一種農村生活污水一體化處理設備及工藝的制作方法

本發明屬于城市污水處理技術領域，具體涉及一種農村生活污水一體化處理設備及工藝。

背景技術：

我國西部幅員遼闊，土地面積為559萬平方公里，占全國土地總面積的59%；但是人口較為稀疏，根據第五次人口普查資料顯示，黑、甘、蒙、新、青、藏等6個省（區），人口1.13億人，只占全國總人口的9％，平均每平方公里20人，遠遠低于全國平均的人口密度。這些地區地處邊疆和內陸，多高山、高原和荒漠，自然條件差，開發歷史較遲，交通不便，經濟基礎薄弱，人口稀少。農村不同于城市，西部農村分布零散，其污水排放面廣且分散，農村散戶生活污水無法大規模集中處理，若將其生活污水集中處理較為困難。目前我國農村仍多使用落后的沼氣池等方法處理污水，處理技術出水水質較差，無法達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。

反硝化聚磷菌的技術理論是利用反硝化聚磷菌以硝酸鹽氮或亞硝酸鹽氮為電子受體，進行同步脫氮除磷。Kuba(1996)^[1]等人通過化學計量表明，基于反硝化除磷原理的A2/NSBR雙污泥系統，其所需的COD和O₂消耗量比傳統的脫氮除磷系統分別減少50%和30%，污泥產量相應減少50%（K Hamada,T Kuba,V Torrico,et al.2006.Comparison of nutrient removal efficiency between pre- and post-denitrification wastewater treatments[J].Water science and technology,53(9):169～175.）。劉鋼(2013)等^[2]研究者通過向AOA-SBR工藝好氧段投加乙酸控制好氧吸磷，在缺氧區成功實現了反硝化除磷（劉鋼,諶建宇,黃榮新,等.2013.新型后置反硝化工藝處理低C/N（C/P）比污水脫氮除磷性能研究[J].環境科學學報,33(11):2979-2986.）。王曉蓮等(2005)^[3]通過試驗證實了在A2/O工藝中，存在反硝化除磷現象，并能取得較好的同步脫氮除磷的效果（王曉蓮,王淑瑩,馬勇,等.2005. A2O工藝中反硝化除磷及過量曝氣對生物除磷的影響[J].化工學報,56(8):1565-1570.）。

在厭氧、缺氧交替運行的環境中，比較容易富集具有反硝化除磷作用的兼性微生物。為了更好的解決農村散戶生活污水污染環境的問題，本發明通過增加缺氧混合液回流，克服了在A2/O中，反硝化聚磷菌不能夠得到有效富集的問題，在一定程度上緩解了生物脫氮和生物除磷直接的矛盾。

本發明具有占地面積小，工藝簡潔，運行成本低，維護簡單，出水水質穩定等優勢，具有廣闊的應用前景。

技術實現要素：

本發明目的針對現有技術的不足，以反硝化除磷原理作為指導，在不增加反應器體積的前提下，設計開發出占地面積小，工藝簡潔，可充分利用碳源，脫氮除磷效果優異的一種農村生活污水一體化處理設備。

本發明還提供基于所述設備的一種農村生活污水一體化處理工藝。

本發明目的通過如下技術方案實現。

一種農村生活污水一體化處理設備，包括厭氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池；所述厭氧池、缺氧池、好氧池和沉淀池處于同一殼體內，且每個池通過隔板分隔開；

所述好氧池分為第一好氧池和第二好氧池；

所述厭氧池與缺氧池通過隔板分隔開，分隔厭氧池與缺氧池的隔板底部設置有第一過水澗，污水處理過程中的污水通過第一過水澗從厭氧池流入缺氧池；

所述缺氧池與第一好氧池通過隔板分隔開，分隔缺氧池與第一好氧池的隔板的中部設置有第二過水澗，污水處理過程中的污水通過第二過水澗從缺氧池流入第一好氧池；分隔缺氧池與第一好氧池的隔板通過鋸齒狀卡槽固定，且鋸齒狀卡槽安裝在金屬導軌上，可根據需要自由調整鋸齒狀卡槽在金屬導軌上的位置，實現第一好氧池體積可調；

