CN104058556A - 垂直流生物滴滤-水平流多介质土壤渗滤污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于生活污水分散式处理领域，涉及一种硝化、反硝化两相分离的污水处理系统，包括前段垂直流生物滴滤系统和处于前段下方的后段水平流多介质土壤渗滤系统。所述前段，包括布水砾石层、天然沸石填料层、排水砾石层、排水假底。所述后段，包括后段进水池、进水格栅、布水砾石层、天然沸石渗滤层、土壤模块层、密封土壤层、出水砾石层、出水格栅、后段出水池、出水池出水口。前段与后段进水池垂直间隔30～50cm。与以往二级多介质土壤渗滤系统相比，本系统后段采用水平流方法，有效提高水力停留时间；水平流淹没出水，改善厌氧环境，利于总氮去除。系统整体处理效果理想，不易堵塞，建造、运营成本低。

Description

垂直流生物滴滤-水平流多介质土壤渗滤污水处理系统

技术领域

本发明属于生活污水分散式处理领域，具体涉及到一种硝化、反硝化两相分段的污水处理系统。

背景技术

集中式污水处理中，在处理水部分回用的情况下，污水在城市管网中至少进行了三次输送，这种处理方式伴随着巨大的能量消耗，尤其对于居住比较分散的中小城市(镇)、广大农村及偏远地区而言，并不是一种经济适用的污水处理方式。目前国内外科学家都积极倡导污水分散式处理思想，即就地处理、就地回用，实现水平衡和水循环。污水的分散式处理理念已经越来越受到人们的重视。

作为一种比较理想的分散式污水处理系统——多介质土壤渗滤系统(multisoil layering treatment,MSL)是日本学者在20世纪90年代首次提出的。该系统将土壤渗滤系统分为混合模块层(soil mixture blocks,SMB)、渗滤层(permeable layers,PL)，其土壤模块呈砖块式交错堆叠，SMB层和PL层轮流交替排列，其内能形成多个好氧、厌氧环境促进污染物去除。系统中，进水通过毛细管作用能均匀渗滤到系统的PL层及SMB层，相对于传统土地处理系统，不仅可保持较大的水力负荷，还明显改善了的堵塞问题，处理效果明显。

已有的研究表明：在长期运行的情况下，MSL系统能持续保持对生活污水中BOD₅和总磷的高效去除。然而总氮(total nitrogen,TN)的去除则明显受到进水水质、通风情况及温度等的影响。尤其在有人工通风的情况下，TN去除率有较大下降，这主要是由于系统中硝酸盐氮的反硝化过程在好氧条件下受到抑制。另外，有学者提出由于系统水力停留时间不足，也会影响系统硝化、反硝化反应，降低TN的去除率。由此可见，改善系统条件以促进反硝化反应是提高土壤渗滤系统TN去除率的关键。

发明内容

针对传统MSL系统存在的问题，本专利发明人开发出一种新型的硝化、反硝化两相分段式污水处理系统——垂直流生物滴滤-水平流多介质土壤渗滤(MSL)污水处理系统，目的在于通过改善污水处理系统的反应条件以提高系统的处理效果，尤其是对TN的去除效果。首先，富含COD、氨氮的生活污水经过前段-垂直流生物滴滤系统，其中主要填充的是天然沸石，利用天然沸石的阳离子交换作用富集污水中的氨氮，并驯化出大量硝化菌群完成氨氮的高效硝化，同时保证该段出水COD不至于过低。从脱氮方面考虑，此段主要侧重于好氧硝化作用，由于系统采用间歇进水，有助于前段系统的复氧。随后，污水经过后段-水平流多介质土壤渗滤系统(MSL)，其中主要由混合模块层(SMB)、渗滤层(PL)组成，利用前段出水剩余COD及MSL系统混合模块中的天然有机物质作为反硝化碳源,完成COD和硝态氮的同步去除。从脱氮方面考虑，此段主要侧重于厌氧反硝化作用，由于后段系统采用水平流出水，延长水力停留时间；整个MSL系统处于淹没状态，改善了系统内厌氧环境，有利于后段系统的反硝化作用。本发明建造和运行成本低，能高效处理生活污水，尤其在总氮的去除效果上有所突破，适用于散户型和村镇小型生活污水的净化处理以及偏远地区污水的净化处理。

