑水處理單元包括UBF反應器、EGSB反應器和厭氧MBR池，厭氧MBR池的內部設有振動(dòng)MBR膜機構，外側設有用于MBR膜反洗的外循環(huán)系統；灰水處理單元包括調節池和好氧MBBR池。本發(fā)明提出的該系統具有規模小、投資小、占地小的特點(diǎn)，更加契合于我國大部分農村的地域分布情況和經(jīng)濟發(fā)展水平。該系統采用“黑水”與“灰水”源頭分離與處理，可實(shí)現“黑水”中能源(沼氣)和氮磷資源(液肥)的有效回收，實(shí)現“灰水”處理后穩定達標排放和提升其出水回用率。該系統在滿(mǎn)足出水穩定達標排放的同時(shí)，提高了農村污水的資源化利用率。
權利要求書(shū)
1.一種分散式農村污水處理與資源化利用系統，包括用于處理沖廁水的黑水處理單元和用于處理除沖廁水的其它生活污水的灰水處理單元，其特征在于：所述黑水處理單元包括UBF反應器(1)、EGSB反應器(2)和厭氧MBR池(3)；所述UBF反應器(1)、EGSB反應器(2)和厭氧MBR池(3)以先后串聯(lián)的方式連接，所述厭氧MBR池(3)的出水部分回流，與黑水進(jìn)水合流進(jìn)入UBF反應器(1)，所述厭氧MBR池(3)的污泥全部回流至EGSB反應器(2)，厭氧MBR池(3)排放的出水通過(guò)運輸罐車(chē)收集，作為液肥用于農業(yè)生產(chǎn)；所述厭氧MBR池(3)的內部設有振動(dòng)MBR膜機構，外側設有用于緩解MBR膜堵塞的外循環(huán)系統；所述灰水處理單元包括調節池(4)和好氧MBBR池(5)；所述調節池(4)和好氧MBBR池(5)以先后串聯(lián)的方式連接，調節池(4)的出水進(jìn)入好氧MBBR池(5)，所述好氧MBBR池(5)的污泥全部排入所述UBF反應器(1)內，所述好氧MBBR池(5)的一部分出水儲存入蓄水塔(6)，另一部分通過(guò)溢流口排出。
2.根據權利要求1所述的一種分散式農村污水處理與資源化利用系統，其特征在于：在所述黑水處理單元中，所述厭氧MBR池(3)的回流比0.4～0.7，UBF反應器(1)HRT為10～12h，EGSB反應器(2)HRT為35～40h，產(chǎn)生的沼氣回用于農村住宅群落。
3.根據權利要求1或2所述的一種分散式農村污水處理與資源化利用系統，其特征在于：所述UBF反應器(1)和EGSB反應器(2)均需定期清除底泥，每次清除比例為40％～50％，UBF反應器(1)底泥清除周期為3～5月，EGSB反應器(2)底泥清除周期為10～12個(gè)月。
4.根據權利要求1所述的一種分散式農村污水處理與資源化利用系統，其特征在于：所述振動(dòng)MBR膜機構包括振動(dòng)式MBR膜(31)，與振動(dòng)式MBR膜(31)相連的抽吸泵(34)，所述振動(dòng)式MBR膜(31)設置在厭氧MBR池(3)內，振動(dòng)式MBR膜(31)由高頻振動(dòng)單元(32)和MBR膜架(33)組成，所述MBR膜架(33)連接有抽吸泵(34)，MBR膜架(33)的膜元件的過(guò)濾精度為0.1～0.2μm。
5.根據權利要求4所述的一種分散式農村污水處理與資源化利用系統，其特征在于：所述振動(dòng)式MBR膜(31)上設有反洗水管(35)，所述振動(dòng)式MBR膜(31)通過(guò)反洗水管(35)進(jìn)行反洗，振動(dòng)式MBR膜(31)的運行分為過(guò)濾和反洗2個(gè)階段，彼此循環(huán)交替運行，高頻振動(dòng)單元(32)和所述外循環(huán)系統在2個(gè)階段持續運行，抽吸泵(34)在過(guò)濾階段運行。
6.根據權利要求1所述的一種分散式農村污水處理與資源化利用系統，其特征在于：所述外循環(huán)系統包括外循環(huán)泵(36)、外循環(huán)管(37)和穿孔布水管(38)，所述外循環(huán)系統在厭氧MBR池(3)內循環(huán)水流方向與MBR膜表面平行，膜表面平均水流速度為0.5～1m/s，且流速在MBR膜表面均勻分布。