分隔第一好氧池與第二好氧池的隔板設置有第三過水澗，污水處理過程中的污水通過第三過水澗從第一好氧池流入第二好氧池；

所述沉淀池與第二好氧池通過隔板分隔開，分隔沉淀池與第二好氧池的隔板中上部設置有3條布水管，且3條布水管均勻分布于同一平面上，污水處理過程中的污水通過布水管從第二好氧池向沉淀池垂直向下進水，保證沉淀池的沉淀效率；

所述厭氧池的底部設置有第一機械攪拌裝置；所述缺氧池的底部設置有第一曝氣頭和第二機械攪拌裝置；所述缺氧池還設置有排空口；所述缺氧池還通過第一回流管道和第一回流泵與厭氧池連接；

所述第一好氧池和第二好氧池的底部均設置有均勻排布的第二曝氣頭，每排曝氣頭均通過單獨氣閥控制曝氣量；所述第二好氧池還通過第二回流管道和第二回流泵與缺氧池連接；

所述沉淀池為平流式沉淀池；所述沉淀池底部設置有3個集泥斗；所述集泥斗平行于水流方向，且各集泥斗內部均分別插入一排泥管；所述排泥管垂直于水流方向；3條排泥管一端均伸出沉淀池的底部，伸出端合并為一個出口后通過三通連通，三通的一條通道與排泥井連通，三通的另一條通道通過第三回流管和第三回流泵與厭氧池連接；

三條排泥管合三為一既有利于均勻排泥，又方便操作，避免了污泥在三個集泥斗中不均勻分布而導致出水懸浮物升高；

設備的進水口設置在厭氧池前端，設備的出水口設置在沉淀池的后端，靠近設備出水口處設置有出水堰，出水堰前設置有擋板以截留水面浮渣。

進一步地，所述集泥斗為倒棱臺狀，上底與下底的周長長度比為2:1；倒棱臺的形狀可以有效地集中污泥，避免產生排泥死角，從而導致因池體污泥殘留使得二沉池反硝化以致污泥上浮，影響工藝的出水穩定性。

進一步地，所述出水堰的形狀為鋸齒狀。

進一步地，所述好氧池中第二曝氣頭的分布比缺氧池中第一曝氣頭的分布密集。

進一步地，所述第二好氧池末端出水中的溶解氧在1.0 mg/L-1.5 mg/L之間。

進一步地，所述排泥管插入集泥斗的部分等距離開均勻開有小孔，有利于集泥斗中的污泥均勻的流入排泥管中，不會形成因排泥不均勻而導致的污泥殘留、堆積。

進一步地，所述厭氧池內通過缺氧-厭氧回流富集含有反硝化聚磷菌；所述缺氧池內含有反硝化細菌和反硝化聚磷菌；所述好氧池內含有硝化菌和反硝化聚磷菌。

基于上述設備的一種農村生活污水一體化處理工藝，包括如下步驟：

（1）厭氧池釋磷：農村生活污水通過進水口進入厭氧池，在厭氧池中通過反硝化聚磷菌完成釋磷；

（2）缺氧池反硝化脫氮：厭氧池釋磷后的污水通過第一過水澗進入缺氧池，缺氧池中的反硝化細菌利用污水中的COD作為碳源對硝酸鹽進行反硝化，實現脫氮；

（3）好氧池硝化吸磷：缺氧池中脫氮后的污水按回流比150%通過第一回流管道和第一回流泵回流至厭氧池，剩余的污水通過第二過水澗進入好氧池，在好氧池中硝化細菌的硝化作用下，氨氮轉化為硝酸鹽態的氮，并完成好氧吸磷；

（4）沉淀池沉淀：好氧池硝化作用后的污水按回流比200%通過第二回流管道和第二回流泵從第二好氧池回流至缺氧池，剩余的污水通過布水管流入沉淀池中，污水在沉淀池中平流，并由于污泥自身重力完成污泥沉淀；

