CN101318735B - 一种人工快速渗滤系统污水脱氮处理方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工快速渗滤系统污水脱氮处理方法及应用。针对现有技术中人工快速渗滤系统处理的生活污水总氮指标达不到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标等缺陷，本发明提供一种人工快速渗滤系统污水脱氮处理方法。该方法将预沉处理后的污水经由2个布水管引入填装由河砂、大理石砂和碎石的人工快速渗滤池内，布水管口分别位于渗滤层上表面顶部和渗滤介质内，污水净化处理通过溢流出水流出。与现有技术相比，本发明处理污水总氮去处效率高，处理后满足GB18918-2002中一级A标，且方法工艺灵活、投资省、能耗小、运行费用低、维护管理方便，特别适于农村生活污水的处理。

Description

一种人工快速渗滤系统污水脱氮处理方法及应用

技术领域

本发明涉及一种利用渗透法进行污水处理方法，特别是涉及一种利用人工快速渗滤池进行污水脱氮处理的方法及其应用。

背景技术

随着工业的飞速发展和农村城市化水平的不断提高，水资源紧张和水污染现象严重成为全国各地面临的主要难题之一。据国家环保总局2006年的统计，2006年废水排放总量仍呈“十五”期间的上升趋势。工业废水排放量自“十五”以来首次呈现下降趋势，生活污水排放量继续保持了增长趋势。生活污水包括城市生活污水和农村生活污水两部分，而从全国情况看，生活污水产生的水污染正从城市向农村蔓延。

在实际生产生活中，农村生活污水处理工作难度特别大。目前工作尚属起步阶段，存在许多困难和问题，主要体现在缺乏建设资金和缺乏适合我国农村地区实际的处理技术两方面。归根到底是没有适合农村实情的低成本效果好的处理技术。

目前，我国城市生活污水常用处理工艺，如SBR法、UNITANK法、氧化沟法、AB法、A/O法、A/A/O法、生物滤池法、生物转盘法、生物接触氧化法、生物流化床法等，都各自存在一些难以克服的缺点。主要体现在以下几方面：①基建投资和运行费用高；②操作复杂，难以管理；③产生大量的污泥，给环境重新造成潜在的危害；④传统的污水二级生物处理方法可以有效的去除SS和COD等，但是对氮、磷等营养物质的去除率较低(30％-50％)；⑤废水生物处理方法一般动力消耗较大，单位污水处理成本高。因此要将城市生活污水常用的处理工艺直接嫁接到农村地区是行不通的。

人工快速渗滤系统(Constructed Rapid Infiltration System，简称CRI系统)是针对传统污水土地处理系统普遍存在的水力负荷低、单位面积处理能力小等问题提出的，它在很大程度上借鉴了污水快速渗滤土地处理系统和人工构造湿地系统的优点，并取长补短，逐步发展成为具有自身特色的新型污水处理技术。由于其兼具了污水快速渗滤土地处理系统和人工构造湿地系统的优点，而越来越受到人们的青睐。CRI系统是我国科研人员借鉴污水快速渗滤和人工构造湿地等土地处理工艺的优点，自主研发的一种新型的土地处理技术，因此国外专门针对CRI系统的研究尚未见到报导。

专利号为ZL200410073951.8，名为“人工快速渗滤污水处理系统装置”的发明专利，公开了一种人工快速渗滤污水处理系统，它由隔栅池、预沉池和快滤池组成。其中快渗池分两层，底部为垫层，填粒径为30-40mm的砾卵或碎石，垫层上部100mm为反滤层，填料为鹅卵石，垫层底部设集水管。但经该人工快速渗滤系统占地面积大，且处理的生活污水总氮指标达不到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标。这是将人工快速渗滤系统在广大农村推广应用必须解决的一个技术难题。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足提供一种适合农村实际需要的生活污水处理方法。该方法处理原水适合农村生活污水水质水量特征，处理效果好，总氮去处效率高，处理后满足GB18918-2002中一级A标。并且该方法建设成本低、运行无费用或低费用、适合分散型处置。

