一種適合水網(wǎng)型村鎮(zhèn)溝渠污水處理的生物濾池的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于污水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種適合水網(wǎng)型村鎮(zhèn)溝渠污水處理的生物濾池。沿池長方向用折流板將濾池分為十個格室，每個格室底層放置粗碎石，粗碎石上有兩層，每層水平放置五個濾料筐，濾料筐里填充自制脫氮除磷濾料，上層濾料筐里種植植物。自行開發(fā)的陶粒濾料是經(jīng)過燒制和改性兩個步驟研制而成。當濾料吸附達到飽和后，可將濾料筐中濾料取出，由于濾料中吸附了氮磷等營養(yǎng)元素，肥力增強，可以繼續(xù)農(nóng)用，作為非食用植物的肥料或土壤改良劑使用，達到資源化利用的目的。濾池結(jié)構(gòu)簡單、投資省、不進行人工曝氣，不反沖洗濾料，只利用自然方式充氧，實現(xiàn)了無動力，無能耗，方便管理的目的，是一種符合我國村鎮(zhèn)水網(wǎng)溝渠污水處理的新工藝。
【專利說明】一種適合水網(wǎng)型村鎮(zhèn)溝渠污水處理的生物濾池

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于污水處理【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種適合水網(wǎng)型村鎮(zhèn)溝渠污水處理的生 物濾池。

【背景技術(shù)】
[0002] 近20年來，雖然我國污水處理廠不斷興建，污水的處理率在不斷提高，但主要集 中在城市，全國大部分農(nóng)村的污水得不到處理，農(nóng)村污水排放量在污水總排放量中的比例 越來越大。由于大量生產(chǎn)和生活廢水未經(jīng)處理排入各種水體，加上公共設(shè)施跟不上發(fā)展的 需要，農(nóng)村大量人口飲用不衛(wèi)生水。據(jù)相關(guān)調(diào)查表明，我國7億人口飲用水源不合格，其中 大腸桿菌超標率達86%。農(nóng)村的污水亂排放不僅給自身環(huán)境造成破壞，對流經(jīng)的河流也是 很大的污染。
[0003] 我國中部水網(wǎng)區(qū)村鎮(zhèn)主要地理特征是丘陵、平原與江河水網(wǎng)交錯，水環(huán)境污染已 相當嚴重，通過綜合整治，構(gòu)建村鎮(zhèn)污染源頭控制及溝渠污染物攔截技術(shù)模式對提高流域 水質(zhì)及廣大人民身體健康具有十分重要的作用。
[0004] 農(nóng)村污水的特點是：水質(zhì)水量變化較大，且比較集中：特別是早、中、晚集中做飯 時間，污水量達到高峰，是平時污水排放量的2到3倍。此外，農(nóng)村排水系統(tǒng)很不完善更沒有 經(jīng)過合理的規(guī)劃，雨污混排，受雨季影響，水量變化系數(shù)大，且由于管理水平低，資金短缺， 缺乏工藝設(shè)計參數(shù)，成熟的城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)很難在農(nóng)村得到推廣應(yīng)用。
