申请日2014.10.15
公开(公告)日2015.05.27
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种暗河式高负荷污水净化系统，主要通过暗河式移动悬浮膜、微生物/微电解、生物深层氧化、无动力诱导供氧等工艺技术，以及各功能层或单元，污水被逐级降解处理。有效地保证了整个系统的高负荷运行与抗冲击能力。本发明高负荷设计，其容积设计负荷高达：3～10kg COD/(m3·d)。本发明对生活污水处理的实际除去率：COD:96～98%;BOD5:98～99%;TN:94～96%;NH4-N:96～98%;TP:93～95%。其出水达到一级A标准以及中水回用标准。本发明单位投资成本仅为传统工艺的30～50%;单位经营成本：0.06～0.07元/m3;单位占地面积：0.8～1.2m2/m3。本发明投资运行成本低、处理效率高、抗冲击能力强;由于采用暗河式技术，地域与气候适应性强，运行稳定可靠;十分符合中小城镇、村庄等污水处理的要求。
权利要求书
1.一种暗河式高负荷复合污水处理技术工艺系统，其特征在于：
原污水由供水管(10)，分别经高层布水器(11)输送到移动悬浮层(3)，经中层布水器(12)输送到微生物/微电解层(6);在一级通风空气间层(2)经诱导通风并供氧作用下，污水经移动悬浮层(3)中的生物膜降解处理后，进入初级过滤层(4)处理;再穿越二级通风空气间层(5)，合流汇入生物/微电解层(6)，在二级通风空气间层(5)经诱导通风并供氧作用下，经过微生微电解的联合氧化降解处理后，进入中级滤层(7)处理;再穿越三级通风空气间层(8)，进入高级微生物滤层(9)深度净化处理后，最后由集排水管(14)收集排放。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于诱导风路线：
正向流：在无动力诱导通风器(13)的诱导作用下，外界空气经通风口(A)进入一级通风空气间层(2)，在移动悬浮层(3)中与污水混合后，穿过初级过滤层(4);再穿越二级通风空气间层(5)，进入生物/微电解层(6)与污水完一步诱导混合，穿中级滤层(7);进入三级通风空气间层(8)，最后经无动力诱导通风器(13)由通风口(C)排入高空;
逆向流：当外界环境条件发生变化时，诱导风路线可沿相反路径：高空气流在无动力诱导通风器(13)的诱导作用下，被吸入通风口 (C)，逆正向路线穿越各功能层后，经通风口(A)排出。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
由无动力通风器组成(13)实现通气供氧，不消耗任何人工能源，并可以自然实现正逆双向转换运行。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
由特殊的通风构造组成：一级通风空气间层，二级通风空气间层，三级通风空气间层，联合构成作为气水流通与交换的空间界面。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
由水系统与气系统构成，其中，水系统包括：移动悬浮层，初级滤层，生物/微电解层，中级滤层，高级生物滤层，高层布水器，中层布水器，集排水管;
其中，气系统包括：无动力诱导通风器，一级通风空气间层，二级通风空气间层，三级通风空气间层。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
移动悬浮层(3)：由相对密度0.8~1.2的悬浮填料构成;
微生物/微电解层(6)：由亲水性生物填料与铁炭填料复合而成;
其中，高层布水器(11)置于移动悬浮层中;中层布水器(12)置于生物/微电解层中。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，
初级滤层(4)：具有生物降解过滤以及通风供氧作用，由无级滤料组成，渗透系数较大，良好渗透性能;
中级滤层(7)：具有生物过滤与通风供氧作用，由无级生物滤料组成，具有适当的渗水通风性能;
高级生物滤层(9)：具有高效率的脱氮除磷功能，由无机有机复合颗粒滤料构成。
8.一种装置，其特征在于，包括：
由水系统与气系统构成，水系统包括：移动悬浮层，初级滤层，生物/微电解层，中级滤层，高级生物滤层，高层布水器，中层布水器，集排水管;
气系统包括：无动力诱导通风器，一级通风空气间层，二级通风空气间层，三级通风空气间层。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
移动悬浮层(3)：由相对密度0.8~1.2的悬浮填料构成;
微生物/微电解层(6)：由亲水性生物填料与铁炭填料复合而成;
初级滤层(4)：具有生物过滤与通风供氧作用，由无级滤料组成，渗透系数较大，良好渗透性能;
中级滤层(7)：具有生物过滤与通风供氧作用，由无级生物滤料组成，具有适当的渗水通风性能;
高级生物滤层(9)：具有高效率的脱氮除磷功能，由无机有机复合颗粒滤料构成。
10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
