一種生活汙水分散處理的方法及其反應器的製作方法
2023-09-12 17:09:00
專利名稱：一種生活汙水分散處理的方法及其反應器的製作方法
技術領域：
本發明屬於環境保護領域，特別涉及一種生活汙水分散處理的方法。本發明還提供了該方法所採用的一種反應器。
背景技術：
我國城市化發展迅速但水汙染控制相對滯後，合流制排水區域(老城區)及大量新興城鎮缺乏完善的汙水收集和處理系統，汙水未經處理直接排放水體，是造成我國水環境整體趨於惡化的主要原因之一。傳統解決方案需要建設汙水截流管渠系統，將汙水收集後集中處理。由於工程投資巨大，建設周期長(尤其是汙水截流管渠工程)，且雨季仍有部分汙水未經處理直接溢流排河，造成汙染。生活汙水分散處理系統設置在用戶附近，生活汙水就地分散處理達標後利用原有合流制管渠直接排放水體或就近回用，因此不需要建設汙水截流管渠，能節約投資和縮短建設周期；雨季汙水也可以全部得到處理。綜合計算，集中汙水處理系統的單位汙水處理投資要高於分散處理系統據日本測算，當採用普及下水道和集中汙水處理廠的方式處理汙水時，人均投資需120萬日元(約合人民幣8.4萬元)，建設周期約20年，即水環境的有效改善要在20年後才能見效；而採用汙水分散處理系統時，人均投資僅需14-16萬日元(約合人民幣1.1萬元)，建設周期僅需1個月(向連城，中國分散型汙水處理系統的現狀及發展，北京建築工程學院學報，Vol.21 No.4 55-58，Dec.2005)。生活汙水分散處理系統可在較短時間內實現汙染物排放總量的有效削減，改善城區水環境質量。
生活汙水分散處理工藝有厭氧生物處理技術(如水解上流式汙泥床反應器HUSB與上流式厭氧汙泥床反應器UASB組合的工藝；厭氧複合床反應器AH；厭氧膜生物反應器等)、好氧生物處理技術(以生物膜法工藝居多，常用的生物膜工藝有生物濾池、生物接觸氧化、生物流化床、曝氣生物濾池等工藝)、自然淨化系統(如土地滲濾、氧化塘、人工溼地等)。系統一般採用工廠生產集成化小型汙水淨化裝置，多採用玻璃鋼或鋼板材料製作，地埋式構造(如日本的Gappei-shori淨化槽，挪威的BioTrap和Biovac淨化裝置以及我國朱根華等開發的生活汙水厭氧處理裝置等)，BOD和磷去除率＞90％，總氮的去除率約為50％(全向春，楊志峰，湯茜，生活汙水分散處理技術的應用現狀，中國給水排水，Vol.21 No.4 24-26 Apr2005)。
現有生活汙水分散處理技術因為從集中汙水處理技術演變而來，剩餘汙泥的收集和處置的難題仍未很好解決；因為採用活性汙泥工藝和地埋式構造，運行管理複雜且設備維護比較困難，容易影響處理系統的長期穩定運行；另外由於汙水量較小，造成處理的成本較集中處理系統高。
發明內容
針對現有生活汙水分散處理技術存在的上述問題，本發明研製了一種生活汙水分散處理的方法。本發明還提供了一種該方法所採用的反應器。採用此工藝處理生活汙水不產生剩餘汙泥；反應器為地上式構築物，可實現無人值守，自動控制，運行管理和設備維護方便；汙水處理成本低於傳統的活性汙泥工藝。
實現本發明目的的技術方案是一種生活汙水分散處理的方法，其特徵在於包括以下步驟1)生活汙水首先經化糞池去除絕大部分固體殘渣，再由排水管道進入調節池，在調節池內停留16-24小時，其中調節池為常用的地下式構造；2)將調節池內沉澱後的汙水提升至地面上的反應器，該反應器內設有多層惰性生物填料，各填料層之間用碎石分隔，氣體由位於反應器內的中心管收集並由風機抽吸或自然拔風作用向高空排放，中心管和反應器外殼在碎石層段開孔使碎石層內空氣流通，碎石和填料之間用透水材料分隔；進水採用穿孔管布水，出水由碎石層收集並按工藝流程的需要進入另外一層惰性生物填料層，最終由反應器底部排出；3)處理後最終出水既可以利用原有排水管道排放，也可在消毒後作為中水就近回用，其工藝流程見圖1。
