专利名称：层状地质矿物滤池污水处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及生活污水处理技术领域，是一种生物技术与地质(地下水净化)技术相结 合的高效生活污水处理技术，特别适合于在广大城镇推广应用。
技术背景随着城市人口的剧增、乡村的城镇化和人民生活水平的提高，人均需水量和总需水量 不断增加，我国城镇生活污水排放量也随之增加，在废水排放总量中占的比重已经大于工 业废水。以2006年为例，全国废水排放总量为536.8亿吨，比上年增加2.3°/。，其中，工 业废水排放量240.2亿吨，占废水排放总量的44.7%，比上年减少1.1%;城镇生活污水排 放量296.6亿吨，占废水排放总量的55.3%，比上年增加5.8%。据估计，到2010年，我 国城市生活污水排放总量为1050亿吨，其中村镇污水排放量可达270亿吨。我国水污染 控制的重点已经从工业点源为主的控制，逐渐转变到以城市生活污水为主的控制。根据国家环保总局最新发布的《2006年国家城市环境管理与综合整治年度报告》，我 国城市生活污水集中处理率平均仅为42.55%，其中有200个城市生活污水集中处理率为0。 这主要是因为尽管城市生活污水二级生物处理技术发展比较完善，但城市污水处理厂一般 投资较高，而且在建成后运行费用较大， 一般中小城镇难以负担。更有甚者， 一些己经建 成的污水处理厂也会因为资金匮乏而不能正常运作。另外，污水土地处理技术(包括人工快速渗滤系统)作为新型污水处理技术，被认为是 解决中小城市、城镇、农村等小流量生活污水的最适合、最可靠的途径。该技术具有操作 简单、管理方便、投资小、能耗低、运行费用低以及出水水质好等优点，但是随着应用时 间增长，该类技术曝露出一些严重的缺陷及致命的问题。常规污水土地处理技术的主要缺点有(1) 污水土地处理系统占地面积大。基于我国国情，人多地少，土地使用费用高， 难以大范围推广使用；(2) 污水土地处理系统水力负荷低。污水停留时间长，难以满足大量处理的要求， 不适合大中型水处理系统，不适合高浓度污水；(3)污水土地处理系统易堵塞，这是土地处理系统致命的问题， 一旦堵塞系统将完 全瘫痪，反冲洗非常困难，成本及操作难度大，所需恢复时间长，难以长时间持续稳 定的运行。上述缺点严重制约着污水土地处理技术在我国的推广应用，使其难以满足我国当前城 镇生活污水处理的要求。 发明内容本发明的目的是提出一种新的生活污水处理系统——层状地质矿物滤池污水处理系 统，以解决城市生活污水二级生物处理技术以及常规污水土地处理技术存在的问题。该系 统具有投资小、运行费用低、出水水质好、占地面积较小、水力负荷高、反冲洗简单、堵 塞后易恢复等优点。本发明的目的是通过如下技术方案实现的 一种层状地质矿物滤池系统，包括格栅池、 初沉池、配水池和滤池，所述滤池为层状地质矿物滤池。所述层状地质矿物滤池共分为四层(每层高度无特别要求，考虑最佳处理效果和投资效益比建议为60cm-70cm)，上部三层的滤料为花岗岩风化矿物砂，每层上部均呈与大气 相通的开放状态，每层底部均布设排水口和反冲洗口；最下面一层的滤料由灰岩颗粒和大 理石颗粒组成。上部三层的花岗岩风化矿物砂粒径为2—4mm，每层的滤料厚度为50cm-60cm。上部三层每层滤料表面铺设喷水管道及联接在喷水管道出水口的喷头；上部三层由上 层、中层和下层组成，上层的喷水管道进水口接配水池的出水口，中层和下层的喷水管道 进水口分别通过其喷水管道连接上层和中层的排水口 。最下面一层滤料厚度为60cm-70cm (以呈充满状态为宜)，滤料由灰岩颗粒和大理石 颗粒组成，体积比为l: 1，两者粒径均为4一5mm;该层密封并设有进水口和出水口，该 层的进水口通过管道与第三层滤池的排水口相连接。最下面一层的进水口和出水口分别位于该层顶部的两端。本发明层状地质矿物滤池系统还包括增强型除磷辅助装置，增强型除磷辅助装置的进 水口接层状地质矿物滤池最下面一层的出水口；所述增强型除磷辅助装置为灰岩颗粒和大理石颗粒按1: 1的体积比混合物铺设的渗流通道，灰岩颗粒和大理石颗粒的颗粒大小为l-2mm。本发明处理生活污水的原理如下由于生活污水可生化活性较高，地质矿物滤池在运行过程中，微生物会在地质矿物滤料的孔隙中生长挂膜，具有较高的比表面积，从而有利于污水中污染物的降解。
