CN112408705B - 一种具有潮汐流渗滤系统的生活污水处理系统及处理工艺 - Google Patents

Abstract

一种具有潮汐流渗滤系统的生活污水处理系统，主要包括预处理单元、核心处理单元、深度处理单元组成；预处理单元主要包括:进水格栅、初沉池。核心处理单元包括：厌氧池、配水渠、潮汐流渗滤系统、深度处理单元；潮汐流采用“瞬时进，瞬时排”的进出水方式，将人工湿地系统周期性地进满水和排空，即“湿/干”周期交替间歇运行。排空期利用虹吸或者风机通入空气形成好氧环境进行硝化反应和氧化反应将氨氮转化为硝态氮有机物氧化为二氧化碳，淹水期则通过淹水隔绝空气作为厌氧环境进行反硝化。潮汐流渗滤系统在排空气即作为好氧系统又在淹水期作为厌氧系统有效了提高系统利用率减少了滤料的体积。

Description

一种具有潮汐流渗滤系统的生活污水处理系统及处理工艺

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，尤其涉及一种具有潮汐流系统的生活污水处理系统及处理工艺。

背景技术

潮汐流人工湿地是一种新型的人工湿地，它通过模拟潮汐运行方式，采用“瞬时进，瞬时排”的进出水方式，将人工湿地系统周期性地进满水和排空，即“湿/干”周期交替间歇运行。污水在瞬间加入到人工湿地系统时挟带的氧气和人工湿地床体闲置周期内填料与空气的接触，都显著地为系统带入大量氧，很大程度地提高了人工湿地系统内氧的传输速率和消耗量，从而大幅度改善了传统垂直流人工湿地系统内部缺氧和除污能力受DO极大限制的状况。这种间歇的进水和充氧，使得人工湿地系统内部不断形成适于水处理微生物活动的好氧—厌氧的微环境，强化了人工湿地对污染物的处理效果，实现对污染物质的高效去除。

但是潮汐流人工湿地也存在以下问题：

1.占地面积大

人工湿地系统对污废水中污染物的去除效果与污水在湿地床体中停留时间以及基质、植物生长状况等有着很大的关系，其中受水力停留时间影响很大，一般水力停留时间越长，污水中的污染物与人工湿地微生物和基质接触越充分，处理效果就越好。因此，人工湿地的建设需要耗费大量的土地面积。

2.受气候条件的限制较大

由于人工湿地系统中栽种植物的类型受到气候的影响，植物的生长存在较大差异，故我国北方寒冷地区不能栽种热带植物而只能选择温带或亚热带植物作为净水植物；北方寒冷地区由于冬季气温较低，水体可能封冻，因而表流人工湿地系统很难应用；人工湿地系统污染物的去除多以微生物作用为主，冬季较低的温度可能影响微生物的活性，从而限制了脱氮功能，更影响了人工湿地的除污效果。

3.出水仍有部分悬浮物，氨氮处理效率不高

由于潮汐流采用“瞬时进，瞬时排”的进出水方式，所以要求滤料的孔隙率较大，这导致水体中的悬浮物不能得到有效的过滤，此外由于大孔隙率滤料相比小粒径的滤料比表面积较小，所以微生物挂膜生长的空间也较小，对于污染物的拦截吸附和转化能力也较小，为了满足去除效率进一步加大了占地面积。

4.排水条件限制

由于潮汐流人工湿地采用电动阀(电磁阀)控制系统排水，在排空期滤料需要将系统内的水体排空，要求总排水口和滤料底部高度要高于自然接纳水体的液位，很多地方满足不了该排水条件。

5.土地不能二次利用，且表层植被需要定期收割

由于潮汐流人工湿地为了保证排空时空气能够快速进入系统内，故其表层不能进行覆土，一般会种植植被，这些植被一般要定期进行收割，确保其不会腐烂至湿地表面。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种具有潮汐流渗滤系统的生活污水处理系统及处理工艺。针对潮汐流人工湿地的这些缺点，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种具有潮汐流渗滤系统的生活污水处理系统，主要包括预处理单元、核心处理单元、深度处理单元组成；预处理单元主要包括:进水格栅、初沉池。进水格栅主要去除水体中较大漂浮物如树枝、树叶等。初沉池主要是去除可沉物或漂浮物，使细小的固体絮凝成较大的颗粒，强化固液分离效果，减轻后续处理设施的负荷。

