申请日2011.11.09
公开(公告)日2012.05.02
IPC分类号C02F3/32; C02F3/30
摘要
本发明涉及一种高效脱氮除磷地下渗滤污水处理方法，包括如下步骤：原污水经下渗区在下渗过程处理后，再经上渗区在上渗过程被处理，最后排出;其中，下渗区采用上下多层分别进原污水进行多层联合散水，最底层进入的原污水为反硝化反应提供碳源。本发明还涉及实施该方法的装置，包括下渗区和上渗区;其中下渗区由上往下依次是：覆盖层、上层散水层、上层细滤层、上层精滤层、散水-通风层、中层细滤层、中层精滤层、下层散水层、下层粗滤层和导流层;上渗区由下往上依次是：导流层、除磷层和植被层;下渗区和上渗区在底部的导流层连通。本发明具有结构简单，建设成本低，不需专门维护，运行成本低，污水处理效果好的优点，适用于生活污水处理。
权利要求书
1.一种高效脱氮除磷地下渗滤污水处理方法，其特征在于：包括如下步骤：原 污水经下渗区在下渗过程处理后，再经上渗区在上渗过程被处理，最后排出; 其中，下渗区采用上下多层分别进原污水进行多层联合散水，最底层进入的原 污水为反硝化反应提供碳源。
2.按照权利要求1所述的一种高效脱氮除磷地下渗滤污水处理方法，其特征在 于：所述下渗区采用三层联合散水，原污水在上、中、下三层按3∶2∶2的比例进 行分流;中层进风，使上层散水层和下层散水层之间的滤料保持好氧环境;原 污水的输入为间歇式，中层进风为间歇式。
3.按照权利要求2所述的一种高效脱氮除磷地下渗滤污水处理方法，其特征在 于：所述下渗区和上渗区底部连通;上渗区设有位于高处的第一出水管和位于 低处的第二出水管;打开与关闭第二出水管，控制下渗区与上渗区位于第一出 水管和第二出水管之间的液面高度，并在下渗区的液面高度变化区域形成好氧 厌氧交替区;好氧厌氧交替区的上方形成好氧区，下方形成厌氧区。
4.一种实现权利要求1所述方法的高效脱氮除磷地下渗滤污水处理装置，其特 征在于：包括下渗区和上渗区;其中下渗区由上往下依次是：覆盖层、上层散 水层、上层细滤层、上层精滤层、散水-通风层、中层细滤层、中层精滤层、下 层散水层、下层粗滤层和导流层;上渗区由下往上依次是：导流层、除磷层和 植被层;下渗区和上渗区在底部的导流层连通。
5.按照权利要求4所述的一种高效脱氮除磷地下渗滤污水处理装置，其特征在 于：所述上层散水层内埋设上层散水管，散水-通风层内埋设散水-通风管，下层 散水层内埋设下层散水管;上层散水管、散水-通风管和下层散水管的两侧和底 部开有分布均匀的散水孔。
6.按照权利要求5所述的一种高效脱氮除磷地下渗滤污水处理装置，其特征在 于：所述上层散水管平行设置，间距为1.5至2米;散水-通风管平行设置，间 距为1.5至2米;下层散水管平行设置，间距为0.75至1米;上层散水管在水 平面上的投影与散水-通风管在水平面上的投影彼此间隔，且上层散水管与散水 通风管在水平面上的投影与下层散水管在水平面上的投影重合。
7.按照权利要求4所述的一种高效脱氮除磷地下渗滤污水处理装置，其特征在 于：所述除磷层中埋设有位于高处的第一出水管和位于低处的第二出水管;第 二出水管与控制其启闭的电磁阀相接。
8.按照权利要求4所述的一种高效脱氮除磷地下渗滤污水处理装置，其特征在 于：所述覆盖层为原位土壤层、水泥硬化层或地砖层;所述上层散水层、散水- 通风层和下层散水层主要由粒径为5～40毫米的砾石组成，装填厚度为10～20厘 米;所述上层细滤层和中层细滤层主要由石英砂组成，饱和透水系数为 1～10cm/min，装填厚度为15～20厘米;所述上层精滤层和中层精滤层主要由石 英砂、原位土和沸石混合组成，饱和透水系数为10-2～10-1cm/s，装填厚度为20～25 厘米;所述下层粗滤层主要由粒径为5～20毫米的砾石组成，装填厚度为40～60 厘米;所述导流层主要由粒径为20～40毫米的砾石组成，装填厚度为15厘米， 底部做防渗处理;所述除磷层主要由红砖碎块和砾石混合组成，粒径为5～20毫 米，装填厚度为55～75厘米;所述植被层主要由石英砂和原位土混合制成，厚 度为10厘米，其上种植湿生植物，种植密度为6～8株/平方米。