为达到上述技术效果，本发明具体技术方案如下：

垂直流生物滴滤-水平流多介质土壤渗滤(MSL)污水处理系统，包括前段-垂直流生物滴滤系统和位于前段-垂直流生物滴滤系统下方的后段-水平流多介质土壤渗滤系统(MSL)。所述前段-垂直流生物滴滤系统，包括大粒径天然沸石填料层、铺设在大粒径天然沸石填料层顶部的布水砾石层、铺设在大粒径天然沸石填料层底部的排水砾石层以及设置在排水砾石层下方的排水假底。所述后段-水平流多介质土壤渗滤系统(MSL)，包括后段进水池、进水布水格栅、进水布水砾石层、小粒径天然沸石渗滤层(PL)、土壤模块层(SMB)、密封土壤层、出水布水砾石层、出水布水格栅、后段出水池、后段出水池出水口。前段-垂直流生物滴滤系统与后段-水平流多介质土壤渗滤系统的进水池之间，垂直间隔为30～50cm。

作为优选，所述前段-垂直流生物滴滤系统中填充天然沸石，沸石粒径为3～5mm，有效处理长度为30～50cm，在去除COD的同时，主要发生氨氮吸附和硝化作用；

作为优选，所述前段排水假底到后段进水池的垂直距离为30～50cm,排水假底开孔率为20％～50％；

作为优选，所述后段水平流MSL系统采用水平流模式；

作为优选，所述后段水平流MSL系统采用淹没出水，整个MSL处于淹没状态；

作为优选，所述后段水平流MSL系统中土壤混合模块(SMB)由土壤、锯屑、铁屑按照干重比75:12.5:12.5均匀混合而成；

作为优选，所述后段水平流MSL系统中渗滤层(PL)采用天然沸石，沸石粒径为1～3mm；

作为优选，所述后段水平流MSL系统有效处理长度为30～50cm，有效处理高度为20～30cm；该段主要侧重于厌氧反硝化作用，最终同步去除COD、氨氮、硝氮等；

作为优选，所述后段出水池出水口高度高于后段MSL土壤密封层底部3～6cm；

作为优选，所述后段水平流MSL系统中密封土壤层层高为5～8cm；

作为优选，所述各段布水砾石层厚度为5～12cm；

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

(1)相对于传统的二级MSL系统，本发明系统具有更高的水力停留时间，有利于净化污水；

(2)相对于传统的二级MSL系统，本发明系统改善了厌氧环境，促进了系统反硝化作用，使得TN去除率有较大的提高；

(3)本发明系统传承了MSL系统良好的污水处理能力，在改善TN去除率的同时，保持了COD、TP的理想去除效果，不易堵塞并且运行稳定；

(4)本发明系统建造、运行成本低，能耗小，建造取材简易、操作简单；

附图说明

附图1是本发明垂直流生物滴滤-水平流多介质土壤渗滤污水处理系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1与实施例对本发明作进一步详细描述：

实施例1

垂直流生物滴滤-水平流多介质土壤渗滤(MSL)污水处理系统，包括前段-垂直流生物滴滤系统和处于前段-垂直流生物滴滤系统下方的后段-水平流多介质土壤渗滤系统(MSL)。所述前段-垂直流生物滴滤系统，包括大粒径天然沸石填料层1、铺设在大粒径天然沸石填料层1顶部的布水砾石层2、铺设在大粒径天然沸石填料层1底部的排水砾石层3以及设置在排水砾石层3下方的排水假底4，所述后段-水平流多介质土壤渗滤系统(MSL)，包括后段进水池5、进水布水格栅6、进水布水砾石层7、小粒径天然沸石渗滤层(PL)8、土壤模块层(SMB)9、密封土壤层10、出水布水砾石层11、出水布水格栅12、后段出水池13、后段出水池出水口14。

