申请日2020.11.18
公开（公告）日2021.03.12
IPC分类号C02F3/30
摘要
本发明公开了一种无动力多级旋流充氧A/O交替串联组合生物滤池处理系统及方法，系统包括厌氧渗滤调节池和多级生物滤池处理单元，厌氧渗滤调节池位于系统最高处，生物滤池处理单元沿地势坡度逐级向下布置，多级生物滤池处理单元按照A/O交替串联组合的方式运行：每级生物滤池处理单元在“底部进水+顶部出水”的“淹没”A式缺氧运行和“顶部进水+底部出水”的“滴滤”O式好氧运行模式间切换，建立“A‑O‑A‑O……”式或“O‑A‑O‑A……”式多级生物滤池处理单元。本发明可解决现有多级管式旋流充氧生物滤池系统采用淹没式上向流运行方式易堵塞、旋流充氧过程时间较短、氧传质量不足、难以保障出水长期稳定达标的问题。
权利要求书
1.无动力多级旋流充氧A/O交替串联组合生物滤池处理系统，其特征在于，所述系统包括厌氧渗滤调节池和多级生物滤池处理单元，生物滤池处理单元的级数N≥4，厌氧渗滤调节池位于系统最高处；每级生物滤池处理单元沿地势坡度逐级向下布置，包括旋流充氧反应器以及与之连接的生化处理模块；
多级生物滤池处理单元按照A/O交替串联组合的方式运行：每级生物滤池处理单元在“底部进水+顶部出水”的“淹没”A式缺氧运行和“顶部进水+底部出水”的“滴滤”O式好氧运行两种模式间切换，建立“A-O-A-O……”式或“O-A-O-A……”式多级生物滤池处理单元。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述生化处理模块包括集水箱、配水箱、生物滤池和竖流沉淀池，集水箱和配水箱串联，集水箱内设有除磷填料且设在竖流沉淀池顶部，配水箱设在生物滤池顶部，集水箱和配水箱之间管道连接，生物滤池和竖流沉淀池之间管道连接。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述生化处理模块包括两路进水管道系统和两路出水管道系统，进水管道系统均由进水三通阀控制管路的闭合，仅使其中一路进水管路畅通；出水管道系统由2个单通阀分别控制出水管路的通畅：
其中一路所述进水管路直接连接集水箱的进水口，通过集水箱进入配水箱，由上向下通过生物滤池，对应连接生物滤池底部出水管路，该出水管路设有第一单通阀；
另一路所述进水管路直接连接生物滤池的底部进水口，由下向上通过生物滤池后并进入竖流沉淀池，对应连接竖流沉淀池上部出水管路，该出水管路设有第二单通阀；
通过控制进水三通阀的方向和第一单通阀或第二单通阀的开闭，从而调整进出水管路通闭，进而实现所述“底部进水+顶部出水”的“淹没”A式缺氧运行或所述“顶部进水+底部出水”的“滴滤”O式好氧运行状态。
4.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述生物滤池选用敞口模式，自下而上分为集水层、承托层、填料层和出水层：集水层处设置进水口和第一出水口；出水层处设有第二出水口，连接竖流沉淀池的进水口；承托层采用碎石级配，底部采用穿孔滤板；填料层采用轻质火山岩颗粒。
5.如权利要求2或3所述的系统，其特征在于，所述配水箱的上部设有恒定流配水管；配水箱的底部设有明渠三角堰，均匀承接恒定流配水管的出水。
6.无动力多级旋流充氧A/O交替串联组合生物滤池处理方法，其特征在于，包括：
(1)构建所述的无动力多级旋流充氧A/O交替串联组合生物滤池处理系统，并建立“A-O-A-O……”式多级生物滤池处理单元；
