CN102849890A - 一种污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污水处理系统，该污水处理系统包括水泵、第二过滤单元和至少一个第一过滤单元，所述第一过滤单元为重力自动反冲洗过滤装置，所述第二过滤单元为生物滤池单元，其特征在于，所述重力自动反冲洗过滤装置包括腔体和过滤板，腔体具有进水口、排泥口和出水口，进水口和排泥口位于过滤板的下方，出水口位于过滤板的上方，其中一个第一过滤单元通过重力自动反冲洗过滤装置的所述进水口与所述水泵流通连接，通过所述出水口与所述生物滤池单元流通连接，所述过滤板包括通过粘结剂将硅砂和/或覆膜硅砂粘结固化而成的过滤层，所述过滤层的厚度为2-5mm。本发明提供的污水处理系统污水处理效果好，可广泛应用于污水处理领域。

Description

一种污水处理系统

技术领域

本发明涉及一种污水处理系统。

背景技术

随着人们环保意识的提高，污水处理系统的种类越来越多，生物滤池是一种高效率的水处理设备，但为了维持生物滤池中填料表面的微生物生存所需的好氧环境，需要依靠鼓风机等设备鼓风曝气来增加生物滤池中的溶解氧，因此在生物滤池中引入虹吸装置可以实现自动复氧，节省了依靠动力装置增加氧的能源消耗，但也由于虹吸作用，降低了生物滤池的过滤作用，因此需要在污水进入生物滤池前先通过过滤系统进行预处理。目前，过滤系统的种类也日渐丰富，反冲洗过滤装置由于其可以反冲洗过滤层，避免了频繁人为清理或更换过滤层，满足了设备连续运行的需要，重力自动反冲洗过滤装置是通过重力作用实现过滤层的反冲洗，节省了外力的补充，从而节约了能源的消耗，因此目前被广泛使用。

用作重力自动反冲洗过滤装置的滤料主要有纤维滤料、颗粒状滤料和生物膜滤料等。纤维滤料有纤维束和纤维球两种形式，纤维束两端固定，被束缚的两端有部分纤维无法清洗干净，造成滤层快速衰竭，很快就需要停产更换滤层，纤维球由于反冲洗时清洗水无法透过绑扎处，容易形成泥心长菌导致结球，最后不得不短期更换滤层，而且一旦中心绑扎处松动，就会掉毛直至全部散落，纤维就会随水进入滤出端，严重影响过滤质量；生物膜滤料虽然过滤精度高，但滤料成本高，不适用于一般生活污水和轻污染水源的过滤；颗粒状滤料有硅砂、白煤和矿石等，硅砂由于来源广泛且成本低廉，因此被普遍采用，采用硅砂做滤料时，目前采用的方法是将硅砂自然堆放在重力自动反冲洗过滤装置中形成砂层作为过滤层，由于自然堆放的硅砂为松散结构，因此只有堆积一定厚度才能起到过滤作用，因此砂层在反冲洗时不易被冲洗干净，长时间使用容易造成砂层污染堵塞，通水量减少，需要将硅砂移出，进行人为清理或更换，而且散砂在过滤时砂层表面容易因水而松散，影响过滤质量，且反冲洗时漏砂现象严重。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的重力自动反冲洗过滤装置的上述缺陷，提供一种新的污水处理系统。

本发明的发明人在研究中发现，将硅砂和/或覆膜硅砂通过粘结剂固化成型作为重力自动反冲洗过滤装置的过滤层，并控制过滤层的厚度为2-5mm，既可避免反冲洗时产生漏砂现象，又可保证过滤层易于在反冲洗过程中被冲洗干净，避免过滤层堵塞，达到长时间使用的目的，且过滤效果好。

本发明提供了一种污水处理系统，该污水处理系统包括水泵、第二过滤单元和至少一个第一过滤单元，所述第一过滤单元为重力自动反冲洗过滤装置，所述第二过滤单元为生物滤池单元，其特征在于，所述重力自动反冲洗过滤装置包括腔体和位于腔体内并将腔体分成上下两空间的过滤板，所述腔体具有进水口、排泥口和出水口，所述进水口和排泥口位于所述过滤板的下方，所述出水口位于所述过滤板的上方，其中一个所述第一过滤单元通过所述重力自动反冲洗过滤装置的所述进水口与所述水泵流通连接，通过所述出水口与所述生物滤池单元流通连接，所述过滤板包括通过粘结剂将硅砂和/或覆膜硅砂粘结固化而成的过滤层，所述过滤层的厚度为2-5mm。

优选地，所述过滤板还包括位于所述过滤层上方且与所述过滤层贴合的用于支撑所述过滤层的透水性支撑体层，且所述透水性支撑体层的孔径和孔隙率分别大于所述过滤层的孔径和孔隙率。

本发明提供的污水处理系统，由于重力自动反冲洗过滤装置的过滤层的厚度为2-5mm，且过滤层为通过粘结剂将硅砂和/或覆膜硅砂粘结固化而成，因此易于在反冲洗过程中被冲洗干净，避免过滤层堵塞，可长时间使用；重力自动反冲洗过滤装置的过滤层的厚度为2-5mm，相对于采用散砂自然堆放形成的过滤层，大大节省了硅砂的用量；重力自动反冲洗过滤装置的过滤层通过粘结剂将硅砂和/或覆膜硅砂粘结固化而成，避免了过滤时过滤层表面因水而松散，提高了过滤质量；同时避免了反冲洗时产生漏砂现象；重力自动反冲洗过滤装置优选包括孔径和孔隙率分别大于过滤层孔径和孔隙率的透水性支撑体层，可加固过滤层，避免过滤层在大水流冲击下受损，延长过滤层的使用寿命。