（5）溢流排水：沉淀池中沉淀的污泥通過集泥斗收集后，污泥按回流比70％-80％通過第三回流管和第三回流泵回流至厭氧池，剩余的污泥排入排泥井；泥水分離后的處理水通過出水堰溢流并從出水口排出。

進一步地，步驟（1）中，污水進入厭氧池的流速為1.2 m3/h~2 m3/h。

進一步地，污水在整個一體化設備的水力停留時間為8 h~10 h。

與現有技術相比，本發明具有如下優點和有益效果：

（1）本發明設備構造簡潔，易于操作，占地面積小；每個池在同一殼體內完成，便于管理；且沉淀池利用重力進行泥水的有效分離不需增加運行耗能，降低了運行成本；

（2）本發明增加了反硝化聚磷菌在厭氧池的停留時間，并且降低了硝酸鹽在厭氧池對反硝化聚磷菌釋磷的影響；

（3）本發明針對農村生活污水低碳源的特點，充分利用污水中的COD，并緩解了聚磷菌和反硝化細菌的競爭關系，提高了脫氮除磷的效率；

（4）基于本發明設備的水處理工藝對COD、TP和TN的處理效果較好，出水COD可達到20 mg/L以下，總磷出水0.5 mg/L以下，出水氨氮1.0 mg/L以下，各項出水水質指標均達到并高于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。

附圖說明

圖1為本發明一種農村生活污水一體化處理設備的結構示意圖；

圖2為實施例1中處理實際污水對氨氮的去除效果圖；

圖3為實施例1中處理實際污水對總氮的去除效果圖；

圖4為實施例1中處理實際污水對COD的去除效果圖；

圖5為實施例1中處理實際污水對總磷的去除效果圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明作進一步說明，但本發明所要求保護的范圍并不局限于具體實施方案中所描述的范圍。

本發明一種農村生活污水一體化處理設備的結構示意圖如圖1所示，依次包括厭氧池1、缺氧池2、好氧池和沉淀池4；厭氧池1、缺氧池2、好氧池和沉淀池4處于同一殼體內，且每個池通過隔板分隔開；好氧池分為第一好氧池3-1和第二好氧池3-2；厭氧池1內含有反硝化聚磷菌；缺氧池2內含有反硝化細菌和反硝化釋磷菌；好氧池內含有硝化菌和反硝化聚磷菌；

厭氧池1與缺氧池2通過隔板分隔開，分隔厭氧池1與缺氧池2的隔板底部設置有第一過水澗5，污水處理過程中的污水通過第一過水澗5從厭氧池1流入缺氧池2；

缺氧池2與第一好氧池3-1通過隔板分隔開，分隔缺氧池2與第一好氧池3-1的隔板的中部設置有第二過水澗6，污水處理過程中的污水通過第二過水澗6從缺氧池2流入第一好氧池3-1；分隔缺氧池2與第一好氧池3-1的隔板通過鋸齒狀卡槽21固定，且鋸齒狀卡槽21安裝在金屬導軌22上，可根據需要自由調整鋸齒狀卡槽21在金屬導軌22上的位置，實現第一好氧池3-1體積可調；

分隔第一好氧池3-1與第二好氧池3-2的隔板設置有第三過水澗7，污水處理過程中的污水通過第三過水澗7從第一好氧池3-1流入第二好氧池3-2；

沉淀池4與第二好氧池3-2通過隔板分隔開，分隔沉淀池4與第二好氧池3-2的隔板中上部設置有3條布水管25，且3條布水管25均勻分布于同一平面上，污水處理過程中的污水通過布水管25從第二好氧池3-2向沉淀池4垂直向下進水；

厭氧池1的底部設置有第一機械攪拌裝置8；缺氧池2的底部設置有第一曝氣頭27以及第二機械攪拌裝置9；缺氧池2還設置有排空口26；缺氧池2還通過第一回流管道10和第一回流泵11與厭氧池1連接；

