專利名稱：層狀地質(zhì)礦物濾池污水處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及生活污水處理技術(shù)領域，是一種生物技術(shù)與地質(zhì)(地下水凈化)技術(shù)相結(jié) 合的高效生活污水處理技術(shù)，特別適合于在廣大城鎮(zhèn)推廣應用。
技術(shù)背景隨著城市人口的劇增、鄉(xiāng)村的城鎮(zhèn)化和人民生活水平的提高，人均需水量和總需水量 不斷增加，我國城鎮(zhèn)生活污水排放量也隨之增加，在廢水排放總量中占的比重已經(jīng)大于工 業(yè)廢水。以2006年為例，全國廢水排放總量為536.8億噸，比上年增加2.3°/。，其中，工 業(yè)廢水排放量240.2億噸，占廢水排放總量的44.7%，比上年減少1.1%;城鎮(zhèn)生活污水排 放量296.6億噸，占廢水排放總量的55.3%，比上年增加5.8%。據(jù)估計，到2010年，我 國城市生活污水排放總量為1050億噸，其中村鎮(zhèn)污水排放量可達270億噸。我國水污染 控制的重點已經(jīng)從工業(yè)點源為主的控制，逐漸轉(zhuǎn)變到以城市生活污水為主的控制。根據(jù)國家環(huán)?？偩肿钚掳l(fā)布的《2006年國家城市環(huán)境管理與綜合整治年度報告》，我 國城市生活污水集中處理率平均僅為42.55%，其中有200個城市生活污水集中處理率為0。 這主要是因為盡管城市生活污水二級生物處理技術(shù)發(fā)展比較完善，但城市污水處理廠一般 投資較高，而且在建成后運行費用較大， 一般中小城鎮(zhèn)難以負擔。更有甚者， 一些己經(jīng)建 成的污水處理廠也會因為資金匱乏而不能正常運作。另外，污水土地處理技術(shù)(包括人工快速滲濾系統(tǒng))作為新型污水處理技術(shù)，被認為是 解決中小城市、城鎮(zhèn)、農(nóng)村等小流量生活污水的最適合、最可靠的途徑。該技術(shù)具有操作 簡單、管理方便、投資小、能耗低、運行費用低以及出水水質(zhì)好等優(yōu)點，但是隨著應用時 間增長，該類技術(shù)曝露出一些嚴重的缺陷及致命的問題。常規(guī)污水土地處理技術(shù)的主要缺點有(1) 污水土地處理系統(tǒng)占地面積大?；谖覈鴩?，人多地少，土地使用費用高， 難以大范圍推廣使用；(2) 污水土地處理系統(tǒng)水力負荷低。污水停留時間長，難以滿足大量處理的要求， 不適合大中型水處理系統(tǒng)，不適合高濃度污水；(3)污水土地處理系統(tǒng)易堵塞，這是土地處理系統(tǒng)致命的問題， 一旦堵塞系統(tǒng)將完 全癱瘓，反沖洗非常困難，成本及操作難度大，所需恢復時間長，難以長時間持續(xù)穩(wěn) 定的運行。上述缺點嚴重制約著污水土地處理技術(shù)在我國的推廣應用，使其難以滿足我國當前城 鎮(zhèn)生活污水處理的要求。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種新的生活污水處理系統(tǒng)——層狀地質(zhì)礦物濾池污水處理系 統(tǒng)，以解決城市生活污水二級生物處理技術(shù)以及常規(guī)污水土地處理技術(shù)存在的問題。該系 統(tǒng)具有投資小、運行費用低、出水水質(zhì)好、占地面積較小、水力負荷高、反沖洗簡單、堵 塞后易恢復等優(yōu)點。本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)的 一種層狀地質(zhì)礦物濾池系統(tǒng)，包括格柵池、 初沉池、配水池和濾池，所述濾池為層狀地質(zhì)礦物濾池。所述層狀地質(zhì)礦物濾池共分為四層(每層高度無特別要求，考慮最佳處理效果和投資效益比建議為60cm-70cm)，上部三層的濾料為花崗巖風化礦物砂，每層上部均呈與大氣 相通的開放狀態(tài)，每層底部均布設排水口和反沖洗口；最下面一層的濾料由灰?guī)r顆粒和大 理石顆粒組成。