慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置和方法
【專利摘要】一種慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置，主要由滾筒格柵機、無動力生物處理裝置和慢速土滲系統組成。本發明還公開了利用上述裝置進行污水凈化的方法。本發明可以經濟有效地凈化污水，充分利用污水中的營養物質和水，強化農作物、牧草和林木的生產，促進水產和畜產的發展，同時在盡可能小的面積上以高水力負荷處理污水，對于水力負荷較高的污水處理效果是常規單一慢速土滲系統15倍。
【專利說明】慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置和方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種重力勢能轉化動力以推動生物轉盤旋轉處理污水的裝置，更具體 地涉及一種慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水的裝置。
[0002] 本發明還涉及利用上述裝置進行污水凈化的方法。

【背景技術】
[0003] 生物轉盤是現有污水生物處理的先進技術，將轉盤一半放置在待處理污水中，一 半暴露在空氣中，使用電機轉軸帶動轉盤不斷旋轉，水中的轉盤以及空氣中的轉盤不斷交 換處理環境，處理效果好，出水水質高，但是由于需要電機帶動不斷旋轉轉盤，耗費了大量 的電能，本發明選取生物轉盤為主要處理技術，采用無動力設計模式，只需投入建設費用， 無需運行費用，一次性建成即可自行處理污水。本工藝對進水水質、水量的變化有較強的適 應性，即使中間停止一段時間進水，對生物膜的凈化功能也不會帶來明顯的障礙。使用本工 藝可高效、經濟的處理污水，凈化率高，適應性能強；且結構簡單、運轉安全，完全無需消耗 能源。適合處理中、低濃度有機污水，出水可直接做為中水回用，符合我國強力倡導的"節約 能源，資源循環利用"的理念。


【發明內容】

[0004] 本發明的目的在于提供一種慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置。
[0005] 本發明的又一目的在于提供一種利用上述裝置進行污水凈化的方法。
[0006] 為實現上述目的，本發明提供的慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置，主要由 滾筒格柵機、無動力生物處理裝置和慢速土滲系統組成；其中：
[0007] -滾筒格柵機，用于截流餐廚垃圾滲濾液中的固體；
[0008] 經滾筒格柵機處理的污水進入高位進水管后輸入無動力生物處理裝置；
[0009] 無動力生物處理裝置內的上部為生物轉盤，生物轉盤內填充有聚乙烯球，聚乙烯 球內部為中空狀，內部填充有輕質顆粒型分子篩填料，球體表面布滿方形孔；填充的聚乙烯 球為生物轉盤內部空間的3/4 ;生物轉盤由隔板分成第一區和第二區；無動力生物處理裝 置內的下部為填充有流動型分子篩填料的生物濾池，生物轉盤的周邊設有水車，生物轉盤 浸在生物濾池內；高位進水管的出水口對應第一區的生物轉盤的水車，帶動第一區的生物 轉盤轉動，第一區的生物轉盤與第二區的生物轉盤通過齒輪傳動，在間接動力下轉動；生物 濾池中的上清液通過布水管導入慢速土滲系統內；
[0010] 慢速土滲系統自上而下依次為表面砂土層、碎石層、過濾層和導水層，其中表面砂 土層為砂土混合物，用于栽種植物，過濾層為無紡布，過濾層和導水層中的上層鋪設有礫石 和石灰石的混合填料，下層鋪設有礫石和沸石混合填料；慢速土滲系統處理后的污水導入 出水池內。
[0011] 所述慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置，其中，滾筒格柵機內設有由鐵板卷 成兩個圓筒后中間夾著一段篩網板組成的滾篩，滾篩的下方為儲水池；滾筒格柵機的外殼 為半封閉式外殼，整體架設在支架上，針狀清掃器固定在滾篩的一側，且位于半封閉式外殼 的上端。
[0012] 所述慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置，其中，滾筒格柵機的滾篩轉速為 10 ?90 轉 /min。
