申請日2014.10.15
公開(公告)日2015.05.27
IPC分類號(hào)C02F9/14
摘要
本發(fā)明公開了一種暗河式高負(fù)荷污水凈化系統(tǒng)，主要通過暗河式移動(dòng)懸浮膜、微生物/微電解、生物深層氧化、無動(dòng)力誘導(dǎo)供氧等工藝技術(shù)，以及各功能層或單元，污水被逐級降解處理。有效地保證了整個(gè)系統(tǒng)的高負(fù)荷運(yùn)行與抗沖擊能力。本發(fā)明高負(fù)荷設(shè)計(jì)，其容積設(shè)計(jì)負(fù)荷高達(dá)：3～10kg COD/(m3·d)。本發(fā)明對生活污水處理的實(shí)際除去率：COD:96～98%;BOD5:98～99%;TN:94～96%;NH4-N:96～98%;TP:93～95%。其出水達(dá)到一級A標(biāo)準(zhǔn)以及中水回用標(biāo)準(zhǔn)。本發(fā)明單位投資成本僅為傳統(tǒng)工藝的30～50%;單位經(jīng)營成本：0.06～0.07元/m3;單位占地面積：0.8～1.2m2/m3。本發(fā)明投資運(yùn)行成本低、處理效率高、抗沖擊能力強(qiáng);由于采用暗河式技術(shù)，地域與氣候適應(yīng)性強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠;十分符合中小城鎮(zhèn)、村莊等污水處理的要求。
權(quán)利要求書
1.一種暗河式高負(fù)荷復(fù)合污水處理技術(shù)工藝系統(tǒng)，其特征在于：
原污水由供水管(10)，分別經(jīng)高層布水器(11)輸送到移動(dòng)懸浮層(3)，經(jīng)中層布水器(12)輸送到微生物/微電解層(6);在一級通風(fēng)空氣間層(2)經(jīng)誘導(dǎo)通風(fēng)并供氧作用下，污水經(jīng)移動(dòng)懸浮層(3)中的生物膜降解處理后，進(jìn)入初級過濾層(4)處理;再穿越二級通風(fēng)空氣間層(5)，合流匯入生物/微電解層(6)，在二級通風(fēng)空氣間層(5)經(jīng)誘導(dǎo)通風(fēng)并供氧作用下，經(jīng)過微生微電解的聯(lián)合氧化降解處理后，進(jìn)入中級濾層(7)處理;再穿越三級通風(fēng)空氣間層(8)，進(jìn)入高級微生物濾層(9)深度凈化處理后，最后由集排水管(14)收集排放。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于誘導(dǎo)風(fēng)路線：
正向流：在無動(dòng)力誘導(dǎo)通風(fēng)器(13)的誘導(dǎo)作用下，外界空氣經(jīng)通風(fēng)口(A)進(jìn)入一級通風(fēng)空氣間層(2)，在移動(dòng)懸浮層(3)中與污水混合后，穿過初級過濾層(4);再穿越二級通風(fēng)空氣間層(5)，進(jìn)入生物/微電解層(6)與污水完一步誘導(dǎo)混合，穿中級濾層(7);進(jìn)入三級通風(fēng)空氣間層(8)，最后經(jīng)無動(dòng)力誘導(dǎo)通風(fēng)器(13)由通風(fēng)口(C)排入高空;
逆向流：當(dāng)外界環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)，誘導(dǎo)風(fēng)路線可沿相反路徑：高空氣流在無動(dòng)力誘導(dǎo)通風(fēng)器(13)的誘導(dǎo)作用下，被吸入通風(fēng)口 (C)，逆正向路線穿越各功能層后，經(jīng)通風(fēng)口(A)排出。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，
由無動(dòng)力通風(fēng)器組成(13)實(shí)現(xiàn)通氣供氧，不消耗任何人工能源，并可以自然實(shí)現(xiàn)正逆雙向轉(zhuǎn)換運(yùn)行。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，
由特殊的通風(fēng)構(gòu)造組成：一級通風(fēng)空氣間層，二級通風(fēng)空氣間層，三級通風(fēng)空氣間層，聯(lián)合構(gòu)成作為氣水流通與交換的空間界面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，
由水系統(tǒng)與氣系統(tǒng)構(gòu)成，其中，水系統(tǒng)包括：移動(dòng)懸浮層，初級濾層，生物/微電解層，中級濾層，高級生物濾層，高層布水器，中層布水器，集排水管;
