CN101973679A - 一种分散式污水处理与再生工艺 - Google Patents
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Abstract
一种适合于小城镇的分散式城市污水处理与再生工艺，属于水污染处理技术领域。本工艺包括如下步骤：城市污水首先进行水解酸化处理，后经潜污泵进入曝气生物流化床，去除有机物并通过其缺氧段进行脱氮处理，然后进入沉淀池进行泥水分离；沉淀池出水经快速砂滤池去除悬浮物，然后进入缓冲池；水从缓冲池经人工土壤渗滤进一步净化后经收集管进入清水池。该污水处理方法工艺简单，出水水质稳定，水质满足城市污水再生利用-城市杂用水质标准(GB/T 18920-2002)。
Description
技术领域
本发明属于水污染处理技术领域，尤其涉及一种适用于中小城镇的分散式污水处理与再生工艺。
背景技术
污水处理可以分为集中式污水处理和分散式污水处理。分散式处理是指建立集预处理、二级处理、深度处理于一体的小型污水处理系统，对污水进行处理的一种方式。分散式处理在上世纪末开始受到人们的注意和研究，现在已经成为国内外生活污水处理的一种新理念。随着我国国民经济的发展和城市化进程的加快，以及对环境质量的要求不断提高，分散式处理在我国有非常广阔的发展空间。
与集中式污水处理方式相比，分散式处理具有独特的优势。首先，分散式处理规模较小，有利于最新处理技术的示范应用，技术更新快，推动技术创新；其次，我国很多地区，中小城镇的经济水平不具备建设大型的集中式污水处理厂和相应的下水设施的条件，应首选分散式处理设施；第三，分散式处理装置能耗低，节约处理费用；第三，分散式处理能有效减少有害物质的扩散，提供污水再生利用的机会，还可以补充涵养当地的地下水，将污水处理的环境影响降低到最小程度。
目前污水分散式处理的常规技术包括：
(1)厌氧-好氧生物处理技术，将厌氧、好氧生物处理技术相结合，可以达到既去除有机物又去除含磷、含氮物质的目的，降低能耗，减少污泥量。
(2)膜生物反应器技术，该技术是把生物处理与膜分离相结合的工艺，由于膜具有高效分离的特点，因此出水水质好，可以直接达到回用所需的水质，在生物反应器中维持高浓度生物量并提高了负荷。
(3)自然净化。在地理、气候条件适合以及土地可得到情况下，利用人工湿地、土地渗滤、氧化塘等自然净化系统对污水进行处理，具有处理效果稳定，投资少，管理简单等特点。土地处理是城市郊区以及农村分散式处理技术的最佳选择。
在污水的好氧生物处理技术中，污水、微生物、氧，三者之间的传质条件是决定反应器效率的关键因素。与传统的生物处理法相比，好氧生物流化床生物量高，有机负荷高，水力停留时间短，因此设备体积可以大大减小，节约占地面积和基建费用；不存在活性污泥法中的污泥膨胀或者生物滤池中的床层堵塞问题，运行稳定；另外生物流化床还具有较高的抗冲击负荷能力，上述特点使得生物流化床成为适合城市污水分散式处理的要求的处理工艺。
人工土壤渗滤是将生态学原理与工程学方法相结合而形成的城市污水的生态处理技术，通过人工构建土壤系统，将污水以一定的水力学条件渗滤通过该系统，借助土壤系统的物理、化学、生物机制，以及能够自我调节的生态学机制，截留、吸附、降解水中的污染物质，充分降解吸收污水中可生物降解的有机物质，实现污水无害化与资源化的生态系统工程。
人工土壤渗滤借助上述多种处理机制，污水处理效果好，同时具有自我生态调节的机能，对来水水质、水量具有一定的缓冲能力，运行状态稳定可靠，操作管理简单，构建和运行维护成本低廉，适用范围广泛。
发明内容
本发明将曝气生物流化床与人工土壤渗滤相结合，提出了一种适合于小城镇的分散式污水处理与再生工艺。
本发明所述工艺通过如下步骤实现：
(1)污水首先进入水解酸化池，停留时间控制在2.5～3.0小时；污水水解酸化后，经潜污泵抽吸进入曝气生物流化床；曝气生物流化床分为缺氧区和好氧区，由缺氧区对污水进行脱氮处理；污水从曝气生物流化床流出后进入沉淀池进行泥水分离；
