申请日2004.06.03
公开(公告)日2006.05.31
IPC分类号C02F9/14; C02F9/02; C02F1/44; C02F3/30; C02F3/10
摘要
一种有脱氨除磷通气层的污水深度处理装置，在传统污水土地渗滤处理方法的渗滤层中铺设一层具有强化脱氨固磷功能的透水、透气、空心功能性型材，形成空心材料层，空心材料层把污水处理的渗滤层分为空心材料层以上的好氧生态填料层和空心材料层以下的厌氧生态填料层，生活污水靠重力向下自流依次通过好氧生态填料层、空心材料层、厌氧生态填料层，去除SS、BOD、NH4+-N、NO3--N、T-P，实现生活污水深度处理。本发明具有良好的复氧效果，较高的脱氨除磷效率，有效实现面源生活污水深度处理。
権利要求書
1、一种有脱氨除磷通气层的污水深度处理装置，其特征在于：在一个不透 水池中，将污水渗滤过程共分为三层，上层为原状土壤层(9)，下层为砾石集 水层(12)，中间是生态填料层，生态填料层中铺设一层具有强化脱氨固磷功能 的透水、透气、空心功能性型材(13)，形成空心材料层(6)，空心材料层(6) 把生态填料层分为空心材料层(6)以上的好氧生态填料层(10)和空心材料层 (6)以下的厌氧生态填料层(11)，空心材料层(6)通过导气通道(4)与装 置顶部大气相通，由通气装置或自然供气复氧;在砾石集水层(12)底部有穿 孔集水管(7)，在好氧生态填料层(10)中设置装有细沙(2)的防渗槽(3) 以及在防渗槽(3)上方铺设穿孔布水管(1);其中，所述的空心功能性型材(13) 是由改性的粉煤灰、煤渣、人工沸石加工而成的砖体型材。
说明书
有脱氨除磷通气层的污水深度处理装置
技术领域
本发明涉及一种有脱氨除磷通气层的污水深度处理装置，可对污水进行强 化脱氨除磷深度处理，属于环保水处理技术领域。
背景技术
面源污染和水体富营养化严重降低了湖泊及水库等水体的水资源利用价值， 已成为当前一项突出的环境和社会问题，氮和磷是引起水体富营养化的主要限 制因子，当水体总磷浓度高于0.02mg/l或总氮浓度超过0.2mg/l时藻类可能发 生异常繁殖，导致富营养化。如何控制造成水体富营养化的氮、磷关键影响因 子，有效降低面源生活污水中氮磷含量，减少向水体中排放氮、磷的污水处理 技术，是目前环境领域研究的热点之一。
面源生活污水处理技术中，污水土地处理技术与传统活性污泥法相比，由 于能有效去除BOD(生化需氧量)、COD(化学需氧量)，又具有很好的脱氮除磷 能力，达到污水深度处理效果，而且投资成本低、运行管理简单，有广阔应用 前景并逐步得到推广应用，近年来在我国已受到广泛关注。但是，现有的污水 土地处理技术也存在容易堵塞、水力负荷低及总氮去除率不高的问题。如何延 长吸附饱和时间，提高处理能力，增加系统脱氮作用是解决污水土地处理技术 存在问题的关键。
公开号为CN1075792C的中国专利公布的方法是采用同一种原状土作为散 水管布水后的土壤扩散滤层。该装置在污水的好氧区容易出现供养不足，不能 满足NH4 +-N发生硝化反应的好氧条件，导致硝化率低，脱氮效率不高。
公开号为CN2286176Y的中国专利针对以上专利不足，采用不同孔隙率和透 水速率的改性土壤层来做扩散滤层，逐级扩散减缓了堵塞的时间，在一定程度 上提高土壤的自然好氧条件。同时，该专利还在与布水管同一水平的两侧设置 了通气管，由通气装置输送空气，能保持土壤好氧状态。但是由于通气管是放 置在布水管同一水平的两侧，且布水管与通气管的间距约400mm。其缺陷应有二： 一是该送气管在布水层，不能使布水管下面的扩散滤层有效复氧;二是该开孔 通气管的距离太大，置换空气的效率相对低，同一层面的土壤滤层易出现局部 好氧(缺氧)，抑制了好氧生化反应和硝化反应，也存在脱氮效率不高的问题。