在CRI中氨化作用和硝化作用只是改变氮的形态，只是将进水中的有机氮和氨氮通过硝化作用转化成了硝态氮，而反硝化反应进行很不充分，因此无法有效将硝酸盐氮和亚硝酸盐氮转化成气态氮，永久性的从系统中去除，这就是CRI中总氮去除率仅有28.35-29.78％的原因。本发明设计通过改变人工快速渗滤池内部好氧、兼氧、厌氧段的比例，优化反应条件提高CRI的脱氮效率。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

生活污水先经预沉池预沉后经由两个布水管进入人工快速渗滤池。该人工快速渗滤池内部渗滤层填装总高度约为1800mm的渗滤介质，渗滤介质从上向下分为三层：第一层填装细砂与5％大理石砂，细砂粒径范围0.1～0.5mm，深度600mm；第二层填装粗砂与5％大理石砂，粗砂粒径范围0.2～25mm，深度1000mm；第三层填装碎石，粒径范围4～40mm，深度200mm；渗滤介质中大理石砂起骨架作用，粒径约50mm。在渗滤层上表面和人工快速渗滤池上部内壁间留有300mm以上的空间作为保护层，防止进水时，污水不能及时下渗，而溢流出来。两个布水管口分别是：第一布水管口位于渗滤层上表面顶部，第二布水管口位于渗滤池渗滤介质内，距离渗滤层上表面900mm处。布水时选用生活污水处理时典型水力负荷和周期条件，并且将第一布水管与第二布水管布水量比控制为2∶1。进入工人快速渗滤池的污水由上向下流经渗滤层后得到净化处理，再通过溢流出水流出。溢流出水口高度为自渗滤层底向上约1100mm处。

处理污水时，首先根据实际情况设计每日污水处理量以及水力负荷条件，再根据公式1计算应用该方法所需的人工快速渗滤池的有效横截面积。

CRI的脱氮效率，尤其是对总氮的去除效率主要由反硝化反应进行的程度决定。而决定反硝化反应程度是溶解氧浓度、C/N比、厌氧段的停留时间这三个主要因素共同作用的结果。本发明的技术方案正是通过分段布水和溢流出水两项技术手段提高了CRI的脱氮效率。

通过分段进水提高了渗滤层中溶解氧氧浓度。在人工快速渗滤系统填料层中好氧段(0-900mm)，由于溶解氧充分，硝化反应进行较为彻底，氨氮的去除率很高，约占总去除率85％，氨氮经硝化反应转化为硝态氮，因此相应硝态氮浓度持续增加，在人工快速渗滤系统填料层中900mm处，硝态氮达到最大值。渗滤层900-1400mm段是进行反硝化反应的进行的主要区域，分段进水选在900mm处，并按2∶1投配污水时，可以保证投配的污水中的碳直接为反硝化反应提供碳源，使900-1400mm段的C/N比维持在2-4之间，与反硝化反应要求的C/N比大于4的要求最为接近。因此优化协调了溶解氧浓度和C/N对反硝化反应的影响。

CRI氨氮的真正去除主要依靠亚硝化菌和硝化菌的硝化作用，主要发生在落干期。CRI中氨氮的来源主要包括进水中的氨氮、进水中的有机氮氨化产生的氨氮、生物细胞有机氮氨化产生的氨氮和渗滤介质上解析出的氨氮；CRI中氨氮的转化或迁移途径包括：渗滤介质的吸附、生物细胞合成变成有机氮、硝化作用和被出水带走。其中占主导作用的硝化作用，主要发生在0-900mm好氧段和900-1200mm兼氧段。

