一种强化好氧-厌氧人工快渗污水处理系统

摘要

本发明涉及一种强化好氧-厌氧人工快渗污水处理系统，它由复氧系统和出水收集系统构成，复氧系统从下往上依次由底板、承托层、复氧层下部填料、复氧层、复氧层上部填料和竖向通气管组成，竖向通气管上端与大气相通，下端与复氧层连通，复氧系统通过排水收集管与出水收集系统相连，排水收集管上设有若干进水孔，排水收集管水平布置于复氧层下部填料底部。本系统除利用人工快渗技术的设备简单、操作管理方便、能耗低、费用少等传统优点外，充分利用自然通风和淹没出流原理，合理构建“通风复氧层—水下厌氧层”，从而加强硝化—反硝化作用，复氧效果好，提高生物脱氮效果；并通过多组人工快渗单元并联运行，达到连续进出水的目的。

说明书

技术领域

本发明属于市政与环保工程领域，具体涉及一种强化好氧-厌氧改良型人工快渗污水处理系统，本系统特别适用于好氧-厌氧无能耗低成本的污水处理或微污染水体修复。

背景技术

人工快渗处理系统作为一种污水土地处理技术，其突出特点是设备简单，操作管理方便，能耗低，费用仅为常规二级生物处理的1/2～1/10，而且净化效果较好，可作为传统生物处理的替代工艺。

传统的人工快渗处理系统自诞生以来，一直存在许多不足之处：①氨氮去除效果欠佳：该系统去除氨氮的主要机理是通过好氧硝化—缺氧反硝化作用，由于土壤中去除氨氮是一个较为复杂的过程，并且供氧量有限，很难协调好氧与厌氧环境之间的相互转换，因此该系统对氨氮的去除率较低，且出水氨氮较难达标。②水力负荷低：人工快渗系统对污染物的去除效果十分有限，一般而言为达到较好的处理效果，应保持较低的水力负荷，这就限制了该工艺的广泛应用。③系统间歇式运行：人工快渗通过控制水力负荷周期和湿干比来调节系统的处理效果，湿干比的运行方式虽然可以防止由于有机物生长和悬浮物沉积所造成的土壤表层孔隙过度堵塞，并能对系统进行一定复氧，使系统内部潜层剖面上交替形成氧化还原环境，有利于有机污染物的降解去除；但为获得最佳脱氮效果，则需要足够长的干化时间，从而造成整个系统不能连续运行，只能间歇式处理污水。

针对该系统的上述不足，公开号为CN201161953的中国专利在好氧层与厌氧层之间构建多孔填料复氧层，氧气通过竖向通风管道连接水平多孔通气管进入复氧层内部，从而加强好氧硝化作用。但该专利存在以下几点缺陷：①以水平通气管为主体的复氧层具有较低的氧气传质效率，管道的服务面积又十分有限，复氧效果欠佳；②复氧层结构的构建虽然提高了填料中的氧含量，但这也削弱了缺氧反硝化作用，导致反硝化效果不理想；③该系统未采用湿干比的运行方式，有机物生长和悬浮物沉积容易引起土壤表层孔隙堵塞，从而降低系统的渗透性能，造成污水处理效果不佳。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种复氧效果好、低成本、提高氨氮去除效果、连续处理进水的强化好氧-厌氧人工快渗污水处理系统。

实现本发明目的的技术方案为：

一种强化好氧-厌氧人工快渗污水处理系统，它由复氧系统和出水收集系统构成，所述复氧系统从下往上依次由底板、承托层、复氧层下部填料、复氧层、复氧层上部填料和竖向通气管组成，竖向通气管上端与大气相通，下端与复氧层连通，复氧系统通过排水收集管与出水收集系统相连，排水收集管上设有若干进水孔，排水收集管水平布置于复氧层下部填料底部。

