专利名称：荷铁阴树脂加混沉工艺城市污水补给地下水的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及污水处理再利用技术领域，尤其涉及一种城市污水补给地下水的方法。
背景技术：
我国是一个干旱缺水严重的国家，近年来部分地区地表水体污染状况不断恶化， 地表水、地下水资源日益缺乏。城市污水深度处理及回用，作为解决城市缺水、提高水资源利用率和控制水体污染的一条重要途径，具有其他策略方法无可比拟的优势，为“新”的水源替代已有水源提供了可能，成为缓解水资源短缺现状的有力措施。目前城市生活污水，经污水处理厂二级处理后，出水即使达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002) —级B标准的排放要求C0D、总氮、色度和粪大肠菌群仍然分别高达60mg/L、20mg/L、30和104个/L，但还是大大阻碍了城市污水的可利用程度。因此进一步对二级处理水进行有效的深度处理，去除水中各类污染物，实现再生水的广泛安全回用，是城市污水深度处理过程中需要重点解决的问题。再生水工艺技术是随着再生水回用量的不断增加和回用途径的不断扩展而发展起来的，不同的再生水使用途径，就有不同的水质要求。随着城市水资源紧张趋势的不断加剧，对再生水的需求不断加大，再生水应用范围逐步扩大，用途逐步拓展，水质指标也从原来的单一指标发展为多项指标的严格要求。目前，95%以上的城市生活污水都采用生物处理法，但生物法存在有机物降解极限，经过一系列处理后，会产生大量的溶解性微生物产物，其毒性可能比存在于污水中原有机物的毒性还要强。另外，二级出水中有机物种类繁多，如药品和护肤品(PPCP)及其代谢物、内分泌干扰物(EDC)和具有基因毒性的芳香胺类物质等，此外还富含多种阴离子污染物。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种荷铁阴树脂加混沉工艺城市污水补给地下水的方法和装置，有效地去除城市污水中多种污染物，使出水满足三类地下水水质标准要求，实现对地下水的安全补给。为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种荷铁阴树脂加混沉工艺城市污水补给地下水的方法，包括以下过程城市污水处理厂的二级处理出水，依次经过荷铁阴树脂、混凝沉淀和臭氧反应后，以地表漫灌形式渗入地下，经土壤包气带进入潜水层。优选的，所述荷铁阴树脂投加量5 15ml/L。优选的，所述二级处理水在荷铁阴树脂中的停留时间为5 20分钟。优选的，所述混凝沉淀中混凝剂的投加量为7 30mg/L。优选的，臭氧投加量为2 10mg/L，水和臭氧在臭氧反应器中停留时间为10 30mino
优选的，所述包气带厚度至少3m。与现有技术相比，本发明以污水厂二级出水为源水，依次经过荷铁阴树脂、混凝沉淀、臭氧与土壤处理，使城市污水达到再生利用要求。城市污水经二级处理后，利用荷铁阴树脂比表面积 大、活性交换位多和颗粒沉降快的特点，去除水中大量溶解性有机物、硫酸盐和硝酸盐，荷铁阴树脂的基本构架材料为聚丙烯聚合物，树脂负荷磁性氧化铁。混凝沉淀处理去除水中残留的有机物、磷等物质，大大降低出水的浊度；超滤出水经臭氧氧化，进一步去除水中大分子有机物，提高出水的可生化性，并产生氧化能力极强的单原子氧和羟基，分解水中有机物、细菌和微生物，实现对处理出水的杀菌消毒；臭氧出水进入包气带土壤处理单元，进一步去除水中氨氮、TP和有机物。此项城市污水深度处理工艺，可非常经济有效地去除城市污水中多种污染物，使出水满足三类地下水水质标准要求， 实现对地下水的安全补给。