專利名稱：水解－接觸穩(wěn)定－立體生態(tài)土壤處理系統(tǒng)凈化污水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明適于城鎮(zhèn)生活污水及可生化、可吸附的工業(yè)廢水的凈化。
背景技術(shù)：
目前我國(guó)新建和已建的城市污水處理廠，所采用的工藝中，以各種類型的活性污泥法為主流，占90％以上。其余則為一級(jí)處理，強(qiáng)化—級(jí)處理、生物膜法和土地處理法等。據(jù)2004年7月14日國(guó)家環(huán)保局、建設(shè)部、發(fā)展改革委等六大部門聯(lián)合召開的新聞發(fā)布會(huì)公布我國(guó)設(shè)市城市污水處理率為42％，其中一半以上的污水處理廠因經(jīng)費(fèi)不足，無法正常運(yùn)行，全年平均超標(biāo)天數(shù)高達(dá)152天，活性污泥法和生物膜法的主要問題是運(yùn)行成本高、維護(hù)費(fèi)高，全國(guó)平均運(yùn)行成本為0.80～1.20元/m3(中、小城市污水處理廠運(yùn)行成本高達(dá)1.30元/m3以上)。這種依靠財(cái)政撥款來支持污水處理廠的正常運(yùn)行，已備顯艱難。
現(xiàn)有土地處理法等方法，存在占地面積大、冬季凍土層以上的土壤失去凈化功能、脫氮脫磷效果不穩(wěn)定以及受地理環(huán)境條件所限制等因素不能有效地推廣。生態(tài)土壤處理系統(tǒng)僅適于分散的、小流量的生活污水處理，不能滿足城市生活污水集中處理的要求。
我國(guó)中小城市眾多，僅小城市占全國(guó)城市總數(shù)的60％以上，隨著全國(guó)小城鎮(zhèn)的建設(shè)與發(fā)展，也將成為水污染控制的重點(diǎn)之一。因此，積極開發(fā)和研究高效、低能耗、降低維護(hù)費(fèi)和低成本運(yùn)行的污水處理方法是非常必要的。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有生化法運(yùn)行成本高、能耗大，維護(hù)費(fèi)高和土地處理法占地面積大等問題，本發(fā)明提供一種水解—接觸穩(wěn)定—立體生態(tài)土壤處理系統(tǒng)的獨(dú)特工藝來凈化污水的方法。它是一種以水解—接觸穩(wěn)定組合工藝為預(yù)處理，以立體生態(tài)土壤處理系統(tǒng)為深度處理，是一種生化法與新型立體生態(tài)土壤處理法的優(yōu)化組合。提高了污水凈化效率、降低能耗和直接運(yùn)行成本，減少了日常維護(hù)費(fèi)用，污水處理廠建設(shè)期占地僅為地下滲濾法(生態(tài)土壤法)的一半以下。工程竣工后，土地資源和水資用綜合利用率可達(dá)90％以上。
主要發(fā)明內(nèi)容有為解決現(xiàn)有污水處理廠存在的問題，所提供的降低直接運(yùn)行成本和維護(hù)費(fèi)用，減少土地處理法的占地面積、擴(kuò)大其處理能力，強(qiáng)化冬季保溫和凍土層以上土壤的凈化污水能力，提高土地資源、水資源的利用率，在提高凈化污水效果的同時(shí)，最大限度獲取經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益的水解—接觸穩(wěn)定—立體生態(tài)土壤處理系統(tǒng)凈化污水為特征的整套方法和措施；以水解—接觸穩(wěn)定—立體生態(tài)土壤處理系統(tǒng)為特征的污水凈化工藝；將立體生態(tài)土壤處理系統(tǒng)設(shè)置為綠地處理系統(tǒng)、生態(tài)土壤處理系統(tǒng)、地下慢速滲濾處理系統(tǒng)和地下雙層進(jìn)水、雙層排水為特征的特殊結(jié)構(gòu)；把配水滲濾床設(shè)計(jì)為集預(yù)處理的沉淀池、土地處理的配水池、地下滲濾系統(tǒng)的滲濾床和水生植物塘、養(yǎng)魚塘為一體的多功能的池、塘或人工河等為特征的配水方式。
