專(zhuān)利名稱(chēng)：：一種人工快速滲濾池及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種人工快速滲濾污水處理池，尤其是涉及一種在有效進(jìn)行有機(jī)物的降解和脫氮基礎(chǔ)上，能提高除磷效率的低成本人工快速滲濾池，及其在農(nóng)村生活污水M處理中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
：農(nóng)村生活污水已成為目前我國(guó)農(nóng)村地區(qū)水體污染的主要污染源之一，由于其來(lái)源分散、配套處理工藝落后、環(huán)保資金匱乏以及農(nóng)村地區(qū)環(huán)保意識(shí)跟不上等因素，幾乎未經(jīng)任何處理直接排入河流、水庫(kù)和湖泊，導(dǎo)致河流發(fā)黑發(fā)臭，湖庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題突出，自然環(huán)境、生態(tài)環(huán)境以及々大用水安全遭到嚴(yán)重的破壞。農(nóng)村生活污水具有與城市污水不同的特點(diǎn)農(nóng)村生活污水水量因地區(qū)差異而不同，農(nóng)村生活污水一般具有人均排量少，日變化系數(shù)大(一般在3.0-5.0之間)；農(nóng)村生活污水主要是廚房污水、洗滌、沐浴和部分衛(wèi)生潔具排水，其有機(jī)物和氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物濃度較城市生活污水高，一般不含有有毒物質(zhì)；農(nóng)村生活污水一般間歇排放。我國(guó)城市生活污水目前常用的處理工藝，如SBR法、UNITANK法、氧化溝法、AB法、A/0法、A/A/0法、生物濾池法、生物轉(zhuǎn)盤(pán)法、生物接觸氧化法、生物流化床法等，雖然能取得良好的污水處理效果，但由于存在基建投資、運(yùn)行費(fèi)用高，操作復(fù)雜、難以管理，動(dòng)力消耗較大，單位污水處理成本高等缺陷，不適于農(nóng)村地區(qū)的生活污水處理。人工快速滲濾系統(tǒng)(ConstructedRapidInfiltrationSystem,簡(jiǎn)稱(chēng)CRI系統(tǒng))釆用人工介質(zhì)回填，水力負(fù)荷高，單位污水處理量的占地面積與,見(jiàn)才莫基本無(wú)關(guān)，具有工藝靈活、投資省、能耗小、運(yùn)行費(fèi)用低、維護(hù)管理方便等特點(diǎn)，適于在農(nóng)村地區(qū)利用住戶(hù)房前屋后的未充分利用的零散土地建立規(guī)模較小的人工快速滲濾系統(tǒng)進(jìn)行農(nóng)村生活污水的處理。但同時(shí)，由于CRI系統(tǒng)的水力負(fù)荷高，水與微生物接觸的時(shí)間短，且所釆用的滲濾介質(zhì)與天然土層相比，對(duì)污水中TP的去除率相對(duì)較低；因此，需要在有效進(jìn)行有機(jī)物的降解和脫氮基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高除磷效率，使農(nóng)村生活污水出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到一級(jí)A標(biāo)，且經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有人工快速滲濾系統(tǒng)對(duì)污水中總磷的去除率低的缺點(diǎn)，提供一種在有效進(jìn)行有機(jī)物的降解和脫氮基礎(chǔ)上，能提高除磷效率的低成本人工快速滲濾池，及其在農(nóng)村生活污水分散處理中的應(yīng)用，以使農(nóng)村生活污水出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中一級(jí)A標(biāo)，且經(jīng)濟(jì)最優(yōu)。