CN1676469A - 人工快速渗滤污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工快速渗滤污水处理系统，它由隔栅池、预沉池和快滤池组成。所述快渗池内填充有人工配置的人工滤料，此种人工滤料是由一定颗粒级配的一般填料和特殊填料按体积比为9∶1的比例混合而成；一般填料是天然砂，特殊填料是由大理石砂或石灰石砂、沸石砂和磁铁矿砂三种天然矿物按体积比为90∶8∶2比例组成。本发明快渗池采用干湿交替的运转方式进行污水处理，水力负荷周期很短，一天24小时内布水4次，每次布水15－20分钟，即频繁淹水频繁落干。本发明CRI系统的水力负荷一般为1.0－1.5m/d(m³/m²·d)，处理每方污水占地面积约为0.8m²/m³·d。本发明CRI系统不受场地限制应用范围广、且建设投资少、管理费用低、水力负荷高、操作方便、易于管理。

Description

人工快速渗滤污水处理系统

技术领域

本发明涉及一种污水处理系统，即人工快速渗滤(Constructed RapidInfiltration)污水处理系统，简称“人工快渗系统”或“CRI系统”。

背景技术

传统的快速渗滤污水处理系统(Rapid Infiltration系统，简称“RI系统”)是污水土地处理技术的一种。它选用渗透性好的天然砂土地作为快渗池场地，把污水布在快渗池上，通过污水下渗土层时产生复杂的物理、化学和生物作用使污水得到净化。RI系统实现污水处理的原理是：利用天然砂土地作为快渗池，通过快渗池干湿交替的运转方式对污水进行处理。污水在快渗池里淹水和落干过程是相互交替进行的，一次淹水和一次落干为一个水力负荷周期，水力负荷周期是RI系统一个重要的运转参数，RI系统通过调整水力负荷周期使出水质量达到最优的效果。

RI系统突出的优点是：它是利用渗透性好的天然砂土地作为快渗池进行污水处理，所以建设投资省，运转费用低，操作方便，易于管理，出水水质优于常规的活性污泥法二级污水处理系统。

RI系统突出的缺陷是：

(1)严格地受到场地条件限制，没有渗透性好的天然砂土地就不能形成RI系统，就不能采用RI技术进行污水处理。

(2)由于天然砂土地渗透性的非均质性，所以水力负荷低，一般只有0.3-0.4m/d(m³/m²·d)。

(3)系统占地面积大，处理每方污水占地面积为2.5-3.3m²/m³·d。

虽然RI系统具有十分突出的优点，但在我国人多地少的国情下，其突出的缺馅严重地阻碍着它的广泛应用。

目前，大中小城市多采用类似于常规活性污泥法的二级污水处理系统。其缺点是：建设投资大，运行费用高。

发明内容

为了解决RI系统受场地限制应用范围窄、占地面积大、水力负荷低，以及常规的活性污泥法二级污水处理系统建设投资大、运行成本高等诸多问题，本发明的目的是提供一种建设投资少、管理费用低、水力负荷高、操作方便、易于管理的人工快速渗滤污水处理系统，即CRI系统。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：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；其特征在于：

所述快渗池内填充有人工配置的人工滤料，此种人工滤料是由颗粒级的一般填料和特殊填料按体积比为9∶1的比例混合而成；

所述一般填料为天然砂；所述特殊填料是由大理石砂或石灰石砂、沸石砂和磁铁矿砂三种天然矿物按体积比为90∶8∶2比例混合而成。

所述快渗池采用干湿交替的运转方式进行污水处理，水力负荷周期很短，一天24小时内布水4次，每次布水15-20分钟，即频繁淹水频繁落干。

所述快渗池为半地下式、砖混结构；所述快渗池结构分一般结构和强化氮去除结构两种。

所述一般结构的快渗池分两层：底部为垫层，填粒径为30-40mm的砾卵石或碎石，层厚0.4m；垫层上部10cm为反滤层，填料为鹅卵石，该层从上至下颗粒由细变粗；垫层底部设集水管，每单个快渗池的集水管与总排水管相连，处理后的污水通过总排管排出；顶层为滤层，填一般填料和特殊填料的混合物，层厚1.2m，滤层表面设布水管；快渗池池壁高出滤层表面0.3m作为保护高度，整个快渗池的总高度为1.9m。

