一种多介质曝气一体化污水处理装置以及污水处理方法与流程

1.本发明涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种多介质曝气一体化污水处 理装置以及污水处理方法。


背景技术：

2.水是生命之源，生产之要，随着生产能力不断提升，高质量的生活需求不 断加大，水资源短缺与污染成为制约社会经济发展和生态环境改善的重要因素。 因此，污水治理和节约用水已成为全社会的共识，急需理论指导和技术支撑。
3.工业用水虽然逐渐降低，但农村农业用水不断加大，农村农业的生活与养 殖污水因分散、面广、单位量小，治理成本高，管理难度大，技术不成熟等原 因，污水治理有待进一步加强。
4.现有技术中一般使用修建污水处理池对污水进行净化处理，但是修建污水 处理池投资成本大，处理效率低下，修建周期长，管理难度大，对于农村农业 污水处理来说，不便于推广和实施。


技术实现要素：

5.针对现有技术中的上述问题，本发明提供了一种多介质曝气一体化污水处 理装置以及污水处理方法，解决了现有的污水处理池，因修建周期长而导致不 适用于农村农业污水处理的问题。
6.为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
7.提供了一种多介质曝气一体化污水处理装置，其包括预处理罐、硝化处理 罐和控制面板；
8.控制面板内设置有控制器以及与控制器电性连接的时间模块和数据存储模 块；数据存储模块内置有溶氧量-气温气压对照表的数据信息；
9.预处理罐上设置有与其内部连通的第一污水入口管和第一污水出口管，预 处理罐顶部设置有第一端盖，第一端盖上设置有与控制器电性连接的抽水泵， 抽水泵上设置有抽水管，抽水管位于预处理罐底部；
10.硝化处理罐为双层结构，其包括外层罐体和设置在外层罐体内的内层罐体， 内层罐体呈倒置的圆锥结构，内层罐体的底部与外层罐体的底部之间设置有间 距；内层罐体的底部设置有曝气装置；
11.外层罐体上设置有与第一污水出口管连通的第二污水入口管，第二污水入 口管与外层罐体和内层罐体之间的空间连通；
12.内层罐体上设置有与其内部连通的第二污水出口管；
13.硝化处理罐顶部设置有带有透气孔的第二端盖，第二端盖上设置有用于为 曝气装置供气的充气泵，充气泵与控制器电性连接。
14.本方案的基本原理为：首先通过预处理罐对污水进行沉淀静置，抽水泵通 过第一
污水出口管将预处理罐内的沉淀物进行抽出，然后将预处理后的污水通 过第一污水出口管和第二污水出口管排入硝化处理罐内，硝化处理罐对污水进 行好氧硝化处理和厌氧反硝化处理，在好氧硝化处理过程中，通过曝气装置实 现控制污水中的溶氧量，同时曝气装置配合呈倒置结构的内层罐体，当空气在 内层罐体底部上升时，会产生旋涡运动，使得空气与污水进行充分混合，确保 好氧菌活性，提高污水处理效率；好氧菌从废水中去除可溶性污染物，将其作 为新的好氧菌生长和生产的能量来源。这些好氧菌一般是絮凝体，形成块状或 絮状物，在物理上捕获颗粒状有机物。有机物被细胞外的酶吸收，使固体溶解， 从而成为好氧菌的食物来源。在处理过程中，有机物从可溶性状态转化生物型 状态，通过沉淀来去除有机物。添加介质可以拓展微生物寄养空间，提供稳定 的好氧菌所需能量，扩大好氧菌活性种类和提升微生物数量，从而起到更好的 污水处理效果。延长曝气时间可以允许好氧菌活性在活性污泥处理工艺中停留 较长时间。对有机物降解起主要作用的是好氧菌活性。因此，通过曝气装置向 污水中输送氧气对处理过程至关重要。曝气系统还提供了污水和有机物的混合， 使废水中的有机污染物与去除污染物的好氧菌活性充分接触，从而起到更好的 污水处理效果；最后通过第二污水出口管和沉淀物排泄口实现处理后的污水以 及沉淀物的排泄。
