專利名稱：一種人工快速滲濾系統(tǒng)污水脫氮處理方法及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用滲透法進(jìn)行污水處理方法，特別是涉及一種利用人工 快速滲濾池進(jìn)行污水脫氮處理的方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)：
隨著工業(yè)的飛速發(fā)展和農(nóng)村城市化水平的不斷提高，水資源緊張和水污染
現(xiàn)象嚴(yán)重成為全國各地面臨的主要難題之一。據(jù)國家環(huán)?？偩?006年的統(tǒng)計(jì)， 2006年廢水排放總量仍呈"十五，，期間的上升趨勢(shì)。工業(yè)廢水排放量自"十五" 以來首次呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，生活污水排放量繼續(xù)保持了增長趨勢(shì)。生活污水包括 城市生活污水和農(nóng)村生活污水兩部分，而從全國情況看，生活污水產(chǎn)生的水污 染正從城市向農(nóng)村蔓延。
在實(shí)際生產(chǎn)生活中，農(nóng)村生活污水處理工作難度特別大。目前工作尚屬起 步階段，存在許多困難和問題，主要體現(xiàn)在缺乏建設(shè)資金和缺乏適合我國農(nóng)村 地區(qū)實(shí)際的處理技術(shù)兩方面。歸根到底是沒有適合農(nóng)村實(shí)情的低成本效果好的 處理技術(shù)。
目前，我國城市生活污水常用處理工藝，如SBR法、UNITANK法、氧化 溝法、AB法、A/0法、A/A/0法、生物濾池法、生物轉(zhuǎn)盤法、生物接觸氧化法、 生物流化床法等，都各自存在一些難以克服的缺點(diǎn)。主要體現(xiàn)在以下幾方面 ①基建投資和運(yùn)行費(fèi)用高；②操作復(fù)雜，難以管理；③產(chǎn)生大量的污泥，給環(huán)境重新造成潛在的危害；④傳統(tǒng)的污水二級(jí)生物處理方法可以有效的去除SS 和COD等，但是對(duì)氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的去除率較低(30%-50%);⑤廢水生物 處理方法一般動(dòng)力消耗較大，單位污水處理成本高。因此要將城市生活污水常 用的處理工藝直接嫁接到農(nóng)村地區(qū)是行不通的。
人工快速滲濾系統(tǒng)(Constructed Rapid Infiltration System,簡稱CRI系統(tǒng)) 是針對(duì)傳統(tǒng)污水土地處理系統(tǒng)普遍存在的水力負(fù)荷低、單位面積處理能力小等 問題提出的，它在很大程度上借鑒了污水快速滲濾土地處理系統(tǒng)和人工構(gòu)造濕 地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，并取長補(bǔ)短，逐步發(fā)展成為具有自身特色的新型污水處理技術(shù)。 由于其兼具了污水快速滲濾土地處理系統(tǒng)和人工構(gòu)造濕地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，而越來 越受到人們的青睞。CRI系統(tǒng)是我國科研人員借鑒污水快速滲濾和人工構(gòu)造濕地 等土地處理工藝的優(yōu)點(diǎn)，自主研發(fā)的一種新型的土地處理技術(shù)，因此國外專門 針對(duì)CRI系統(tǒng)的研究尚未見到報(bào)導(dǎo)。
專利號(hào)為ZL200410073951.8,名為"人工快速滲濾污水處理系統(tǒng)裝置"的 發(fā)明專利，公開了一種人工快速滲濾污水處理系統(tǒng)，它由隔柵池、預(yù)沉池和快 濾池組成。其中快滲池分兩層，底部為墊層，填粒徑為30-40mm的礫卯或碎石， 墊層上部100mm為反濾層，填料為鵝卵石，墊層底部設(shè)集水管。但經(jīng)該人工快 速滲濾系統(tǒng)占地面積大，且處理的生活污水總氮指標(biāo)達(dá)不到《i成鎮(zhèn)污水處理廠 污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中一級(jí)A標(biāo)。這是將人工快速滲濾系統(tǒng)在廣 大農(nóng)村推廣應(yīng)用必須解決的一個(gè)技術(shù)難題