公开号为CN1460649A的中国专利公布了一种解决渗滤层堵塞的方法，通过 与地表连通的侧向空气通道和高渗透性夹层联合供氧。该专利未涉及对污水进 行脱氮除磷深度处理以及具有脱氮除磷的特殊功能材料层;而且空气通过设在 渗滤层两侧并与地表连通的空气通道到达土壤渗滤层深度后，必需穿过透气墙 在水平扩散作用下才能进入高渗透性层填料的内部，由于在渗滤层没有一个氧 气的自由流动通道，复氧效率低。
传统的污水土地处理技术及以上专利的通气复氧主要有两种类型，一种是 不在系统渗滤层中设置通气装置，仅靠地表的氧气通过垂直扩散作用向表层土 壤供氧，表层土壤的氧气在浓度差作用下再垂直扩散传到渗滤层中实现复氧; 另一种是在系统渗滤层增加穿孔通气管或者在渗滤层两侧设有空气通道，给系 统通气。前者仅使表层土壤处于好氧状态，一旦土壤出现堵塞，降低了渗透性， 地表的空气通过扩散作用向渗滤层供氧的效率大大降低，抑制了渗滤层中好氧 微生物的活性，使可生化的污染物去除率不高，影响出水水质，反过来又加剧 土壤渗滤层的堵塞状况;后者在一定程度上改善了渗滤层的复氧状况，但都是 靠有一定间距(大于500～1000mm)的穿孔通气管或空气通道埋设在渗滤层实现 复氧，其缺点是通气量小，仅在通气管或空气通道周围的渗滤层材料得到复氧， 不能使整个渗滤层面实现高效复氧。
土地渗滤技术在实现生活污水深度处理时也存在一个磷吸附饱和问题，处 理系统在使用一段时间后，因为土壤渗滤材料的磷吸附能力达到饱和，丧失除 磷功能，出水不能实现深度处理。在工程应用中，希望渗滤层材料既具有良好 的渗透性能有效复氧，又具有尽可能大的磷吸附饱和能力。但原状土壤不能同 时具备上述功能，通常对磷酸盐有较好吸附特性的原状土壤最大饱和吸附量小 于10mg/g，但渗透性较差，不适宜用于做污水处理渗滤材料;而渗透性符合处理 工艺需求的土壤，吸附磷酸盐的最大饱和吸附量小于0.1～0.01mg/g，吸附磷酸 盐的饱和使用年限仅为1～2年。因此，如何改变土壤渗滤层的特性，使渗滤材 料既具有良好渗透性，又对磷酸盐有高吸附量，延长系统使用寿命，是土地渗 滤技术推广应用急需解决的关键技术之一。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提供一种有脱氨(NH4 +-N)除磷通气 层的污水深度处理装置，能提高土壤渗滤层复氧效果，增强脱氨除磷效果，缓 解渗滤层堵塞问题，延长使用寿命，实现面源生活污水深度处理，防止水体富 营养化现象的发生。
为实现以上目的，本发明在传统污水土地渗滤处理方法的渗滤层中铺设一 层具有强化脱氨固磷功能的透水、透气、空心功能性型材，形成空心材料层， 空心材料层把污水处理的渗滤层分为空心材料层以上的好氧生态填料层和空心 材料层以下的厌氧生态填料层，生活污水靠重力向下自流依次通过好氧生态填 料层、空心材料层、厌氧生态填料层，去除SS、BOD、NH4 +-N、NO3 --N、T-P， 实现生活污水深度处理。
本发明的强化脱氨除磷污水深度处理装置具体结构包括：
在一个不透水池中，布置有三层污水渗滤层，上层为原状土壤层，下层为 砾石集水层，中间是生态填料层，生态填料层中铺设一层空心功能性型材，形 成空心材料层，空心材料层把生态填料层分为空心材料层以上的好氧生态填料 层和空心材料层以下的厌氧生态填料层。空心材料层通过导气通道与装置顶部 大气相通，由通气装置或自然供气复氧;在砾石集水层底部有穿孔集水管，在 好氧生态填料层中设置装有细沙的防渗槽以及在防渗槽上方铺设穿孔布水管。