(2)污水进入厌氧渗滤调节池出水，经旋流充氧反应器复氧后，进入第一级A段生物滤池处理单元的生物滤池底部，并以由下向上的流向穿过“淹没”式缺氧生物滤池，后进入竖流沉淀池，经固液分离去除固体；
(3)竖流沉淀池的出水再经第二级O段生物滤池处理单元的旋流充氧反应器复氧后，进入第二级O段生物滤池处理单元的集水箱，从集水箱上部出水进入配水箱，再经配水箱进入下方的生物滤池，并以由上向下的流向穿过“滴滤”式好氧生物滤池；生物滤池出水进入第三级A段生物滤池处理单元；
(4)重复步骤(2)和步骤(3)，使得处理后的山地生活污水达标。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述处理方法长久运行后，所述“A-O-A-O……”式多级生物滤池处理单元自动开启反冲洗模式，即利用各级A段生物滤池处理单元中的竖流沉淀池的存水对其下一级O段生物滤池处理单元的生物滤池进行反冲洗，反冲洗的水流以由下向上的流向穿过该生物滤池，反冲洗的出水再进入此O段生物滤池处理单元的竖流沉淀池进行固液分离，当各级A段生物滤池处理单元中的竖流沉淀池存水完全释放即完成反冲洗过程。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述反冲洗结束后，
(1)所述系统进行模式切换，建立“O-A-O-A……”式多级生物滤池处理单元；
(2)污水进入厌氧渗滤调节池出水，经旋流充氧反应器复氧后，进入第一级O段生物滤池处理单元的集水箱，从集水箱上部出水进入配水箱，再经配水箱进入下方的生物滤池，并以由上向下的流向穿过“滴滤”式好氧生物滤池；
(3)生物滤池出水再经第二级A段生物滤池处理单元的旋流充氧反应器复氧后，进入第二级A段生物滤池处理单元的生物滤池的底部，并以由下向上的流向穿过“淹没”式缺氧生物滤池，进入竖流沉淀池，经固液分离去除固体，竖流沉淀池出水进入第三级O段生物滤池处理单元；
(4)重复步骤(2)和步骤(3)，使得处理后的山地生活污水达标。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述处理方法长久运行后，所述“O-A-O-A……”式多级生物滤池处理单元自动开启反冲洗模式：
反冲洗第一级O段生物滤池处理单元的生物滤池的水来源于厌氧渗滤调节池；反冲洗水自厌氧渗滤调节池经旋流充氧反应器复氧后，进入第一级O段生物滤池进行反冲洗，反冲洗水流以由下向上的流向穿过该生物滤池，反冲洗出水进入此O段生物滤池处理单元的竖流沉淀池进行固液分离；
除上述所述第一级O段以外的各奇数级O段生物滤池处理单元的生物滤池的反冲洗水来源于各自上一级A段生物滤池处理单元中的竖流沉淀池，其余反冲洗过程同第一级O段生物滤池处理单元的生物滤池反冲洗过程。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，或者，所述系统初始运行时建立的是所述“O-A-O-A……”式多级生物滤池处理单元并进行权利要求8所述的处理方法；当长久运行后进行反冲洗，即进行权利要求9所述的反冲洗过程；
反冲洗完成后如需继续进行污水处理，则进行所述系统的模式切换，建立的是所述“A-O-A-O……”式多级生物滤池处理单元并进行权利要求6所述的处理方法；当长久运行后进行其反冲洗，即进行权利要求7所述的反冲洗过程。
说明书
无动力多级旋流充氧A/O交替串联组合生物滤池处理系统及 方法
技术领域