通過改良土質(zhì)，在土地處理系統(tǒng)中填加具有不同腐化速率的植物果殼、稻殼、碎桔桿、樹葉及木材加工廢料的木屑、木花、鋸末等，改善土質(zhì)的孔隙率、透水性、透氣性等有利凈化污水的性能；還引入蚯蚓，使其繁殖、生長(zhǎng)、代謝等活動(dòng)。進(jìn)一步持續(xù)提高土壤的凈化性能為特征的整套人工改良土質(zhì)凈化性能的措施；在綠地處理系統(tǒng)中，地面建造現(xiàn)代溫室或溫室大棚，即有利于冬季保溫，能充分利用凍土層以內(nèi)的土壤中含微生物最多、透水性、自然透氣性最好，滲透壓力低、凈化污水效果好等優(yōu)勢(shì)，解決了土地處理法冬季凍土層失去凈化污水的問題，減少土地占面積，還可在溫室內(nèi)發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)或種植花卉、經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物等，以提高土地資源再利用的價(jià)值；在配水滲濾床及出水貯水池等裸露的水域，放置具有凈化水質(zhì)和增強(qiáng)景觀效果雙重作用的有透水性、裝有土壤、栽上花草的生態(tài)桶，水中種植荷花等水生植物，并養(yǎng)殖魚類等；在土地處理系統(tǒng)布水管入水口處設(shè)置供風(fēng)系統(tǒng)，將入水溶解氧提高到3mg/L以上，過剩的空氣(氧氣)隨布水管分布到土壤中，廢氣從有孔的PVC塑料通氣管排出為特征的地下供氧方式。這種方法，可改善好氧菌的生存環(huán)境，擴(kuò)大好氧菌的環(huán)境區(qū)域，有利于污水凈化。
本方法通過一系列措施，污水得到凈化、出水可回用。COD、BOD5去除率可達(dá)96％，SS、大腸桿菌去除達(dá)99％以上，N、P也有較高的去除率；處理1m3的電耗在0.5～0.9kw/h·m3的之間，為活性污泥法的1/3左右，直接運(yùn)行成本在0.1m3以下，遠(yuǎn)低于活性污泥法0.50元/m3以上。其經(jīng)營(yíng)成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)活性污泥法；工程建設(shè)期立體生態(tài)土壤處理系統(tǒng)占地面積為3～4m2/m3，低于土地滲濾法(生態(tài)土壤處理系統(tǒng))最低值8m2/m3的50％以上。


圖1為本方法的工藝流程圖，其中，1、為格柵池，≤1萬m3/d的污水廠采用固定格柵，人工清渣；＜1萬m3/d的使用機(jī)械格柵，并設(shè)粗、細(xì)雙道格柵；2、為沉砂池，≥1萬m3/d的污水廠設(shè)刮砂機(jī)和砂水分離器；3、水解池為水解反應(yīng)器，回流污泥從穩(wěn)定池泵入；4、為接解穩(wěn)定池，該池一分之二，用墻隔開，前段為曝氣池，后段為穩(wěn)定池；5、為配水滲濾床；6、為立體生態(tài)土壤處理系統(tǒng)，它包括綠地處理系統(tǒng)、生態(tài)土壤處理系統(tǒng)和地下慢速滲濾處理系統(tǒng)。經(jīng)環(huán)評(píng)，地下慢速滲濾處理系統(tǒng)若可以采用無地下排水而不影響地下水水質(zhì)，則不需安裝地下集水管和隔水層。否則為二層進(jìn)水，二層排水的結(jié)構(gòu)；7、為出水池，需備回水泵；8、為污泥濃縮池，＜1萬m3/d可采用砂濾床濃縮和脫水，≥1萬m3/d的污水廠按傳統(tǒng)工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)；9、為污泥脫水，≥1萬m3/d的污水廠采用機(jī)械脫水，泥餅堆肥回用到綠地土壤處理系統(tǒng)中。