核心处理单元包括：厌氧池、配水渠、潮汐流渗滤系统。厌氧池主要作用是将大分子有机物分解成小分子有机物。配水渠主要作用是将厌氧池的出水均匀的分配到潮汐流系统表面。所述潮流渗滤系统主要由两个动态淹水层串联组成，除了表层的散水层和底部的精滤层、集水层外，每个动态淹水层均包含两个混合滤料层和两个均化滤料层，且两个动态淹水层共用一个均化滤层；深度处理单元有两套系统，系统一由精滤层和除磷滤料层构成，系统二为混凝沉淀系统。

所述潮汐流渗滤系统首先经过预处理系统和厌氧池的污水通过配水渠和配水管网进行表层均匀布水；各个混合滤料层之间通过导流管与均化滤料层中的横向散水管连接；导流管设置有S型存水弯；中压风机通过一层布气管、二层布气管分别对各自对应的混合滤料层进行通风供氧；所述的主风管在靠近中压风机端设置有加热装置，在低温条件下开启加热装置。

所述潮汐流渗滤系统通过提升井的提升泵的间歇式抽水时间控制系统内周期性地进满水和排空，营造干/湿交替的潮汐环境，从而营造好氧/厌氧的微生物环境。

所述深度处理单元分为两套系统，当出水水质要求低于GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准时采用第一系统，即通过提升井的提升泵和提升管从底部进水依次经过精滤层和除磷滤料层后排水管网收集排出；当出水水质要求GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准时采用第二系统，即通过提升井的提升泵和提升管从底部进水进入混凝沉淀系统投加PAC、PAM药剂进行混凝沉淀后排出。

第一步、采用65％-80％中粗砂、5％-10％5-10mm的沸石、10％-30％5-10mm的碳酸钙混合而成的混合滤料层作为好氧/厌氧微生物的挂膜载体。

第二步、采用80％-90％的中砂、10％-20％的颗粒活性炭混合而成的精滤层成为末端的过滤层，去除少量的悬浮物颗粒。

第三步、采用80％-90％除磷滤料和10％—20％的碳酸钙混合而成的除磷滤料层进行吸附除磷。除磷滤料为钢渣、铁屑、铝污泥的一种或多种。

第四步、通过控制提升井的提升泵间歇式抽水时间来控制潮汐流系统淹水和排空状态，从而控制系统内的好氧/厌氧环境。

第五步、当进水浓度较高、潮汐流系统富氧不足时和冬天温度较低微生物活性不高时，在排空期通过中压对混合滤料进行通风供氧，在低温环境通过启动中压风机的加热器通过加热通风的方式保证系统内微生物的活性。

第六步、各个混合滤料之间设置有竖向导流管与均化滤料层中的横向散水管连接，确保污水在下渗过程的均匀性和防止堵塞集水。

第一步中所述混合滤料层由65％-80％中粗砂、5％-10％5-10mm的沸石、10％-30％5-10mm碳酸钙组成，这三种滤料作为好氧/厌氧生物生长的场所的同时，对COD、氨氮具有一定的过滤吸附拦截能力。其中中粗砂主要作为大比表面积的滤料主要作为微生物生长的载体，沸石作为氨氮的强力吸附滤料主要作用为提高混合滤料氨氮吸附能力，碳酸钙作为一种pH值缓存滤料主要作用为维持混合滤料pH值的稳定，保证微生物的酸碱环境的稳定性。其中通过控制5％-10％5-10mm的沸石和10％-30％5-10mm碳酸钙的配比控制混合滤料的孔隙率和比表面积，以保证在排空期满足滤料之间过水的通透性的同时尽可能的增加比表面积。