本发明涉及一种无动力多级旋流充氧A/O交替串联组合生物滤池处理系统及方法，属于环境工程污水处理技术领域，具体属于山地生活污水处理领域。
背景技术
我国是一个多山的国家，山地、丘陵、高原地区占我国国土总面积的66％。山区虽然人口密度小但污水直接排放的危害非常大，因为大部分山区都处在径流上游位置。山区生活污水收集和处理困难主要有：①山区地势起伏大，污水收集管道铺设困难，污水收集难度大；②山区污水处理厂选址困难，基建费用升高；③山地村镇多位于经济不发达地区，经济基础薄弱，专业人员匮乏。充分利用山区高位势能开发简单经济适用的分散污水处理技术具有积极的现实意义。
中国专利申请ZL201610596482.0，公开日2016年10月26日，公开了一种多级管式旋流充氧生物滤池污水处理系统及处理方法，包括依次连接的厌氧渗滤池、旋流充氧管、生物滤池和竖流沉淀池构成，其中渗滤池内装填袋装颗粒滤料，通过厌氧渗滤有效去污水中的悬浮物，旋流充氧管由过渡段、充氧段和配水段组成，对污水进行旋流充氧，生物滤池内装填颗粒填料，利用填料附着微生物在好氧和兼氧条件下降解、去除碳、氮、磷等污染物，竖流沉淀池根据需要实现化学除磷。此发明建设费用低、无须外部动力提升、运行费用极低，但是多级生物滤池内污水流向单一，长期运行后堵塞风险较大；抗冲击负荷能力差，高峰水量时影响出水水质。针对相关问题的技术升级势在必行。
发明内容
针对上述专利技术多级管式旋流充氧生物滤池系统采用淹没式上向流运行方式易堵塞、旋流充氧过程时间较短、氧传质量不足、难以保障出水长期稳定达标的问题，提供一种无动力多级旋流充氧A/O交替串联组合生物滤池处理系统及其处理山地生活污水的方法。
本发明的技术方案如下：
一种无动力多级旋流充氧A/O交替串联组合生物滤池处理系统，，所述系统包括厌氧渗滤调节池和多级生物滤池处理单元，处理单元分为N级，N≥4，可根据水质要求灵活布置。通过调节阀门启闭使生物滤池在“底部进水+顶部出水”的“淹没”式(缺氧)运行和“顶部进水+底部出水”的“滴滤”式(好氧)运行两种模式间切换，从而建立多级A/O或多级O/A硝化反硝化处理系统(建立“A-O-A-O……”式或“O-A-O-A……”式多级生物滤池处理单元)，有效解决生物滤池堵塞问题，保障处理系统长期稳定达标运行。
厌氧渗滤调节池位于处理系统最高处的起始点，利用池内竖向布置过滤层进行厌氧渗滤，过滤层装填可更换的大骨料过滤组件；每级生物滤池处理单元沿地势坡度逐级布置，每级生物滤池处理单元包括1套旋流充氧管道系统和1套包含集水箱、配水箱、生物滤池和竖流沉淀池的生化处理模块，其中旋流充氧管道系统同“一种无动力管式旋流充氧设施”专利(专利号：201820421246X)；集水箱内部装填可更换的除磷填料，布置在沉淀池顶部；配水箱布置在生物滤池顶部；集水箱和配水箱之间管道连接，生物滤池和沉淀池之间管道连接。
优选地，所述生化处理模块包括两路进水管道系统和两路出水管道系统，进水管道系统均由进水三通阀控制管路的闭合，仅使其中一路进水管路畅通；出水管道系统由2个单通阀分别控制出水管路的通畅：
其中一路所述进水管路直接连接集水箱的进水口，通过集水箱进入配水箱，由上向下通过生物滤池，对应连接生物滤池底部出水管路，该出水管路设有第一单通阀；
另一路所述进水管路直接连接生物滤池的底部进水口，由下向上通过生物滤池后并进入竖流沉淀池，对应连接竖流沉淀池上部出水管路，该出水管路设有第二单通阀；
通过控制进水三通阀的方向和第一单通阀或第二单通阀的开闭，从而调整进出水管路通闭，进而实现所述“底部进水+顶部出水”的“淹没”A式缺氧运行或所述“顶部进水+底部出水”的“滴滤”O式好氧运行状态。
