申請日2014.10.15
公開(公告)日2015.05.27
IPC分類號C02F9/14
摘要
本發明公開了一種暗河式高負荷污水凈化系統，主要通過暗河式移動懸浮膜、微生物/微電解、生物深層氧化、無動力誘導供氧等工藝技術，以及各功能層或單元，污水被逐級降解處理。有效地保證了整個系統的高負荷運行與抗沖擊能力。本發明高負荷設計，其容積設計負荷高達：3～10kg COD/(m3·d)。本發明對生活污水處理的實際除去率：COD:96～98%;BOD5:98～99%;TN:94～96%;NH4-N:96～98%;TP:93～95%。其出水達到一級A標準以及中水回用標準。本發明單位投資成本僅為傳統工藝的30～50%;單位經營成本：0.06～0.07元/m3;單位占地面積：0.8～1.2m2/m3。本發明投資運行成本低、處理效率高、抗沖擊能力強;由于采用暗河式技術，地域與氣候適應性強，運行穩定可靠;十分符合中小城鎮、村莊等污水處理的要求。
權利要求書
1.一種暗河式高負荷復合污水處理技術工藝系統，其特征在于：
原污水由供水管(10)，分別經高層布水器(11)輸送到移動懸浮層(3)，經中層布水器(12)輸送到微生物/微電解層(6);在一級通風空氣間層(2)經誘導通風并供氧作用下，污水經移動懸浮層(3)中的生物膜降解處理后，進入初級過濾層(4)處理;再穿越二級通風空氣間層(5)，合流匯入生物/微電解層(6)，在二級通風空氣間層(5)經誘導通風并供氧作用下，經過微生微電解的聯合氧化降解處理后，進入中級濾層(7)處理;再穿越三級通風空氣間層(8)，進入高級微生物濾層(9)深度凈化處理后，最后由集排水管(14)收集排放。
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于誘導風路線：
正向流：在無動力誘導通風器(13)的誘導作用下，外界空氣經通風口(A)進入一級通風空氣間層(2)，在移動懸浮層(3)中與污水混合后，穿過初級過濾層(4);再穿越二級通風空氣間層(5)，進入生物/微電解層(6)與污水完一步誘導混合，穿中級濾層(7);進入三級通風空氣間層(8)，最后經無動力誘導通風器(13)由通風口(C)排入高空;
逆向流：當外界環境條件發生變化時，誘導風路線可沿相反路徑：高空氣流在無動力誘導通風器(13)的誘導作用下，被吸入通風口 (C)，逆正向路線穿越各功能層后，經通風口(A)排出。
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，
由無動力通風器組成(13)實現通氣供氧，不消耗任何人工能源，并可以自然實現正逆雙向轉換運行。
4.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，
由特殊的通風構造組成：一級通風空氣間層，二級通風空氣間層，三級通風空氣間層，聯合構成作為氣水流通與交換的空間界面。
5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，
由水系統與氣系統構成，其中，水系統包括：移動懸浮層，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，氣系統包括：無動力誘導通風器，一級通風空氣間層，二級通風空氣間層，三級通風空氣間層。
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，
移動懸浮層(3)：由相對密度0.8~1.2的懸浮填料構成;
微生物/微電解層(6)：由親水性生物填料與鐵炭填料復合而成;
其中，高層布水器(11)置于移動懸浮層中;中層布水器(12)置于生物/微電解層中。
7.根據權利要求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供氧作用，由無級濾料組成，滲透系數較大，良好滲透性能;
中級濾層(7)：具有生物過濾與通風供氧作用，由無級生物濾料組成，具有適當的滲水通風性能;
高級生物濾層(9)：具有高效率的脫氮除磷功能，由無機有機復合顆粒濾料構成。
8.一種裝置，其特征在于，包括：
由水系統與氣系統構成，水系統包括：移動懸浮層，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;
氣系統包括：無動力誘導通風器，一級通風空氣間層，二級通風空氣間層，三級通風空氣間層。
9.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，
移動懸浮層(3)：由相對密度0.8~1.2的懸浮填料構成;
微生物/微電解層(6)：由親水性生物填料與鐵炭填料復合而成;
初級濾層(4)：具有生物過濾與通風供氧作用，由無級濾料組成，滲透系數較大，良好滲透性能;
中級濾層(7)：具有生物過濾與通風供氧作用，由無級生物濾料組成，具有適當的滲水通風性能;
高級生物濾層(9)：具有高效率的脫氮除磷功能，由無機有機復合顆粒濾料構成。