系统分为淹水期和排空期两个阶段，首先污水通过滤料表层的布水管由表层均匀的进入系统污水在好氧滤料之间下渗的过程中带正电荷的NH4+离子和COD被表层带负电荷的滤料和生长在滤料之间的生物膜所拦截吸附，同时随着系统液位的上升污水还将在滤料充分浸泡一段时间保证污水与滤料的充分接触形成厌氧环境，上一排空期硝化反应产生的硝态氮通过反硝化菌利用污水中的COD进行反硝化脱氮。当污水到达提升泵启动液位时提升井内的提升泵启动，系统内液位开始下降直至系统液位到达提升泵停止液位，若进水污染物浓度不高时，则通过虹吸原理利用排空的液位吸入等量体积的空气形成系统内的好氧环境为生长在滤料之间的硝化菌和好氧菌提供氧气，若进水污染物浓度较高或者系统堵塞严重时则中压风机启动对系统进行通风供氧营造好氧环境为生长在滤料之间的硝化菌和好氧菌提供氧气，通风时长为20—30分钟。系统体积负荷控制在0.8-1.5m3/m3*d之间。

本发明有以下效益：

1.本发明混合滤料段采用相应配比的中粗砂、沸石、碳酸钙混合滤料作为填料这种以大比表面积滤料为结构载体的生物膜相比菌胶团结构更加稳定，不需额外的碳源维持其形态，从而减少了碳源的消耗量。同时污水在下渗、浸泡以及低压通风供氧的过程中是以流体的形式流经滤料和生物膜表面，相比传统工艺的深水曝气供氧对菌胶团的搅动影响，更具稳定性。

2.此外中粗砂主要作为大比表面积的滤料主要作为微生物生长的载体，沸石作为氨氮的强力吸附滤料主要作用为提高混合滤料氨氮吸附能力，碳酸钙作为一种pH值缓存滤料主要作用为维持混合滤料pH值的稳定，保证了微生物的酸碱环境的稳定性。通过控制5％-10％5-10mm的沸石和10％-30％5-10mm碳酸钙的配比控制混合滤料的孔隙率和比表面积，以保证在排空期满足滤料之间过水的通透性的同时尽可能的增加比表面积。在淹水期污水在均化滤料层下渗和浸泡的过程中，污染物首先被拦截、吸附在滤料和生物膜中，待进入排空期后，再通过虹吸或者风管通风进行供氧，由生物膜里的硝化菌进行硝化反应，从而构成一个完整的吸附-反应体系。由于滤料对氨氮、COD具有较强的吸附能力使得游离在水体中的NH4+得以富集，相比传统工艺其处理方式更具精细化和高效化。

3.潮汐流采用“瞬时进，瞬时排”的进出水方式，将人工湿地系统周期性地进满水和排空，即“湿/干”周期交替间歇运行。排空期利用虹吸或者风机通入空气形成好氧环境进行硝化反应和氧化反应将氨氮转化为硝态氮有机物氧化为二氧化碳，淹水期则通过淹水隔绝空气作为厌氧环境进行反硝化。潮汐流渗滤系统在排空气即作为好氧系统又在淹水期作为厌氧系统有效了提高系统利用率减少了滤料的体积。上一排空期硝化反应产生的硝态氮利用下一淹水期污水中的COD进行反硝化去除总氮，保证了反硝化所需的COD浓度。

4.通过提升泵控制排水周期从而精确控制系统内淹水期和排空期营造好氧/厌氧的微生物环境的同时解决了潮汐流人工湿地排水条件的限制。

5.预处理单元、核心处理单元、深度处理单元均为地埋式结构，表层土地可以作为绿化、停车点场等进行二次利用。同时潮汐流系统无需种植植物，避免了植物的腐烂和收割问题。

6.潮汐流渗滤和精滤系统设置有精滤层有效的解决了潮汐流人工湿地出水含悬浮物的问题。

7.深度处理单元分为两套系统，当出水水质要求低于GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准时采用第一系统，即通过提升井的提升泵和提升管从底部进水依次经过精滤层和除磷滤料层后排水管网收集排出；当出水水质要求GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准时采用第二系统，即通过提升井的提升泵和提升管从底部进水进入混凝沉淀系统投加PAC、PAM药剂进行混凝沉淀后排出。两套系统分别利用除磷滤料和混凝沉淀系统进行除磷，保证水总磷达标。

8.在传统工艺中供氧模式为深水曝气模式，空气的氧先溶解在水体中再被菌胶团吸收利用。而本发明采用能耗更低的虹吸或者通风供氧模式，在淹水期滤料的吸附、拦截作用氨氮被富集在滤料和生物膜中，然后再通过虹吸或者风管直接对附着在好氧滤料层滤料中的生物膜进行低压通风供氧。这种供氧模式相比传统深水曝气模式在氧的传导效率上更具优势的同时降低了80％左右能耗。此外在冬季时温度较低时，本工艺通过对通风的空气进行加热使得进风温度不低于20℃，保证了微生物的活性。

