有脫氨除磷通氣層的汙水深度處理裝置的製作方法

2023-10-04 19:26:19 1

專利名稱：有脫氨除磷通氣層的汙水深度處理裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種有脫氨除磷通氣層的汙水深度處理裝置，可對汙水進行強化脫氨除磷深度處理，屬於環保水處理技術領域。
背景技術：
面源汙染和水體富營養化嚴重降低了湖泊及水庫等水體的水資源利用價值，已成為當前一項突出的環境和社會問題，氮和磷是引起水體富營養化的主要限制因子，當水體總磷濃度高於0.02mg/l或總氮濃度超過0.2mg/l時藻類可能發生異常繁殖，導致富營養化。如何控制造成水體富營養化的氮、磷關鍵影響因子，有效降低面源生活汙水中氮磷含量，減少向水體中排放氮、磷的汙水處理技術，是目前環境領域研究的熱點之一。
面源生活汙水處理技術中，汙水土地處理技術與傳統活性汙泥法相比，由於能有效去除BOD(生化需氧量)、COD(化學需氧量)，又具有很好的脫氮除磷能力，達到汙水深度處理效果，而且投資成本低、運行管理簡單，有廣闊應用前景並逐步得到推廣應用，近年來在我國已受到廣泛關注。但是，現有的汙水土地處理技術也存在容易堵塞、水力負荷低及總氮去除率不高的問題。如何延長吸附飽和時間，提高處理能力，增加系統脫氮作用是解決汙水土地處理技術存在問題的關鍵。
公開號為CN1075792C的中國專利公布的方法是採用同一種原狀土作為散水管布水後的土壤擴散濾層。該裝置在汙水的好氧區容易出現供養不足，不能滿足NH4+-N發生硝化反應的好氧條件，導致硝化率低，脫氮效率不高。
公開號為CN2286176Y的中國專利針對以上專利不足，採用不同孔隙率和透水速率的改性土壤層來做擴散濾層，逐級擴散減緩了堵塞的時間，在一定程度上提高土壤的自然好氧條件。同時，該專利還在與布水管同一水平的兩側設置了通氣管，由通氣裝置輸送空氣，能保持土壤好氧狀態。但是由於通氣管是放置在布水管同一水平的兩側，且布水管與通氣管的間距約400mm。其缺陷應有二一是該送氣管在布水層，不能使布水管下面的擴散濾層有效復氧；二是該開孔通氣管的距離太大，置換空氣的效率相對低，同一層面的土壤濾層易出現局部好氧(缺氧)，抑制了好氧生化反應和硝化反應，也存在脫氮效率不高的問題。
公開號為CN1460649A的中國專利公布了一種解決滲濾層堵塞的方法，通過與地表連通的側向空氣通道和高滲透性夾層聯合供氧。該專利未涉及對汙水進行脫氮除磷深度處理以及具有脫氮除磷的特殊功能材料層；而且空氣通過設在滲濾層兩側並與地表連通的空氣通道到達土壤滲濾層深度後，必需穿過透氣牆在水平擴散作用下才能進入高滲透性層填料的內部，由於在滲濾層沒有一個氧氣的自由流動通道，復氧效率低。
傳統的汙水土地處理技術及以上專利的通氣復氧主要有兩種類型，一種是不在系統滲濾層中設置通氣裝置，僅靠地表的氧氣通過垂直擴散作用向表層土壤供氧，表層土壤的氧氣在濃度差作用下再垂直擴散傳到滲濾層中實現復氧；另一種是在系統滲濾層增加穿孔通氣管或者在滲濾層兩側設有空氣通道，給系統通氣。前者僅使表層土壤處於好氧狀態，一旦土壤出現堵塞，降低了滲透性，地表的空氣通過擴散作用向滲濾層供氧的效率大大降低，抑制了滲濾層中好氧微生物的活性，使可生化的汙染物去除率不高，影響出水水質，反過來又加劇土壤滲濾層的堵塞狀況；後者在一定程度上改善了滲濾層的復氧狀況，但都是靠有一定間距(大於500～1000mm)的穿孔通氣管或空氣通道埋設在滲濾層實現復氧，其缺點是通氣量小，僅在通氣管或空氣通道周圍的滲濾層材料得到復氧，不能使整個滲濾層面實現高效復氧。