第一好氧池3-1和第二好氧池3-2的底部均設置有均勻排布的第二曝氣頭12，每排曝氣頭均通過單獨氣閥控制曝氣量；好氧池中第二曝氣頭12的分布比缺氧池第一曝氣頭27的分布密集；第二好氧池3-2還通過第二回流管道13和第二回流泵14與缺氧池2連接；

沉淀池4為平流式沉淀池；沉淀池4底部設置有3個集泥斗；集泥斗為倒棱臺狀，上底與下底的周長長度比為2:1；集泥斗平行于水流方向，且各集泥斗內部均分別插入一排泥管；排泥管插入集泥斗的部分等距離開均勻開有小孔；排泥管15垂直于水流方向；3條排泥管一端均伸出沉淀池4的底部，伸出端合并為一個出口后通過三通連通，三通的一條通道與排泥井16連通，三通的另一條通道通過第三回流管17和第三回流泵18與厭氧池1連接；

設備的進水口19設置在厭氧池1前端，設備的出水口20設置在沉淀池4的后端，靠近設備出水口處設置有出水堰23，出水堰23的形狀為鋸齒狀，出水堰23前設置有擋板24以截留水面浮渣。

實施例1

采用上述一種農村生活污水一體化處理進行農村生活污水的處理，設備整體實用鋼板質地，裝置內部隔板使用4 mm鋼板，外部站板使用6 mm鋼板，底板采用8 mm鋼板，裝置焊縫采用雙面焊，去除毛刺飛邊，無滲漏。

設備設計處理水量1.2-2.5 m3/h，整個處理池體積為37.5 m3，總長6 m，寬為2.5 m。

處理工藝包括如下步驟：

（1）農村生活污水通過進水口19進入厭氧池1，在厭氧池1中通過釋磷菌完成釋磷；污水進入厭氧池的流速為1.2 m3/h~2 m3/h；

（2）厭氧池1釋磷后的污水通過第一過水澗5進入缺氧池2，缺氧池2中的反硝化細菌利用污水中的COD作為碳源對硝酸鹽進行反硝化，實現脫氮；

（3）缺氧池2脫氮后的污水按回流比150%通過第一回流管道11和第一回流泵12回流至厭氧池，剩余的污水通過第二過水澗6進入好氧池，在硝化細菌的硝化作用下，氨氮轉化為硝酸鹽態的氮，并完成好氧吸磷；

（4）好氧池硝化作用后的污水按回流比200%通過第二回流管道14和第二回流泵15從第二好氧池3-2回流至缺氧池，剩余的污水通過布水管流入沉淀池4中，污水在沉淀池4中平流并完成污泥沉淀；

（5）沉淀池4中沉淀的污泥通過集泥斗收集后，污泥按回流比70％-80％通過第三回流管17和第三回流泵18回流至厭氧池1，剩余的污泥排入排泥井；泥水分離后的處理水通過出水堰24溢流并從出水口20排出。

農村生活污水的平均進水氨氮濃度為26.19 mg/L，平均進水總氮濃度為31.24 mg/L，平均進水總磷濃度為3.83 mg/L，平均進水COD濃度為216.90 mg/L；污水在整個一體化設備的水力停留時間為8 h~10 h。

分別考察不同工況下裝置對于氨氮，總氮，總磷，COD的去除效果，每個工況考察期為10d，單因素實驗結果如下：

（1）處理量為48t/d時，運行條件為：缺氧池混合液回流比R=150％，好氧池混合液回流比R₁=200％，污泥回流比R₂=80％，污水進入厭氧池的流速為2 m3/h，污水在整個一體化設備的水力停留時間為8 h；運行穩定后，氨氮的平均去除率為94.21％，總氮的平均去除率為57.79％，總磷的平均去除率為85.69％，COD的平均去除率為90.88％。

（2）處理量為36t/d時，運行條件為：缺氧池混合液回流比R=150％，好氧池混合液回流比R₁=200％，污泥回流比R₂=80％，污水進入厭氧池的流速為1.5 m3/h，污水在整個一體化設備的水力停留時間為9 h；運行穩定后，氨氮的平均去除率為97.01％，總氮的平均去除率為76.63％，總磷的平均去除率為90.87％，COD的平均去除率為94.30％。