好氧段是氨化和硝化反应的主要发生段，污水进入兼氧段，随着溶解氧的逐渐降低，硝化反应逐渐削弱，反硝化反应逐渐增强，兼氧段末端出水氨氮的去除率为91.43-95.42％，约占总去除率的90％，总氮的去除率48.71-52.62％，约占总去除率的90％，污水进入厌氧段，硝化反应基本停止，反硝化反应继续进行，快速渗滤层1800mm处出水氨氮的去除率为97.97-98.77％，约占总去除率的100％，总氮的去除率58.55-61.92％，约占总去除率的100％。

CIR采用溢流出水方式，出水高度为自人工土柱底部往上1100mm。这样可以确保人工试验土柱内层1100mm长完全饱水区区域。抑制兼氧段和厌氧段的自然复氧过程，有利于进一步降低厌氧段溶解氧的浓度，为反硝化反应创造有利条件。

本发明通过分段进水的方式，增加了兼氧、厌氧段初始有机质的浓度强化了兼氧和厌氧分解的效果；同时加长了兼氧、厌氧段的长度，延长了厌氧分解的时间。通过溢流出水的方式，创造出完全饱水带，为兼氧、厌氧菌的生长提供了良好的环境，增加了兼氧、厌氧段中兼氧菌和专性厌氧菌的生物量。

本发明所述人工快速渗滤系统污水脱氮处理方法，小城镇及农村生活污水的分散处理。特别适用于水质特征满足如下指标的农村生活污水：COD≤400mg/l；BOD≤200mg/l；氨氮(以N计)≤30mg/l；TP≤5mg/l；SS≤300mg/l。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：所述方法处理生活污水总氮去处效率约60％，氨氮的去除率约98％。，出水水质含氮率达到GB18918-2002中一级A标。该方法工艺灵活、投资省、能耗小、运行费用低、维护管理方便。本发明所使用设备高度基本一定，修建时选址不需考虑用地形状，只需考虑有效横截面积条件，因此使用灵活，宜于布置，且相比普通传统土地污水处理系统而言占地面积小。本发明特别适于农村生活污水的处理。

附图说明

图1是人工快速渗滤系统脱氮处理工艺流程图。

图2是人工快速渗滤池剖视图。

图中标号如下：

1预沉池        2人工快速渗滤池

3第一布水管    4第一布水管口

5第二布水管    6第二布水管口

7溢流出水管    8溢流出水口

9转子流量计

具体实施方式

下面结合附图，对本发明优选实施例作进一步的描述。

实施例一

如图1、图2所示。成都市郫县犀浦镇西南交通大学新校区附近一普通三口农户家处理生活污水，经测定，人均排放量为24.68×10^-3m/人·日，污水含氮指标为：总氮(以N计)＝28.99mg/l，氨氮(以N计)＝25.73mg/l。

采用上述方法为其处理生活污水，设计水力负荷为1.0m/d，每日污水处理量为38×10^-3m。

污水处理流程为：预沉池→循环泵→流量计→人工快速渗滤池→出水。

根据实际，在农户家宅附近修建人工快速渗滤系统，包括预沉池1和人工快速渗滤池2。根据公式1计算得出人工快速渗滤池有效截面积为0.038m²。渗滤池2由砖石修筑，结构如图2所示。人工快速渗滤池内部空间高2100mm，内部渗滤层填装总高度为1800mm的渗滤介质，渗滤介质从上向下分为三层：第一层填装细砂与5％大理石砂，细砂粒径范围0.1～0.5mm，深度600mm；第二层填装粗砂与5％大理石砂，粗砂粒径范围0.2～25mm，深度1000mm；第三层填装碎石，粒径范围4～40mm，深度200mm；渗滤介质中大理石砂起骨架作用，粒径约50mm。渗滤层上表面与渗滤顶部内壁间有300mm高的空间为保护层。人工快速渗滤池设置有第一布水管3和第二布水管5，第一布水管口4距离人工快速渗滤池内层顶端300mm处，第二布水管口6位于渗滤介质内，距离渗滤层上表面900mm处。两布水管前各安装一个转子流量计9。人工快速渗滤池底部设置溢流出水管7，溢流出水口8高度为自渗滤层底向上1100mm处。

