CN102295383A - 城市污水深度处理系统及利用其进行深度处理的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种城市污水深度处理系统及利用其进行深度处理的工艺，能够滤除水中的有害物质，保证出水水质。一种城市污水深度处理系统主要技术方案在于：该系统包括依次连接的：粗格栅池、进水泵房、细格栅池、沉砂池、A2/O反应池、二沉池、提升泵房、混合器、高效纤维滤池和紫外线消毒器，高效纤维滤池的纤维滤料为丙纶纤维。一种利用上述城市污水深度处理系统进行深度处理的工艺：污水进入粗格栅，再经进水泵房后依次进入细格栅、沉砂池、A2/O反应池、二沉池，经过提升泵房提升后依次进入混合器、高效纤维滤池、紫外线消毒器，最后出来达标水。

Description

城市污水深度处理系统及利用其进行深度处理的工艺

技术领域

    本发明涉及一种城市污水深度处理系统及利用其进行深度处理的工艺，属于污水处理技术领域。

背景技术

随着现代工业的发展，水资源被污染破坏程度日趋严重，按照常规的水处理方法，很难使水中的有害物质完全去除，给人们生活和健康带来很大危害。为了满足对高水质水的要求，科技人员进行了大量的研究工作，提出了各种水处理方法及水处理系统。

目前有以下几种污水深度处理形式：1）生化流程，此种流程可以实现达标，但是流程长，投资大，且出水水质不是很稳定。2）膜生物反应器主要用于微量有机污染废水的净化，设备投资大，处理量小。3）臭氧-生物活性炭工艺，投资在250～270元/m3/d,运耗费也在0.2～0.3元/m3，不适合一些小城市应用。

过滤是水处理中常用的工艺，在污水深度处理中过滤技术扮演一个重要角色。过滤不仅能去除悬浮物、浊度，而且随着悬浮物的去除，还能降低化学需氧量、生化需氧量、色度、总氮及总磷等。故滤池是水厂过滤工艺中的重要构筑物，而滤池过滤能力的再生，是滤池稳定高效运行的关键。

发明内容

本发明提供了一种城市污水深度处理系统及利用其进行深度处理的工艺，能够滤除水中的有害物质，保证出水水质。

本发明目的之一是提供一种能降低工程投资、节省占地面积、降低运行成本的城市污水深度处理系统。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种城市污水深度处理系统，其特征在于，该系统包括依次连接的：粗格栅池、进水泵房、细格栅池、沉砂池、A2/O反应池、二沉池、提升泵房、混合器、高效纤维滤池和紫外线消毒器，高效纤维滤池的纤维滤料为丙纶纤维。

上述城市污水深度处理系统中，高效纤维滤池包括进水系统、过滤系统和反冲洗系统，其中：进水系统，包含底部设有多个小孔的配水渠、与配水渠相通且底部设有多个反冲洗口的V型槽；过滤系统，包含设有配水孔的活动孔板、安装有长柄滤头的固定孔板、位于活动孔板与固定孔板之间的纤维滤元、及配水室；反冲洗系统，具有设置在配水室的反洗进水管及进气管、及设置在配水渠一侧的反洗出水管。

上述城市污水深度处理系统中，纤维滤元性能参数为：纤维丝经20 um，滤层高度800 mm，孔隙率97%，比表面积3500m²/m³

上述城市污水深度处理系统中，长柄滤头为QS型，材质为ABS工程塑料

上述城市污水深度处理系统中，沉砂池为针式沉砂池。

上述城市污水深度处理系统中，混合器为管式混合器。

上述城市污水深度处理系统与现有技术相比具有以下优点：

1、城市污水深度处理系统，增加了化学除磷、纤维过滤、紫外线消毒等深度处理设备，不需要增加化学试剂及生物活性炭，能降低工程投资、节省占地面积、降低运行成本。

2、通过试验证明发现高效纤维滤池具有出水水质好、过滤速度大、截污容量大、反洗效果好等特点，适用于污水处理厂的深度处理工艺。

2、通过对高效纤维滤池的运行特性进行分析得知：在初始滤速分别为10m/h、20m/h、30m/h、40m/h的条件下，初滤水浊度均可在4min内降至1NTU以下；有效运行周期长，初始滤速为10m/h、20m/h、30m/h、40m/h的有效过滤周期分别为47h、23h、15h和12h；出水水质好，在试验范围内的各种进水浊度和初始滤速下，高效纤维滤池在有效过滤期内的滤出水浊度均稳定在1NTU以下。