本发明提供的污水处理系统通过使污水先通过一个第一过滤单元去除水中的泥沙等较大的悬浮颗粒，再通过生物滤池单元去除水中的有机物、悬浮颗粒以及氨氮、铁、锰等污染物，污水处理效果好，且只需一水泵即可自动运行，结构简单，运行成本低，可广泛应用于生活污水和微污染水源的污水处理领域。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是根据本发明的一种实施方式的污水处理系统的工艺流程图。

图2是根据本发明的另一种实施方式的污水处理系统的工艺流程图。

图3是根据本发明的一种实施方式的重力自动反冲洗过滤装置的结构示意图。

图4是根据本发明的另一种实施方式的重力自动反冲洗过滤装置的结构示意图。

附图标记说明

1排泥口；2进水口；3出水口；4过滤层；5透水性支撑体层

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1和图3所示，本发明提供了一种污水处理系统，该污水处理系统包括水泵、第二过滤单元和至少一个第一过滤单元，第一过滤单元为重力自动反冲洗过滤装置，第二过滤单元为生物滤池单元，其特征在于，重力自动反冲洗过滤装置包括腔体和位于腔体内并将腔体分成上下两空间的过滤板，腔体具有进水口2、排泥口1和出水口3，进水口2和排泥口1位于过滤板的下方，出水口3位于过滤板的上方，其中一个第一过滤单元通过重力自动反冲洗过滤装置的进水口2与水泵流通连接，通过出水口3与生物滤池单元流通连接，过滤板包括通过粘结剂将硅砂和/或覆膜硅砂粘结固化而成的过滤层4，过滤层4的厚度为2-5mm。

根据本发明，尽管只要过滤板包括通过粘结剂将硅砂和/或覆膜硅砂粘结固化而成的过滤层4，且过滤层4的厚度为2-5mm，即可实现本发明的目的，但优选情况下，过滤层4的孔径为20-200μm，孔隙率为35-45％，过滤层4的孔径更优选为50-100μm。通过使过滤层4的孔径和孔隙率在上述范围内，能够获得过滤效果与过滤速度之间的较佳平衡。本发明中，孔径通过电子显微镜测得。制备过滤层4的硅砂和/或覆膜硅砂的平均粒径优选为50-450μm，进一步优选为100-300μm，粘结剂与硅砂和/或覆膜硅砂的重量比优选为2-15∶100，进一步优选为4-10∶100。本发明通过同时控制硅砂和/或覆膜硅砂的平均粒径和粘结剂与硅砂和/或覆膜硅砂的重量比，使得由硅砂和/或覆膜硅砂和粘结剂制成的过滤层4具有足够的透水性，满足上述过滤层4的孔径和孔隙率要求。

由于水流由下至上通过过滤层4，而过滤层4的厚度较薄，为了使过滤层4更加稳固，避免过滤层4在大水流冲击下受损，进一步延长过滤层4的使用寿命，如图4所示，本发明的过滤板优选还包括位于过滤层4上方且与过滤层贴合的用于支撑过滤层4的透水性支撑体层5，且透水性支撑体层5的孔径和孔隙率分别大于过滤层4的孔径和孔隙率。透水性支撑体层5和过滤层4的结合方式可以为本领域常规采用的各种结合方式，例如可以为粘接、铆接、螺栓连接或透水性支撑体层5和过滤层4为一体结构等，为了进一步加固过滤层，优选地，透水性支撑体层5与过滤层4为一体结构。为了使经过滤层4过滤后的水能够更加快速地通过过滤层4，使水流在本发明的重力自动反冲洗过滤装置中更加畅通，透水性支撑体层5的孔径优选沿透水性支撑体层5的厚度方向从上到下逐渐减小。优选透水性支撑体层5的孔径沿透水性支撑体层5的厚度方向从上到下减小的幅度为相对于每厘米的厚度减小10-50μm。优选情况下，透水性支撑体层5的孔径为150-900μm，孔隙率为40-50％。为了既能起到支撑作用又能使水流更加畅通，透水性支撑体层5的厚度优选为8-20mm。透水性支撑体层5的材质可以为本领域技术人员所能想到的各种材质，为了方便取材、便于加工且降低成本，优选为通过粘结剂将硅砂和/或覆膜硅砂粘结固化而成，硅砂和/或覆膜硅砂的平均粒径为100-900μm，进一步优选为200-800μm，粘结剂与硅砂和/或覆膜硅砂的重量比为2-15∶100，进一步优选为4-10∶100。本发明通过同时控制硅砂和/或覆膜硅砂的平均粒径和粘结剂与硅砂和/或覆膜硅砂的重量比，使得由硅砂和/或覆膜硅砂与粘结剂形成的透水性支撑体层5既具有足够的强度，又具有足够的透水性，满足上述透水性支撑体层5的孔径和孔隙率要求。

本发明制备过滤层4和透水性支撑体层5的硅砂可以相同或不同，各自可以为各种硅砂，例如，可以选自石英砂、风积沙、人造砂、再生砂、河沙和海砂和山砂中的一种或多种。更优选情况下，使用表面包覆有覆膜粘结剂的覆膜硅砂。其中，以覆膜硅砂的总量为基准，覆膜粘结剂的含量优选为3-8重量％，进一步优选为4-6重量％。所述覆膜粘结剂可以为酚醛树脂、酚醛改性环氧树脂和呋喃树脂中的至少一种。所述覆膜硅砂的制备方法可以按照本领域公知的方法得到，例如，可以参考CN1083752A的覆膜砂制备工艺所用的方法。硅砂和/或覆膜硅砂的圆球度越好，越能够保证硅砂和/或覆膜硅砂直径的孔隙较小且均匀，从而进一步提高均匀透水的效果，因此，本发明硅砂和/或覆膜硅砂的圆球度可以为0.5-0.95，优选为0.7-0.95。其中，“圆球度”指颗粒棱角的相对锐度或曲率的量度，也可以指颗粒接近球形的程度；圆球度的测定方法为本领域技术人员所公知，例如，可采用图版法进行测定。为了达到本发明所要求的圆球度要求，可以采用对硅砂进行球磨等本领域技术人员所公知的控制方法来满足硅砂和/或覆膜硅砂圆球度的需要。

