一種用于泥水分離的污水土地生物沉淀過濾系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種用于泥水分離的污水土地生物沉淀過濾系統，包括一在地面下挖掘而成的槽體，四周和底部鋪有防滲膜或其它止水材料，自下而上依次為：砂層、污泥層、泥水分離層、集氣層和土壤層；所述污泥層和泥水分離層之間、泥水分離層和集氣層之間分別有一層過渡層；集氣層和土壤層之間用網布狀材料分隔；泥水分離層中上部或集氣層中分布有集水管，并最終與排水管相連；集氣層中分布有多個出氣管，所述出氣管穿過土壤層與大氣相通并伸出地面以上。本發明將過濾與沉淀分離技術相結合，沉淀分離和固體懸浮物去除效果良好，出水標準提高。同時，將泥水分離層和污泥層建在土地下，減少了土地占用量。
【專利說明】一種用于泥水分離的污水土地生物沉淀過濾系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于泥水分離的污水土地生物沉淀過濾系統，屬于污水生態處理【技術領域】。
【背景技術】
[0002]目前，污水處理過程中常用的固液分離方法主要有沉淀和過濾。一般用于污水處理中固液分離的方法主要是沉淀。沉淀是利用重力作用的自然沉降分離方式。
[0003]沉淀池是以沉淀為原理的污水處理工藝中重要的基礎構筑物，主要用于去除懸浮物。沉淀池エ藝簡單有效，是省能的泥水分離方法。但是傳統沉淀池功能比較單一，只具有沉淀分離功能，而且存在著占地面積大、投資大、懸浮物去除率低、沉淀效果差、污泥易膨脹、易產生異味、抗沖擊負荷及溫度變化能力低等缺點。同時傳統沉淀池對特別細小的懸浮顆粒物去除率較低。因此，當對沉淀分離效果的要求較高時，通常采用在傳統沉淀池后増加附屬處理設施設備的方法來增強沉淀分離效果。譬如，可在沉淀池后增加過濾分離裝置，這樣才能達到較高要求的沉淀分離效果。但是，這種増加后續處理設施的方法會導致投資、占地面積、運行成本及運行管理復雜性的提高。
[0004]過濾是去除膠體和懸浮物固體最常用的方法。在污水處理工程中，常用的過濾エ藝有深床過濾、表面過濾和膜過濾。深床過濾是使液體通過由某種顆粒或可壓縮濾料組成的濾床去除懸浮于液體中的顆粒物 質。表面過濾是使液體通過ー薄層濾料的機械篩濾作用去除懸浮顆粒物。篩濾是污水處理中常用的ー種表面過濾エ藝，篩濾主要用在污水預處理単元中，可根據需要選擇粗篩、細篩及微篩，一般只能截留污水中的粗顆粒物質。膜過濾可對更細小顆粒乃至溶解組分進行選擇過濾。膜過濾的主要優點是效率高、效果好，但同時也存在價格昂貴、膜易受污染、運行費用高、能耗高、管理復雜等缺點。膜過濾エ藝依照分離孔徑的大小分為包括微濾、超濾、納濾、反滲透等。微濾可降低濁度、去除懸浮物和細菌、強化消毒；超濾主要用于去除懸浮顆粒、膠體、細菌和大分子有機物；納濾主要用在去除污水中特定的溶質和組分，如產生硬度的多價金屬離子等；反滲透主要用于水的脫鹽。
[0005]傳統砂濾池的濾料可采用石英砂、無煙煤、陶粒、白云石、石榴石、磁鐵礦石等顆粒材料，粒徑一般為0.2-3mm。由于粒徑較小，傳統砂濾池的截污能力較強，水頭損失小、成本低，但同時存在著易堵塞、易板結、過濾周期短、沖洗水量大及能耗高等問題。
[0006]生物濾池是經較原始的間歇砂濾池和接觸濾池發展起來的人工生物處理技術，エ程上僅用于處理污水中的有機污染物。其基本原理是在生物反應器內填充高比表面積的顆粒或帶狀濾料，作為微生物附著并形成生物膜的載體，污水流過濾料，污水中的有機物被濾料表面形成的生物膜吸附，并通過生化反應逐步降解。生物濾池具有出水水質穩定、耐沖擊負荷、運行費用低、污泥產量少、啟動速度快等優點。但同時，傳統生物濾池也存在著占地面積大、易堵塞、蟲蠅多、有異味、脫落的生物膜需要后續處理等缺點。
[0007]生物吸附是物質通過物理化學作用吸附在生物體表面或生物膜表面的現象。在污水處理中，生物吸附主要是利用污水中的微生物絮體對有機物的吸附作用，進而對其中的有機性可降解組分進行生物降解而達到有機物去除或減量作用。