7.根據權利要求1所述的一種分散式農村污水處理與資源化利用系統，其特征在于：所述蓄水塔(6)相對于地面的最低液位不低于15m，蓄水塔(6)上連接有管道一(61)、管道二(62)，所述管道一(61)位于出戶(hù)端連接管道三(63)，所述管道一(61)、管道二(62)和管道三(63)均通過(guò)重力自流方式的方式分別連接在黑水管道出戶(hù)端、反洗水管(35)和沖廁入水管道上。
8.根據權利要求7所述的一種分散式農村污水處理與資源化利用系統，其特征在于：所述黑水管道出戶(hù)端與管道一(61)之間，以及所述管道二(62)上設有電動(dòng)閥(7)，以控制定時(shí)開(kāi)啟沖洗黑水管道和定時(shí)開(kāi)啟反洗。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是為了解決現有技術(shù)中存在大量未經(jīng)處理的農村生活污水排放到了土壤、河流、湖泊等自然環(huán)境中，會(huì )對飲用水水源造成嚴重污染，導致多種病原微生物、寄生蟲(chóng)的繁殖與擴散，嚴重威脅居民的身體健康。同時(shí)，農村生活污水中的糞便、食物殘渣、洗滌劑等富含氮磷的物質(zhì)還會(huì )造成天然水體的富營(yíng)養化，對水生生態(tài)環(huán)境造成巨大破壞的缺點(diǎn)，而提出的一種分散式農村污水處理與資源化利用系統。該分散式農村污水處理與資源化利用系統針對我國大部分農村的地域分布呈現總體分散，局部相對集中的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出適合我國農村地區的小規模、小投資、小占地的分散式農村污水處理系統，提升我國農村污水治理率。同時(shí)，將“黑灰分離”技術(shù)與分散式農村污水處理系統相結合，提高農村污水的資源化利用率。
為了實(shí)現上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：
設計一種分散式農村污水處理與資源化利用系統，該分散式農村污水處理與資源化利用系統處理水量不超過(guò)1000m3/d，該系統生活污水的收集、處理和資源化利用均采用“黑灰分離”的方式，包括用于處理沖廁水的黑水處理單元和用于處理洗漱污水、廚房污水等除沖廁水之外的其它生活污水的灰水處理單元，黑水和灰水通過(guò)相互獨立的匯水管道分別進(jìn)入到黑水處理單元和灰水處理單元，并在各自的處理單元中完成處理與資源化利用過(guò)程。
所述黑水處理單元包括UBF反應器、EGSB反應器和厭氧MBR池。所述UBF反應器、EGSB反應器和厭氧MBR池以先后串聯(lián)的方式連接，所述厭氧MBR池的出水部分回流，與黑水進(jìn)水合流進(jìn)入UBF反應器，所述厭氧MBR池的污泥全部回流至EGSB反應器，厭氧MBR池排放的出水通過(guò)運輸罐車(chē)收集，作為液肥用于農業(yè)生產(chǎn)；所述厭氧MBR池的內部設有振動(dòng)MBR膜機構，外側設有用于緩解MBR膜堵塞的外循環(huán)系統。其中，黑水處理單元的UBF反應器承擔緩沖進(jìn)水負荷和水解酸化的作用，EGSB反應器承擔專(zhuān)職產(chǎn)甲烷的作用，兩相厭氧反應器的設置使得厭氧發(fā)酵分為產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷兩個(gè)獨立運行的體系，整個(gè)系統的運行效率和穩定性均顯著(zhù)提高。利用UBF反應器的過(guò)濾截留功能和HRT的控制達到2個(gè)反應器相分離的目的，UBF反應器中產(chǎn)酸菌占據絕對優(yōu)勢，EGSB反應器中產(chǎn)甲烷菌占據絕對優(yōu)勢，UBF反應器和EGSB反應器能夠各自維持體系最佳的運行工況。2個(gè)厭氧反應器之間還存在著(zhù)協(xié)同促進(jìn)作用，一方面，UBF反應器的緩沖功能為EGSB反應器提供了穩定的進(jìn)水條件，這對于EGSB反應器維持穩定的產(chǎn)甲烷速率是十分重要的。另一方面，UBF反應器的水解酸化過(guò)程消耗堿度，EGSB反應器的產(chǎn)甲烷過(guò)程產(chǎn)生堿度，因此通過(guò)厭氧MBR池的出水部分回流，可利用EGSB反應器產(chǎn)生的堿度中和UBF反應器消耗的堿度，從而防止UBF反應器過(guò)度酸化抑制產(chǎn)酸過(guò)程。
