CN100591403C - 弹性纤维生物滤池污水处理工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种生物滤池污水处理工艺。弹性纤维生物滤池污水处理工艺，其特征在于它包括如下步骤：1)装填弹性纤维：将弹性纤维装填于敞口的生物滤池中，装填时弹性纤维的自然伸展长度为生物滤池高的50%-90%；2)淹水期：将弹性纤维压缩至弹性纤维的自然伸展长度的50%-60%；关闭生物滤池的出水口，污水从进水口进入生物滤池，经过布满有进水孔的顶板均匀布水后自然下落进入弹性纤维进行渗滤处理，关闭进水口；污水在生物滤池内停留1.5-2.5小时；3)落干期：打开生物滤池的出水口，经弹性纤维渗滤处理后的水在重力作用下自然流出，生物滤池内无水停留1.5-2.5小时；4)重复步骤2)-3)。本发明具有水力负荷高、污水处理效率高的特点；可以快速解决堵塞。

Description

弹性纤维生物滤池污水处理工艺

技术领域

本发明属于污水处理和水质净化领域，具体涉及一种生物滤池污水处理工艺。

背景技术

常规活性污泥法的二级污水处理系统缺点是系统建设投资大，运行和维护成本高，而渗滤处理技术在降低处理成本方面则有较大的优势，污水快速渗滤(Rapid Infiltration)土地处理系统(简称RI系统)是将污水有控制地投放于渗透性能较好的土地表面，使其在向下渗透过程中经历不同的物理、化学和生物作用，最终达到污水净化的目的，由于该系统的核心是利用天然土层作为渗滤介质，其水力负荷低(仅为0.3-0.4m/d)，占地面积大，在人口集中、污水排放量较大的地区附近，难以找到满足土地处理条件的足够土地面积，在一定程度上限制了污水土地处理与利用的发展。针对以上问题，人工快速渗滤系统(ConstructedRapid Infiltration简称CRI系统)应运而生，提出了采用渗透性能较好的天然砂等代替天然土层营建污水处理系统的研究方案，该系统具有水力负荷高(可达1.5m/d)、占地面积较小等特点。但在实际运行过程中，RI系统和CRI系统均面临着一些难已克服的缺陷：

(1)渗滤系统的水力负荷受污水在渗滤介质中渗透速率的控制，污水在渗滤介质中的流动受孔隙度和孔隙大小(尤其是孔喉)的影响很大，RI系统的水力负荷一般只有0.3-0.4m/d，CRI系统由于其渗滤介质粒径较大，将水力负荷提高到了1.5m/d，但是导致了渗滤介质比表面积的减少，影响了微生物对污水中污染物的处理效率，如果渗滤介质过厚，会延长污水在渗滤介质中的渗流路径，则又会导致水力负荷的下降，考虑到水力负荷和处理效率的平衡，难以在水力负荷上进一步大幅提高；

(2)渗滤系统在运行的过程中，一旦污水中有机负荷超过了系统中生物氧化分解能力，就会导致有机污染物和大量的微生物在系统中积累，就会产生黑色生物粘膜，造成系统的堵塞，无论是RI系统还是CRI系统，堵塞现象无法避免。这是由系统运行的理论决定的，堵塞不但降低了系统的水力负荷和处理效率，而且影响系统的正常运行，以致于系统停止运行或者废弃，因此如何使堵塞的渗滤系统快速恢复处理能力，并使其避免有机质积累和堵塞现象，适应各种变化保持稳定的运行状态，是一个有待解决的难题。

(3)一般的渗滤系统由于水力负荷较小，导致其占地面积过大，随着城市化进程的加快，城镇越来越拥挤，空间的限制导致一般的渗滤系统对于城镇的适用性受到很大限制，在城区内难以实现该技术的应用，郊区则会由于占用农田等土地资源而影响该技术的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水力负荷高、污水处理效率高的弹性纤维生物滤池污水处理工艺，该工艺可以快速解决堵塞。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：弹性纤维生物滤池污水处理工艺，其特征在于它包括如下步骤：