3、初始滤速在20m/h时，通过试验数据并计算得出高效纤维滤池在有效过滤周期内的截污量为12.52 kg/m³·滤料。本发明的高效纤维滤池的纳污能力远高于纤维球、石英砂、胶囊挤压式纤维束等滤料。

4、在试验的各种初始滤速情况下，初滤水浊度均可在4min内降至1NTU以下，具备初滤水排放时间短的优点。

5、高效纤维滤池能提高污水处理厂的出水水质，适应污水处理厂的升级改造，并具有示范意义。

6、本发明考察了高效纤维滤池过滤过程中对有机物和氨氮的去除效果，研究结果表明，纤维滤池对COD_cr和氨氮的去除效率分别在5%~33%和4.5%~14%之间，去除效果较差，另外还考察了滤池对溶解性的COD_cr和悬浮物中所携带的COD_cr去除效果，结果表明，滤池对溶解性的COD_cr基本没有去除，对悬浮物中所携带的COD_cr的去除率在56%以上。

本发明结构简单，可根据本发明工艺进行成套设备开发，利于推广，适用于污水厂污水处理，可大大提高出水水质。

本发明目的之二是提供一种深度处理的工艺，能够明显改善出水水质。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种利用上述城市污水深度处理系统进行深度处理的工艺：污水进入粗格栅，再经进水泵房后依次进入细格栅、沉砂池、A2/O反应池、二沉池，经过提升泵房提升后依次进入混合器、高效纤维滤池、紫外线消毒器，最后出来达标水。

上述深度处理的工艺中，高效纤维滤池的反冲洗系统采用以下方式：从滤池底部往上用水冲洗4min，然后用气体和水同时从滤池底部往上冲洗14min，接着从滤池底部往上用水冲洗水2min，最后经V型槽进行扫洗的；反冲洗水洗强度为10 L/s× m²，反冲气强度为40 L×s^-1× m^-2，表面扫洗水强度为2L×s^-1× m^-2。

本发明深度处理的工艺的有益效果：

1、并增加了化学除磷、纤维过滤、紫外消毒等深度处理过程，使出水水质达到一级A标准。

2、采用水洗－气水联合－水洗外加表面扫洗的反冲洗方式时，通过计算得出，纤维过滤的积泥洗出率在90%以上，反冲洗后滤料上的残留积泥占滤料重量的比率不超过0.6%。

附图说明

图1为本发明的平面示意图。

图2为本发明的平面示意图。

图3为图2中A-A剖视示意图。

图4为图2中B-B剖视示意图。

图5为活动孔板的结构示意图。

图6为09年进出水CODcr的变化情况。

图7为09年进出水BOD₅的变化情况。

图8为09年进出水SS的变化情况。

图9为09年进出水TN的变化情况。

图10为09年进出水TP的变化情况。

图11为09年进出水氨氮的变化情况。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，下述说明仅是示例性的，不限定本发明的保护范围。

参考附图1，一种城市污水深度处理系统，该系统包括依次连接的：粗格栅池、进水泵房、细格栅池、沉砂池、A2/O反应池、二沉池、提升泵房、混合器、高效纤维滤池和紫外线消毒器，高效纤维滤池的纤维滤料为丙纶纤维。