用于形成过滤层4和透水性支撑体层5的粘结剂无特殊要求，可以为本领域常用的各种粘结剂，且制备过滤层4和透水性支撑体层5的粘结剂可以相同或不同，优选情况下，所述粘结剂各自选自环氧树脂、聚偏氟乙烯树脂、水玻璃、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚胺脂树脂和硅酸盐水泥中的一种或多种。

对于排泥口1、进水口2和出水口3的口径无特殊要求，可为本领域常规的规格，本领域技术人员应当理解的是，为了使本发明提供的重力自动反冲洗过滤装置可操作，排泥口1、进水口2和出水口3均设有可控开关。对于排泥口1、进水口2和出水口3的位置关系，只要使排泥口1和进水口2位于过滤板的下方，出水口3位于过滤板的上方即可，但为了避免进水口2进来的水流将沉淀在重力自动反冲洗过滤装置底部的泥沙颗粒冲起，更好地防止过滤层4堵塞，优选为，进水口2位于过滤层4和排泥口1之间。本领域技术人员也应该理解，为了不浪费腔体空间，出水口3优选设置在腔体的最高处，为了使沉淀在重力自动反冲洗过滤装置底部的泥沙颗粒排出干净彻底，排泥口1优选设置在腔体的最低处。其中一个第一过滤单元通过重力自动反冲洗过滤装置的进水口与水泵流通连接，通过出水口与生物滤池单元流通连接

本发明中的重力自动反冲洗过滤装置的过滤板的直径和腔体的高度比优选为1∶2-8，过滤板与腔体的侧壁紧密接触，因此在本发明中，采用过滤板的直径和腔体的高度的比，腔体的高度指的是腔体的整体高度。为了使过滤层4免受较大水流冲击，进一步保护过滤层，并进一步防止过滤层堵塞，腔体的上部分和下部分的高度比优选为1∶2-5。过滤板与腔体的结合方式可以为固定连接也可以为活动连接，固定连接例如可以为铆接、螺栓连接或焊接等，为了更好地适应不同的水流强度，优选过滤板与腔体活动连接，即过滤板在腔体中的位置上下可调节，活动连接可以采用本领域技术人员所能想到的各种活动连接方式，例如可以为在腔体内壁上设置可上下活动移位的支撑固定螺钉，通过支撑固定螺钉的活动移位，将过滤板与腔体密封结合，来实现过滤板与腔体的活动连接。进水口2到过滤层4之间与排泥口1到过滤层4之间的高度比优选为1∶1.2-1.6。

对于形成腔体的重力自动反冲洗过滤装置的壳体的材质无特殊要求，可以采用本领域常用的各种材质；对于壳体的厚度也无特殊要求，可以为本领域常规采用的各种厚度。对于腔体的形状和大小无特殊要求，可以根据本领域的常规尺寸或实际需要决定腔体的形状和大小，腔体的侧壁通常为圆柱形。为了使被过滤层4阻挡的泥沙颗粒更容易沉淀到重力自动反冲洗过滤装置的底部，腔体的下部优选为倒圆锥形，当腔体的侧壁为圆柱形，下部为倒圆锥形时，优选倒圆锥和圆柱同心，且倒圆锥的底面面积与圆柱的横截面面积相等，过滤板可以设置在圆柱内，也可以设置在倒圆锥内，还可以设置在圆柱与倒圆锥的结合处，即腔体被过滤板分成的上下两空间的下空间可以与腔体的下部的空间相同，也可以大于腔体的下部的空间，还可以小于腔体的下部的空间。

本发明中的重力自动反冲洗过滤装置的制备方法简单，只需将过滤板按过滤层4在下透水性支撑体层5在上的顺序固定在下部呈密封结构的壳体A内，使过滤层4与壳体A形成一定的密闭空间，并在壳体A的最下端设置具有可控开关的排泥口1，在过滤层4下部的壳体A的侧壁上设置具有可控开关的进水口2，将上部呈密封结构的壳体B的开口端与壳体A的开口端密封结合，密封结合的方式可为铆接、螺栓连接或焊接等，这样，在过滤层4的上部也形成了一个密闭空间，在壳体B的最上端设置具有可控开关的出水口3即可。