15.进一步地，预处理罐为多个，每个预处理罐均与硝化处理罐连通；
16.每个预处理罐内均顶部设置有第一过滤网，第一污水入口管和第一污水出 口管均位于第一过滤网的上方。多个预处理罐可以同时沉淀静置大量的污水， 且第一过滤网可以将污水中的大颗粒杂质过滤，避免进入后续处理的硝化处理 罐。
17.进一步地，第二污水出口管位于内层罐体顶部，第二污水出口管与第二端 盖固定连接。第二污水出口管设置在内层罐体顶部并排出处理后的污水，防止 内层罐体的沉淀物被排出。
18.进一步地，为了便于将硝化处理罐内的沉淀物排出，外层罐体的底部设置 有与其内部连通的沉淀物排泄口。
19.进一步地，为了防止硝化处理罐中的沉淀物经过曝气装置充气搅拌后，通 过第二污水出口管排出，外层罐体和内层罐体内顶部设置有第二过滤网，第二 污水入口管和第二污水出口管的底端均位于第二过滤网上方。
20.进一步地，作为曝气装置的一种具体实施方式，曝气装置包括进气管，进 气管顶端穿过第二端盖与充气泵连接，进气管底端位于内层罐体底部，进气管 底端为密封结构，进气管底端的圆周外壁上开设有环形卡槽，环形卡槽的底面 上间隔均匀设置有多个与进气管内部连通的出气孔；
21.环形卡槽内卡合有一个转动环，转动环呈中空圆柱结构，且转动环的两端 封闭，多个出气孔与转动环的内部连通；
22.转动环的圆周外壁上设置有多根与其内部连通的出气管，每个出气管均呈
ꢀ“
l”字形结构，每根出气管的一端的长度方向与转动环的径向方向同向，另一 端的长度方向与转动环的切向方向同向。
23.进一步地，第二端盖上设置有实时监测硝化处理罐内污水溶氧量的溶氧传 感器、用于实时监测污水温度的温度传感器和用于实时监测当前环境大气压的 气压传感器，溶氧传感器、温度传感器和气压传感器均与控制器电性连接；可 以根据当前污水的温度、当
前环境的大气压和当前污水中微生物数量对照数据 存储模块内的数据确定当前污水的标准溶氧量do
标
，便于控制器控制充气泵向 曝气装置进行供气。
24.本方案还提供一种多介质曝气一体化污水处理装置的污水处理方法，其包 括：
25.步骤1：将污水抽入预处理罐，对污水进行沉淀至预设时间后，控制器控制 抽水泵将预处理罐内的沉淀物抽出；
26.步骤2：打开第一污水出口管，预处理后的污水进入硝化处理罐进行硝化处 理；
27.步骤3：根据当前污水的温度、当前环境的大气压和当前污水中微生物数量 对照数据存储模块内的数据确定当前污水的标准溶氧量do
标
；
28.步骤4：通过溶氧传感器计算出当前污水的实际溶氧量do
实
；
29.步骤5：通过实际溶氧量和标准溶氧量计算出当前污水的溶氧量偏差值do 偏
；
30.步骤6：控制器根据溶氧量偏差do
偏
实时控制充气泵向曝气装置供气，硝 化处理罐中的微生物对污水中的有机物进行好氧硝化处理；
31.步骤7：对污水进行好氧硝化处理至预设时间后，控制器控制充气泵停止向 曝气装置供气，硝化处理罐中的微生物对污水进行厌氧反硝化处理；
32.步骤8：对硝化处理罐中的污水沉淀至预设时间后，通过第二污水出口管将 污水排除，污水经硝化处理后的沉淀物通过沉淀物排泄口排出硝化处理罐，完 成污水处理工作。
33.在步骤6中，根据当前污水的温度、当前环境的大气压和当前污水中微生 物数量实时计算出do
偏
：
34.do
偏
＝do
标-do
实
；
35.其中，do
偏
为当前污水的溶氧量偏差值，do
标
