垂直流生物滴濾-水平流多介質(zhì)土壤滲濾污水處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于生活污水分散式處理領(lǐng)域，涉及一種硝化、反硝化兩相分離的污水處理系統(tǒng)，包括前段垂直流生物滴濾系統(tǒng)和處于前段下方的后段水平流多介質(zhì)土壤滲濾系統(tǒng)。所述前段，包括布水礫石層、天然沸石填料層、排水礫石層、排水假底。所述后段，包括后段進(jìn)水池、進(jìn)水格柵、布水礫石層、天然沸石滲濾層、土壤模塊層、密封土壤層、出水礫石層、出水格柵、后段出水池、出水池出水口。前段與后段進(jìn)水池垂直間隔30～50cm。與以往二級多介質(zhì)土壤滲濾系統(tǒng)相比，本系統(tǒng)后段采用水平流方法，有效提高水力停留時(shí)間；水平流淹沒出水，改善厭氧環(huán)境，利于總氮去除。系統(tǒng)整體處理效果理想，不易堵塞，建造、運(yùn)營成本低。
【專利說明】垂直流生物滴濾-水平流多介質(zhì)土壤滲濾污水處理系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于生活污水分散式處理領(lǐng)域，具體涉及到一種硝化、反硝化兩相分段的 污水處理系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 集中式污水處理中，在處理水部分回用的情況下，污水在城市管網(wǎng)中至少進(jìn)行 了三次輸送，這種處理方式伴隨著巨大的能量消耗，尤其對于居住比較分散的中小城市 (鎮(zhèn)）、廣大農(nóng)村及偏遠(yuǎn)地區(qū)而言，并不是一種經(jīng)濟(jì)適用的污水處理方式。目前國內(nèi)外科學(xué) 家都積極倡導(dǎo)污水分散式處理思想，即就地處理、就地回用，實(shí)現(xiàn)水平衡和水循環(huán)。污水的 分散式處理理念已經(jīng)越來越受到人們的重視。
[0003] 作為一種比較理想的分散式污水處理系統(tǒng)一多介質(zhì)土壤滲濾系統(tǒng)（multi soil layering treatment, MSL)是日本學(xué)者在20世紀(jì)90年代首次提出的。該系統(tǒng)將土壤滲濾 系統(tǒng)分為混合模塊層（soil mixture blocks, SMB)、滲濾層（permeable layers, PL)，其土壤 模塊呈磚塊式交錯(cuò)堆疊，SMB層和PL層輪流交替排列，其內(nèi)能形成多個(gè)好氧、厭氧環(huán)境促進(jìn) 污染物去除。系統(tǒng)中，進(jìn)水通過毛細(xì)管作用能均勻滲濾到系統(tǒng)的PL層及SMB層，相對于傳 統(tǒng)土地處理系統(tǒng)，不僅可保持較大的水力負(fù)荷，還明顯改善了的堵塞問題，處理效果明顯。
[0004] 已有的研究表明：在長期運(yùn)行的情況下，MSL系統(tǒng)能持續(xù)保持對生活污水中B0D5 和總磷的高效去除。然而總氮（total nitrogen, TN)的去除則明顯受到進(jìn)水水質(zhì)、通風(fēng)情況 及溫度等的影響。尤其在有人工通風(fēng)的情況下，TN去除率有較大下降，這主要是由于系統(tǒng) 中硝酸鹽氮的反硝化過程在好氧條件下受到抑制。另外，有學(xué)者提出由于系統(tǒng)水力停留時(shí) 間不足，也會(huì)影響系統(tǒng)硝化、反硝化反應(yīng)，降低TN的去除率。由此可見，改善系統(tǒng)條件以促 進(jìn)反硝化反應(yīng)是提高土壤滲濾系統(tǒng)TN去除率的關(guān)鍵。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對傳統(tǒng)MSL系統(tǒng)存在的問題，本專利發(fā)明人開發(fā)出一種新型的硝化、反硝化兩 相分段式污水處理系統(tǒng)--垂直流生物滴濾-水平流多介質(zhì)土壤滲濾（MSL)污水處理系 統(tǒng)，目的在于通過改善污水處理系統(tǒng)的反應(yīng)條件以提高系統(tǒng)的處理效果，尤其是對TN的去 除效果。