【發明內容】

[0008]針對上述傳統技術的缺點與不足，本發明將深床過濾分離原理和傳統生物過濾原理結合起來，同時結合生物吸附原理，應用到泥水分離過程，目的是提供一種用于泥水分離的污水土地生物沉淀過濾系統，通過將生物吸附、機械篩濾與微沉淀分離技術有機結合，實現良好的泥水分離及固體懸浮物去除效果，提高出水水質。
[0009]本發明的技術方案如下:包括一在地面下挖掘或砌成的槽體，四周和底部鋪有防滲膜或其它止水材料，自下而上依次為:污泥層、泥水分離層；為了充分實現土地資源利用最大化以及保溫除臭，可在槽體上方覆土壤層，并在土壤層和泥水分離層之間設置集氣層，以收集氣體排出系統；為延長防滲膜等止水材料的使用壽命，可在污泥層下設置砂層；所述污泥層和集氣層濾料粒徑范圍為7-100mm，泥水分離層濾料粒徑范圍為5-80mm ;所述污泥層和泥水分離層之間、泥水分離層和集氣層之間有一過渡層；集氣層和土壤層之間用網布狀材料分隔；泥水分離層中分布有集水管，并最終與排水管相連；集氣層中分布有多個出氣管，所述出氣管穿過土壤層與大氣相通并伸出地面以上。
[0010]所述用于泥水分離的污水土地生物沉淀過濾系統，根據泥水分離層中的水流動方向的不同，可分為平流式、上升流式及下降流式三種形式。
[0011]按照污水土地生物沉淀過濾系統的進水方式不同，平流式生物沉淀過濾系統可分為直接平流式和布水管平流式。直接平流式生物沉淀過濾系統的進水形式，一般是指進水前的處理單元的斷面形狀和大小與土地生物過濾沉淀系統相當，經過前段處理的污水(含有許多懸浮物，以下稱泥水)直接沿水平方向，均勻分布流入生物過濾沉淀系統的過水斷面。布水管平流式生物過濾沉淀系統的進水形式，一般是在生物沉淀過濾系統進水側豎直或傾斜(與地平面夾角為0-90° )設置多個布水管，經過前段處理的泥水經進水管進入布水管，泥水由布水管上的多個開孔水平進入生物沉淀過濾系統。
[0012]下降流式生物 沉淀過濾系統的進水形式，一般在泥水分離層上部水平設置多孔布水管，經過前段處理的泥水經進水管進入布水管，由布水管上的多個開孔自上而下流經泥水分離層。上升流式生物過濾沉淀系統的進水形式，一般在泥水分離層底部水平設置多孔布水管，經過前段處理的泥水經進水管進入布水管，由布水管上的多個開孔自下而上流經泥水分離層。
[0013]經過前段處理的泥水在生物沉淀過濾系統濾料的過濾分離作用下被污泥截留及生物吸附，粒徑較大的污泥顆粒以及脫落的生物膜，在重力作用下沉淀并在污泥層積累、儲存；經過濾沉淀系統凈化后的水由集水管匯集后經排水管排出土地生物過濾沉淀系統。過濾沉淀過程中在所述濾料表面形成的生物膜所具有的生物吸附能力，可以提高泥水分離的效果。
[0014]所述用于泥水分離的污水土地生物沉淀過濾系統還包括由鼓風機、空氣擴散裝置和連接管道組成的反沖洗空氣擴散系統，反沖洗空氣擴散裝置位于污泥層中，通過管道與鼓風機相連；所述空氣擴散裝置可采用空氣擴散管(管壁開孔)、擴散板或其他空氣擴散形式。
[0015]當污泥層的污泥儲存量達到一定量時，啟動鼓風機將空氣加壓后通過反沖洗空氣擴散裝置對污泥層和泥水分離層進行反沖洗，將污泥排出過濾沉淀系統。反沖洗后污泥的排出可以借用浄化后水的排出系統，也可以單獨設置排泥管將污泥排出。采用氣一水聯合反沖洗能夠提升反沖洗效果，節省沖洗水量，也可單獨采用空氣或水反沖洗；空氣反沖洗不但可以提高恢復濾料層的生物膜活性以及截留吸附能力，同時兼有充氧效果，強化微生物對污水中污染物的降解浄化功能，提高出水水質。
[0016]所述用于泥水分離的污水土地生物沉淀過濾系統運行過程中，微生物新陳代謝產生的氣體和反沖洗過程中空氣擴散裝置釋放出的空氣，經集氣層中的出氣管收集排出系統，該出氣管始于集氣層穿過土壤層并伸出至地面以上，氣體被直接排入大氣或收集后集中處理。部分氣體可以直接通過土壤層排出到系統外，其中含有的部分污染物和臭味被土壤層吸附凈化，降低對大氣的危害。
