慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置和方法
【专利摘要】一种慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置，主要由滚筒格栅机、无动力生物处理装置和慢速土渗系统组成。本发明还公开了利用上述装置进行污水净化的方法。本发明可以经济有效地净化污水，充分利用污水中的营养物质和水，强化农作物、牧草和林木的生产，促进水产和畜产的发展，同时在尽可能小的面积上以高水力负荷处理污水，对于水力负荷较高的污水处理效果是常规单一慢速土渗系统15倍。
【专利说明】慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种重力势能转化动力以推动生物转盘旋转处理污水的装置，更具体 地涉及一种慢渗系统无动力生物转盘净化污水的装置。
[0002] 本发明还涉及利用上述装置进行污水净化的方法。
【背景技术】
[0003] 生物转盘是现有污水生物处理的先进技术，将转盘一半放置在待处理污水中，一 半暴露在空气中，使用电机转轴带动转盘不断旋转，水中的转盘以及空气中的转盘不断交 换处理环境，处理效果好，出水水质高，但是由于需要电机带动不断旋转转盘，耗费了大量 的电能，本发明选取生物转盘为主要处理技术，采用无动力设计模式，只需投入建设费用， 无需运行费用，一次性建成即可自行处理污水。本工艺对进水水质、水量的变化有较强的适 应性，即使中间停止一段时间进水，对生物膜的净化功能也不会带来明显的障碍。使用本工 艺可高效、经济的处理污水，净化率高，适应性能强；且结构简单、运转安全，完全无需消耗 能源。适合处理中、低浓度有机污水，出水可直接做为中水回用，符合我国强力倡导的"节约 能源，资源循环利用"的理念。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置。
[0005] 本发明的又一目的在于提供一种利用上述装置进行污水净化的方法。
[0006] 为实现上述目的，本发明提供的慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置，主要由 滚筒格栅机、无动力生物处理装置和慢速土渗系统组成；其中：
[0007] -滚筒格栅机，用于截流餐厨垃圾渗滤液中的固体；
[0008] 经滚筒格栅机处理的污水进入高位进水管后输入无动力生物处理装置；
[0009] 无动力生物处理装置内的上部为生物转盘，生物转盘内填充有聚乙烯球，聚乙烯 球内部为中空状，内部填充有轻质颗粒型分子筛填料，球体表面布满方形孔；填充的聚乙烯 球为生物转盘内部空间的3/4 ;生物转盘由隔板分成第一区和第二区；无动力生物处理装 置内的下部为填充有流动型分子筛填料的生物滤池，生物转盘的周边设有水车，生物转盘 浸在生物滤池内；高位进水管的出水口对应第一区的生物转盘的水车，带动第一区的生物 转盘转动，第一区的生物转盘与第二区的生物转盘通过齿轮传动，在间接动力下转动；生物 滤池中的上清液通过布水管导入慢速土渗系统内；
[0010] 慢速土渗系统自上而下依次为表面砂土层、碎石层、过滤层和导水层，其中表面砂 土层为砂土混合物，用于栽种植物，过滤层为无纺布，过滤层和导水层中的上层铺设有砾石 和石灰石的混合填料，下层铺设有砾石和沸石混合填料；慢速土渗系统处理后的污水导入 出水池内。
[0011] 所述慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置，其中，滚筒格栅机内设有由铁板卷 成两个圆筒后中间夹着一段筛网板组成的滚筛，滚筛的下方为储水池；滚筒格栅机的外壳 为半封闭式外壳，整体架设在支架上，针状清扫器固定在滾筛的一侧，且位于半封闭式外壳 的上端。
[0012] 所述慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置，其中，滚筒格栅机的滚筛转速为 10 ?90 转 /min。
[0013] 所述慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置，其中，经滚筒格栅处理的污水在液 压泵的作用下进入高位进水管。