圖2是立體生態(tài)處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。其中圖2左側(cè)方槽圖為配水滲濾床，以設(shè)計(jì)為人工河、塘為主，是各土地處理單元的配水池。1、是預(yù)處理后進(jìn)水口，進(jìn)水方式為下進(jìn)上出；2、為滲濾床，以鵝卵石、石礫、砂子等無機(jī)濾料為主；3、為地下慢速滲濾處理系統(tǒng)的布水管；4、為配水池出水堰；5、為滲濾床防護(hù)墻；6、為PVC布水管通水孔，其它PVC管小園點(diǎn)均為通水孔；7、為生態(tài)土壤處理系統(tǒng)的布水管；8、是在布水管上面的梨底層以上的綠地處理系統(tǒng)；9、是生態(tài)土壤處理系統(tǒng)主反應(yīng)區(qū)；10、為集水管；11、為塑料膜隔水層；12、為地下滲濾系統(tǒng)的上土層；13、為地下慢速滲濾層；14、為地下滲濾處理系統(tǒng)的集水管，若可以采用地下滲透工藝，此管可不用；15、16為上、下集水管出水口。圖2中部段為立體生態(tài)土壤處理系統(tǒng)，每個(gè)系統(tǒng)依水量的不同劃分若個(gè)處理單元，每個(gè)單元占地面積為400～600m2，入水以PVC進(jìn)水管進(jìn)行均勻分布，出水用PVC集水管收集輸入出水池中，地下滲濾處理系統(tǒng)有集水管的，其出水池必須安裝抽水泵，以防壓差小，使整個(gè)土地處理系統(tǒng)流速過于緩慢；17、為出水池抽水泵或稱中水泵。
地面的溫室、綠地、水域景觀等未在結(jié)構(gòu)示意圖2中表示，可依實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。
圖3是圖2的A-A剖視圖。
具體實(shí)施方法 首先根據(jù)城鎮(zhèn)污水年排污總量、日平均排污量、日最大、最小排污量及近、遠(yuǎn)期城鎮(zhèn)發(fā)展規(guī)劃等來確定污水處理廠的設(shè)計(jì)規(guī)模和建設(shè)規(guī)模；依據(jù)進(jìn)水水質(zhì)、污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)(出水水質(zhì)的要求)，確定污水處理程度；然后用本方法的工藝及其設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)的工程設(shè)計(jì)、施工和調(diào)試運(yùn)行。
工程設(shè)計(jì)它包括工藝設(shè)計(jì)、方案設(shè)計(jì)及主體工程設(shè)計(jì)水解池是一種鋼混結(jié)構(gòu)的水解反應(yīng)器，它是舍去厭氧反應(yīng)中的甲烷化階段，縮短水力停留時(shí)間。COD、BOD5去除率為40～50％，SS去除率達(dá)80％，同時(shí)提高了污水的可生化性。主要設(shè)計(jì)參數(shù)有平均水力停留時(shí)間(HRT)2.0～2.5h；上流速度(Vmax)2.0～2.5h，并換算出水解池的有效容積；反應(yīng)器深度(H)4～6m；布水管密度＝1～2m2/孔；出水三角堰負(fù)荷＝1.5～3.0L(s·m)；污床在水面下1.0～1.5m；污泥排放口在水面下2.0～2.5m。
接觸穩(wěn)定池接觸穩(wěn)定池是由曝氣池和穩(wěn)定池(中沉池)組成，是一個(gè)水池用墻隔開成兩個(gè)部分。它是利用污染物在曝氣池中的14～45min。平均為30min的時(shí)間內(nèi)，被微生物所絮凝吸附為主導(dǎo)而出現(xiàn)低值，隨后又上升再慢慢降低的特點(diǎn)，通過微生物的物理化學(xué)的吸附作用去除有機(jī)物、SS、N、P等污染物。在充分利用活性污泥初期吸附作用，可不設(shè)初沉池，由于本方法泥齡短、更新快，污水進(jìn)入曝氣池的微生物源源不斷，則后段無需再設(shè)再生池，節(jié)省能耗、大大節(jié)省了基建和直接運(yùn)行成本。COD、BOD5、 SS去除率可達(dá)70～80％，N、P去除率為30-40％，主要設(shè)計(jì)參數(shù)有曝氣池HRT＝15～45min，平均為0.5h；變化系統(tǒng)1.2～1.5；污泥負(fù)荷NS＝0.20～0.60kgBOD5/(kgMLSS·d)；泥齡θc＝0.3～0.5d；氣水比3～5∶1反應(yīng)器深度H＝4.0～5.0m；微孔曝氣器服務(wù)面積0.3～0.5m2/個(gè)；穩(wěn)定池HRT＝0.5h；有效深度H＝3～5m立體生態(tài)土壤處理系統(tǒng)立體生態(tài)土壤處理系統(tǒng)