CN104998446B - 一种用于厨房废水净化的水平式快速过滤系统 - Google Patents
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Abstract
一种用于厨房废水净化的水平式快速过滤系统，由上端开口的储水系统、上端开口的槽式净化系统和上端开口的尾水收集系统组成，储水系统在水平方向上依次与槽式净化系统和尾水收集系统相连通，本系统占地面积小，适合家庭厨房废水的净化，净化效果好，将有助于降低进入化粪池的废水量，从而增加化粪池粪污中营养物质的浓度，改善粪污的农用价值，有利于减少污染物排放的同时，实现资源的循环利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种生活废水净化系统，尤其适合家庭厨房生活废水的净化，具体说的是一种用于厨房废水净化的水平式快速过滤系统。
背景技术
粪肥曾经是我国传统农业的重要肥源。现代家庭生活广泛使用卫浴设施，家庭生活废水往往统一通过化粪池进行排放，这一生活污水处理方案极大地稀释了粪肥的养分浓度，使得家庭生活所生产的粪肥失去使用价值。
家庭生活中所产生的废水中，厨房废水占有很大比重。如果能够在家庭的水平上实现对厨房废水的净化，不但可以减少进入化粪池的废水量，从而提高化粪池中粪肥的养分浓度，也可有效降低家庭生活废水排放量，有利于减轻家庭生活的环境效应。
传统适用于家庭生活污水净化的方案主要包括垂直流人工湿地、厌氧发酵罐等技术。垂直流人工湿地强制污水以垂直方向流经人工湿地，有效降低了人工湿地的占地面积；但由于对水流的垂向流动方向的限制，污水在人工湿地中的流程短，如果不对流速进行限制，以增加污水在人工湿地中的停留时间，就难以获得较好的净化效果。因此，垂直流人工湿地需要在净化效率与占地面积之间进行协调，而结果往往导致最终设施的占地面积较大，并不适宜家庭生活污水的处理。家庭式厌氧发酵罐在一些发达国家使用较多，多用于单家独院的生活污水处理。由于采用厌氧发酵，罐体埋设在地表以下，不占用地面面积，在家庭生活污水净化过程中有很大的优势。然而，该设置对污水中营养盐的去除机制主要依赖微生物固定，因此对污水中磷的去除效果不佳，而磷是地表水水质管理中的关键因子，是导致水体富营养化的关键营养盐。
在有机物质的矿化分解过程中，有氧分解往往较厌氧分解速度快。人工湿地和厌氧发酵罐都是主要依靠厌氧发酵对有机物质进行净化的，因此其设施体积往往比较大。厨房废水中主要是悬浮颗粒有机物质、水溶性易分解有机物。如果能有效地把这些有机物质从废水中分离出来，让它们暴露在富氧的环境下，就有可能实现即快速实现厨房废水的净化，又快速净化所截流的COD。为此，以潜流式人工湿地的设计原理为基础，以“污染物分离-有氧分解”这一理念为指导，设计了一种新的用于厨房废水净化的快速过滤系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于厨房废水净化的水平式快速过滤系统，快速有效的净化厨房污水。
为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：一种用于厨房废水净化的水平式快速过滤系统，由上端开口的储水系统、上端开口的槽式净化系统和上端开口的尾水收集系统组成，储水系统在水平方向上依次与槽式净化系统和尾水收集系统相连通，储水系统为内置有直径大于3cm的卵石构成的初级过滤系统，槽式净化系统为内置有厚度为14-22cm的煤渣构成的次级过滤系统，尾水收集系统为内置有透水率为0.288 cm /d的细沙构成的三级过滤系统，在储水系统上设有进水端，进水端的高度为15-25cm，在尾水收集系统上设有出水端。
本发明所述的煤渣构成的煤渣段的长度为1.5m。
本发明所述的细沙构成的细沙段的长度为0.3m。
本发明细沙段的高度与进水端的高度一致。
本发明所述的储水系统内还置有过滤颗粒。