（3）處理量為28t/d時，運行條件為：缺氧池混合液回流比R=150％，好氧池混合液回流比R₁=200％，污泥回流比R₂=80％，污水進入厭氧池的流速為1.2 m3/h，污水在整個一體化設備的水力停留時間為10 h；運行穩定后，氨氮的平均去除率為95.60％，總氮的平均去除率為67.21％，總磷的平均去除率為88.27％，COD的平均去除率為92.59％。

實施效果

根據以上單因素實驗考察農村生活污水一體化處理設備的處理結果，當處理量為36t/d，缺氧池混合液回流比R=150％，好氧池混合液回流比R₁=200％，污泥回流比R₂=80％，污水進入厭氧池的流速為1.5 m3/h，污水在整個一體化設備的水力停留時間為9h，考察農村生活污水一體化處理設備處理污水的處理效果，考察時間為30d。

1、氨氮和總氮的去除效果

氨氮的去除效果如圖2，由圖2可知，進入裝置的污水的總氮以氨氮為主，其中進水最高氨氮濃度為35.82 mg/L，進水最低氨氮濃度為16.98 mg/L，平均進水氨氮濃度為25.41 mg/L；經過好氧池活性污泥中硝化細菌的硝化作用后，其出水氨氮最高濃度為3.01 mg/L，最低氨氮濃度為0.18 mg/L，平均出水氨氮濃度為1.14 mg/L，平均氨氮去除率為95.74％，遠優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。

總氮的去除效果如圖3所示，由圖3可知，進水最高總氮濃度為45.87 mg/L，進水最低總氮濃度為18.18 mg/L，平均進水總氮濃度為30.17 mg/L，經過微生物的反硝化脫氮過程后，其出水總氮最高濃度為12.53 mg/L，最低總氮濃度為6.39 mg/L，平均出水總氮濃度為9.42 mg/L，平均總氮去除率為66.54％，優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。

可見本發明具有高效穩定的硝化反硝化效果，脫氮性能優異。

2、COD的去除效果

COD的去除效果如圖4所示，由圖4可知，進入裝置的污水中COD濃度較低，其中進水最高COD濃度為345 mg/L，進水最低COD濃度為109 mg/L，平均進水COD濃度為208.9 mg/L；而出水COD最高濃度為27.7 mg/L，最低COD濃度為9.9 mg/L，平均出水COD濃度為16.45 mg/L，平均去除率為91.79％，遠優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。

COD是污水處理工藝中微生物生長的碳源，在進行污水的脫氮除磷作用時，反硝化脫氮菌屬于異養型兼性厭氧菌，在缺氧條件時，以有機碳為電子供體和營養源進行反硝化反應；而實現除磷作用的聚磷菌需要主動吸收由厭氧發酵產酸菌轉化水中有機物成為的乙酸苷，這也會消耗碳源。

基于本發明農村生活污水一體化處理設備的工藝對于COD具有非常好的去除效果，其中的碳源已經被高效的利用。

3、總磷的去除效果

總磷的去除效果如圖5所示，由圖5可知，進入裝置的污水中總磷濃度波動較大，其中進水最高總磷濃度為5.18 mg/L，進水最低總磷濃度為2.61 mg/L，平均進水總磷濃度為3.91 mg/L；而出水總磷最高濃度為0.47 mg/L，最低總磷濃度為0.27 mg/L，平均出水總磷濃度為0.37 mg/L，平均去除率為89.88％，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。

基于本發明農村生活污水一體化處理設備的工藝對于總磷具有非常好的去除效果。

綜上所述本發明農村生活污水一體化處理設備以及工藝對目標污染物COD，總氮，總磷有很好的去除效果，其中平均出水COD濃度為16.45 mg/L，平均出水總氮濃度為9.42 mg/L，平均出水總磷濃度為0.37 mg/L，各項出水達到并優于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。