所述竖向通气管表面按螺旋方式分布有小孔，小孔直径Φ5～10mm，竖向通气管布置密度为0.5～1根/m²，顶端高于复氧层上部填料表面0.35～0.50m。

所述复氧层由水平的渗排水塑料片材构成并在水平方向上布满整个人工快渗系统，构成复氧层的塑料片材呈立体网状结构，复氧层四周包裹渗水土工布。

复氧层层高为100～150mm；复氧层上部填料高度为0.5～0.8m；复氧层下部填料高度为0.7～1.0m。

所述出水收集系统按出水顺序依次由出水井、出水堰和出水孔组成，出水堰位于出水井上端，所述排水收集管出水端穿过复氧系统壁后与出水井连通。出水井高0.7～1.0m，出水堰由高度可调的金属挡板构成，出水堰高度为0.5～0.9m。

本系统除利用人工快渗技术的设备简单、操作管理方便、能耗低、费用少等传统优点外，充分利用自然通风和淹没出流原理，合理构建“通风复氧层—水下厌氧层”，从而加强硝化—反硝化作用，提高生物脱氮效果；并通过多组人工快渗单元并联运行，达到连续进出水的目的。相比现有技术，本发明具有以下优点：

(1)该改进系统具有无能耗、复氧效果好的优点。以竖向通风管和渗排水塑料片材构建复氧系统，将塑料片材填充在人工快渗系统的整个水平断面上，利用塑料片材间广泛分布的空隙显著提高氧气的传质效率、扩大复氧面积，具有传统通风管无法比拟的复氧效果。

(2)投资少、管理运行方便。该系统的附加投资仅限于竖向通风管和渗排水塑料片材，其价格较为低廉，满足国内绝大多数地区的实际财力要求，值得广泛推广运用。该系统在运行过程中也无需较高的管理水平，具有较为稳定的运行状态，是一项管理运行方便的技术。

(3)合理构建好氧-厌氧环境，提高去污效果。本改进系统采用高度可调的堰板控制出水水位，水位线以下填料区为淹水段处于厌氧环境，即通过出水堰板高度调节厌氧区范围，解决了传统人工快渗系统采用底部出流造成厌氧区较窄、反硝化效果欠佳的问题。此外，通过合理调节厌氧区范围，构建“通风复氧层—水下厌氧层”的组合环境，从而加强硝化—反硝化作用，提高氨氮去除效果，去除污染物效果达到最优。

(4)连续处理进水。以该改进系统为单位，通过构建多组处理单元，对连续进水采用分单元配水、分单元闲置的周期运行方式，能对连续进水进行非间断处理，避免了传统人工快渗系统因干化时间而进行间歇处理进水的弊端，扩大了该系统的运用范围。

附图说明

图1-本发明结构示意图；

图2-图1的A-A剖面图；

图3-图1的出水堰大样图。

其中，1-布水管，2-竖向通气管，3-复氧层上部填料，4-复氧层，5-复氧层下部填料，6-承托层，7-底板，8-排水收集管，9-穿墙口，10-出水井，11-出水堰，12-出水口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

本发明强化好氧-厌氧人工快渗污水处理系统由无能耗复氧系统及出水水位可调的出水收集系统构成，见图1和图2。

所述复氧系统从下往上依次由底板7、承托层6、复氧层下部填料5、复氧层4、复氧层上部填料3和竖向通气管2组成，竖向通气管2上端与大气相通，下端与复氧层4连通。污水通过布水管1进入复氧系统，复氧系统再通过排水收集管8与出水收集系统相连(事实上，排水收集管为出水收集系统的组成部分)，排水收集管8上设有若干进水孔，排水收集管8水平布置于复氧层下部填料5底部，其具体结构参见图1。

复氧层4由立体网状结构渗排水塑料片材、渗水土工布构成。立体网状结构渗排水塑料片材采用具有耐腐蚀性、防渗、透气的聚乙烯复合材料制成，层高为100～150mm，该层在水平方向上布满整个人工快渗系统，形成“过滤—排水—透气”体系；片材层四周包裹渗水土工布，以防止周围填料进入片材层内引起堵塞。