[0017]本發明具有以下優點:
1、與傳統二次沉淀池相比，在污泥層中填充濾料，將過濾、沉淀分離及生物吸附技術相結合，沉淀分離效果好，出水標準高。
[0018]2、與傳統二次沉淀池相比，隨著系統進水時間的増加，在濾料表面形成的生物膜具有良好的表面凝聚吸附能力，提高固液分離效果。
[0019]3、在泥水分離層采用較小粒徑的濾料，保證能夠有效截留污泥顆粒，在污泥層則采用較大粒徑的濾料，保證污泥層能夠達到良好的污泥積累、儲存效果。在底部污泥層中的污泥可進行厭氧消化反應。
[0020]4、設置反沖洗裝置，采用強化氣一水聯合反沖洗方法進行反沖洗，可將沉淀分離后的污泥以及老化脫落的生物膜排出過濾沉淀系統；同時能夠沖刷更新濾料表面的生物膜，恢復濾料層表面生物吸附能力。反沖洗過程耗時短、能耗低。也可單獨采用水或空氣反沖洗。
[0021]5、污泥層污泥可經反沖洗氣水混合攪拌后借用排水管排出到系統外，也可單獨設置排泥系統將污泥排出系統。
[0022]6、與傳統沉淀池相比，將污水土地生物過濾沉淀系統建在土地下，上部有ー土壤層，不影響土地的其他用途，減少了土地占用量；如利用頂部耕作層種植作物或建設停車場等，則可實現土地“用而不占”。
[0023]7、與普通濾池相比，造價低、能耗少、泥水分離效果好、管理簡單、運行費用低。【專利附圖】

【附圖說明】
[0024] 圖1為本發明采用上升流式進水形式時的B-B剖面示意圖。
[0025]圖2為本發明采用上升流式進水形式時的A-A剖面示意圖。
[0026]圖3為本發明采用下降流式進水形式時的D-D剖面示意圖。
[0027]圖4為本發明采用下降流式進水形式時的C-C剖面示意圖。
[0028]圖5為本發明采用直接平流式進水形式時的F-F剖面示意圖。
[0029]圖6為本發明采用直接平流式進水形式時的E-E剖面示意圖。
[0030]圖7為本發明采用布水管平流式進水形式時的H-H剖面示意圖。
[0031]圖8為本發明采用布水管平流式進水形式時的G-G剖面示意圖。
[0032]其中，1、砂層；2、污泥層；3、泥水分離層；4、集氣層；5、土壤層；6、防滲膜或其它止水材料；7、布水管；8、集水管；9、出氣管；10、空氣擴散支管；11、空氣擴散干管；12、鼓風機；13、進水管；14、排水管；15、布水立管；16、布水橫管。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖并通過具體實施例來進一步說明本發明。
[0034]實施例1:(上升流式生物沉淀過濾系統構造) 如圖1和圖2所示，本實施例包括一梯形斷面的槽體，在地面以下挖掘而成，四周和底部鋪有防滲膜或其它止水材料6。槽體中填充有五部分，自下而上依次為砂層1、污泥層2、泥水分離層3、集氣層4及土壤層5。反沖洗空氣擴散管10、11鋪設于污泥層中，布水管7鋪設于泥水分離層底部，集水管8鋪設于泥水分離層中上部。其中，布水管7位于空氣擴散管上部，集水管8的上部靠近集氣層4，布水管7和集水管8的管壁上開有多個孔。反沖洗空氣擴散管10、11在管道上開有出氣孔，鋪設于污泥層中，其中一端封閉，另一端與鼓風機12相連接。進水管13與布水管7相連，排水管14與集水管8相連。集氣層4和土壤層5之間用網布狀材料分隔開。防滲膜或其它止水材料6位于設計斷面的底部及斜邊上，主要作用是防止污水污染地下水，同時，底部防滲膜與土地之間還需要鋪設砂層以延長防滲膜的使用壽命。
