CN101830594B - 一种城镇污水处理技术及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种将高负荷污水预处理技术和新型人工湿地技术有机结合的城镇污水处理技术及其装置。它是由喷射环流前处理系统和湿地后处理系统组成的，喷射环流前处理系统连接湿地后处理系统。工作流程包括：进水管污水、污泥回流管污泥及循环进水管的混合污泥经循环水泵抽吸；污泥进行生化反应；喷射环流反应器出水流入湿地后处理系统预充氧；污水经预充氧后流入湿地系统。本发明一种城镇污水处理技术及其装置，可用于城镇生活污水的生物处理，处理出水可达到城镇污水处理厂污染物排放标准中一级B标准。

Description

一种城镇污水处理技术及其装置
(一)技术领域
本发明涉及水处理技术，具体说就是一种城镇污水处理技术及其装置。
(二)背景技术
近年来，随着我国城市化发展战略的实施，中小城镇建设的步伐明显加快。伴随着中小城镇规模和数量的扩大，城镇污水排放量也不断增加。但是受限于国家财力的制约，用于基础设施上的资金在大城市和中小城镇之间的分配严重不平衡，如前期国家、省、市把投资的重点放在支持城市污水处理厂的建设上，对县及以下建制镇污水处理设施建设的扶持较少，再加上中小城镇的经济水平相对较低、环保意识薄弱，污水处理设施的建造与运行远远滞后于形势发展的要求。大量的居民生活污水和粪便污水基本未进行有效处理，就直接排入地下和江河湖泊，对当地水源和周围环境造成严重污染。因此，未来一段时间内我国中小城镇污水处理设施建设将呈现高速增长的态势，经济高效型中小城镇的污水处理技术将具有巨大的市场前景。
调查国内外城镇污水处理工程资料显示，人工湿地处理技术、稳定塘处理技术及一体化成套设备处理技术广泛应用于城镇污水处理厂。其中人工湿地为主的经济型污水处理技术在拥有闲置用地较多的城镇得到广泛的应用。人工湿地方法具有氮磷去除效率高及投资运行成本低的优点，但具有有机污染物承受能力弱的缺点。
(三)发明内容
本发明的目的在于提供一种将高负荷污水预处理技术和新型人工湿地技术有机结合的城镇污水处理技术及其装置。
本发明的目的是这样实现的：所述的城镇污水处理装置，它是由喷射环流前处理系统22和湿地后处理系统24组成的，喷射环流前处理系统22连接湿地后处理系统24。
本发明还有以下技术特征：
(1)所述的喷射环流前处理系统22包括进水管1、污泥回流管2、循环进水管3、循环泵4、污泥回流泵12、回流出水管21及喷射环流反应器23、沉淀池11。进水管1连接污泥回流管2和循环进水管3，污泥回流管2连接污泥回流泵12，循环进水管3连接喷射环流反应器23，循环出水管21一端连接循环水泵4，另一端连接喷射环流反应器23，循环水泵4入口连接进水管1、污泥回流管2及循环进水管3。污泥回流泵12连接沉淀池11。
(2)所述的喷射环流反应器23包括两相喷头5、吸气管6、喷射环流反应器外筒7、喷射环流反应器内筒8、喷射反应器出水管9和脱气池10，吸气管6位于两相喷头5中间，两相喷头5位于喷射环流反应器内筒8中间上部，喷射环流反应器内筒8设置在喷射环流反应器外筒7中间，喷射环流反应器外筒7连接喷射反应器出水管9，喷射反应器出水管9连接脱气池10。
(3)所述的湿地后处理系统24包括预充氧池13和人工湿地25，预充氧池13连接人工湿地25。
(4)所述的人工湿地25包括湿地植物14、上层土壤15、湿地大孔隙石块16、污泥收集槽17、出水碎石槽18、夏季上出水管19和冬季下出水管20，湿地植物14植于上层土壤15中，上层土壤15的下边是湿地大孔隙石块16，湿地大孔隙石块16的下边是污泥收集槽17，出水碎石槽18位于湿地大孔隙石块16右侧，夏季上出水管19设置在出水碎石槽18上部，冬季下出水管20位于出水碎石槽18下部。
本发明一种城镇污水处理技术及其装置，所述的城镇污水处理技术，工作流程如下：
一：进水管1的污水、污泥回流管2的污泥及循环进水管3的混合污泥经循环水泵4抽吸，经两相喷头5高速向下喷射；混合液喷射点形成负压区，从吸气管6吸入空气；