本发明的生物滤池单元包括一个或多个生物滤池，多个生物滤池可以并联或串联以提高污水处理量或提高污水处理效果。所述生物滤池可以是本领域公知的各种自复氧生物滤池，例如可以是CN201325902Y公开的自复氧生物滤池。各个所述生物滤池包括反应池、填料和虹吸装置，填料和虹吸装置位于反应池中，填料的表面生长有微生物膜，填料用于去除水中的有机物、悬浮颗粒以及氨氮、铁、锰等污染物；虹吸装置包括落水筒和虹吸管，落水筒为上下开口的中空的筒状物，落水筒下部侧壁上具有多个小孔，小孔可使水在落水筒与填料之间流通，落水筒用于将虹吸管包围在内，使虹吸管与填料间隔开，虹吸装置用于将经填料过滤后的水排出或排入下一个生物滤池。对于反应池的大小和形状无特殊要求，可以为本领域常用的各种大小和形状，也可以根据实际需要设置，反应池用于承载填料和虹吸装置，即在反应池的底部上安装虹吸装置，在虹吸装置周围装填填料，为了使生物滤池更好地进行自复氧，优选为反应池的顶部为开放设置，即反应池开放置于空气中。填料优选为砂球、活性炭、膨胀珍珠岩、陶粒、沸石、分子筛和多孔塑料球中的一种或多种。填料和虹吸装置在反应池中的位置关系优选为虹吸装置位于反应池中心位置，填料围绕虹吸装置装载在反应池中。为了防止填料随水流进入虹吸管，影响过滤后水质，优选落水筒的底部装填有卵石层，卵石层的厚度大于落水筒下部侧壁上小孔的高度，卵石的粒度尺寸大于落水筒下部侧壁上小孔的孔径。为了充分利用填料，优选为填料在反应池中的装填高度与虹吸管的顶端高度相同。虹吸管设置在落水筒中，虹吸管具有短臂和长臂，短臂位于落水筒内，长臂穿过反应池底部伸向下一个生物滤池或直接将水排出。对于虹吸管的形状无特殊要求，只要能产生虹吸作用即可。具体结构可参照CN201325902Y。

另外，如图2所示，为了进一步提高过滤后的水质，第一过滤单元的数量为2，另一个第一过滤单元通过该另一个第一过滤单元的进水口与生物滤池单元流通连接，另一个第一过滤单元的过滤层的孔径小于一个第一过滤单元的过滤层的孔径。优选地，另一个第一过滤单元的过滤层的孔径比所述一个第一过滤单元的过滤层的孔径小200-400μm。进一步优选，另一个第一过滤单元的过滤层的孔径为100-500μm，孔隙率为40-50％。对于另一个第一过滤单元的透水性支撑体层的孔径和孔隙率无特殊要求，只要使另一个第一过滤单元的透水性支撑体层的孔径和孔隙率分别大于另一个第一过滤单元的过滤层的孔径和孔隙率即可。制备另一个第一过滤单元的过滤层和透水性支撑体层的硅砂和/或覆膜硅砂的平均粒径以及粘结剂与硅砂和/或覆膜硅砂的重量比只要分别满足另一个第一过滤单元的过滤层和透水性支撑体层的孔径和孔隙率的要求即可。

如图2所示，本发明的污水处理系统还可以包括消毒灭菌室，消毒灭菌室用于对水进行消毒灭菌，消毒灭菌室包括进水口和出水口，消毒灭菌室的进水口与另一个第一过滤单元的出水口流通连接。对于消毒灭菌室的消毒灭菌方式无特殊要求，只要能对过滤后的水起到消毒灭菌作用即可，例如可以采用臭氧进行消毒灭菌。

如图2所示，为了对一个第一过滤单元的过滤层起到更好的反冲洗作用，优选情况下，本发明的污水处理系统还包括储水箱，储水箱位于一个第一过滤单元之上，储水箱具有进水口和出水口，储水箱的进水口与一个第一过滤单元的出水口流通连接，储水箱的出水口与生物滤池单元流通连接。

本发明提供的污水处理系统在使用时将水泵与一个第一过滤单元的进水口流通连接，一个第一过滤单元的出水口与储水箱的进水口流通连接，储水箱的出水口与生物滤池单元中的一个生物滤池流通连接，储水箱的出水口与生物滤池单元中的一个生物滤池流通连接是指从储水箱的出水口流出的水进入该一个生物滤池的反应池中，一个生物滤池的虹吸管的长臂与下一个生物滤池流通连接，一个生物滤池的虹吸管的长臂与下一个生物滤池流通连接是指从一个生物滤池的虹吸管的长臂流出的水进入下一个生物滤池的反应池中(下同)，下一个生物滤池的虹吸管的长臂与第三个生物滤池流通连接，以此类推，最后一个生物滤池的长臂与另一个第一过滤单元的进水口流通连接，另一个第一过滤单元的出水口与消毒灭菌室的进水口流通连接。

由水泵将污水泵入一个第一过滤单元，一个第一过滤单元的过滤板下部的水位随着污水的进入而上升，水位在上升过程中，污水中的大颗粒泥沙在重力作用下沉积到一个第一过滤单元的底部，水位上升使污水通过过滤板，进一步滤掉污水中的泥沙颗粒，通过过滤板后的水随着水位的上升从一个第一过滤单元的出水口3排出，从储水箱的进水口进入储水箱，储水箱中的水随着水位的上升从储水箱的出水口排出，进入生物滤池单元中的一个生物滤池，该一个生物滤池的反应池中随着水位的上升，将填料淹没，通过填料表面的微生物膜实现水的过滤，当水位超过一个生物滤池的虹吸管的顶端后，产生虹吸，反应池中的水从虹吸管流出或进入下一个生物滤池，由于虹吸作用，反应池中的水流出，空气进入反应池，实现自动复氧，下一个生物滤池重复上述过程，最后一个生物滤池中的水流出后从另一个第一过滤单元的进水口进入另一个第一过滤单元，另一个第一过滤单元重复一个第一过滤单元的过滤步骤，经另一个第一过滤单元过滤后的水从另一个第一过滤单元的出水口排出，从消毒灭菌室的进水口进入消毒灭菌室，在消毒灭菌室消毒灭菌后从消毒灭菌室的出水口排出，完成污水处理过程。污水处理系统使用一段时间后，关闭一个第一过滤单元的进水口2，打开排泥口1，沉积在一个第一过滤单元底部的泥沙随着水流从排泥口1排出，通过排泥过程，过滤板上部的水向下流，反冲洗过滤板使过滤板得到净化，位于一个第一过滤单元上方的储水箱更加大了对过滤板的反冲洗，过滤板的反冲洗过程可以使污水处理系统长期循环使用。另一个第一过滤单元的反冲洗过程同一个第一过滤单元的反冲洗过程，由于进入另一个第一过滤单元的水已经经过一个第一过滤单元和生物滤池单元的过滤，水中的泥沙颗粒较少，因此不需要在另一个第一过滤单元之上再设置储水箱加大对另一个第一过滤单元的过滤板的反冲洗。本发明提供的污水处理系统可以用于生活污水或微污染水源的污水处理。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