[0013] 所述慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置，其中，經滾筒格柵處理的污水在液 壓泵的作用下進入高位進水管。
[0014] 所述慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置，其中，生物轉盤面積的20-60 %浸在 生物濾池內。
[0015] 所述慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置，其中，慢速土滲系統的表面砂土層 為0. 2m的砂土混合物，砂子與弗羅里娃藻土的體積混合比例為2:1-3:1 ;碎石層厚0. 3m，為 粒徑1. 2mm-l. 5mm的碎石，過濾層為厚度30mm的無紡布，過濾層和導水層厚50mm，上層鋪 設礫石、石灰石混合填料，用于磷的固化，下層鋪設礫石、沸石混合填料，用于污水的再度凈 化，其填料粒徑分別為8mm-15mm和15mm-30mm ;慢速土滲系統的底部為i = 0. 1-0. 5的坡 度。
[0016] 本發明提供的利用上述慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置進行污水凈化的 方法：
[0017] 污水自滾筒格柵的孔隙流過進入儲水池內，固體截流在滾筒滾筒格柵的篩網表面 上，在滾筒傾斜的重力作用、滾筒轉動的離心震蕩作用及往復式清篩推板的推動力下，掉落 在滾筒格柵機的下方，經滾筒格柵處理的污水進入高位進水管后先輸入無動力生物處理裝 置內對污水中有機物進行好氧生物降解，然后流經下部生物濾池中的流動型分子篩填料， 進一步處理水中的污染物質，最后進入第二區的生物轉盤進一步進行好氧生物處理，使污 水中含氮有機物首先被異養型微生物轉化為氨氮，然后在好氧（Aerobic)條件下，通過好 氧自養型硝化和亞硝化菌的作用，將廢水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽氮或硝酸鹽氮，最后在 缺氧（Anoxic)條件下，利用反硝化細菌（脫氮菌）將亞硝酸鹽和硝酸鹽轉化為氮氣從廢水 逸出，從而達到脫氮的目的；
[0018] 生物轉盤浸在無動力生物處理裝置內的廢水中，生物轉盤浸入廢水的一部分，其 表面生物膜吸附廢水中的有機物，使微生物獲得營養；當轉出水面時，生物膜及其帶動的水 膜又從大氣中直接吸收氧氣；如此循環反復，廢水中的有機物在需氧微生物的作用下得到 氧化分解，生物轉盤中分子篩上的生物膜也會因老化不斷地自行脫落，在生物濾池中沉淀 下來，上清液通過布水管導入慢速土滲系統；
[0019] 慢速土滲系統的表面砂土層用于栽種植物系統，其大粒徑構成的孔隙率促進了污 水的流動；通過過濾層、過濾層和導水層對污水再度凈化；
[0020] 慢速土滲系統的表面砂土層種植有龐大根系的植物，增強植物根系與微生物的聯 合效果，增加土壤孔隙率以提高污水流行性，提升植物在土滲系統中吸收、吸附作用；同時 利用偏堿性的赤泥分子篩作為填料，迅速吸附中和厭氧部分酸化產生的小分子酸，調節污 水酸堿度，使裝置內環境更適宜植物、微生物生存；同時營造偏堿性環境固定污水中的重金 屬，防止其浸出，利用小分子有機物供給植物養分，在植物生長過程中吸附、吸收重金屬進 行重金屬生物穩定化。
[0021] 慢速土滲系統處理后的達標水導入出水池內。
[0022] 所述的方法，其中，滾筒格柵機分離出來的固體顆粒、無動力生物處理裝置排出的 污泥混合進行堆肥產生有機肥料，達到資源回收的效果。
[0023] 所述的方法，其中，慢速土滲系統的部分出水回流至無動力生物處理裝置進水，調 節水質并刺激微生物生長過程分泌次生物質。
