CN107935306B - 一种原位组合砾石床污水处理设施 - Google Patents

一种原位组合砾石床污水处理设施 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种原位组合砾石床污水处理设施，所述污水处理设施设有调节池和砾石床，砾石床分为厌氧砾石床和好氧砾石床，分步对污水进行处理，特别是在好氧砾石床中，曝气管道直接穿插在砾石中，以砾石堆积的每个缝隙为单个的污水处理微单元。同时严格限定曝气孔的直径，曝气管直径和曝气管所在砾石床的空隙相配合，小孔径的曝气孔在限定的空隙范围内对氮氨具有显著的处理效果，所述污水处理设施在治理河道黑臭等方面具有广阔的运用前景。所述污水处理设施一般建在河道内靠近河道护岸，形状为横截面为半圆形的柱体，且横截面半径一般小于河道宽度的三分之一，保证河道水体的正常流动。

Description

一种原位组合砾石床污水处理设施
技术领域
本发明涉及河道污水净化领域，具体为一种原位组合砾石床污水处理设施。
背景技术
近年来，随着经济的发展，城市化进程不断加快，城市人口迅猛增加，落后的城市污水管网导致大量的生活污水直接排入城市河道，导致河道水体中污染物质浓度逐渐增加，水体溶解氧不断下降，发黑发臭，严重影响了城市居民的正常身心健康。对受污染的城市河道水体进行污染整治，已经迫在眉睫。大量的研究及工程技术已经运用到河道的污水治理当中，比如：生态浮床，曝气，原位投加微生物菌剂等。这些措施由于各种原因的限制，导致去除污染物的效率极低，满足不了实际需求。而且，一些措施，如在河道中安装大量白色人工膜系统，不仅净化效率较低，而且严重的破坏了河道的景观功能。
河道黑臭很大的原因是由于水体中氨氮浓度过高导致的，现在黑臭河道治理，一般主要去除的就是水体中的氨氮，虽然曝气的方法有利于氨氮的去除，但是仅仅在河道中通入曝气管，水中缺乏微生物附着的载体，好氧微生物很难与氧气一起进行微生物的有氧硝化反应，而导致氨氮的去除效率较低。此外，现有的生态砾石床技术虽然可以有效去除水体中的氨氮，缓解黑臭问题，但是其运用需要开挖大面积土地，而城市的可利用土地面积十分有限，导致现有的生态砾石床技术在解决城市河道黑臭问题上，受到严格限制。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供了一种原位组合砾石床污水处理设施，所述污水处理设施将砾石床用到城市河道的污水处理上，将砾石床置于河道中，不占用城市公共土地面积，利用提高砾石床高度用水泵抽水的方法，节省砾石床的占地空间，同时保证污水处理所需的砾石量，砾石床中分为厌氧砾石床和好氧砾石床，分步对污水进行处理，特别是在好氧砾石床中，曝气管道直接穿插在砾石中，以砾石堆积的每个缝隙为单个的污水处理微单元，同时严格限定曝气孔的直径，曝气管直径和曝气管所在砾石床的空隙相配合，小孔径产生的单个气泡小，整体气泡的比表面积大，气液间传质接触面积大，有利于氧气的转移，充氧效果更好。此外，小孔径曝气所产生的对水的冲击力相对较小，使得对砾石表面的微生物膜反应单元的影响较低，从而能为微生物持续稳定的去除氨氮等污染物提供有利环境。该装置对氮氨具有显著的处理效果，在治理河道黑臭等方面具有广阔的运用前景。所述污水处理设施一般建在河道内靠近河道护岸，形状为横截面为半圆形的柱体，且横截面半径一般小于河道宽度的三分之一，沿河道两岸错开设置，即两组污水处理设施不在河道的同一横截面上，保证河道水体的正常流动。
本发明的技术方案为：