竖向通气管2采用DN50～DN150 UPVC管进行通风复氧，其表面按螺旋方式均布有密集的Φ5～10mm小孔，以达到充分复氧的效果，通气管采用密度为0.5～1根/m²的方式均匀配置，通气管顶端高于复氧层上部填料表面0.35～0.50m。空气沿竖向通气管进入塑料片层，通过塑料片层中错落有致的空隙进入紧邻复氧层上下部分的填料。

复氧层上部填料3高度控制在0.5～0.8m，由于可通过表面和复氧层同时对上部填料层复氧，强化了复氧效果，可使其处于良好的好氧状态。复氧层下部填料5高度为0.7～1.0m，通过淹没出流强化了系统内部形成良好的厌氧环境。

参见图3，所述出水收集系统按出水顺序依次由排水收集管8、出水井10、出水堰11、出水孔12组成，出水堰11位于出水井10上端。所述排水收集管8采用穿孔管形式，出水端穿复氧系统壁上的穿墙口9后与出水井10下部相通，随着进入出水井10内的水量增加，当出水水位达到堰板顶端高度时溢流进入出水堰11，并通过出水孔12排出人工快渗处理系统。

出水井10高0.7～1.0m，出水堰11由高度可调的金属挡板构成，金属挡板顶端高度控制在0.5～0.9m，通过挡板高度的调整来控制出水水位。由于空气在水中的溶解氧极低，故水位线以下填料区为淹水段，极易形成厌氧环境。传统人工快渗系统采用底部出流造成厌氧区较窄，改进后的系统通过提高出水水位来扩大淹水厌氧填料区，弥补了复氧层结构对厌氧反硝化的削弱作用，增强了反硝化效果。

本系统运行方式为在一定湿干比下独立运行，也可构建多组人工快渗处理单元，按照并联分批的原理，对连续进水采用分单元配水、分单元闲置的周期运行方式，不仅达到在一定湿干比条件下稳定运行的目的，而且能对连续进水进行非间断处理。

下面通过实施例进一步描述本发明并说明其处理效果。

实施例：将本发明应用于某污水处理工程中，具体采用“格栅—厌氧生物反应池—跌水曝气—改良人工快渗系统—紫外消毒”的工艺，处理规模为800m³/d，场内基本无电能消耗。

改良人工快渗系统的技术参数为：单个改良人工快渗系统长18.0m，宽4.0m，高1.40～2.0m。复氧层上部填料高0.63m，复氧层高0.10m，复氧层下部填料高0.74m，承托层高0.28m，出水井高1.00m，可调节出水堰高0.75m。竖向通气管采用DN50 UPVC管，其表面布有密集的Φ5mm小孔，采用密度为0.5根/m²的方式均匀配置。水平复氧层采用土工布包裹RCP-6730D型渗排水片材。系统水力负荷为1.5～2.5m³/(m²·d)，运行湿干比为1d∶2d(配水一天，间歇两天)，每4组人工快渗系统为一个运行单位，共3个单元交替运行。

监测结果表明：经格栅—厌氧生物反应池—跌水曝气等前处理单元后，进入改良人工快渗系统的COD平均为69.0mg/L、NH₃-N为10.7mg/L、TN为14.5mg/L、TP为1.3mg/L；出水COD平均为48.2mg/L、NH₃-N为4.9mg/L、TN为9.8mg/L、TP为0.9mg/L；COD去除率为30.1％、NH₃-N为54.2％、TN为32.4％、TP为30.8％。污水厂出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级B标准。

本发明主要技术参数

改良快渗系统复氧层上部填料高0.5～0.8m，复氧层高0.10～0.15m，下部填料高0.7～1.0m，承托层高0.2～0.4m，出水井高0.7～1.0m，可调节出水堰高0.5～0.9m。竖向通气管采用DN50～150 UPVC管，其表面布有密集的Φ5～10mm小孔，采用密度为0.5～1根/m²的方式均匀配置，通气管顶端高于填料表面0.35～0.50m。水平复氧层采用渗水土工布包裹渗排水片材。系统水力负荷为1.0～3.0m³/(m²·d)，运行湿干比为1d∶2d～3d(配水一天，间歇两天或三天)，交替运行。