申请日2009.03.25
公开(公告)日2010.10.06
IPC分类号C02F9/14; C02F3/32; C02F1/40; C02F3/10; C02F1/44; C02F3/34
摘要
一种分散型生活污水的生态—人工渗滤水处理系统与方法，系统由上至下为：有机填料层，由泥碳土、陶粒、天然砂混合组成，在其中投放一定数量的蚯蚓并种植一定数量芦苇;毛细水阻断层，由粒径为5-30mm的碎石组成;饱水带渗层由天然砂、混合组成;承托层，由粒径为5-40mm的碎石组成;方法是，将污水截去大颗粒悬浮物后，进入调节池稳定水质，然后对所述系统配水，系统在湿干比为1∶3、水力负荷为1.5m3/m2·d的条件下运行。具有投资少、管理维护简单、出水水质稳定的特点，可有效降低分散型生活污水处理的建设和运行费用，适合于高速公路收费站、服务区、乡镇等分散型生活污水的处理。
权利要求书
1.一种分散型生活污水的生态—人工渗滤水处理系统，其特征是，它从上至下由以下四层组成：
第一层：有机填料层，厚度为38cm-42cm;该层由泥碳土、粒径2mm-3mm的陶粒、粒径1.5mm-2.0mm的天然砂混合组成，且泥碳土、陶粒、天然砂的体积比为5.8-6.2∶1∶2.8-3.2，即泥碳土体积∶陶粒体积∶天然砂体积=5.8-6.2∶1∶2.8-3.2;按1500-1800条/m2的数量在该有机填料层中投放蚯蚓，并在该层以棵间距为500cm的间距种植水生生物芦苇;
第二层：毛细水阻断层，厚度为18cm-22cm;该层由粒径为5mm-30mm的碎石组成;
第三层：饱水带渗层，厚度为58cm-62cm;由粒径为0.5mm-1.5mm的天然砂与粒径为2mm-4mm的蛭石混合组成，且天然砂与蛭石的体积比为7∶2.8-3.2，即天然砂体积∶蛭石体积=7∶2.8-3.2;
第四层：承托层，厚度为28cm-32cm;由粒径为5mm-40mm的碎石组成。
2.一种分散型生活污水的生态—人工渗滤水处理方法，其特征是，该方法按如下步骤进行：
(1)生活污水经粗细格栅拦截大颗粒悬浮物后，进入调节池，稳定水质;
(2)打开污水提升泵，抽取调节池中的污水对权利要求1所述生态—人工渗滤水处理系统配水，配水时间为110分钟-130分钟，水流量9.5m3/h-10.5m3/h;所述配水结束，关闭污水提升泵;生态—人工渗滤水处理系统进入落干期，且该系统在湿干比为1∶3、水力负荷为1.5m3/m2·d的条件下运行，落干期时间为6小时-6.5小时;
(3)污水经所述生态—人工渗滤水处理系统处理后，即落干期结束，就可直接排放;
(4)待落干期结束后，再次打开污水提升泵进行配水，如此循环。
说明书
分散型生活污水的生态-人工渗滤水处理系统与方法
技术领域
本发明涉及分散型生活污水的处理系统与方法，属于环境保护中污水处理技术。
技术背景
多年来，我国生活污水处理的重心一直在城市污水的处理上，而忽略了高速公路收费站、服务区等分散型生活污水的处理。城市污水处理厂处理污水已有多种成熟工艺可供选择，如传统的活性污泥法、氧化沟、A/O法等;但是这些工艺中有污泥回流、混合液回流，还须定期排放剩余污泥，并采用加药和机械脱水工艺，才能保证处理效果，所有这些都需要高昂的投资与运行费用并配备专业管理人员队伍，这对高速公路收费站、服务区等分散型生活污水的处理是无法实现的。