一种原位组合砾石床污水处理设施，其特征在于：包括位于河道内的调节池和砾石床，所述砾石床一侧面沿河道边缘与河道护岸相邻、另一侧面为圆弧面且圆弧面一端接有调节池；所述调节池底部设有排泥控制阀、外侧设有水泵，水泵的出水管道与调节池上部的调节池入水口相接；所述砾石床中间设有隔板，所述隔板上部设有溢流通孔，隔板两侧分别为好氧砾石床和厌氧砾石床，所述厌氧砾石床上部的厌氧砾石床入水口与调节池上部的调节池出水口对接；所述好氧砾石床上部的好氧砾石床出水口位于所述圆弧面另一端；所述砾石床内支撑砾石的底板为网状结构，所述底板下方设有排泥通道，所述隔板底部和所述圆弧面另一端底部均设有控制排泥通道排泥的控制阀；所述砾石床顶部设有盖板；所述好氧砾石床的砾石中穿插有若干个曝气管道，所述曝气管道的管壁上设有若干曝气孔。
所述砾石床中包括粒径由大到小的三种砾石，所述三种砾石分别为一号砾石、二号砾石和三号砾石；所述厌氧砾石床内均为一号砾石，所述好氧砾石床内从上至下依次为三号砾石和二号砾石。
所述一号砾石的粒径为50-60mm；所述二号砾石的粒径为30-50mm；所述三号砾石的粒径为20-30mm。
所述调节池入水口、调节池出水口、厌氧砾石床入水口、好氧砾石床出水口、溢流通孔的位置均高于河道水面。
所述砾石床顶部盖板位置与河道岸线齐平。
所述砾石床两侧面之间的最大距离小于河道宽度的三分之一。
所述曝气管道上曝气孔的直径为4-6mm。
所述排泥通道底部为斜坡，所述斜坡由所述圆弧面一端向圆弧面另一端倾斜，斜坡与水平面的夹角为10-30°。
所述砾石床的横截面为半圆形。
本发明的技术效果为：
河道的污水首先经过调节池的抽水泵被抽到调节池，污水经过沉淀静置处理后，能除去大部分的大颗粒杂质，从而对污水进行第一步的沉淀预处理，沉淀后的污泥通过打开调节池底部的控制阀排出。
沉淀后的污水通过调节池，溢流到大粒径的厌氧砾石床，厌氧砾石床由于可以提供较大的附着表面积，污水中大分子有机物质会被吸附，且经过厌氧反硝化细菌的作用，将其分解为小分子有机物质。由于厌氧池砾石的粒径设计较大，可以很好缓解砾石长时间吸附大分子有机物质而堵塞厌氧砾石床体，起到延长其使用寿命的作用。
经过厌氧砾石床处理完后的污水，会溢流到下一级的小粒径好氧砾石床。该砾石床分两成，上层砾石的粒径较小，下层砾石粒径较大。下层大粒径砾石层主要对上层小粒径砾石层起着承托的作用。小粒径的砾石层，由于更大的比表面积，为好氧微生物提供了更多的附着表面积。大量的微生物与污染物发生接触氧化，可以显著的降低水体中的污染物浓度。好氧砾石床贯穿于砾石中间铺设有曝气管路，污水流入到好氧砾石床后，曝气管路的不断曝气，曝气孔充氧气到砾石形成的较小缝隙中，使得污水中的溶解氧迅速增加，配合粒径为20-30mm的砾石，曝气孔直径为4-6mm，出来的单个气泡小，整体气泡的比表面积大，气液间传质接触面积大，有利于氧气的转移，充氧效果好，使得砾石狭小空隙中污水迅速与氧气相混合与微生物作用，同时该孔径尺寸下曝气孔小孔径曝气所产生的对水的冲击力相对较小，使得对砾石表面的微生物膜反应单元的影响较低，从而能为微生物持续稳定的去除氨氮等污染物提供有利环境。，氨氮去除效果显著，污水臭气明显降低，解决了城市河道污水带来的最大问题。
从好氧砾石床处理好后的水体，会经过好氧砾石床上部的好氧砾石床出水口流出床体，将净化后的水流入河道中。
此外，在砾石床床体的下部分设计的倾斜式排泥通道，可以在砾石床床体运行一段时间后，通过开关设置在床体下部分的控制阀，来排出池底的污泥。
本发明很好的实现了厌氧与好氧反应的有机配合与联动，通过污水处理设施中不同粒径砾石床发挥不同的功能反应，借助于床体提供的较大微生物附载表面积，以及曝气管贯穿于砾石缝隙中的曝气，提高了微生物的净化效率，提升水质，特别解决了河道污染的除臭问题。而且，床体的建设是在河道的内部靠近护岸而建，与传统的生态砾石床相比，不需要开挖大面积土地，节省大量投资。此外，砾石床的圆弧面形状设计，可以尽可能少的降低床体对河道水流的阻碍作用，并提高了河道的景观与观赏功能。
附图说明
图1为本发明所述实施例的截面图。
