CN103910465A - 一种微动力污水生物快滤系统及工艺 - Google Patents

Abstract

一种微动力污水生物快滤系统，包括依次连接的预处理池、程控快滤田和消毒反应池，所述的程控快滤田包括第一快滤田主体和第二快滤田主体，设置在快滤田主体中间的进水进气机构，以及对称设置在快滤田主体两侧的回流机构；所述进水进气机构上部与回流机构上部间设有互联互通的穿孔回流管；快滤田主体内填充有多层功能性滤料层，快滤田主体内壁上敷设有防渗PE膜。在曝气流程中利用水体充气时产生的气提效应，进水进气机构中的水自动溢流至回流机构，无需额外的耗电设备驱动水体循环，进一步降低了系统使用时的能耗成本。

Description

一种微动力污水生物快滤系统及工艺

技术领域

本发明涉及一种生活污水处理系统，尤其是涉及一种低能耗的微动力污水生物快速过滤系统及工艺，属于环境保护和污水处理工程技术领域。

背景技术

随着“新农村”建设和别墅、游乐小区的迅速发展，一种新型的分散式小型生活污水处理设施，成为了环保市场的新宠。目前常用的污水处理工艺，如生物滤池、接触氧化、SBR、土壤处理均不能很好的满足这一领域对于污水处理设施高标准、低能耗、低投资、免管理、少占地的特殊要求。

生物滤池技术由于过水时间很短，做不到氨氮的完全硝化，且无法进行反硝化，使得处理后水体的总氮无法达标；接触氧化和SBR虽然有氨氮完全硝化的条件，但污水C/N比先天不足，还是实现不了总氮达标。为了加强上述污水处理系统的生物过滤净化能力，通常需附加循环系统，采用电力驱动水体在污水系统内循环流动，经多次生物过滤以达到污水排放指标，同时还需大强度的进行鼓风曝气动作，且鼓风曝气设备占据整个系统约90%的能源消耗。这种技术方案耗电量巨大，每吨水耗电约在0.2～0.9kwh之间，按照每度电0.7元计算，处理一吨水的电费为0.14～0.63元，不算污水处理设备的其他损耗，仅电费一项就令起步阶段的新城镇无法承受，这也是各地农村污水处理设备建立起来又随之荒废弃用的重要原因之一。

因此，农村仍旧趋向使用传统的土壤处理技术。土壤处理虽然可达到现行的《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002的技术要求，但其需要水体停留时间很长，占地面积广，由于污水主要需要经土壤渗透进行处理，土壤处理技术受气候影响极大，雨季时土壤吸收大量雨水后处于饱和状态，冬季时土壤表层冻结，影响水体渗透，同时隔绝了空气；土壤中微生物在低温下活性也会降低，这也导致降低了污水处理效率，但污水的待处理量是不受气候变化而改变的，这对于污水处理和排放的管理工作带来极大的不便。此外，使用土壤处理技术时，污水处理场站的建立还需考虑地下水位的深浅，必须保证污水有足够深度的土壤进行净化处理，否则污水容易污染地下水质。

针对于目前“新农村”建设的客观环境和技术要求，急需一种能够适应当前农村发展状况的污水处理系统及工艺。

发明内容

本发明的目的：旨在提供一种结构简单，建设、使用、维护成本低，占地面积小的微动力污水生物快滤系统及工艺。

这种微动力污水生物快滤系统，包括依次连接的预处理池、程控快滤田和消毒反应池，其特征在于：所述的程控快滤田包括第一快滤田主体和第二快滤田主体，设置在快滤田主体中间的进水进气机构，以及对称设置在快滤田主体两侧的回流机构；所述进水进气机构上部与回流机构上部间设有互联互通的穿孔回流管；快滤田主体内填充有多层功能性滤料层，快滤田主体内壁上敷设有防渗PE膜。