所述灰水處理單元包括調節池和好氧MBBR池；所述調節池和MBBR池以先后串聯(lián)的方式連接，調節池的出水進(jìn)入MBBR池，所述MBBR池的污泥全部排入所述UBF反應器內，所述MBBR池的出水儲存入蓄水塔，MBBR池上設有溢流口，多余的水由溢流口排出�；宜捎谄湄摵珊艿�，一般僅需要簡(jiǎn)單的好氧生物膜工藝即可達標排放或達到中水回用標準。MBBR工藝即是好氧生物膜工藝的一個(gè)典型代表，好氧MBBR工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：1)填料較大的比表面積可以附著(zhù)大量的微生物，微生物濃度高，污染物去除效率高；2)可以實(shí)現同步硝化反硝化脫氮作用；3)結構簡(jiǎn)單，穩定性好，易于維護，運行成本低。將MBBR池的剩余污泥排入UBF反應器，不僅能夠減少系統剩余污泥排放，還能夠資源化利用MBBR池剩余污泥中的有機物和氮磷元素。
進(jìn)一步，所述厭氧MBR池的回流比0.4～0.7。
進(jìn)一步，黑水處理單元的UBF反應器HRT為10～12h，EGSB反應器HRT為35～40h，產(chǎn)生的沼氣回用于農村住宅群落。
進(jìn)一步，所述UBF反應器和EGSB反應器均需定期清除底泥，每次清除比例為40％～50％，UBF反應器底泥清除周期為3～5月，EGSB反應器底泥清除周期為10～12個(gè)月。將活性差的污泥和一些惰性固體物質(zhì)從反應器中排除，以保障有效反應空間和恢復反應器的微生物活性。
進(jìn)一步，所述振動(dòng)MBR膜機構包括振動(dòng)式MBR膜，與振動(dòng)式MBR膜相連的抽吸泵，所述振動(dòng)式MBR膜設置在厭氧MBR池內，振動(dòng)式MBR膜由高頻振動(dòng)單元和MBR膜架組成，所述MBR膜架連接有抽吸泵，MBR膜架的膜元件的過(guò)濾精度為0.1～0.2μm。振動(dòng)式MBR膜承擔泥水分離的作用，一方面保證出水具備作為液肥回用于農業(yè)生產(chǎn)的合格品質(zhì)，即水質(zhì)清亮、無(wú)懸浮或沉淀顆粒物、無(wú)異味、去除致病微生物以及保留豐富的可溶性有機質(zhì)和氮磷元素，另一方面，由于EGSB反應器的產(chǎn)甲烷菌世代周期長(cháng)(幾天到幾十天)，增殖速率很慢，MBR膜100％的污泥截留和MBR池100％的污泥回流則避免了EGSB反應器的活性污泥流失，從而保證了EGSB反應器的產(chǎn)甲烷速率。通常細菌的最小尺寸為0.5μm左右，因此0.1～0.2μm過(guò)濾精度的膜元件可滿(mǎn)足充分截留致病菌的要求，進(jìn)一步減小膜元件的孔徑則會(huì )增大MBR膜堵塞的風(fēng)險。
進(jìn)一步，所述振動(dòng)式MBR膜上設有反洗水管，所述振動(dòng)式MBR膜通過(guò)反洗水管進(jìn)行反洗，振動(dòng)式MBR膜的運行分為過(guò)濾和反洗個(gè)階段，彼此循環(huán)交替運行，高頻振動(dòng)單元和所述外循環(huán)系統在整個(gè)階段持續運行，抽吸泵在過(guò)濾階段運行。
進(jìn)一步，所述外循環(huán)系統包括外循環(huán)泵、外循環(huán)管和穿孔布水管，所述外循環(huán)系統在MBR池內循環(huán)水流方向與MBR膜表面平行，膜表面平均水流速度為0.5～1m/s，且流速在MBR膜表面均勻分布。
進(jìn)一步，所述存入蓄水塔的中水主要用于3處，分別為農村住宅沖廁、疏通黑水管道和振動(dòng)式MBR膜反洗，均采用重力自流方式運行。所述蓄水塔相對于地面的最低液位不低于15m，蓄水塔上連接有管道一、管道二，所述管道一位于出戶(hù)端連接管道三，所述管道一、管道二和管道三均通過(guò)重力自流方式的方式分別連接在黑水管道出戶(hù)端、反洗水管和沖廁管道上。系統中的黑水由于其流量小、固體物質(zhì)含量高，并且還伴有植物纖維、毛發(fā)以及其它雜物，黑水管道容易因此而堵塞，因此本發(fā)明采取了灰水處理單元出水沖洗的方式疏通黑水管道，防止其堵塞。系統中的農村住宅沖廁、疏通黑水管道和MBR膜反洗過(guò)程均采用蓄水塔中蓄水重力自流的方式完成，因此蓄水塔的液位代表其能夠為住宅沖廁、疏通黑水管道和MBR膜反洗提供的總水頭的大小，并且其中還扣除了重力自流管道的沿程水頭損失以及局部水頭損失，尤其是疏通黑水管道和MBR膜反洗，蓄水塔提供的總水頭大小直接影響黑水管道的疏通效果和膜反洗效果。