为当前污水的标准溶氧量， do
实
为当前污水的实际溶氧量；
36.根据do
偏
计算出前污水的溶氧量偏差率do
率
：
37.do
率
＝do
偏
/do
标
＝(do
标-do
实
)/do
标
；
38.在好氧硝化处理的预设时间内，当-0.1《溶氧量偏差率do
率
《0.1时，则控制 器控制充气泵维持当前供气速率；
39.当溶氧量偏差率do
率
＜-0.1时，则控制器控制充气泵增加当前供气速率；
40.当溶氧量偏差率do
率
＞0.1时，则控制器控制充气泵减小当前供气速率。
41.本发明的有益效果为：1、本方案中处理污水主要是通过预处理罐和硝化处 理罐，整个装置的大小可以根据需求定制，无需修建反应池，投资成本小、处 理效率高、操作容易，管理简单，易于推广实施，为推进农村农业污水处理提 供了更好的选择和支持。
42.2、本方案中可以根据前污水的标准溶氧量和当前污水的实际溶氧量实现充 气频率的自动控制，也实现了精确供氧，提高整个污水处理装置的运行效率， 确保好氧硝化处理和厌氧反硝化处理效果的同时节约了能耗，减少人员看管， 节约人力物力。
附图说明
43.图1为多介质曝气一体化污水处理装置的结构示意图。
44.图2为曝气装置的放大结构示意图。
45.图3为转动环的俯视结构示意图。
46.其中，1、预处理罐；2、硝化处理罐；201、外层罐体；202、内层罐体；3、 控制面板；4、第一污水入口管；5、第一污水出口管；6、第一端盖；7、抽水 泵；8、抽水管；9、曝气装置；10、第二污水入口管；11、第二污水出口管； 12、第二端盖；13、充气泵；14、第一过滤网；15、沉淀物排泄口；16、第二 过滤网；17、进气管；18、环形卡槽；19、出气孔；20、转动环；21、出气管； 22、溶氧传感器；23、温度传感器；24、气压传感器。
具体实施方式
47.下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理 解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的 普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精 神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保 护之列。
48.如图1～图3所示，本发明提供了一种多介质曝气一体化污水处理装置，其 包括预处理罐1、硝化处理罐2和控制面板3。
49.预处理罐1用于对污水进行沉淀静置预处理，并可以将污水中的沉淀物排 除，优选地但不局限地预处理罐1为多个，每个预处理罐1均与硝化处理罐2 连通；每个预处理罐1内均顶部设置有第一过滤网14，第一污水入口管4和第 一污水出口管5均位于第一过滤网14的上方。多个预处理罐1可以同时沉淀静 置大量的污水，且第一过滤网14可以将污水中的大颗粒杂质过滤，避免进入后 续处理的硝化处理罐2。
50.控制面板3内设置有控制器以及与控制器电性连接的时间模块和数据存储 模块；数据存储模块内置有溶氧量-气温气压对照表的数据信息。
51.预处理罐1上设置有与其内部连通的第一污水入口管4和第一污水出口管 5，预处理罐1顶部设置有第一端盖6，第一端盖6上设置有与控制器电性连接 的抽水泵7，抽水泵7上设置有抽水管8，抽水管8位于预处理罐1底部。
52.硝化处理罐2为双层结构，其包括外层罐体201和设置在外层罐体201内 的内层罐体202，内层罐体202呈倒置的圆锥结构，内层罐体202的底部与外层 罐体201的底部之间设置有间距；内层罐体202的底部设置有曝气装置9。