9.按照权利要求4所述的一种高效脱氮除磷地下渗滤污水处理装置，其特征在 于：所述上层散水管、散水-通风管和下层散水管通过管道与置于调节池底部的 潜污泵相接，散水-通风管还通过管道与风机相接。
10.按照权利要求4至9中任一项所述的一种高效脱氮除磷地下渗滤污水处理装 置，其特征在于：所述下渗区和上渗区的占地面积之比为5∶1;下渗区的高度为 1.8～2米，上渗区的高度为0.8～1米。
说明书
一种高效脱氮除磷地下渗滤污水处理方法及装置
技术领域
本发明涉及一种高效脱氮除磷地下渗滤污水处理方法及装置，通过营造不 同功能区将生活污水中的污染物在不同功能单元分别去除，属于环保技术领域。
背景技术
随着我国经济高速增长，城市化水平不断提高，水污染问题日趋严重。水 利部门对全国近700条大中河流进行的水质监测结果表明，50%河段受到污染， 10%河段被严重污染。主要湖泊环境状况也不容乐观，氮、磷污染较重，导致富 营养化问题突出。据统计，我国每年因水资源供应不足造成的经济损失高达数 百亿元，而每年又有360多亿吨污水排入地表水系，染污水源，进一步造成水 质性缺水。因此，提高污水处理标准并实施污水资源化是解决我国当前水资源 匮乏的必然途径。
生物处理技术如生物接触氧化法、改进型活性污泥法(如SBR)、厌氧-缺 氧-好氧法等能耗大，运行费用高，管理维护复杂、景观效果差，难以在分散居 住区推广应用。生态处理技术如传统地下渗滤技术、改良型地下渗滤技术、人 工湿地技术等由于供氧不足，污水负荷很低，因此都存在占地面积大，建设投 资也大的问题，部分还受气候条件的影响。现有生物+生态组合技术虽然减少了 生态处理系统占地面积，但生物处理单元的运行费用高、管理维护复杂。公开 号为CN101318735A的发明专利通过分层布水，强化了系统的反硝化能力。但 存在以下问题：(1)污水在渗滤层上表面顶部布水，散发臭气，景观效果差， 容易滋生蚊虫并且受气候影响较大;(2)其氧气供应仅靠大气向渗滤层的垂直 扩散以及进水流量变化而吸入的空气，供氧强度低，在污染物负荷较大时供氧 不能保证;(3)除磷效果有待提高。公开号为CN1927733A和CN101302047B 的发明专利技术分别通过强化一级处理降低污水中颗粒有机物的含量并使颗粒 有机物充分分散到不同粒径的滤料中和使污染物负荷在地下渗滤系统中自行调 节等技术手段，并通过风机增加对系统的氧气供应，大幅度提高了系统的污染 物负荷和系统的稳定性。但上述发明还存在以下缺陷：(1)对预处理的依赖性 较强;(2)未设置专门的厌氧单元，系统的反硝化能力较弱，导致TN(总氮) 的去除率较低;(3)TP(总磷)的长期去除效果有待提高。
综上所述，随着国家对生活污水处理标准的提高，现有污水处理技术已不 能满足我国需求，因此，脱氮除磷效果好、占地面积小、景观效果好、建设和 运行费用低的分散式高效生活污水处理技术为我国当前所急需。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种结构简单，建 设成本低，不需专门维护，运行成本低，污水处理效果好的一种高效脱氮除磷 地下渗滤污水处理方法及装置。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高效脱氮除磷地下渗滤污水处理方法，包括如下步骤：原污水经下渗区 在下渗过程处理后，再经上渗区在上渗过程被处理，最后排出;其中，下渗区 采用上下多层分别进原污水进行多层联合散水，最底层进入的原污水为反硝化 反应提供碳源。