图2为本发明所述实施例的俯视图。
图3为本发明所述实施例中曝气管的放大图。
图4为本发明所述实施例在河道中的布置图。
图中，调节池1；砾石床2；圆弧面2.1；隔板2.2；好氧砾石床2.3；厌氧砾石床2.4；底板2.5；排泥通道2.6；曝气管道2.7；曝气孔2.7.1；水泵3；河道4；河道岸线5；水面6。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明。
如图1-图3可以看出，一种原位组合砾石床污水处理设施，包括位于河道内的调节池1和砾石床2，调节池1为一个长方体，长宽高分别为3m、1m、3m，砾石床2是一个横截面为半圆形的柱体，横截面半径为4m，柱体高度为3m，砾石床2一侧面沿河道边缘与河道护岸相邻、另一侧面为圆弧面2.1且圆弧面2.1一端接有调节池1；调节池1底部设有排泥控制阀、外侧设有水泵3，水泵3的出水管道与调节池1上部的调节池入水口相接，调节池入水口长0.6m，高0.2m；砾石床2中间设有隔板2.2，隔板2.2上部设有溢流通孔，溢流通孔长0.6m，高0.2m，隔板2.2两侧分别为好氧砾石床2.3和厌氧砾石床2.4，厌氧砾石床2.4上部的厌氧砾石床入水口与调节池1上部的调节池出水口对接；好氧砾石床2.3上部的好氧砾石床出水口位于所述圆弧面2.1另一端；砾石床2内支撑砾石的底板2.5为网状结构，底板2.5下方设有排泥通道2.6，排泥通道2.6底部为斜坡，斜坡由圆弧面2.1一端向圆弧面2.1另一端倾斜，斜坡与水平面的夹角为10°。隔板2.2底部和圆弧面2.1另一端底部均设有控制排泥通道2.6排泥的控制阀；砾石床2顶部设有盖板；好氧砾石床2.3的砾石中穿插有若干个曝气管道2.7，曝气管道2.7的管壁上设有若干曝气孔2.7.1。砾石床2中包括粒径由大到小的三种砾石，分别为一号砾石、二号砾石和三号砾石；厌氧砾石床2.4内均为一号砾石，深度为2.8m，好氧砾石床2内从上至下依次为三号砾石和二号砾石，三号砾石堆积高度1.5m，二号砾石堆积高度0.3m。一号砾石的粒径为50-60mm；二号砾石的粒径为30-50mm；三号砾石的粒径为20-30mm。调节池入水口、调节池出水口、厌氧砾石床入水口、好氧砾石床出水口、溢流通孔的位置均高于河道水面6。砾石床2顶部盖板位置与河道岸线5齐平。砾石床2两侧面之间的最大距离小于河道宽度的三分之一。曝气管道2.7上曝气孔2.7.1的直径为5mm。
本发明的原理和应用为：
河道中污水通过水泵3抽进调节池1，经过调节池1沉淀后溢流到厌氧砾石床2.4，在从厌氧砾石床2.4溢流到好氧砾石床2.3，处理好的水从好氧砾石床2.3排出流入河道中，调节池1中沉降的泥沙通过调节池1下部的控制阀排出，砾石床2从底板2.5漏出的泥沙通过排泥通道2.6排出。在整个污水处理过程中，厌氧环境和好氧环境分别作用于污水，特别在砾石床的好氧环境中，砾石床2与曝气管2.7道相配合，曝气孔2.7.1产生的单个气泡小，整体气泡的比表面积大，气液间传质接触面积大，有利于氧气的转移，充氧效果更好。此外，小孔径曝气所产生的对水的冲击力相对较小，使得对砾石表面的微生物膜反应单元的影响较低，从而能为微生物持续稳定的去除氨氮等污染物提供有利环境，该装置使得污水中的氮氨与微生物充分反应，对氮氨的处理有着质的提升，大大减少受污染河道的臭气，而且可持续进行，不同于以往工程浩大且容易反复的治理方法，为城市的河道处理，特别是河道臭气的处理带来新的突破。
本发明所述污水处理设施是一种能运用在城市主城区的一种生态砾石床，传统的生态砾石床由于要大量开挖新建，所以，在城市区域基本运用不了，只能运用在郊区，或者有大量土地闲置的区域，而本发明是在河道内建，可运用到河道处理中，不占用城市公共土地，同时城市河道的水一般很浅，污染物浓度高，用这种高出水面很多的砾石堆，用泵抽提过滤的方式，效率高。所述设施沿河道两岸错位安置，即每两个所述污水处理设施不在河道的同一横截面上，同时砾石床2的横截面直径不到河道的三分之一，保持河道水流运行通常。