[0014] 所述慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置，其中，生物转盘面积的20-60 %浸在 生物滤池内。
[0015] 所述慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置，其中，慢速土渗系统的表面砂土层 为0. 2m的砂土混合物，砂子与弗罗里娃藻土的体积混合比例为2:1-3:1 ;碎石层厚0. 3m，为 粒径1. 2mm-l. 5mm的碎石，过滤层为厚度30mm的无纺布，过滤层和导水层厚50mm，上层铺 设砾石、石灰石混合填料，用于磷的固化，下层铺设砾石、沸石混合填料，用于污水的再度净 化，其填料粒径分别为8mm-15mm和15mm-30mm ;慢速土渗系统的底部为i = 0. 1-0. 5的坡 度。
[0016] 本发明提供的利用上述慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置进行污水净化的 方法：
[0017] 污水自滚筒格栅的孔隙流过进入储水池内，固体截流在滚筒滚筒格栅的筛网表面 上，在滚筒倾斜的重力作用、滚筒转动的离心震荡作用及往复式清筛推板的推动力下，掉落 在滚筒格栅机的下方，经滚筒格栅处理的污水进入高位进水管后先输入无动力生物处理装 置内对污水中有机物进行好氧生物降解，然后流经下部生物滤池中的流动型分子筛填料， 进一步处理水中的污染物质，最后进入第二区的生物转盘进一步进行好氧生物处理，使污 水中含氮有机物首先被异养型微生物转化为氨氮，然后在好氧（Aerobic)条件下，通过好 氧自养型硝化和亚硝化菌的作用，将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮或硝酸盐氮，最后在 缺氧（Anoxic)条件下，利用反硝化细菌（脱氮菌）将亚硝酸盐和硝酸盐转化为氮气从废水 逸出，从而达到脱氮的目的；
[0018] 生物转盘浸在无动力生物处理装置内的废水中，生物转盘浸入废水的一部分，其 表面生物膜吸附废水中的有机物，使微生物获得营养；当转出水面时，生物膜及其带动的水 膜又从大气中直接吸收氧气；如此循环反复，废水中的有机物在需氧微生物的作用下得到 氧化分解，生物转盘中分子筛上的生物膜也会因老化不断地自行脱落，在生物滤池中沉淀 下来，上清液通过布水管导入慢速土渗系统；
[0019] 慢速土渗系统的表面砂土层用于栽种植物系统，其大粒径构成的孔隙率促进了污 水的流动；通过过滤层、过滤层和导水层对污水再度净化；
[0020] 慢速土渗系统的表面砂土层种植有庞大根系的植物，增强植物根系与微生物的联 合效果，增加土壤孔隙率以提高污水流行性，提升植物在土渗系统中吸收、吸附作用；同时 利用偏碱性的赤泥分子筛作为填料，迅速吸附中和厌氧部分酸化产生的小分子酸，调节污 水酸碱度，使装置内环境更适宜植物、微生物生存；同时营造偏碱性环境固定污水中的重金 属，防止其浸出，利用小分子有机物供给植物养分，在植物生长过程中吸附、吸收重金属进 行重金属生物稳定化。
[0021] 慢速土渗系统处理后的达标水导入出水池内。
[0022] 所述的方法，其中，滚筒格栅机分离出来的固体颗粒、无动力生物处理装置排出的 污泥混合进行堆肥产生有机肥料，达到资源回收的效果。
[0023] 所述的方法，其中，慢速土渗系统的部分出水回流至无动力生物处理装置进水，调 节水质并刺激微生物生长过程分泌次生物质。