[0024] 本發明提供了一種獨特的生物處理環境，污水中的含氮有機物首先被異養型微生 物轉化為氨氮，然后在好氧（Aerobic)條件下，通過好氧自養型硝化和亞硝化菌的作用，將 廢水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽氮或硝酸鹽氮，最后在缺氧（Anoxic)條件下，利用反硝化細 菌（脫氮菌）將亞硝酸鹽和硝酸鹽轉化為氮氣從廢水逸出，較好的達到脫氮的目的。經過 無動力生物處理裝置處理后的污水，其營養物濃度大量削減，降低了污水的生物毒性，而后 采用污水慢速滲濾土地處理系統，以污水的深度處理和利用為主要目標，讓污水慢慢通過 土地，由于自然滲透過濾而使污水凈化、再生，通過土壤-植物系統，進行一系列物理、化 學、生物作用。生物轉盤工作時，轉盤上方與空氣接觸，其內部分子篩內氨氮氧化為硝氮溶 出，轉動入污水內部，再次吸附氨氮，并在反硝化過程中消耗污水內有機物，周而復始處理 污水。污水的土地處理，即經濟有效地凈化了污水，又充分利用了污水中的營養物質和水， 強化農作物、牧草和林木的生產，促進水產和畜產的發展，同時在盡可能小的面積上以高水 力負荷處理污水。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1是本發明的裝置示意圖。
[0026] 附圖中主要組件符號說明：
[0027] 1滾筒格柵機；2往復式清篩推板；3針狀清掃器；4高位進水管；5水車；6聚乙烯 球；7鋼軸；8生物轉盤；9墻體；10無動力生物處理裝置；11布水管；12植物系統；13慢速 土滲系統；14表面砂土層；15無紡布；16砂石層；17過濾層和導水層；18出水池；19生物濾 池；20液壓泵；21半封閉式外殼；22支架；A第一區的生物轉盤；B第二區的生物轉盤。

【具體實施方式】
[0028] 請參閱圖1。本發明慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置和方法可以去除污水 中的污染物質，較好的完成資源再生的過程。
[0029] 本發明的慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置，主要結構為：
[0030] -滾筒格柵機1，由鐵板卷成兩個圓筒后中間夾著一段網板組成的滾筒、半封閉式 外殼21、支架22及儲水池組成，針狀清掃器3固定在圓筒滾篩的一側，在半封閉式外殼21 上端。污水自滾筒格柵的孔隙流過，直接跌入儲水池內；固體截流在滾筒篩網表面上，在滾 筒傾斜的重力作用、滾筒轉動的離心震蕩作用及往復式清篩推板2的推動力下，掉落在滾 筒格柵機1的下方（即圖面的左側）。在滾筒轉動的過程中（轉速為10?90轉/min)，針 狀清掃器3隨之不斷轉動，防止滾筒格柵機1上的篩孔被固體堵塞，堵塞篩孔的固體在清掃 器的作用下掉進滾筒內部，在滾筒轉動的離心震蕩作用下，掉落在格柵機的左側。經過格柵 處理的污水在液壓泵20的作用下進入高位進水管4后輸入無動力生物處理裝置10。滾筒 格柵機分離出來的固體顆粒、無動力生物處理裝置排出的污泥混合進行堆肥，產生有機肥 料，達到資源回收的效果。
[0031] 無動力生物處理裝置10內的上部是由墻體9隔成第一區A的生物轉盤和第二區 B的生物轉盤8,第一區A的生物轉盤8與第二區B的生物轉盤8通過齒輪傳動，在間接動 力下轉動。生物轉盤8的下部為填充有流動型分子篩填料的生物濾池19,生物轉盤8的周 邊設有水車5。高位進水管4的出水口對應第一生物轉盤8的水車5,當高位進水管4的水 流沖擊該水車5時，將水流勢能轉化為動能，從而帶動第一區A的生物轉盤轉動，對污水中 有機物進行好氧生物降解，然后流經下部生物濾池19中的流動型分子篩填料，進一步處理 水中的污染物質，最后進入第二區B的生物轉盤進一步進行好氧生物處理。污水中污水中 的含氮有機物首先被異養型微生物轉化為氨氮，然后在好氧（Aerobic)條件下，通過好氧 自養型硝化和亞硝化菌的作用，將廢水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽氮或硝酸鹽氮，最后在缺 氧（Anoxic)條件下，利用反硝化細菌（脫氮菌）將亞硝酸鹽和硝酸鹽轉化為氮氣從廢水逸 出，從而達到脫氮的目的。本發明的無動力生物處理裝置中，可以經濟有效地凈化污水，充 分利用污水中的營養物質和水，強化農作物、牧草和林木的生產，促進水產和畜產的發展， 同時在盡可能小的面積上以高水力負荷處理污水。
