CN106348441A - 碳氮分离式底部进水人工快速渗滤系统及其污水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及污水废水处理技术领域，具体为碳氮分离式底部进水人工快速渗滤系统及其污水处理方法，渗滤筒下半部为厌氧反硝化段，上半部为好氧硝化段；厌氧反硝化段包括下砾石承托层、厌氧渗滤层，厌氧反硝化段顶部有孔板，孔板上方为好氧硝化段，好氧硝化段包括上砾石承托层、好氧硝化渗滤层；厌氧反硝化段上端与配水池连通，好氧硝化段上方与出水停留池连通，下砾石承托层与出水停留池连通。该系统改变了污水的进水方式、增加了饱水层和改变了滤料成分，使系统对碳氮分别吸附无需外加碳源，强化了系统的硝化作用并为反硝化作用提供了外部条件提高了系统对总氮的去除率。

Description

碳氮分离式底部进水人工快速渗滤系统及其污水处理方法
技术领域
本发明涉及污水废水处理技术领域，具体为碳氮分离式底部进水人工快速渗滤系统及其污水处理方法。
背景技术
随着国家工农业的飞速发展，城乡一体化的不断推进，水资源短缺和水污染现象严重成为全国各地面临的主要难题之一。传统污水处理技术大多能处理污水中COD、悬浮物等物质，但是对氮和磷效果不明显，最新公布的消息显示，磷、氮已经分别排在污水危害物质排行榜的第3、第4位。据不完全统计，近6年我国地下水中硝态氮含量剧烈猛增，局部地区上升10倍以上，而且仍保持着高增长趋势。近10年来我国乡镇上的水污染也是愈演愈烈，缺乏建设资金和缺乏适合中小城镇、农村地区实际的污水处理技术使得其势头仍没有被遏制住。
目前，我国城市生活污水常用处理工艺，如SBR法、UNITANK法、氧化沟法、AB法、A/O法、A/A/O法、生物滤池法、生物转盘法、生物接触氧化法、生物流化床法等，都各自存在一些难以克服的缺点。主要体现在以下几方面：1基建投资和运行费用高；2操作复杂，难以管理；3产生大量的污泥，给环境重新造成潜在的危害；4传统的污水二级生物处理方法可以有效的去除SS和COD等，但是对氮、磷等营养物质的去除率较低（20%-50%）；5废水生物处理方法一般驱动消耗较大，单位污水处理成本高。目前仍缺一种方便与农村地区推行的污水处理技术。
人工快速渗滤系统(Constructed Rapid Infiltration，简称CRI)为土地处理的一种类型，它是指有控制地将污水投配于人工构筑的渗滤介质的表面，使其在向下渗透的过程中经历不同的物理、化学和生物作用，最终达到净化污水的目的。CRI系统借鉴了污水快速渗滤土地处理系统和人工构造湿地系统的优点，并发展成为更高效、更廉价、占地面积更小的新型污水处理技术。
专利号为ZL200410073951.8，名为“人工快速渗滤污水处理系统装置”的发明专利，公开了一种人工快速渗滤污水处理系统，它由隔栅池、预沉池和快渗池组成。其中快渗池分两层，底部为垫层，填粒径为30-40mm的卵石或碎石，垫层上部100mm为反滤层，填料为鹅卵石，垫层底部设集水管。但经该人工快速渗滤系统占地面积大，且处理的生活污水总氮指标达不到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A标。这是将人工快速渗滤系统在广大农村推广应用必须解决的一个技术难题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种碳氮分离式底部进水人工快速渗滤系统及其污水处理方法，具体的技术方案为：
碳氮分离式底部进水人工快速渗滤系统，包括配水池、渗滤筒、出水停留池；
所述的渗滤筒下半部为厌氧反硝化段，上半部为好氧硝化段；所述的厌氧反硝化段的最底层为下砾石承托层，下砾石承托层上方为厌氧渗滤层，厌氧反硝化段顶部有孔板，孔板上方为好氧硝化段，所述的好氧硝化段底部为上砾石承托层，上砾石承托层上方为好氧硝化渗滤层；所述的厌氧反硝化段上端通过进水管与配水池连通，厌氧反硝化段上端还连接有溢流管；所述的好氧硝化段上方出口通过回流水管与出水停留池连通，回流水管上连接有提升泵；所述的下砾石承托层通过厌氧段高位出水管与出水停留池连通；所述的出水停留池有出水管。
所述的孔板下方设置挡板可控制孔板的出水。
所述的进水管、出水管和厌氧段高位出水管上分别安装有止水阀。