附图说明

图1为出水水质要求低于GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准时工艺流程图。

图2为出水水质要求为GB 18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准时工艺流程图。

图3为系统平面布置图。

图4为配水管网平面布置图。

图5为潮汐流渗滤系统剖面图。

图6为深度处理第一系统剖面图。

图中：1、格栅槽；2、沉淀池；3、厌氧调节池；4、提升井；5、精滤系统；6、配水渠；7、配水主管；8、配水支管；9、加热电阻丝；10、中低压风机；11、球阀；12、配水管阀；13、导流管；14、第二散水管；15、一层通风管；16、导流管阀；17、散水管；18、二层通风管；19、集水管；20、提升泵；21、集水层；22、提升泵停止液位；23、精滤层；24、第五均化滤料层；25、第四混合滤料层；26、第四均化滤料层；27、第三混合滤料层；28、第三均化滤料层；29、第二混合滤料层；30、第二均化滤料层；31、第一混合滤料层；32、第一均化滤料层；33止回阀；34、提升管；35、提升泵启动液位；36、第一动态淹水层；37、第二动态淹水层；38、覆土；34、提升管；39、布水管网；40、精滤料层；41、除磷滤料层；42、排水口；43、排水管网。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1、2所示，污水首先经过预处理单元进行格栅、沉淀等处理，进入厌氧池，在厌氧池停留一段时间后，然后进入调配水渠进入潮汐流渗滤系统处理后，再通过提升泵泵入精滤单元或者混凝沉淀系统处理后最终出水通过总排放口排出。

如图3-6所示。潮汐流渗滤系统由第一动态淹水层36、第二动态淹水层37这两个动态淹水层串联组成；每个动态淹水层均包含两个混合滤料层和两个均化滤料层，且两个动态淹水层还共用一个均化滤料层；第一动态淹水层36由第一混合滤料层31、第一均化滤料层32、第二混合滤料层29、第二均化滤料层30、第三均化滤料层28构成；第二动态淹水层37由第三混合滤料层27、第三均化滤料层28、第四混合滤料层25、第四均化滤料层26、第五均化滤料层24、精滤层23、集水层21构成；

各个混合滤料层设置有竖向导流管14与均化滤料层中的横向散水管连接。

深度处理单元有两套系统，系统一由精滤料层40和除磷滤料层41构成，系统二为混凝沉淀系统；潮汐流系统通过集水管19与提升井4连接；提升井内4通过提升泵20和提升管34与深度处理单元连接。首先污水通过一层的配水渠和配水管网进行表层均化布水进入系统，在各个滤料层下渗和浸泡停留过程中，污水中的COD和氨氮首先被滤料和生长在滤料表面的生物膜所吸附，同时上一排空期硝化反应产生的硝态氮通过生长在滤料上的反硝化菌利用污水中COD进行反硝化脱氮。系统液位到达提升泵启动液位35时提升泵20启动，将污水泵入深度处理单元，直至提升井的液位到达提升泵停止液位22时，提升泵20停止运行，此时系统为排空期，在进水污染物浓度较低时利用虹吸吸入的空气进行硝化反应和氧化反应去除氨氮和有机物，在进水污染物浓度较高或者系统堵塞虹吸不畅时启动中压风机10，进行通风供氧保证系统内好氧环境。最终污水通过提升泵20泵入深度处理系统一或者系统二进行深度处理后排出。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (8)