10.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，
由無動力通風器組成(13)實現通氣供氧，并可以自然實現正逆雙向轉換運行。
11.根據權利要求10所述的裝置，其特征在于，
無動力通風器組成(13)由熱壓與風壓等自然力驅動，不消耗任何人工能源。
12.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，
由特殊的通風構造組成：一級通風空氣間層，二級通風空氣間層，三級通風空氣間層，聯合構成作為氣水流通與交換的空間界面。
13.根據權利要求8所述的裝置，其特征在于，
整個系統為地下式，水流呈暗河式垂直或水平流動;系統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.根據權利要求13所述的裝置，其特征在于，
優化的，系統埋置于當地凍土層以下。
15.根據權利要求14所述的裝置，其特征在于，
優化的，系統埋置于當地凍土層以下10~20m。
說明書
暗河式高負荷污水處理系統及裝置
技術領域
本發明涉及環保領域，特別涉及污水處理系統與裝置，主要用于包括生活污水、工業污水等在內的各種有機污水的高效處理，以及回收利用。
背景技術
我國大中城市的污水已經得到一定程度的處理和控制，而小城鎮零散分布的小流量污水治理問題進入人們的視野。
全國設市城市約660個，其中人口在20萬以下的設市城市325個;建制鎮數量達20021個;集鎮22612個。全國城市的污水處理率已達60~70%，縣城的污水處理率為15%，但小城鎮的污水處理工程還處于起步階段，污水處理率不足1%。
可見我國小城鎮數量眾多，分布寬廣，地點分散，污水無害化處理設施缺乏，歷史欠賬太多。大部分小城鎮污水直接排入水體，造成江河湖泊水質惡化和地下水污染，污染的不斷加劇已危及到城鎮供水安全及人身健康。因此，中小城鎮水污染治理已提上議事日程。
目前，中小城鎮已建污水處理工程多集中在三峽庫區、南水北調沿線或其它重點流域，其中絕大部分按現行的針對城市的相關規范、標準進行設計和建設。根據調研資料表明，目前小城鎮污水處理技術主要存在以下幾方面的問題：
(1)運行成本高
現有大多數小城鎮污水處理廠出水水質均執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》GB18918-2002中的一級B標準，但建成后高達0.6~0.9元/m3的運行成本遠遠超出了當地政府和居民的經濟承受能力。
(2)工業廢水的沖擊負荷較大
中 小城鎮污水處理廠規模較小，承受污染物負荷沖擊的能力較低。目前國內生產技術落后、污染較大的工業企業有向中小城鎮轉移的趨勢，為降低生產成本，部分工業企業未嚴格執行有關生產廢水處理的規定，將高濃度的工業廢水直接排入城鎮下水道，嚴重影響小城鎮污水處理廠的正常運行，達標率低。
對居住人數不足10000人的居住區，采用接觸氧化法、MBR、人工濕地等常規工藝技術，不僅投資大、運行成本高、操作管理復雜;而且，處理效率低，能耗高、存在二次污染、季節/地域適應性差。所以，大量采用常規污水處理工藝技術的中小城鎮污水處理廠存在“建得起，用不起”的現象，促使人們重新認識到對中小規模污水處理工藝技術創新的必要性與緊迫性，而不能再沿襲傳統的工藝技術路線。
針對上述問題，本發明開發一種暗河式高負荷復合污水處理系統及其裝置，該系統投資運行成本低、處理效率高、耐沖擊能力強、運行穩定性好、氣候與地域適應性強、管理操作簡單，十分符合我國對中小城鎮污水處理的發展要求。
發明內容
本發明所解決的主要技術問題包括：提高污水處理效率，增強系統耐負荷沖擊性，減少動力消耗，提高穩定性與適應性，維護管理簡單，占地面積少，降低投資與運行成本等。
1.本發明為解決主要的技術問題提供一種暗河式高負荷復合污水處理技術工藝系統，其工藝流程，包括污水路線與誘導風路線：
(1)污水路線
原污水由供水管(10)，分別經高層布水器(11)輸送到移動懸浮層(3)，經中層布水器(12)輸送到微生物/微電解層(6);在一級通風空氣間層(2)經誘導通風并供氧作用下，污水經移動懸浮層(3)中的生物膜降解處理后，進入初級過濾層(4)處理;再穿越二級通風空氣間層(5)，合流匯入生物/微電解層(6)，在二級通風空氣間層(5)經誘導通風并供氧作用下，經過微生微電解的聯合凈化處理后，進入中級濾層(7)處理;再穿越三級通風空氣間層(8)，進入高級微生物濾層(9)深度凈化處理后，最后由集排水管(14)收集排放。
(2)誘導風路線
正向流：在無動力誘導通風器(13)的誘導作用下，外界空氣經通風口(A)進入一級通風空氣間層(2)，在移動懸浮層(3)中與污水混合后，穿過初級過濾層(4);再穿越二級通風空氣間層(5)，進入生物/微電解層(6)與污水完一步誘導混合，穿中級濾層(7);進入三級通風空氣間層(8)，最后經無動力誘導通風器(13)由通風口(C)排入高空。
逆向流：當外界環境條件發生變化時，例如當外界空氣密度比系統內部小且風速較小時，誘導風路線可沿相反路徑(逆向流)：高空氣流在無動力誘導通風器(13)的誘導作用下，被吸入通風口 (C)，逆正向路線穿越各功能層后，經通風口(A)排出。