土地滲濾技術在實現生活汙水深度處理時也存在一個磷吸附飽和問題，處理系統在使用一段時間後，因為土壤滲濾材料的磷吸附能力達到飽和，喪失除磷功能，出水不能實現深度處理。在工程應用中，希望滲濾層材料既具有良好的滲透性能有效復氧，又具有儘可能大的磷吸附飽和能力。但原狀土壤不能同時具備上述功能，通常對磷酸鹽有較好吸附特性的原狀土壤最大飽和吸附量小於10mg/g，但滲透性較差，不適宜用於做汙水處理滲濾材料；而滲透性符合處理工藝需求的土壤，吸附磷酸鹽的最大飽和吸附量小於0.1～0.01mg/g，吸附磷酸鹽的飽和使用年限僅為1～2年。因此，如何改變土壤滲濾層的特性，使滲濾材料既具有良好滲透性，又對磷酸鹽有高吸附量，延長系統使用壽命，是土地滲濾技術推廣應用急需解決的關鍵技術之一。

發明內容
本發明目的在於針對現有技術的不足，提供一種有脫氨(NH4+-N)除磷通氣層的汙水深度處理裝置，能提高土壤滲濾層復氧效果，增強脫氨除磷效果，緩解滲濾層堵塞問題，延長使用壽命，實現面源生活汙水深度處理，防止水體富營養化現象的發生。
為實現以上目的，本發明在傳統汙水土地滲濾處理方法的滲濾層中鋪設一層具有強化脫氨固磷功能的透水、透氣、空心功能性型材，形成空心材料層，空心材料層把汙水處理的滲濾層分為空心材料層以上的好氧生態填料層和空心材料層以下的厭氧生態填料層，生活汙水靠重力向下自流依次通過好氧生態填料層、空心材料層、厭氧生態填料層，去除SS、BOD、NH4+-N、NO3--N、T-P，實現生活汙水深度處理。
本發明的強化脫氨除磷汙水深度處理裝置具體結構包括在一個不透水池中，布置有三層汙水滲濾層，上層為原狀土壤層，下層為礫石集水層，中間是生態填料層，生態填料層中鋪設一層空心功能性型材，形成空心材料層，空心材料層把生態填料層分為空心材料層以上的好氧生態填料層和空心材料層以下的厭氧生態填料層。空心材料層通過導氣通道與裝置頂部大氣相通，由通氣裝置或自然供氣復氧；在礫石集水層底部有穿孔集水管，在好氧生態填料層中設置裝有細沙的防滲槽以及在防滲槽上方鋪設穿孔布水管。
其中，不透水池的建構是將一塊可以利用的土地挖成一個500～2000mm深的土坑，用不透水的材料鋪設在底部及四周池壁，形成一個獨立的不透水池子，或者在地表人工建造一個不透水池；穿孔集水管及穿孔布水管可採用PVC材料，直徑根據處理能力為50～300mm，開孔率為20～80％；礫石集水層的層高，根據汙水的濃度不同為100～300mm。裝有細沙的防滲槽高度根據處理能力為100～250mm。好氧生態填料層可以是原狀土壤或改性土壤，該層高度為100～500mm。空心材料層下部的厭氧生態填料層由原狀土壤或具有還原性的滲濾材料混合均勻後填充，層高為200～500mm。