[0005] 目前，用于生活污水處理的生物濾池技術(shù)與工藝多種多樣，主要有曝氣生物濾池、 厭氧生物濾池、A/0組合式一體化生物濾池、生物滴濾池、蚯蚓生物濾池等。分散居住或經(jīng) 濟、技術(shù)相對落后的農(nóng)村村鎮(zhèn)的生活污水處理技術(shù)主要以A/0組合式一體化生物生物滴濾 池、蚯蚓生物濾池為主。這些工藝技術(shù)中，如曝氣生物濾池雖處理效果好，但是能耗高，運行 管理復(fù)雜。其他濾池雖能耗低，但也存在占地大，容易滋生蚊蠅，濾料易堵塞等問題。農(nóng)村 污水的生物濾池處理技術(shù)尚在不斷研究完善中。鑒于農(nóng)村經(jīng)濟實力相對較弱，無法配備專 業(yè)的污水處理、運行管理技術(shù)人員，因此農(nóng)村污水的生物處理技術(shù)應(yīng)盡量采用基建投資低、 操作簡便、維護簡單、節(jié)能降耗的技術(shù)。其它背景資料可參見參考文獻。
[0006] 參考文獻
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0019] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有生物濾池技術(shù)存在的運行管理復(fù)雜、易滋 生蚊蠅等不足，提供一種適合水網(wǎng)型村鎮(zhèn)溝渠污水處理的生物濾池，該濾池能利用自然地 形條件高效處理污染物，結(jié)構(gòu)簡單、濾料不易堵塞及更換容易、無能耗、投資省、無需管理， 為示范工程提供技術(shù)支撐。
[0020] 本發(fā)明的一種適合水網(wǎng)型村鎮(zhèn)溝渠污水特征的生物濾池，沿池長方向用折流板將 濾池分為十個格室，每個格室底層放置粗碎石，粗碎石上有兩層，每層水平放置五個濾料 筐，濾料筐里填充自制脫氮除磷濾料，上層濾料筐里種植植物；所述自制脫氮除磷濾料制備 方法如下：
[0021] 以粉煤灰為主要原料，與粘土、煤粉按7:2:1的比例，控制預(yù)熱溫度為500°C、預(yù) 熱時間為25min，燒結(jié)溫度為1050°C、燒結(jié)時間為20min制得；然后對制得的陶粒濾料經(jīng) lmol/L FeCl3溶液25°C下改性4天，取出后用去離子水反復(fù)沖洗至中性，烘干，得到除磷陶 粒濾料；
[0022] 以粉煤灰為主要原料，與粘土、煤粉按7:2:1的比例，控制預(yù)熱溫度為500°C、預(yù)熱 時間為25min，燒結(jié)溫度為1050°C、燒結(jié)時間為20min制得；經(jīng)2mol/LNa0H75°C改性3天， 取出后用去離子水反復(fù)沖洗至中性，烘干，得到脫氮陶粒濾料；
[0023] 將除磷陶粒濾料和脫氮陶粒濾料按質(zhì)量比為1?3:1的比例進行混合，得到自制 脫氮除磷陶粒濾料。
[0024] 所述粗碎石的粒徑為8?16mm。粗碎石層的厚度為0. 4米。
[0025] 所述自制脫氮除磷陶粒濾料的粒徑為5?8mm。濾料筐的高度為0. 6米。
[0026] 使用上述生物濾池的方法如下：
[0027] 1)濾池進水：水網(wǎng)型村鎮(zhèn)農(nóng)戶排出的污水經(jīng)源頭處理后流入水塘和溝渠，利用自 然地形高差通過進水管跌入濾池的前端，由于跌落過程中與空氣充分接觸，使大量溶解氧 融入污水而帶入濾池；
[0028] 2)污水沿池長方向以折流的方式流經(jīng)各個格室，經(jīng)過各格室中模塊化填裝的自制 脫氣除憐濾料后出水；
[0029] 3)濾池出水：污水經(jīng)過各格室處理后，由濾池尾端集水槽收集，再由集水槽上端 的出水管排入下一級溝渠，出水管設(shè)置在上端是為了保證濾池中水位浸過濾料筐，以利于 微生物膜的生長；
[0030] 4)當濾料吸附達到飽和后，將濾料筐中濾料取出，作為非食用植物的肥料或土壤 改良劑使用。