1)装填弹性纤维：将弹性纤维装填于敞口的生物滤池中，装填时弹性纤维的自然伸展长度为生物滤池高的50％-90％；

2)淹水期：将弹性纤维压缩至弹性纤维的自然伸展长度的50％-60％；关闭生物滤池的出水口，污水从进水口进入生物滤池(打开进水口)，经过布满有进水孔的顶板均匀布水后自然下落进入弹性纤维进行渗滤处理，关闭进水口；污水在生物滤池内停留1.5-2.5小时；

3)落干期：打开生物滤池的出水口，经弹性纤维渗滤处理后的水在重力作用下自然流出，生物滤池内无水停留1.5-2.5小时；

4)重复步骤2)-3)；

5)生物滤池出现堵塞时，通过提升装置将弹性纤维提升至自然伸展长度，继续重复步骤2)-3)，经过1-2个周期的自然冲刷后，将弹性纤维压缩至弹性纤维的自然伸展长度的50％-60％，继续重复步骤2)-3)。

步骤1)的具体方法为：将弹性纤维分束，弹性纤维的下端与底板固定连接，弹性纤维的上端与布满有进水孔的顶板固定连接，然后将底板、弹性纤维、顶板装填于敞口的生物滤池中，底板与生物滤池固定连接，顶板与提升装置相连；弹性纤维的自然伸展长度为生物滤池高的50％-90％；生物滤池的上端部设有进水口，进水口位于顶板的上方，生物滤池的下端部设有出水口(出水口位于底板的下方)。

所述的弹性纤维在淹水期压缩至自然伸展长度的50％-60％时，弹性纤维的孔隙度为80％以上，弹性纤维的比表面积为400m²/g-600m²/g。

所述的弹性纤维为东莞市新纶纤维材料科技有限公司生产的复合弹性纤维。SP100复合弹性纤维是采用两种不同的酯类高聚物按比例经复合喷丝组件、复合纺丝加工技术而制成的弹性纤维。具有潜在的卷缩性和低的模量，具有很高的伸缩性和回弹性，具有强度高、耐腐蚀、耐酸碱等优良性能。

所述的底板上布满有透水孔。

本发明的有益效果：与一般的渗滤处理系统相比，弹性纤维生物滤池污水处理工艺具有更强的污染物截留能力，更大的比表面积，淹水—落干所需的时间更容易控制，出现堵塞后可快速恢复等优点；相比于常规活性污泥法二级处理系统，弹性纤维生物滤池污水处理工艺具有更高浓度的生物量，同时省去了分段运行的好氧—厌氧工艺，一次即可充分截留、降解微生物，降低了管理和维护成本。

(1)水力负荷高：由于弹性纤维渗滤介质具有极好的渗透性能和极大的孔隙度，所能承受的水力负荷远远高于一般的渗滤污水处理系统，能适应各种水质水量波动的需要，水力负荷提高至4m/d-8m/d，这是目前任何渗滤系统都达不到的。

(2)稳定运行寿命长：所用的弹性纤维具有难降解、韧性强、耐冲击等优良特性，作为渗滤介质可稳定运行数十年以上，在污水处理及水质净化领域具有广阔前景。

(3)污染物截留能力强：将弹性纤维作为渗滤介质，压缩后形成杂乱的微孔网状结构(淹水期将弹性纤维压缩至弹性纤维的自然伸展长度的50％-60％)，进水过程中能有效过滤截留污水中各种大的、小的污染物颗粒，污水处理效率高。

(4)微生物数量大：弹性纤维具有更大的比表面积和更大的孔隙度，有利于微生物附着并大量繁殖，与污水更充分的接触有利于去除各种可溶的、微小的污染物，污水处理效率高。

(5)结构简单：管理和维护方便；本发明只需一个生物滤池即完成了好氧—兼氧—厌氧三重处理工艺，充分利用污水的重力自然下落，过滤截留和吸附的有机质在落干期充分与空气接触，有利于微生物的降解，省去人工曝气步骤，节省能量，降低成本。

(6)不容易堵塞：与一般渗滤系统相比，本发明运行过程中，淹水和落干时渗滤介质致密程度会稍有变化，产生的摩擦有利于过量微生物的脱落，有利于微生物代谢产物的排出，从而使系统运行更稳定，运行很长时间才会出现堵塞现象。