荷铁阴树脂结合了磁性氧化铁成分，使树脂颗粒快速絮凝成大颗粒，通过重力沉降很快从悬浮液中分离；荷铁阴树脂减少了对颗粒内部扩散的影响，而颗粒内部扩散与树脂内部活性部位相关、速度较慢，导致荷铁阴树脂能够快速吸附D0C、消毒副产物、阴离子组分等污染物，低浓度的树脂即可达到较高的污染物去除率。荷铁阴树脂与混凝沉淀-臭氧氧化工艺联用，是一项比较经济有效的城市污水深度处理工艺系统，首先，荷铁阴树脂出水经混凝沉淀和臭氧氧化处理后，能进一步降低水中有机物、磷和浊度，杀灭水中细菌和病毒，提高出水的可生化性；其次，荷铁阴树脂作为混凝沉淀和臭氧消毒的前处理工艺，还可以减少絮凝剂和其他化学药剂(如絮凝过程中调节PH 的酸)的使用量，大幅降低臭氧的投加量和消毒过程中溴化物的形成。再生水经过土壤进入地下含水层过程中，借助于土壤的物理、化学和生物作用得到进一步的净化；同时，地下含水层作为再生水的天然存储空间，为调节城市季节性用水矛盾提供支持，为水资源可持续利用提供一种新的水源。一种荷铁阴树脂加混沉工艺城市污水补给地下水的装置，包括依次管道连接的装填有荷铁阴树脂的接触反应池、混凝沉淀池、臭氧反应器和回灌池。优选的，该装置还包括有树脂再生罐和树脂储存罐，所述树脂再生罐底部设有曝气管；所述树脂再生罐、树脂储存罐与接触反应池依次相连，接触反应池底部与树脂再生罐连通。本发明具有以下优点及突出性效果①本发明采用装填有荷铁阴树脂的接触反应池、混凝沉淀池、臭氧反应器和回灌池联合作用，对城市污水厂二级出水进行深度处理，出水可以满足三类地下水水质标准要求，实现对地下水的安全补给。②将荷铁阴树脂、混凝与臭氧结合，可以充分发挥彼此的优势。荷铁阴树脂能够快速吸附D0C、消毒副产物、阴离子组分等污染物，混凝沉淀处理去除水中残留的有机物、磷等物质，大大降低出水的浊度，臭氧则可以破坏部分重点控制的污染物如抗生素、雌激素类物质、微生物代谢产物等的分子结构，去除病原微生物，提高出水的可生化性。③土壤处理单元既可以进一步去除水中病原体、有机物、氮磷等污染物，增加地下水资源量，又可以解除公众对再生水回用的顾虑。
图1是本发明装置的结构示意附图标记说明
1-树脂再生罐；
2-树脂储存罐；
3-接触池；
4-回灌池；
5-混凝沉淀池；
6-臭氧发生器；
7-臭氧反应罐；
8-土壤包气带；
9-潜水含水层。
具体实施例方式下面结合附图1以及下述实施例对本发明作进一步的说明。一种荷铁阴树脂加混沉工艺城市污水补给地下水的方法，采用装填有荷铁阴树脂的接触池3、混凝沉淀池5与臭氧反应器7相结合的方式，以污水厂二级出水为源水，深度处理后使城市污水达到再生利用要求。城市污水经二级处理后，利用荷铁阴树脂交换作用， 去除二级出水中溶解性有机物、硝酸盐和硫酸盐等无机盐；荷铁阴树脂出水进入混凝沉淀处理单元，去除水中残留的有机物、磷和浊度等；混凝沉淀出水经臭氧氧化，进一步去除水中大分子有机物，提高出水的可生化性；臭氧出水进入土壤包气带单元，进一步去除水中氨氮、TP和有机物。此套深度处理工艺结合土壤处理单元，可非常经济有效地去除城市污水中多种污染物，使出水满足三类地下水水质标准要求，可用于城市景观、灌溉、绿化、城市杂用、工艺用水等，并可用于集中式生活饮用水水源及工农业用水。技术方案如下1)将城市生活污水经污水理厂二级处理后，达到城镇污水处理厂污染物排放标准 (GB18918-2002) 一级B排放要求，COD、总氮、色度分别达到60mg/L、20mg/L、30。2)将二级处理出水从接触池3的底部A处注入装填有荷铁阴树脂的接触池3中， 利用树脂的离子交换作用，去除水中溶解性有机物、硝酸盐和硫酸盐等。荷铁阴树脂材料为聚丙烯聚合物，树脂负荷磁性氧化铁，粒径约150 180 μ m，树脂层占反应交换罐体积的 1/5 1/2，树脂投加量5 15ml/L，停留时间5 20min。