所述预处理池内设有用于筛除固体杂质的粗、细格栅，所述粗格栅间隔尺寸为25～50mm，所述细格栅间隔尺寸为1mm。

所述预处理池内还设有分别与第一快滤田和第二快滤田对应的第一潜水泵和第二潜水泵。

所述进水进气机构为进水进气井或进水进气渠。

所述回流机构为回流井或回流渠。

所述进水进气机构和回流机构底部侧壁上均匀开设有通气孔。所述通气孔环绕设置在进水进气机构底部至0.4m高度区间内，所述通气孔孔径为20mm。

所述回流机构底部0.4m至1.0m高度区间内的侧壁上均匀开设有微孔，所述微孔孔径为6mm。

所述滤料层由上至下依次为粗砂层、细陶粒层、粗陶粒层和烧结高岭土颗粒层,滤料层之间敷设有无纺布起到阻隔滤料混杂的作用。

所述细陶粒层的陶粒直径为8～10mm，所述粗陶粒层的陶粒直径为20～30mm，所述烧结高岭土颗粒直径为40～80mm。

所述快滤田主体上表面敷设有不高于进水进气机构和回流机构上开口的耕土层。

所述穿孔回流管设置在耕土层之下的滤料层之间。

所述进气进水机构底部设有曝气头。

所述防渗PE膜厚度大于0.75mmd。

所述的污水生物快滤工艺主要包括以下步骤：

A、经预处理池的粗细格栅隔离杂物以及初沉工序预处理后的污水经潜污泵通过输水管输送至第一快滤田的进水进气机构上部，并从进水进气机构底部开孔流出，逐渐充满整个快滤田，直至达到快滤田中水位感应器预设的水位高度；

B、快滤田中水位感应器将水位讯号发送至PLC控制器，PLC控制器向第一潜水泵发出停机指令，同时向第二潜水泵发出开机指令，将预处理池中的污水继续输送至第二快滤田；

C、待处理的水体在第一快滤田进入水体间停流程，间停～2小时，；

D、间停流程结束后，PLC控制器向第一风机发出开机指令，风机将空气输送至进水进气机构底部的曝气头进行1.5～3小时的曝气流程，进水进气机构中的水体因曝气后容重降低从而导致水位升高，高于标准水位的污水经过穿孔回流管一边溢流到回流机构，一边通过穿孔回流管上的小孔下渗至滤料层；通过进水进气机构及对称设置在其两侧的回流机构利用曝气时的气提效应在滤料层中自动形成水循环，利用水循环形成的富氧区、缺氧区、厌氧区，带来同步的硝化反应、反硝化反应及短程反硝化反应；

E、曝气流程结束后，PLC控制器向风机发出停机指令，进入水体后停流程，水体在快滤田中静止1～2小时，；

F、后停流程结束后，PLC控制器发出指令打开排水阀将处理后的达标污水排放至消毒反应池，排水流程持续1～2小时，然后PLC控制器发出指令关闭排水阀；

G、第一快滤田排水结束后，若第二快滤田中的污水水位达到水位感应器预设高度，则PLC控制器向第二潜水泵发出停机指令，第二快滤田执行步骤C至F；同时PLC控制器向第一潜水泵发出开机指令，重新向第一快滤田输送污水；

H、重复步骤A至G，循环整个污水处理流程。各程序的运行时间可根据实际情况调整。

这种微动力污水生物快滤系统及工艺只有当过滤田中水体达到预设水位后，才启动曝气及后续污水处理流程，这种间断性运行方式比不论污水量大小均连续运行的工作方式相比较有效减少了系统能耗。在曝气流程中利用水体充气时产生的气提效应，进水进气机构中的水自动溢流至回流机构，无需额外的耗电设备驱动水体循环，进一步降低了系统使用时的能耗成本。在功能性填料充满快滤田的条件下，限制性曝气，以及气提效应形成的富氧、缺氧、厌氧区，带来同步硝化、反硝化及短程反硝化效应，相当于在缺氧条件下，去掉了污水中50%～60%的有机碳负荷，从而大幅度降低了好氧生化除碳所需的大量氧气需求，降低了鼓风曝气时所需的能量消耗。

此外，快滤田顶层敷设有一层耕土，根据快滤田所处地域的气候特点，可适当增减厚薄，保证快滤系统不受温度的影响，使快滤田中的微生物保持活性。同时，在耕土层还可进行农作物和景观植物的种植，不会占用宝贵的耕地资源，也美化了环境。及时将本系统设置在居民的密集居住区，也不会和普通水处理站点一样唐突，造成居民的反感。在快滤田内侧敷设的防渗膜，可保证快滤田内的污水不会污染地下水，使得这种污水生物快滤系统的建设不受地下水位的影响。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的系统平面图；