针对此类型分散性生活污水的处理，近年来，国内外学者进行了一系列的研究并取得了一些重要成果，人工快速渗滤系统(Constructed RapidInfiltration，简称CRI)与生态渗滤技术(Ecology Filter)则是这些成果的集中体现。人工快速渗滤系统(CRI)属于土地处理的一种类型，它是指有控制地将污水投放于人工构筑的渗滤介质的表面，使其在向下渗透的过程中经历不同的物理、化学和生物作用，最终达到污水净化目标的过程。其核心是采用渗透性能较好的天然河砂、陶粒、煤矸石等为主要渗滤介质代替天然土层，从而大大提高了水力负荷(1～3m/d)，增强了实用性。CRI系统克服了传统土地处理系统水力负荷低的缺点，保留了其设备简单、投资少、能耗低和出水水质好等优点，因而具有广阔发展前景。与CRI系统相比，生态渗滤技术利用以微生物和蚯蚓为代表的微型动物组成的人工生态系统代替CRI系统中的天然河砂、陶粒、煤矸石等滤介质，实现污水的降解。蚯蚓生态滤池的作用原理主要是利用蚯蚓的活动实现滤池通气供氧和解决滤池堵塞问题。另外，通过蚯蚓对滤池中生物污泥的取食可以实现生物滤池运行过程中剩余污泥的就地削减，省去污泥处理构筑物及其相应的运行费用。
虽然单一的人工快速渗滤系统和蚯蚓生态渗滤系统在国内外确实有较多的学者进行了相关研究，然而，在实际工程的污水处理中，单一的人工快速渗滤系统和蚯蚓生态渗滤系统明显存在着各自的技术缺陷，其具体表现为：(1)人工快速渗滤技术在运行过程中存在着滤料容易堵塞的问题，这导致系统水力负荷较低、占地面积大，并在一定程度上限制污水土地处理与利用的发展;(2)以蚯蚓为代表的生态渗滤技术系统运行的稳定性较差，一般需要几个月的时间才能达到较好的效果，且系统对污水中氮、磷的去除效果较差，面对日益严峻的水体富营养化问题，单独的生态渗滤工艺也有待改进。本发明的第一发明人及其研究小组经过认真总结分析，本着解决工程实际问题的原则，在单一人工快速渗滤技术和蚯蚓生态渗滤技术的基础上，提出了生态-人工渗滤技术(Eco-CRI)，虽然此技术在理论上没有较大的创新，但在工程应用中尚属首次，国内外均未见类似的工程实例报导。
发明内容
本发明的目的是，针对现有技术存在的不足，提出一种分散型生活污水的生态-人工渗滤水处理系统与方法，它是在原有人工快速渗滤技术、生态渗滤技术的基础上，克服其原有的工艺缺点和限制条件而研发的投资少、管理维护简单、出水水质稳定的工艺，可有效降低分散型生活污水处理的建设和运行费用，适合于高速公路收费站、服务区、乡镇等分散型生活污水的处理。
本发明的技术方案之一是，所述分散型生活污水的生态-人工渗滤水处理系统从上至下由以下四层组成：
第一层：有机填料层，厚度为38cm-42cm;该层由泥碳土、粒径2mm-3mm的陶粒、粒径1.5mm-2.0mm的天然砂混合组成，且泥碳土、陶粒、天然砂的体积比为5.8-6.2∶1∶2.8-3.2(即泥碳土体积∶陶粒体积∶天然砂体积=5.8-6.2∶1∶2.8-3.2;按1500-1800条/m2的数量在该有机填料层中投放蚯蚓，并在该层以棵间距为500cm的间距种植水生生物芦苇;
第二层：毛细水阻断层，厚度为18cm-22cm;该层由粒径为5mm-30mm的碎石组成;
第三层：饱水带渗层，厚度为58cm-62cm;由粒径为0.5mm-1.5mm的天然砂与粒径为2mm-4mm的蛭石混合组成，且天然砂与蛭石的体积比为7∶2.8-3.2(即天然砂体积∶蛭石体积=7∶2.8-3.2)。
第四层：承托层，厚度为28cm-32cm;由粒径为5mm-40mm的碎石组成。
本发明的技术方案之二是，所述分散型生活污水的生态-人工渗滤水处理方法按如下步骤进行：
1、生活污水经粗细格栅拦截大颗粒悬浮物后，进入调节池，稳定水质;
2、打开污水提升泵，抽取调节池中的污水对所述生态-人工渗滤水处理系统配水，配水时间为110分钟-130分钟，水流量9.5m3/h-10.5m3/h;所述配水结束，关闭污水提升泵;生态-人工渗滤水处理系统进入落干期，且该系统在湿干比(配水期/落干期)为1∶3、水力负荷为1.5m3/m2·d的条件下运行，落干期时间为5.5小时-6.5小时;