优选地，所述集水箱和配水箱通过管道连接，在滴滤模式下的污水流经方向：污水流经方向为先进入集水箱，然后再进入配水箱；利用集水箱和配水箱的进水管管径大于出水管管径的差异设计，使集水箱和配水箱具备对高峰水量的调蓄作用。
优选地，所述配水箱的上部设有恒定流配水管；配水箱的底部设有明渠三角堰，均匀承接恒定流配水管的出水。所述配水箱采用“恒定流孔口配水+明渠三角堰配水”的两级小阻力配水方式，实现在无动力配水要求情况下的恒定均匀配水。
优选地，所述生物滤池选用敞口模式，自下而上分为集水层、承托层、填料层和出水层；集水层处设置1处进水口和1处出水口；出水层处设置1处出水口，连接沉淀池进水口；承托层采用10-30mm粒径碎石级配，厚度150mm，底部采用穿孔滤板，孔径14mm；填料层采用1-2mm粒径轻质火山岩颗粒，真密度1.05g/cm3，填料层厚度1.0m。
污水首先进入厌氧渗滤调节池截留漂浮和悬浮杂质，从调节池高位排出按高低顺序依次进入各级生物滤池处理系统。
无动力多级旋流充氧A/O交替串联组合生物滤池处理方法，包括：
(1)构建所述的无动力多级旋流充氧A/O交替串联组合生物滤池处理系统，并建立“A-O-A-O……”式多级生物滤池处理单元；
(2)污水进入厌氧渗滤调节池出水，经旋流充氧反应器复氧后，进入第一级A段生物滤池处理单元的生物滤池底部，并以由下向上的流向穿过“淹没”式缺氧生物滤池，后进入竖流沉淀池，经固液分离去除固体；
(3)竖流沉淀池的出水再经第二级O段生物滤池处理单元的旋流充氧反应器复氧后，进入第二级O段生物滤池处理单元的集水箱，从集水箱上部出水进入配水箱，再经配水箱进入下方的生物滤池，并以由上向下的流向穿过“滴滤”式好氧生物滤池；生物滤池出水进入第三级A段生物滤池处理单元；
(4)重复步骤(2)和步骤(3)，使得处理后的山地生活污水达标。
进一步的，所述处理方法长久运行后，所述“A-O-A-O……”式多级生物滤池处理单元自动开启反冲洗模式，即利用各级A段生物滤池处理单元中的竖流沉淀池的存水对其下一级O段生物滤池处理单元的生物滤池进行反冲洗，反冲洗的水流以由下向上的流向穿过该生物滤池，反冲洗的出水再进入此O段生物滤池处理单元的竖流沉淀池进行固液分离，当各级A段生物滤池处理单元中的竖流沉淀池存水完全释放即完成反冲洗过程。
进一步的，所述反冲洗结束后，
(1)所述系统进行模式切换，建立“O-A-O-A……”式多级生物滤池处理单元；
(2)污水进入厌氧渗滤调节池出水，经旋流充氧反应器复氧后，进入第一级O段生物滤池处理单元的集水箱，从集水箱上部出水进入配水箱，再经配水箱进入下方的生物滤池，并以由上向下的流向穿过“滴滤”式好氧生物滤池；
(3)生物滤池出水再经第二级A段生物滤池处理单元的旋流充氧反应器复氧后，进入第二级A段生物滤池处理单元的生物滤池的底部，并以由下向上的流向穿过“淹没”式缺氧生物滤池，进入竖流沉淀池，经固液分离去除固体，竖流沉淀池出水进入第三级O段生物滤池处理单元；
(4)重复步骤(2)和步骤(3)，使得处理后的山地生活污水达标。
进一步的，所述处理方法长久运行后，所述“O-A-O-A……”式多级生物滤池处理单元自动开启反冲洗模式：反冲洗第一级O段生物滤池处理单元的生物滤池的水来源于厌氧渗滤调节池；反冲洗水自厌氧渗滤调节池经旋流充氧反应器复氧后，进入第一级O段生物滤池进行反冲洗，反冲洗水流以由下向上的流向穿过该生物滤池，反冲洗出水进入此O段生物滤池处理单元的竖流沉淀池进行固液分离；除上述所述第一级O段以外的各奇数级O段生物滤池处理单元的生物滤池的反冲洗水来源于各自上一级A段生物滤池处理单元中的竖流沉淀池，其余反冲洗过程同第一级O段生物滤池处理单元的生物滤池反冲洗过程。