本发明的有益效果是：该净化系统的突出优势，占地面积小，适合家庭厨房废水的净化，净化效果好。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图中：1、储水系统，2、槽式净化系统，3、尾水收集系统，4、进水端，5、出水端。
具体实施方式
如图所示，该厨房废水净化系统由三部分组成：储水系统、槽式净化系统、尾水收集系统（见图1）。
（1）储水系统，主要由进水端段构成，由粗颗粒构成，对颗粒大小并无严格要求，一般要求直径大于3 cm的卵石，也可不加颗粒，主要作用在于储水，以构造进水段的水位高度，形成水势，以推动水流流经净化系统。进水端水位高度的取值在整个净化系统中有决定作用，取值不当，将使净化系统失效。因为，当进水端水位高度过低，则形不成足够的水势头，在槽式净化段就难以形成足够的水位，则槽式净化段的基质将有很大部分接触不到污水，这样系统的利用率不高，难以实现减小体积的作用；而一旦水势头（进水段水位）取值过高，则槽式净化段水位过高，所填充的基质层过后，即使水位落干，空气中的氧也难以穿透整个基质层，从而在槽式净化段的底层形成缺氧区，也降低系统的净化效果，还因为厌氧发酵，产生臭味。本系统通过优化计算，取值在15-25 cm。
储水系统段的长度和宽度没有严格的限制，其长度可取20 cm左右，宽度可以根据需要自行决定。
（2）槽式净化系统，主要由槽式净化段构成，基质的填充物用普通煤渣，因此也可称为煤渣段。煤渣段是污水净化的主要场所，因此其厚度的设计决定了系统净化效率和臭味抑制的效果。然而这一段的厚度被动地决定于进水系统段水势头的设计、尾水收集系统段基质的选择。因此，需要根据槽式净化系统的净化要求，对进水系统、尾水收集系统进行设计。我们通过实验确定，槽式净化系统段煤渣层的厚度取值在14-22 cm可以获得最佳效果。煤渣段的长度为1.5 m。
（3）尾水收集系统，该系统决定了污水在煤渣层中停留时间。时间过短，污水中的污染物难以有效扩散到煤渣层中，为煤渣层所吸附固定；过长，则难以实现净化系统快速净化的设计初衷。我们通过优化计算，选择透水率为0.288 cm/d的细沙。由于尾水收集系统由细沙构成，因此也称为细沙段。为防止溢水，细沙段的高度取值与进水段一致。细沙段的长度为0.3 m。
实现方法：
（1）对三口之家，设计如下净化系统：进水段长20 cm、宽20 cm；煤渣段长1.5 m，宽20 cm；细沙段长30 cm、宽20 cm。厨房废水由进水端进入净化系统，经过煤渣段和细沙段，流出净化系统。白天随着厨房用水，系统对废水进行净化，晚上系统中水流落干，污染物被净化分解。经过连续使用8个月后，在第9个月我们对净化系统进水、出水中的COD、TN、TP的浓度与净化率进行了测定与计算，结果如下。根据《污水综合排放标准》GB8978-88，COD允许排放的一级标准为100 mg-O L-1，二级标准为150 mg-O L-1。排放标准未规定TP的运行排放浓度，但规定了磷酸根的允许排放浓度，其中一级标准0.5 mg-P L-1，二级排放标准为1 mg-P L-1。对于硝酸盐没有规定，一级标准中对于氨氮要求不高于15 mg-N L-1，二级标准中25mg-N L-1。参照该标准，处理前厨房废水中COD、TP分别超标（一级标准）1.9、4.1倍；净化后，COD仅为排放标准的50%、而TP已经接近允许的磷酸根排放标准。因此，该净化系统是有效的。
在地表水水质管理中，COD、TP是两项重要指标。COD将导致水体中溶解氧的耗竭；TP是富营养化的关键控制因子。本系统的净化出水完全符合污水综合排放标准，其出水不会引起浮游藻类的生长。
表1为第9个月净化系统进水、出水中COD（mg-O L-1）、TN（mg-N L-1）、TP（mg-P L-1）
浓度及去除率（%）
| 测定项目 | 厨房废水浓度 | 净化出水浓度 | 净化率（%） |