[0032] 生物轉盤8部分采用由固定在一橫軸上的若干餅狀中空鐵籠組成。餅狀中空鐵籠 是由圓形鐵板焊接六條鐵片作為骨架，骨架一側焊接一圓形網板，兩片骨架平行布置，之間 依靠網板彎曲成圓形連接。橫軸與鐵籠采用六邊形固定，以強化其連接剛度。鐵籠內部填 充滿聚乙烯球6,聚乙烯球6內部為中空，球體表面布滿方形孔，聚乙烯球內部填充有輕質 顆粒型分子篩填料，填充度為聚乙烯球內部空間的3/4,以保證生物轉盤轉動過程中，聚乙 烯球內部填料的流動性。生物轉盤轉動過程中，由于聚乙烯球內部輕質顆粒型分子篩填料 的流動性，使得聚乙烯球內部分子篩填料之間不規則碰撞，令其表面生物膜在撞擊摩擦作 用下脫落。這一結構在氧氣的傳質過程中有重要意義，且有利于生物膜內層微生物直接從 液相中得到基質。
[0033] 本發明的生物轉盤及生物濾池內分子篩填料有巨大的比表面積以及強吸附性，同 時吸附污水中的氨氮等污染物質，使污水內氨氮濃度可低于40mg/L，降低污水生物毒性，提 高處理過程中微生物活性，提高生物處理硝化、脫氮與除磷的功能。
[0034] 生物轉盤有20-60 %的面積浸在無動力生物處理裝置10內的廢水中，生物轉盤浸 入廢水的一部分，其表面生物膜吸附廢水中的有機物，使微生物獲得營養。當轉出水面時， 生物膜及其帶動的水膜又從大氣中直接吸收氧氣。如此循環反復，廢水中的有機物在需氧 微生物的作用下得到氧化分解。生物轉盤中分子篩上的生物膜也會因老化不斷地自行脫 落，在生物濾池中沉淀下來，上清液通過布水管11導入慢速土滲系統13。
[0035] 慢速土滲系統13自上而下依次為表面砂土層14、碎石層16、過濾層和導水層17。 表面砂土層14為0. 2m的砂土混合物，用于栽種植物系統12,根據弗羅里硅藻土粘度，砂子 與弗羅里娃藻土混合比例為2:1-3:1 ;碎石層厚0. 3m，為粒徑1. 2mm-l. 5mm的碎石，便于植 物根系生長的同時，其大粒徑構成的孔隙率促進了污水的流動；過濾層為厚度30mm的無紡 布15,防止因表面砂土層14中弗羅里硅藻土、砂石的流失而造成過濾層和導水層17的堵 塞。過濾層和導水層17厚50mm，分為兩層，上層鋪設礫石和石灰石的混合填料，用于磷的固 化，下層鋪設礫石和沸石混合填料，用于污水的再度凈化，其填料粒徑分別為8mm-15mm和 15mm-30mm ;慢速土滲系統13的面底設有i = 0. 1-0. 5的坡度，以保證污水自導水層順利流 出。
[0036] 慢速土滲系統13的表面砂土層種植物選擇草本植物與木本植物聯合培育。栽種 木本植物富貴竹可利用其龐大根系，增強植物根系與微生物的聯合效果，增加土壤孔隙率 以提高污水流行性，提升植物在土滲系統中吸收、吸附作用；栽種草本植物風車草、蘆葦及 再力花，對污水中的污染物質有較好的處理效果，對污水中的重金屬有高效的吸收作用。 [0037] 慢速土滲系統13將污水作為水肥資源加以利用，富貴竹、風車草和蘆葦利用污水 中營養物質生長成熟后收割，可具有經濟效益，而再力花具有景觀效果。慢速土滲系統13 運行時床體一直處于不飽和狀態，保證在滴濾狀態下連續運行。慢速土滲系統13處理后的 污水經由液壓泵提升至出水池18內。
[0038] 根據本發明的一個實施例，本發明對于水力負荷較高的污水處理效果是常規單一 慢速土滲系統15倍。
【權利要求】
1. 一種慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置，主要由滾筒格柵機、無動力生物處理 裝置和慢速土滲系統組成；其中： 一滾筒格柵機，用于截流餐廚垃圾滲濾液中的固體； 經滾筒格柵機處理的污水進入高位進水管后輸入無動力生物處理裝置； 無動力生物處理裝置內的上部為生物轉盤，生物轉盤內填充有聚乙烯球，聚乙烯球內 部為中空狀，內部填充有輕質顆粒型分子篩填料，球體表面布滿方形孔；填充的聚乙烯球為 生物轉盤內部空間的3/4 ;生物轉盤由隔板分成第一區和第二區；無動力生物處理裝置內 的下部為填充有流動型分子篩填料的生物濾池，生物轉盤的周邊設有水車，生物轉盤浸在 生物濾池內；高位進水管的出水口對應第一區的生物轉盤的水車，帶動第一區的生物轉盤 轉動，第一區的生物轉盤與第二區的生物轉盤通過齒輪傳動，在間接動力下轉動；生物濾池 中的上清液通過布水管導入慢速土滲系統內； 慢速土滲系統自上而下依次為表面砂土層、碎石層、過濾層和導水層，其中表面砂土層 為砂土混合物，用于栽種植物，過濾層為無紡布，過濾層和導水層中的上層鋪設有礫石和石 灰石的混合填料，下層鋪設有礫石和沸石混合填料；慢速土滲系統處理后的污水導入出水 池內。