实施例

以下的实施例将对本发明作进一步的说明，但并不因此限制本发明。

在下述实施例中：

用电子显微镜测定一个第一过滤单元的过滤层4和透水性支撑体层5的孔径。

采用本领域技术人员所公知的排水法测定一个第一过滤单元的过滤层4和透水性支撑体层5的孔隙率，例如：先测量过滤层的长度、宽度、厚度，计算出其总体积V；将过滤层缓慢放入盛满水的容器(记录水的体积)中，测量溢出水的重量，根据水的密度(ρ_水＝1g/cm³)计算溢出的水的体积V2，即过滤层所用砂子和粘结剂所占的体积；根据V-V2计算气体通道的体积V1，并根据孔隙率＝(V1/V)×100％计算孔隙率。

采用滤纸法测定SS浓度。SS是英语Suspended Substance的缩写，即水质中的悬浮物。SS浓度即水中悬浮物的浓度，是水质的重要指标。滤纸法测定SS浓度为使水样通过孔径为0.45μm的滤膜，截留在滤膜上的物质于103～105℃烘干至恒重，然后称量烘干至恒重的固体物质的重量，用固体物质的重量除以通过滤膜的水样的体积，即得SS浓度，计量单位是mg/L。

采用GB/T 22597-2008的方法测定COD值。COD为化学需氧量又称化学耗氧量，是英语chemicaloxygendemand的简称，是利用化学氧化剂(如高锰酸钾)将水中可氧化物质(如有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等)氧化分解，然后根据残留的氧化剂的量计算出氧的消耗量，是表示水质污染度的重要指标，计量单位为mg/L。

在以下实施例中，石英砂购自永登蓝天石英砂有限公司。

覆膜硅砂是通过将100重量份的石英砂颗粒加热至50℃，然后加入液体聚乙烯醇叔丁醛改性环氧树脂6重量份，充分搅拌，再加入聚酰胺固化剂1重量份，搅拌均匀，使得环氧树脂在石英砂颗粒表面覆膜，然后，冷却至室温，破碎、筛分后得到。通过增重法，计算出，以具有聚合物包覆层的硅砂为基准，聚合物包覆层的含量均为7重量％。

液体聚乙烯醇叔丁醛改性环氧树脂：山东圣泉化工股份有限公司，PF5415；

聚酰胺固化剂：福清王牌精细化工有限公司，Kingcure540W60；

环氧树脂粘结剂：山东圣泉化工股份有限公司，E-44。

实施例1

该实施例用来说明本发明提供的污水处理系统及其制备方法和应用。

将100重量份的覆膜硅砂(平均粒径300μm，圆球度0.85)和10重量份环氧树脂粘结剂混合，得到第一混合物，并铺设在内径为0.15m的圆柱形模具中，得到第一混合物层(用于形成一个第一过滤单元的过滤层)，铺设厚度为5.2mm；

将100重量份的覆膜硅砂(平均粒径800μm，圆球度0.7)和10重量份环氧树脂粘结剂混合，得到第二混合物，并将该第二混合物铺设在上述第一混合物层上，得到第二混合物层(用于形成一个第一过滤单元的透水性支撑体层)，铺设厚度为8.5mm，并在铺设时使第二混合物层的孔径沿第二混合物层的厚度方向从上到下逐渐减小；

在25℃、5兆帕压力下将上述两层混合物层压制30秒，使之成型，并在80℃、20-40％相对湿度下固化12小时，得到一个第一过滤单元的过滤板即一体结构的过滤层和透水性支撑体层，其中，过滤层的厚度为5mm，孔径为80-100μm，孔隙率为45％；透水性支撑体层的厚度为8mm，孔径为600-900μm，孔隙率为50％，且透水性支撑体层的孔径沿透水性支撑体层的厚度方向从上到下减小的幅度为相对于每厘米的厚度减小35μm。

将过滤板按过滤层在下透水性支撑体层在上的方式固定在上、下部密封且下部为倒圆锥形(锥角为45℃)，中间为圆柱形的腔体内，过滤板与腔体的圆柱形的壁密封连接，使腔体形成上下两空间，并在腔体的最下端设置具有可控开关的排泥口，在过滤层下部的腔体的侧壁上设置具有可控开关的进水口，在过滤层上部的腔体的最上部设置具有可控开关的出水口，从而得到一个第一过滤单元，使过滤层上空间和下空间的高度比为1∶3，进水口到过滤层之间与排泥口到过滤层之间的高度比为1∶1.4，过滤板的直径与一个第一过滤单元的腔体的整体高度的比值为1∶4。

将水泵通过一个第一过滤单元的进水口与一个第一过滤单元流通连接，一个第一过滤单元的出水口与生物滤池单元流通连接，从而形成污水处理系统，生物滤池单元由三个串联的生物滤池组成，圆筒形反应池中的填料为活性炭，活性炭的表面生长有微生物膜，每个反应池中填料的堆积厚度为反应池高度的4/5，圆筒形落水筒的直径与反应池的直径与过滤板的直径的比值为2∶6∶1，落水筒的高度与反应池的高度与腔体的高度的比值为8∶6∶5。