二：污水混合喷射环流反应器外筒7中的污泥进行生化反应，混合液从两相喷头5处沿着喷射环流反应器内筒8继续下行，到达喷射环流反应器外筒7底部后沿着喷射环流反应器外筒7和喷射环流反应器内筒8之间环隙上行；污水和喷射环流反应器外筒7内污泥充分混合，形成多次循环；
三：污染物得到去除后，泥水混合液从喷射反应器出水管9处进入脱气池10，脱出污泥附带的一些微小气泡，脱气后的泥水混合液进入沉淀池11，沉淀后的出水流入湿地后处理系统24；沉淀后的污泥一部分经过污泥回流泵12混合进水被循环水泵4吸入两相喷头5剪切，沉淀后的其余污泥作为剩余污泥排放至污泥处理间；
四：喷射环流反应器出水流入湿地后处理系统24的预充氧池13)，预充氧池13内设置预充氧系统，完成预充氧；污水经预充氧后流入湿地系统，夏天关闭冬季下出水管20，污水预充氧后经上层土壤15及污泥收集槽17进入碎石出水槽18，经夏季上出水管19流出系统；在湿地系统中，湿地植物14根系、上层土壤15中微生物及湿地大孔隙石块16表面微生物对污水中污染物尤其氮磷污染物有较好的去除能力；
五：污水经预充氧后流入湿地系统，冬天关闭夏季上出水管19，土壤层及部分填料层结冰，在预充氧池13中投加高效低温菌并预充氧，污水经湿地大孔隙石块16进入出水碎石槽18，经冬季下出水管20流出系统。
本发明城镇污水处理技术及其装置，提供的是一种经济高效的城镇污水处理方法，将高负荷污水预处理技术和新型人工湿地技术有机结合，利用喷射环流生物反应器高传质、高负荷的特点，降低了总投资；利用人工湿地氮磷去除效率高和出水水质好的优点，克服了喷射环流生物反应器能耗高、氮磷去除差的缺点，也克服了人工湿地有机负荷低的缺点。在处理城镇污水时，可节省40％左右的建设费用，节省50％左右的运行费用。新型人工湿地设置预充氧区和污泥收集槽，预充氧可以保证湿地高效的除污染效果。填料层下部设置大孔隙砾石，填料层下部设置沉积污泥收集管以提高湿地使用寿命。为适应北方寒地特点，可设置深层填料层，冬季运行下部生物滤池层，从下部出水管出水，可以在预充氧区接种低温强化菌，夏季运行上部湿地层，从上部出水。本发明一种城镇污水处理技术及其装置，可用于城镇生活污水的生物处理，处理出水可达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 18918-2002)中一级B标准。
(四)附图说明
图1为本发明的总体结构示意图。
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明作进一步说明。
实施例1：结合图1，本发明一种城镇污水处理装置，它是由喷射环流前处理系统(22)、和湿地后处理系统(24)组成的，喷射环流前处理系统(22)连接湿地后处理系统(24)。
本发明还有以下技术特征：
所述的喷射环流前处理系统(22)包括进水管(1)、污泥回流管(2)、循环进水管(3)、循环泵(4)、污泥回流泵(12)、回流出水管(21)及喷射环流反应器(23)、沉淀池(11)。进水管(1)连接污泥回流管(2)和循环进水管(3)，污泥回流管(2)连接污泥回流泵(12)，循环进水管(3)连接喷射环流反应器(23)，循环出水管(21)一端连接循环水泵(4)，另一端连接喷射环流反应器(23)，循环水泵(4)入口连接进水管(1)、污泥回流管(2)及循环进水管(3)。污泥回流泵(12)连接沉淀池(11)。
所述的喷射环流反应器(23)包括两相喷头(5)、吸气管(6)、喷射环流反应器外筒(7)、喷射环流反应器内筒(8)、喷射反应器出水管(9)和脱气池(10)，吸气管(6)位于两相喷头(5)中间，两相喷头(5)位于喷射环流反应器内筒(8)中间上部，喷射环流反应器内筒(8)设置在喷射环流反应器外筒(7)中间，喷射环流反应器外筒(7)连接喷射反应器出水管(9)，喷射反应器出水管(9)连接脱气池(10)。
所述的湿地后处理系统(24)包括预充氧池(13)和人工湿地(25)，预充氧池(13)连接人工湿地(25)。