其中，不透水池的建构是将一块可以利用的土地挖成一个500～2000mm深 的土坑，用不透水的材料铺设在底部及四周池壁，形成一个独立的不透水池子， 或者在地表人工建造一个不透水池;穿孔集水管及穿孔布水管可采用PVC材料， 直径根据处理能力为50～300mm，开孔率为20～80%;砾石集水层的层高，根 据污水的浓度不同为100～300mm。装有细沙的防渗槽高度根据处理能力为100～ 250mm。好氧生态填料层可以是原状土壤或改性土壤，该层高度为100～500mm。 空心材料层下部的厌氧生态填料层由原状土壤或具有还原性的渗滤材料混合均 匀后填充，层高为200～500mm。
空心材料层由空心结构的功能性型材铺设而成，功能性型材是以改性的粉 煤灰、煤渣、人工沸石等材料为主，外加少量添加剂加工而成的砖体型材，长 ×宽×高为50～500×50～500×50～200mm，每块砖体型材在高度方向的四个面 均对称有穿孔，砖体型材的壁厚为10～40mm。砖体型材铺设方法是将每块型材 沿穿孔方向排列，形成一个空气层面并通过导气通道与装置顶部大气相通。在 不透水池的内部沿高度方向建构若干个使空心材料层的空气层与装置顶部大气 相通的导气通道，由通气装置或自然供气给渗滤层复氧，导气通道有两种制作 方法：一种是由砖砌;另一种是用PVC管连接而成。
本发明通过如下过程实现污水深度处理：
经过厌氧池预处理的生活污水引入本发明的穿孔布水管，污水从穿孔布水 管流出后进入填满细沙的防渗槽内，在表面张力作用下被提升越过防渗槽两侧， 然后自流依次进入好氧生态填料层、空心材料层、厌氧生态填料层、砾石集水 层。污水中的一部分悬浮物(SS)首先被细沙截留在防渗槽中;在好氧生态填 料层，形成有机物的微生物降解强化区，降解被吸附的有机物(BOD)。经过以 上两个渗滤过程，大部分的有机物和悬浮物被去除。在空心材料层，通过功能 材料对NH4 +-N和溶解性磷酸盐的高效特异吸附实现强化脱NH4 +-N和固磷目的; 同时空心材料层生长有生物膜，降解去除一部分有机物(BOD)。污水流过空心 材料层后进入厌氧生态填料层，发生反硝化反应脱NO3 --N。经过以上步骤，完成 SS、BOD、NH4 +-N、NO3 --N、T-N、T-P的去除，处理后的水从集水管导出，达标 排放。
与现有技术相比，本发明在渗滤过程设置了能强化脱氨固磷的透水、透气 功能性空心材料层，具有以下三个创新之处：
1、好氧生态填料层具有复氧效果：
好氧生态填料层下面的空心材料层具有一个空气层面，扩大了氧气与好氧 生态填料层的接触面。除了具有传统土壤渗滤技术的通过地表垂直扩散进入渗 滤层的通气方式以外，还通过空心材料层的空气层自下而上直接扩散进入好氧 生态填料层的复氧。该方法有以下优点：(1)与传统没有通气装置的土地处理 技术相比，增加了通气的途径，复氧效率提高20～50倍;(2)与有通气管但只 有通气管周围的渗滤材料能直接接触氧气的局部复氧的工艺相比，整个渗滤层 平面直接接触氧气，使渗滤层具有良好复氧效果，复氧效率提高10～40倍。
2、空心材料层具有脱氨(NH4 +-N)功能：
空心材料层通过物理化学吸附作用把NH4 +-N吸附在功能材料上，NH4 +-N在好 氧条件下发生硝化反应转化为NO3 --N，使NH4 +-N又从功能材料上解吸，因此， 功能材料能够实现再生，长期保持其物理化学吸附NH4 +-N的功能。本发明的脱 NH4 +-N效率比传统土壤渗滤方法提高30～50%。
3、该空心材料层具有固磷功能：
具有对溶解性磷酸盐的高效特异吸附，空心材料层的磷酸盐饱和吸附量为 30～80mg/g，而渗透性好的原状土壤的溶解性磷酸盐最大饱和吸附量仅为0.1～ 0.01mg/g。与传统渗滤层相比，本发明能使系统对溶解性磷酸盐的总饱和吸附 量提高10～50倍，系统的使用寿命与传统技术延长10～50年。
此外，该空心材料层能生长生物膜，与传统渗滤层相比，具有强化降解有 机物去除BOD的功能。