CN101318723B - 一种人工快速渗滤池及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人工快速渗滤池及其在农村生活污水的分散处理中的应用。该人工快速渗滤池内填充有人工配置的人工滤料，所述人工滤料是由颗粒级的河砂和海绵铁，按体积比为5∶1的比例混合而成。与现有技术相比，本发明能在有效进行有机物的降解和脱氮基础上，提高除磷效率，使污水出水水质标准在达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标的条件下，成本最经济。

Description

一种人工快速渗滤池及其应用

技术领域

本发明涉及一种人工快速渗滤污水处理池，尤其是涉及一种在有效进行有机物的降解和脱氮基础上，能提高除磷效率的低成本人工快速渗滤池，及其在农村生活污水分散处理中的应用。

背景技术

农村生活污水已成为目前我国农村地区水体污染的主要污染源之一，由于其来源分散、配套处理工艺落后、环保资金匮乏以及农村地区环保意识跟不上等因素，几乎未经任何处理直接排入河流、水库和湖泊，导致河流发黑发臭，湖库富营养化问题突出，自然环境、生态环境以及饮用水安全遭到严重的破坏。

农村生活污水具有与城市污水不同的特点：农村生活污水水量因地区差异而不同，农村生活污水一般具有人均排量少，日变化系数大(一般在3.0～5.0之间)；农村生活污水主要是厨房污水、洗涤、沐浴和部分卫生洁具排水，其有机物和氮、磷等营养物浓度较城市生活污水高，一般不含有有毒物质；农村生活污水一般间歇排放。

我国城市生活污水目前常用的处理工艺，如SBR法、UNITANK法、氧化沟法、AB法、A/O法、A/A/O法、生物滤池法、生物转盘法、生物接触氧化法、生物流化床法等，虽然能取得良好的污水处理效果，但由于存在基建投资、运行费用高，操作复杂、难以管理，动力消耗较大，单位污水处理成本高等缺陷，不适于农村地区的生活污水处理。

人工快速渗滤***(Constructed Rapid Infiltration System，简称CRI***)采用人工介质回填，水力负荷高，单位污水处理量的占地面积与规模基本无关，具有工艺灵活、投资省、能耗小、运行费用低、维护管理方便等特点，适于在农村地区利用住户房前屋后的未充分利用的零散土地建立规模较小的人工快速渗滤***进行农村生活污水的处理。但同时，由于CRI***的水力负荷高，水与微生物接触的时间短，且所采用的渗滤介质与天然土层相比，对污水中TP的去除率相对较低；因此，需要在有效进行有机物的降解和脱氮基础上，进一步提高除磷效率，使农村生活污水出水水质标准达到一级A标，且经济最优。

发明内容

本发明的目的在于克服现有人工快速渗滤***对污水中总磷的去除率低的缺点，提供一种在有效进行有机物的降解和脱氮基础上，能提高除磷效率的低成本人工快速渗滤池，及其在农村生活污水分散处理中的应用，以使农村生活污水出水水质标准达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标，且经济最优。

本发明提供一种人工快速渗滤池，其内填充有人工配置的人工滤料，所述人工滤料是由颗粒级的河砂和海绵铁，按体积比为5∶1的比例混合而成。为了获得更好的除磷效率，所述河砂和海绵铁均匀混合。

所述人工快速渗滤池采用干湿交替的运转方式进行污水处理，水力负荷周期为：一天24小时内布水4次，每隔6小时投配一次，每次布水1.5小时。

所述人工快速渗滤池的填料分3层，底部填料为粒径4-40mm的碎石，层厚200mm；中部填料为所述河砂和海绵铁组成的粒径0.25-2mm的人工滤料，及体积5％的大理石砂，层厚700mm；所述人工快速渗滤池的上层填料为所述河砂和海绵铁组成的粒径0.1-0.5mm的人工滤料，及体积5％的大理石砂，层厚600mm；其中大理石砂主要起骨架作用，提高整个填料层的渗透性能。所述人工快速渗滤池的总高度为1800mm，高出上层填料表面的300mm作为保护高度。

所述人工快速渗滤池的水力负荷一般为1.0m/d。所述人工快速渗滤池适用于COD＜500mg/l，TP＜8mg/l的农村生活污水的分散处理；可在农村地区利用住户房前屋后的未充分利用的零散土地建立规模较小的所述人工快速渗滤池进行农村生活污水的处理，处理出水水质完全达到国家有关的环境质量标准。

对于人工快速渗滤池的人工滤料中海绵铁的量，由于是在人工快速渗滤池中起到吸附磷的作用，太多了固然可以提高除磷效率，但同时会削减人工快速渗滤池对有机物的降解和脱氮作用，也会使人工快速渗滤池的成本大大增加，但是太少了又起不到作用。海绵铁在人工滤料中的含量越多，对磷的去除效率就越好，但是受经济性能限制，人工滤料中河砂与海绵铁的体积比一般在5∶1是最优的性价比。这样的人工快速渗滤池，针对农村生活污水，使出水水质标准达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标要求的条件下，经济最优，这才适合在农村地区广泛的推广和应用。