(7)短期内即可恢复处理能力：水质或水量波动过大很容易引起微生物大量繁殖，导致生物滤池的堵塞，一般的生物滤池自然恢复需要较长时间，本发明通过提升、冲洗渗滤介质，利用孔隙扩大后污水的自然冲刷作用，过量微生物很容易就会脱落，只需15分种就可恢复处理能力，可以快速解决堵塞(完全解决堵塞问题)。

(8)充分利用水体自净能力：污水处理后进入沉淀池，随水排出的微生物沉降至池底进行厌氧消解，过量微生物则可回流至预沉池，大大增强了水体的自净能力。

(9)节省占地面积：本发明能承受很高的水力负荷，同时构造简单、材质很轻，可以因地制宜建成塔式或层状结构，有效节省占地面积。

(10)生物滤池可以建造在地表、地下或地面以上，具体根据地区特点设计，因地制宜同时兼顾当地的气候状况。地表方式采用开放水泥池或箱体构建；地下采用埋藏式水泥池或箱体构建；地上采用塔式或层状构建一层或多层处理池。由于系统材料轻质，也可以设计成移动式处理系统，以满足特殊需要。

(11)适应能力强：本发明适用于我国任何地区污水处理厂的城镇生活污水、各种浓度的工业、农业及医院有机废水的深度处理，出水COD能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级标准，同时还适用于受污染的河流、湖泊和地下水体的净化。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图；

图2是本发明淹水期的示意图；

图3是本发明提升后冲刷状态的示意图；

图4是本发明顶板的结构示意图；

图中：1-生物滤池，2-顶板，3-弹性纤维，4-底板，5-出水口，6-进水孔。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1：弹性纤维生物滤池污水处理工艺，它包括如下步骤：

1)装填弹性纤维：将弹性纤维3分束(成束状，每一束的大小无要求，尽量均匀即可)，弹性纤维的下端与底板4(底板上布满有透水孔)固定连接，弹性纤维的上端与布满有进水孔6的顶板2固定连接，然后将底板4、弹性纤维3、顶板2装填于敞口的生物滤池1中，底板与生物滤池固定连接，顶板与提升装置相连；弹性纤维的自然伸展长度为生物滤池高的90％；生物滤池的上端部设有进水口，进水口位于顶板的上方，生物滤池的下端部设有出水口5(出水口位于底板的下方)；

所述的弹性纤维为东莞市新纶纤维材料科技有限公司生产的复合弹性纤维。

2)淹水期：将弹性纤维压缩至弹性纤维的自然伸展长度的55％；关闭生物滤池的出水口，污水从进水口进入生物滤池(或称渗滤池)，经过布满有进水孔的顶板均匀布水后自然下落进入弹性纤维进行渗滤处理，进污水时间为20分钟，关闭进水口；污水在生物滤池内停留2.0小时；

3)落干期：打开生物滤池的出水口，经弹性纤维渗滤处理后的水在重力作用下自然流出，生物滤池内无水停留2.0小时；

4)重复步骤2)-3)；

5)生物滤池出现堵塞时，通过提升装置将弹性纤维(渗滤介质)提升至自然伸展长度，继续重复步骤2)-3)(污水处理工艺周期不变)，经过2个周期(重复1个步骤2-3为1个周期)的自然冲刷后，放下顶板，将弹性纤维压缩至弹性纤维的自然伸展长度的55％(落下顶板)，继续重复步骤2)-3)(继续进行污水处理)。

一、以弹性纤维生物滤池污水处理工艺为基础的污水处理系统主要由格栅、预沉池、生物滤池、沉淀池，以及布水、出水、提升装置等组成(如图1所示)，格栅、预沉池、沉淀池和相关装置与常规污水处理系统相同，以下重点描述生物滤池(图2、图3、图4)中弹性纤维生物滤池污水处理工艺的实现：