厌氧渗滤层的滤料，由轮胎颗粒与天然河沙按照质量比90：10组成：组成；好氧硝化渗滤层滤料，由沸石与天然河沙按照质量比65；35组成。
碳氮分离式底部进水人工快速渗滤系统的污水处理方法，包括以下过程：废水先通过进水管进入厌氧渗滤层进行第一次过滤，对废水中有机物进行截留；经厌氧渗滤层过滤的废水进入出水停留池；出水停留池的第一次过滤出水通过提升泵提升进入好氧硝化渗滤层对废水中氨氮进行吸附并且冲出硝态氮；好氧硝化渗滤层通过硝化作用将吸附的氨氮转化为硝态氮；高硝出水通过孔板进入厌氧渗滤层与之前吸附的有机物进行反硝化作用；最后将干净的出水通过出水管排出系统。
传统CRI系统中氨氧化作用和硝化作用只是改变了氮的形态（将进水中的有机氮和氨氮通过硝化作用转化为硝态氮），硝化作用很强而反硝化作用很弱，咎其原因是缺少厌氧环境和反硝化所需要的碳源。传统污水处理中的反硝化是反硝化菌在厌氧环境下和有机碳源的支持下，将硝态氮还原为氮气，同时产生二氧化碳。
本发明提供的碳氮分离式底部进水人工快速渗滤系统及其污水处理方法，从增加厌氧环境、增加厌氧段有机碳源、改变滤料实现碳氮的部分分离改变废水C/N强化好氧段自养硝化和亚硝化细菌的思路。1、增加厌氧环境：在厌氧渗滤层增设500mm的饱水层提供厌氧环境。2、增加厌氧段有机碳源：通过污水预先流经厌氧渗滤层使污水中的有机物被截留和吸附很大部分。3、改变滤料实现碳氮分离：厌氧渗滤层采用轮胎颗粒与石英砂这两种对有机物截留吸附很强但对氨氮吸附很弱的滤料，实现碳氮的初步分离，一方面可以使反硝化出水中氨氮不会因为厌氧段对原废水氨氮吸附而导致出水氨氮增高超标，另一方面可以改变好氧段进水C/N从而使好氧高硝段亚硝酸和硝酸细菌等自养型细菌处于优势地位；好氧渗滤层采用沸石与天然河沙混合滤料增强了渗滤层对氨氮的截留吸附从而进一步加强硝化作用。本发明改变了污水的进水方式、增加了饱水层和改变了滤料成分，使系统对碳氮分别吸附无需外加碳源，强化了系统的硝化作用并为反硝化作用提供了外部条件提高了系统对总氮的去除率。
CRI系统决定总氮去除率的决定性因素是反硝化的进行程度，而硝化作用通常比较充分，厌氧段截留的有机物可为反硝化提供碳源，其对氧气的消耗也可以厌氧段更好地保持厌氧环境。这种进水方式对原水的有机碳利用率也高（近100%），在原水C/N比较高的情况下，无需添加碳源即可运行，总氮去除率高，可达90%，完全达到污水排放标准，后期仅投入少量电费。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，碳氮分离式底部进水人工快速渗滤系统，包括配水池1、渗滤筒、出水停留池10；
所述的渗滤筒下半部为厌氧反硝化段，上半部为好氧硝化段；所述的厌氧反硝化段的最底层为下砾石承托层2，下砾石承托层2上方为厌氧渗滤层5，厌氧反硝化段顶部有孔板6，孔板6上方为好氧硝化段，所述的好氧硝化段底部为上砾石承托层4，上砾石承托层4上方为好氧硝化渗滤层7；所述的厌氧反硝化段上端通过进水管3与配水池1连通，厌氧反硝化段上端还连接有溢流管13；所述的好氧硝化段上方出口通过回流水管8与出水停留池10连通，回流水管8上连接有提升泵9；所述的下砾石承托层2通过厌氧段高位出水管12与出水停留池10连通；所述的出水停留池10有出水管11。
所述的孔板6下方设置挡板可控制孔板的出水。
所述的进水管3、出水管11和厌氧段高位出水管12上分别安装有止水阀。
厌氧渗滤层5的滤料，由轮胎颗粒与天然河沙按照质量比90：10组成；好氧硝化渗滤层7滤料，由沸石与天然河沙按照质量比65；35组成。
该系统采用不同于常规CRI系统的滤料和级配，厌氧渗滤层滤料，采用轮胎颗粒与天然河沙组合，这种滤料组合能对废水中有机物大量的吸附为反硝化提供碳源并且对氨氮的吸附很少能够减少出水的氨氮；好氧硝化层滤料，采用沸石与天然河沙的组合，这种滤料对氨氮的吸附具有很大的提升有利于提高硝化作用，进入好氧硝化层的废水有机物含量很少，有利于使亚硝酸细菌与硝酸细菌等自养型细菌处于优势地位，能够进一步提升硝化作用。
碳氮分离式底部进水人工快速渗滤系统的污水处理方法，包括以下过程：废水先通过进水管3进入厌氧渗滤层5进行第一次过滤，对废水中有机物进行截留；经厌氧渗滤层5过滤的废水进入出水停留池10；出水停留池10的第一次过滤出水通过提升泵9提升进入好氧硝化渗滤层7对废水中氨氮进行吸附并且冲出硝态氮；好氧硝化渗滤层7通过硝化作用将吸附的氨氮转化为硝态氮；高硝出水通过孔板6进入厌氧渗滤层5与之前吸附的有机物进行反硝化作用；最后将干净的出水通过出水管11排出系统。