上述步驟2)中惰性生物填料的主要成分為生活垃圾填埋場封場8年以上的粒徑小於20mm的腐殖化垃圾。
惰性生物填料的製備首先要在封場8年以上的填埋場內將垃圾開採出來，然後利用20mm孔徑的滾筒篩製得所需粒徑的腐殖垃圾。
反應器中每層填料的厚度為400-1000mm，層數為3-6層。本發明採用間歇運行方式，可根據不同的水質特點調整進水時間和落幹時間，可用於處理所有可生物降解的有機汙水。對於小區化糞池排出的高濃度生活汙水(平均水質CODcr為320mg/L，NH3-N為120mg/L，TP為9mg/L)，每一天為一個周期，進水時間4-8小時，落幹時間為16-20小時，進水表面負荷為0.4-1m3/(m2·d)。
一種在生活汙水分散處理的方法中所使用的反應器，它包括外殼及位於外殼頂部的進水管及底部的出水管，其特徵是外殼內間隔的設有多層惰性生物填料層，各填料層之間用碎石分隔，在外殼內設有從外殼底部延伸出頂部的中心管，中心管和反應器外殼在碎石層段開孔使碎石層內空氣流通；碎石和填料之間用透水材料分隔；進水採用穿孔管布水，出水由碎石層收集。
反應器的構築如圖2所示，其利用塑料或玻璃鋼或鋼材或鋼筋混凝土作為圍護材料，製成惰性生物填料分層布置的反應器。反應器可設計成圓形或方形，直徑或邊長可根據水量大小確定；其為多層結構(圖2中3，5，7為惰性生物填料層)，每層填料厚度可根據需要在400-1000mm之間變化，層數根據需要確定，通常為3-6層，總高度在2100-3900mm之間變化；層與層之間用碎石分隔(圖2中4，6，8為碎石層)，以便排出氣體產物並為生物反應提供所需的氧氣。位於反應器對稱中心的中心管2由風機10抽吸或自然拔風作用向高空排放氣體，中心管規格由反應器直徑及風量大小確定；中心管和反應器外殼在碎石層段開孔使碎石層內空氣流通；碎石和填料之間用透水材料分隔，防止填料的細顆粒堵塞出水管或碎石層；進水管1採用穿孔管布水，出水由碎石層收集進入另外一層惰性生物填料層或從排水管9排出。
本發明與現有汙水分散處理技術相比，其優點是1.不產生剩餘汙泥本發明採用生物活性強，有機質含量高的腐殖垃圾作為惰性生物填料的主要組成部分，結合間歇運行方式，使新增的微生物在停止進水的落幹時段內通過內源呼吸和腐殖化過程得以消納，因此不產生剩餘汙泥，可節省大量汙泥處理和處置投資和處理費用。
2.工藝構成簡單，運行管理方便本發明不需要傳統活性汙泥工藝的鼓風曝氣，採用風機抽風或自然拔風作用供氧，省去了鼓風和曝氣設備；由於不產生剩餘汙泥因而省去了二次沉澱池；可以無人值守，自動控制，使運行管理更加簡單方便。
3.採用地上式構築物，設備維護方便由於採用地上式構築物，所有設備便於監控和維護。傳統的生活汙水分散處理工藝通常採用地埋式構築物，常因為地下設備故障難以維修從而影響系統的長期穩定運行。
4.汙水處理成本低採用本發明設備較少，動力消耗也少，運行管理簡便，所以汙水處理成本低。傳統活性汙泥工藝的汙水處理成本為0.8元/噸，而本發明的處理成本可降至0.3元/噸。
5.出水水質好按照本發明給出技術方案中的工藝條件和工藝參數操作，處理後出水水質穩定，可達到《汙水綜合排放標準》(GB 8978-1996)一級標準即SS＜20mg/L，BOD5＜20mg/L，CODcr＜60mg/L，NH3-N＜15mg/L，優於傳統的生活汙水分散處理工藝。
四
圖1是本發明的工藝流程圖；圖2是本發明中反應器的結構示意圖。
五具體實施例方式