本发明中海绵铁的作用机理是：对人工快速渗滤池而言，由于一般没有植物，其除磷机制主要是介质的吸附、化学沉淀和微生物积累。但是，在人工快速渗滤池中，介质的吸附和化学沉淀对磷的去除效果与传统的污水土地处理工艺相比是有差异的。为保持较高的水力负荷(一般为1.0m/d)，人工快速渗滤池所用渗滤介质往往是河流冲积砂，其中粘粒较少，介质的阳离子交换容量较小，因此，对磷的吸附效果较差；同时，由于介质的渗透性能好，水力负荷高，水在***中的停留时间短，因此，通过介质中含有铁、铝和钙等矿物与水中的PO₄ ^3-反应而沉淀处理磷的效果也会较差。此外，借助微生物对磷的正常同化吸收和聚磷菌对磷的过量积累，在人工快速渗滤池中对去磷所作的贡献也是很有限的。所以，从磷的去除机理上分析，人工快速渗滤池对磷的去除效果较差。海绵铁由于是金属多孔结构，具有比较大的比表面积，对磷有比较大的吸附作用，同时在中性或偏酸性的环境中，海绵铁本身及其所产生的新生态[H]、Fe²⁺等，Fe²⁺进一步氧化生成Fe³⁺，磷酸根可与Fe³⁺，生成比较难溶的磷酸铁沉淀，从而进一步增加其对磷的吸附效果。

本发明的优点在于：本发明在人工滤料中添加了海绵铁，能在有效进行有机物的降解和脱氮基础上，提高除磷效率；同时由于控制了人工滤料中河砂与海绵铁的比例，以使人工快速渗滤池在满足污水达标排放的基础上最经济，更适于在农村地区推广应用。

具体实施方式

下面通过对比试验和实施例进一步说明本发明。由于人工快速渗滤池中填料的选择不可能是完全统一的粒径，所以填料的粒径只能是在一个范围之内。

对比试验一：

从渗透性能，即渗滤介质要求具有良好的渗透性能，以提高水力负荷，减少占地面积；物化特性，即有较强的化学稳定性，颗粒大小适中，颗粒小的渗滤介质具有较大的比表面积、较小的空隙率，可以生长的微生物量较多，水力负荷较小，大颗粒的渗滤介质具有较小的比表面积、较大的空隙率，可以生长的微生物较少，水力负荷较大；价格因素，即渗滤介质最好选择价格便宜且容易获得的物质，可以节省大量的基建投资费用，这3者作为选取渗滤介质的主要考虑因素，在人工快速渗滤池中选用河砂为人工滤料的主体，同时投加一定量的大理石、或沸石、或焦炭、或陶粒、或海绵铁等作为特殊介质。

为了了解上述五种特殊介质对磷的吸附性能，分别进行了高浓度(进水总磷浓度50mg/L)和低浓度(进水总磷浓度10mg/L)两种条件下的吸附试验。进行高浓度吸附试验的目的主要为了检验上述五种特殊介质对磷的最大吸附能力，考虑到实际生活污水中总磷的浓度范围大概是3-15mg/L，为了真实地模拟实际情况下上述五种渗滤介质对磷的吸附能力，同时进行了低浓度吸附试验。

高浓度吸附试验：分别称取5克大理石、沸石、焦炭、陶粒以及海绵铁，放到锥形瓶中，加入50ml，50mg/L的磷酸二氢钾溶液，在摇床上速率为140r/min，温度为25℃，震荡0.5h、1h、3h取样分别测TP的浓度。试验共分为两组。第一组试验结果见表1，第二组试验结果见表2，平衡浓度和吸附量见表3。由表3可知，对于50mg/L的磷酸二氢钾溶液，上述五种特殊渗滤介质对磷的吸附效率最佳的是海绵铁。

低浓度吸附试验：进水磷酸二氢钾溶液的总磷浓度改为10mg/L，其他同高浓度吸附试验。平衡浓度和吸附量见表4。由表4可知，对于10mg/L的磷酸二氢钾溶液，上述五种特殊渗滤介质对磷的吸附效率最佳的是海绵铁。

表1常用渗滤介质的高浓度吸附试验第一组试验结果单位mg/L

表2常用渗滤介质的高浓度吸附试验第二组试验结果单位mg/L

表3常用渗滤介质的高浓度吸附试验的平衡浓度和吸附量

表4常用渗滤介质的低浓度吸附试验的平衡浓度和吸附量

所以，本发明选择海绵铁为主要的特殊渗滤介质，添加到人工快速渗滤池的人工滤料中。

对比试验二：

设计四根有机玻璃试验柱(1#，2#，3#，4#)，内径都为20mm，高度都为600mm。1#柱渗滤介质为300mm的海绵铁；2#柱渗滤介质为300mm的河砂，1#柱和2#柱是为了研究在相同渗滤介质厚度条件下海绵铁与河砂的除磷效果。3#柱渗滤介质为300mm的复合渗滤介质，所述复合渗滤介质为河砂与海绵铁按体积比5∶1均匀混合而成；4#柱渗滤介质为复合渗滤介质，所述复合渗滤介质为河砂与海绵铁按体积比5∶1组合而成，只是海绵铁单独集中分为一层，海绵铁层的位置在距离柱底部100mm处，厚度是50mm，海绵铁层的上下部各加入河砂使渗滤介质总厚度为300mm；3#柱和4#柱是研究当海绵铁一定的情况下，河砂与海绵铁的不同混合方式对磷的去除效果。试验采用海绵铁的粒径为1-3mm。河砂内含有8％-10％的大理石，粒径主要在0.6mm到1.2mm之间。