空心材料層由空心結構的功能性型材鋪設而成，功能性型材是以改性的粉煤灰、煤渣、人工沸石等材料為主，外加少量添加劑加工而成的磚體型材，長×寬×高為50～500×50～500×50～200mm，每塊磚體型材在高度方向的四個面均對稱有穿孔，磚體型材的壁厚為10～40mm。磚體型材鋪設方法是將每塊型材沿穿孔方向排列，形成一個空氣層面並通過導氣通道與裝置頂部大氣相通。在不透水池的內部沿高度方向建構若干個使空心材料層的空氣層與裝置頂部大氣相通的導氣通道，由通氣裝置或自然供氣給滲濾層復氧，導氣通道有兩種製作方法一種是由磚砌；另一種是用PVC管連接而成。
本發明通過如下過程實現汙水深度處理經過厭氧池預處理的生活汙水引入本發明的穿孔布水管，汙水從穿孔布水管流出後進入填滿細沙的防滲槽內，在表面張力作用下被提升越過防滲槽兩側，然後自流依次進入好氧生態填料層、空心材料層、厭氧生態填料層、礫石集水層。汙水中的一部分懸浮物(SS)首先被細沙截留在防滲槽中；在好氧生態填料層，形成有機物的微生物降解強化區，降解被吸附的有機物(BOD)。經過以上兩個滲濾過程，大部分的有機物和懸浮物被去除。在空心材料層，通過功能材料對NH4+-N和溶解性磷酸鹽的高效特異吸附實現強化脫NH4+-N和固磷目的；同時空心材料層生長有生物膜，降解去除一部分有機物(BOD)。汙水流過空心材料層後進入厭氧生態填料層，發生反硝化反應脫NO3--N。經過以上步驟，完成SS、BOD、NH4+-N、NO3--N、T-N、T-P的去除，處理後的水從集水管導出，達標排放。
與現有技術相比，本發明在滲濾過程設置了能強化脫氨固磷的透水、透氣功能性空心材料層，具有以下三個創新之處1、好氧生態填料層具有復氧效果
好氧生態填料層下面的空心材料層具有一個空氣層面，擴大了氧氣與好氧生態填料層的接觸面。除了具有傳統土壤滲濾技術的通過地表垂直擴散進入滲濾層的通氣方式以外，還通過空心材料層的空氣層自下而上直接擴散進入好氧生態填料層的復氧。該方法有以下優點(1)與傳統沒有通氣裝置的土地處理技術相比，增加了通氣的途徑，復氧效率提高20～50倍；(2)與有通氣管但只有通氣管周圍的滲濾材料能直接接觸氧氣的局部復氧的工藝相比，整個滲濾層平面直接接觸氧氣，使滲濾層具有良好復氧效果，復氧效率提高10～40倍。
2、空心材料層具有脫氨(NH4+-N)功能空心材料層通過物理化學吸附作用把NH4+-N吸附在功能材料上，NH4+-N在好氧條件下發生硝化反應轉化為NO3--N，使NH4+-N又從功能材料上解吸，因此，功能材料能夠實現再生，長期保持其物理化學吸附NH4+-N的功能。本發明的脫NH4+-N效率比傳統土壤滲濾方法提高30～50％。
3、該空心材料層具有固磷功能具有對溶解性磷酸鹽的高效特異吸附，空心材料層的磷酸鹽飽和吸附量為30～80mg/g，而滲透性好的原狀土壤的溶解性磷酸鹽最大飽和吸附量僅為0.1～0.01mg/g。與傳統滲濾層相比，本發明能使系統對溶解性磷酸鹽的總飽和吸附量提高10～50倍，系統的使用壽命與傳統技術延長10～50年。
此外，該空心材料層能生長生物膜，與傳統滲濾層相比，具有強化降解有機物去除BOD的功能。


圖1為本發明的汙水深度處理裝置結構剖面示意圖。
圖1中1穿孔布水管，2細沙，3防滲槽，4導氣通道，5功能性型材的開孔，6空心材料層，7穿孔集水管，8裝置上部種植的植物，9原狀土壤層，10好氧生態填料層，11厭氧生態填料層，12礫石集水層。
圖2為本發明空心材料層的透氣、透水、空心功能性型材結構示意圖。
圖2中13空心功能性型材單元，5功能性型材的穿孔。