首先，富含C0D、氨氮的生活污水經(jīng)過前段-垂直流生物滴濾系統(tǒng)，其中主要填充 的是天然沸石，利用天然沸石的陽離子交換作用富集污水中的氨氮，并馴化出大量硝化菌 群完成氨氮的高效硝化，同時(shí)保證該段出水C0D不至于過低。從脫氮方面考慮，此段主要 側(cè)重于好氧硝化作用，由于系統(tǒng)采用間歇進(jìn)水，有助于前段系統(tǒng)的復(fù)氧。隨后，污水經(jīng)過后 段-水平流多介質(zhì)土壤滲濾系統(tǒng)（MSL)，其中主要由混合模塊層（SMB)、滲濾層（PL)組成， 利用前段出水剩余C0D及MSL系統(tǒng)混合模塊中的天然有機(jī)物質(zhì)作為反硝化碳源，完成C0D 和硝態(tài)氮的同步去除。從脫氮方面考慮，此段主要側(cè)重于厭氧反硝化作用，由于后段系統(tǒng)采 用水平流出水，延長水力停留時(shí)間；整個(gè)MSL系統(tǒng)處于淹沒狀態(tài)，改善了系統(tǒng)內(nèi)厭氧環(huán)境， 有利于后段系統(tǒng)的反硝化作用。本發(fā)明建造和運(yùn)行成本低，能高效處理生活污水，尤其在總 氮的去除效果上有所突破，適用于散戶型和村鎮(zhèn)小型生活污水的凈化處理以及偏遠(yuǎn)地區(qū)污 水的凈化處理。
[0006] 為達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明具體技術(shù)方案如下：
[0007] 垂直流生物滴濾-水平流多介質(zhì)土壤滲濾（MSL)污水處理系統(tǒng)，包括前段-垂直 流生物滴濾系統(tǒng)和位于前段-垂直流生物滴濾系統(tǒng)下方的后段-水平流多介質(zhì)土壤滲濾系 統(tǒng)（MSL)。所述前段-垂直流生物滴濾系統(tǒng)，包括大粒徑天然沸石填料層、鋪設(shè)在大粒徑天 然沸石填料層頂部的布水礫石層、鋪設(shè)在大粒徑天然沸石填料層底部的排水礫石層以及設(shè) 置在排水礫石層下方的排水假底。所述后段-水平流多介質(zhì)土壤滲濾系統(tǒng)（MSL)，包括后段 進(jìn)水池、進(jìn)水布水格柵、進(jìn)水布水礫石層、小粒徑天然沸石滲濾層（PL)、土壤模塊層（SMB)、 密封土壤層、出水布水礫石層、出水布水格柵、后段出水池、后段出水池出水口。前段-垂 直流生物滴濾系統(tǒng)與后段-水平流多介質(zhì)土壤滲濾系統(tǒng)的進(jìn)水池之間，垂直間隔為30? 50cm〇
[0008] 作為優(yōu)選，所述前段-垂直流生物滴濾系統(tǒng)中填充天然沸石，沸石粒徑為3?5_， 有效處理長度為30?50cm，在去除C0D的同時(shí)，主要發(fā)生氨氮吸附和硝化作用；
[0009] 作為優(yōu)選，所述前段排水假底到后段進(jìn)水池的垂直距離為30?50cm，排水假底開 孔率為20%?50% ;
[0010] 作為優(yōu)選，所述后段水平流MSL系統(tǒng)采用水平流模式；
[0011] 作為優(yōu)選，所述后段水平流MSL系統(tǒng)采用淹沒出水，整個(gè)MSL處于淹沒狀態(tài)；
[0012] 作為優(yōu)選，所述后段水平流MSL系統(tǒng)中土壤混合模塊（SMB)由土壤、鋸屑、鐵屑按 照干重比75:12. 5:12. 5均勻混合而成；
[0013] 作為優(yōu)選，所述后段水平流MSL系統(tǒng)中滲濾層（PL)采用天然沸石，沸石粒徑為 1 ?3mm ;
[0014] 作為優(yōu)選，所述后段水平流MSL系統(tǒng)有效處理長度為30?50cm，有效處理高度為 20?30cm ;該段主要側(cè)重于厭氧反硝化作用，最終同步去除C0D、氨氮、硝氮等；
[0015] 作為優(yōu)選，所述后段出水池出水口高度高于后段MSL 土壤密封層底部3?6cm ;
[0016] 作為優(yōu)選，所述后段水平流MSL系統(tǒng)中密封土壤層層高為5?8cm ;
[0017] 作為優(yōu)選，所述各段布水碌石層厚度為5?12cm ;