3、污水经所述生态-人工渗滤水处理系统处理后(即落干期结束)，即可直接排放;
4、待落干期结束后，再次打开污水提升泵进行配水，如此循环。
以下对本发明做出进一步说明。
本发明的核心在于优化改进的生态-人工渗滤水处理系统(Eco-CRI)的应用，污水流经此系统后通过物理吸附过滤、微生物降解以及化学沉淀等协同作用，实现污水处理的目的。不仅解决了单一人工快速渗滤技术在运行过程中滤料容易堵塞的问题，而且解决了蚯蚓生态渗滤技术稳定性差、氮磷去除效果差等问题。
与传统的生活污水处理工艺相比，本发明具有如下优点：
(1)工艺简单，不需投加化学药品，没有复杂的机械设备，工程周期短，易于施工，基建费用低;
(2)系统管理简单方便，污水只需一次提升，随后依靠重力自流进而达标排放，污泥排放量少;
(3)处理效果好，系统稳定、安全、可靠。
具体实施方案
本发明的一种分散型生活污水的生态-人工渗滤水处理系统从上至下由以下四层组成：
第一层：有机填料层，厚度为40cm;该层由泥碳土、粒径2mm-3mm的陶粒、粒径1.5mm-2.0mm的天然砂混合组成，且泥碳土、陶粒、天然砂的体积比为6∶1∶3(即泥碳土体积∶陶粒体积∶天然砂体积=6∶1∶3;按1600条/m2-1700条/m2的数量在该有机填料层中投放蚯蚓，并在该层以棵间距为500cm的间距种植水生生物芦苇;
第二层：毛细水阻断层，厚度为020cm;该层由粒径为5mm-30mm的碎石组成;
第三层：饱水带渗层，厚度为060cm;由粒径为0.5mm-1.5mm的天然砂与粒径为2mm-4mm的蛭石混合组成，且天然砂与蛭石的体积比为7∶3即天然砂体积∶蛭石体积=7∶3)。
第四层：承托层，厚度为30cm;由粒径为5mm-40mm碎石组成。
本发明的技术方案之二是，所述分散型生活污水的生态-人工渗滤水处理方法按如下步骤进行：
1、生活污水经粗细格栅拦截大颗粒悬浮物后，进入调节池，稳定水质;其中，粗格栅间隙可以是50mm;细格栅间隙可以是20mm;
2、打开污水提升泵，抽取调节池中的污水对所述生态-人工渗滤水处理系统配水，配水时间为2小时，水流量9.5m3/h-10.5m3/h;所述配水结束，关闭污水提升泵;生态-人工渗滤水处理系统进入落干期，且该系统在湿干比(配水期/落干期)为1∶3、水力负荷为1.5m3/m2·d的条件下运行，落干期时间为6小时;
3、污水经所述生态-人工渗滤水处理系统处理后(即落干期结束)，即可直接排放。
a.按上述生态-人工渗滤水处理系统和运行方法处理湖南省醴潭高速公路某收费站生活污水。
进水中化学需氧量(COD)126～218mg·L-1，悬浮物(SS)123～186mg·L-1，氨氮19.89～32.69mg·L-1，总磷(TP)2.75～4.53mg·L-1。运行后结果为：出水COD为8～46mg·L-1，SS稳定在7～28mg·L-1，氨氮稳定在0.45～1.95mg·L-1，TP浓为0.08～0.4mg·L-1，COD、SS、氨氮及TP去除率分别达到85.6±5.7%、87.5±4.8%、93.2±3.2%、94.7±4.9%。
b.按上述生态-人工渗滤水处理系统和运行方法处理湖南省醴潭高速公路某服务区生活污水。
进水COD为150~226mg·L-1，SS为157～218mg·L-1，氨氮22.26～37.68mg·L-1，TP为3.71~8.16mg·L-1。
运行后结果为：出水COD为16~52mg·L-1，SS稳定在9～26mg·L-1，氨氮稳定在0.52～1.64mg·L-1，TP为0.11~0.47mg·L-1，COD、SS、氨氮及TP去除率分别达到84.8±6.8%、89.2±5.5%，92.9±5.8%、95.1±5.3%。