下面結合實施例對本發明作進一步的詳述實施例1(1)惰性生物填料的製備惰性生物填料的主要成分為生活垃圾填埋場封場8年以上的粒徑小於20mm的腐殖化垃圾。填料製備時首先要在封場足夠時間的填埋場內將垃圾開採出來，然後利用20mm孔徑的滾筒篩製得所需粒徑的腐殖垃圾。
(2)構築反應器利用DN200塑料管作為圍護材料，製成惰性生物填料分層布置的反應器。每層填料厚度為400mm，共6層，總高度為3600mm；層與層之間用碎石分隔，達到氣體產物排出和提供生物反應所需氧氣的目的，氣體由位於反應器對稱中心的中心管收集由風機抽吸向外排放；碎石和填料之間用透水材料分隔，防止填料的細顆粒堵塞出水管或碎石層；進水採用穿孔管布水，出水由碎石層收集排出。生活汙水依次進入各層即六層串聯運行。
(3)工藝流程生活汙水由化糞池出口收集，再由水泵提升至反應器的配水管，處理後最終出水由碎石層收集後排出。
(4)工藝條件和工藝參數採用間歇運行方式，對小區化糞池排出的生活汙水(平均水質CODcr為216mg/L，NH3-N為88.3mg/L)進行處理。環境溫度為23.5℃，每一天為一個周期，進水時間4小時，落幹時間為20小時，進水表面負荷為0.4m3/(m2·d)。
本實施例試驗數據如下出水COD為15.62mg/L，COD去除率為92.8％；出水NH3-N為0.32mg/L，去除率為99.6％；SS＜20mg/L；BOD檢不出。
實施例2(1)惰性生物填料的製備惰性生物填料的主要成分為生活垃圾填埋場封場8年以上的粒徑小於20mm的腐殖化垃圾。填料製備時首先要在封場足夠時間的填埋場內將垃圾開採出來，然後利用20mm孔徑的滾筒篩製得所需粒徑的腐殖垃圾。
(2)構築反應器利用DN200塑料管作為圍護材料，製成惰性生物填料分層布置的反應器。每層填料厚度為500mm，共4層，總高度為2900mm；層與層之間用碎石分隔，達到氣體產物排出和提供生物反應所需氧氣的目的，氣體由位於反應器對稱中心的中心管收集由風機抽吸向外排放；碎石和填料之間用透水材料分隔，防止填料的細顆粒堵塞出水管或碎石層；進水採用穿孔管布水，出水由碎石層收集排出。生活汙水依次進入各層即四層串聯運行。
(3)工藝流程生活汙水由化糞池出口收集，再由水泵提升至反應器的配水管，處理後最終出水由碎石層收集後排出。
(4)工藝條件和工藝參數採用間歇運行方式，對小區化糞池排出的生活汙水(平均水質CODcr為324.3mg/L，NH3-N為120.3mg/L)進行處理。環境溫度為31.5℃，每一天為一個周期，進水時間6小時，落幹時間為18小時，進水表面負荷為0.6m3/(m2·d)。
本實施例試驗數據如下出水COD為22.30mg/L，COD去除率為93.1％；出水NH3-N為10.42mg/L，去除率為91.3％；SS＜20mg/L；BOD檢不出。
實施例3(1)惰性生物填料的製備惰性生物填料的主要成分為生活垃圾填埋場封場8年以上的粒徑小於20mm的腐殖化垃圾。填料製備時首先要在封場足夠時間的填埋場內將垃圾開採出來，然後利用20mm孔徑的滾筒篩製得所需粒徑的腐殖垃圾。
(2)構築反應器利用DN200塑料管作為圍護材料，製成惰性生物填料分層布置的反應器。每層填料厚度為1000mm，共3層，總高度為3900mm；層與層之間用碎石分隔，達到氣體產物排出和提供生物反應所需氧氣的目的，氣體由位於反應器對稱中心的中心管收集由風機抽吸向外排放；碎石和填料之間用透水材料分隔，防止填料的細顆粒堵塞出水管或碎石層；進水採用穿孔管布水，出水由碎石層收集排出。生活汙水依次進入各層即三層串聯運行。
(3)工藝流程生活汙水由化糞池出口收集，再由水泵提升至反應器的配水管，處理後最終出水由碎石層收集後排出。