(1)以难降解的弹性纤维作为渗滤介质，弹性纤维自然伸展时的长度低于生物滤池高的90％，保证弹性纤维自然伸展时生物滤池上部留有一定保护空间(点a)，淹水期压缩至自然伸展长度的50％-60％时的孔隙度为80％以上，比表面积为400m²/g-600m²/g。实际运行中也可根据需要由顶板重量控制，此时弹性纤维在顶板重力作用下向下压缩至b点；

(2)生物滤池进水后增加了结合水和毛细水的重量，待微生物挂膜及大量繁殖后，淹水期渗滤介质压缩至自然长度的50％-60％(点d)，落干期会伸展至自然长度的60％-70％(点c)，如果生物滤池出现堵塞，可用提升装置将顶板提升至a点附近，过量的微生物会在伸缩作用和水力冲刷作用下从纤维载体上脱落，脱落的微生物随污水排出至沉淀池后即可放下顶板，在此过程中系统淹水—落干周期不变；

(3)生物滤池运行中淹水—落干周期以4小时为宜，即2小时淹水，2小时落干，一天运行6个周期，由于系统渗滤介质比表面积极大，渗透性较好，而且上部有超过三分之一的剩余空间，根据水力负荷的要求，短时间内即可完成布水，以下举例说明运行情况：某生物滤池高度为2m，弹性纤维自然长度为1.8m，稳定运行后渗滤介质高度为1.2m，孔隙度为80％，系统设计水力负荷为6m/d，0:00点开始进水，0:30布水完成，进水总量为1m的高度，2:00打开出水口，自然下落排水，至4:00一直处于落干期，一个水力周期完成。

(4)为适应各种不同气候的需要，系统构建可以因地制宜建造在地表、地下或地面以上，无冰冻期地区为节省成本可采用地表或者地上方式，北方冬季寒冷地区则应充分利用地暖作用，以地下方式为主，具体规模根据地区污水特点设计。地表方式采用开放水泥池或箱体构建；地下采用埋藏式水泥池或箱体构建；地上采用塔式或层状构建一层或多层处理池。由于系统材料轻质，为满足特殊需要，也可以做成移动式处理系统。

2、弹性纤维生物滤池污水处理工艺的原理：

弹性纤维生物滤池污水处理工艺是结合一般渗滤处理系统和常规活性污泥法二级处理系统的原理发明的全新污水处理工艺，本发明对污水中有机污染物的去除主要由过滤截留、吸附和生物降解作用共同完成，过滤截留和吸附作用主要起调节机制，有机污染物的去除主要靠微生物降解。所用的合成纤维来源于东莞市新纶纤维材料科技有限公司生产的复合弹性纤维。

(1)根据传统的污水快速渗滤处理工艺的原理，采用间歇式淹水—落干的处理方式，充分利用淹水期弹性纤维对污染物的过滤截留作用和生物膜对污染物的吸附作用，以及微生物对污染物的好氧、兼氧和厌氧降解，深度处理城镇生活污水、各种工业、农业和医院等各种浓度的有机废水，以及受污染的河流、湖泊和地下水体的净化；使用难降解的弹性纤维作为渗滤介质，以束状形式致密的装填于生物滤池内，下端固定在底板上，上端固定在可上下活动的顶板上，进水后在顶板的重力和渗滤介质中结合水以及毛细水重力的双重作用下，弹性纤维压缩得更为致密，有效过滤截留污染物，落干期弹性纤维稍微自然伸展，保证落干期微生物与空气的接触更充分；

(2)正常运行一段时间后，渗滤介质表面会挂满丰富的生物膜，当污水流经渗滤介质和充分停留时，因渗滤介质呈压实状态和微孔网状结构，利用吸附作用和生物膜的生物絮凝作用，过滤截留和吸附污水中的悬浮性物质和溶解性物质，从而保证系统出水水质，此过程为机械过滤和吸附作用；利用渗滤介质的高比表面积带来的高浓度生物膜的降解能力对污水进行快速净化，此过程为生物降解作用；当运行一定时间后，由于系统中有机物的积累和生物膜的快速生长，系统的渗透速率会有所下降，需进行落干，以分解积累的有机物质，恢复介质的吸附性能，以及更新生物膜，此过程为落干恢复。