[0031] 池體為矩形推流式，沿池長用折流板將濾池分為十個格室，起到導(dǎo)流和延長水力 停留時間的作用，以增強處理效果。每個格室中布置自行研制的同步脫氮除磷濾料，濾料裝 填采用模塊化設(shè)計，即將濾料均勻填充到十個小模塊（濾料筐）中，目的是方便必要時取出 清洗和更換，以應(yīng)對長時間運行后可能出現(xiàn)的濾池堵塞的問題。濾料上方種植植物，因為上 層濾料吸附了污水中的氮磷元素及大部分有機物，可為植物提供足夠的養(yǎng)分，同時植物的 根系也有利于給上層濾料提供充足的溶解氧，從而使濾料周圍微生物更好地降解污染物。
[0032] 自行開發(fā)的陶粒濾料是經(jīng)過燒制和改性兩個步驟研制而成，首先以粉煤灰為主要 原料，與粘土、煤粉按7:2:1的比例，控制預(yù)熱溫度為500°C、預(yù)熱時間為25min、燒結(jié)溫度為 1050°C、燒結(jié)時間為20min制得。然后對制得的陶粒濾料作進一步改性，經(jīng)lmol/L ?冗13溶 液25°C下改性4天，取出后用去離子水反復(fù)沖洗至中性，烘干，得到除磷陶粒濾料，該陶粒 對總磷的吸附容量達到3. 188mg/g。經(jīng)2mol/LNa0H 75°C改性3d，取出后用去離子水反復(fù)沖 洗至中性，烘干，得到脫氮陶粒，該陶粒對氨氮的吸附容量為I. 1804mg/g。將除磷陶粒濾料 和脫氮陶粒濾料按質(zhì)量比為1?3:1的比例進行混合，得到自制脫氮除磷陶粒濾料。
[0033] 當濾料吸附達到飽和后，可將濾料筐中濾料取出，由于濾料中吸附了氮磷等營養(yǎng) 元素，肥力增強，可以繼續(xù)農(nóng)用，作為非食用植物的肥料或土壤改良劑使用，達到資源化利 用的目的。
[0034] 污水從濾池前端的進水管自然跌落到濾池后，沿池長方向以折流的方式流經(jīng)各個 格室，經(jīng)過各格室中模塊化填裝的濾料后出水。由于利用了自然地形高差，污水在進入濾池 的過程中與空氣充分接觸，使大量溶解氧進入濾池，為濾池上層好氧生物膜的生長提供了 有利條件。濾池下層為缺氧、厭氧區(qū)域，有利于反硝化過程進行，為脫氮創(chuàng)造了有利條件。自 制濾料具有同步吸附氮和磷的功能，因此該濾池是靠濾料截留、濾料吸附、微生物降解及植 物吸收的共同作用去除污染物。
[0035] 本發(fā)明生物濾池所采用的濾料是充分利用廢棄資源自行研制而成，實現(xiàn)了廢物資 源化利用的目的；濾池結(jié)構(gòu)簡單、投資省、不進行人工曝氣，不反沖洗濾料，只利用自然方式 充氧，實現(xiàn)了無動力，無能耗，方便管理的目的，是一種符合我國村鎮(zhèn)水網(wǎng)溝渠污水處理的 新工藝。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0036] 圖1，實施例1制備的陶粒表面掃描電鏡（Fe3+改性）。
[0037] 圖2,實施例1制備的陶粒表面掃描電鏡（NaOH改性）。
[0038] 圖3，實施例2中生物濾池主視圖，1塘，2壩，3進水管1，4進水管2，5出水管，6濾 料筐，7自制陶粒濾料，8粗碎石，9植物，10集水槽，11折流板。
[0039] 圖4,實施例2中生物濾池俯視圖，1進水管，2濾料筐，3自制陶粒濾料，4植物，5 折流板，6濾池池壁，7出水管，8水流方向，9集水槽。
[0040] 圖5，實施例2中COD去除效果。
[0041] 圖6,實施例2中氨氮和總氮去除效果。
[0042] 圖7實施例2中總磷去除效果。

【具體實施方式】
[0043] 下面結(jié)合實施例進一步說明本發(fā)明。
[0044] 實施例1，濾料的開發(fā)
[0045] 1、濾料制備步驟