将来自居民小区的生活污水(SS浓度326mg/L，COD值300mg/L，下同)通过上述污水处理系统，根据上述方法计算经污水处理系统处理后的水的SS浓度和COD值，见表1。污水处理系统运行2h后关闭一个第一过滤单元的进水口，打开一个第一过滤单元的排泥口，排出沉积在一个第一过滤单元底部的泥沙后关闭排泥口，打开进水口，继续进行污水处理，这样循环使用4个月后一个第一过滤单元的过滤层仍畅通(一个第一过滤单元的出水口的流速为刚使用时一个第一过滤单元的出水口流速的10％及以上定义为畅通，10％以下定义为堵塞，下同)。

实施例2

该实施例用来说明本发明提供的污水处理系统及其制备方法和应用。

将100重量份的覆膜硅砂(平均粒径100μm，圆球度0.85)和5重量份环氧树脂粘结剂混合，得到第一混合物，并铺设在内径为0.15m的圆柱形模具中，得到第一混合物层(用于形成一个第一过滤单元的过滤层)，铺设厚度为2.2mm；

将100重量份的覆膜硅砂(平均粒径200μm，圆球度0.7)和4重量份环氧树脂粘结剂混合，得到第二混合物，并将该第二混合物铺设在上述第一混合物层上，得到第二混合物层(用于形成一个第一过滤单元的透水性支撑体层)，铺设厚度为22mm，并在铺设时使第二混合物层的孔径沿第二混合物层的厚度方向从上到下逐渐减小；

在25℃、5兆帕压力下将上述两层混合物层压制30秒，使之成型，并在80℃、20-40％相对湿度下固化12小时，得到一个第一过滤单元的过滤板即一体结构的过滤层和透水性支撑体层，其中，过滤层的厚度为2mm，孔径为50-70μm，孔隙率为35％；透水性支撑体层的厚度为20mm，孔径为150-400μm，孔隙率为40％，且透水性支撑体层的孔径沿透水性支撑体层的厚度方向从上到下减小的幅度为相对于每厘米的厚度减小10μm。

将过滤板按过滤层在下透水性支撑体层在上的方式固定在上、下部密封且下部为倒圆锥形(锥角为45℃)，中间为圆柱形的腔体内，过滤板与腔体的倒圆锥形的壁密封连接，使腔体形成上下两空间，并在腔体的最下端设置具有可控开关的排泥口，在过滤层下部的腔体的侧壁上设置具有可控开关的进水口，在过滤层上部的腔体的最上部设置具有可控开关的出水口，从而得到一个第一过滤单元，使过滤层上空间和下空间的高度比为1∶2，进水口到过滤层之间与排泥口到过滤层之间的高度比为1∶1.2，过滤板的直径与一个第一过滤单元的腔体的整体高度的比值为1∶2。

将水泵通过一个第一过滤单元的进水口与一个第一过滤单元流通连接，一个第一过滤单元的出水口与生物滤池单元流通连接，从而形成污水处理系统，生物滤池单元由三个串联的生物滤池组成，圆筒形反应池中的填料为活性炭，活性炭的表面生长有微生物膜，每个反应池中填料的堆积厚度为反应池高度的4/5，圆筒形落水筒的直径与反应池的直径与过滤板的直径的比值为2∶6∶1，落水筒的高度与反应池的高度与腔体的高度的比值为8∶6∶5。

将来自居民小区的生活污水通过上述污水处理系统，根据上述方法计算经污水处理系统处理后的水的SS浓度和COD值，见表1。污水处理系统运行2h后关闭一个第一过滤单元的进水口，打开一个第一过滤单元的排泥口，排出沉积在一个第一过滤单元底部的泥沙后关闭排泥口，打开进水口，继续进行污水处理，这样循环使用4个月后一个第一过滤单元的过滤层仍畅通。

实施例3

该实施例用来说明本发明提供的污水处理系统及其制备方法和应用。

将100重量份的覆膜硅砂(平均粒径200μm，圆球度0.85)和7重量份环氧树脂粘结剂混合，得到第一混合物，并铺设在内径为0.15m的圆柱形模具中，得到第一混合物层(用于形成一个第一过滤单元的过滤层)，铺设厚度为3.2mm；

将100重量份的覆膜硅砂(平均粒径500μm，圆球度0.7)和8重量份环氧树脂粘结剂混合，得到第二混合物，并将该第二混合物铺设在上述第一混合物层上，得到第二混合物层(用于形成一个第一过滤单元的透水性支撑体层)，铺设厚度为12mm，并在铺设时使第二混合物层的孔径沿第二混合物层的厚度方向从上到下逐渐减小；

在25℃、5兆帕压力下将上述两层混合物层压制30秒，使之成型，并在80℃、20-40％相对湿度下固化12小时，得到一个第一过滤单元的过滤板即一体结构的过滤层和透水性支撑体层，其中，过滤层的厚度为3mm，孔径为60-80μm，孔隙率为40％；透水性支撑体层的厚度为10mm，孔径为300-800μm，孔隙率为45％，且透水性支撑体层的孔径沿透水性支撑体层的厚度方向从上到下减小的幅度为相对于每厘米的厚度减小50μm。

将过滤板按过滤层在下透水性支撑体层在上的方式固定在上、下部密封且下部为倒圆锥形(锥角为45℃)，中间为圆柱形的腔体内，过滤板与腔体的倒圆锥形与圆柱形相接处的壁密封连接，使腔体形成上下两空间，并在腔体的最下端设置具有可控开关的排泥口，在过滤层下部的腔体的侧壁上设置具有可控开关的进水口，在过滤层上部的腔体的最上部设置具有可控开关的出水口，从而得到一个第一过滤单元，使过滤层上空间和下空间的高度比为1∶5，进水口到过滤层之间与排泥口到过滤层之间的高度比为1∶1.6，过滤板的直径与一个第一过滤单元的腔体的整体高度的比值为1∶8。