其处理过程具体分解：
过程1、有机物厌氧段吸附阶段
打开进水管3的止水阀，开始厌氧段布水200mm，废水从厌氧段高位出水管12流入出水停留池10中，废水进入以轮胎颗粒和天然河沙为滤料的厌氧渗滤层5中，因为滤料对有机物的选择性大量吸附，从而使有机物大量的停留在厌氧渗滤层5中，对氨氮吸附的量很少，从而使反硝化出水中氨氮不会因为厌氧段对原废水氨氮吸附而导致出水氨氮增高超标。
过程2、厌氧段出水回灌阶段
待厌氧渗滤层5渗滤完毕，用提升泵9将第一次厌氧段出水回灌到好氧硝化渗滤层7内。
过程3、好氧硝化阶段
高氨氮低有机物废水进入好氧硝化渗滤层7后，在改变滤料级配的加强氨氮吸附型CRI系统中将废水中氨氮（NH4 +-N）通过氨氧化作用和亚硝酸氧化作用转化为亚硝态氮（NO2 —N）和硝态氮（NO3 --N），最后在外部不加控制条件下亚硝态氮将全部氧化为硝态氮，亚硝酸细菌和硝酸细菌又在低有机物环境下成为优势菌种进一步加强了氨氮向硝氮氮的转化。
过程4、厌氧反硝化阶段
废水通过好氧硝化阶段后将好氧硝化渗滤层7中的硝态氮冲出并进入厌氧渗滤层5，在厌氧渗滤层5中吸附了大量的有机物，厌氧渗滤层5为反硝化细菌提供的有机物和反应底物（NO3 -）使反硝化作用（硝态氮在厌氧并有有机物存在条件下变成氮气）能够顺利的进行，使废水中的总氮能够大量的去除。出水管11的止水阀打开使干净的水排出。
实验采用配置废水与实际生活污水混合发酵而成，初始氨氮40mg/l左右，COD350mg/l,系统水力负荷为0.5m/d，每天布水3次，每隔8h投配一次，一个水力负荷周期为8h，厌氧段布水0.5h，好氧段布水0.5h，落干7h。采用时间继电器控制止水阀和提升泵的工作，实现定时定量布水、出水。
系统稳定运行20d以后测出水质：总氮（以N计）=4.2mg/l，氨氮（以N计）=1.42mg/l，总氮去除率为89.5%，氨氮去除率96.3%，无论总氮还是氨氮都远优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中一级A标。

Claims (3)

1.碳氮分离式底部进水人工快速渗滤系统，包括配水池(1)、渗滤筒、出水停留池(10)；其特征在于，所述的渗滤筒下半部为厌氧反硝化段，上半部为好氧硝化段；所述的厌氧反硝化段的最底层为下砾石承托层(2)，下砾石承托层(2)上方为厌氧渗滤层(5)，厌氧反硝化段顶部有孔板(6)，孔板(6)上方为好氧硝化段，所述的好氧硝化段底部为上砾石承托层(4)，上砾石承托层(4)上方为好氧硝化渗滤层(7)；所述的厌氧反硝化段上端通过进水管(3)与配水池(1)连通，厌氧反硝化段上端还连接有溢流管(13)；所述的好氧硝化段上方出口通过回流水管(8)与出水停留池(10)连通，回流水管(8)上连接有提升泵(9)；所述的下砾石承托层(2)通过厌氧段高位出水管(12)与出水停留池(10)连通；所述的出水停留池(10)有出水管(11)；
所述的孔板(6)下方设置挡板可控制孔板的出水；
所述的进水管(3)、出水管(11)和厌氧段高位出水管(12)上分别安装有止水阀。
2.根据权利要求1所述的碳氮分离式底部进水人工快速渗滤系统，其特征在于，厌氧渗滤层(5)的滤料，由轮胎颗粒与天然河沙按照质量比90：10组成；好氧硝化渗滤层(7)滤料，由沸石与天然河沙按照质量比65；35组成。
3.根据权利要求1或2所述的碳氮分离式底部进水人工快速渗滤系统的污水处理方法，包括以下过程：废水先通过进水管(3)进入厌氧渗滤层(5)进行第一次过滤，对废水中有机物进行截留；经厌氧渗滤层(5)过滤的废水进入出水停留池(10)；出水停留池(10)的第一次过滤出水通过提升泵(9)提升进入好氧硝化渗滤层(7)对废水中氨氮进行吸附并且冲出硝态氮；好氧硝化渗滤层(7)通过硝化作用将吸附的氨氮转化为硝态氮；高硝出水通过孔板(6)进入厌氧渗滤层(5)与之前吸附的有机物进行反硝化作用；最后将干净的出水通过出水管(11)排出系统。
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