申请日2009.03.06
公开(公告)日2010.09.08
IPC分类号C02F3/30; C02F3/10
摘要
一种污水垂向多级土壤渗透处理装置、系统、方法及其混合填料，该混合填料包括：土壤、石英砂、活性炭、铁粉及木屑，其中，各组分的体积比为土壤∶石英砂∶活性炭∶铁粉∶木屑为1～4∶2～8∶0.1～1∶0.1～0.8∶0.1～1。该污水垂向多级土壤渗透处理装置，包括：一反应器，所述反应器内以多级对缝码放方式装填有多个混合填料体，并且，各混合填料体之间用多孔性粉末状吸附材料隔开，其中，所述混合填料体由混合填料制成;一布水装置，设置于所述反应器的上方，于反应器上方提供污水;一出水装置，设置于所述反应器的下方，处理后的污水由所述出水装置输出。污水经过本发明的装置处理后，COD去除率、NH4+-N去除率、总氮去除率都大大提高，且装置不易堵塞。
权利要求书
1.一种混合填料，应用于污水垂向多级土壤渗透处理装置，其特征在于，该混合填料包括：土壤、石英砂、活性炭、铁粉及木屑，其中，各组分的体积比为土壤∶石英砂∶活性炭∶铁粉∶木屑=1～4∶2～8∶0.1～1∶0.1～0.8∶0.1～1。
2.一种污水垂向多级土壤渗透处理装置，其特征在于，包括：
一反应器，所述反应器内以多级对缝码放方式装填有多个混合填料体，并且，各混合填料体之间用多孔性粉末状吸附材料隔开，其中，所述混合填料体由混合填料制成，所述混合填料包括土壤、石英砂、活性炭、铁粉及木屑，并且各组分的体积比为土壤∶石英砂∶活性炭∶铁粉∶木屑为1～4∶2～8∶0.1～1∶0.1～0.8∶0.1～1;
一布水装置，设置于所述反应器的上方，于反应器上方提供污水;
一出水装置，设置于所述反应器的下方，处理后的污水由所述出水装置输出。
3.根据权利要求2所述的垂向多级土壤渗透处理装置，其特征在于，所述混合填料体为尺寸为5～50cm*10～100cm*2～8cm的方体形状，各方体形状的混合填料体之间用厚度为1～5cm的多孔性粉末状吸附材料隔开。
4.根据权利要求3所述的垂向多级土壤渗透处理装置，其特征在于，于所述反应器中，所述混合填料体以多级对缝码放方式装填，其中，由上至下，每级设置3cm的混合填料体层和1cm的多孔性粉末状吸附材料隔离层，并且所述混合填料体层包括奇数混合填料体层及偶数混合填料体层，所述奇数混合填料体层设置有3个混合填料体，每个混合填料体的尺寸为9cm*20cm*3cm，每个混合填料体之间用1.5cm*20cm*3cm的多孔性粉末状吸附材料隔离体隔开，所述偶数混合填料体层在两侧设置2个3cm*20cm*3cm的混合填料体，中间设置2个9cm*20cm*3cm的混合填料体，中间两个混合填料体之间用3cm*20cm*3cm的多孔性粉末状吸附材料隔离体隔开，两侧的2个混合填料体与中间的2个混合填料体之间分别用1.5cm*20cm*3cm的多孔性粉末状吸附材料隔离体隔开，并且所述反应器下部设置5cm的石英砂层。
5.根据权利要求2至4中任意一项所述的垂向多级土壤渗透处理装置，其特征在于，所述多孔性粉末状吸附材料为沸石粉，所述多孔性粉末状吸附材料的粒径为30-50μm。
6.根据权利要求2至4中任意一项所述的垂向多级土壤渗透处理装置，其特征在于，所述布水装置为外部布水式布水装置或内部布水式布水装置，所述布水装置为并联设置的多个布水管。
7.一种污水垂向多级土壤渗透处理系统，其特征在于，包括：
一权利要求2的污水垂向多级土壤渗透处理装置;
一进水缓冲装置;
一进水泵，连接于所述污水垂向多级土壤渗透处理装置与所述进水缓冲装置之间，以使污水泵送至所述污水垂向多级土壤渗透处理装置的布水装置中;
一出水收集器，与所述污水垂向多级土壤渗透处理装置的出水装置连接，用于收集处理后的净水。
8.一种污水垂向多级土壤渗透处理方法，应用权利要求7的垂向多级土壤渗透处理系统，其特征在于，包括步骤：
一进水步骤(步骤1)，污水通过所述进水泵由所述进水缓冲装置泵送至所述垂向多级土壤渗透处理装置的布水装置中;
一污水处理步骤(步骤2)，布水装置中的污水流入所述反应器中，并流经反应器中的多个混合填料体及多孔性粉末状吸附材料，通过所述混合填料体的混合填料土壤、石英砂、活性炭、铁粉及木屑以及所述多孔性粉末状吸附材料对所述污水进行净化;
一排水步骤(步骤3)，经过净化的污水由所述出水装置流出进入所述出水收集器中。
9.根据权利要求8所述的污水垂向多级土壤渗透处理方法，其特征在于，