其中，氣系統(tǒng)包括：無動(dòng)力誘導(dǎo)通風(fēng)器，一級通風(fēng)空氣間層，二級通風(fēng)空氣間層，三級通風(fēng)空氣間層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，
移動(dòng)懸浮層(3)：由相對密度0.8~1.2的懸浮填料構(gòu)成;
微生物/微電解層(6)：由親水性生物填料與鐵炭填料復(fù)合而成;
其中，高層布水器(11)置于移動(dòng)懸浮層中;中層布水器(12)置于生物/微電解層中。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，
初級濾層(4)：具有生物降解過濾以及通風(fēng)供氧作用，由無級濾料組成，滲透系數(shù)較大，良好滲透性能;
中級濾層(7)：具有生物過濾與通風(fēng)供氧作用，由無級生物濾料組成，具有適當(dāng)?shù)臐B水通風(fēng)性能;
高級生物濾層(9)：具有高效率的脫氮除磷功能，由無機(jī)有機(jī)復(fù)合顆粒濾料構(gòu)成。
8.一種裝置，其特征在于，包括：
由水系統(tǒng)與氣系統(tǒng)構(gòu)成，水系統(tǒng)包括：移動(dòng)懸浮層，初級濾層，生物/微電解層，中級濾層，高級生物濾層，高層布水器，中層布水器，集排水管;
氣系統(tǒng)包括：無動(dòng)力誘導(dǎo)通風(fēng)器，一級通風(fēng)空氣間層，二級通風(fēng)空氣間層，三級通風(fēng)空氣間層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，
移動(dòng)懸浮層(3)：由相對密度0.8~1.2的懸浮填料構(gòu)成;
微生物/微電解層(6)：由親水性生物填料與鐵炭填料復(fù)合而成;
初級濾層(4)：具有生物過濾與通風(fēng)供氧作用，由無級濾料組成，滲透系數(shù)較大，良好滲透性能;
中級濾層(7)：具有生物過濾與通風(fēng)供氧作用，由無級生物濾料組成，具有適當(dāng)?shù)臐B水通風(fēng)性能;
高級生物濾層(9)：具有高效率的脫氮除磷功能，由無機(jī)有機(jī)復(fù)合顆粒濾料構(gòu)成。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，
由無動(dòng)力通風(fēng)器組成(13)實(shí)現(xiàn)通氣供氧，并可以自然實(shí)現(xiàn)正逆雙向轉(zhuǎn)換運(yùn)行。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其特征在于，
無動(dòng)力通風(fēng)器組成(13)由熱壓與風(fēng)壓等自然力驅(qū)動(dòng)，不消耗任何人工能源。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，
由特殊的通風(fēng)構(gòu)造組成：一級通風(fēng)空氣間層，二級通風(fēng)空氣間層，三級通風(fēng)空氣間層，聯(lián)合構(gòu)成作為氣水流通與交換的空間界面。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，
整個(gè)系統(tǒng)為地下式，水流呈暗河式垂直或水平流動(dòng);系統(tǒng)四周與底面為混凝土隔離層及防滲層，頂層(1)為覆蓋層及防滲層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其特征在于，
優(yōu)化的，系統(tǒng)埋置于當(dāng)?shù)貎鐾翆右韵隆?/P>
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其特征在于，
優(yōu)化的，系統(tǒng)埋置于當(dāng)?shù)貎鐾翆右韵?0~20m。
說明書
暗河式高負(fù)荷污水處理系統(tǒng)及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及環(huán)保領(lǐng)域，特別涉及污水處理系統(tǒng)與裝置，主要用于包括生活污水、工業(yè)污水等在內(nèi)的各種有機(jī)污水的高效處理，以及回收利用。
背景技術(shù)
我國大中城市的污水已經(jīng)得到一定程度的處理和控制，而小城鎮(zhèn)零散分布的小流量污水治理問題進(jìn)入人們的視野。