所述的人工湿地(25)包括湿地植物(14)、上层土壤(15)、湿地大孔隙石块(16)、污泥收集槽(17)、出水碎石槽(18)、夏季上出水管(19)和冬季下出水管(20)，湿地植物(14)植于上层土壤(15)中，上层土壤(15)的下边是湿地大孔隙石块(16)，湿地大孔隙石块(16)的下边是污泥收集槽(17)，出水碎石槽(18)位于湿地大孔隙石块(16)右侧，夏季上出水管(19)设置在出水碎石槽(18)上部，冬季下出水管(20)位于出水碎石槽(18)下部。
本发明一种城镇污水处理技术，工作流程如下：
一：进水管(1)的污水、污泥回流管(2)的污泥及循环进水管(3)的混合污泥经循环水泵(4)抽吸，经两相喷头(5)高速向下喷射；混合液喷射点形成负压区，从吸气管(6)吸入空气；
二：污水混合喷射环流反应器外筒(7)中的污泥进行生化反应，混合液从两相喷头(5)处沿着喷射环流反应器内筒(8)继续下行，到达喷射环流反应器外筒(7)底部后沿着喷射环流反应器外筒(7)和喷射环流反应器内筒(8)之间环隙上行；污水和喷射环流反应器外筒(7)内污泥充分混合，形成多次循环；
三：污染物得到去除后，泥水混合液从喷射反应器出水管(9)处进入脱气池(10)，脱出污泥附带的一些微小气泡，脱气后的泥水混合液进入沉淀池(11)，沉淀后的出水流入湿地后处理系统(24)；沉淀后的污泥一部分经过污泥回流泵(12)混合进水被循环水泵(4)吸入两相喷头(5)剪切，沉淀后的其余污泥作为剩余污泥排放至污泥处理间；
四：喷射环流反应器出水流入湿地后处理系统(24)的预充氧池(13)，预充氧池(13)内设置预充氧系统，完成预充氧；污水经预充氧后流入湿地系统，夏天关闭冬季下出水管(20)，污水预充氧后经上层土壤(15)及污泥收集槽(17)进入碎石出水槽(18)，经夏季上出水管(19)流出系统；在湿地系统中，湿地植物(14)根系、上层土壤(15)中微生物及湿地大孔隙石块(16)表面微生物对污水中污染物尤其氮磷污染物有较好的去除能力；
五：污水经预充氧后流入湿地系统，冬天关闭夏季上出水管(19)，土壤层及部分填料层结冰，在预充氧池(13)中投加高效低温菌并预充氧，污水经湿地大孔隙石块(16)进入出水碎石槽(18)，经冬季下出水管(20)流出系统。
实施例2：人工湿地处理技术、稳定塘处理技术及一体化成套设备处理技术广泛应用于城镇污水处理厂。其中人工湿地为主的经济型污水处理技术在拥有闲置用地较多的城镇得到广泛的应用。对应以人工湿地这种生态处理为主的小城镇污水处理来说，需要选择合适的强化预处理技术，喷射环流反应技术利用高速喷射的动力和独特的设计方式，可以降输入的空气高效利用，高速喷射的泥水混合液混合高速剪切的微小气泡，能够加快生化处理单元的传质。同时还可利用能量转化的作用机制，众多热能转移到水中，强化低温期污水的生物处理。因此，喷射环流反应技术是理想的城镇污水生态处理的前处理单元。
喷射环流耦合人工湿地技术是一种新型污水处理技术，该技术的组合时仅仅需要喷射环流反应器去除70％的COD负荷和部分氮磷污染，其余污染物靠后期人工湿地进行保障处理。新型人工湿地采用深床填料的设计方式，填料厚度设计2m，使其能适应高寒地域的特点，在应用南方地区时，不需要设置下出水管，填料厚度设计0.5m左右。新型人工湿地在设计时考虑了沉积污泥收集槽，收集载体表面脱落的微生物膜，以延长人工湿地的使用寿命。新型人工湿地在施工时需要设置防渗层。
本发明城镇污水处理技术及其装置，关键技术参数如下：
(1)喷射环流反应器外筒的高度与直径比设计为5∶1-7∶1。喷射环流反应器内筒与喷射环流反应器外筒的直径比设计为0.3-0.45。两相喷头的收缩角为15°-18°。
(2)喷射环流反应器具有高效的有机污染物去除效果，在处理生活污水时能够有较高的传质速率。喷射环流反应器与人工湿地技术耦合处理城镇生活污水，为节省运行成本，循环水量为总进水量的3-4倍，使对应COD去除率60-70％，总氮去除15-20％，总磷去除10-20％，残余有机污染物及氮磷污染物通过后续深床人工湿地去除，设计负荷小于3m3/m2.d。