3)处理水量是树脂体积的100 300倍时进行再生，树脂再生液为10 30% NaCl 溶液，树脂浸泡3 7min，期间从树脂再生罐1的底部C处充入曝气，使树脂与再生液充分接触反应。可将再生好的树脂放在树脂储存罐2中。4)荷铁阴树脂处理工艺之后，设置混凝沉淀处理工艺。从混凝沉淀池5的B处添加混凝剂，其投加量为7 30mg/L，搅拌器转速10 50rpm ；沉淀池从底部排泥，每周清理沉淀池中混凝沉淀物。5)混凝沉淀池5内的水经集水箱和水泵进入臭氧反应罐7。臭氧发生器6以空气为氧气来源，以分散小气泡形式上流进入臭氧反应罐7，水中臭氧投加量2 10mg/L，水力停留时间10 30min，在臭氧反应罐7内使臭氧与水充分接触，用于破坏部分重点控制的污染物如抗生素、雌激素类物质、微生物代谢产物等的分子结构，去除病原微生物，提高出水的可生化性。6)地表回灌场4进行干/湿交替运行，湿期回灌场内再生水高于土壤层至少 20cm ；干期使土壤表面与空气充分接触，经历疏干和复氧；干期的运行时间是湿期的1 4 倍，利用土壤包气带处理单元，进一步去除水中氨氮、TP和有机物，进入地下含水层的再生水须在地下滞留至少20天，取水井距离回灌场至少40m，最终出水可用于城市景观、灌溉、 绿化、城市杂用、工艺用水等。本发明具有以下优点及突出性效果①本发明采用荷铁阴树脂、混凝沉淀、臭氧与土壤处理单元联合作用，对城市污水厂二级出水进行深度处理，出水可以满足三类地下水水质标准要求，可用于城市景观、灌溉、绿化、城市杂用、工艺用水等。②将荷铁阴树脂、混凝沉淀与臭氧结合，可以充分发挥彼此的优势。荷铁阴树脂可以有效降低二级出水中溶解性有机物、硝酸盐和硫酸盐等，混凝沉淀在去除水中残留的有机物、磷和浊度等更具优势，臭氧则可以破坏部分重点控制的污染物如抗生素、雌激素类物质、微生物代谢产物等的分子结构，去除病原微生物，提高出水的可生化性。③荷铁阴树脂作为混凝沉淀和臭氧消毒的前处理工艺，还可以减少絮凝剂和其他化学药剂(如絮凝过程中调节PH的酸)的使用量，大幅降低臭氧的投加量和消毒过程中溴化物的形成。④土壤处理单元既可以进一步去除水中病原体、有机物、氮磷等污染物，增加地下水资源量，又可以解除公众对再生水回用的顾虑。实施例1 城市生活污水经污水处理厂二级处理后，出水即使达到城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002) —级B标准排放要求C0D、总氮、色度和粪大肠菌群也分别高达 60mg/L、20mg/L、30 和 IO4 个 /L。将上述二级处理水经由接触池3的底部注入，接触池3中装填有荷铁阴树脂，荷铁阴树脂材料为聚丙烯聚合物，树脂负荷磁性氧化铁，粒径约180 μ m,树脂层占反应交换罐体积的1/5，树脂投加量5ml/L，水在树脂中停留时间20min。利用树脂的离子交换作用，去除水中40%的D0C、30%的硝酸盐和45%的硫酸盐。荷铁阴树脂出水进入混凝沉淀池5，混凝沉淀池中混凝剂的投加量10mg/L，搅拌器转速50rpm;沉淀池从底部排泥，定期清理沉淀池中混凝沉淀物，去除水中20%浊度、 30% 的 TP。混凝沉淀池5内的水经集水箱和水泵进入臭氧反应罐7。臭氧发生器6以空气为氧气来源，以分散小气泡形式上流进入臭氧反应罐7，水中臭氧投加量ang/L，水力停留时间lOmin，在臭氧反应罐7内使臭氧与水充分接触，用于破坏部分重点控制的污染物如抗生素、雌激素类物质、微生物代谢产物等的分子结构，去除病原微生物，可以杀灭水中40%的细菌总数和90%的大肠杆菌，提高出水10%的可生化性。地表回灌场进行干/湿交替运行，干期的运行时间是湿期的1 4倍，水经回灌池 4底部渗入土壤包气带8和潜水层9，包气带8厚度为細，出水中23% DOC,25% UV254,74% NH4-N被去除，可以满足三类地下水水质标准要求，最终出水可用于城市景观、灌溉、绿化、 城市杂用、工艺用水等。