下面主要介绍一下高效纤维滤池：

参考附图2、3、4，一种高效纤维滤池，包括自上而下设置在滤池体内的进水系统、过滤系统和反冲洗系统。

1、进水系统包含底部设有多个小孔的配水渠1、与配水渠1相通的进水管8、与配水渠1相通且底部设有多个反冲洗口的V型槽2，V型槽2材质为有机玻璃。

2、过滤系统包含设有配水孔13的活动孔板3、安装有长柄滤头5的固定孔板6、位于活动孔板3与固定孔板6之间的纤维滤元4、及带有出水管11的配水室7。活动孔板3材质均为有机玻璃。参考附图5，考虑到加工方便和配水均匀，配水孔13为圆形且均布在活动孔板3上，纤维滤元4为丙纶纤维，参考附图4，纤维滤元4通过纵横设置的钢丝14固定在活动孔板3上，配水孔13中心与钢丝14交点重合。活动孔板可以上下移动，进水时通过重力作用使活动孔板向下移动，压实纤维滤料，提高出水水质，反冲洗时通过水流作用向上移动，使纤维滤料变得疏松，提高反洗效果。长柄滤头5为ABS工程塑料QS型长柄滤头。长柄滤头的主要作用：过滤时滤后水通过长柄滤头5进入配水室7；反冲洗时均匀分配反洗水和空气进入滤层。配水室7主要作用：滤后水进入配水室7通过出水管11排出；反洗水和空气进入配水室7然后通过长柄滤头进入滤层进行反洗。

3、反冲洗系统具有设置在配水室7的反洗进水管9及进气管10、及设置在配水渠1一侧的反洗出水管12。反冲洗流程是先水洗再气水联合反冲洗然后再水洗。先水洗是通过滤池内液面缓慢上升将滤层拉伸，使滤层变得疏松，并且洗去部分杂物；气水联合反冲洗是利用空气的流动使滤料剧烈抖动，杂质和污泥脱落随水流流出；然后再进行水洗是将残留在滤层中的空气排出，提高过滤水与滤料的接触面积。长柄滤头通过滤帽的作用使水和空气均匀进入滤层。

4、纤维滤料性能参数为：纤维丝经20 um，滤层高度800 mm，孔隙率97%，比表面积3500m²/m³，该纤维丝滤料性能质地轻、强度高、弹性好、耐磨损、耐腐蚀、不吸水，做为滤水材料，具有足够的化学稳定性，滤水过程中无有害成分溶出；反洗气水高强度的摩擦，碰撞，剪切力不会发生破损和流失跑料；多年浸泡在水中耐久不腐。

高效纤维滤池运行特性分析如下：

1、初滤水排放：高效纤维滤池在反冲洗停止，进行下一周期过滤时，整个滤层的孔隙中充满着反冲洗的残留水。因此在新的过滤周期开始阶段必须先置换滤床内的反冲洗水。过滤后的水称为初滤水。本发明针对不同滤速条件下进行纤维过滤的初滤水排放时间的确定。

试验表明，V型高效纤维过滤器纤维组件的合理构置，充分利用了柔性纤维的优点，提高了纤维滤层的可压缩性，并且，类似于短纤维床层的横向压缩状态大大提高了纤维床层在过滤横断面上孔隙的均匀性，因而加快了纤维滤层的稳定过程，有效缩短了滤床的成熟期；而初滤水浊度基本呈现单一下降的趋势则表明，长纤维高速过滤器反冲洗过程非常彻底，反冲洗后纤维上残留积泥不会在下一周期过滤时脱落而影响滤出水水质，反冲洗时的气流混合作用，还使反冲洗残留水浊度在整个纤维床层内比较均匀，因而，随着滤层自下而上的逐步压缩和残留水逐步排出，出水浊度逐步降低，且随初始滤速的增加，滤层中残留反冲洗水置换速度以及滤层压缩程度的提高，滤床的成熟期也缩短。

2、不同滤速过滤周期的确定：本发明采用四种不同初始滤速10m/h、20m/h、30m/h、40m/h进行试验研究。

试验表明，在初始滤速分别为10m/h、20m/h、30m/h、40m/h，进水浊度变化范围在2.2~5NTU的情况下，出水水质浊度变化范围较小，随着浊度的增加，出水浊度也在1NTU以下。说明了高效纤维滤池的滤出水浊度在试验范围内的各种进水浊度和初始滤速下，高效纤维滤池在有效过滤期内的滤出水浊度均稳定在1NTU以下，直至大于1NTU时，才迅速上升。