[0018] 本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，具有顯著的技術(shù)效果：
[0019] (1)相對于傳統(tǒng)的二級MSL系統(tǒng)，本發(fā)明系統(tǒng)具有更高的水力停留時(shí)間，有利于凈 化污水；
[0020] (2)相對于傳統(tǒng)的二級MSL系統(tǒng)，本發(fā)明系統(tǒng)改善了厭氧環(huán)境，促進(jìn)了系統(tǒng)反硝化 作用，使得TN去除率有較大的提高；
[0021] (3)本發(fā)明系統(tǒng)傳承了 MSL系統(tǒng)良好的污水處理能力，在改善TN去除率的同時(shí)，保 持了 COD、TP的理想去除效果，不易堵塞并且運(yùn)行穩(wěn)定；
[0022] (4)本發(fā)明系統(tǒng)建造、運(yùn)行成本低，能耗小，建造取材簡易、操作簡單；

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023] 附圖1是本發(fā)明垂直流生物滴濾-水平流多介質(zhì)土壤滲濾污水處理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0024] 下面結(jié)合附圖1與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0025] 實(shí)施例1
[0026] 垂直流生物滴濾-水平流多介質(zhì)土壤滲濾（MSL)污水處理系統(tǒng)，包括前段-垂直 流生物滴濾系統(tǒng)和處于前段-垂直流生物滴濾系統(tǒng)下方的后段-水平流多介質(zhì)土壤滲濾 系統(tǒng)（MSL)。所述前段-垂直流生物滴濾系統(tǒng)，包括大粒徑天然沸石填料層1、鋪設(shè)在大粒 徑天然沸石填料層1頂部的布水礫石層2、鋪設(shè)在大粒徑天然沸石填料層1底部的排水礫 石層3以及設(shè)置在排水礫石層3下方的排水假底4,所述后段-水平流多介質(zhì)土壤滲濾系 統(tǒng)（MSL)，包括后段進(jìn)水池5、進(jìn)水布水格柵6、進(jìn)水布水礫石層7、小粒徑天然沸石滲濾層 (PL)8、土壤模塊層（SMB)9、密封土壤層10、出水布水礫石層11、出水布水格柵12、后段出水 池13、后段出水池出水口 14。
[0027] 系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)：（1)大粒徑天然沸石填料層1所填充的沸石粒徑為3?5_ ; (2) 小粒徑天然沸石滲濾層（PL) 8所填充的沸石粒徑為1?3_ ; (3) 土壤模塊層（SMB) 9由土 壤、鋸屑、鐵屑按照干重比75:12. 5:12. 5均勻混合而成；（4)前段-垂直流生物滴濾系統(tǒng)的 排水假底4開孔率為30%，其與后段-水平流多介質(zhì)土壤滲濾系統(tǒng)的進(jìn)水池5之間垂直間 隔為40cm ; (5)后段出水池出水口 14高度高于后段密封土壤層10底部3cm，出水口高度必 須滿足能夠使后段MSL有效處理部位處于淹沒狀態(tài)；(6)布水礫石層2、排水礫石層3厚度 為8cm ; (7)進(jìn)水布水礫石層7、出水布水礫石層11厚度為15cm ; (8)密封土壤層10層高為 6cm。承載整個(gè)系統(tǒng)的裝置由有機(jī)玻璃制作而成，系統(tǒng)前段與后段一上一下按照圖1所示方 位放置在搭建的鐵架上。前段系統(tǒng)總長度（垂直方向）46cm，有效處理長度即天然沸石填料 層長度30cm，沸石粒徑3?5mm。后段系統(tǒng)總長度（水平方向）60cm，有效處理高度26cm， 有效處理長度30cm :其中SMB層由土壤、鋸屑和鐵屑按照干重比75:12. 5:12. 5均勻混合而 成，層厚（水平方向）5cm ;PL層由沸石填充，沸石粒徑1?3mm，層厚（水平方向）2cm，共4 層（SMB+PL)。