图2是本发明的渠式配水快滤田平面图；

图3是本发明的渠式配水快滤田剖面图；

图4是本发明的井式配水快滤田平面图；

图5是本发明的井式配水快滤田剖面图；

图6是本发明的水体静止示意图；

图7是本发明的气提效应水循环示意图；

图8是本发明的空池阶段示意图；

图9是本发明的进水阶段示意图；

图10是本发明的间停阶段示意图；

图11是本发明的曝气阶段示意图；

图12是本发明的后停阶段示意图；

图13是本发明的排水阶段示意图。

1-预处理池   2-快滤田  3-消毒反应池   4-穿孔回流管   5-回流渠   6-进水进气渠   7-防渗膜   8-烧结高岭土颗粒层   9-粗陶粒层10-细陶粒层   11-粗砂层   12-耕土层   13-回流井   14-进水进气井15-曝气前水位   16-曝气后水位   17-曝气头   18-排水阀   19-输水管。

具体实施方式

下面我们结合附图和具体的实例来对这种微动力污水生物快滤系统及工艺进一步的详细说明。

这种微动力污水生物快滤系统，包括依次连接的预处理池1、程控快滤田2和消毒反应池3，其特征在于：所述的程控快滤田2包括第一快滤田主体和第二快滤田主体，设置在快滤田主体中央的进水进气机构，以及对称设置在快滤田主体两侧的回流机构；所述进水进气机构上部与回流机构上部间设有互联互通的穿孔回流管4；快滤田主体内填充有多层功能性滤料层，快滤田主体内壁上敷设有防渗膜7。所述快滤田主体上表面敷设有不高于进水进气机构和回流机构上开口的耕土层12。所述穿孔回流管4设置在耕土层12与滤料层之间。

所述预处理池内设有用于筛除固体杂质的粗、细格栅，所述粗格栅间隔尺寸为25～50mm，所述细格栅间隔尺寸为1mm。所述预处理池内还设有分别与第一快滤田和第二快滤田对应的第一潜水泵和第二潜水泵。

进水时采用非连续进水方式，系统不设调节池，经预处理池1的粗细格栅隔离杂物以及初沉工序预处理后的污水，根据泵池的水位讯号，潜污泵将污水及时通过输水管19抽送至快滤田的上部并从进水进气机构流入快滤田，直至污水达到快滤田2中水位感应器预设的水位高度。

所述进水进气机构为进水进气井14或进水进气渠6。所述进水进气机构和回流机构底部侧壁上均匀开设有通气孔。所述通气孔环绕设置在进水进气机构底部至0.4m高度区间内，所述通气孔孔径为20mm。所述回流机构为回流井13或回流渠5。所述回流机构底部0.4m至1.0m高度区间内的侧壁上均匀开设有微孔，所述微孔孔径为6mm。

潜水泵将污水通过输水管从进水进气井14或进水进气渠6的上开口导入至快滤田2中，随着污水不断被导入，待处理的污水从快滤田2的底部逐渐上升，直至将滤料均浸润在水体中。所述滤料层由上至下依次为粗砂层11、细陶粒层10、粗陶粒层9和烧结高岭土颗粒层8。所述细陶粒层10的陶粒直径为8～10mm，所述粗陶粒层9的陶粒直径为20～30mm，所述烧结高岭土颗粒层8的颗粒直径为40～80mm。滤料层之间敷设有无纺布起到阻隔滤料混杂的作用。随着水位由下往上提升，滤料层由粗到细对污水进行过滤净化。

在进水时不对水体进行曝气，以求在厌氧环境中发生水解和反硝化反应。

水解酸化的结果能提高污水的B/C比,改善污水的可生化性，氨化菌能把含氮的有机物转化为氨态氮，以备后续的氨氧化，聚磷菌脱磷，为功能性填料对磷的吸收和氧化，为总磷达标创造有利条件。

同时，水体中也发生了反硝化反应，强化曝气进行硝化反应后，占总容量50%的填料上大量附着的硝化菌也吸附了亚硝酸盐和硝酸盐。硝化菌利用进水水体携带的有机碳，对亚硝酸盐和硝酸盐进行还原脱氮。而且进水水体中所含的有机碳浓度，不像SBR或A²O工艺那样被存流水或回流水稀释，可以保持较高的C/N比，具有较强的反应动力，从而获得较高的反硝化效率。