(3)采用淹水—落干交替运行的方式，在淹水期，部分颗粒状和大分子物质被逐渐水解为溶解性的、可被微生物直接利用的有机物，并和进水中的溶解性、小分子有机物一起被微生物氧化降解；在落干期，由于没有外加的污染负荷，由淹水期积累下来的有机物可以在较长的时间内逐渐被水解和微生物吸收利用，从而使系统的纳污能力得以恢复，保证系统的正常运行；由于污水不断供给，通过微生物的代谢活动，有机物经历由大分子到小分子，由不易生物降解到易于生物降解，转化成为微生物生长、代谢所必需的营养物质，最终形成H₂O、CO₂和N₂等排出；生物降解包括好氧降解和厌氧降解，渗滤介质处于好氧—厌氧交替环境，尤其是上部落干时有充足的溶解氧和丰富的有机质，具有好氧微生物繁殖活动的良好条件，生物膜的组成比较复杂，生物量也相对较大，主要包括专性好氧菌、专性厌氧菌和兼性菌等，发生在好氧—厌氧交替带的好氧生物降解是系统去除有机污染物的主要机制。

(4)待微生物大量繁殖，系统水力负荷减小至出现堵塞现象时，借助外力拉伸和水力冲刷弹性纤维，使多余的微生物脱落，同时渗滤介质孔隙度增大，水流畅通，脱落的多余微生物随污水流出到沉淀池经厌氧消解去除，克服了一般渗滤工艺易堵塞、难恢复的难题，有效提高了系统的水力负荷和处理效率，不需要额外曝气，节省能量，降低管理和维护成本。

3、具体示范工程：

某新建小区居民约2000人，每天排出的生活污水为300吨，小区内地下管网采取分流制，因此污水总量不受雨水影响，生活污水COD浓度介于100-300mg/L之间变化，要求处理后的出水作为绿化用水和便池用水，多余的出水则排入城市管网，下面详述采用弹性纤维生物滤池污水处理工艺所需满足的一些要点：

(1)水力负荷为300t/d，则每个水力周期所承受的负荷为50t，考虑到水量波动的影响，每个周期设计处理量为60t；

(2)设计两个生物滤池并行运行，总面积为5×5×2＝50(m²)，渗滤介质压缩后孔隙度按80％计算，则压缩后渗滤介质高度为60÷50÷80％＝1.5(m)，因此弹性纤维自然长度为2.25m左右，生物滤池高度为2.5m比较合适；

(3)每天0:00开始以35L/s的速度进水，进水过程中会挤出上次落干期剩余的空气，产生的大量气泡使污水中的溶解氧达到饱和，有利于加快微生物降解速度，大约半小时左右完成布水，2:00打开出水口阀门，处理后的污水自然下落排出至沉淀池，落干期持续至4:00，此时一个水力周期完成。

实施例2：

弹性纤维生物滤池污水处理工艺，它包括如下步骤：

1)装填弹性纤维：将弹性纤维分束(成束状，每一束的大小无要求，尽量均匀即可)，弹性纤维的下端与底板(底板上布满有透水孔)固定连接，弹性纤维的上端与布满有进水孔的顶板固定连接，然后将底板、弹性纤维、顶板装填于敞口的生物滤池中，底板与生物滤池固定连接，顶板与提升装置相连；弹性纤维的自然伸展长度为生物滤池高的50％；生物滤池的上端部设有进水口，进水口位于顶板的上方，生物滤池的下端部设有出水口(出水口位于底板的下方)；

所述的弹性纤维为东莞市新纶纤维材料科技有限公司生产的复合弹性纤维。

2)淹水期：将弹性纤维压缩至弹性纤维的自然伸展长度的50％；关闭生物滤池的出水口，污水从进水口进入生物滤池，经过布满有进水孔的顶板均匀布水后自然下落进入弹性纤维进行渗滤处理，进污水时间为15分钟，关闭进水口；污水在生物滤池内停留1.5小时；