由无动力通风器组成(13)实现通气供氧，并可以自然实现正逆双向转换运行。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，
无动力通风器组成(13)由热压与风压等自然力驱动，不消耗任何人工能源。
12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
由特殊的通风构造组成：一级通风空气间层，二级通风空气间层，三级通风空气间层，联合构成作为气水流通与交换的空间界面。
13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，
整个系统为地下式，水流呈暗河式垂直或水平流动;系统四周与底面为混凝土隔离层及防渗层，顶层(1)为覆盖层及防渗层。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，
优化的，系统埋置于当地冻土层以下。
15.根据权利要求14所述的装置，其特征在于，
优化的，系统埋置于当地冻土层以下10~20m。
说明书
暗河式高负荷污水处理系统及装置
技术领域
本发明涉及环保领域，特别涉及污水处理系统与装置，主要用于包括生活污水、工业污水等在内的各种有机污水的高效处理，以及回收利用。
背景技术
我国大中城市的污水已经得到一定程度的处理和控制，而小城镇零散分布的小流量污水治理问题进入人们的视野。
全国设市城市约660个，其中人口在20万以下的设市城市325个;建制镇数量达20021个;集镇22612个。全国城市的污水处理率已达60~70%，县城的污水处理率为15%，但小城镇的污水处理工程还处于起步阶段，污水处理率不足1%。
可见我国小城镇数量众多，分布宽广，地点分散，污水无害化处理设施缺乏，历史欠账太多。大部分小城镇污水直接排入水体，造成江河湖泊水质恶化和地下水污染，污染的不断加剧已危及到城镇供水安全及人身健康。因此，中小城镇水污染治理已提上议事日程。
目前，中小城镇已建污水处理工程多集中在三峡库区、南水北调沿线或其它重点流域，其中绝大部分按现行的针对城市的相关规范、标准进行设计和建设。根据调研资料表明，目前小城镇污水处理技术主要存在以下几方面的问题：
(1)运行成本高
现有大多数小城镇污水处理厂出水水质均执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB18918-2002中的一级B标准，但建成后高达0.6~0.9元/m3的运行成本远远超出了当地政府和居民的经济承受能力。
(2)工业废水的冲击负荷较大
中 小城镇污水处理厂规模较小，承受污染物负荷冲击的能力较低。目前国内生产技术落后、污染较大的工业企业有向中小城镇转移的趋势，为降低生产成本，部分工业企业未严格执行有关生产废水处理的规定，将高浓度的工业废水直接排入城镇下水道，严重影响小城镇污水处理厂的正常运行，达标率低。
对居住人数不足10000人的居住区，采用接触氧化法、MBR、人工湿地等常规工艺技术，不仅投资大、运行成本高、操作管理复杂;而且，处理效率低，能耗高、存在二次污染、季节/地域适应性差。所以，大量采用常规污水处理工艺技术的中小城镇污水处理厂存在“建得起，用不起”的现象，促使人们重新认识到对中小规模污水处理工艺技术创新的必要性与紧迫性，而不能再沿袭传统的工艺技术路线。
针对上述问题，本发明开发一种暗河式高负荷复合污水处理系统及其装置，该系统投资运行成本低、处理效率高、耐冲击能力强、运行稳定性好、气候与地域适应性强、管理操作简单，十分符合我国对中小城镇污水处理的发展要求。
发明内容
本发明所解决的主要技术问题包括：提高污水处理效率，增强系统耐负荷冲击性，减少动力消耗，提高稳定性与适应性，维护管理简单，占地面积少，降低投资与运行成本等。
1.本发明为解决主要的技术问题提供一种暗河式高负荷复合污水处理技术工艺系统，其工艺流程，包括污水路线与诱导风路线：
(1)污水路线
原污水由供水管(10)，分别经高层布水器(11)输送到移动悬浮层(3)，经中层布水器(12)输送到微生物/微电解层(6);在一级通风空气间层(2)经诱导通风并供氧作用下，污水经移动悬浮层(3)中的生物膜降解处理后，进入初级过滤层(4)处理;再穿越二级通风空气间层(5)，合流汇入生物/微电解层(6)，在二级通风空气间层(5)经诱导通风并供氧作用下，经过微生微电解的联合净化处理后，进入中级滤层(7)处理;再穿越三级通风空气间层(8)，进入高级微生物滤层(9)深度净化处理后，最后由集排水管(14)收集排放。
(2)诱导风路线
正向流：在无动力诱导通风器(13)的诱导作用下，外界空气经通风口(A)进入一级通风空气间层(2)，在移动悬浮层(3)中与污水混合后，穿过初级过滤层(4);再穿越二级通风空气间层(5)，进入生物/微电解层(6)与污水完一步诱导混合，穿中级滤层(7);进入三级通风空气间层(8)，最后经无动力诱导通风器(13)由通风口(C)排入高空。