在空池进水阶段，由于空池过程中的复氧作用，相当于曝气，会发生好氧的生物降解，为接下来的曝气生化反应有效地减轻有机负担。

当污水水位到达预设值后，快滤田2中水位感应器将水位讯号发送至PLC控制器，PLC控制器向第一潜水泵发出停机指令，同时向第二潜水泵发出开机指令，将预处理池中的污水继续输送至第二快滤田，水体在第一快滤田中间停2小时，进入水体间停流程，保证全部进水都能充分完成水解、氨化、脱磷及反硝化反应。

所述进气进水机构底部设有曝气头17。

间停流程结束后，PLC控制器向第一风机发出开机指令，风机将空气输送至进水进气机构底部的曝气头进行1.5～3小时的曝气流程，进水进气机构中的水体因曝气后容重降低从而导致水位升高，高于标准水位的污水经过穿孔回流管一边溢流到回流机构，一边通过穿孔回流管上的小孔下渗至滤料层；通过进水进气机构及对称设置在其两侧的回流机构利用曝气时的汽提效应在滤料层中自动形成水循环，利用水循环形成的富氧区、缺氧区、厌氧区带来同步的硝化反应、反硝化反应及短程硝化反应。

曝气流程为有机碳降解、COD达标和氨氮硝化的主要工序，在此工序中，有机碳消耗殆尽，氨氮全部被氧化成NO₂-N和NO₃-N。也是水体中的磷酸盐与功能性填料间发生化学反应，生成铝、铁的磷酸盐不溶物的重要阶段。

曝气流程中，根据距离进水进气井或净水进气渠的距离不同，水体中溶解氧的浓度也有高低之分。近处DO在2～5mg/L之间，远处在0.2～0.5mg/L以下，在水体循环中自动形成离曝气头较近的富氧区和离曝气头较远的缺氧区，因此水体中同时在富氧区发生硝化反应而在缺氧区发生反硝化反应，以及短程硝化反应，部分还没有氧化成NO₃-N的NO₂-N直接还原成N₂。对于利用有限的有机碳源，完成反硝化、实现总氮达标起着非常关键的作用。极高的反应效率也有效缩短了反应时间，降低了能耗需求。

曝气流程结束后，PLC控制器向第一风机发出停机指令，水体在快滤田中静止1～2小时，进入水体后停流程。此间可以利用残余的有机碳和填料中的部分缓释有机碳源，完成对残余氮氧化物的反硝化还原，吸附在填料上的好氧微生物，利用已有的溶解氧，还可以延续有机物的降解和硝化。

后停流程结束后，PLC控制器发出指令打开排水阀将处理后的达标污水排放至消毒反应池，排水流程持续1～2小时，然后PLC控制器发出指令关闭排水阀。

第一快滤田排水结束后，若第二快滤田中的污水水位达到水位感应器预设高度，则PLC控制器向第二潜水泵发出停机指令，第二快滤田执行步骤C至F；同时PLC控制器向第一潜水泵发出开机指令，重新向第一快滤田输送污水

通过需要处理的污水量进行计算，可适当设计快滤田的容积大小，通过两个快滤田循环交替运行，持续对污水来水进行处理，不会因为单独一个快滤田进行污水处理时，发生需要暂停污水进水的情况。根据实际污水处理量的大小和地理情况，可设计多个快滤田交替运行，但至少需要两个快滤田以保证污水处理不间断运行，设计多个快滤田的好处还在于其备份作用，当一块过滤田需要维修或保养时，其污水处理量可分配给其他过滤田，不会致使整个过滤系统停止工作。

Claims (14)

1.一种微动力污水生物快滤系统，包括依次连接的预处理池、程控快滤田和消毒反应池，其特征在于：所述的程控快滤田包括第一快滤田主体和第二快滤田主体，设置在快滤田主体中央的进水进气机构，以及对称设置在快滤田主体两侧的回流机构；所述进水进气机构上部与回流机构上部间设有互联互通的穿孔回流管；快滤田主体内填充有多层功能性滤料层，快滤田主体内壁上敷设有防渗PE膜。