将水泵通过一个第一过滤单元的进水口与一个第一过滤单元流通连接，一个第一过滤单元的出水口与生物滤池单元流通连接，从而形成污水处理系统，生物滤池单元由三个串联的生物滤池组成，圆筒形反应池中的填料为活性炭，活性炭的表面生长有微生物膜，每个反应池中填料的堆积厚度为反应池高度的4/5，圆筒形落水筒的直径与反应池的直径与过滤板的直径的比值为2∶6∶1，落水筒的高度与反应池的高度与腔体的高度的比值为8∶6∶5。

将来自居民小区的生活污水通过上述污水处理系统，根据上述方法计算经污水处理系统处理后的水的SS浓度和COD值，见表1。污水处理系统运行2h后关闭一个第一过滤单元的进水口，打开一个第一过滤单元的排泥口，排出沉积在一个第一过滤单元底部的泥沙后关闭排泥口，打开进水口，继续进行污水处理，这样循环使用4个月后一个第一过滤单元的过滤层仍畅通。

实施例4

按照实施例1的方法制备污水处理系统并用于处理来自居民小区的生活污水，不同的是，第一混合物为将100重量份的覆膜硅砂(平均粒径200μm，圆球度0.85)和1重量份环氧树脂粘结剂混合得到，制得的一体结构的一个第一过滤单元的过滤层和透水性支撑体层中，过滤层的孔径为150μm-200μm，其余各项数值均与实施例1相同，测得经污水处理系统处理后的水的SS浓度和COD值，见表1。使用4个月后一个第一过滤单元的过滤层仍畅通。

实施例5

按照实施例1的方法制备污水处理系统并用于处理来自居民小区的生活污水，不同的是，一个第一过滤单元没有透水性支撑体层，只有过滤层，其余各项数值均同实施例1相同，测得经污水处理系统处理后的水的SS浓度和COD值，见表1。使用4个月后一个第一过滤单元的过滤层仍畅通。

对比例1

按照实施例1的方法制备污水处理系统并用于处理来自居民小区的生活污水，不同的是，一个第一过滤单元内没有过滤板，而是设置有多孔性的载体层，在载体层上由散砂自然堆积形成过滤层，过滤层的孔径同实施例1一个第一过滤单元的过滤层的孔径，厚度为150mm。

将来自居民小区的生活污水通过上述污水处理系统，根据上述方法计算经污水处理系统处理后的水的SS浓度和COD值，见表1。一个第一过滤单元的出水口的出水中含有大量沙粒。污水处理系统运行2h后关闭一个第一过滤单元的进水口，打开一个第一过滤单元的排泥口，散砂同污泥一起排出，排出沉积在一个第一过滤单元底部的泥沙后关闭排泥口，打开进水口，继续进行污水过滤，这样循环使用2个月后一个第一过滤单元的过滤层堵塞。

对比例2

按照实施例1的方法制备污水处理系统并用于处理来自居民小区的生活污水，不同的是，第一混合物层的铺设厚度为8.2mm，制得的一体结构的一个第一过滤单元的过滤层和透水性支撑体层中，过滤层的厚度为8mm，其余各项数值均同实施例1相同，测得制得的污水处理系统处理后的水的SS浓度和COD值，见表1。使用1个月后一个第一过滤单元的过滤层堵塞。

表1

实施例	SS浓度(mg/L)	COD值(mg/L)
			1	35	4.5
2	28	3.8
			3	30	4
4	78	6.3
			5	34	4.3
对比例1	280	5.2
			对比例2	35	4.2

由表1中实施例1-5与对比例1可以看出，采用本发明的方法，通过粘结剂将硅砂和/或覆膜硅砂粘结固化形成一个第一过滤单元的过滤层的污水处理系统，比通过散砂自然堆积形成一个第一过滤单元的过滤层的污水处理系统的污水处理的效果要好，且一个第一过滤单元的过滤层不易堵塞；由表1中实施例1-5与对比例2可以看出，一个第一过滤单元的过滤层的厚度较厚，在反冲洗过程中不易清洗干净，容易造成一个第一过滤单元的过滤层堵塞。

将实施例1与实施例4进行对比可以看出，一个第一过滤单元的过滤层的孔径过大不利于污水的处理；将实施例1与实施例5进行对比可以看出，透水性支撑体层的有无对污水处理的效果影响不大。

本发明提供的污水处理系统，由于第一过滤单元的过滤层的厚度为2-5mm，且过滤层通过粘结剂将硅砂和/或覆膜硅砂粘结固化而成，易于在反冲洗过程中被冲洗干净，避免过滤层堵塞，可长时间使用；第一过滤单元的过滤层的厚度为2-5mm，相对于采用散砂自然堆放形成的过滤层，大大节省了硅砂的用量；相对于采用散砂自然堆放形成的过滤层，避免了过滤时过滤层表面因水而松散，提高了过滤质量；同时避免了反冲洗时产生漏砂现象；本发明的污水处理系统的第一过滤单元优选还包括孔径大于过滤层的透水性支撑体层，可加固过滤层，避免过滤层在大水流冲击下受损，延长过滤层的使用寿命。本发明提供的污水处理系统污水处理效果好，且只需一水泵即可自动运行，结构简单，运行成本低，可广泛应用于生活污水和微污染水源的污水处理领域。

Claims (22)