本發(fā)明提供一種人工快速滲濾池，其內(nèi)填充有人工配置的人工濾料，所述人工濾料是由顆粒級(jí)的河砂和海綿鐵，按體積比為5:l的比例混合而成。為了獲得更好的除磷效率，所述河砂和海綿鐵均勻混合。期為一天24小時(shí)內(nèi)布水4次，每隔6小時(shí)投配一次，每次布水1.5小時(shí)。所述人工快速滲濾池的填料分3層，底部填料為粒徑4-40mm的碎石，層厚200mm;中部填料為所述河砂和海綿鐵組成的粒徑0.25-2mm的人工濾料，及體積5%的大理石砂，層厚700mm;所述人工快速滲濾池的上層填料為所述河砂和海綿鐵組成的粒徑0.1-0.5mm的人工濾料，及體積5%的大理石砂，層厚600mm;其中大理石砂主要起骨架作用，提高整個(gè)填料層的滲透性能。所述人工快速滲濾池的總高度為1800mm，高出上層填料表面的300mm作為保護(hù)高度。所述人工快速滲濾池的水力負(fù)荷一般為1.0m/d。所述人工快速滲濾池適用于COD〈00mg/1,TP《mg/l的農(nóng)村生活污水的分散處理；可在農(nóng)村地區(qū)利用住戶(hù)房前屋后的未充分利用的零散土地建立規(guī)模較小的所述人工快速滲濾池進(jìn)行農(nóng)村生活污水的處理，處理出水水質(zhì)完全達(dá)到國(guó)家有關(guān)的環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于人工快速滲濾池的人工濾料中海綿鐵的量，由于是在人工快速滲濾池中起到吸附磷的作用，太多了固然可以提高除磷效率，但同時(shí)會(huì)削減人工快速滲濾池對(duì)有機(jī)物的降解和脫氮作用，也會(huì)使人工快速滲濾池的成本大大增加，但是太少了又起不到作用。海綿鐵在人工濾料中的含量越多，對(duì)磷的去除效率就越好，但是受經(jīng)濟(jì)性能限制，人工濾料中河砂與海綿鐵的體積比一般在5:1是最優(yōu)的性?xún)r(jià)比。這樣的人工快速滲濾池，針對(duì)農(nóng)村生活污水，使出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中一級(jí)A標(biāo)要求的條件下，經(jīng)濟(jì)最優(yōu)，這才適合在農(nóng)村地區(qū)廣泛的推廣和應(yīng)用。本發(fā)明中海綿鐵的作用機(jī)理是對(duì)人工快速滲濾池而言，由于一般沒(méi)有植物，其除磷機(jī)制主要是介質(zhì)的吸附、化學(xué)沉淀和微生物積累。但是，在人工快速滲濾池中，介質(zhì)的吸附和化學(xué)沉淀對(duì)磷的去除效果與傳統(tǒng)的污水土地處理工藝相比是有差異的。為保持較高的水力負(fù)荷(一般為l.Om/d)，人工快速滲濾池所用滲濾介質(zhì)往往是河流沖積砂，其中粘粒較少，介質(zhì)的陽(yáng)離子交換容量較小，因此，對(duì)磷的吸附效果較差；同時(shí)，由于介質(zhì)的滲透性能好，水力負(fù)荷高，水在系統(tǒng)中的停留時(shí)間短，因此，通過(guò)介質(zhì)中含有鐵、鋁和鈣等礦物與水中的po43-反應(yīng)而沉淀處理磷的效果也會(huì)較差。此外，借助微生物對(duì)磷的正常同化吸收和聚磷菌對(duì)磷的過(guò)量積累，在人工快速滲濾池中對(duì)去磷所作的貢獻(xiàn)也是很有限的。所以，從磷的去除機(jī)理上分析，人工快速滲濾池對(duì)磷的去除效果較差。海綿鐵由于是金屬多孔結(jié)構(gòu)，具有比較大的比表面積，對(duì)磷有比較大的吸附作用，同時(shí)在中性或偏酸性的環(huán)境中，海綿鐵本身及其所產(chǎn)生的新生態(tài)[H]、Fe"等，F(xiàn)e2+進(jìn)一步氧化生成Fe3、磷酸根可與Fe"，生成比較難溶的磷酸鐵沉淀，從而進(jìn)一步增加其對(duì)磷的吸附效果。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于本發(fā)明在人工濾料中添加了海綿鐵，能在有效進(jìn)行有機(jī)物的降解和脫氮基礎(chǔ)上，提高除磷效率；同時(shí)由于控制了人工濾料中河砂與海綿鐵的比例，以使人工快速滲濾池在滿(mǎn)足污水達(dá)標(biāo)排放的基礎(chǔ)上最經(jīng)濟(jì)，更適于在農(nóng)村地區(qū)推廣應(yīng)用。