系统相关参数：(1)大粒径天然沸石填料层1所填充的沸石粒径为3～5mm；(2)小粒径天然沸石渗滤层(PL)8所填充的沸石粒径为1～3mm；(3)土壤模块层(SMB)9由土壤、锯屑、铁屑按照干重比75:12.5:12.5均匀混合而成；(4)前段-垂直流生物滴滤系统的排水假底4开孔率为30％，其与后段-水平流多介质土壤渗滤系统的进水池5之间垂直间隔为40cm；(5)后段出水池出水口14高度高于后段密封土壤层10底部3cm，出水口高度必须满足能够使后段MSL有效处理部位处于淹没状态；(6)布水砾石层2、排水砾石层3厚度为8cm；(7)进水布水砾石层7、出水布水砾石层11厚度为15cm；(8)密封土壤层10层高为6cm。承载整个系统的装置由有机玻璃制作而成，系统前段与后段一上一下按照图1所示方位放置在搭建的铁架上。前段系统总长度(垂直方向)46cm，有效处理长度即天然沸石填料层长度30cm，沸石粒径3～5mm。后段系统总长度(水平方向)60cm，有效处理高度26cm，有效处理长度30cm：其中SMB层由土壤、锯屑和铁屑按照干重比75:12.5:12.5均匀混合而成，层厚(水平方向)5cm；PL层由沸石填充，沸石粒径1～3mm，层厚(水平方向)2cm，共4层(SMB+PL)。

系统进水采用间歇进水模式，类似生物滤池的旋转布水器形式，由潜水泵提供动力，继电器进行控制。模拟生活污水由实验室用葡萄糖、氯化铵等配制，污水水质为COD＝200～350mg/L，NH₄ ⁺-N＝45～55mg/L，TN＝45～60mg/L，TP＝3～5mg/L。系统开始运行时以污水厂硝化污泥接种，以7天为周期，逐步调大进水负荷，驯化挂膜。系统稳定时，控制进水水力负荷为400～500L/(㎡·d)，检测其对污水COD、NH₄ ⁺-N、TN及TP的去除效果。

实验结果表明，系统运行稳定时，在上述进水水质及水力负荷条件下，依靠系统自然通风，能够实现对生活污水COD、NH₄ ⁺-N、TN及TP的稳定高效去除。污水COD、NH₄ ⁺-N、TN及TP去除率分别稳定达到91.5％、92.0％、89.1％、88.0％；相应的去除负荷分别为102.92、20.71、22.02、1.39g/(㎡·d)。

实施例2

垂直流生物滴滤-水平流多介质土壤渗滤(MSL)污水处理系统，包括前段-垂直流生物滴滤系统和处于前段-垂直流生物滴滤系统下方的后段-水平流多介质土壤渗滤系统(MSL)。所述前段-垂直流生物滴滤系统，包括大粒径天然沸石填料层1、铺设在大粒径天然沸石填料层1顶部的布水砾石层2、铺设在大粒径天然沸石填料层1底部的排水砾石层3以及设置在排水砾石层3下方的排水假底4，所述后段-水平流多介质土壤渗滤系统(MSL)，包括后段进水池5、进水布水格栅6、进水布水砾石层7、小粒径天然沸石渗滤层(PL)8、土壤模块层(SMB)9、密封土壤层10、出水布水砾石层11、出水布水格栅12、后段出水池13、后段出水池出水口14。