所述强化氮去除结构的快渗池分两层：底部为垫层，填粒径为30-40mm的砾卵石或碎石，层厚0.7m；垫层上部10cm为反滤层，填料为鹅卵石，该层从上至下颗粒由细变粗；垫层底部设集水管，每单个快渗池的集水管要弯到离池底0.65m处与总排水管连接，处理后的污水通过总排管进入清水池；顶层为滤层，填一般填料和特殊填料的混合物，层厚1.2m，滤层表面设布水管；快渗池池壁高出滤层表面0.3m作为保护高度，快渗池的总高度2.2m；所述快渗池的池底作防渗处理，且在离池底0.7m的周边也要防渗。

所述一般填料中C_u值＜5.0、粒径＜0.075mm的百分含量＜5％为合格填料；一般填料的渗透系数K＝HL/R，其中，HL为水力负荷，R为校正因子，一般取值为0.05-0.06。

本发明人工快速渗滤污水处理系统还包括快滤池、配水池和清水池；所述快滤池和配水池位于所述预沉池和快渗池之间；所述清水池位于所述快渗池之后；

该快滤池分为两层：上层为滤层，层高0.6-0.7m，滤料为粒径2mm的均粒石英砂或大理石砂；底层为垫层，填料为粒径30-40mm的一般砾卵石或碎石或鹅卵石，层高0.4m，垫层上部10cm为反滤层，填料为鹅卵石，该反滤层从上至下颗粒由细变粗；在滤层表面设有布水管；快滤池池壁高出滤层表面0.3m作为保护高度，快滤池的总高度为1.3-1.4m。

本发明CRI系统的水力负荷一般为1.0-1.5m/d(m³/m²·d)，处理每方污水占地面积约为0.8m²/m³·d。本发明CRI系统不受场地限制应用范围广、且建设投资少、管理费用低、水力负荷高、操作方便、易于管理。本发明CRI系统适用于无冰冻期或冰冻期短的广大地区，适用于受污染的河渠水、城市污水和生活污水的处理以及污水深度处理，处理出水水质完全达到国家有关的环境质量标准。

附图说明

图1为本发明人工快速渗滤污水处理系统(CRI系统)系统图

图2为本发明工艺流程图

具体实施方式

本发明公开的人工快速渗滤污水处理系统(简称CRI系统)是针对RI系统的缺陷提出的，它对RI系统进行了重大的改进。如图1所示，本发明CRI系统包括预处理单元和主反应单元。

预处理单元由隔栅池、预沉池、快滤池和配水池组成，其主要功能是使污水水质均化、沉砂、截留较大的漂浮物和悬浮物，并去除部分颗粒COD(化学需氧量)，防止主反应单元中的快渗池的快速堵塞，保持快渗池稳定的渗滤速度。

主反应单元为快渗池。主反应单元的主要功能是：使经过预处理单元处理的污水在从主反应单元快渗池的上面自上而下向下渗滤的过程中，产生综合的物理、化学和生物反应，使污染物得以去除，其中主要是生物化学反应，它使有机污染物通过生物降解而去除。

本发明CRI系统与传统的RI系统的区别在于：

1、本发明CRI系统中快渗池内填充的不是天然土层，而是人工配置的人工滤料。此种人工滤料是由一定颗粒级的天然砂和特殊填料混合而成。此种人工滤料的应用，使得本发明CRI系统可以不受场地的限制，不依赖渗透性好的天然砂土地也可以实现对污水的处理，同时既保证了有较高的水力负荷，又能改进处理效果，保证满足出水要求的处理目标。

在正常运行过程中，CRI系统快渗池滤料表面生长着生物膜。当污水流过时，通过吸附和过滤作用截留污水中的悬浮物和部分污染物；同时，因滤料表面(特别是快渗池上部滤料)生长着丰富的生物膜，当污水渗过滤料时，具有高比表面积的滤料表面所形成的生物膜对污水进行快速净化。与RI系统一样，CRI系统也采用淹水-落干相交替的运行方式。它防止生物膜的快速生长引起的堵塞，又有利于有机污染物的好氧和厌氧生物降解。落干期渗池大部分为好氧环境，淹水期渗池为厌氧环境，所以快渗池内经常是好氧和厌氧环境相互交替，有机污染物通过好氧生物降解和厌氧生物降解被去除。就氮而言，落干时产生铵化和硝化作用，淹水期产生反硝化作用，氮通过上述转化过程而被去除。