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種適合農(nóng)村實(shí)際需要的生活 污水處理方法。該方法處理原水適合農(nóng)村生活污水水質(zhì)水量特征，處理效果好，
總氮去處效率高，處理后滿足GB18918-2002中一級(jí)A標(biāo)。并且該方法建設(shè)成 本低、運(yùn)行無費(fèi)用或低費(fèi)用、適合分散型處置。
在CRI中氨化作用和硝化作用只是改變氮的形態(tài)，只是將進(jìn)水中的有機(jī)氮 和氨氮通過硝化作用轉(zhuǎn)化成了硝態(tài)氮，而反硝化反應(yīng)進(jìn)行很不充分，因此無法 有效將硝酸鹽氮和亞硝酸鹽氮轉(zhuǎn)化成氣態(tài)氮，永久性的從系統(tǒng)中去除，這就是 CRI中總氮去除率僅有28.35-29.78%的原因。本發(fā)明設(shè)計(jì)通過改變?nèi)斯た焖贊B濾 池內(nèi)部好氧、兼氧、厭氧段的比例，優(yōu)化反應(yīng)條件提高CRI的脫氮效率。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
快速滲濾池內(nèi)部滲濾層填裝總高度約為1800mm的滲濾介質(zhì)，滲濾介質(zhì)從上向 下分為三層第一層填裝細(xì)砂與5%大理石砂，細(xì)砂粒徑范圍0.1 ~0.5 mm，深 度600mm;第二層填裝粗砂與5%大理石砂，粗砂粒徑范圍0.2 ~ 25 mm,深度 1000mm;第三層填裝碎石，粒徑范圍4 40mm,深度200mm;滲濾介質(zhì)中大 理石砂起骨架作用，粒徑約50mm。在滲濾層上表面和人工快速滲濾池上部內(nèi)壁 間留有300mm以上的空間作為保護(hù)層，防止進(jìn)水時(shí)，污水不能及時(shí)下滲，而溢 流出來。兩個(gè)布水管口分別是第一布水管口位于滲濾層上表面頂部，第二布 水管口位于滲濾池滲濾介質(zhì)內(nèi)，距離滲濾層上表面900mm處。布水時(shí)選用生活 污水處理時(shí)典型水力負(fù)荷和周期條件，并且將第一布水管與第二布水管布水量 比控制為2: 1。進(jìn)入工人快速滲濾池的污水由上向下流經(jīng)滲濾層后得到凈化處理，再通過溢流出水流出。溢流出水口高度為自滲濾層底向上約1100mm處。
處理污水時(shí)，首先根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)每日污水處理量以及水力負(fù)荷條件，
再根據(jù)公式1計(jì)算應(yīng)用該方法所需的人工快速滲濾池的有效橫截面積。<formula>formula see original document page 7</formula>公式1
CRI的脫氮效率，尤其是對(duì)總氮的去除效率主要由反硝化反應(yīng)進(jìn)行的程度決 定。而決定反硝化反應(yīng)程度是溶解氧濃度、C/N比、厭氧段的停留時(shí)間這三個(gè)主 要因素共同作用的結(jié)果。本發(fā)明的技術(shù)方案正是通過分段布水和溢流出水兩項(xiàng) 技術(shù)手段提高了 CRI的脫氮效率。
通過分段進(jìn)水提高了滲濾層中溶解氧氧濃度。在人工快速滲濾系統(tǒng)填料層 中好氧段(0-900mm),由于溶解氧充分，硝化反應(yīng)進(jìn)行較為徹底，氨氮的去除 率很高，約占總?cè)コ?5%，氨氮經(jīng)硝化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，因此相應(yīng)硝態(tài)氮 濃度持續(xù)增加，在人工快速滲濾系統(tǒng)填料層中900mm處，硝態(tài)氮達(dá)到最大值。 滲濾層900-1400mm段是進(jìn)行反硝化反應(yīng)的進(jìn)行的主要區(qū)域，分段進(jìn)水選在 900mm處，并按2: l投配污水時(shí)，可以保證投配的污水中的碳直接為反硝化反 應(yīng)提供碳源，使900-1400mm段的C/N比維持在2-4之間，與反硝化反應(yīng)要求的 C/N比大于4的要求最為接近。因此優(yōu)化協(xié)調(diào)了溶解氧濃度和C/N對(duì)反硝化反 應(yīng)的影響。