操作时，以原水启动人工快速渗滤系统，水力负荷逐级递增：第1～7天为0.25m/d，第8～10天为0.5m/d，第10天起为1.0m/d；每天布水4次，每隔6h投配一次；一个水力负荷周期6h，投水1.5h、落干4.5h，每次布水水量9.5×10^-3m，每天布水量38×10^-3m。采用时间继电器控制水泵的起停，实现定时和定量布水。人工快速渗滤系统动力选用最大流量为9×10^-3m/h的磁力驱动循环泵MP-6R，和流量范围为1～10×10^-3m/h的流量计。

布水时，两个布水口同时布水，第一布水管3与第二布水管5布水量比控制为2∶1。

系统运行2周后测定出水水质：总氮(以N计)＝11.78mg/l，氨氮(以N计)＝0.32mg/l，总氮的去除率59.37％，氨氮的去除率为98.77％，总氮、氨氮都优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标。

该污水处理系统运行时，生物驯化过程不需要接种污泥，只需要采用原水。调试周期短，约2周时间即挂膜成功，几乎不需要调试成本。运行稳定性能好。

为该农户修建的人工快速渗滤系统初期投资成本约为200元，后期运行费用仅为少量电费。

Claims (9)

1.一种人工快速渗滤系统污水脱氮处理方法，包括预沉处理和渗滤处理两个步骤，在渗滤处理步骤中，首先根据实际情况设计每日污水处理量以及水力负荷条件，再进行渗滤处理，其特征在于：

渗滤处理是将预沉处理后的污水经由两个布水管引入人工快速渗滤池(2)进行渗滤后再通过溢流出水；

所述人工快速渗滤池(2)内部渗滤层填装渗滤介质，渗滤介质从上向下分为三层：第一层填装细砂与5％(体积)大理石砂，深度600mm，第二层填装粗砂与5％(体积)大理石砂，深度1000mm，第三层填装碎石，深度200mm；

所述两个布水管位置是：第一布水管口(4)位于渗滤层上表面，第二布水管口(6)位于渗滤池渗滤介质内，距离渗滤层上表面900mm处，布水时第一布水管(3)与第二布水管(5)布水量比为2∶1；

所述溢流出水出水口(8)高度为自渗滤层底向上1100mm处。

2.根据权利要求1所述的人工快速渗滤系统污水脱氮处理方法，其特征在于：所述渗滤介质第一层细砂粒径范围0.1～0.5mm，第二层粗砂粒径范围0.2～25mm，第三层碎石粒径范围4～40mm。

3.根据权利要求1或2所述的人工快速渗滤系统污水脱氮处理方法，其特征在于：采用干湿交替运转方式进行污水处理。

4.根据权利要求3所述的人工快速渗滤系统污水脱氮处理方法，其特征在于：每天布水4次，每隔6h投配一次；一个水力负荷周期6h，投水1.5h、落干4.5h。

5.根据权利要求1或2所述的人工快速渗滤系统污水脱氮处理方法，其特征在于：启动时水力负荷逐级递增。

6.根据权利要求5所述的人工快速渗滤系统污水脱氮处理方法，其特征在于：启动时水力负荷按照设计水力负荷的1/4到1/2到1的变化梯度递增。

7.根据权利要求1或2所述的人工快速渗滤系统污水脱氮处理方法，其特征在于：水力负荷为1.0m/d。

8.根据权利要求1所述的人工快速渗滤系统污水脱氮处理方法，应用于满足如下指标的污水处理：COD≤400mg/L、BOD≤200mg/L、以N计的氨氮≤30mg/L、SS≤300mg/L。

9.根据权利要求8所述的人工快速渗滤系统污水脱氮处理方法的应用，其特征在于：适用于农村生活污水处理。

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