[0024] 本发明提供了一种独特的生物处理环境，污水中的含氮有机物首先被异养型微生 物转化为氨氮，然后在好氧（Aerobic)条件下，通过好氧自养型硝化和亚硝化菌的作用，将 废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮或硝酸盐氮，最后在缺氧（Anoxic)条件下，利用反硝化细 菌（脱氮菌）将亚硝酸盐和硝酸盐转化为氮气从废水逸出，较好的达到脱氮的目的。经过 无动力生物处理装置处理后的污水，其营养物浓度大量削减，降低了污水的生物毒性，而后 采用污水慢速渗滤土地处理系统，以污水的深度处理和利用为主要目标，让污水慢慢通过 土地，由于自然渗透过滤而使污水净化、再生，通过土壤-植物系统，进行一系列物理、化 学、生物作用。生物转盘工作时，转盘上方与空气接触，其内部分子筛内氨氮氧化为硝氮溶 出，转动入污水内部，再次吸附氨氮，并在反硝化过程中消耗污水内有机物，周而复始处理 污水。污水的土地处理，即经济有效地净化了污水，又充分利用了污水中的营养物质和水， 强化农作物、牧草和林木的生产，促进水产和畜产的发展，同时在尽可能小的面积上以高水 力负荷处理污水。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1是本发明的装置示意图。
[0026] 附图中主要组件符号说明：
[0027] 1滚筒格栅机；2往复式清筛推板；3针状清扫器；4高位进水管；5水车；6聚乙烯 球；7钢轴；8生物转盘；9墙体；10无动力生物处理装置；11布水管；12植物系统；13慢速 土渗系统；14表面砂土层；15无纺布；16砂石层；17过滤层和导水层；18出水池；19生物滤 池；20液压泵；21半封闭式外壳；22支架；A第一区的生物转盘；B第二区的生物转盘。
【具体实施方式】
[0028] 请参阅图1。本发明慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置和方法可以去除污水 中的污染物质，较好的完成资源再生的过程。
[0029] 本发明的慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置，主要结构为：
[0030] -滚筒格栅机1，由铁板卷成两个圆筒后中间夹着一段网板组成的滚筒、半封闭式 外壳21、支架22及储水池组成，针状清扫器3固定在圆筒滾筛的一侧，在半封闭式外壳21 上端。污水自滚筒格栅的孔隙流过，直接跌入储水池内；固体截流在滚筒筛网表面上，在滚 筒倾斜的重力作用、滚筒转动的离心震荡作用及往复式清筛推板2的推动力下，掉落在滚 筒格栅机1的下方（即图面的左侧）。在滚筒转动的过程中（转速为10?90转/min)，针 状清扫器3随之不断转动，防止滚筒格栅机1上的筛孔被固体堵塞，堵塞筛孔的固体在清扫 器的作用下掉进滚筒内部，在滚筒转动的离心震荡作用下，掉落在格栅机的左侧。经过格栅 处理的污水在液压泵20的作用下进入高位进水管4后输入无动力生物处理装置10。滚筒 格栅机分离出来的固体颗粒、无动力生物处理装置排出的污泥混合进行堆肥，产生有机肥 料，达到资源回收的效果。
[0031] 无动力生物处理装置10内的上部是由墙体9隔成第一区A的生物转盘和第二区 B的生物转盘8,第一区A的生物转盘8与第二区B的生物转盘8通过齿轮传动，在间接动 力下转动。生物转盘8的下部为填充有流动型分子筛填料的生物滤池19,生物转盘8的周 边设有水车5。高位进水管4的出水口对应第一生物转盘8的水车5,当高位进水管4的水 流冲击该水车5时，将水流势能转化为动能，从而带动第一区A的生物转盘转动，对污水中 有机物进行好氧生物降解，然后流经下部生物滤池19中的流动型分子筛填料，进一步处理 水中的污染物质，最后进入第二区B的生物转盘进一步进行好氧生物处理。污水中污水中 的含氮有机物首先被异养型微生物转化为氨氮，然后在好氧（Aerobic)条件下，通过好氧 自养型硝化和亚硝化菌的作用，将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮或硝酸盐氮，最后在缺 氧（Anoxic)条件下，利用反硝化细菌（脱氮菌）将亚硝酸盐和硝酸盐转化为氮气从废水逸 出，从而达到脱氮的目的。本发明的无动力生物处理装置中，可以经济有效地净化污水，充 分利用污水中的营养物质和水，强化农作物、牧草和林木的生产，促进水产和畜产的发展， 同时在尽可能小的面积上以高水力负荷处理污水。