Claims (4)

1.一种城镇污水处理装置，它是由喷射环流前处理系统(22)、和湿地后处理系统(24)组成的，其特征在于：喷射环流前处理系统(22)连接湿地后处理系统(24)，
其中，所述的喷射环流前处理系统(22)包括进水管(1)、污泥回流管(2)、循环进水管(3)、循环水泵(4)、污泥回流泵(12)、循环出水管(21)及喷射环流反应器(23)、沉淀池(11)进水管(1)连接污泥回流管(2)和循环进水管(3)，污泥回流管(2)连接污泥回流泵(12)，循环进水管(3)连接喷射环流反应器(23)，循环出水管(21)一端连接循环水泵(4)，另一端连接喷射环流反应器(23)，循环水泵(4)入口连接进水管(1)、污泥回流管(2)及循环进水管(3)污泥回流泵(12)连接沉淀池(11)；
所述的喷射环流反应器(23)包括两相喷头(5)、吸气管(6)、喷射环流反应器外筒(7)、喷射环流反应器内筒(8)、喷射反应器出水管(9)和脱气池(10)，吸气管(6)位于两相喷头(5)中间，两相喷头(5)位于喷射环流反应器内筒(8)中间上部，喷射环流反应器内筒(8)设置在喷射环流反应器外筒(7)中间，喷射环流反应器外筒(7)连接喷射反应器出水管(9)，喷射反应器出水管(9)连接脱气池(10)。
2.根据权利要求1所述的一种城镇污水处理装置，其特征在于：所述的湿地后处理系统(24)包括预充氧池(13)和人工湿地(25)，预充氧池(13)连接人工湿地(25)。
3.根据权利要求2所述的一种城镇污水处理装置，其特征在于：所述的人工湿地(25)包括湿地植物(14)、上层土壤(15)、湿地大孔隙石块(16)、污泥收集槽(17)、出水碎石槽(18)、夏季上出水管(19)和冬季下出水管(20)，湿地植物(14)植于上层土壤(15)中，上层土壤(15)的下面是湿地大孔隙石块(16)，湿地大孔隙石块(16)的下面是污泥收集槽(17)，出水碎石槽(18)位于湿地大孔隙石块(16)右侧，夏季上出水管(19)设置在出水碎石槽(18)上部，冬季下出水管(20)位于出水碎石槽(18)下部。
4.一种城镇污水处理工艺，其特征在于：工作过程如下： 
进程一：进水管(1)的污水、污泥回流管(2)的污泥及循环进水管(3)的混合污泥经循环水泵(4)抽吸，经两相喷头(5)高速向下喷射；混合液喷射点形成负压区，从吸气管(6)吸入空气；
进程二：污水混合喷射环流反应器外筒(7)中的污泥进行生化反应，混合液从两相喷头(5)处沿着喷射环流反应器内筒(8)继续下行，到达喷射环流反应器外筒(7)底部后沿着喷射环流反应器外筒(7)和喷射环流反应器内筒(8)之间环隙上行；污水和喷射环流反应器外筒(7)内污泥充分混合，形成多次循环；
进程三：污染物得到去除后，泥水混合液从喷射反应器出水管(9)处进入脱气池(10)，脱出污泥附带的一些微小气泡，脱气后的泥水混合液进入沉淀池(11)，沉淀后的出水流入湿地后处理系统(24)；沉淀后的污泥一部分经过污泥回流泵(12)混合进水被循环水泵(4)吸入两相喷头(5)剪切，沉淀后的其余污泥作为剩余污泥排放至污泥处理间；
进程四：喷射环流反应器出水流入湿地后处理系统(24)的预充氧池(13)，预充氧池(13)内设置预充氧系统，完成预充氧；污水经预充氧后流入湿地系统，夏天关闭冬季下出水管(20)，污水预充氧后经上层土壤(15)及湿地大孔隙石块(16)进入碎石出水槽(18)，经夏季上出水管(19)流出系统；在湿地系统中，湿地植物(14)根系、上层土壤(15)中微生物及湿地大孔隙石块(16)表面微生物对污水中污染物有较好的去除能力；
进程五：污水经预充氧后流入湿地系统，冬天关闭夏季上出水管(19)，土壤层及部分填料层结冰，在预充氧池(13)中投加高效低温菌并预充氧，污水经湿地大孔隙石块(16)进入出水碎石槽(18)，经冬季下出水管(20)流出系统。 
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