采用这种方法后，原污水经厌氧沉淀去除颗粒污泥后进入调节池，由置于调 节池的潜污泵定时将其输送入下渗区，大部分污染物在下渗过程中被去除，之 后再经上渗区对氮、磷等污染物进一步去除，最后排出;其中，下渗区对原污 水采用多层联合散水，最底层进入的原污水为反硝化反应提供碳源。
下渗区采用三层联合散水，原污水在上、中、下三层按3∶2∶2的比例进行分 流;中层进风，使上层散水层和下层散水层之间的滤料保持好氧环境;原污水 的输入为间歇式，中层进风为间歇式。
采用这种方法后，中层的散水-通风管在散水间歇还被用作通风管对系统送 风供氧，使上、下两层散水层之间的滤料保持好氧环境，散水-通风管具有双重 功能，结构紧凑。
下渗区和上渗区底部连通;上渗区设有位于高处的第一出水管和位于低处的 第二出水管;打开与关闭第二出水管，控制下渗区与上渗区位于第一出水管和 第二出水管之间的液面高度，并在下渗区的液面高度变化区域形成好氧厌氧交 替区;好氧厌氧交替区的上方形成好氧区，下方形成厌氧区。
采用这种方法后，系统设有两个排水口，分别是位于上渗区高处的第一出水 管和低于第一出水管的第二出水管，第二出水管位于上渗区的中部位置;由电 磁阀控制第二出水管的开闭，从而可以调控下渗区与上渗区位于第一出水管和 第二出水管之间的液面高度，进而使液面高度变化区域形成好氧厌氧交替区; 在下渗区内，好氧厌氧交替区的上方由于通风送氧状况良好，形成好氧区;好 氧厌氧交替区的下方处于完全饱水带从而形成厌氧区。
一种高效脱氮除磷地下渗滤污水处理装置包括下渗区和上渗区;其中下渗区 由上往下依次是：覆盖层、上层散水层、上层细滤层、上层精滤层、散水-通风 层、中层细滤层、中层精滤层、下层散水层、下层粗滤层和导流层;上渗区由 下往上依次是：导流层、除磷层和植被层;下渗区和上渗区在底部的导流层连 通。
上层散水层内埋设上层散水管，散水-通风层内埋设散水-通风管，下层散水 层内埋设下层散水管;上层散水管、散水-通风管和下层散水管的两侧和底部开 有分布均匀的散水孔。上层、下层散水管和散水-通风管均采用管径为5～16cm 的PVC管。
上层散水管平行设置，间距为1.5至2米;散水-通风管平行设置，间距为 1.5至2米;下层散水管平行设置，间距为0.75至1米;上层散水管在水平面上 的投影与散水-通风管在水平面上的投影彼此间隔，且上层散水管与散水通风管 在水平面上的投影与下层散水管在水平面上的投影重合。
除磷层中埋设有位于高处的第一出水管和位于低处的第二出水管;第二出水 管与控制其启闭的电磁阀相接。
覆盖层为原位土壤层、水泥硬化层或地砖层;上层散水层、散水-通风层和 下层散水层主要由粒径为5～40毫米的砾石组成，装填厚度为10～20厘米;上层 细滤层和中层细滤层主要由石英砂组成，饱和透水系数为1～10cm/min，装填厚 度为15～20厘米;上层精滤层和中层精滤层主要由石英砂、原位土和沸石混合 组成，饱和透水系数为10-2～10-1cm/s，装填厚度为20～25厘米;下层粗滤层主要 由粒径为5～20毫米的砾石组成，装填厚度为40～60厘米;导流层主要由粒径为 20～40毫米的砾石组成，装填厚度为15厘米，底部做防渗处理;除磷层主要由 红砖碎块和砾石混合组成，粒径为5～20毫米，装填厚度为55～75厘米;植被层 主要由石英砂和原位土混合制成，厚度为10厘米，其上种植湿生植物，种植密 度为6～8株/平方米。
上层散水管、散水-通风管和下层散水管通过管道与置于调节池底部的潜污 泵相接，散水-通风管还通过管道与风机相接。