全國設(shè)市城市約660個(gè)，其中人口在20萬以下的設(shè)市城市325個(gè);建制鎮(zhèn)數(shù)量達(dá)20021個(gè);集鎮(zhèn)22612個(gè)。全國城市的污水處理率已達(dá)60~70%，縣城的污水處理率為15%，但小城鎮(zhèn)的污水處理工程還處于起步階段，污水處理率不足1%。
可見我國小城鎮(zhèn)數(shù)量眾多，分布寬廣，地點(diǎn)分散，污水無害化處理設(shè)施缺乏，歷史欠賬太多。大部分小城鎮(zhèn)污水直接排入水體，造成江河湖泊水質(zhì)惡化和地下水污染，污染的不斷加劇已危及到城鎮(zhèn)供水安全及人身健康。因此，中小城鎮(zhèn)水污染治理已提上議事日程。
目前，中小城鎮(zhèn)已建污水處理工程多集中在三峽庫區(qū)、南水北調(diào)沿線或其它重點(diǎn)流域，其中絕大部分按現(xiàn)行的針對城市的相關(guān)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和建設(shè)。根據(jù)調(diào)研資料表明，目前小城鎮(zhèn)污水處理技術(shù)主要存在以下幾方面的問題：
(1)運(yùn)行成本高
現(xiàn)有大多數(shù)小城鎮(zhèn)污水處理廠出水水質(zhì)均執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002中的一級B標(biāo)準(zhǔn)，但建成后高達(dá)0.6~0.9元/m3的運(yùn)行成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了當(dāng)?shù)卣途用竦慕?jīng)濟(jì)承受能力。
(2)工業(yè)廢水的沖擊負(fù)荷較大
中 小城鎮(zhèn)污水處理廠規(guī)模較小，承受污染物負(fù)荷沖擊的能力較低。目前國內(nèi)生產(chǎn)技術(shù)落后、污染較大的工業(yè)企業(yè)有向中小城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移的趨勢，為降低生產(chǎn)成本，部分工業(yè)企業(yè)未嚴(yán)格執(zhí)行有關(guān)生產(chǎn)廢水處理的規(guī)定，將高濃度的工業(yè)廢水直接排入城鎮(zhèn)下水道，嚴(yán)重影響小城鎮(zhèn)污水處理廠的正常運(yùn)行，達(dá)標(biāo)率低。
對居住人數(shù)不足10000人的居住區(qū)，采用接觸氧化法、MBR、人工濕地等常規(guī)工藝技術(shù)，不僅投資大、運(yùn)行成本高、操作管理復(fù)雜;而且，處理效率低，能耗高、存在二次污染、季節(jié)/地域適應(yīng)性差。所以，大量采用常規(guī)污水處理工藝技術(shù)的中小城鎮(zhèn)污水處理廠存在“建得起，用不起”的現(xiàn)象，促使人們重新認(rèn)識(shí)到對中小規(guī)模污水處理工藝技術(shù)創(chuàng)新的必要性與緊迫性，而不能再沿襲傳統(tǒng)的工藝技術(shù)路線。
針對上述問題，本發(fā)明開發(fā)一種暗河式高負(fù)荷復(fù)合污水處理系統(tǒng)及其裝置，該系統(tǒng)投資運(yùn)行成本低、處理效率高、耐沖擊能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定性好、氣候與地域適應(yīng)性強(qiáng)、管理操作簡單，十分符合我國對中小城鎮(zhèn)污水處理的發(fā)展要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的主要技術(shù)問題包括：提高污水處理效率，增強(qiáng)系統(tǒng)耐負(fù)荷沖擊性，減少動(dòng)力消耗，提高穩(wěn)定性與適應(yīng)性，維護(hù)管理簡單，占地面積少，降低投資與運(yùn)行成本等。
1.本發(fā)明為解決主要的技術(shù)問題提供一種暗河式高負(fù)荷復(fù)合污水處理技術(shù)工藝系統(tǒng)，其工藝流程，包括污水路線與誘導(dǎo)風(fēng)路線：
(1)污水路線
原污水由供水管(10)，分別經(jīng)高層布水器(11)輸送到移動(dòng)懸浮層(3)，經(jīng)中層布水器(12)輸送到微生物/微電解層(6);在一級通風(fēng)空氣間層(2)經(jīng)誘導(dǎo)通風(fēng)并供氧作用下，污水經(jīng)移動(dòng)懸浮層(3)中的生物膜降解處理后，進(jìn)入初級過濾層(4)處理;再穿越二級通風(fēng)空氣間層(5)，合流匯入生物/微電解層(6)，在二級通風(fēng)空氣間層(5)經(jīng)誘導(dǎo)通風(fēng)并供氧作用下，經(jīng)過微生微電解的聯(lián)合凈化處理后，進(jìn)入中級濾層(7)處理;再穿越三級通風(fēng)空氣間層(8)，進(jìn)入高級微生物濾層(9)深度凈化處理后，最后由集排水管(14)收集排放。