上部三層的花崗巖風化礦物砂粒徑為2—4mm，每層的濾料厚度為50cm-60cm。上部三層每層濾料表面鋪設噴水管道及聯(lián)接在噴水管道出水口的噴頭；上部三層由上 層、中層和下層組成，上層的噴水管道進水口接配水池的出水口，中層和下層的噴水管道 進水口分別通過其噴水管道連接上層和中層的排水口 。最下面一層濾料厚度為60cm-70cm (以呈充滿狀態(tài)為宜)，濾料由灰?guī)r顆粒和大理石 顆粒組成，體積比為l: 1，兩者粒徑均為4一5mm;該層密封并設有進水口和出水口，該 層的進水口通過管道與第三層濾池的排水口相連接。最下面一層的進水口和出水口分別位于該層頂部的兩端。本發(fā)明層狀地質(zhì)礦物濾池系統(tǒng)還包括增強型除磷輔助裝置，增強型除磷輔助裝置的進 水口接層狀地質(zhì)礦物濾池最下面一層的出水口；所述增強型除磷輔助裝置為灰?guī)r顆粒和大理石顆粒按1: 1的體積比混合物鋪設的滲流通道，灰?guī)r顆粒和大理石顆粒的顆粒大小為l-2mm。本發(fā)明處理生活污水的原理如下由于生活污水可生化活性較高，地質(zhì)礦物濾池在運行過程中，微生物會在地質(zhì)礦物濾料的孔隙中生長掛膜，具有較高的比表面積，從而有利于污水中污染物的降解。
有機污染物在污水下滲的過程中被孔隙中的微生物膜截留，并作為微生物生長所需的 碳源被降解，從而去除污水中的COD。
氮在污水下滲的過程中，由于地質(zhì)礦物濾池按干濕交替的運行方式(如采用間歇式進 水模式，進水、落干交替進行， 一天24小時進水3-4次，每次進水3-4小時，落干3-4小 時)，濾池的上部三層中是有氧條件與無氧條件形成一個處理系統(tǒng)；在有氧條件下，污水 中的氨態(tài)氮在硝化菌的作用下發(fā)生硝化反應，轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮，從而使污水中氨氮降低；在 無氧條件下，污水中的硝態(tài)氮在反硝化菌的作用下發(fā)生反硝化反應，轉(zhuǎn)化為氮氣，從而使 污水中的總氮降低。但是濾池的前三層中無氧條件存在的時間較短，而污水的水力停留時 間更短，使反硝化作用不完全。此時濾池的最后一層的作用顯露出來。由于最后一層密封 且為飽水狀態(tài)，整層都處于厭氧條件下，有利于反硝化作用的充分進行，從而提高氮的去 除率。另外，污水中的有機污染物也可作為反硝化的有機碳源被進一步消耗，提高COD 的去除率。
磷的去除原理是，在地質(zhì)礦物濾池的上部三層中，微生物分解有機磷，形成無機磷， 該三層對磷去除率不高。當污水進入第四層還原濾層之后，在灰?guī)r顆粒和大理石顆粒組成 的濾料的吸附作用下去除一部分磷，同時與濾料中的碳酸f丐發(fā)生反應，生成難溶物沉淀， 從而提高了污水中磷的去除率。
其他污染指標，如SS等，在該系統(tǒng)的作用下去除效果也很明顯。污水中的SS經(jīng)過初 沉池即可降低50%左右，經(jīng)過地質(zhì)礦物濾池的第一層處理便可達到國家一級排放標準。
另外，本發(fā)明所述花崗巖風化礦物砂主要成分是石英和長石，均為難溶物，經(jīng)風化后 的花崗巖礦物砂均含有沸石，沸石是一種巖石物理特征狀態(tài)的總稱，特征是呈多孔狀。由 于層狀地質(zhì)礦物濾池每層的地質(zhì)礦物濾料都較薄，污水下滲相對容易，系統(tǒng)的水力負荷較 高；當層狀地質(zhì)礦物濾池產(chǎn)生堵塞跡象時，同樣由于濾料較薄，反沖洗會變得容易，操作 相對簡單，因此該系統(tǒng)能長時間的穩(wěn)定運行。
本發(fā)明公開的層狀地質(zhì)礦物濾池污水處理系統(tǒng)具有常規(guī)污水土地處理技術(shù)操作簡單、 管理方便、投資小、能耗低、運行費用低以及出水水質(zhì)好的優(yōu)點，同時具有占地面積較小、 水力負荷高、堵塞后易恢復、反沖洗簡單等優(yōu)點，有利于大范圍的推廣應用。