CRI氨氮的真正去除主要依靠亞硝化菌和硝化菌的硝化作用，主要發(fā)生在落 干期。CRI中氨氮的來源主要包括進(jìn)水中的氨氮、進(jìn)水中的有機(jī)氮氨化產(chǎn)生的氨 氮、生物細(xì)胞有機(jī)氮氨化產(chǎn)生的氨氮和滲濾介質(zhì)上解析出的氨氮；CRI中氨氮的轉(zhuǎn)化或遷移途徑包括滲濾介質(zhì)的吸附、生物細(xì)胞合成變成有機(jī)氮、硝化作用 和被出水帶走。其中占主導(dǎo)作用的硝化作用，主要發(fā)生在0-900mm好氧段和 卯0-1200mm兼氧段。
好氧段是氨化和硝化反應(yīng)的主要發(fā)生段，污水進(jìn)入兼氧段，隨著溶解氧的 逐漸降低，硝化反應(yīng)逐漸削弱，反硝化反應(yīng)逐漸增強(qiáng)，兼氧段末端出水氨氮的 去除率為91.43-95.42%,約占總?cè)コ实?0%,總氮的去除率48.71-52.62%,約 占總?cè)コ实?0%，污水進(jìn)入?yún)捬醵危趸磻?yīng)基本停止，反硝化反應(yīng)繼續(xù)進(jìn) 行，快速滲濾層1800mm處出水氨氮的去除率為97.97-98.77%,約占總?cè)コ?的100%,總氮的去除率58.55-61.92%，約占總?cè)コ实?00%。
CIR采用溢流出水方式，出水高度為自人工土柱底部往上1100mm。這樣可 以確保人工試驗(yàn)土柱內(nèi)層1100mm長完全飽水區(qū)區(qū)域。抑制兼氧段和厭氧段的 自然復(fù)氧過程，有利于進(jìn)一步降低厭氧段溶解氧的濃度，為反硝化反應(yīng)創(chuàng)造有 利條件。
本發(fā)明通過分段進(jìn)水的方式，增加了兼氧、厭氧段初始有機(jī)質(zhì)的濃度強(qiáng)化 了兼氧和厭氧分解的效果；同時(shí)加長了兼氧、厭氧段的長度，延長了厭氧分解 的時(shí)間。通過溢流出水的方式，創(chuàng)造出完全飽水帶，為兼氧、厭氧菌的生長提 供了良好的環(huán)境，增加了兼氧、厭氧段中兼氧菌和專性厭氧菌的生物量。
本發(fā)明所述人工快速滲濾系統(tǒng)污水脫氮處理方法，小城鎮(zhèn)及農(nóng)村生活污水 的分散處理。特別適用于水質(zhì)特征滿足如下指標(biāo)的農(nóng)村生活污水COD《 400mg/l; BOD《200mg/l;氨氮(以N計(jì))《30mg/l; TP《5mg/l; SS《300mg/1。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是所述方法處理生活污水總氮去處效率約60%，氨氮的去除率約98%。，出水水質(zhì)含氮率達(dá)到GB18918-2002中一 級(jí)A標(biāo)。該方法工藝靈活、投資省、能耗小、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)管理方便。本 發(fā)明所使用設(shè)備高度基本一定，修建時(shí)選址不需考慮用地形狀，只需考慮有效 橫截面積條件，因此使用靈活，宜于布置，且相比普通傳統(tǒng)土地污水處理系統(tǒng) 而言占地面積小。本發(fā)明特別適于農(nóng)村生活污水的處理。


圖1是人工快速滲濾系統(tǒng)脫氮處理工藝流程圖。 圖2是人工快速滲濾池剖視圖。 圖中標(biāo)號(hào)如下
1預(yù)沉池 2人工快速滲濾池
3第一布水管 4第一布水管口
5第二布水管 6第二布水管口
7溢流出水管 8溢流出水口
9轉(zhuǎn)子流量計(jì)
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例作進(jìn)一步的描述。 實(shí)施例一
如圖1、圖2所示。成都市郫縣犀浦鎮(zhèn)西南交通大學(xué)新校區(qū)附近一普通三口 農(nóng)戶家處理生活污水，經(jīng)測(cè)定，人均排放量為24.68xl(^m/人.日，污水含氮指標(biāo) 為總氮(以N計(jì))=28.99mg/l,氨氮(以N計(jì))=25.73mg/l。采用上述方法為其處理生活污水，設(shè)計(jì)水力負(fù)荷為1.0m/d，每日污水處理 量為38xl0-3m。