1.一种具有潮汐流渗滤系统的生活污水处理系统，其特征在于：主要包括预处理单元、核心处理单元、深度处理单元；预处理单元主要包括:进水格栅、初沉池；所述的核心处理单元包括：厌氧池、配水渠、潮汐流渗滤系统；所述的深度处理单元有两套系统，系统一由精滤层和除磷滤料层构成，系统二为混凝沉淀系统；所述潮汐流渗滤系统首先经过预处理系统和厌氧池的污水通过配水渠和配水管网进行表层均匀布水;所述潮汐流渗滤系统主要由两个动态淹水层串联组成，除了表层的散水层和底部的精滤层、集水层外，每个动态淹水层均包含两个混合滤料层和两个均化滤料层，且两个动态淹水层共用一个均化滤层；采用65%-80%中粗砂、5%-10%5-10mm的沸石、10%-30%5-10mm的碳酸钙混合而成的混合滤料层作为好氧/厌氧微生物的挂膜载体；生活污水处理系统分为淹水期和排空期两个阶段，首先污水通过滤料表层的布水管由表层均匀的进入系统污水在好氧滤料之间下渗的过程中带正电荷的铵根正离子和COD被表层带负电荷的滤料和生长在滤料之间的生物膜所拦截吸附，同时随着系统液位的上升污水还将在滤料充分浸泡一段时间保证污水与滤料的充分接触形成厌氧环境，上一排空期硝化反应产生的硝态氮通过反硝化菌利用污水中的COD进行反硝化脱氮；当污水到达提升泵启动液位时提升井内的提升泵启动，系统内液位开始下降直至系统液位到达提升泵停止液位，若进水污染物浓度不高时，则通过虹吸原理利用排空的液位吸入等量体积的空气形成系统内的好氧环境为生长在滤料之间的硝化菌和好氧菌提供氧气，若进水污染物浓度较高或者系统堵塞严重时则中压风机启动对系统进行通风供氧营造好氧环境为生长在滤料之间的硝化菌和好氧菌提供氧气。

2.根据权利要求1所述的一种具有潮汐流渗滤系统的生活污水处理系统，其特征在于：各个混合滤料层之间通过导流管与均化滤料层中的横向散水管连接。

3.根据权利要求2所述的一种具有潮汐流渗滤系统的生活污水处理系统，其特征在于：所述的导流管设置有S型存水弯；中压风机通过第一层布气管、第二层布气管分别对各自对应的混合滤料层进行通风供氧。

4.根据权利要求3所述的一种具有潮汐流渗滤系统的生活污水处理系统，其特征在于：主风管在靠近中压风机端设置有加热装置，在低温条件下开启加热装置。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种具有潮汐流渗滤系统的生活污水处理系统，其特征在于：所述的潮汐流渗滤系统通过提升井的提升泵的间歇式抽水时间控制系统内周期性地进满水和排空，营造干/湿交替的潮汐环境，从而营造好氧/厌氧的微生物环境。

6.根据权利要求5所述的一种具有潮汐流渗滤系统的生活污水处理系统，其特征在于：所述深度处理单元分为两套系统，当出水水质要求低于GB 18918-2002 《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准时采用第一系统，即通过提升井的提升泵和提升管从底部进水依次经过精滤层和除磷滤料层后排水管网收集排出；当出水水质要求GB 18918-2002 《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A标准时采用第二系统，即通过提升井的提升泵和提升管从底部进水进入混凝沉淀系统投加PAC、PAM药剂进行混凝沉淀后排出。

7.根据权利要求1-6任一项所述的具有潮汐流渗滤系统的生活污水处理系统的生活污水处理工艺，其特征在于采用如下步骤：

第一步、采用65%-80%中粗砂、5%-10%5-10mm的沸石、10%-30%5-10mm的碳酸钙混合而成的混合滤料层作为好氧/厌氧微生物的挂膜载体；

第二步、采用80%-90%的中砂、10%-20%的颗粒活性炭混合而成的精滤层成为末端的过滤层，去除少量的悬浮物颗粒；

第三步、采用80%-90%除磷滤料和10%—20%的碳酸钙混合而成的除磷滤料层进行吸附除磷，除磷滤料为钢渣、铁屑、铝污泥的一种或多种；

第四步、通过控制提升井的提升泵间歇式抽水时间来控制潮汐流系统淹水和排空状态，从而控制系统内的好氧/厌氧环境；

第五步、当进水浓度较高、潮汐流系统富氧不足时和冬天温度较低微生物活性不高时，在排空期通过中压对混合滤料进行通风供氧，在低温环境通过启动中压风机的加热器通过加热通风的方式保证系统内微生物的活性；

第六步、各个混合滤料之间设置有竖向导流管与均化滤料层中的横向散水管连接，确保污水在下渗过程的均匀性和防止堵塞集水。

8.根据权利要求7所述的生活污水处理工艺，其特征在于：通风时长为20—30分钟;系统体积负荷控制在0.8-1.5m3/m3*d之间。

Images