53.为了防止硝化处理罐2中的沉淀物经过曝气装置9充气搅拌后，通过第二 污水出口管11排出，外层罐体201和内层罐体202内顶部设置有第二过滤网16， 第二污水入口管10和第二污水出口管11的底端均位于第二过滤网16上方。
54.外层罐体201上设置有与第一污水出口管5连通的第二污水入口管10，第 二污水入口管10与外层罐体201和内层罐体202之间的空间连通。
55.内层罐体202上设置有与其内部连通的第二污水出口管11。外层罐体201 的底部设置有与其内部连通的沉淀物排泄口15；便于将硝化处理罐2内的沉淀 物排出。
56.硝化处理罐2顶部设置有带有透气孔的第二端盖12，第二端盖12上设置有 用于为曝气装置9供气的充气泵13，充气泵13与控制器电性连接。
57.第二端盖12上设置有实时监测硝化处理罐2内污水溶氧量的溶氧传感器 22、用于实时监测污水温度的温度传感器23和用于实时监测当前环境大气压的 气压传感器24，溶氧传感器22、温度传感器23和气压传感器24均与控制器电 性连接；可以根据当前污水的温度、当前环境的大气压和当前污水中微生物数 量对照数据存储模块内的数据确定当前污
水的标准溶氧量do标，便于控制器 控制充气泵13向曝气装置9进行供气。溶氧传感器22的型号可以为vbqpro1603oxy，温度传感器23可以为xmtd-6000/7000温度控制仪。
58.曝气装置9优选但不局限为曝气装置9包括进气管17，进气管17顶端穿过 第二端盖12与充气泵13连接，进气管17底端位于内层罐体202底部，进气管 17底端为密封结构，进气管17底端的圆周外壁上开设有环形卡槽18，环形卡 槽18的底面上间隔均匀设置有多个与进气管17内部连通的出气孔19；
59.环形卡槽18内卡合有一个转动环20，转动环20呈中空圆柱结构，且转动 环20的两端封闭，多个出气孔19与转动环20的内部连通；
60.转动环20的圆周外壁上设置有多根与其内部连通的出气管21，每个出气管 21均呈“l”字形结构，每根出气管21的一端的长度方向与转动环20的径向方 向同向，另一端的长度方向与转动环20的切向方向同向。
61.当控制器控制充气泵13向曝气装置9进行充气时，进入的气体通过进气管17进入到内层罐体202底部，同时气体依次通过出气孔19、转动环20内部和 出气管21，当气体从与转动环20的切向方向同向的出气管21端流出时，会为 转动环20转动提供一个切向推力，迫使转动环20绕其轴线转动，同时配合呈 倒置圆锥结构的内层罐体202，当空气在内层罐体202底部上升时，会产生旋涡 运动，使得空气与污水进行充分混合，确保好氧菌活性，提高污水处理效率。 当内层罐体202内污水中有机物在好氧菌的作用下形成沉淀物时，因为沉淀物 的密度相对较大，经过离心作用，使得沉淀物首先被分离，且沉淀物经过底部 为圆锥结构的内层罐体202，使沉淀物大部分集中在内层罐体202和外层罐体 201之间，在方便集中处理的同时还可以避免沉淀物通过内层罐体202顶部从第 二污水出口管11排出，提高拍了污水净化效果。