2、本发明CRI系统还增设了人工快滤池，其主要目的是使污水水质均化、滤除部分悬浮固体(SS)和颗粒COD(化学需氧量)，防止主反应单元快渗池堵塞，保持快渗池稳定的渗滤速度。但是，在处理受污染河渠水时，在进水SS较低的情况下，前处理中的快滤池和配水池可不设。

如图1所示，本发明CRI系统中的隔栅池、预沉池、配水池和清水池是常用的污水处理装置，本发明没有特殊的要求，故在此不再详述。下面只对人工快滤池和快渗池进行阐述。

CTI系统中的快滤池分为两层：上层为滤层，层高0.6-0.7m，滤料为粒径2mm的均粒石英砂或大理石砂，滤层表面设有布水管；底层为垫层，层高0.4m，填料为粒径30-40mm的鹅卵石或碎石或砾卵石，为了减小反冲洗的水头损失，最好是用鹅卵石。垫层上部10cm为反滤层，填料为鹅卵石，该反滤层从上至下颗粒由细变粗(从3mm逐步过渡到20mm)，其目的是防止反冲洗快滤池时滤层细小颗粒进入垫层引起堵塞。快滤池保护高度为0.3m，总高度1.3-1.4m。

快滤池采用下向流，滤速一般为40m/d；为了防止堵塞，快滤池要定期反冲洗(如图2所示)，反冲洗强度一般为8L/m²·S，反冲洗时间一般为5min，反冲洗出水返回预沉池。

快渗池是本发明CRI系统的主反应单元，也是本发明CRI系统的核心部分，它的设计对CRI系统来说是至关重要的。

整个快渗场地可按具体情况分为若干个快渗池，各快渗池间可用砖砌的隔墙隔开；也可不设隔墙，而是在快渗池表面用土田埂隔成若干个渗池。单个渗池的大小视所设计的布水能力而定，一般以能使快渗池能快速布满水为原则。

每个快渗池为半地下式、砖混结构，池底视场地具体情况作适当的防渗处理。快渗池有两种结构：一般结构和强化氮去除结构。

一、一般结构的快渗池

快渗池分上下两层。底部为垫层，填垫层填料，层高0.4m，垫层上部10cm为反滤层，该反滤层从上至下颗粒由细变粗(从3mm逐步过渡到20mm)，其目的是防止反冲洗时快滤池滤层细小颗粒进入垫层引起堵塞；垫层底部设集水管，每单个快渗池的集水管与总排水管相连，处理后的污水通过总排管进入清水池。顶层为滤层，填一般填料和特殊填料，这两种填料充分混合后装填，层厚1.2m，滤层表面设布水管。快渗池池壁高出滤层表面0.3m作为保护高度。快渗池总高度1.9m。

填充在快渗池垫层中的垫层填料为一般碎石或砾卵石，粒径一般为30-40mm。

填充在快渗池滤层中的一般填料为天然砂。一般填料即天然砂的选定是通过颗粒级配的分析，测定不均匀系数C_u值以及粒径＜0.075mm的百分含量而定的。C_u值＜5.0、粒径＜0.075mm的百分含量＜5％者为合格填料。

通过达西仪测定快渗池滤层渗透系数K值。根据渗透系数K值用下式计算水力负荷HL值

HL＝K×R                                         (1)

K＝HL/R                                          (2)

式中，HL为水力负荷，m/d或m³m^-2·d^-1；K为渗透系数(或渗滤速度)，m/d；R为校正因子，无量纲，R值是个经验系数，一般取值为0.05-0.06。

如HL值已确定，可用公式(2)算得一般填料所要求的K值。若所选用的填料的K值与用公式(2)算得K值大致相当，则所选用的填料为合格填料。一般填料占总填料的90％。

填充在快渗池滤层中的特殊填料由大理石砂(或石灰石砂)、沸石砂和磁铁矿砂三种天然矿物组成，其组成比例(体积比)为90∶8∶2。特殊填料占总填料的10％。其颗粒级配和渗透系数要求同一般填料。装填时，将一般填料和特殊填料充分混合后装填。