(2)誘導(dǎo)風(fēng)路線
正向流：在無動(dòng)力誘導(dǎo)通風(fēng)器(13)的誘導(dǎo)作用下，外界空氣經(jīng)通風(fēng)口(A)進(jìn)入一級通風(fēng)空氣間層(2)，在移動(dòng)懸浮層(3)中與污水混合后，穿過初級過濾層(4);再穿越二級通風(fēng)空氣間層(5)，進(jìn)入生物/微電解層(6)與污水完一步誘導(dǎo)混合，穿中級濾層(7);進(jìn)入三級通風(fēng)空氣間層(8)，最后經(jīng)無動(dòng)力誘導(dǎo)通風(fēng)器(13)由通風(fēng)口(C)排入高空。
逆向流：當(dāng)外界環(huán)境條件發(fā)生變化時(shí)，例如當(dāng)外界空氣密度比系統(tǒng)內(nèi)部小且風(fēng)速較小時(shí)，誘導(dǎo)風(fēng)路線可沿相反路徑(逆向流)：高空氣流在無動(dòng)力誘導(dǎo)通風(fēng)器(13)的誘導(dǎo)作用下，被吸入通風(fēng)口 (C)，逆正向路線穿越各功能層后，經(jīng)通風(fēng)口(A)排出。
2.本發(fā)明由水系統(tǒng)與氣系統(tǒng)構(gòu)成。其中，水系統(tǒng)包括：移動(dòng)懸浮層(3)，初級濾層(4)，生物/微電解層(6)，中級濾層(7)，高級生物濾層(9)，高層布水器(11)，中層布水器(12)，集排水管(14);氣系統(tǒng)包括：一級通風(fēng)空氣間層(2)，二級通風(fēng)空氣間層(5)，三級通風(fēng)空氣間層(8)，無動(dòng)力誘導(dǎo)通風(fēng)器(13)。
本發(fā)明特征在于，移動(dòng)懸浮層(3)：由相對密度0.9~1.1的懸浮填料構(gòu)成;微生物/微電解層(6)，該層由親水性生物填料與鐵炭填料復(fù)合而成。其中，高層布水器(11)置于移動(dòng)懸浮層中;中層布水器(12)置于生物/微電解層中。
本發(fā)明特征還在于，初級濾層(4)，具有生物過濾與通風(fēng)供氧作用，由無級濾料組成，滲透系數(shù)較大，良好滲透性能。中級濾層(7)，具有生物過濾與通風(fēng)供氧作用，由無級生物濾料組成，具有適當(dāng)?shù)臐B水通風(fēng)性能。高級生物濾層(9)，具有高效率的脫氮除磷功能，由無機(jī)有機(jī)復(fù)合顆粒濾料構(gòu)成。
本發(fā)明特征還在于，無動(dòng)力通風(fēng)器組成(13)實(shí)現(xiàn)通氣供氧，不消耗任何人工能源，并可以自然實(shí)現(xiàn)正逆雙向轉(zhuǎn)換運(yùn)行。
本發(fā)明特征還在于，由特殊的通風(fēng)構(gòu)造組成：一級通風(fēng)空氣間層，二級通風(fēng)空氣間層，三級通風(fēng)空氣間層，作為氣水流通與交換的空間界面。
3.本發(fā)明整個(gè)系統(tǒng)為地下暗河式，系統(tǒng)四周與底面為混凝土隔離層及防滲層，頂層(1)為覆蓋層及防滲層。當(dāng)系統(tǒng)置于地下，尤其是凍土層以下時(shí)，以減小外界氣候干擾，提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。
4.工藝技術(shù)原理及有益效果：
污水首先在移動(dòng)懸浮層(3)中，由懸浮移動(dòng)生物膜對有機(jī)污染物進(jìn)行吸附降解，其COD體積負(fù)荷高達(dá)3~10kgCOD/(m3·d)，有效地保證了整個(gè)系統(tǒng)的高負(fù)荷運(yùn)行與抗沖擊能力。移動(dòng)懸浮層中，高層布水器使水向上流，無動(dòng)力誘導(dǎo)通風(fēng)器通過一級通風(fēng)空氣間層(2)引氣流下行，氣水逆流接觸，產(chǎn)生激烈的攪拌作用。懸浮移動(dòng)生物膜微觀結(jié)構(gòu)自外向內(nèi)具有好氧、、兼性厭氧、厭氧的多重功能，使大部分有機(jī)污染物、氨氮以及磷等在該層通過微生物吸收、凝聚、氧化等作用得以除去，該層對BOD5與COD除去率可高達(dá)70~80%，有效地降低了后續(xù)工藝的處理負(fù)荷，增強(qiáng)了系統(tǒng)抗負(fù)荷沖擊能力。移動(dòng)懸浮層(3)由相對密度0.8~1.2的懸浮填料構(gòu)成。初級濾層(4)，具有生物過濾與通風(fēng)供氧作用，由無級濾料組成，滲透系數(shù)較大，以保證良好滲透性能。