3、有效过滤周期内的截污量：本发明考察了高效纤维滤池在有效过滤周期内的截污容量。首先确定平均滤速和进出水的悬浮物浓度。随着初始滤速的增大，进水浊度越高，滤速下降的速度比初始速度低的和进水浊度较小的要大，但是都下降的不是很明显。计算周期内的截污量时滤速按初始滤速计。

过滤周期内的进出水的悬浮物浓度的确定，本次试验通过一个辅助试验和取样所测定的浊度和悬浮物浓度确定悬浮物的浓度和浊度存在一个比例关系：1NTU=3.12mg/L。通过积分计算可得各个初始滤速的截污量。结果表明：高效纤维滤池的滤层总截污量随进水浊度的增大而增大，随初始滤速的增大而减小。这进一步证实了长纤维高速过滤器深层过滤截留悬浮物的机理：滤液中悬浮颗粒经迁移、附着和脱落三个过程而附着在滤料表面，在进水浊度较高的情况下，悬浮物扩散、迁移到滤层表面并为滤层吸附的几率将增大，因而滤床的截污量增大；而在初始滤速较大的情况下，滤层的压缩程度较大，孔隙率减小，孔隙内流速增大，对截留悬浮物的剪切作用增大，增大了滤料表面附着悬浮颗粒脱落的几率，滤层的截污量因而减小。

4、过滤周期内的水头损失：初始滤速为10m/h，有效过滤周期内水头损失变化情况是从200mm增加到300mm，增加了100mm；同样情况下初始滤速为20m/h、30m/h、40m/h 有效周期内的水头损失分别增加了170mm、190mm、200mm。高效纤维滤池不同初始滤速情况下的水头损失均随初始滤速的增加而增大；同时，不同初始滤速下，高效纤维滤池的水头损失均随过滤过程的进行而逐渐增大。当初始滤速在10m/h时，水头损失历时变化很小，运行过程较为平稳。

试验表明：高效纤维滤池按深层过滤的机理截留悬浮物，初始滤速较大时，纤维滤层的起始压缩程度增大，滤层的孔隙率迅速减小，此时，截泥对滤层有效孔隙率的影响增大，加之高滤速下积泥截留速率增加，故过滤阻力增加幅度加大；而进水浊度的提高，则加大了积泥的截留速率，因而也加快了水头损失增加的幅度。当初始滤速较低时，由于纤维滤层的高孔隙率和起始压缩程度的降低，截留积泥对滤层有效孔隙率的影响减小，加之，高效纤维滤池遵循深层过滤截留悬浮物的机理，积泥沿层逐渐下移，滤阻因而上升平缓。

5、反冲洗特性：本研究之高效纤维滤池基于结构上的改善，使过滤性能得到较大程度提高的同时，也使其反冲洗性能得到大大提高。由于纤维组件上端自由的结构，反冲洗时，在反冲水流作用下，纤维层得以充分伸展、舒张；纤维之间又无任何填充物和限制装置，因而在反洗水流、气流的联合作用下，可造成纤维的剧烈运动，不仅有纵向的抖动，还有横向的甩动、颤动，产生很高的振荡力、冲击力和摩擦力，加之均匀的水流、气流分布，使反洗效果大为提高。

下面是对光大水务（济南）有限公司二厂进行深度处理，其对原有的深度处理系统进行了改造，增加了化学除磷、纤维过滤、紫外线消毒工艺。

参考附图1，污水进入粗格栅，再经进水泵房后依次进入细格栅、针式沉砂池、A2/O反应池、二沉池，经过提升泵房提升后依次进入管式混合器、高效纤维滤池、紫外线消毒器，最后出来达标水，其中高效纤维滤池的反冲洗系统采用以下方式：从滤池底部往上用水冲洗4min，然后用气体和水同时从滤池底部往上冲洗14min，接着从滤池底部往上用水冲洗水2min，最后经V型槽进行扫洗的；反冲洗水洗强度为10 L/s× m²，反冲气强度为40 L×s^-1× m^-2，表面扫洗水强度为2L×s^-1× m^-2。