具體實(shí)施例方式下面通過(guò)對(duì)比試一驗(yàn)和實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明。由于人工快速滲濾池中填料的選擇不可能是完全統(tǒng)一的粒徑，所以填料的粒徑只能是在一個(gè)范圍之內(nèi)。對(duì)比試驗(yàn)一從滲透性能，即滲濾介質(zhì)要求具有良好的滲透性能，以提高水力負(fù)荷，減少占地面積；物化特性，即有較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，顆粒大小適中，顆粒小的滲濾介質(zhì)具有較大的比表面積、較小的空隙率，可以生長(zhǎng)的微生物量較多，水力負(fù)荷較小，大顆粒的滲濾介質(zhì)具有較小的比表面積、較大的空隙率，可以生長(zhǎng)的微生物較少，水力負(fù)荷較大；價(jià)格因素，即滲濾介質(zhì)最好選擇價(jià)格便宜且容易獲得的物質(zhì)，可以節(jié)省大量的基建投資費(fèi)用，這3者作為選取滲濾介質(zhì)的主要考慮因素，在人工快速滲濾池中選用河砂為人工濾料的主體，同時(shí)投加一定量的大理石、或沸石、或焦炭、或陶粒、或海綿鐵等作為特殊介質(zhì)。為了了解上述五種特殊介質(zhì)對(duì)磷的吸附性能，分別進(jìn)行了高濃度(進(jìn)水總磷濃度50mg/L)和低濃度(進(jìn)水總磷濃度10mg/L)兩種條件下的吸附試驗(yàn)。進(jìn)行高濃度吸附試驗(yàn)的目的主要為了檢驗(yàn)上述五種特殊介質(zhì)對(duì)磷的最大吸附能力，考慮到實(shí)際生活污水中總磷的濃度范圍大概是3-15mg/L，為了真實(shí)地模擬實(shí)際情況下上述五種滲濾介質(zhì)對(duì)磷的吸附能力，同時(shí)進(jìn)行了低濃度吸附試驗(yàn)。高濃度吸附試-驗(yàn)分別稱(chēng)取5克大理石、沸石、焦炭、陶粒以及海綿鐵，放到錐形瓶中，加入50ml,50mg/L的磷酸二氬鉀溶液，在搖床上速率為140r/min,溫度為25。C，震蕩0.5h、lh、3h取樣分別測(cè)TP的濃度。試驗(yàn)共分為兩組。第一組試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表l,第二組試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2，平衡濃度和吸附量見(jiàn)表3。由表3可知，對(duì)于50mg/L的磷酸二氫鉀溶液，上述五種特殊滲濾介質(zhì)對(duì)磷的吸附效率最佳的是海綿鐵。低濃度吸附試驗(yàn)進(jìn)水磷酸二氫鉀溶液的總磷濃度改為10mg/L,其他同高濃度吸附試驗(yàn)。平衡濃度和吸附量見(jiàn)表4。由表4可知，對(duì)于10mg/L的磷酸二氳鉀溶液，上述五種特殊滲濾介質(zhì)對(duì)磷的吸附效率最佳的是海綿鐵。表1常用滲濾介質(zhì)的高濃度吸附試驗(yàn)第一組試驗(yàn)結(jié)果單位mg/L<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2常用滲濾介質(zhì)的高濃度吸附試驗(yàn)第二組試驗(yàn)結(jié)果單位mg/L<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表3常用滲濾介質(zhì)的高濃度吸附試驗(yàn)的平衡濃度和吸附量<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>所以，本發(fā)明選擇海綿鐵為主要的特殊滲濾介質(zhì)，添加到人工快速滲濾池的人工濾料中。對(duì)比試驗(yàn)二:設(shè)計(jì)四根有機(jī)玻璃試驗(yàn)柱(1#,2#，3#,4#),內(nèi)徑都為20mm，高度都為600mm。