于污水处理步骤中，污水在进入反应器后，反应器上层为好氧反应区，开始进行COD的降解和氨氮的吸附及硝化;反应器下层为厌氧反应区，在进水逐渐进入下层的厌氧反应区以后，氨氮的吸附还在进行，并且，在铁粉所提供的还原环境下，反硝化作用开始进行，使得进水中的硝态氮和氨氮转化而来的硝态氮在这一时期得到反硝化成为氮气;并且磷的去除在整个过程中一直进行，由土壤、沸石、铁粉以及废水和土壤中存在的金属阳离子完成。
10.根据权利要求9所述的污水垂向多级土壤渗透处理方法，其特征在于，
所述反应器上层的好氧反应区，其反应为：
NH4++2O2→NO3-+H2O+2H+-ΔF
所述反应器下层的厌氧反应区，其反应为：
所述反应器整体为磷去除反应区，其反应为：
说明书
污水垂向多级土壤渗透处理装置、系统、方法及混合填料
技术领域
本发明涉及污水处理技术，尤其涉及一种污水的垂向多级土壤渗透处理装置、处理系统及在该装置中填充的混合填料以及应用该装置的污水垂向多级土壤渗透处理方法。
背景技术
目前，我国大多数地区都经历着不同程度的水体污染。由于高建设费用和运行成本，很多地区没有完善的市政生活废水处理系统。截止2005年底，中国的实际污水处理率只有52%。由于废水中含有大量的有机物、氮、磷等物质，这些未经处理的废水直接排入自然水体中，直接或间接地引起了水体的富营养化。
传统的市政生活废水处理方法建立在活性污泥法的基础上。经过衍生，发展为很多种方法，如SBR法、氧化沟法、AB法、A2O法、生物滤池法等。这些方法存在基建投资成本高，运营成本大，操作复杂，人员要求高，占地面积大，剩余污泥较难处理等缺点。
在这种情况下，土壤处理法逐渐受到人们的关注。在土壤处理法中，有机物，磷，悬浮固体等能通过渗透、过滤、吸附作用、化学作用、生物转化、生物掠夺和植物吸收等处理过程来得到有效的去除。该类方法具有操作简便，基建投资小，运营成本低，没有剩余污泥等优点。在国内专利ZL200410073951.8(中国地质大学(北京)和北京大学合作开发的人工快渗污水处理系统Constructed Rapid Infiltration System，简称CRI系统)中，在快速渗滤系统的基础上，采用渗透性能良好的天然材料，并掺入一定量的活性矿物质填料，采用干湿交替的运转方式，污水在通过快渗池时产生综合的物理、化学和生物反应使污染物得以去除，但是，该方法总氮的去除率不高。在专利CN1458086A中，采用了对废水中加入普通土进行吸附，过滤后调节pH，经絮凝沉淀、氧化絮凝沉淀、过滤后，采用装有不同粒径玉米芯(或者秸秆)稻壳的装置进行吸附的处理方法。在专利CN1424260A中，使用建筑工地废弃的砖块并将其碾压成碎片形成颗粒吸附剂，使其具有废水生物处理反应器填料功能，可用于吸附去除水中磷元素。在专利CN1137025A中，使用沸石，蒙脱石，氢氧化钙，硫酸铝等填料组合，用于处理生产地毯或类似产品时产生的废水。在专利CN1781854中，利用涂布有陶瓷粉末，附着粒状陶瓷或者混合在其内部的海绵状微生物接触材料来装填反应器用于固定生物膜使其具有处理废水或者去除有害气体的功能。专利CN1785499中，制备使用一种黏土和渗透膜聚合物的球状大颗粒黏土吸附填料来处理有毒有机化工废水。专利CN1903424A中，使用了粉末煤复合吸附来去处理水溶液中有机和无机污染物的方法。专利CN101273708A中，使用砾石和锰砂为组合填料的人工湿地系统，能用于钢铁等行业废水的处理。专利CN2898004Y中，使用石英砂，钢渣，沸石和泥炭等材料形成了一种人工生态废水处理装置，应用范围较广。而在专利CN1528680A中，使用大理石，石灰石和白云石以及富含铁，钙，硅，铝等元素的氧化物和高炉渣与草炭和土壤配合而成的人工基质，可去除废水中的大部分COD，SS，BOD和部分氨氮。
然而，上述传统土壤渗透法或填料吸附法中普遍存在着空隙度和氮去除的矛盾，即增加空隙度，防止堵塞，而影响了总氮的去除率;反之减少空隙度，增加了反硝化能力，则容易发生堵塞。因此，这一对矛盾在一定程度上限制了土壤法的应用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种混合填料、应用该混合填料的污水垂向多级土壤渗透处理装置、系统及污水垂向多级土壤渗透处理方法，以克服传统的土壤处理法使用的污水处理装置对氮的去除能力不足和易堵塞的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种混合填料，应用于污水垂向多级土壤渗透处理装置，该混合填料包括：土壤、石英砂、活性炭、铁粉及木屑，其中，各组分的体积比为土壤∶石英砂∶活性炭∶铁粉∶木屑=1～4∶2～8∶0.1～1∶0.1～0.8∶0.1～1。