(2)沉淀池的污泥回流到曝气生物流化床中，沉淀池的出水进入快速砂滤池，去除水中的悬浮颗粒；快速砂滤池的出水进入缓冲池；
(3)在缓冲池的一侧布置人工土壤渗滤池，该人工土壤渗滤池的纵深≥5m，土壤深度≥1m，靠水一侧设置为斜坡，所述斜坡与缓冲池的底面夹角大于0°且不大于45°；在人工土壤渗滤池的底部设置收集管，收集管的出水进入清水池；所述人工土壤渗滤池的过滤速度≤5m/天，水力停留时间≥7天。
所述曝气生物流化床的缺氧区与好氧区的容积比为1∶3，水力停留时间为3～6h；好氧区填充空心柱状立体空心填料，DO控制在3～5mg/L，污泥回流比200％；载体附着污泥浓度维持在700mg/L～900mg/L。
所述快速砂滤池的填砂粒径范围为0.5～1.0mm，流速控制在3～5m/h。
所述人工土壤渗滤池的土壤粒径范围为0.075～0.5mm，每隔8～12天将缓冲池与人工土壤渗滤池内的水放空，清除缓冲池底部淤泥，翻晾人工土壤渗滤池表层砂层，翻晾深度≥0.5m，以增进砂层复氧。
本发明的有益效果为：
(1)城市污水首先经过水解酸化预处理，不仅可以有效去除COD、BOD5和SS，还可以有效提高BOD5/COD，有利于后续的生物处理。
(2)潜污泵将预处理后的生活污水输入曝气生物流化床的底部，与由流化床底部的空气分布器进入的空气充分混合，向上带动负载生物膜的载体形成流化状态。生物流化床中的填料具有较大的比表面积，能有效降解去除有机物。
(3)曝气生物流化床出水进入沉淀池进行泥水分离，部分硝化液回流进入生物流化床缺氧区，回流硝化液在反硝化细菌的作用下还原成氮气，实现脱氮。沉淀池上清液进入快速砂滤池，去除水中的悬浮颗粒。
(4)快速砂滤池出水自流进入缓冲池，通过人工土壤渗滤池。土壤渗滤池停留时间较长，可以有效去除部分难降解有机物和病原微生物，出水满足城市污水再生利用的城市杂用水标准。
(5)具有占地省、投资少、运行成本低，处理效果好的优点，满足中小城镇的实际需求情况，易于推广使用。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图；
图2为缓冲池及人工土壤渗滤池的剖面示意图。
图中标号：
1-水解酸化池；2-潜污泵；3-曝气生物流化床；4-沉淀池；5-快速砂滤池；
6-缓冲池；7-人工土壤渗滤池；8-集水管；9-清水池。
具体实施方式
本发明提供了一种分散式污水处理与再生工艺，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
如图1和图2所示，本发明的工艺主要为以下步骤：
(1)污水首先进入水解酸化池1，停留时间控制在2.5～3.0小时；污水水解酸化后，经潜污泵2抽吸进入曝气生物流化床3；曝气生物流化床3分为缺氧区和好氧区，由缺氧区对污水进行脱氮处理；曝气生物流化床3的缺氧区与好氧区的容积比为1∶3，水力停留时间为3～6h，好氧区DO控制在3～5mg/L，污泥回流比200％；载体附着污泥浓度维持在700mg/L～900mg/L；污水从曝气生物流化床3流出后进入沉淀池4进行泥水分离；
(2)沉淀池4的污泥回流到曝气生物流化床3中，沉淀池4的出水进入快速砂滤池5，去除水中的悬浮颗粒；快速砂滤池的填砂粒径范围为0.5～1.0mm，流速控制在3～5m/h；快速砂滤池5的出水进入缓冲池6；
(3)在缓冲池6的一侧布置人工土壤渗滤池7，该人工土壤渗滤池7的纵深≥5m，土壤深度≥1m，土壤粒径范围为0.075～0.5mm，靠水一侧设置为斜坡，所述斜坡与缓冲池6的底面夹角大于0°且不大于45°；在人工土壤渗滤池7的底部设置收集管8，收集管8的出水进入清水池9；所述人工土壤渗滤池7的过滤速度≤5m/天，水力停留时间≥7天；
(4)每隔10天将缓冲池6与人工土壤渗滤池7内的水放空，清除缓冲池6底部淤泥，翻晾人工土壤渗滤池7表层砂层，翻晾深度≥0.5m，以增进砂层复氧。