有机污染物在污水下渗的过程中被孔隙中的微生物膜截留，并作为微生物生长所需的 碳源被降解，从而去除污水中的COD。
氮在污水下渗的过程中，由于地质矿物滤池按干湿交替的运行方式(如采用间歇式进 水模式，进水、落干交替进行， 一天24小时进水3-4次，每次进水3-4小时，落干3-4小 时)，滤池的上部三层中是有氧条件与无氧条件形成一个处理系统；在有氧条件下，污水 中的氨态氮在硝化菌的作用下发生硝化反应，转化为硝态氮，从而使污水中氨氮降低；在 无氧条件下，污水中的硝态氮在反硝化菌的作用下发生反硝化反应，转化为氮气，从而使 污水中的总氮降低。但是滤池的前三层中无氧条件存在的时间较短，而污水的水力停留时 间更短，使反硝化作用不完全。此时滤池的最后一层的作用显露出来。由于最后一层密封 且为饱水状态，整层都处于厌氧条件下，有利于反硝化作用的充分进行，从而提高氮的去 除率。另外，污水中的有机污染物也可作为反硝化的有机碳源被进一步消耗，提高COD 的去除率。
磷的去除原理是，在地质矿物滤池的上部三层中，微生物分解有机磷，形成无机磷， 该三层对磷去除率不高。当污水进入第四层还原滤层之后，在灰岩颗粒和大理石颗粒组成 的滤料的吸附作用下去除一部分磷，同时与滤料中的碳酸f丐发生反应，生成难溶物沉淀， 从而提高了污水中磷的去除率。
其他污染指标，如SS等，在该系统的作用下去除效果也很明显。污水中的SS经过初 沉池即可降低50%左右，经过地质矿物滤池的第一层处理便可达到国家一级排放标准。
另外，本发明所述花岗岩风化矿物砂主要成分是石英和长石，均为难溶物，经风化后 的花岗岩矿物砂均含有沸石，沸石是一种岩石物理特征状态的总称，特征是呈多孔状。由 于层状地质矿物滤池每层的地质矿物滤料都较薄，污水下渗相对容易，系统的水力负荷较 高；当层状地质矿物滤池产生堵塞迹象时，同样由于滤料较薄，反冲洗会变得容易，操作 相对简单，因此该系统能长时间的稳定运行。
本发明公开的层状地质矿物滤池污水处理系统具有常规污水土地处理技术操作简单、 管理方便、投资小、能耗低、运行费用低以及出水水质好的优点，同时具有占地面积较小、 水力负荷高、堵塞后易恢复、反冲洗简单等优点，有利于大范围的推广应用。
本发明最大有别于常规污水土地处理技术的是，所使用材料与结构有明显的不同。本 发明处理水力负荷大为提高'为2.5-3.0 m/d(m3/m2.d),系统堵塞现象大为减少，而一旦堵 塞则可起动反冲洗装置，使系统快速恢复最佳处理状态，解决了常规污水土地处理技术因堵塞而废弃系统的问题。
图1为本发明公开的层状地质矿物滤池污水处理系统示意图； 图2为层状地质矿物滤池结构示意图。
具体实施例方式
参见图l，本发明由格栅池l、初沉池2、配水池4、层状地质矿物滤池5和增强型除 磷辅助装置6构成。
所述格栅池、初沉池和配水池可采用与传统城市污水处理厂中相同的设计。
如图2所示，所述层状地质矿物滤池共分为四层(即从上至下排布的第一层滤池、第 二层滤池、第三层滤池和第四层滤池)，每层高度为60cm，上面三层的滤料为地质矿物材 料——花岗岩风化矿物砂7，其中含有多种难溶矿物及具有净水作用的沸石，每层上部均 呈开放状态，以便于空气进入形成好氧环境。第四层的滤料为混合地质矿物滤料8，由灰 岩颗粒和大理石颗粒按l: l的体积比组成。
上面三层地质矿物滤池结构完全相同，每层均在底部设置排水口 9和反冲洗口 10 (反 冲洗口 10可与排水口9连接，通过设置在反冲洗管道和下层进水管道的阀门控制排水或 反冲洗)，配水池中的污水经第一层的喷水管道11与喷头12布水进入第一层滤池进行处 理，由排水口排出进入第二层的喷水管道与喷头进行布水，经第二层滤池处理后，由排水 口排出进入第三层的喷水管道和喷头进行布水进入第三层滤池进行处理。上述三层滤池填 充粒径为2—4mm花岗岩风化矿物砂，滤料厚度为50cm，滤料层表面铺设喷水管道与喷 头，所处理污水均从喷头喷出，以增加氧气进入量，有助于增强好氧处理效果。
第四层滤池的进水口和排水口分别位于该层滤池顶部的两端，不需要反冲洗，滤料厚 度为60cm，由灰岩颗粒和大理石颗粒按l: l的体积比组成，颗粒粒径均为4一5mm。该 层密封，进水为第三层滤池的出水，由第三层滤池的排水口直接进入第四层滤池的进水口， 确保该层处于厌氧状态。该层进水口和出水口分别位于滤池顶部两端。