二、强化氮去除结构的快渗池

这是快渗池的另一种结构，它是在处理出水氮去除率要求较高时使用。它与一般结构的快渗池的差别是：垫层厚度增加到0.7m，总高度增加到2.2m；垫层底部设集水管，但集水管要弯到离池底0.65m处与总排水管连接，其目的是在垫层内形成一个饱水带，以利于反硝化；此结构除池底要防渗外，离池底0.7m的周边也要防渗。其它与一般结构的快渗池相同。

不论是一般结构的快渗池，还是强化氮去除结构的快渗池，其占地面积按公式(3)计算

W＝Q/HL                                            (3)

式中，W为快渗池总占地面积，m²；Q为每天的处理量，m³/d；HL为水力负荷，m/d。

本发明CRI系统适用的HL值范围一般是1.0-1.5m/d(m²/m³·d)，通过提高前处理对SS的处理效果，HL值也可提高到2.0m/d(m²/m³·d)。

HL值的大小视出水水质要求和所能提供处理场地的大小而定。一般来说，出水水质要求高，水力负荷设计值相对要小一些，以保证出水水质要求。但是，如果所提供的场地面积较小，则水力负荷设计值相对要提高；水力负荷提高，可能会降低去除效果，此问题可通过改变水力负荷周期来解决。

本发明CRI系统中的快渗池也是采用干湿交替的运转方式，即在快渗池里淹水和落干相互交替。一次淹水和一次落干为一个水力负荷周期。

RI系统的水力负荷周期很长，淹水时间一般是1-3天，落干时间一般是4-10天。CRI系统的水力负荷周期与RI系统的水力负荷周期完全不同，CRI系统的水力负荷周期很短，一般是一天24小时内布水4次，每次布水15-20分钟，即频繁淹水频繁落干。水力负荷周期的长短视进水水质情况和出水水质要求作适当调整。由于CRI系统的水力负荷比RI系统的水力负荷高好几倍，所以，CRI系统的水力负荷周期切记过长，过长会引起污染物的穿透，处理效果会明显下降，出水达不到设计标准。但是，最优的水力负荷周期要通过具体的调试和运行来确定。水力负荷周期是CRI系统最重要的运行参数，科学合理地确定最优的水力负荷周期是该系统成败的关键。

本发明CRI系统可以适用以下情况：

进水水质：

CODCr	BOD5	SS	NH4-N	TP
					80-500mg/L	50-200mg/L	30-150mg/L	15-50mg/L	3.0-5.0mg/L

适用的地区：CRI系统主要适用于无冰冻期或冰冻期短的广大地区。

适用的污水类型：它适用于城市污水的集中处理、小城镇(尤其是排水管网不健全的城镇)污水的分散处理、受污染河道水处理以及二级污水的深度处理。

本发明CRI系统与传统的RI系统相比，既保持了传统RI系统建设投资低、运转费用省、出水水质优于常规的二级处理、操作方便和易于管理的优点，又克服了RI系统的严重缺陷：

(1)采用人工填料大大提高了系统的水力负荷，克服了RI系统水力负荷低的缺陷。CRI系统的水力负荷一般为1.0-1.5m/d(m³/m²·d)，是RI系统的3-5倍。

(2)大大降低了占地面积，处理每方污水占地面积约为0.8m²/m³·d，仅是RI系统的的1/4-1/3。

(3)由于快渗池是人工构筑的，机动灵活，不受场地条件限制，完全克服了RI系统受场地条件限制而不能普遍应用的缺陷。

另外，本发明CRI系统与常规活性污泥法相比具有以下优点：

(1)由于主反应单元快渗池填料采用粒径小于2mm的天然砂，滤床的表面积大，污水能与颗粒表面的生物膜充分接触，床内既有好氧菌也有厌氧菌，它们是固定在砂粒表面经长期驯化的优势菌，因此其出水质量一般都优于常规的活性污泥法的二级处理出水。