[0032] 生物转盘8部分采用由固定在一横轴上的若干饼状中空铁笼组成。饼状中空铁笼 是由圆形铁板焊接六条铁片作为骨架，骨架一侧焊接一圆形网板，两片骨架平行布置，之间 依靠网板弯曲成圆形连接。横轴与铁笼采用六边形固定，以强化其连接刚度。铁笼内部填 充满聚乙烯球6,聚乙烯球6内部为中空，球体表面布满方形孔，聚乙烯球内部填充有轻质 颗粒型分子筛填料，填充度为聚乙烯球内部空间的3/4,以保证生物转盘转动过程中，聚乙 烯球内部填料的流动性。生物转盘转动过程中，由于聚乙烯球内部轻质颗粒型分子筛填料 的流动性，使得聚乙烯球内部分子筛填料之间不规则碰撞，令其表面生物膜在撞击摩擦作 用下脱落。这一结构在氧气的传质过程中有重要意义，且有利于生物膜内层微生物直接从 液相中得到基质。
[0033] 本发明的生物转盘及生物滤池内分子筛填料有巨大的比表面积以及强吸附性，同 时吸附污水中的氨氮等污染物质，使污水内氨氮浓度可低于40mg/L，降低污水生物毒性，提 高处理过程中微生物活性，提高生物处理硝化、脱氮与除磷的功能。
[0034] 生物转盘有20-60 %的面积浸在无动力生物处理装置10内的废水中，生物转盘浸 入废水的一部分，其表面生物膜吸附废水中的有机物，使微生物获得营养。当转出水面时， 生物膜及其带动的水膜又从大气中直接吸收氧气。如此循环反复，废水中的有机物在需氧 微生物的作用下得到氧化分解。生物转盘中分子筛上的生物膜也会因老化不断地自行脱 落，在生物滤池中沉淀下来，上清液通过布水管11导入慢速土渗系统13。
[0035] 慢速土渗系统13自上而下依次为表面砂土层14、碎石层16、过滤层和导水层17。 表面砂土层14为0. 2m的砂土混合物，用于栽种植物系统12,根据弗罗里硅藻土粘度，砂子 与弗罗里娃藻土混合比例为2:1-3:1 ;碎石层厚0. 3m，为粒径1. 2mm-l. 5mm的碎石，便于植 物根系生长的同时，其大粒径构成的孔隙率促进了污水的流动；过滤层为厚度30mm的无纺 布15,防止因表面砂土层14中弗罗里硅藻土、砂石的流失而造成过滤层和导水层17的堵 塞。过滤层和导水层17厚50mm，分为两层，上层铺设砾石和石灰石的混合填料，用于磷的固 化，下层铺设砾石和沸石混合填料，用于污水的再度净化，其填料粒径分别为8mm-15mm和 15mm-30mm ;慢速土渗系统13的面底设有i = 0. 1-0. 5的坡度，以保证污水自导水层顺利流 出。
[0036] 慢速土渗系统13的表面砂土层种植物选择草本植物与木本植物联合培育。栽种 木本植物富贵竹可利用其庞大根系，增强植物根系与微生物的联合效果，增加土壤孔隙率 以提高污水流行性，提升植物在土渗系统中吸收、吸附作用；栽种草本植物风车草、芦苇及 再力花，对污水中的污染物质有较好的处理效果，对污水中的重金属有高效的吸收作用。 [0037] 慢速土渗系统13将污水作为水肥资源加以利用，富贵竹、风车草和芦苇利用污水 中营养物质生长成熟后收割，可具有经济效益，而再力花具有景观效果。慢速土渗系统13 运行时床体一直处于不饱和状态，保证在滴滤状态下连续运行。慢速土渗系统13处理后的 污水经由液压泵提升至出水池18内。
[0038] 根据本发明的一个实施例，本发明对于水力负荷较高的污水处理效果是常规单一 慢速土渗系统15倍。
【权利要求】
1. 一种慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置，主要由滚筒格栅机、无动力生物处理 装置和慢速土渗系统组成；其中： 一滚筒格栅机，用于截流餐厨垃圾渗滤液中的固体； 经滚筒格栅机处理的污水进入高位进水管后输入无动力生物处理装置； 无动力生物处理装置内的上部为生物转盘，生物转盘内填充有聚乙烯球，聚乙烯球内 部为中空状，内部填充有轻质颗粒型分子筛填料，球体表面布满方形孔；填充的聚乙烯球为 生物转盘内部空间的3/4 ;生物转盘由隔板分成第一区和第二区；无动力生物处理装置内 的下部为填充有流动型分子筛填料的生物滤池，生物转盘的周边设有水车，生物转盘浸在 生物滤池内；高位进水管的出水口对应第一区的生物转盘的水车，带动第一区的生物转盘 转动，第一区的生物转盘与第二区的生物转盘通过齿轮传动，在间接动力下转动；生物滤池 中的上清液通过布水管导入慢速土渗系统内； 慢速土渗系统自上而下依次为表面砂土层、碎石层、过滤层和导水层，其中表面砂土层 为砂土混合物，用于栽种植物，过滤层为无纺布，过滤层和导水层中的上层铺设有砾石和石 灰石的混合填料，下层铺设有砾石和沸石混合填料；慢速土渗系统处理后的污水导入出水 池内。