本發(fā)明最大有別于常規(guī)污水土地處理技術(shù)的是，所使用材料與結(jié)構(gòu)有明顯的不同。本 發(fā)明處理水力負荷大為提高'為2.5-3.0 m/d(m3/m2.d),系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象大為減少，而一旦堵 塞則可起動反沖洗裝置，使系統(tǒng)快速恢復最佳處理狀態(tài)，解決了常規(guī)污水土地處理技術(shù)因堵塞而廢棄系統(tǒng)的問題。


圖1為本發(fā)明公開的層狀地質(zhì)礦物濾池污水處理系統(tǒng)示意圖； 圖2為層狀地質(zhì)礦物濾池結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
參見圖l，本發(fā)明由格柵池l、初沉池2、配水池4、層狀地質(zhì)礦物濾池5和增強型除 磷輔助裝置6構(gòu)成。
所述格柵池、初沉池和配水池可采用與傳統(tǒng)城市污水處理廠中相同的設計。
如圖2所示，所述層狀地質(zhì)礦物濾池共分為四層(即從上至下排布的第一層濾池、第 二層濾池、第三層濾池和第四層濾池)，每層高度為60cm，上面三層的濾料為地質(zhì)礦物材 料——花崗巖風化礦物砂7，其中含有多種難溶礦物及具有凈水作用的沸石，每層上部均 呈開放狀態(tài)，以便于空氣進入形成好氧環(huán)境。第四層的濾料為混合地質(zhì)礦物濾料8，由灰 巖顆粒和大理石顆粒按l: l的體積比組成。
上面三層地質(zhì)礦物濾池結(jié)構(gòu)完全相同，每層均在底部設置排水口 9和反沖洗口 10 (反 沖洗口 10可與排水口9連接，通過設置在反沖洗管道和下層進水管道的閥門控制排水或 反沖洗)，配水池中的污水經(jīng)第一層的噴水管道11與噴頭12布水進入第一層濾池進行處 理，由排水口排出進入第二層的噴水管道與噴頭進行布水，經(jīng)第二層濾池處理后，由排水 口排出進入第三層的噴水管道和噴頭進行布水進入第三層濾池進行處理。上述三層濾池填 充粒徑為2—4mm花崗巖風化礦物砂，濾料厚度為50cm，濾料層表面鋪設噴水管道與噴 頭，所處理污水均從噴頭噴出，以增加氧氣進入量，有助于增強好氧處理效果。
第四層濾池的進水口和排水口分別位于該層濾池頂部的兩端，不需要反沖洗，濾料厚 度為60cm，由灰?guī)r顆粒和大理石顆粒按l: l的體積比組成，顆粒粒徑均為4一5mm。該 層密封，進水為第三層濾池的出水，由第三層濾池的排水口直接進入第四層濾池的進水口， 確保該層處于厭氧狀態(tài)。該層進水口和出水口分別位于濾池頂部兩端。
所述增強型除磷輔助裝置由地下管道改建而成，在保證前述處理單元不變的情況下， 在地下鋪設10m (長)X2m (寬)Xlm (深)的灰?guī)r顆粒和大理石顆粒按1: 1的體積比 混合物滲流通道，模擬地下水滲流環(huán)境，礦物顆粒大小為l-2mm。該通道與層狀地質(zhì)礦物 濾池最下方出水口相連接，采用水頭差驅(qū)動，使水流自然流經(jīng)該通道。該輔助礦物滲流通 道，能更進一步提高除磷效果，適合于高濃度含磷廢水(>5mg/L)。其原理主要是碳酸鹽 礦(大理石與灰?guī)r)與磷相互作用，形成磷酸鈣難溶礦物，從而除磷。該通道設置于地下，可在任何地下空閑處，形狀可非規(guī)則，不占用有用空間。
本發(fā)明工作過程如下待處理污水經(jīng)格柵池1進入初沉池2，初沉池2中的水沉淀后 經(jīng)水泵打入配水池4，配水池4的水經(jīng)出水管進入層狀地質(zhì)礦物濾池5，層狀地質(zhì)礦物濾 池的水經(jīng)出水管進入增強型除磷輔助裝置6;所述層狀地質(zhì)礦物濾池采用間歇式進水模式，
進水、落干交替進行， 一天24小時進水3-4次，每次進水3-4小時，落干3-4小時。當進 水COD濃度為100-800mg/L，氨氮濃度為10-30mg/L，總磷濃度為3-5mg/L，水力負荷為 2.5-3.0m/d時，經(jīng)過層狀地質(zhì)礦物濾池污水處理系統(tǒng)處理之后，出水COD濃度低于30mg/L， 氨氮低于5mg/L，總磷低于0.5mg/L，達到國家一級排放標準(GB 18918-2002)。 一旦層 狀地質(zhì)礦物濾池出現(xiàn)堵塞則啟動反沖洗裝置，經(jīng)反沖洗口對層狀地質(zhì)礦物濾池進行反沖 洗，使系統(tǒng)快速恢復處理能力，解決了常規(guī)污水土地處理技術(shù)因堵塞而廢棄系統(tǒng)的問題。