污水處理流程為預(yù)沉池—循環(huán)泵—流量計(jì)—人工快速滲濾池—出水。 根據(jù)實(shí)際，在農(nóng)戶家宅附近修建人工快速滲濾系統(tǒng)，包括預(yù)沉池1和人工快 速滲濾池2。根據(jù)公式1計(jì)算得出人工快速滲濾池有效截面積為0.038m2。滲濾 池2由磚石修筑，結(jié)構(gòu)如圖2所示。人工快速滲濾池內(nèi)部空間高2100mm，內(nèi)部 滲濾層填裝總高度為1800mm的滲濾介質(zhì)，滲濾介質(zhì)從上向下分為三層第一 層填裝細(xì)砂與5%大理石砂，細(xì)砂粒徑范圍0.1 ~0.5mm,深度600mm;第二層 填裝粗砂與5%大理石砂，粗砂粒徑范圍0.2-25 mm，深度1000mm;第三層填 裝碎石，粒徑范圍4 40mm，深度200mm;滲濾介質(zhì)中大理石砂起骨架作用， 粒徑約50mm。滲濾層上表面與滲濾頂部內(nèi)壁間有300mm高的空間為保護(hù)層。 人工快速滲濾池設(shè)置有第一布水管3和第二布水管5,第一布水管口 4距離人工 快速滲濾池內(nèi)層頂端300mm處，第二布水管口 6位于滲濾介質(zhì)內(nèi)，距離滲濾層 上表面900mm處。兩布水管前各安裝一個(gè)轉(zhuǎn)子流量計(jì)9。人工快速滲濾池底部 設(shè)置溢流出水管7,溢流出水口 8高度為自滲濾層底向上1100mm處。
操作時(shí)，以原水啟動(dòng)人工快速滲濾系統(tǒng)，水力負(fù)荷逐級(jí)遞增第1 7天為 0.25m/d，第8~10天為0.5m/d，第10天起為1.0m/d;每天布水4次，每隔6h 投配一次； 一個(gè)水力負(fù)荷周期6h，投水1.5h、落干4.5h，每次布水水量9.5xl(r3m， 每天布水量38xl(^m。采用時(shí)間繼電器控制水泵的起停，實(shí)現(xiàn)定時(shí)和定量布水。 人工快速滲濾系統(tǒng)動(dòng)力選用最大流量為9xl(T3m /h的^茲力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵MP-6R， 和流量范圍為1 ~ 10xl(T3m/h的流量計(jì)。布水時(shí)，兩個(gè)布水口同時(shí)布水，第一布水管3與第二布水管5布水量比控 制為2: 1。
系統(tǒng)運(yùn)行2周后測(cè)定出水水質(zhì)總氮(以N計(jì))=11.78mg/l，氨氮(以N 計(jì))-0.32mg/1，總氮的去除率59.37%,氨氮的去除率為98.77%,總氮、氨氮都 優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918-2002)中一級(jí)A標(biāo)。
該污水處理系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，生物馴化過程不需要接種污泥，只需要采用原水。 調(diào)試周期短，約2周時(shí)間即掛膜成功，幾乎不需要調(diào)試成本。運(yùn)行穩(wěn)定性能好。
為該農(nóng)戶修建的人工快速滲濾系統(tǒng)初期投資成本約為200元，后期運(yùn)行費(fèi) 用僅為少量電費(fèi)。
權(quán)利要求
1.一種人工快速滲濾系統(tǒng)污水脫氮處理方法，包括預(yù)沉處理和滲濾處理兩個(gè)步驟，在滲濾處理步驟中，首先根據(jù)實(shí)際情況設(shè)計(jì)每日污水處理量以及水力負(fù)荷條件，再進(jìn)行滲濾處理，其特征在于滲濾處理是將預(yù)沉處理后的污水經(jīng)由兩個(gè)布水管引入人工快速滲濾池(2)進(jìn)行滲濾后再通過溢流出水；所述人工快速滲濾池(2)內(nèi)部滲濾層填裝滲濾介質(zhì)，滲濾介質(zhì)從上向下分為三層第一層填裝細(xì)砂與5％(體積)大理石砂，深度600mm，第二層填裝粗砂與5％(體積)大理石砂，深度1000mm，第三層填裝碎石，深度200mm；所述兩個(gè)布水管位置是第一布水管口(4)位于滲濾層上表面，第二布水管口(6)位于滲濾池滲濾介質(zhì)內(nèi)，距離滲濾層上表面900mm處，布水時(shí)第一布水管(3)與第二布水管(5)布水量比為2∶1；所述溢流出水出水口(8)高度為自滲濾層底向上1100mm處。