(2)投资少，方水投资约500元/m³·d(不含征地费)，仅为常规的活性污泥法投资的约1/2。

(3)运行费用省，方水直接运行费0.2元/m³左右，约为常规的活性污泥法的1/3。

(4)除预沉池产生极少量的污泥外，不产生活性污泥，省去处理活性污泥的设施、费用以及其对环境的影响。

(5)无须二沉池。

(6)该系统抗冲击负荷较强，进水COD浓度最高可达500-600mg/L；系统短期停止运行对快渗池内的微生物影响很小，甚至停止运行3～4个月后，3～5天就能恢复至原有的处理能力，常规的活性污泥法并不具备此种性能，所以CRI系统特别适合于污水产生量不稳定的分散的小型污水处理。

经实验证明，本发明对受污染的河渠水处理后，出水质量一般可以达到国家《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)的V类水质标准，有时可达到IV类或III类水质标准(除氮磷外)；对于城市污水和生活污水，处理后出水质量可以达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级标准A或B的标准。

Claims (7)

1、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；其特征在于：

所述快渗池内填充有人工配置的人工滤料，此种人工滤料是由颗粒级的一般填料和特殊填料按体积比为9∶1的比例混合而成；

所述一般填料为天然砂；所述特殊填料是由大理石砂或石灰石砂、沸石砂和磁铁矿砂三种天然矿物按体积比为90∶8∶2比例混合而成。

2、根据权利要求1所述的人工快速渗滤污水处理系统，其特征在于：所述快渗池采用干湿交替的运转方式进行污水处理，水力负荷周期很短，一天24小时内布水4次，每次布水15-20分钟，即频繁淹水频繁落干。

3、根据权利要求1或2所述的人工快速渗滤污水处理系统，其特征在于：所述快渗池为半地下式、砖混结构；所述快渗池结构分一般结构和强化氮去除结构两种。

4、根据权利要求3所述的人工快速渗滤污水处理系统，其特征在于：所述一般结构的快渗池分两层：

底部为垫层，填粒径为30-40mm的砾卵石或碎石，层厚0.4m；垫层上部10cm为反滤层，填料为鹅卵石，该层从上至下颗粒由细变粗；垫层底部设集水管，每单个快渗池的集水管与总排水管相连，处理后的污水通过总排管排出；

顶层为滤层，填一般填料和特殊填料的混合物，层厚1.2m，滤层表面设布水管；

快渗池池壁高出滤层表面0.3m作为保护高度，整个快渗池的总高度为1.9m。

5、根据权利要求3所述的人工快速渗滤污水处理系统，其特征在于：所述强化氮去除结构的快渗池分两层：

底部为垫层，填粒径为30-40mm的砾卵石或碎石，层厚0.7m；垫层上部10cm为反滤层，填料为鹅卵石，该层从上至下颗粒由细变粗；垫层底部设集水管，每单个快渗池的集水管要弯到离池底0.65m处与总排水管连接，处理后的污水通过总排管进入清水池；

顶层为滤层，填一般填料和特殊填料的混合物，层厚1.2m，滤层表面设布水管；

快渗池池壁高出滤层表面0.3m作为保护高度，快渗池的总高度2.2m；

所述快渗池的池底作防渗处理，且在离池底0.7m的周边也要防渗。

6、根据权利要求1或4或5所述的人工快速渗滤污水处理系统，其特征在于：所述一般填料中C_u值＜5.0、粒径＜0.075mm的百分含量＜5％为合格填料；

所述一般填料的渗透系数K＝HL/R，其中，HL为水力负荷，R为校正因子，一般取值为0.05-0.06。

7、根据权利要求1～5之一所述的人工快速渗滤污水处理系统，其特征在于：该人工快速渗滤污水处理系统还包括快滤池、配水池和清水池；所述快滤池和配水池位于所述预沉池和快渗池之间；所述清水池位于所述快渗池之后；

该快滤池分为两层：上层为滤层，层高0.6-0.7m，滤料为粒径2mm的均粒石英砂或大理石砂；

底层为垫层，填料为粒径30-40mm的一般砾卵石或碎石或鹅卵石，层高0.4m，垫层上部10cm为反滤层，填料为鹅卵石，该反滤层从上至下颗粒由细变粗；

在滤层表面设有布水管；快滤池池壁高出滤层表面0.3m作为保护高度，快滤池的总高度为1.3-1.4m。