所述增强型除磷辅助装置由地下管道改建而成，在保证前述处理单元不变的情况下， 在地下铺设10m (长)X2m (宽)Xlm (深)的灰岩颗粒和大理石颗粒按1: 1的体积比 混合物渗流通道，模拟地下水渗流环境，矿物颗粒大小为l-2mm。该通道与层状地质矿物 滤池最下方出水口相连接，采用水头差驱动，使水流自然流经该通道。该辅助矿物渗流通 道，能更进一步提高除磷效果，适合于高浓度含磷废水(>5mg/L)。其原理主要是碳酸盐 矿(大理石与灰岩)与磷相互作用，形成磷酸钙难溶矿物，从而除磷。该通道设置于地下，可在任何地下空闲处，形状可非规则，不占用有用空间。
本发明工作过程如下待处理污水经格栅池1进入初沉池2，初沉池2中的水沉淀后 经水泵打入配水池4，配水池4的水经出水管进入层状地质矿物滤池5，层状地质矿物滤 池的水经出水管进入增强型除磷辅助装置6;所述层状地质矿物滤池采用间歇式进水模式，
进水、落干交替进行， 一天24小时进水3-4次，每次进水3-4小时，落干3-4小时。当进 水COD浓度为100-800mg/L，氨氮浓度为10-30mg/L，总磷浓度为3-5mg/L，水力负荷为 2.5-3.0m/d时，经过层状地质矿物滤池污水处理系统处理之后，出水COD浓度低于30mg/L， 氨氮低于5mg/L，总磷低于0.5mg/L，达到国家一级排放标准(GB 18918-2002)。 一旦层 状地质矿物滤池出现堵塞则启动反冲洗装置，经反冲洗口对层状地质矿物滤池进行反冲 洗，使系统快速恢复处理能力，解决了常规污水土地处理技术因堵塞而废弃系统的问题。
权利要求
1. 一种层状地质矿物滤池系统，包括格栅池、初沉池、配水池和滤池，其特征在于滤池为层状地质矿物滤池。
2. 根据权利要求1所述的层状地质矿物滤池系统，其特征在于所述层状地质矿物滤池 共分为四层，上部三层的滤料为花岗岩风化矿物砂，每层上部均呈与大气相通的开放 状态，每层底部均布设排水口和反冲洗口；最下面一层的滤料由灰岩颗粒和大理石颗 粒组成。
3. 根据权利要求2所述的层状地质矿物滤池系统，其特征在于上部三层的花岗岩风化矿物砂粒径为2—4mm，每层的滤料厚度为50cm-60cm。
4. 根据权利要求2或3所述的层状地质矿物滤池系统，其特征在于上部三层每层滤料 表面铺设喷水管道及联接在喷水管道出水口的喷头；上部三层由上层、中层和下层组 成，上层的喷水管道进水口接配水池的出水口，中层和下层的喷水管道进水口分别通 过其喷水管道连接上层和中层的排水口。
5. 根据权利要求2或3所述的层状地质矿物滤池系统，其特征在于最下面一层滤料厚 度为60cm-70cm，滤料由灰岩颗粒和大理石颗粒组成，体积比为1: 1，两者粒径均为 4一5mm;该层密封并设有进水口和出水口，该层的进水口通过管道与第三层的排水口 相连接。
6. 根据权利要求5所述的层状地质矿物滤池系统，其特征在于最下面一层的进水口和 出水口分别位于该层顶部的两端。
7. 根据权利要求5所述的层状地质矿物滤池系统，其特征在于层状地质矿物滤池系统 还包括增强型除磷辅助装置，增强型除磷辅助装置的进水口接层状地质矿物滤池最下面一层的出水口；所述增强型除磷辅助装置为灰岩颗粒和大理石颗粒按l: l的体积比混合物铺设的渗流通道，灰岩颗粒和大理石颗粒的颗粒大小为l-2mm。
全文摘要
本发明涉及一种层状地质矿物滤池系统，包括格栅池、初沉池、配水池和滤池，所述滤池为层状地质矿物滤池。本发明具有常规污水土地处理技术操作简单、管理方便、投资小、能耗低、运行费用低以及出水水质好的优点，同时具有占地面积较小、水力负荷高、堵塞后易恢复、反冲洗简单等优点，有利于大范围的推广应用。与常规污水土地处理技术相比，本发明处理水力负荷大为提高，为2.5-3.0m/d(m<sup>3</sup>/m<sup>2</sup>·d)，系统堵塞现象大为减少，而一旦堵塞则可起动反冲洗装置，使系统快速恢复最佳处理状态，解决了常规污水土地处理技术因堵塞而废弃系统的问题。
文档编号C02F3/02GK101269874SQ200810047498
公开日2008年9月24日 申请日期2008年4月29日 优先权日2008年4月29日
发明者宇 宁, 李义连, 陈华清 申请人:中国地质大学(武汉)