[0046] 1)將電廠粉煤灰、粘土和煤粉經(jīng)烘干、粉碎，過200目標準篩篩分后按照7:2:1比 例混勻，加水塑化成球，置于烘箱180°C恒溫烘3h，冷卻后置于馬弗爐中進行程序升溫，控 制預(yù)熱溫度500°C，預(yù)熱時間25min，隨后升溫至1050°C燒結(jié)20min，完成整個制備過程。冷 卻后取出即得到粒徑5?8mm，含水率為22. 5%，堆積密度為788kg/m3,真密度為I. 82g/m3、 筒壓強度為5. 2MPa、比表面積為5. 28m2/g的水處理陶粒濾料。
[0047] 2)將上述陶粒濾料用lmol/L FeCl3溶液25°C下浸泡4天后取出，用去離子水反復(fù) 沖至中性，于150°C下烘5h得到除磷陶粒，該陶粒濾料對總磷的吸附容量達到3. 188mg/g。
[0048] 3)取步驟1制得的陶粒濾料用2mol/LNa0H，固液比控制為1:5在75°C下浸泡3d， 取出后用去離子水反復(fù)沖洗至中性，于150°C烘5小時即得到脫氮陶粒，該陶粒濾料對氨氮 的吸附容量為I. 1804mg/g。
[0049] 4)將除磷陶粒濾料和脫氮陶粒濾料按質(zhì)量比為1?3:1的比例進行混合，得到自 制脫氮除磷陶粒濾料。
[0050] 2、濾料吸附性能研究
[0051] 靜態(tài)試驗結(jié)果表明：自制陶粒對氨氮的最佳吸附條件為：投加量10g，氨氮初始濃 度20mg/L，pH值為7,吸附溫度20°C，吸附時間18h，對氨氮的吸附容量為I. 1783mg/g。吸 附等溫式為Ce/Qe= 10. 212C e+14. 119,屬于Langmuir單分子層吸附，同時符合準二級吸附 動力學模型；
[0052] 自制陶粒對總磷的最佳吸附條件是投加量10g，溶液初始濃度40mg/L，pH值為7， 吸附溫度20°C，吸附時間18h，對總磷的吸附容量為3. 3121mg/g。其吸附符合Langmuir等 溫式，公式形式為Ce/Qe= 5. 8688C e+5. 9887,符合準二級吸附動力學模型。
[0053] 自制陶粒對污水中氮和磷的最佳吸附條件非常吻合，能在常溫條件下處理中性的 污水，適合村鎮(zhèn)水網(wǎng)水質(zhì)條件，達到同步吸附氮磷的效果。
[0054] 實施例2,生物濾池設(shè)計與運行
[0055] 生物濾池進水端的設(shè)置是充分利用水網(wǎng)村鎮(zhèn)地形和水的重力，污水通過進水管從 塘壩自然跌落到濾池前端，污水在跌落的過程中，攜帶空氣中的大量氧氣，使濾池的前端及 上端形成好氧區(qū)，為好氧微生物提供適于生存和生長的環(huán)境；由于上游水塘和溝渠的水位 隨季節(jié)變化，故濾池的進水管設(shè)計為上下兩根，以適應(yīng)這種實際的情況；隨后污水經(jīng)折流板 沿池長方向流動，經(jīng)過一個個格室，格室中裝填自制的具有同步脫氮除磷功能的濾料，濾料 本身對污染物進行截留和吸附，同時濾料上生長的微生物對污染物進行生物降解。由于濾 池的獨特設(shè)計，使濾池前端及上表面有氧，而濾池下部及后部為缺氧及厭氧區(qū)，這樣，當污 水流經(jīng)整個池長時，經(jīng)過好氧缺氧及厭氧環(huán)境的交替完成脫氮除磷。還有一個作用不可忽 視，那就是濾池濾料上方種植的植物，我們選擇了香蒲、燈芯草、鳶尾、黃菖蒲種植于濾料表 面。最上層濾料由于吸附了污水中的氮磷元素及大部分有機物，可為種植其上的植物提供 營養(yǎng)物質(zhì)，同時植物的根系為濾料周邊好氧微生物的生長輸送了氧氣，進一步促進了微生 物的降解。污水流經(jīng)整個濾池后，凈化的水從池尾端流出進入后續(xù)水體。出水管設(shè)置在濾池 上端是為了保證池中水位浸過濾料筐，以利于微生物膜的生長?？紤]到運行時間久了，濾料 易堵的問題，本發(fā)明在濾料的裝填上進行了模塊化設(shè)計，即將濾料分別置于不同的小籃筐， 以利于濾料的及時更換。