系统相关参数：(1)大粒径天然沸石填料层1所填充的沸石粒径为3～5mm；(2)小粒径天然沸石渗滤层(PL)8所填充的沸石粒径为1～3mm；(3)土壤模块层(SMB)9由土壤、锯屑、铁屑按照干重比75:12.5:12.5均匀混合而成；(4)前段-垂直流生物滴滤系统的排水假底4开孔率为40％，其与后段-水平流多介质土壤渗滤系统的进水池5之间垂直间隔为40cm；(5)后段出水池出水口14高度高于后段密封土壤层10底部3cm，出水口高度满足能够使后段MSL有效处理部位处于淹没状态；(6)布水砾石层2、排水砾石层3厚度为8cm；(7)进水布水砾石层7、出水布水砾石层11厚度为8cm；(8)密封土壤层10层高为6cm。承载整个系统的装置由有机玻璃制作而成，系统前段与后段一上一下按照图1所示方位放置在搭建的铁架上。前段系统总长度(垂直方向)60cm，有效处理长度即天然沸石填料层长度44cm，沸石粒径3～5mm。后段系统总长度(水平方向)60cm，有效处理高度26cm，有效处理长度44cm：其中SMB层由土壤、锯屑和铁屑按照干重比75:12.5:12.5均匀混合而成，层厚(水平方向)5cm；PL层由沸石填充，沸石粒径1～3mm，层厚(水平方向)2cm，共6层(SMB+PL)。

系统进水采用间歇进水模式，类似生物滤池的旋转布水器形式，由潜水泵提供动力，继电器进行控制。模拟生活污水由实验室用葡萄糖、氯化铵等配制，污水水质为COD＝200～350mg/L，NH₄ ⁺-N＝45～55mg/L，TN＝45～60mg/L，TP＝3～5mg/L。系统开始运行时以污水厂硝化污泥接种，以7天为周期，逐步调大进水负荷，驯化挂膜。系统稳定时，控制进水水力负荷为400～500L/(㎡·d)，检测其对污水COD、NH₄ ⁺-N、TN及TP的去除效果。

实验结果表明，系统运行稳定时，在上述进水水质及水力负荷条件下，依靠系统自然通风，能够实现对生活污水COD、NH₄ ⁺-N、TN及TP的稳定高效去除。污水COD、NH₄ ⁺-N、TN及TP去除率分别稳定达到92.9％、92.4％、90.0％、88.5％；相应的去除负荷分别为104.51、20.79、22.28、1.39g/(㎡·d)。

总之，以上所述仅为本发明较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。

Claims (4)

1.硝化、反硝化两相分离的两段式污水处理系统——垂直流生物滴滤-水平流多介质土壤渗滤污水处理系统，其特征在于：包括前段-垂直流生物滴滤系统和处于前段-垂直流生物滴滤系统下方的后段-水平流多介质土壤渗滤系统。所述前段-垂直流生物滴滤系统，包括大粒径天然沸石填料层(1)、铺设在大粒径天然沸石填料层顶部的布水砾石层(2)、铺设在大粒径天然沸石填料层底部的排水砾石层(3)以及设置在排水砾石层(3)下方的排水假底(4)，所述后段-水平流多介质土壤渗滤系统，包括后段进水池(5)、进水布水格栅(6)、进水布水砾石层(7)、小粒径天然沸石渗滤层(8)、土壤模块层(9)、密封土壤层(10)、出水布水砾石层(11)、出水布水格栅(12)、后段出水池(13)、后段出水池出水口(14)。

2.根据权利要求1所述的垂直流生物滴滤-水平流多介质土壤渗滤污水处理系统,其特征在于：所述后段水平流多介质土壤渗滤系统((5)～(14))采用水平流模式，水平流有效提高系统水力停留时间。

3.根据权利要求1所述的垂直流生物滴滤-水平流多介质土壤渗滤污水处理系统,其特征在于：所述后段水平流多介质土壤渗滤系统((5)～(14))采用淹没出水，系统处于淹没状态。

4.根据权利要求1所述的垂直流生物滴滤-水平流多介质土壤渗滤污水处理系统,其特征在于：所述后段水平流多介质土壤渗滤系统中有效处理长度较小，为30～50cm，所述有效处理部分为小粒径天然沸石渗滤层(8)和土壤模块层(9)。