1#柱滲濾介質(zhì)為300mm的海綿鐵；2#柱滲濾介質(zhì)為300mm的河砂，1#柱和2#柱是為了研究在相同滲濾介質(zhì)厚度條件下海綿鐵與河砂的除磷效果。3#柱滲濾介質(zhì)為300mm的復(fù)合滲濾介質(zhì)，所述復(fù)合滲濾介質(zhì)為河砂與海綿鐵按體積比5:1均勻混合而成；4#柱滲濾介質(zhì)為復(fù)合滲濾介質(zhì)，所述復(fù)合滲濾介質(zhì)為河砂與海綿鐵按體積比5:l組合而成，只是海綿鐵單獨(dú)集中分為一層，海綿鐵層的位置在距離柱底部100mm處，厚度是50mm，海綿4失層的上下部各加入河砂使?jié)B濾介質(zhì)總厚度為300mm;3#柱和4#柱是研究當(dāng)海綿鐵一定的情況下，河砂與海綿鐵的不同混合方式對(duì)磷的去除效果。試驗(yàn)采用海綿鐵的粒徑為l-3mm。河砂內(nèi)含有8%-10%的大理石，粒徑主要在0.6mm到1.2mm之間。為了模擬實(shí)際地下運(yùn)行特征，在運(yùn)行階段每個(gè)柱子都用黑色的塑料帶裹上，防止光照。試-險(xiǎn)采用間歇進(jìn)水方式運(yùn)行，一天24小時(shí)內(nèi)布水4次，每隔6小時(shí)投配一次，每次布水1.5小時(shí)，每次進(jìn)水250ml。平均的水力負(fù)荷為1.0m/d。在每個(gè)試驗(yàn)柱的下部加上彈簧夾來(lái)控制出水的流速，出水流速控制在1.0ml/min左右，以保證污水在介質(zhì)中的停留時(shí)間。試驗(yàn)主要監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為總磷，采用鉬銻抗分光光度法。當(dāng)1#柱出水濃度大于1.0mg/L時(shí)，認(rèn)為海綿鐵吸附飽和，即停止試驗(yàn)。不同滲濾介質(zhì)除磷效果的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5。表5不同滲濾介質(zhì)除磷效果的對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>從表5可知在進(jìn)水條件相同時(shí)，1#(全部海綿鐵)TP去除率約90。/。，2#(全部為河砂)TP去除率約2.7%，3#(5:1，均勻混合)TP去除率約80%,4#(5:1,集中堆置)TP去除率約62.5。/。。3#柱的除磷效果要明顯好于4#柱；3#、4#的總磷去除率與2#柱的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比可知海綿鐵的加入對(duì)磷的去除效果還是比較明顯的，3#、4#的總磷的去除率較2#高出60%;3#柱、4#柱的出水濃度較1#柱都高，但海綿鐵的含量從16%提高到100%,其去除率增加只從80%增加到90%，由此可見(jiàn)過(guò)度增加海綿鐵的含量，其作用并不明顯。此外，海綿鐵的含量過(guò)高會(huì)削減人工快速滲濾池對(duì)有機(jī)物的降解和脫氮作用，且會(huì)提高成本。實(shí)施例1:在西南交通大學(xué)新校區(qū)附近——成都市郫縣犀浦鎮(zhèn)建立一座人工快速滲濾池，為一戶(hù)3口農(nóng)家進(jìn)行生活污水的處理。為該農(nóng)戶(hù)小務(wù)建的人工快速滲濾池初期投資成本約為200元，后期運(yùn)行費(fèi)用僅為少量電費(fèi)。設(shè)計(jì)規(guī)模Q=38L/d;設(shè)計(jì)水力負(fù)荷l.Om/d;布水方案一天24小時(shí)內(nèi)布水4次，每隔6小時(shí)投配一次，每次布水時(shí)間1.5小時(shí)，落干4.5小時(shí)；滲濾介質(zhì)及滲濾介質(zhì)層厚度所述人工快速滲濾池內(nèi)填充有人工配置的由顆粒級(jí)的河砂和海綿鐵按體積比為5:1的比例均勻混合而成的人工濾料。所述人工快速滲濾池的填料分3層，底部填料為粒徑4-40mm的碎石，層厚200mm;中部填料為所述河砂和海綿鐵組成的粒徑0.25-2mm的人工濾料，及體積5%的大理石砂，層厚700mm;所述人工快速滲濾池的上層填料為所述河砂和海綿鐵組成的粒徑0.1-0.5mm的人工濾料，及體積5%的大理石砂，層厚600mm;所述人工快速滲濾池的總高度為1800mm,高出上層填料表面的300mm作為保護(hù)高度。