以下实施例分别使用城市污水处理厂污水、工业废水对本工艺提出的曝气生物流化床进行了试验，在试验基础上建立了实际的污水处理工程，设计处理量30m3/h，出水满足城市污水再生利用-城市杂用水质标准(GB/T 18920-2002)。
实施例1：北京市北小河污水厂中试试验
以北京市北小河污水厂的初沉池出水作为原水，水中CODCr＝200～450mg/L，BOD5为150～250mg/L，SS为200～400mg/L，氨氮浓度为70～90mg/L。采用本发明中提出的流化床工艺处理，出水中CODCr≤70mg/L，BOD5≤20mg/L，SS≤70mg/L，氨氮≤15mg/L，进水与出水的pH均在6～9的范围内。
试验发现，本工艺中的流化床工艺具备在低温下运行的能力，5℃时的硝化活性为18℃时的60％左右，最佳水力停留时间为6h。试验还对流化床中污泥的微观形态结构进行了观察。污泥中细菌种类丰富，细菌排列紧密，以短杆菌为主，另外观察可见球菌、丝菌、长杆菌以及原生动物。电镜发现钟虫和等肢虫为污泥中主要的微生物。
实施例2：工业废水中试试验
甜菜制糖废水，CODCr为1000～5000mg/L，BOD5为500～3000mg/L，SS为200～1500mg/L，pH 3.5～7.5。采用本工艺中的流化床工艺处理，流化床的启动采用自然挂膜法，启动后，水力停留时间为6h，容积负荷为5.625kgCOD/m3-d。好氧流化床出水COD稳定在350mg/L左右。
实施例3：实际运行的污水处理工程
清华大学核研院，污水性质为生活污水和实验废水，设计水量30m3/h，进水水质DOC为5～7mg/L，UV254为15～20m-1，总磷4～5mg/L，氨氮28～30mg/L，NO3-N为3～7mg/L。采用本发明所提出工艺进行处理，曝气生物流化床填充新型柱状空心填料，比表面积达1040m2/m3，汽水比12.75∶1。出水浊度＜1，DOC＜3mg/L，UV254为10～11m-1，TP＜0.05mg/L，氨氮2～5mg/L，NO3-N为3～5mg/L。出水满足GB/T 18920-2002水质标准，可以用作城市杂用等用途。
Claims (4)
1.一种分散式污水处理与再生工艺，其特征在于，该工艺包括如下步骤：
(1)污水首先进入水解酸化池，停留时间控制在2.5～3.0小时；污水水解酸化后，经潜污泵抽吸进入曝气生物流化床；曝气生物流化床分为缺氧区和好氧区，由缺氧区对污水进行脱氮处理；污水从曝气生物流化床流出后进入沉淀池进行泥水分离；
(2)沉淀池的污泥回流到曝气生物流化床中，沉淀池的出水进入快速砂滤池，去除水中的悬浮颗粒；快速砂滤池的出水进入缓冲池；
(3)在缓冲池的一侧布置人工土壤渗滤池，该人工土壤渗滤池的纵深≥5m，土壤深度≥1m，靠水一侧设置为斜坡，所述斜坡与缓冲池的底面夹角大于0°且不大于45°；在人工土壤渗滤池的底部设置收集管，收集管的出水进入清水池；所述人工土壤渗滤池的过滤速度≤5m/天，水力停留时间≥7天。
2.根据权利要求1所述的一种分散式污水处理与再生工艺，其特征在于，所述曝气生物流化床的缺氧区与好氧区的容积比为1∶3，水力停留时间为3～6h，好氧区DO控制在3～5mg/L，污泥回流比200％；载体附着污泥浓度维持在700mg/L～900mg/L。
3.根据权利要求1所述的一种分散式污水处理与再生工艺，其特征在于，所述快速砂滤池的填砂粒径范围为0.5～1.0mm，流速控制在3～5m/h。
4.根据权利要求1所述的一种分散式污水处理与再生工艺，其特征在于，所述人工土壤渗滤池的土壤粒径范围为0.075～0.5mm，每隔8～12天将缓冲池与人工土壤渗滤池内的水放空，清除缓冲池底部淤泥，翻晾人工土壤渗滤池表层砂层，翻晾深度≥0.5m，以增进砂层复氧。
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