62.本方案的基本原理为：首先通过预处理罐1对污水进行沉淀静置，抽水泵7 通过第一污水出口管5将预处理罐1内的沉淀物进行抽出，然后将预处理后的 污水通过第一污水出口管5和第二污水出口管11排入硝化处理罐2内，硝化处 理罐2对污水进行好氧硝化处理和厌氧反硝化处理，在好氧硝化处理过程中， 通过曝气装置9实现控制污水中的溶氧量，同时曝气装置9配合呈倒置结构的 内层罐体202，当空气在内层罐体202底部上升时，会产生旋涡运动，使得空气 与污水进行充分混合，确保好氧菌活性，提高污水处理效率；好氧菌从废水中 去除可溶性污染物，将其作为新的好氧菌生长和生产的能量来源。这些好氧菌 一般是絮凝体，形成块状或絮状物，在物理上捕获颗粒状有机物。有机物被细 胞外的酶吸收，使固体溶解，从而成为好氧菌的食物来源。在处理过程中，有 机物从可溶性状态转化生物型状态，通过沉淀来去除有机物。添加介质可以拓 展微生物寄养空间，提供稳定的好氧菌所需能量，扩大好氧菌活性种类和提升 微生物数量，从而起到更好的污水处理效果。延长曝气时间可以允许好氧菌活 性在活性污泥处理工艺中停留较长时间。对有机物降解起主要作用的是好氧菌 活性。因此，通过曝气装置9向污水中输送氧气对处理过程至关重要。曝气系 统还提供了污水和有机物的混合，使废水中的有机污染物与去除污染物的好氧 菌活性充分接触，从而起到更好的污水处理效果；最后通过第二污水出口管11 和沉淀物排泄口15实现处理后的污水以及沉淀物的排泄，达到处理污水的目的。 处理污水主要是通过预处理罐1和硝化处理罐2，整个装置的大小可以根据需求 定制，无需修建反应池，投资成本小、处理效率高、操作容易，管理简单，易 于推广实施，为推进农村农业污水处理提供了更好的
选择和支持。
63.本方案还提供一种多介质曝气一体化污水处理装置的污水处理方法，其包 括：
64.步骤1：将污水抽入预处理罐1，对污水进行沉淀至预设时间后，控制器控 制抽水泵7将预处理罐1内的沉淀物抽出；
65.步骤2：打开第一污水出口管5，预处理后的污水进入硝化处理罐2进行硝 化处理；
66.步骤3：根据当前污水的温度、当前环境的大气压和当前污水中微生物数量 对照数据存储模块内的数据确定当前污水的标准溶氧量do
标
；
67.步骤4：通过溶氧传感器22计算出当前污水的实际溶氧量do
实
；
68.步骤5：通过实际溶氧量和标准溶氧量计算出当前污水的溶氧量偏差值do 偏
；
69.步骤6：控制器根据溶氧量偏差do
偏
实时控制充气泵13向曝气装置9供气， 硝处理罐中的微生物对污水中的有机物进行好氧硝化处理；
70.步骤7：对污水进行好氧硝化处理至预设时间后，控制器控制充气泵13停 止向曝气装置9供气，硝化处理罐2中的微生物对污水进行厌氧反硝化处理；
71.步骤8：对硝化处理罐2中的污水沉淀至预设时间后，通过第二污水出口管 11将污水排除，污水经硝化处理后的沉淀物通过沉淀物排泄口15排出硝化处理 罐2，完成污水处理工作。
72.在步骤6中，根据当前污水的温度、当前环境的大气压和当前污水中微生 物数量实时计算出do
偏
：
73.do
偏
＝do
标-do
实
；
74.其中，do
偏
为当前污水的溶氧量偏差值，do
标
为当前污水的标准溶氧量， do
实
为当前污水的实际溶氧量；
75.根据do
偏
计算出前污水的溶氧量偏差率do
率
：
76.do
率
＝do
偏
/do
标
＝(do
标-do
实
)/do
标
；
77.在好氧硝化处理的预设时间内，当-0.1《溶氧量偏差率do
率
《0.1时，则控制 器控制充气泵13维持当前供气速率；
78.当溶氧量偏差率do
率
＜-0.1时，则控制器控制充气泵13增加当前供气速率；
79.当溶氧量偏差率do
率
＞0.1时，则控制器控制充气泵13减小当前供气速率。
80.通过上述污水处理方法可以根据前污水的标准溶氧量和当前污水的实际溶 氧量实现充气频率的自动控制，也实现了精确供氧，提高整个污水处理装置的 运行效率，确保好氧硝化处理和厌氧反硝化处理效果的同时节约了能耗，减少 人员看管，节约人力物力。