2.本發明由水系統與氣系統構成。其中，水系統包括：移動懸浮層(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);氣系統包括：一級通風空氣間層(2)，二級通風空氣間層(5)，三級通風空氣間層(8)，無動力誘導通風器(13)。
本發明特征在于，移動懸浮層(3)：由相對密度0.9~1.1的懸浮填料構成;微生物/微電解層(6)，該層由親水性生物填料與鐵炭填料復合而成。其中，高層布水器(11)置于移動懸浮層中;中層布水器(12)置于生物/微電解層中。
本發明特征還在于，初級濾層(4)，具有生物過濾與通風供氧作用，由無級濾料組成，滲透系數較大，良好滲透性能。中級濾層(7)，具有生物過濾與通風供氧作用，由無級生物濾料組成，具有適當的滲水通風性能。高級生物濾層(9)，具有高效率的脫氮除磷功能，由無機有機復合顆粒濾料構成。
本發明特征還在于，無動力通風器組成(13)實現通氣供氧，不消耗任何人工能源，并可以自然實現正逆雙向轉換運行。
本發明特征還在于，由特殊的通風構造組成：一級通風空氣間層，二級通風空氣間層，三級通風空氣間層，作為氣水流通與交換的空間界面。
3.本發明整個系統為地下暗河式，系統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。當系統置于地下，尤其是凍土層以下時，以減小外界氣候干擾，提高系統的運行穩定性。
4.工藝技術原理及有益效果：
污水首先在移動懸浮層(3)中，由懸浮移動生物膜對有機污染物進行吸附降解，其COD體積負荷高達3~10kgCOD/(m3·d)，有效地保證了整個系統的高負荷運行與抗沖擊能力。移動懸浮層中，高層布水器使水向上流，無動力誘導通風器通過一級通風空氣間層(2)引氣流下行，氣水逆流接觸，產生激烈的攪拌作用。懸浮移動生物膜微觀結構自外向內具有好氧、、兼性厭氧、厭氧的多重功能，使大部分有機污染物、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70~80%，有效地降低了后續工藝的處理負荷，增強了系統抗負荷沖擊能力。移動懸浮層(3)由相對密度0.8~1.2的懸浮填料構成。初級濾層(4)，具有生物過濾與通風供氧作用，由無級濾料組成，滲透系數較大，以保證良好滲透性能。
然后，再進入微生物/微電解層(6)，該層由親水性生物填料與鐵炭填料復合而成。微電解產生的Fe3+及Fe(OH)3具有膠體吸附功能，Fe3+可與污水中的無機磷發生反應生成不溶性沉淀物，與Fe(OH)3一起到吸附有機污染物的作用。由二級通風空氣間層供氣供氧，在微生物與微電解的聯合作用下，可將吸附的有機污染物深度氧化降解;同時，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。通過調整適當的填料配比，該層的除磷壽命可達20~30年以上。中級濾層(7)，具有生物過濾與通風供氧作用，由無級生物濾料組成，具有適當的滲水通風性能。
最后，進入高級生物濾層(9)，該層由無機有機復合顆粒濾料構成，自上而下依次處于好氧、兼性厭氧、厭氧狀態，這種交替的好氧與厭氧狀態，使其具有高效率的脫氮除磷功能，同時充分降解有機污染物。試驗表明，該層對氮與磷的除去率分別達85~92%，82~88%。經凈化處理的污水達到可達一級A標準，同時也滿足相關中水回用的標準，由集水管收集排出。
無動力誘導器不須人工提供任何電能與熱能，完全依靠風壓與熱壓等自然力的作用，通過通風空氣間層實現雙向通風供氧。在不消耗任何人工能源的前提下，其提供的風量可使氣水比(A/W)達10~50，可遠遠優于傳統的活性污泥法與生物膜法的供氧供氣水平，所以能實現高負荷運轉。而且，該系統還可以自然實現正逆向轉換運行，在提供充足的氧氣的同時，還起到攪拌與疏通的作用，使各功能層中的水混合均勻，并隨時疏導各層以免發生阻塞不暢現象。
本發明實施的效果表明，
(1)技術指標：
設計容積負荷：3~10kg COD/(m3·d)。
出水水質參數：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。出水可達一級A標準，也滿足相關中水回用的標準。
除去率：COD:96~98%;BOD5:98~99%;TN:94~96%;NH4-N:96~98%;TP:93~95%。
(2)經濟指標：
單位投資成本：在相同設計條件下，僅為傳統工藝的30~50%。
單位耗電指標：0.08~0.1kwh/m3。
單位經營成本：0.06~0.07元/ m3。
單位占地面積：0.8~1.2 m2/ m3。
本發明投資運行成本低、處理效率高、設計負荷高、抗沖擊能力強、運行穩定性好、氣候與地域適應性強;操作管理簡易，故障率很低，現場可實現無人值守;而且，采用無動力誘導通風系統，不耗電能實現供供氣氧，綠色節能環保。本發明技術經濟指標優于現有的技術方案，有效地解決了現存工藝技術缺陷，十分符合我國對中小城鎮污水處理的發展要求。