经处理工艺改造后，出水水质较改造前有明显改善，对光大水务（济南）有限公司二厂的进出水水质情况如图6~11所示。

由图6~11所示的结果表明：进水COD_cr为230~400mg/L、BOD₅为119~233 mg/L、SS为210~480 mg/L、TN为29~46 mg/L、TP为2.5~5.6 mg/L、氨氮为18.6~29 mg/L，改造后出水COD_cr为13.4~23.5 mg/L、BOD₅为2.1~4.8 mg/L、SS为2~6 mg/L、TN为10.7~15mg/L、TP为0.29~0.4 mg/L、氨氮为0.86~1.48 mg/L。在升级改造以后，污水厂的出水水质均有不同程度的提高。特别是SS、BOD₅、TP、TN较改造前明显改善。出水水质均满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918－2002）一级A 标准中的水质要求。说明了高效纤维滤池能适应污水处理厂的升级改造，并且纤维束过滤技术是一种理想的污水深度处理的技术，采用该技术能显著降低工程投资、节省占地面积、降低运行成本，用最小的代价完成污水处理厂的升级改造，使其出水水质满足一级A标准。

光大水务(济南)有限公司二厂改造前所采用工艺代表了目前大多数污水处理厂的现状工艺，水质再提高技术所采用的工艺能适应该厂的污水深度处理工艺的改造，对山东省乃至全国的污水处理厂工艺改造起到示范作用，具有广泛的代表性，同时对全国污水处理事业的发展起到很好的促进作用。

以上所述，仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明做任何形式的限制，虽然本发明已经通过上述实施例披露了，但是不能用于限定本发明，本领域人员可利用上述揭示的技术内容作出许多变化或改进的等效实施例，这些等效实施例应属于本发明的技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种城市污水深度处理系统，其特征在于，该系统包括依次连接的：粗格栅池、进水泵房、细格栅池、沉砂池、A2/O反应池、二沉池、提升泵房、混合器、高效纤维滤池和紫外线消毒器，高效纤维滤池的纤维滤料为丙纶纤维。

2.根据权利要求1所述城市污水深度处理系统，其特征在于：高效纤维滤池包括进水系统、过滤系统和反冲洗系统，其中：

    进水系统，包含底部设有多个小孔的配水渠、与配水渠相通且底部设有多个反冲洗口的V型槽；

过滤系统，包含设有配水孔的活动孔板、安装有长柄滤头的固定孔板、位于活动孔板与固定孔板之间的纤维滤元、及配水室；

反冲洗系统，具有设置在配水室的反洗进水管及进气管、及设置在配水渠一侧的反洗出水管。

3.根据权利要求1所述城市污水深度处理系统，其特征在于，纤维滤元性能参数为：纤维丝经20 um，滤层高度800 mm，孔隙率97%，比表面积3500m²/m³。

4.根据权利要求2所述城市污水深度处理系统，其特征在于：长柄滤头为QS型，材质为ABS工程塑料。

5.根据权利要求1或2或3或4所述城市污水深度处理系统，其特征在于：沉砂池为针式沉砂池。

6.根据权利要求1或2或3或4所述城市污水深度处理系统，其特征在于：混合器为管式混合器。

7.一种权利要求2所述城市污水深度处理系统进行深度处理的工艺，其特征在于，污水进入粗格栅，再经进水泵房后依次进入细格栅、沉砂池、A2/O反应池、二沉池，经过提升泵房提升后依次进入混合器、高效纤维滤池、紫外线消毒器，最后出来达标水。

8.根据权利要求7所述深度处理的工艺，其特征在于：高效纤维滤池的反冲洗系统采用以下方式：从滤池底部往上用水冲洗4min，然后用气体和水同时从滤池底部往上冲洗14min，接着从滤池底部往上用水冲洗水2min，最后经V型槽进行扫洗的；反冲洗水洗强度为10 L/s× m²，反冲气强度为40 L×s^-1× m^-2，表面扫洗水强度为2L×s^-1× m^-2。

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