3)落干期：打开生物滤池的出水口，经弹性纤维渗滤处理后的水在重力作用下自然流出，生物滤池内无水停留1.5小时；

4)重复步骤2)-3)；

5)生物滤池出现堵塞时，通过提升装置将弹性纤维提升至自然伸展长度，继续重复步骤2)-3)，经过1个周期的自然冲刷后，将弹性纤维压缩至弹性纤维的自然伸展长度的50％，继续重复步骤2)-3)。

实施例3：弹性纤维生物滤池污水处理工艺，它包括如下步骤：

1)装填弹性纤维：将弹性纤维分束(成束状，每一束的大小无要求，尽量均匀即可)，弹性纤维的下端与底板(底板上布满有透水孔)固定连接，弹性纤维的上端与布满有进水孔的顶板固定连接，然后将底板、弹性纤维、顶板装填于敞口的生物滤池中，底板与生物滤池固定连接，顶板与提升装置相连；弹性纤维的自然伸展长度为生物滤池高的90％；生物滤池的上端部设有进水口，进水口位于顶板的上方，生物滤池的下端部设有出水口(出水口位于底板的下方)；

所述的弹性纤维为东莞市新纶纤维材料科技有限公司生产的复合弹性纤维。

2)淹水期：将弹性纤维压缩至弹性纤维的自然伸展长度的60％；关闭生物滤池的出水口，污水从进水口进入生物滤池，经过布满有进水孔的顶板均匀布水后自然下落进入弹性纤维进行渗滤处理，进污水时间为30分钟，关闭进水口；污水在生物滤池内停留2.5小时；

3)落干期：打开生物滤池的出水口，经弹性纤维渗滤处理后的水在重力作用下自然流出，生物滤池内无水停留2.5小时；

4)重复步骤2)-3)；

5)生物滤池出现堵塞时，通过提升装置将弹性纤维提升至自然伸展长度，继续重复步骤2)-3)，经过2个周期的自然冲刷后，将弹性纤维压缩至弹性纤维的自然伸展长度的60％，继续重复步骤2)-3)(继续进行污水处理)。

Claims (5)

1.弹性纤维生物滤池污水处理工艺，其特征在于它包括如下步骤：

1)装填弹性纤维：将弹性纤维装填于敞口的生物滤池中，装填时弹性纤维的自然伸展长度为生物滤池高的50％-90％；

2)淹水期：将弹性纤维压缩至弹性纤维的自然伸展长度的50％-60％；关闭生物滤池的出水口，污水从进水口进入生物滤池，经过布满有进水孔的顶板均匀布水后自然下落进入弹性纤维进行渗滤处理，关闭进水口；污水在生物滤池内停留1.5-2.5小时；

3)落干期：打开生物滤池的出水口，经弹性纤维渗滤处理后的水在重力作用下自然流出，生物滤池内无水停留1.5-2.5小时；

4)重复步骤2)-3)；

5)生物滤池出现堵塞时，通过提升装置将弹性纤维提升至自然伸展长度，继续重复步骤2)-3)，经过1-2个周期的自然冲刷后，将弹性纤维压缩至弹性纤维的自然伸展长度的50％-60％，继续重复步骤2)-3)。

2.根据权利要求1所述的弹性纤维生物滤池污水处理工艺，其特征在于：步骤1)的具体方法为：将弹性纤维分束，弹性纤维的下端与底板固定连接，弹性纤维的上端与布满有进水孔的顶板固定连接，然后将底板、弹性纤维、顶板装填于敞口的生物滤池中，底板与生物滤池固定连接，顶板与提升装置相连；生物滤池的上端部设有进水口，进水口位于顶板的上方，生物滤池的下端部设有出水口。

3.根据权利要求1所述的弹性纤维生物滤池污水处理工艺，其特征在于：所述的弹性纤维在淹水期压缩至弹性纤维的自然伸展长度的50％-60％时，弹性纤维的孔隙度为80％以上，弹性纤维的比表面积为400m²/g-600m²/g。

4.根据权利要求1所述的弹性纤维生物滤池污水处理工艺，其特征在于：所述的弹性纤维为东莞市新纶纤维材料科技有限公司生产的复合弹性纤维。

5.根据权利要求1所述的弹性纤维生物滤池污水处理工艺，其特征在于：所述的底板上布满有透水孔。

Images