| COD | 190.6 | 48.9 | 74.3 |
| TN | 29.0 | 27.0 | 7.0 |
| TP | 2.08 | 0.59 | 71.6 |
注：进水为239个样的平均值，出水为403个样的平均值。TN的测定中，进水中为有机氮，出水中绝大部分为硝酸根。
该快速过滤系统虽然也可以归为人工湿地的设计，但与传统人工湿地在设计原理、结构与运行特点上都有很大的区别：首先，在原理上，传统人工湿地是通过深厚的基质层创造厌氧环境，以植物的根在基质层中的分布，创造一个以植物根为中心的微小根际好氧环境，污染物在不断穿过“好氧-厌氧”相间的网络空间，实现污染物的净化；而本快速净化系统则根据厨房废水特点，直接分离废水中的污染物-有机质，而后通过好氧环境对这些有机质进行好氧分解，实现污染物的净化，在这一过程中，基质层对污染物的拦截和吸附能力得到再生。其次，在结构上，典型人工湿地采用多层基质叠加构成，其最上层采用耕作土壤作为基质，供植物生长，其下填充煤渣、碎石、壤土等较细的颗粒物，以营造微生物和作物根系生长的空间，透水能力一般设计的较小，最下面是鹅卵石、大颗粒碎石等粗颗粒物质，其作用是透水，以利于污水通过该层遍布于人工湿地，或者收集净化后的出水（如在垂直流人工湿地中）；本净化系统采用在垂直方向采用单一基质层，而在水平方向采用多种基质层。本系统所采用的这种结构，一方面可以简化在构造处理系统时的工作，在填充基质层时，不需要为了控制不同层的厚度而反复测量；另一方面，采用同一种基质，有利于采用最有利的基质材料，从而扩大基质层在净化中的作用，降低无效层所占体积。在传统人工湿地中，底层的碎石、卵石，主要作用是增加透水性，在污水净化中的效果是较差的。这些用于透水的基质层的存在，导致有效体积降低。而在本系统中，水平方向采用三种基质，垂直方向只有一种基质，在各段基质所起的作用明确，有利于提高系统的净化效率。第三，从运行特点看，人工湿地的结构特点决定了人工湿地中的基质，一旦处于稳定的运行状态，除了表层以外，其他层都是布满水的，处于稳定的好氧或厌氧环境中；本净化系统则采用单一过滤层，过滤层总是处于“充水-落干”的循环中，基质层也处于“淹水-落干暴露于空气中”的循环中，过滤层处于淹水状态时，基质层可以有效地从污水中吸附收集水溶性有机物质，从而在基质层表面进行富集；在落干后，由于水的排干，从而使基质层把外部的空气抽吸到基质内，把基质表面吸附的有机质暴露在富氧的环境中，促进有机物质分解。因为，相比于通过水层扩散，氧分子直接通过孔隙扩散要快的多。正因为此，本系统的净化效率相对较高，本系统采用了很薄的基质层，空气可以扩散到基质层的底层；这样，传统上人工湿地的净化原理，在这里将不再适用。
Claims (4)
1.一种用于厨房废水净化的水平式快速过滤系统，其特征在于：由上端开口的储水系统（1）、上端开口的槽式净化系统（2）和上端开口的尾水收集系统（3）组成，储水系统（1）在水平方向上依次与槽式净化系统（2）和尾水收集系统（3）相连通，储水系统（1）为内置有直径大于3cm的卵石构成的初级过滤系统，槽式净化系统（2）为内置有厚度为14-22cm的煤渣构成的次级过滤系统，尾水收集系统（3）为内置有透水率为0.288 cm /d的细沙构成的三级过滤系统，细沙段的高度与进水端的高度一致，在储水系统（1）上设有进水端（4），进水端的高度为15-25cm，在尾水收集系统上设有出水端（5）。
2.如权利要求1所述的一种用于厨房废水净化的水平式快速过滤系统，其特征在于：所述的煤渣构成的煤渣段的长度为1.5m。
3.如权利要求1所述的一种用于厨房废水净化的水平式快速过滤系统，其特征在于：所述的细沙构成的细沙段的长度为0.3m。
4.如权利要求1所述的一种用于厨房废水净化的水平式快速过滤系统，其特征在于：所述的储水系统（1）内还置有过滤颗粒。
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