2. 根据权利要求1所述慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置，其中，滚筒格栅机内 设有由铁板卷成两个圆筒后中间夹着一段筛网板组成的滚筛，滚筛的下方为储水池；滚筒 格栅机的外壳为半封闭式外壳，整体架设在支架上，针状清扫器固定在滾筛的一侧，且位于 半封闭式外壳的上端。
3. 根据权利要求1或2所述慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置，其中，滚筒格栅机 的滚筛转速为10?90转/min。
4. 根据权利要求1所述慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置，其中，经滚筒格栅处 理的污水在液压泵的作用下进入高位进水管。
5. 根据权利要求1所述慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置，其中，生物转盘面积 的20-60 %浸在生物滤池内。
6. 根据权利要求1所述慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置，其中，慢速土渗系统 的表面砂土层为0. 2m的砂土混合物，砂子与弗罗里硅藻土的体积混合比例为2:1-3:1，且 弗罗里娃藻土铺设在表层；碎石层厚0. 3m，为粒径1. 2mm-l. 5mm的碎石，过滤层为厚度30mm 的无纺布，过滤层和导水层各厚50mm，上层铺设砾石、石灰石混合填料，用于磷的固化，下层 铺设砾石、沸石混合填料，用于污水的再度净化，其过滤层填料粒径为8_-15_，导水层填 料粒径为15mm-30mm ;慢速土渗系统的底部为i = 0. 1-0. 5的坡度。
7. 利用权利要求1所述慢渗系统无动力生物转盘净化污水装置进行污水净化的方法： 污水自滚筒格栅的孔隙流过进入储水池内，固体截流在滚筒滚筒格栅的筛网表面上， 在滚筒倾斜的重力作用、滚筒转动的离心震荡作用及往复式清筛推板的推动力下，掉落在 滚筒格栅机的下方，经滚筒格栅处理的污水进入高位进水管后先输入无动力生物处理装置 内对污水中有机物进行好氧生物降解，然后流经下部生物滤池中的流动型分子筛填料，进 一步处理水中的污染物质，最后进入第二区的生物转盘进一步进行好氧生物处理，使污水 中含氮有机物首先被异养型微生物转化为氨氮，然后在好氧条件下，通过好氧自养型硝化 和亚硝化菌的作用，将废水中的氨氮氧化为亚硝酸盐氮或硝酸盐氮，最后在缺氧条件下，利 用反硝化细菌将亚硝酸盐和硝酸盐转化为氮气从废水逸出，从而达到脱氮的目的； 生物转盘浸在无动力生物处理装置内的废水中，生物转盘浸入废水的一部分，其表面 生物膜吸附废水中的有机物，使微生物获得营养；当转出水面时，生物膜及其带动的水膜又 从大气中直接吸收氧气；如此循环反复，废水中的有机物在需氧微生物的作用下得到氧化 分解，生物转盘中分子筛上的生物膜也会因老化不断地自行脱落，在生物滤池中沉淀下来， 上清液通过布水管导入慢速土渗系统； 慢速土渗系统的表面砂土层用于栽种植物系统，其大粒径构成的孔隙率促进了污水的 流动；通过过滤层、过滤层和导水层对污水再度净化； 慢速土渗系统的表面砂土层种植有庞大根系的植物，增强植物根系与微生物的联合效 果，增加弗罗里硅藻土孔隙率以提高污水流行性，提升植物在土渗系统中吸收、吸附作用； 慢速土渗系统处理后的达标水导入出水池内。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，滚筒格栅机分离出来的固体颗粒、无动力生物处 理装置排出的污泥混合进行堆肥产生有机肥料，达到资源回收的效果。
9. 根据权利要求7所述的方法，其中，慢速土渗系统的部分出水回流至无动力生物处 理装置进水，调节水质并刺激微生物生长过程分泌次生物质。
【文档编号】C02F9/14GK104150706SQ201410360148
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】席北斗, 王雷, 李英军 申请人:席北斗