[0028] 系統(tǒng)進(jìn)水采用間歇進(jìn)水模式，類似生物濾池的旋轉(zhuǎn)布水器形式，由潛水泵提供動(dòng) 力，繼電器進(jìn)行控制。模擬生活污水由實(shí)驗(yàn)室用葡萄糖、氯化銨等配制，污水水質(zhì)為C0D = 200 ?350mg/L，NH4+-N = 45 ?55mg/L，TN = 45 ?60mg/L，TP = 3 ?5mg/L。系統(tǒng)開始運(yùn) 行時(shí)以污水廠硝化污泥接種，以7天為周期，逐步調(diào)大進(jìn)水負(fù)荷，馴化掛膜。系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，控 制進(jìn)水水力負(fù)荷為400?50017( m2 · d)，檢測其對污水COD、NH4+-N、TN及TP的去除效果。
[0029] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，在上述進(jìn)水水質(zhì)及水力負(fù)荷條件下，依靠系統(tǒng)自 然通風(fēng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對生活污水C0D、NH 4+-N、TN及TP的穩(wěn)定高效去除。污水C0D、NH4+-N、TN及 TP去除率分別穩(wěn)定達(dá)到91. 5%、92. 0%、89. 1%、88. 0% ;相應(yīng)的去除負(fù)荷分別為102. 92、 20. 71、22· 02、L 39gA m2 · d)。
[0030] 實(shí)施例2
[0031] 垂直流生物滴濾-水平流多介質(zhì)土壤滲濾（MSL)污水處理系統(tǒng)，包括前段-垂直 流生物滴濾系統(tǒng)和處于前段-垂直流生物滴濾系統(tǒng)下方的后段-水平流多介質(zhì)土壤滲濾 系統(tǒng)（MSL)。所述前段-垂直流生物滴濾系統(tǒng)，包括大粒徑天然沸石填料層1、鋪設(shè)在大粒 徑天然沸石填料層1頂部的布水礫石層2、鋪設(shè)在大粒徑天然沸石填料層1底部的排水礫 石層3以及設(shè)置在排水礫石層3下方的排水假底4,所述后段-水平流多介質(zhì)土壤滲濾系 統(tǒng)（MSL)，包括后段進(jìn)水池5、進(jìn)水布水格柵6、進(jìn)水布水礫石層7、小粒徑天然沸石滲濾層 (PL)8、土壤模塊層（SMB)9、密封土壤層10、出水布水礫石層11、出水布水格柵12、后段出水 池13、后段出水池出水口 14。
[0032] 系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)：（1)大粒徑天然沸石填料層1所填充的沸石粒徑為3?5_ ; (2)小 粒徑天然沸石滲濾層（PL) 8所填充的沸石粒徑為1?3_ ; (3) 土壤模塊層（SMB) 9由土壤、 鋸屑、鐵屑按照干重比75:12. 5:12. 5均勻混合而成；（4)前段-垂直流生物滴濾系統(tǒng)的排 水假底4開孔率為40%，其與后段-水平流多介質(zhì)土壤滲濾系統(tǒng)的進(jìn)水池5之間垂直間隔 為40cm ; (5)后段出水池出水口 14高度高于后段密封土壤層10底部3cm，出水口高度滿足 能夠使后段MSL有效處理部位處于淹沒狀態(tài)；（6)布水礫石層2、排水礫石層3厚度為8cm ; (7)進(jìn)水布水碌石層7、出水布水碌石層11厚度為8cm ; (8)密封土壤層10層高為6cm。承 載整個(gè)系統(tǒng)的裝置由有機(jī)玻璃制作而成，系統(tǒng)前段與后段一上一下按照圖1所示方位放置 在搭建的鐵架上。前段系統(tǒng)總長度（垂直方向）60cm，有效處理長度即天然沸石填料層長 度44cm，沸石粒徑3?5mm。后段系統(tǒng)總長度（水平方向）60cm，有效處理高度26cm，有效 處理長度44cm :其中SMB層由土壤、鋸屑和鐵屑按照干重比75:12. 5:12. 5均勻混合而成， 層厚（水平方向）5cm ;PL層由沸石填充，沸石粒徑1?3mm，層厚（水平方向）2cm，共6層 (SMB+PL)。