具体的，初始运行状态时，厌氧渗滤调节池出水经旋流充氧管道系统复氧后，由电动三通阀控制直接进入生物滤池底部，以上向流形式通过形成淹没式缺氧生物滤池即A段，A段从上部出水进入竖流沉淀池，经固液分离作用去除带出的生物固体物质后从上部排出；竖流沉淀池出水再进入下一级单元旋流充氧管道系统复氧，再由三通阀控制进入集水箱，从集水箱上部出水再进入配水箱，利用配水箱二级重力均匀配水系统(专利号：2018204212493)，将污水均匀分配到生物滤池顶部表面，以下向流形式通过形成滴滤好氧生物滤池即O段，O段从滤池下部出水进入下一级单元旋流充氧管道系统，以此类推，最终出水达标排放到环境中。
系统运行48-96h后，多级A/O组合处理模式自动切换到反冲洗模式，即利用A段沉淀池存水对O段生物滤池进行反冲洗，反冲洗出水再进入此O段竖流沉淀进行固液分离，当A段沉淀池存水完全释放即完成反冲洗过程。控制O段进水三通阀，将O段生物滤池切换成A段上向流淹没式生物滤池，同时将A段切换成O段下向流滴滤池，系统进入下一个多级O/A组合处理模式。即厌氧渗滤调节池出水经旋流充氧管道系统复氧后，由电动三通阀控制进入O段沉淀池集水箱，然后从集水箱上部出水进入配水箱均匀配水，以下向流形式通过形成滴滤好氧生物滤池，出水进入下一级A段旋流充氧管道系统复氧，再由三通阀控制直接进入生物滤池底部，以上向流形式通过形成淹没式缺氧生物滤池，出水从上部进入竖流沉淀池沉淀后进入下一级处理单元旋流充氧管道系统。以此类推，最终出水达标排放到环境中。
运行48-96h后，多级O/A组合处理模式结束，系统进入反冲洗模式。此时，冲洗第一级O段生物滤池的水来源于厌氧渗滤调节池。反冲洗水自调节池底部出水单通阀流经旋流充氧管道系统复氧后，进入第一级O段生物滤池进行反冲洗，反冲洗出水进入竖流沉淀池沉淀。第三级O段生物滤池反冲洗水来源于上一级A段竖流沉淀池，其余流程同上，第四级A段竖流沉淀池中污水直接排放。反冲洗结束后，切换为多级A/O组合处理模式，如此循环往复。
或者，所述系统一开始构建并建立的是“O-A-O-A……”式多级生物滤池处理单元完成处理过程，当长久处理运行后进行该处理单元的反冲洗结束后，如需继续进行污水处理，则进行系统模式切换，建立“A-O-A-O……”式多级生物滤池处理单元完成处理过程，当长久运行后进行该处理单元的反冲洗。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
(1)多级生物滤池按照A/O交替串联组合方式运行，可充分利用进水碳源提高系统对C、N、P等污染物的处理效率；
(2)串联组合多级生物滤池定期对O段进行反冲洗，然后O段和A段互换，不仅可以提高生物膜活性，而且解决固定流向生物滤池生物膜过度增殖造成的生物堵塞问题；
(3)利用旋流充氧和好氧滴滤池自然复氧方式，不消耗电动保障氧的供给；
(4)利用“集水箱+配水箱”串联组合集成“恒定流孔口配水+明渠三角堰配水”两级重力均匀配水技术，有效地削减高峰水量，实现变流量均匀配水；
(5)充分利用山岳地形高差势能，获得充氧和均匀配水的能量；结合小功率太阳能光伏供电技术，实现工艺系统自动控制，再配合物联网远程监控技术，可实现区域化远程运维管理。
（发明人：吴军;朱俊伟;林馨;薛王峰;罗智锋;李智;杨智力）