而且，为实现上述目的，本发明提出一种污水垂向多级土壤渗透处理装置，包括：一反应器，所述反应器内以多级对缝码放方式装填有多个混合填料体，并且，各混合填料体之间用多孔性粉末状吸附材料隔开，其中，所述混合填料体由混合填料制成，所述混合填料包括土壤、石英砂、活性炭、铁粉及木屑，并且各组分的体积比为土壤∶石英砂∶活性炭∶铁粉∶木屑为1～4∶2～8∶0.1～1∶0.1～0.8∶0.1～1;一布水装置，设置于所述反应器的上方，于反应器上方提供污水;一出水装置，设置于所述反应器的下方，处理后的污水由所述出水装置输出。
其中，所述混合填料体为尺寸为5～50cm*10～100cm*2～8cm的方体形状，各方体形状的混合填料体之间用厚度为1～5cm的多孔性粉末状吸附材料隔开。
其中，于所述反应器中，所述混合填料体以多级对缝码放方式装填，其中，由上至下，每级设置3cm的混合填料体层和1cm的多孔性粉末状吸附材料隔离层，并且所述混合填料体层包括奇数混合填料体层及偶数混合填料体层，所述奇数混合填料体层设置有3个混合填料体，每个混合填料体的尺寸为9cm*20cm*3cm，每个混合填料体之间用1.5cm*20cm*3cm的多孔性粉末状吸附材料隔离体隔开，所述偶数混合填料体层在两侧设置2个3cm*20cm*3cm的混合填料体，中间设置2个9cm*20cm*3cm的混合填料体，中间两个混合填料体之间用3cm*20cm*3cm的多孔性粉末状吸附材料隔离体隔开，两侧的2个混合填料体与中间的2个混合填料体之间分别用1.5cm*20cm*3cm的多孔性粉末状吸附材料隔离体隔开，并且所述反应器下部设置5cm的石英砂层。
其中，所述多孔性粉末状吸附材料为沸石粉，所述多孔性粉末状吸附材料的粒径为30-50μm。
其中，所述布水装置为外部布水式布水装置或内部布水式布水装置，所述布水装置为并联设置的多个布水管，所述出水装置为出水管。
而且，为实现上述目的，本发明提供一种污水垂向多级土壤渗透处理系统，包括：上述污水垂向多级土壤渗透处理装置;一进水缓冲装置;一进水泵，连接于所述污水垂向多级土壤渗透处理装置与进水缓冲装置之间，以使污水泵送至所述污水垂向多级土壤渗透处理装置的布水装置中;一出水收集器，与所述污水垂向多级土壤渗透处理装置的出水装置连接，用于收集处理后的净水。
而且，为实现上述目的，本发明提出一种污水垂向多级土壤渗透处理方法，应用上述垂向多级土壤渗透处理系统，其中，该方法包括步骤：一进水步骤，污水通过所述进水泵由所述进水缓冲装置泵送至所述垂向多级土壤渗透处理装置的布水装置中;一污水处理步骤，布水装置中的污水流入所述反应器中，并流经反应器中的多个混合填料体及多孔性粉末状吸附材料，通过所述混合填料体的混合填料土壤、石英砂、活性炭、铁粉及木屑以及所述多孔性粉末状吸附材料对所述污水进行净化;一排水步骤，经过净化的污水由所述出水装置流出进入所述出水收集器中。
其中，于污水处理步骤中，污水在进入反应器后，反应器上层为好氧反应区，开始进行COD的降解和氨氮的吸附及硝化;反应器下层为厌氧反应区，在进水逐渐进入下层的厌氧反应区以后，氨氮的吸附还在进行，并且，在铁粉所提供的还原环境下，反硝化作用开始进行，使得进水中的硝态氮和氨氮转化而来的硝态氮在这一时期得到反硝化成为氮气;并且磷的去除在整个过程中一直进行，由土壤、沸石、铁粉以及废水和土壤中存在的金属阳离子如Ca2+、Fe3+、Mg2+等完成。
其中，所述反应器上层的好氧反应区，其反应为：
NH4++2O2 →NO3-+H2O+2H+-ΔF
所述反应器下层的厌氧反应区，其反应为：
所述反应器整体为磷去除反应区，其反应为：
填料中的铁粉以及土壤和废水中存在的Ca2+、Fe3+、Mg2+等金属阳离子与废水中的磷酸根反应生成沉淀去除。此外，铁粉以及其他填料也对磷产生物理吸附作用。
本发明的效果：
本发明采用混合填料，由天然土壤、活性炭、木屑、石英砂和铁粉组成。不同成分的填料在废水处理的过程中起到不同的作用，混合填料在反应器内按对缝码放的方式设置，废水中的污染物在混合填料和微生物的共同作用下被去除，克服了传统的土壤处理法对氮的去除能力不足和易堵塞的问题。并且出水水质稳定，有一定的抗冲击负荷能力，无剩余污泥，无需二沉池，可节省二次处理成本;装置不易堵塞;反应器制作简单，建造和运行成本低;污水处理在同一反应器内进行，无需其他反应器;同时动力消耗少、实用性强。