是通過綠地處理系統(tǒng)、生態(tài)土壤處理系統(tǒng)和地下慢速滲濾處理系統(tǒng)的微生物的分解、代謝反應(yīng)、微生物絮凝、吸附等物理、化學(xué)、生物作用進(jìn)一步凈化預(yù)處理的廢水；利用土壤所具有的膠體物質(zhì)的吸附性吸附水中污染物；利用土壤是一個(gè)多孔體系、具有較高的表面積，截留和吸附污染物；利用土壤是一個(gè)化學(xué)平衡、絡(luò)合、螯合物質(zhì)、氧化還原物質(zhì)、酸、堿物質(zhì)等體系，可發(fā)生化學(xué)降解作用，使廢水中污染物得到凈化。
綠地處理系統(tǒng)的溫室建設(shè)和使用，有利保護(hù)該系統(tǒng)的植物常年吸收污水中的氮、磷及有機(jī)污染物和微生物降解、土壤中膠體物質(zhì)、絡(luò)合、螯合物質(zhì)，氧化還原物質(zhì)以及多孔體系等物理、化學(xué)降解作用，以削減廢水中的污染物。
生態(tài)土壤處理系統(tǒng)除了植物吸收功能減弱外，其余降解污染物的功能與機(jī)理和綠地處理系統(tǒng)基本相同。
地下慢速滲濾系統(tǒng)是以地下滲濾、土壤的各種物理化學(xué)降解作用以及厭氧反應(yīng)為主導(dǎo)的污水處理系統(tǒng)。它的增設(shè)，擴(kuò)大了單位面積的土地處理能力，減少了單位處理水量的土地占有面積。
具有多種功能的配水滲濾床，除了具有沉淀池、配水池、調(diào)節(jié)池、地下滲濾系統(tǒng)初級(jí)滲濾床等功能外，還可通過調(diào)節(jié)配水，使土地處理系統(tǒng)，特別是綠地處理系統(tǒng)恢復(fù)凈化功能的有效措施。水位上升時(shí)，排走土壤中的廢氣，水位下降時(shí)，引入新鮮空氣，這種自然的氣體交換，有利于好氧菌的生存。在配水池等裸露水域(最好設(shè)計(jì)為景觀水域)配置生態(tài)桶和養(yǎng)植荷花等水生植物，即有利于凈化水質(zhì)，又增強(qiáng)景觀效果，塘中養(yǎng)魚即為景觀增色，又可獲取經(jīng)濟(jì)效益，降低經(jīng)營(yíng)成本，深度處理的主要參數(shù)有初建期占地面積3～4m2/m3.水；建成后土地再利用率90％以上；土地面坡度8‰～1％；土地滲透性≥0.5cm/h；水力在土地處理系統(tǒng)總停留時(shí)間(HRT)8-12h；第一層配水管(布水管)埋深有溫室部分區(qū)域?yàn)榈叵?.5～0.6m，無溫室區(qū)域在凍水層以下0.15～0.20m；布水管間距0.75～0.90m；布水管材質(zhì)為PVC，最小直徑D＝75mm，鉆孔；第二層布水管埋深，在生態(tài)土壤處理系統(tǒng)底隔水層以下0.20～0.30m；集水管埋深(H)上層在其布水管之下0.9～1.3m；下層集水管0.7～1.10m；材料為PVC管、有孔。
配水滲濾床1.5m以下增添砂子、石礫及鵝卵石等無機(jī)過濾材料，隔水質(zhì)采用0.30mm厚塑料膜。
根據(jù)本工藝、方法及設(shè)計(jì)參數(shù)，設(shè)計(jì)出具體的實(shí)施方案，繪制出主體工程的施工圖紙和設(shè)備(設(shè)施)的安裝圖紙。其它方面的設(shè)計(jì)要結(jié)合本方法的特點(diǎn)，并參照相應(yīng)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)計(jì)、儀表和自動(dòng)化控制等方面的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中還應(yīng)將本方法的溫室建設(shè)和景觀建設(shè)的設(shè)計(jì)思路考慮進(jìn)去。