[0033] 系統(tǒng)進(jìn)水采用間歇進(jìn)水模式，類似生物濾池的旋轉(zhuǎn)布水器形式，由潛水泵提供動(dòng) 力，繼電器進(jìn)行控制。模擬生活污水由實(shí)驗(yàn)室用葡萄糖、氯化銨等配制，污水水質(zhì)為C0D = 200 ?350mg/L，NH4+-N = 45 ?55mg/L，TN = 45 ?60mg/L，TP = 3 ?5mg/L。系統(tǒng)開始運(yùn) 行時(shí)以污水廠硝化污泥接種，以7天為周期，逐步調(diào)大進(jìn)水負(fù)荷，馴化掛膜。系統(tǒng)穩(wěn)定時(shí)，控 制進(jìn)水水力負(fù)荷為400?50017( m2 · d)，檢測其對污水COD、NH4+-N、TN及TP的去除效果。 [0034] 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)，在上述進(jìn)水水質(zhì)及水力負(fù)荷條件下，依靠系統(tǒng)自 然通風(fēng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對生活污水cod、nh4+-n、tn及TP的穩(wěn)定高效去除。污水cod、nh4+-n、tn及 TP去除率分別穩(wěn)定達(dá)到92. 9%、92. 4%、90. 0%、88. 5% ;相應(yīng)的去除負(fù)荷分別為104. 51、 20. 79、22. 28、L 39gA m2 · d)。
[0035] 總之，以上所述僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變 化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
【權(quán)利要求】
1. 硝化、反硝化兩相分離的兩段式污水處理系統(tǒng)一垂直流生物滴濾-水平流多介質(zhì) 土壤滲濾污水處理系統(tǒng)，其特征在于：包括前段-垂直流生物滴濾系統(tǒng)和處于前段-垂直流 生物滴濾系統(tǒng)下方的后段-水平流多介質(zhì)土壤滲濾系統(tǒng)。所述前段-垂直流生物滴濾系統(tǒng)， 包括大粒徑天然沸石填料層（1)、鋪設(shè)在大粒徑天然沸石填料層頂部的布水礫石層（2)、鋪 設(shè)在大粒徑天然沸石填料層底部的排水礫石層（3)以及設(shè)置在排水礫石層（3)下方的排水 假底（4)，所述后段-水平流多介質(zhì)土壤滲濾系統(tǒng)，包括后段進(jìn)水池（5)、進(jìn)水布水格柵（6)、 進(jìn)水布水礫石層（7)、小粒徑天然沸石滲濾層（8)、土壤模塊層（9)、密封土壤層（10)、出水 布水礫石層（11)、出水布水格柵（12)、后段出水池（13)、后段出水池出水口（14)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直流生物滴濾-水平流多介質(zhì)土壤滲濾污水處理系統(tǒng)，其 特征在于：所述后段水平流多介質(zhì)土壤滲濾系統(tǒng)（(5)?（14))采用水平流模式，水平流有 效提1?系統(tǒng)水力停留時(shí)間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直流生物滴濾-水平流多介質(zhì)土壤滲濾污水處理系統(tǒng)，其 特征在于：所述后段水平流多介質(zhì)土壤滲濾系統(tǒng)（(5)?（14))采用淹沒出水，系統(tǒng)處于淹 沒狀態(tài)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直流生物滴濾-水平流多介質(zhì)土壤滲濾污水處理系統(tǒng)，其 特征在于：所述后段水平流多介質(zhì)土壤滲濾系統(tǒng)中有效處理長度較小，為30?50cm，所述 有效處理部分為小粒徑天然沸石滲濾層（8)和土壤模塊層（9)。
【文檔編號(hào)】C02F9/14GK104058556SQ201410322638
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年7月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月8日
【發(fā)明者】楊春平, 張毅, 羅偉, 曾光明, 劉紅玉, 程燕, 何慧軍, 仇璐, 鐘袁元 申請人:湖南大學(xué)