[0035]經過前段處理的泥水通過進水管13，經水平設置在泥水分離層3中的穿孔布水管7進入用于泥水分離的污水土地生物過濾沉淀系統。泥水自下而上流經泥水分離層3 (由碎石構成)。污水中大顆粒懸浮物經重力作用沉淀下來，較小粒徑的懸浮物經濾料的截留過濾和吸附作用被截留分離下來，過濾沉淀過程中在濾料表面會形成生物膜，截留的懸浮物和新脫落的生物膜沉淀到污泥層2中積累、儲存，達到泥水分離的目的。濾料上生物膜表面具有良好的凝聚吸附能力，存在著大量多種群的微生物，它們對污水中的懸浮和溶解性有機物、氮、磷等具有一定的降解與轉化能力。最終，經過濾沉淀凈化處理后的水通過集水管上的開孔匯集于集水管8中經排水管14排出所述沉淀分離系統。所述用于泥水分離的污水土地生物過濾沉淀系統頂部土壤層5可種植農作物、草坪等觀賞性植物、建設停車場等，提高土地利用率，同時兼有防止臭味散發、保溫的作用。運行過程中產生的廢氣經集氣層4中的出氣管9收集排出系統，氣體直接排入大氣或收集后集中處理。
[0036]運行過程中，當污泥層的污泥儲存量達到一定量時，啟動鼓風機12將空氣加壓后通過空氣擴散管10、11對所述過濾分離系統進行反沖洗，即對污泥層和泥水分離層進行氣一水聯合反沖洗，將污泥排出過濾沉淀系統。也可單獨采用水或空氣反沖洗，采用氣一7K聯合反沖洗能夠提升反沖洗效果，節省沖洗水量，解決泥水分離層和污泥層的堵塞問題，并恢復濾料層的截留吸附能力。反沖洗周期大約為1-2天，每次反沖洗時間大約為20-30分鐘，具體操作視濾料層實際截留情況和實際進水水質來定。在所述處理系統運行過程中，鼓風機在濾料過濾吸附飽和時開啟至反沖洗結束時關閉。
[0037]本發明采用上升流式生物沉淀過濾系統的一個實例，其中防滲膜厚1mm，污泥層厚400mm，其濾料粒徑為50-80mm，泥水分離層厚3000mm，其濾料粒徑為20-50mm，集氣層厚350mm,其濾料粒徑為50-80mm,覆土的土壤層厚400mm,起到保溫、綠化、防止臭氣散發的作用。布水管、集水管和空氣擴散管均采用穿孔管，且管壁開口方向與垂直方向成45°，布水管位于泥水分離層的底部，空氣擴散管位于污泥層中，且位于布水管下方，防止堵塞。集水管位于泥水分離層中的上部，出氣管位于集氣層中。來自活性污泥法曝氣池混合液的懸浮物含量為3187mg/L。當采用傳統二次沉淀池進行泥水沉淀分離時，出水中懸浮物含量為37mg/L ;而采用用于泥水分離的污水土地生物過濾沉淀系統時，出水中懸浮物含量為15mg/L。可見，與采用傳統二次沉淀池進行泥水分離相比，污水土地生物沉淀過濾系統處理水的懸浮物濃度明顯降低。
[0038]實施例2:(下降流式生物沉淀過濾系統構造)
如圖3和圖4所示，下降流式與上升流式生物沉淀過濾系統功能區、反沖洗系統和排氣系統的構造均相同，不同點在于采用的進水方式和出水方式不同。如圖4所示，下降流式生物沉淀過濾系統將布水管7水平設置在泥水分離層上部，集水管8設置在泥水分離層底部。經過前段處理的泥水通過進水管13經水平設置在泥水分離層3中的穿孔布水管7進入用于泥水分離的污水土地生物沉淀過濾系統。泥水自上而下流經泥水分離層3(由碎石構成)，達到污泥截留、顆粒物沉淀分離的效果。經過濾沉淀處理后的水通過位于泥水分離層下部的集水管8收集后經排水管14排出所述沉淀分離系統。
[0039]實施例3:(直接平流式生物沉淀過濾系統構造)
如圖5和圖6所示，直接平流式和上升流式生物沉淀過濾系統功能區、反沖洗系統、排氣系統及出水方式的構造均相同，不同點僅在于采用的進水方式不同。直接平流式生物過濾沉淀系統無需設置進水管和布水管，生物過濾沉淀系統的過水斷面上流速分布大致均勻，主要適用于污水前段處理方法為土地生物處理系統的場合。如圖6所示，污水土地處理系統(如中國專利CN 102001743 B)和用于泥水分離的污水土地生物過濾沉淀系統建在同一梯形斷面的槽體中，四周和底部鋪有防滲膜或其它止水材料6。如圖6所示，經過土地生物處理系統處理后的泥水及脫落的生物膜直接以平流形式流入用于泥水分離的污水土地生物沉淀過濾系統，達到污泥截留，顆粒物沉淀分離的效果。同吋，由于泥水由土地生物處理系統平流直接進入污水土地生物沉`淀過濾系統，大大節省動力提升費用。經過濾沉淀處理后的水通過集水管上的開孔匯集于集水管8中經排水管14排出所述沉淀分離系統。