構(gòu)筑物的施工與設(shè)施安裝根據(jù)各工程的設(shè)計(jì)規(guī)模，現(xiàn)場(chǎng)條件的具體設(shè)計(jì)方案、施工圖紙，便于進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)施工和安裝相應(yīng)的設(shè)備或設(shè)施。在主體工程基本建成后，再進(jìn)行綠地處理系統(tǒng)的水資源和土地資源再利用的工程建設(shè)。土地再利用應(yīng)以建造溫室為主，溫室內(nèi)可種植花卉、經(jīng)濟(jì)農(nóng)作物等，剩余土地種花、草、栽樹，塑造人為景觀，裸露的水域所養(yǎng)植的荷花等水生植物，水中養(yǎng)魚、池設(shè)噴泉。力求建設(shè)天人合一，回歸自然的生態(tài)式、園林式、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)式的新型污水處理廠。
調(diào)試運(yùn)行主程工程建成后，在水解池培養(yǎng)厭氧菌，用污水進(jìn)行訓(xùn)化，輸入土地處理系統(tǒng)進(jìn)行厭氧“掛膜”；在接觸穩(wěn)定池中曝氣池中培養(yǎng)好氧菌，用污水進(jìn)行訓(xùn)化，輸入土地處理系統(tǒng)進(jìn)行好氧“掛膜”。最后啟動(dòng)整個(gè)處理系統(tǒng)調(diào)試2-3個(gè)月，即可實(shí)際污水達(dá)標(biāo)排放或中水回用。
權(quán)利要求
1.為解決現(xiàn)有污水處理廠存在的問題，所提供的降低直接運(yùn)行成本和維護(hù)費(fèi)用，減少土地處理法的占地面積的水解—接觸穩(wěn)定—立體生態(tài)土壤處理系統(tǒng)凈化污水為特征的整套方法和措施。
2.以水解—接觸穩(wěn)定—立體生態(tài)土壤處理系統(tǒng)為特征的污水凈化工藝。
3.將立體生態(tài)土壤處理系統(tǒng)設(shè)置為綠地處理系統(tǒng)、生態(tài)土壤處理系統(tǒng)、地下慢速滲濾處理系統(tǒng)和地下雙層進(jìn)水、雙層排水為特征的特殊結(jié)構(gòu)。
4.把配水滲濾床設(shè)計(jì)為集預(yù)處理的沉淀池、土地處理的配水池、地下滲濾系統(tǒng)的滲濾床和水生植物塘、養(yǎng)魚塘為一體的多功能的池、塘或人工河等為特征配水方式。
5.在土地處理系統(tǒng)中填加具有不同腐化速率的植物果殼、稻殼、碎桔桿、樹葉及木材加工廢料的木屑、木花、鋸末等，改善土質(zhì)的孔隙率、透水性、透氣性等有利凈化污水的性能和引入蚯蚓，使其繁殖、生長(zhǎng)、代謝等活動(dòng)為特征的整套人工改良土質(zhì)凈化性能的措施。
6.在土地處理系統(tǒng)布水管入水口處設(shè)置供風(fēng)系統(tǒng)，將入水溶解氧提高到3mg/L以上，過剩的空氣(氧氣)隨布水管分布到土壤中，廢氣從有孔的PVC塑料通氣管排出為特征的地下供氧方式。
全文摘要
水解—接觸穩(wěn)定—立體生態(tài)土壤處理系統(tǒng)凈化污水的方法是一種處理城鎮(zhèn)生活污水及可生化、可吸附的工業(yè)廢水的方法；是以水解—接觸穩(wěn)定組合工藝為預(yù)處理，以立體生態(tài)土壤處理系統(tǒng)為深度處理的優(yōu)化組合工藝。通過本方法的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行工程設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試運(yùn)行，可提高污水凈化效率、降低能耗和直接運(yùn)行成本，減少了日常維護(hù)費(fèi)用。污水處理廠建設(shè)期占地面積為地下滲濾法(生態(tài)土壤法)的一半以下，工程竣工后，土地資源和水資源綜合利用率可達(dá)90％以上。解決了現(xiàn)有污水處理廠的活性污泥法運(yùn)行費(fèi)用高、維護(hù)費(fèi)用高和土地處理法占地面積大，冬季凍土層以上土壤失去凈化功能、脫氮脫磷效果不穩(wěn)定以及受地理環(huán)境條件所限制等問題。
文檔編號(hào)C02F1/00GK1644514SQ200410010548
公開日2005年7月27日 申請(qǐng)日期2004年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月27日
發(fā)明者徐東升 申請(qǐng)人:徐東升