下渗区和上渗区的占地面积之比为5∶1;下渗区的高度为1.8～2米，上渗区 的高度为0.8～1米。
本发明的运行模式为通过调节池间歇性进水，一天进水6～8次，上层散水 层、散水-通风层和下层散水层按3∶2∶2的比例布水，每层每次进水在2.5～5cm之 间。在进水结束后40～80分钟、上、中层细滤层和精滤层的滤料落干后，将散 水-通风管用作通风管，新鲜空气经由通风管均匀的进入散水-通风层后分别横向 和向上层、下层滤料中运移，同时将滤料中含氧量降低的空气分别从上层散水 管和下层散水管排出，由此完成对滤料的供氧。地下渗滤系统每次的进风量以 公式1计算，基本原则是每次的进风量与上层散水层和下层散水层之间滤料中 的空气含量大致相当。其中，m为米，d为天。
公式1
生活污水经初步处理后由潜污泵提升进入上层散水层和散水-通风层，大部 分污水在重力作用下直接向下渗滤依次穿过上、中层细滤层和精滤层，一小部 分污水在上层散水层内横向运移的同时逐渐向下渗滤，最终也依次进入细滤层 和精滤层。其中颗粒有机物大部分被细滤层拦截，少部分进入精滤层并最终经 由生物接触氧化分解。溶解有机物在向下渗滤的过程中最终被微生物分解利用。 有机氮在向下渗滤时经由氨化作用转化为氨氮，这些新生成的氨氮和原污水中 固有的氨氮被滤料吸附拦截，并通过硝化作用转化成硝氮和少部分亚硝氮。当 原污水依次经过细滤层和精滤层到达下层散水层时，污水中除了主要以硝氮形 态存在的氮和经过长时间运行后未能被吸附和沉淀的磷外，其它污染物大部分 已被去除。此时，原污水经由下层散水管进入下层散水层与渗滤到此富含硝氮 的水混合后一起向下渗滤进入好氧厌氧交替区。通过电磁阀自动控制第二排水 管的开闭调整此区浸润线的高低，从而调控该区好氧和厌氧状态并使二者时间 之比保持在1∶10左右，即以厌氧为主，好氧为辅。这样设置一方面能够使新进 入的原污水中的有机物主要被用于反硝化反应，而不是被好氧微生物分解;另 一方面又能够使未被利用的有机物在好氧条件下分解转化，不会因为积累而造 成堵塞。污水穿过好氧厌氧交替区后将进入完全饱水带，此区为厌氧、兼氧细 菌提供了绝佳的生存环境，从而保证了反硝化反应进一步的进行。之后污水经 由导流层向上渗区运移进入除磷层，此区装填有含铁较高且廉价的废红砖碎块 与砾石的混合物，能够进一步将污水中的磷通过吸附和沉淀作用去除。除磷层 下部为厌氧区，上部为好氧厌氧交替区，同时植被层种植的湿生植物的根系能 够深入到厌氧区，在其根区附近形成局部富氧区域，利于好氧菌的生长代谢。 以上因素综合起来，使除磷层扮演了进一步去除污水中各种污染物的角色，从 而保证了系统出水各项指标能够长期稳定达到或优于GB18918-2002一级A类 排放标准。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点及有益效果：(1)本发明设置了 下渗区和上渗区，并通过在上渗区装填富含铁的填料和种植湿生植物，保证了 系统长期稳定的除磷功能;(2)本发明通过设置三层按比例联合散水，在增强 系统总负荷的同时，有效降低了每层的污染物负荷，从而增强了系统的防堵能 力，同时也为反硝化反应提供了碳源，保证了系统良好的脱氮能力;(3)本发 明通过电磁阀自动控制位于较低位置的出水口的开闭，动态调整了浸润线的高 低，从而营造了好氧厌氧交替区，即保证了反硝化反应的顺利进行，又能防止 有机物的累积造成系统堵塞。
以一个日处理100吨的系统为例，采用公开号为CN101302047B的中国发 明专利，总系统所需土地面积约为260m2。采用本发明，总系统所需土地面积约 为200m2，大幅减少占地面积约20%，同时，本技术的脱氮除磷效果与其相比 也有明显提升，有效提高了本发明技术的适用范围。