(4)工藝條件和工藝參數採用間歇運行方式，對小區化糞池排出的生活汙水(平均水質CODcr為320.1mg/L，NH3-N為110.3mg/L)進行處理。環境溫度為32℃，每一天為一個周期，進水時間8小時，落幹時間為16小時，進水表面負荷為1.0m3/(m2·d)。
本實施例試驗數據如下出水COD為14.48mg/L，COD去除率為95.5％；出水NH3-N為9.32mg/L，去除率為91.6％；SS＜20mg/L；BOD檢不出。
權利要求
1.一種生活汙水分散處理的方法，其特徵在於包括以下步驟1)生活汙水首先經化糞池去除絕大部分固體殘渣，再由排水管道進入調節池，在調節池內停留16-24小時；2)將調節池內沉澱後的汙水提升至地面上的反應器，該反應器內設有多層惰性生物填料，各填料層之間用碎石分隔，氣體由位於反應器內的中心管收集並由風機抽吸或自然拔風作用向高空排放，中心管和反應器外殼在碎石層段開孔使碎石層內空氣流通，碎石和填料之間用透水材料分隔；進水採用穿孔管布水，出水由碎石層收集並按工藝流程的需要進入另外一層惰性生物填料層，最終由反應器底部排出；3)處理後出水可以直接排放，也可在消毒後作為中水就近回用。
2.根據權利要求1所述的生活汙水分散處理的方法，其特徵是步驟2)中惰性生物填料的主要成分為生活垃圾填埋場封場8年以上的粒徑小於20mm的腐殖化垃圾。
3.根據權利要求1或2所述的生活汙水分散處理的方法，其特徵是步驟2)反應器中每層填料的厚度為400-1000mm，層數為3-6層。
4.根據權利要求1或2所述的生活汙水分散處理的方法，其特徵是步驟2)中的反應過程採用間歇運行方式，可根據不同的水質特點調整進水時間和落幹時間。
5.根據權利要求4所述的生活汙水分散處理的方法，其特徵是對於小區化糞池排出的高濃度生活汙水，每一天為一個處理周期，進水時間4-8小時，落幹時間為20-16小時，進水表面負荷為0.4-1m3/(m2·d)。
6.一種生活汙水分散處理的方法中所使用的反應器，它包括外殼及位於外殼頂部的進水管及底部的出水管，其特徵是外殼內間隔的設有多層惰性生物填料層，各填料層之間用碎石分隔，在外殼內設有從外殼底部延伸出頂部的中心管，中心管和反應器外殼在碎石層段開孔使碎石層內空氣流通；碎石和填料之間用透水材料分隔；進水採用穿孔管布水，出水由碎石層收集。
7.根據權利要求6所述的生活汙水分散處理的方法中所使用的反應器，其特徵是惰性生物填料的主要成分為生活垃圾填埋場封場8年以上的粒徑小於20mm的腐殖化垃圾。
8.根據權利要求6或7所述的生活汙水分散處理的方法中所使用的反應器，其特徵是反應器中每層填料的厚度為400-1000mm，層數為3-6層。
全文摘要
本發明公開了一種生活汙水分散處理的方法及其反應器，該方法的步驟首先生活汙水經化糞池去除絕大部分固體殘渣，再進入調節池停留16－24小時，之後將汙水提升至反應器，該反應器內設有多層惰性生物填料，各填料層之間用碎石分隔，氣體由位於反應器內的中心管收集並由風機抽吸或自然拔風作用向高空排放，碎石和填料之間用透水材料分隔；進水採用穿孔管布水，出水由碎石層收集並按需要進入另外一層惰性生物填料層，最終由反應器底層排出；處理後的出水既可以利用原有排水管道直接排放水體，也可在消毒後作為中水就近回用。本發明不產生剩餘汙泥，工藝構成簡單，運行管理方便，採用地上式構築物，設備維護方便，汙水處理成本低，出水水質好。
文檔編號C02F3/10GK1986461SQ20061016639
公開日2007年6月27日 申請日期2006年12月26日 優先權日2006年12月26日
發明者吳軍, 楊智力, 吳運清, 吳頌陽 申請人:南京大學