[0056] 生物濾池設(shè)計參數(shù)如下：長10. 5米，寬5米，高1. 8米；沿池長分10個格室，每個 格室底層放置高度為0. 40米、粒徑為8?16mm粗碎石；粗碎石層上放置有兩層濾料筐，高 度為1. 2米（每個濾料筐長*寬*高為1米*0. 8米*0. 6米）；濾池保護高0. 2米。每層水 平放置5個濾料筐，即每個格室中放置十個濾料筐。濾料筐里填充自制脫氮除磷濾料，上層 濾料筐上依次種植香蒲、燈芯草、鳶尾、黃菖蒲等植物。種植密度為20株/m 2。進水管1距 離池底高2. 5米，進水管2距離池底高2. 2米，出水管距離池底高為1. 65米。
[0057] 試驗污水的變化范圍為COD 19. 5?35. 7mg/L，氨氮0· 77?4. 18mg/L，總氮 2. 35?5. 22mg/L，總磷0· 28?I. 36mg/L。污水流量范圍為4?13m3/d。每個月監(jiān)測一次 進出水水質(zhì)，13個月的監(jiān)測結(jié)果如圖5?7。從圖中看出，出水COD為3. 5?6. 2mg/L，去除 率78. 8?86. 3% ;出水氨氮0.05?1.25mg/L，去除率70. 1?93. 5% ;出水總氮0.23? I. 51mg/L，去除率為71?90% ;出水總磷0. 01?0. 2mg/L，去除率85. 3?98. 2%，各項 指標均達到國家II、III類地面水排放標準。
[0058] 總體來說，本發(fā)明濾池結(jié)構(gòu)簡單、投資省、不進行人工曝氣，不反沖洗濾料，只利用 自然方式充氧，因此無能耗，方便管理。為村鎮(zhèn)水網(wǎng)溝渠污水處理提供技術(shù)支撐。
[0059] 實施例3,處理污水后陶粒濾料的再利用
[0060] 當濾料吸附達到飽和后，可將濾料筐中濾料取出進行再利用。在污水處理過程中 濾料吸附了有機物、氮磷等營養(yǎng)元素，再加上其主要成分粉煤灰中含有的K 20, Na2O, MgO, Ca 0, Fe2O3, Al2O3, SiO2及磷、銅、鋅、錳等豐富的礦物質(zhì)和微量元素是植物生長過程中所不可缺 少的元素?？梢园匆欢ㄙ|(zhì)量分數(shù)與土壤進行配比，作為花卉、草地、園林等非食用植物的有 機肥料使用，達到資源化利用的目的。因為擔心吸附達到飽和的粉煤灰濾料作為肥料使用 會帶來土壤板結(jié)及重金屬超標的問題，特進行了重金屬溶出測試。
[0061] 根據(jù)國標GB5086. 2-1997《固體廢物浸出毒性浸出方法一水平振蕩法》制得浸出 液，消解后采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（ICP-AES)測定陶粒浸出液中重金屬離 子的含量。表1為陶粒溶出重金屬含量檢測結(jié)果。
[0062] 表1陶粒濾料浸出重金屬檢測
[0063]
[0064]

【權(quán)利要求】
1. 一種適合水網(wǎng)型村鎮(zhèn)溝渠污水特征的生物濾池，包括濾池，沿池長方向用折流板將 濾池分為十個格室，每個格室底層放置粗碎石，粗碎石上有兩層，每層水平放置5個濾料 筐，濾料筐里填充自制脫氮除磷濾料，上層濾料筐里種植植物；所述自制脫氮除磷濾料制備 方法如下： 以粉煤灰為主要原料，與粘土、煤粉按7:2:1的質(zhì)量比例，控制預(yù)熱溫度為500°C、預(yù) 熱時間為25min，燒結(jié)溫度為1050°C、燒結(jié)時間為20min制得；然后對制得的陶粒濾料經(jīng) lmol/L