2.如权利要求1所述的一种微动力污水生物快滤系统，其特征在于：所述预处理池内设有用于筛除固体杂质的粗、细格栅，所述粗格栅间隔尺寸为25～50mm，所述细格栅间隔尺寸为1mm。

3.如权利要求2所述的一种微动力污水生物快滤系统，其特征在于：所述预处理池内还设有分别与第一快滤田和第二快滤田对应的第一潜水泵和第二潜水泵。

4.如权利要求1所述的一种微动力污水生物快滤系统，其特征在于：所述进水进气机构为进水进气井或进水进气渠。

5.如权利要求1所述的一种微动力污水生物快滤系统，其特征在于：所述回流机构为回流井或回流渠。

6.如权利要求4所述的一种微动力污水生物快滤系统，其特征在于：所述进水进气机构和回流机构底部侧壁上均匀开设有通气孔。所述通气孔环绕设置在进水进气机构底部至0.4m高度区间内，所述通气孔孔径为20mm。

7.如权利要求5所述的一种微动力污水生物快滤系统，其特征在于：所述回流机构底部0.4m至1.0m高度区间内的侧壁上均匀开设有微孔，所述微孔孔径为6mm。

8.如权利要求1所述的一种微动力污水生物快滤系统，其特征在于：所述滤料层由上至下依次为粗砂层、细陶粒层、粗陶粒层和烧结高岭土颗粒层,滤料层之间敷设有无纺布起到阻隔滤料混杂的作用。

9.如权利要求8所述的一种微动力污水生物快滤系统，其特征在于：所述细陶粒层的陶粒直径为8～10mm，所述粗陶粒层的陶粒直径为20～30mm，所述烧结高岭土颗粒直径为40～80mm。

10.如权利要求1所述的一种微动力污水生物快滤系统，其特征在于：所述快滤田主体上表面敷设有不高于进水进气机构和回流机构上开口的耕土层。

11.如权利要求1所述的一种微动力污水生物快滤系统，其特征在于：所述穿孔回流管设置在耕土层之下的滤料层之间。

12.如权利要求1所述的一种微动力污水生物快滤系统，其特征在于：所述进气进水机构底部设有曝气头。

13.如权利要求1所述的一种微动力污水生物快滤系统，其特征在于：所述防渗PE膜厚度大于0.75mmd。

14.一种微动力污水生物快滤工艺，其特征在于：所述的污水生物快滤工艺主要包括以下步骤：

A、经预处理池的粗细格栅隔离杂物以及初沉工序预处理后的污水经潜污泵通过输水管输送至第一快滤田的进水进气机构上部，并从进水进气机构底部开孔流出，逐渐充满整个快滤田，直至达到快滤田中水位感应器预设的水位高度；

B、快滤田中水位感应器将水位讯号发送至PLC控制器，PLC控制器向第一潜水泵发出停机指令，同时向第二潜水泵发出开机指令，将预处理池中的污水继续输送至第二快滤田；

C、待处理的水体在第一快滤田进入水体间停流程，间停～2小时，；

D、间停流程结束后，PLC控制器向第一风机发出开机指令，风机将空气输送至进水进气机构底部的曝气头进行1.5～3小时的曝气流程，进水进气机构中的水体因曝气后容重降低从而导致水位升高，高于标准水位的污水经过穿孔回流管一边溢流到回流机构，一边通过穿孔回流管上的小孔下渗至滤料层；通过进水进气机构及对称设置在其两侧的回流机构利用曝气时的气提效应在滤料层中自动形成水循环，利用水循环形成的富氧区、缺氧区、厌氧区，带来同步的硝化反应、反硝化反应及短程反硝化反应；

E、曝气流程结束后，PLC控制器向风机发出停机指令，进入水体后停流程，水体在快滤田中静止1～2小时，；

F、后停流程结束后，PLC控制器发出指令打开排水阀将处理后的达标污水排放至消毒反应池，排水流程持续1～2小时，然后PLC控制器发出指令关闭排水阀；

G、第一快滤田排水结束后，若第二快滤田中的污水水位达到水位感应器预设高度，则PLC控制器向第二潜水泵发出停机指令，第二快滤田执行步骤C至F；同时PLC控制器向第一潜水泵发出开机指令，重新向第一快滤田输送污水；

H、循环交替执行步骤A至G，实现整个污水处理过程的不间断运行。