2. 根據權利要求1所述慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置，其中，滾筒格柵機內 設有由鐵板卷成兩個圓筒后中間夾著一段篩網板組成的滾篩，滾篩的下方為儲水池；滾筒 格柵機的外殼為半封閉式外殼，整體架設在支架上，針狀清掃器固定在滾篩的一側，且位于 半封閉式外殼的上端。
3. 根據權利要求1或2所述慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置，其中，滾筒格柵機 的滾篩轉速為10?90轉/min。
4. 根據權利要求1所述慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置，其中，經滾筒格柵處 理的污水在液壓泵的作用下進入高位進水管。
5. 根據權利要求1所述慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置，其中，生物轉盤面積 的20-60 %浸在生物濾池內。
6. 根據權利要求1所述慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置，其中，慢速土滲系統 的表面砂土層為0. 2m的砂土混合物，砂子與弗羅里硅藻土的體積混合比例為2:1-3:1，且 弗羅里娃藻土鋪設在表層；碎石層厚0. 3m，為粒徑1. 2mm-l. 5mm的碎石，過濾層為厚度30mm 的無紡布，過濾層和導水層各厚50mm，上層鋪設礫石、石灰石混合填料，用于磷的固化，下層 鋪設礫石、沸石混合填料，用于污水的再度凈化，其過濾層填料粒徑為8_-15_，導水層填 料粒徑為15mm-30mm ;慢速土滲系統的底部為i = 0. 1-0. 5的坡度。
7. 利用權利要求1所述慢滲系統無動力生物轉盤凈化污水裝置進行污水凈化的方法： 污水自滾筒格柵的孔隙流過進入儲水池內，固體截流在滾筒滾筒格柵的篩網表面上， 在滾筒傾斜的重力作用、滾筒轉動的離心震蕩作用及往復式清篩推板的推動力下，掉落在 滾筒格柵機的下方，經滾筒格柵處理的污水進入高位進水管后先輸入無動力生物處理裝置 內對污水中有機物進行好氧生物降解，然后流經下部生物濾池中的流動型分子篩填料，進 一步處理水中的污染物質，最后進入第二區的生物轉盤進一步進行好氧生物處理，使污水 中含氮有機物首先被異養型微生物轉化為氨氮，然后在好氧條件下，通過好氧自養型硝化 和亞硝化菌的作用，將廢水中的氨氮氧化為亞硝酸鹽氮或硝酸鹽氮，最后在缺氧條件下，利 用反硝化細菌將亞硝酸鹽和硝酸鹽轉化為氮氣從廢水逸出，從而達到脫氮的目的； 生物轉盤浸在無動力生物處理裝置內的廢水中，生物轉盤浸入廢水的一部分，其表面 生物膜吸附廢水中的有機物，使微生物獲得營養；當轉出水面時，生物膜及其帶動的水膜又 從大氣中直接吸收氧氣；如此循環反復，廢水中的有機物在需氧微生物的作用下得到氧化 分解，生物轉盤中分子篩上的生物膜也會因老化不斷地自行脫落，在生物濾池中沉淀下來， 上清液通過布水管導入慢速土滲系統； 慢速土滲系統的表面砂土層用于栽種植物系統，其大粒徑構成的孔隙率促進了污水的 流動；通過過濾層、過濾層和導水層對污水再度凈化； 慢速土滲系統的表面砂土層種植有龐大根系的植物，增強植物根系與微生物的聯合效 果，增加弗羅里硅藻土孔隙率以提高污水流行性，提升植物在土滲系統中吸收、吸附作用； 慢速土滲系統處理后的達標水導入出水池內。
8. 根據權利要求7所述的方法，其中，滾筒格柵機分離出來的固體顆粒、無動力生物處 理裝置排出的污泥混合進行堆肥產生有機肥料，達到資源回收的效果。
9. 根據權利要求7所述的方法，其中，慢速土滲系統的部分出水回流至無動力生物處 理裝置進水，調節水質并刺激微生物生長過程分泌次生物質。
【文檔編號】C02F9/14GK104150706SQ201410360148
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月25日 優先權日:2014年7月25日
【發明者】席北斗, 王雷, 李英軍 申請人:席北斗