具體實施例方式
以下結合本發明的裝置附圖對技術方法作進一步描述。
本發明的汙水深度處理裝置具體結構如圖1所示在一個不透水池中，將汙水滲濾過程共分為三層，上層為原狀土壤層9，下層為礫石集水層12，中間是生態填料層，生態填料層中鋪設一層空心功能性型材13，形成空心材料層6，空心材料層6把生態填料層分為空心材料層6以上的好氧生態填料層10和空心材料層6以下的厭氧生態填料層11。空心材料層6通過導氣通道4與裝置頂部大氣相通，由通氣裝置或自然供氣復氧；在礫石集水層12底部有穿孔集水管7，在好氧生態填料層10中設置裝有細沙2的防滲槽3以及在防滲槽3上方鋪設穿孔布水管1。
其中，不透水池的建構是將一塊可以利用的土地挖成一個500～2000mm深的土坑，用不透水的材料鋪設在底部及四周池壁，形成一個獨立的不透水池子，或者在地表人工建造一個不透水池；穿孔集水管7及穿孔布水管1可採用PVC材料，直徑根據處理能力為50～300mm，開孔率為20～80％；礫石集水層12的層高，根據汙水的濃度不同為100～300mm。裝有細沙2的防滲槽3高度根據處理能力為100～250mm。好氧生態填料層10可以是原狀土壤或改性土壤，該層高度為100～500mm。空心材料層下部的厭氧生態填料層11由原狀土壤或具有還原性的滲濾材料混合均勻後填充，層高為200～500mm。
空心材料層6由空心功能性型材13鋪設而成，空心功能性型材13的結構如圖2所示，由改性的粉煤灰、煤渣、人工沸石等材料為主，添加少量添加劑加工而成的磚體型材，長×寬×高為50～500×50～500×50～200mm，每塊磚體型材在高度方向的四個面均對稱有穿孔5，磚體型材的壁厚為10～40mm。磚體型材鋪設方法是將每塊型材沿穿孔方向排列，形成一個空氣層面並通過導氣通道4與裝置頂部大氣相通。在不透水池的內部沿高度方向建構使空心材料層6的空氣層與裝置頂部大氣相通的導氣通道4，導氣通道4有兩種製作方法一種是由磚砌；另一種是用PVC管連接而成。
本發明的汙水處理過程及原理如下經過厭氧池預處理的生活汙水引入本發明的穿孔布水管1，汙水從穿孔布水管1流出後進入填滿細沙2的防滲槽3。在防滲槽3內由表面張力作用下提升越過防滲槽3兩側，然後在重力作用下自流依次進入好氧生態填料層10、空心材料層6、厭氧生態填料層11、礫石集水層12。
汙水中的懸浮物首先被細沙2截留在防滲槽3中，由於防滲槽3內被水飽和呈厭氧狀態，能提高有機氮轉化為無機氮的效率，為實現高效脫氮提供更多NH4+-N。
在好氧生態填料層10中，由於下部的空氣層使氧氣能自下而上直接擴散使該層充分好氧，在土壤或滲濾材料團粒表面形成生物膜，增強了好氧微生物的活性，提高土壤團粒微生物的生長速度與掛膜量，形成一個有機物微生物降解的強化區，能有效降解被吸附的有機物，減少滲濾層堵塞。經過以上兩個滲濾過程，大部分的有機物和懸浮物已被去除。