1.一种污水处理系统，该污水处理系统包括水泵、第二过滤单元和至少一个第一过滤单元，所述第一过滤单元为重力自动反冲洗过滤装置，所述第二过滤单元为生物滤池单元，其特征在于，所述重力自动反冲洗过滤装置包括腔体和位于腔体内并将腔体分成上下两空间的过滤板，所述腔体具有进水口、排泥口和出水口，所述进水口和排泥口位于所述过滤板的下方，所述出水口位于所述过滤板的上方，其中一个所述第一过滤单元通过所述重力自动反冲洗过滤装置的所述进水口与所述水泵流通连接，通过所述出水口与所述生物滤池单元流通连接，所述过滤板包括通过粘结剂将硅砂和/或覆膜硅砂粘结固化而成的过滤层，所述过滤层的厚度为2-5mm。

2.根据权利要求1所述的污水处理系统，其中，所述过滤层的孔径为20-200μm，孔隙率为35-45％。

3.根据权利要求1或2所述的污水处理系统，其中，所述硅砂和/或覆膜硅砂的平均粒径为50-450μm，所述粘结剂与所述硅砂和/或覆膜硅砂的重量比为2-15∶100。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的污水处理系统，其中，所述过滤板还包括位于所述过滤层上方且与所述过滤层贴合的用于支撑所述过滤层的透水性支撑体层，且所述透水性支撑体层的孔径和孔隙率分别大于所述过滤层的孔径和孔隙率。

5.根据权利要求4所述的污水处理系统，其中，所述透水性支撑体层与所述过滤层为一体结构。

6.根据权利要求4或5所述的污水处理系统，其中，所述透水性支撑体层的孔径沿所述透水性支撑体层的厚度方向从上到下逐渐减小。

7.根据权利要求4-6中任意一项所述的污水处理系统，其中，所述透水性支撑体层的孔径为150-900μm，孔隙率为40-50％。

8.根据权利要求4-7中任意一项所述的污水处理系统，其中，所述透水性支撑体层的厚度为8-20mm。

9.根据权利要求4-8中任意一项所述的污水处理系统，其中，所述透水性支撑体层为通过粘结剂将硅砂和/或覆膜硅砂粘结固化而成，所述硅砂和/或覆膜硅砂的平均粒径为100-900μm，所述粘结剂与所述硅砂和/或覆膜硅砂的重量比为2-15∶100。

10.根据权利要求1或9所述的污水处理系统，其中，所述粘结剂选自环氧树脂、聚偏氟乙烯树脂、水玻璃、酚醛树脂、丙烯酸树脂、聚胺脂树脂和硅酸盐水泥中的一种或多种。

11.根据权利要求1-10中任意一项所述的污水处理系统，其中，所述过滤板的直径和所述腔体的高度比为1∶2-8，所述腔体的上空间和下空间的高度比为1∶2-5。

12.根据权利要求1-11中任意一项所述的污水处理系统，其中，所述过滤板在所述腔体中的位置上下可调节。

13.根据权利要求1-12中任意一项所述的污水处理系统，其中，沿垂直于过滤板的方向，所述进水口位于所述过滤层和所述排泥口之间。

14.根据权利要求1-13中任意一项所述的污水处理系统，其中，所述进水口到所述过滤层之间与所述排泥口到所述过滤层之间的高度比为1∶1.2-1.6。

15.根据权利要求1-14中任意一项所述的污水处理系统，其中，所述腔体的下部为倒圆锥形。

16.根据权利要求1-15中任意一项所述的污水处理系统，其中，所述生物滤池单元包括一个或多个生物滤池，所述生物滤池包括反应池、填料和虹吸装置，所述填料和虹吸装置位于所述反应池中，所述填料的表面生长有微生物膜，所述填料用于去除水中的有机物、悬浮颗粒以及氨氮、铁、锰等污染物；所述虹吸装置包括落水筒和虹吸管，所述落水筒为上下开口的中空的筒状物，所述落水筒下部侧壁上具有多个小孔，所述落水筒用于将所述虹吸管包围在内，使所述虹吸管与所述填料间隔开，所述虹吸装置用于将经所述填料过滤后的水排出或排入下一个生物滤池。

17.根据权利要求16所述的污水处理系统，其中，所述填料为砂球、活性炭、膨胀珍珠岩、陶粒、沸石、分子筛和多孔塑料球中的一种或多种。

18.根据权利要求1-17中任意一项所述的污水处理系统，其中，所述第一过滤单元的数量为2，另一个所述第一过滤单元通过该另一个所述第一过滤单元的进水口与所述生物滤池单元流通连接，所述另一个所述第一过滤单元的过滤层的孔径小于所述一个所述第一过滤单元的过滤层的孔径。

19.根据权利要求18所述的污水处理系统，其中，所述另一个所述第一过滤单元的过滤层的孔径为100-500μm，孔隙率为40-50％。

20.根据权利要求1-19中任意一项所述的污水处理系统，其中，所述污水处理系统还包括消毒灭菌室，所述消毒灭菌室用于对水进行消毒灭菌，所述消毒灭菌室包括进水口和出水口，所述消毒灭菌室的进水口与所述另一个所述第一过滤单元的出水口流通连接。

21.根据权利要求20所述的污水处理系统，其中，所述消毒灭菌室采用臭氧进行消毒灭菌。

22.根据权利要求1-21中任意一项所述的污水处理系统，其中，所述污水处理系统还包括储水箱，所述储水箱位于所述一个所述第一过滤单元之上且具有进水口和出水口，所述储水箱的进水口与所述一个所述第一过滤单元的出水口流通连接，所述储水箱的出水口与所述生物滤池单元流通连接。

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