为了模拟实际地下运行特征，在运行阶段每个柱子都用黑色的塑料带裹上，防止光照。试验采用间歇进水方式运行，一天24小时内布水4次，每隔6小时投配一次，每次布水1.5小时，每次进水250ml。平均的水力负荷为1.0m/d。在每个试验柱的下部加上弹簧夹来控制出水的流速，出水流速控制在1.0ml/min左右，以保证污水在介质中的停留时间。

试验主要监测项目为总磷，采用钼锑抗分光光度法。

当1#柱出水浓度大于1.0mg/L时，认为海绵铁吸附饱和，即停止试验。不同渗滤介质除磷效果的对比试验结果见表5。

表5不同渗滤介质除磷效果的对比试验结果

从表5可知：在进水条件相同时，1#(全部海绵铁)TP去除率约90％，2#(全部为河砂)TP去除率约2.7％，3#(5∶1，均匀混合)TP去除率约80％，4#(5∶1，集中堆置)TP去除率约62.5％。3#柱的除磷效果要明显好于4#柱；3#、4#的总磷去除率与2#柱的试验结果对比可知海绵铁的加入对磷的去除效果还是比较明显的，3#、4#的总磷的去除率较2#高出60％；3#柱、4#柱的出水浓度较1#柱都高，但海绵铁的含量从16％提高到100％，其去除率增加只从80％增加到90％，由此可见过度增加海绵铁的含量，其作用并不明显。此外，海绵铁的含量过高会削减人工快速渗滤池对有机物的降解和脱氮作用，且会提高成本。

实施例1：

在西南交通大学新校区附近——成都市郫县犀浦镇建立一座人工快速渗滤池，为一户3口农家进行生活污水的处理。为该农户修建的人工快速渗滤池初期投资成本约为200元，后期运行费用仅为少量电费。

设计规模：Q＝38L/d；

设计水力负荷：1.0m/d；

布水方案：一天24小时内布水4次，每隔6小时投配一次，每次布水时间1.5小时，落干4.5小时；

渗滤介质及渗滤介质层厚度：所述人工快速渗滤池内填充有人工配置的由颗粒级的河砂和海绵铁按体积比为5∶1的比例均匀混合而成的人工滤料。所述人工快速渗滤池的填料分3层，底部填料为粒径4-40mm的碎石，层厚200mm；中部填料为所述河砂和海绵铁组成的粒径0.25-2mm的人工滤料，及体积5％的大理石砂，层厚700mm；所述人工快速渗滤池的上层填料为所述河砂和海绵铁组成的粒径0.1-0.5mm的人工滤料，及体积5％的大理石砂，层厚600mm；所述人工快速渗滤池的总高度为1800mm，高出上层填料表面的300mm作为保护高度。

设计标准：《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中一级A标。

污水处理流程为：预沉淀→人工快速渗滤池→出水。

处理结果数据见表6。

表6人工快速渗滤池处理效果一览表浓度单位为mg/l

Claims (5)

1.一种人工快速渗滤池，所述人工快速渗滤池内填充有人工配置的人工滤料，其特征在于：所述人工滤料是由颗粒级的河砂和海绵铁，按体积比为5∶1的比例均匀混合而成；所述人工快速渗滤池的填料分3层，底部填料为粒径4-40mm的碎石，层厚200mm；中部填料为所述河砂和海绵铁组成的粒径0.25-2mm的人工滤料，及体积5％的大理石砂，层厚700mm；所述人工快速渗滤池的上层填料为所述河砂和海绵铁组成的粒径0.1-0.5mm的人工滤料，及体积5％的大理石砂，层厚600mm；所述人工快速渗滤池的总高度为1800mm，高出上层填料表面的300mm作为保护高度。

2.根据权利要求1所述的人工快速渗滤池，其特征在于：所述人工快速渗滤池采用干湿交替的运转方式进行污水处理，水力负荷周期为：一天24小时内布水4次，每隔6小时投配一次，每次布水1.5小时。

3.根据权利要求1或2所述的人工快速渗滤池，其特征在于：所述人工快速渗滤池的水力负荷为1.0m/d。

4.如权利要求1或2所述的人工快速渗滤池应用于：所述人工快速渗滤池适用于农村生活污水的分散处理。

5.根据权利要求4所述的人工快速渗滤池的应用，其特征在于：所述农村生活污水COD＜500mg/l，TP＜8mg/l。