權(quán)利要求
1. 一種層狀地質(zhì)礦物濾池系統(tǒng)，包括格柵池、初沉池、配水池和濾池，其特征在于濾池為層狀地質(zhì)礦物濾池。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的層狀地質(zhì)礦物濾池系統(tǒng)，其特征在于所述層狀地質(zhì)礦物濾池 共分為四層，上部三層的濾料為花崗巖風化礦物砂，每層上部均呈與大氣相通的開放 狀態(tài)，每層底部均布設排水口和反沖洗口；最下面一層的濾料由灰?guī)r顆粒和大理石顆 粒組成。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的層狀地質(zhì)礦物濾池系統(tǒng)，其特征在于上部三層的花崗巖風化礦物砂粒徑為2—4mm，每層的濾料厚度為50cm-60cm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的層狀地質(zhì)礦物濾池系統(tǒng)，其特征在于上部三層每層濾料 表面鋪設噴水管道及聯(lián)接在噴水管道出水口的噴頭；上部三層由上層、中層和下層組 成，上層的噴水管道進水口接配水池的出水口，中層和下層的噴水管道進水口分別通 過其噴水管道連接上層和中層的排水口。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的層狀地質(zhì)礦物濾池系統(tǒng)，其特征在于最下面一層濾料厚 度為60cm-70cm，濾料由灰?guī)r顆粒和大理石顆粒組成，體積比為1: 1，兩者粒徑均為 4一5mm;該層密封并設有進水口和出水口，該層的進水口通過管道與第三層的排水口 相連接。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的層狀地質(zhì)礦物濾池系統(tǒng)，其特征在于最下面一層的進水口和 出水口分別位于該層頂部的兩端。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的層狀地質(zhì)礦物濾池系統(tǒng)，其特征在于層狀地質(zhì)礦物濾池系統(tǒng) 還包括增強型除磷輔助裝置，增強型除磷輔助裝置的進水口接層狀地質(zhì)礦物濾池最下面一層的出水口；所述增強型除磷輔助裝置為灰?guī)r顆粒和大理石顆粒按l: l的體積比混合物鋪設的滲流通道，灰?guī)r顆粒和大理石顆粒的顆粒大小為l-2mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種層狀地質(zhì)礦物濾池系統(tǒng)，包括格柵池、初沉池、配水池和濾池，所述濾池為層狀地質(zhì)礦物濾池。本發(fā)明具有常規(guī)污水土地處理技術(shù)操作簡單、管理方便、投資小、能耗低、運行費用低以及出水水質(zhì)好的優(yōu)點，同時具有占地面積較小、水力負荷高、堵塞后易恢復、反沖洗簡單等優(yōu)點，有利于大范圍的推廣應用。與常規(guī)污水土地處理技術(shù)相比，本發(fā)明處理水力負荷大為提高，為2.5-3.0m/d(m³/m²·d)，系統(tǒng)堵塞現(xiàn)象大為減少，而一旦堵塞則可起動反沖洗裝置，使系統(tǒng)快速恢復最佳處理狀態(tài)，解決了常規(guī)污水土地處理技術(shù)因堵塞而廢棄系統(tǒng)的問題。
文檔編號C02F3/02GK101269874SQ200810047498
公開日2008年9月24日 申請日期2008年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月29日
發(fā)明者宇 寧, 李義連, 陳華清 申請人:中國地質(zhì)大學(武漢)