進(jìn)一步的，所述黑水管道出戶(hù)端與管道一之間，以及所述管道二上設有電動(dòng)閥，以控制定時(shí)開(kāi)啟沖洗黑水管道和定時(shí)開(kāi)啟反洗。
根據上述，MBR膜的泥水分離是實(shí)現黑水處理單元出水作為液肥回用的關(guān)鍵環(huán)節，因此MBR膜的維持膜元件穩定的過(guò)濾能力，防止膜元件堵塞是十分重要的。本發(fā)明解決MBR膜的膜元件堵塞的方式有以下4種：
1)在厭氧工藝后單獨設置厭氧MBR池(分離式設計)，而非整體式設計，UBF反應器的過(guò)濾截留功能和EGSB反應器顆�；勰嗔己玫某恋硇阅�，使得進(jìn)入后續厭氧MBR池的懸浮物(主要為厭氧活性污泥)大大降低，一定程度降低了MBR膜堵塞的風(fēng)險。
2)將高頻振動(dòng)單元與MBR膜架連接，形成振動(dòng)式MBR膜，高頻振動(dòng)可在MBR膜元件表面形成方向和大小瞬變的剪切作用，使膜表面附著(zhù)物有效剝離，從而緩解MBR膜堵塞。
3)外循環(huán)系統緩解MBR膜堵塞的原理分為2個(gè)方面，一方面與振動(dòng)膜原理相似，在MBR膜表面形成一定的水流速度，從而產(chǎn)生水流剪切作用，使膜表面附著(zhù)物有效剝離，不過(guò)此方法在MBR膜表面形成的水流剪切力方向和大小均是恒定的，因此其抗堵塞效果要弱于高頻振動(dòng)單元；另一方面是將振動(dòng)式MBR膜在高頻振動(dòng)作用下剝離的附著(zhù)物迅速帶離膜元件表面，并沖散膜表面附近的懸浮物積聚層，降低膜堵塞的風(fēng)險。
4)定時(shí)對MBR膜反洗，恢復MBR膜元件通透性。
本發(fā)明提出的一種分散式農村污水處理與資源化利用系統，有益效果在于：
(1)、本發(fā)明小規模、小投資、小占地的分散式農村污水處理系統更加契合于我國大部分農村的地域分布情況和經(jīng)濟發(fā)展水平，其工程化應用潛力巨大。同時(shí)，將“黑灰分離”技術(shù)與分散式農村污水處理系統相結合，在滿(mǎn)足出水穩定達標排放的同時(shí)，提高了農村污水處理的資源化利用率。
(2)、本發(fā)明采用兩相厭氧反應器的設置使得厭氧發(fā)酵分為產(chǎn)酸和產(chǎn)甲烷兩個(gè)獨立運行的體系，同時(shí)2個(gè)反應器之間存在協(xié)同促進(jìn)作用，整個(gè)系統的運行效率和穩定性均顯著(zhù)提高。
(3)、本發(fā)明厭氧MBR池的通過(guò)膜分離作用保證了出水具備作為液肥回用于農業(yè)生產(chǎn)的合格品質(zhì)，即水質(zhì)清亮、無(wú)懸浮或沉淀顆粒物、無(wú)異味、去除致病微生物以及保留豐富的可溶性有機質(zhì)和氮磷元素。
(4)、為維持厭氧MBR池的MBR膜的穩定的過(guò)濾能力，本發(fā)明采用厭氧工藝后單獨設置厭氧MBR池(分離式設計)、利用高頻振動(dòng)單元形成振動(dòng)式MBR膜、設置外循環(huán)系統和MBR膜反洗這4種方式解決了厭氧MBR膜易堵塞問(wèn)題。
(5)、本發(fā)明中EGSB反應器的產(chǎn)甲烷菌世代周期長(cháng)(幾天到幾十天)，增殖速率很慢，MBR膜100％的污泥截留和厭氧MBR池100％的污泥回流避免了EGSB反應器的活性污泥流失，從而保證了EGSB反應器的產(chǎn)甲烷速率。
(6)、本發(fā)明系統中的黑水由于其流量小、固體物質(zhì)含量高，并且還伴有植物纖維、毛發(fā)以及其它雜物，黑水管道容易因此而堵塞，本發(fā)明采取了灰水處理單元出水沖洗的方式疏通黑水管道，可有效防止其堵塞。
(7)、本發(fā)明系統中的農村住宅沖廁、疏通黑水管道和MBR膜反洗過(guò)程均采用蓄水塔中的蓄水重力自流的方式完成，減少了水泵等設備投入，降低了能耗，并且通過(guò)中水回用節約了水資源。
（發(fā)明人：朱輝;孫信柏;董畔;王凱;劉愛(ài)寶）