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工快速滲濾系統(tǒng)污水脫氮處理方法，其特征在于 所述滲濾介質(zhì)第一層細(xì)砂粒徑范圍0.1 ~ 0.5 mm，第二層粗砂粒徑范圍0.2 ~ 25 mm,第三層碎石粒徑范圍4 ~ 40 mm。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人工快速滲濾系統(tǒng)污水脫氮處理方法，其特征在 于采用干濕交替運(yùn)轉(zhuǎn)方式進(jìn)行污水處理。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的人工快速滲濾系統(tǒng)污水脫氮處理方法，其特征在于 每天布水4次，每隔6h投配一次； 一個(gè)水力負(fù)荷周期6h，投水1.5h、落干 4.5h。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人工快速滲濾系統(tǒng)污水脫氮處理方法，其特征在于啟動(dòng)時(shí)水力負(fù)荷逐級(jí)遞增。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的人工快速滲濾系統(tǒng)污水脫氮處理方法，其特征在于 啟動(dòng)時(shí)水力負(fù)荷按照設(shè)計(jì)水力負(fù)荷的1/4到1/2到1的變化梯度遞增。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人工快速滲濾系統(tǒng)污水脫氮處理方法，其特征在 于水力負(fù)荷為1.0m/d。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工快速滲濾系統(tǒng)污水脫氮處理方法，應(yīng)用于滿足如 下指標(biāo)的污水處理COD < 400mg/l、BOD《200mg/l、以N計(jì)的氨氮< 30mg/l、 SS《300mg/1。
9. 根據(jù)要利要求8所述的人工快速滲濾系統(tǒng)污水脫氮處理方法的應(yīng)用，其特征 在于適用于農(nóng)村生活污水處理。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種人工快速滲濾系統(tǒng)污水脫氮處理方法及應(yīng)用。針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中人工快速滲濾系統(tǒng)處理的生活污水總氮指標(biāo)達(dá)不到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中一級(jí)A標(biāo)等缺陷，本發(fā)明提供一種人工快速滲濾系統(tǒng)污水脫氮處理方法。該方法將預(yù)沉處理后的污水經(jīng)由2個(gè)布水管引入填裝由河砂、大理石砂和碎石的人工快速滲濾池內(nèi)，布水管口分別位于滲濾層上表面頂部和滲濾介質(zhì)內(nèi)，污水凈化處理通過溢流出水流出。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明處理污水總氮去處效率高，處理后滿足GB18918-2002中一級(jí)A標(biāo)，且方法工藝靈活、投資省、能耗小、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)管理方便，特別適于農(nóng)村生活污水的處理。
文檔編號(hào)C02F3/00GK101318735SQ20081004555
公開日2008年12月10日 申請(qǐng)日期2008年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日
發(fā)明者付永勝, 陳俊敏 申請(qǐng)人:陳俊敏;付永勝