然后，再進(jìn)入微生物/微電解層(6)，該層由親水性生物填料與鐵炭填料復(fù)合而成。微電解產(chǎn)生的Fe3+及Fe(OH)3具有膠體吸附功能，F(xiàn)e3+可與污水中的無機(jī)磷發(fā)生反應(yīng)生成不溶性沉淀物，與Fe(OH)3一起到吸附有機(jī)污染物的作用。由二級通風(fēng)空氣間層供氣供氧，在微生物與微電解的聯(lián)合作用下，可將吸附的有機(jī)污染物深度氧化降解;同時(shí)，親水性生物填料與Fe(OH)3膠體可有效固化水體中的重金屬離子。通過調(diào)整適當(dāng)?shù)奶盍吓浔�，該層的除磷壽命可達(dá)20~30年以上。中級濾層(7)，具有生物過濾與通風(fēng)供氧作用，由無級生物濾料組成，具有適當(dāng)?shù)臐B水通風(fēng)性能。
最后，進(jìn)入高級生物濾層(9)，該層由無機(jī)有機(jī)復(fù)合顆粒濾料構(gòu)成，自上而下依次處于好氧、兼性厭氧、厭氧狀態(tài)，這種交替的好氧與厭氧狀態(tài)，使其具有高效率的脫氮除磷功能，同時(shí)充分降解有機(jī)污染物。試驗(yàn)表明，該層對氮與磷的除去率分別達(dá)85~92%，82~88%。經(jīng)凈化處理的污水達(dá)到可達(dá)一級A標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也滿足相關(guān)中水回用的標(biāo)準(zhǔn)，由集水管收集排出。
無動(dòng)力誘導(dǎo)器不須人工提供任何電能與熱能，完全依靠風(fēng)壓與熱壓等自然力的作用，通過通風(fēng)空氣間層實(shí)現(xiàn)雙向通風(fēng)供氧。在不消耗任何人工能源的前提下，其提供的風(fēng)量可使氣水比(A/W)達(dá)10~50，可遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)的活性污泥法與生物膜法的供氧供氣水平，所以能實(shí)現(xiàn)高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。而且，該系統(tǒng)還可以自然實(shí)現(xiàn)正逆向轉(zhuǎn)換運(yùn)行，在提供充足的氧氣的同時(shí)，還起到攪拌與疏通的作用，使各功能層中的水混合均勻，并隨時(shí)疏導(dǎo)各層以免發(fā)生阻塞不暢現(xiàn)象。
本發(fā)明實(shí)施的效果表明，
(1)技術(shù)指標(biāo)：
設(shè)計(jì)容積負(fù)荷：3~10kg COD/(m3·d)。
出水水質(zhì)參數(shù)：COD:8~11mg/L;BOD5:2~4mg/L;TN: 5~9mg/L;NH4-N:1~2 mg/L;TP:0.1~0.3 mg/L。出水可達(dá)一級A標(biāo)準(zhǔn)，也滿足相關(guān)中水回用的標(biāo)準(zhǔn)。
除去率：COD:96~98%;BOD5:98~99%;TN:94~96%;NH4-N:96~98%;TP:93~95%。
(2)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)：
單位投資成本：在相同設(shè)計(jì)條件下，僅為傳統(tǒng)工藝的30~50%。
單位耗電指標(biāo)：0.08~0.1kwh/m3。
單位經(jīng)營成本：0.06~0.07元/ m3。
單位占地面積：0.8~1.2 m2/ m3。
本發(fā)明投資運(yùn)行成本低、處理效率高、設(shè)計(jì)負(fù)荷高、抗沖擊能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定性好、氣候與地域適應(yīng)性強(qiáng);操作管理簡易，故障率很低，現(xiàn)場可實(shí)現(xiàn)無人值守;而且，采用無動(dòng)力誘導(dǎo)通風(fēng)系統(tǒng)，不耗電能實(shí)現(xiàn)供供氣氧，綠色節(jié)能環(huán)保。本發(fā)明技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)優(yōu)于現(xiàn)有的技術(shù)方案，有效地解決了現(xiàn)存工藝技術(shù)缺陷，十分符合我國對中小城鎮(zhèn)污水處理的發(fā)展要求。