在空心材料層6，具有脫氨固磷功能和強化降解有機物作用，原理如下(1)脫氨原理。空心材料層通過物理化學作用將NH4+-N吸附在功能材料上實現脫氨目的，NH4+-N在好氧條件下發生硝化反應轉化為NO3--N，使NH4+-N又從功能材料上解吸，因此，功能材料能夠實現再生，長期保持其吸附NH4+-N的功能；(2)固磷原理。對溶解性磷酸鹽的高效特異吸附由於該層的功能材料由改性無機材料製成，除了靠物理化學吸附作用吸附汙水中溶解性磷酸鹽，還通過化學吸附，使生活汙水中的H2PO4-、HPO42-很易與材料中的鋁離子、鐵離子、鈣離子、鎂離子反應生成難溶磷酸鹽，實現化學吸附去磷，增加系統的磷吸附飽和能力，延長使用壽命；(3)去除有機物原理。該空心材料層是多孔結構，具有較大的比表面積和孔隙率，處於良好的好氧狀態，在材料中形成生物膜，具有強化降解有機物去除BOD的功能。
當汙水流過空心材料層6後進入生態土壤滲濾層的厭氧濾層11，發生反硝化反應完成NO3--N的去除。
經過以上步驟，完成SS、BOD、NH4+-N、NO3--N、T-N、T-P的去除，處理後的水從集水管導出，達標排放。
實施例
裝置滲濾面積為150m2，處理汙水能力為20t/d，布水管離地表350mm，集水管離地表1500mm，滲濾層為添加20％煤渣的太湖地區夜潮土，功能性透水、透氣的空心形材滲濾層高度為120mm，該功能層的頂面離地表750mm，形材單元的尺寸為300×300×120mm，形材上沿高度方向四面對稱的穿孔為方形，孔的尺寸為200×60mm。處理的汙水為太湖流域宜興市某農村生活汙水，進裝置汙水的SS、BOD、T-N、T-P分別為120-150mg/l，100-140mg/l，20-30mg/l，2-3mg/l左右，經過以上裝置處理後，出水的SS、BOD、NH4+-N、T-N、T-P分別為3-5mg/l，4-8mg/l，6-8mg/l，0.02-0.01mg/l左右，出水水質優於國家城鎮二級汙水處理廠一級排放標準(GB8978-1996)、建設部生活雜用水水質標準(CJ25.1-89)、建設部再生水用於景觀水體的水質標準(CJ/T95-2000)。
權利要求
1.一種有脫氨除磷通氣層的汙水深度處理裝置，其特徵在於在一個不透水池中，將汙水滲濾過程共分為三層，上層為原狀土壤層(9)，下層為礫石集水層(12)，中間是生態填料層，生態填料層中鋪設一層具有強化脫氨固磷功能的透水、透氣、空心功能性型材(13)，形成空心材料層(6)，空心材料層(6)把生態填料層分為空心材料層(6)以上的好氧生態填料層(10)和空心材料層(6)以下的厭氧生態填料層(11)，空心材料層(6)通過導氣通道(4)與裝置頂部大氣相通，由通氣裝置或自然供氣復氧；在礫石集水層(12)底部有穿孔集水管(7)，在好氧生態填料層(10)中設置裝有細沙(2)的防滲槽(3)以及在防滲槽(3)上方鋪設穿孔布水管(1)。
2.如權利要求1的有脫氨除磷通氣層的汙水深度處理裝置，其特徵在於所述的空心功能性型材(13)是由改性的粉煤灰、煤渣、人工沸石加工而成的磚體型材。
全文摘要
一種有脫氨除磷通氣層的汙水深度處理裝置，在傳統汙水土地滲濾處理方法的滲濾層中鋪設一層具有強化脫氨固磷功能的透水、透氣、空心功能性型材，形成空心材料層，空心材料層把汙水處理的滲濾層分為空心材料層以上的好氧生態填料層和空心材料層以下的厭氧生態填料層，生活汙水靠重力向下自流依次通過好氧生態填料層、空心材料層、厭氧生態填料層，去除SS、BOD、NH
文檔編號C02F9/02GK1583609SQ20041002488
公開日2005年2月23日 申請日期2004年6月3日 優先權日2004年6月3日
發明者孔海南, 胡湛波, 鄭向勇 申請人:上海交通大學