設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中一級(jí)A標(biāo)。污水處理流程為預(yù)沉淀—人工快速滲濾池—出水。處理結(jié)果數(shù)據(jù)見(jiàn)表6。表6人工快速滲濾池處理效果一覽表濃度單位為mg/1<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中一級(jí)A標(biāo)CODS50mg/l;BOD5S10mg/l;SSS10mg/l;總氮(以N計(jì))S15mg/1;氨氮(以N計(jì))§5(8)mg/l;總磷(以P計(jì))S0.5mg/權(quán)利要求1.一種人工快速滲濾池，所述人工快速滲濾池內(nèi)填充有人工配置的人工濾料，其特征在于所述人工濾料是由顆粒級(jí)的河砂和海綿鐵，按體積比為5∶1的比例混合而成。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人工快速滲濾池，其特征在于所述河砂和海綿鐵均勻混合。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人工快速滲濾池，其特征在于所述人工快速滲濾池采用干濕交替的運(yùn)轉(zhuǎn)方式進(jìn)行污水處理，水力負(fù)荷周期為一天24小時(shí)內(nèi)布水4次，每隔6小時(shí)投配一次，每次布水1.5小時(shí)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人工快速滲濾池，其特征在于所述人工快速滲濾池的填料分3層，底部填料為粒徑4-40mm的碎石，層厚200mm;中部填料為所述河砂和海綿鐵組成的粒徑0.25-2mm的人工濾料，及體積5%的大理石砂，層厚700mm;所述人工快速滲濾池的上層填料為所述河砂和海綿鐵組成的粒徑0.1-0.5mm的人工濾料，及體積5%的大理石砂，層厚600mm;所述人工快速滲濾池的總高度為1800mm,高出上層填料表面的300mm作為保護(hù)高度。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的人工快速滲濾池，其特征在于所述人工快速滲濾池的水力負(fù)荷為1.0m/d。6.如權(quán)利要求1或2所述的人工快速滲濾池應(yīng)用于所述人工快速滲濾池適用于農(nóng)村生活污水的分散處理。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的人工快速滲濾池的應(yīng)用，其特征在于所述農(nóng)村生活污水COD〈500mg/1，TP<8mg/l。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了一種人工快速滲濾池及其在農(nóng)村生活污水的分散處理中的應(yīng)用。該人工快速滲濾池內(nèi)填充有人工配置的人工濾料，所述人工濾料是由顆粒級(jí)的河砂和海綿鐵，按體積比為5∶1的比例混合而成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能在有效進(jìn)行有機(jī)物的降解和脫氮基礎(chǔ)上，提高除磷效率，使污水出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)在達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)中一級(jí)A標(biāo)的條件下，成本最經(jīng)濟(jì)。文檔編號(hào)C02F1/44GK101318723SQ20081004555公開(kāi)日2008年12月10日申請(qǐng)日期2008年7月15日優(yōu)先權(quán)日2008年7月15日發(fā)明者付永勝,陳俊敏申請(qǐng)人:陳俊敏;付永勝