[0040]本發明采用直接平流式生物沉淀過濾系統的ー個實例，其中防滲膜厚1mm，污泥層厚400mm，其濾料粒徑為5(T80mm，泥水分離層厚3000mm，其濾料粒徑為2(T50mm，集氣層厚350mm,其濾料粒徑為5(T80mm,覆土的土壤層厚700mm,起到保溫、綠化、防止臭氣散發的作用。集水管和反沖洗空氣擴散管均采用穿孔管，且管壁開ロ方向與垂直方向成45°。空氣擴散管位于污泥層中，集水管位于泥水分離層中的上部，出氣管位于集氣層中。來自好氧土地生物處理系統泥水中懸浮物含量為516mg/L。當采用傳統二次沉淀池進行泥水沉淀分離時，出水中懸浮物含量為28mg/L ;而采用用于泥水分離的污水土地生物過濾沉淀系統時，出水中懸浮物含量為19mg/L。可見，與采用傳統二次沉淀池進行泥水分離相比，污水土地生物沉淀過濾系統處理水的懸浮物濃度明顯降低。
[0041]實施例4:(布水管平流式生物沉淀過濾系統構造)
如圖7和圖8所示，布水管平流式和上升流式生物沉淀過濾系統功能區、反沖洗系統、排氣系統及出水方式的構造均相同，不同點僅在于采用的進水方式不同。如圖7、圖8所示，布水管平流式生物沉淀過濾系統在進水管13 —側水平設置布水橫管16，再設置多根布水立管15與布水橫管16相通。所述布水立管15設置在泥水分離層，其與地平面夾角為90°。所述集水管8位于泥水分離層。經過前段處理的泥水通過進水管13、布水橫管16經布水立管15上的多個開孔以平流形式進入用于泥水分離的污水土地生物沉淀過濾系統，達到污泥截留、顆粒物沉淀分離的效果。經過濾沉淀處理后的水通過位于泥水分離層中的集水管8收集后經排水管14排出所述沉淀分離系統。
[0042]由實施例1和實施例3中的工程實例水質檢測數據可見，用于泥水分離的污水土地生物沉淀過濾系統的泥水分離效果要好于采用傳統二次沉淀池。同時本發明優點顯著，一法多效，管理運行簡單。
[0043]上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，并不能以此限制本發明的保護范圍。凡根據本發明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種用于泥水分離的污水土地生物沉淀過濾系統，包括一槽體，其特征在于所述槽體內自下而上依次包括污泥層、泥水分離層，所述污泥層濾料粒徑范圍為7-100_，泥水分離層填濾料粒徑范圍為5-80mm，所述污泥層和泥水分離層之間有一過渡層。
2.根據權利要求1所述的污水土地生物沉淀過濾系統，其特征在于所述槽體是在地面下挖掘而成或修砌而成，其四周和底部鋪有防滲膜或其它止水材料。
3.根據權利要求1所述的污水土地生物沉淀過濾系統，其特征在于所述槽體上方還覆蓋有土壤層。
4.根據權利要求3所述的污水土地生物沉淀過濾系統，其特征在于所述土壤層和泥水分離層之間設置有集氣層，所述集氣層濾料粒徑范圍為7-100_。
5.根據權利要求4所述的污水土地生物沉淀過濾系統，其特征在于集氣層和土壤層之間用網布狀材料分隔。
6.根據權利要求1所述的污水土地生物沉淀過濾系統，其特征在于泥水分離層中分布有集水管，并最終與排水管相連。
7.根據權利要求4所述的污水土地生物沉淀過濾系統，其特征在于集氣層中分布有多個出氣管，所述出氣管穿過土壤層與大氣相通并伸出地面以上。
8.根據權利要求1所述的污水土地生物沉淀過濾系統，其特征在于所述泥水分離層中下部還分布有布水管，所述布水管與進水管相連。
9.根據權利要求1所述的污水土地生物沉淀過濾系統，其特征在于它還包括由鼓風機、空氣擴散裝置和連接管道組成的曝氣系統，空氣擴散裝置位于污泥層中，通過管道與鼓風機相連。
【文檔編號】C02F9/14GK103449665SQ201310360140
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年8月16日 優先權日:2013年8月16日
【發明者】郭一令, 楊飛 申請人:青島理工新環境技術開發有限公司