FeCl3溶液25°C下改性4天，取出后用去離子水反復(fù)沖洗至中性，烘干，得到除磷陶 粒濾料； 以粉煤灰為主要原料，與粘土、煤粉按7:2:1的質(zhì)量比例，控制預(yù)熱溫度為500°C、預(yù)熱 時間為25min，燒結(jié)溫度為1050°C、燒結(jié)時間為20min制得；經(jīng)2mol/LNaOH 75°C改性3天， 取出后用去離子水反復(fù)沖洗至中性，烘干，得到脫氮陶粒濾料； 將除磷陶粒濾料和脫氮陶粒濾料按質(zhì)量比為1?3:1的比例進行混合，得到自制脫氮 除磷陶粒濾料。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物濾池，其特征在于，所述的植物是香蒲、燈芯草、鳶尾和 黃菖蒲。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物濾池，其特征在于，所述粗碎石的粒徑為8?16mm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的生物濾池，其特征在于，粗碎石層的厚度為0. 4米。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物濾池，其特征在于，所述自制脫氮除磷陶粒濾料的粒徑 為5?8mm 〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物濾池，其特征在于，濾料筐的高度為0. 6米。
7. -種脫氮除磷濾料，其特征在于，其制備方法如下： 以粉煤灰為主要原料，與粘土、煤粉按7:2:1的質(zhì)量比例，控制預(yù)熱溫度為500°C、預(yù) 熱時間為25min，燒結(jié)溫度為1050°C、燒結(jié)時間為20min制得；然后對制得的陶粒濾料經(jīng) lmol/L FeCl3溶液25°C下改性4天，取出后用去離子水反復(fù)沖洗至中性，烘干，得到除磷陶 粒濾料； 以粉煤灰為主要原料，與粘土、煤粉按7:2:1的質(zhì)量比例，控制預(yù)熱溫度為500°C、預(yù)熱 時間為25min，燒結(jié)溫度為1050°C、燒結(jié)時間為20min制得；經(jīng)2mol/LNaOH 75°C改性3天， 取出后用去離子水反復(fù)沖洗至中性，烘干，得到脫氮陶粒濾料； 將除磷陶粒濾料和脫氮陶粒濾料按質(zhì)量比為1?3:1的比例進行混合，得到自制脫氮 除磷陶粒濾料。
8. 使用權(quán)利要求1所述的生物濾池的方法，包括如下步驟： 1) 濾池進水：水網(wǎng)型村鎮(zhèn)農(nóng)戶排出的污水經(jīng)源頭處理后流入水塘和溝渠，利用自然地 形高差通過進水管跌入濾池的前端，由于跌落過程中與空氣充分接觸，使大量溶解氧融入 污水而帶入濾池； 2) 污水沿池長方向以折流的方式流經(jīng)各個格室，經(jīng)過各格室中模塊化填裝的自制脫氮 除憐濾料后出水； 3) 濾池出水：污水經(jīng)過各格室處理后，由濾池尾端集水槽收集，再由集水槽上端的出水 管排入下一級溝渠，出水管設(shè)置在上端是為了保證濾池中水位浸過濾料筐，以利于微生物 膜的生長； 4)當濾料吸附達到飽和后，將濾料筐中濾料取出，作為非食用植物的肥料或土壤改良 劑使用。
【文檔編號】C02F9/14GK104478162SQ201410704265
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月27日
【發(fā)明者】邵青, 黃種買, 王紅萍, 周靖淳 申請人:武漢大學