本实施例中设施所处理的中度污染的城市河道污水，设施的处理水量为300m3/d,水力停留时间为4h，后端曝气的气水比5:1。设施的进出水主要水质指标(COD、TN、DO、NH4 +)的变化及去除率见下表：
水质指标 COD(mg/L) TN(mg/L) NH<sup>4+</sup>(mg/L) DO(mg/L)
进水 21.3 10.3 7.6 0.6
出水 11.7 5.9 1.4 4.1
去除/提升率 45％ 43％ 82％ 583％
设施对中度污染的城市河道污水有着显著的净化效果，尤其是对氨氮有着较高的去除效率，在城市受污染河道及黑臭河道等水体中有着广泛的运用潜力。
当然，以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。除上述实施例外，本发明还可以有其它实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明所要求保护的范围之内。

Claims (6)

1.一种原位组合砾石床污水处理设施，其特征在于：包括位于河道内的调节池（1）和砾石床（2），所述砾石床（2）一侧面沿河道边缘与河道护岸相邻、另一侧面为圆弧面（2.1）且圆弧面（2.1）一端接有调节池（1）；所述调节池（1）底部设有排泥控制阀、外侧设有水泵（3），水泵（3）的出水管道与调节池（1）上部的调节池入水口相接；所述砾石床（2）中间设有隔板（2.2），所述隔板（2.2）上部设有溢流通孔，隔板（2.2）两侧分别为好氧砾石床（2.3）和厌氧砾石床（2.4），所述厌氧砾石床（2.4）上部的厌氧砾石床入水口与调节池（1）上部的调节池出水口对接；所述好氧砾石床（2.3）上部的好氧砾石床出水口位于所述圆弧面（2.1）另一端；所述砾石床（2）内支撑砾石的底板（2.5）为网状结构，所述底板（2.5）下方设有排泥通道（2.6），所述隔板（2.2）底部和所述圆弧面（2.1）另一端底部均设有控制排泥通道（2.6）排泥的控制阀；所述砾石床（2）中包括粒径由大到小的三种砾石，分别为一号砾石、二号砾石和三号砾石；所述一号砾石的粒径为50-60mm，所述二号砾石的粒径为30-50mm，所述三号砾石的粒径为20-30mm；所述厌氧砾石床（2.4）内均为一号砾石，所述好氧砾石床（2）内从上至下依次为三号砾石和二号砾石，所述砾石床（2）顶部设有盖板；所述好氧砾石床（2.3）的砾石中穿插有若干个曝气管道（2.7），所述曝气管道（2.7）的管壁上设有若干曝气孔（2.7.1），曝气孔（2.7.1）的直径为4-6mm。
2.根据权利要求1所述的一种原位组合砾石床污水处理设施，其特征在于，所述调节池入水口、调节池出水口、厌氧砾石床入水口、好氧砾石床出水口、溢流通孔的位置均高于河道水面（6）。
3.根据权利要求1所述的一种原位组合砾石床污水处理设施，其特征在于，所述砾石床（2）顶部盖板位置与河道岸线（5）齐平。
4.根据权利要求1所述的一种原位组合砾石床污水处理设施，其特征在于，所述砾石床（2）两侧面之间的最大距离小于河道宽度的三分之一。
5.根据权利要求1所述的一种原位组合砾石床污水处理设施，其特征在于，所述排泥通道（2.6）底部为斜坡，所述斜坡由所述圆弧面（2.1）一端向圆弧面（2.1）另一端倾斜，斜坡与水平面的夹角为10-30°。
6.根据权利要求1所述的一种原位组合砾石床污水处理设施，其特征在于，所述砾石床（2）的横截面为半圆形。
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