逆向流：当外界环境条件发生变化时，例如当外界空气密度比系统内部小且风速较小时，诱导风路线可沿相反路径(逆向流)：高空气流在无动力诱导通风器(13)的诱导作用下，被吸入通风口 (C)，逆正向路线穿越各功能层后，经通风口(A)排出。
2.本发明由水系统与气系统构成。其中，水系统包括：移动悬浮层(3)，初级滤层(4)，生物/微电解层(6)，中级滤层(7)，高级生物滤层(9)，高层布水器(11)，中层布水器(12)，集排水管(14);气系统包括：一级通风空气间层(2)，二级通风空气间层(5)，三级通风空气间层(8)，无动力诱导通风器(13)。
本发明特征在于，移动悬浮层(3)：由相对密度0.9~1.1的悬浮填料构成;微生物/微电解层(6)，该层由亲水性生物填料与铁炭填料复合而成。其中，高层布水器(11)置于移动悬浮层中;中层布水器(12)置于生物/微电解层中。
本发明特征还在于，初级滤层(4)，具有生物过滤与通风供氧作用，由无级滤料组成，渗透系数较大，良好渗透性能。中级滤层(7)，具有生物过滤与通风供氧作用，由无级生物滤料组成，具有适当的渗水通风性能。高级生物滤层(9)，具有高效率的脱氮除磷功能，由无机有机复合颗粒滤料构成。
本发明特征还在于，无动力通风器组成(13)实现通气供氧，不消耗任何人工能源，并可以自然实现正逆双向转换运行。
本发明特征还在于，由特殊的通风构造组成：一级通风空气间层，二级通风空气间层，三级通风空气间层，作为气水流通与交换的空间界面。
3.本发明整个系统为地下暗河式，系统四周与底面为混凝土隔离层及防渗层，顶层(1)为覆盖层及防渗层。当系统置于地下，尤其是冻土层以下时，以减小外界气候干扰，提高系统的运行稳定性。
4.工艺技术原理及有益效果：
污水首先在移动悬浮层(3)中，由悬浮移动生物膜对有机污染物进行吸附降解，其COD体积负荷高达3~10kgCOD/(m3·d)，有效地保证了整个系统的高负荷运行与抗冲击能力。移动悬浮层中，高层布水器使水向上流，无动力诱导通风器通过一级通风空气间层(2)引气流下行，气水逆流接触，产生激烈的搅拌作用。悬浮移动生物膜微观结构自外向内具有好氧、、兼性厌氧、厌氧的多重功能，使大部分有机污染物、氨氮以及磷等在该层通过微生物吸收、凝聚、氧化等作用得以除去，该层对BOD5与COD除去率可高达70~80%，有效地降低了后续工艺的处理负荷，增强了系统抗负荷冲击能力。移动悬浮层(3)由相对密度0.8~1.2的悬浮填料构成。初级滤层(4)，具有生物过滤与通风供氧作用，由无级滤料组成，渗透系数较大，以保证良好渗透性能。
然后，再进入微生物/微电解层(6)，该层由亲水性生物填料与铁炭填料复合而成。微电解产生的Fe3+及Fe(OH)3具有胶体吸附功能，Fe3+可与污水中的无机磷发生反应生成不溶性沉淀物，与Fe(OH)3一起到吸附有机污染物的作用。由二级通风空气间层供气供氧，在微生物与微电解的联合作用下，可将吸附的有机污染物深度氧化降解;同时，亲水性生物填料与Fe(OH)3胶体可有效固化水体中的重金属离子。通过调整适当的填料配比，该层的除磷寿命可达20~30年以上。中级滤层(7)，具有生物过滤与通风供氧作用，由无级生物滤料组成，具有适当的渗水通风性能。
最后，进入高级生物滤层(9)，该层由无机有机复合颗粒滤料构成，自上而下依次处于好氧、兼性厌氧、厌氧状态，这种交替的好氧与厌氧状态，使其具有高效率的脱氮除磷功能，同时充分降解有机污染物。试验表明，该层对氮与磷的除去率分别达85~92%，82~88%。经净化处理的污水达到可达一级A标准，同时也满足相关中水回用的标准，由集水管收集排出。
无动力诱导器不须人工提供任何电能与热能，完全依靠风压与热压等自然力的作用，通过通风空气间层实现双向通风供氧。在不消耗任何人工能源的前提下，其提供的风量可使气水比(A/W)达10~50，可远远优于传统的活性污泥法与生物膜法的供氧供气水平，所以能实现高负荷运转。而且，该系统还可以自然实现正逆向转换运行，在提供充足的氧气的同时，还起到搅拌与疏通的作用，使各功能层中的水混合均匀，并随时疏导各层以免发生阻塞不畅现象。
本发明实施的效果表明，
(1)技术指标：
设计容积负荷：3~10kg COD/(m3·d)。
出水水质参数：COD:8~11mg/L;BOD5:2~4mg/L;TN: 5~9mg/L;NH4-N:1~2 mg/L;TP:0.1~0.3 mg/L。出水可达一级A标准，也满足相关中水回用的标准。
除去率：COD:96~98%;BOD5:98~99%;TN:94~96%;NH4-N:96~98%;TP:93~95%。
(2)经济指标：
单位投资成本：在相同设计条件下，仅为传统工艺的30~50%。
单位耗电指标：0.08~0.1kwh/m3。
单位经营成本：0.06~0.07元/ m3。
单位占地面积：0.8~1.2 m2/ m3。
本发明投资运行成本低、处理效率高、设计负荷高、抗冲击能力强、运行稳定性好、气候与地域适应性强;操作管理简易，故障率很低，现场可实现无人值守;而且，采用无动力诱导通风系统，不耗电能实现供供气氧，绿色节能环保。本发明技术经济指标优于现有的技术方案，有效地解决了现存工艺技术缺陷，十分符合我国对中小城镇污水处理的发展要求。