实施例2城市生活污水经污水处理厂二级处理后，出水经由接触池3的底部注入，接触池 3中装填有荷铁阴树脂，荷铁阴树脂材料为聚丙烯聚合物，树脂负荷磁性氧化铁，粒径约150 μ m，树脂层占反应交换罐体积的1/2，树脂投加量10ml/L，水在树脂中停留时间lOmin。 利用树脂的离子交换作用，去除水中50%的D0C、50%的硝酸盐和60%的硫酸盐。荷铁阴树脂出水进入混凝沉淀池5，混凝沉淀池中混凝剂的投加量20mg/L，搅拌器转速20rpm;沉淀池从底部排泥，定期清理沉淀池中混凝沉淀物，去除水中50%浊度、 40% 的 TP。混凝沉淀池5内的水经集水箱和水泵进入臭氧反应罐7。臭氧发生器6以空气为氧气来源，以分散小气泡形式上流进入臭氧反应罐7，水中臭氧投加量6mg/L，水力停留时间30min，在臭氧反应罐7内使臭氧与水充分接触，用于破坏部分重点控制的污染物如抗生素、雌激素类物质、微生物代谢产物等的分子结构，去除病原微生物，可以杀灭水中97%的细菌总数和100%的大肠杆菌，提高出水10%的可生化性。地表回灌场进行干/湿交替运行，干期的运行时间是湿期的1 4倍，水经回灌池 4底部渗入土壤包气带8和潜水层9，包气带8厚度为5m，出水中23% DOC,25% UV254,74% NH4-N被去除，可以满足三类地下水水质标准要求，最终出水可用于城市景观、灌溉、绿化、 城市杂用、工艺用水等。实施例3城市生活污水经污水处理厂二级处理后，出水经由接触池3的底部注入，接触池 3中装填有荷铁阴树脂，荷铁阴树脂材料为聚丙烯聚合物，树脂负荷磁性氧化铁，粒径约 170 μ m，树脂层占反应交换罐体积的1/3，树脂投加量15ml/L，水在树脂中停留时间Hmin。 利用树脂的离子交换作用，去除水中的D0C、65%的硝酸盐和80%的硫酸盐。荷铁阴树脂出水进入混凝沉淀池5，混凝沉淀池中混凝剂的投加量30mg/L，搅拌器转速IOrpm ；沉淀池从底部排泥，定期清理沉淀池中混凝沉淀物，去除水中60%浊度、 55% 的 TP。混凝沉淀池5内的水经集水箱和水泵进入臭氧反应罐7。臭氧发生器6以空气为氧气来源，以分散小气泡形式上流进入臭氧反应罐7，水中臭氧投加量10mg/L，水力停留时间20min，在臭氧反应罐7内使臭氧与水充分接触，用于破坏部分重点控制的污染物如抗生素、雌激素类物质、微生物代谢产物等的分子结构，去除病原微生物，可以杀灭水中100%的细菌总数和100%的大肠杆菌，提高出水10%的可生化性。地表回灌场进行干/湿交替运行，干期的运行时间是湿期的1 4倍，水经回灌池 4底部渗入土壤包气带8和潜水层9，包气带8厚度为5m，出水中23% DOC,25% UV254,74% NH4-N被去除，可以满足三类地下水水质标准要求，最终出水可用于城市景观、灌溉、绿化、 城市杂用、工艺用水等。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
权利要求
1.一种荷铁阴树脂加混沉工艺城市污水补给地下水的方法，包括以下过程城市污水处理厂的二级处理出水，依次经过荷铁阴树脂、混凝沉淀和臭氧反应后，以地表漫灌形式渗入地下，经土壤包气带进入潜水层。
2.如权利要求1所述的城市污水补给地下水的方法，其特征在于所述荷铁阴树脂投力口量5 15ml/L。
3.如权利要求1所述的城市污水补给地下水的方法，其特征在于所述二级处理水在荷铁阴树脂中的停留时间为5 20分钟。
4.如权利要求1所述的城市污水补给地下水的方法，其特征在于所述混凝沉淀中混凝剂的投加量为7 30mg/L。
5.如权利要求1所述的城市污水补给地下水的方法，其特征在于臭氧投加量为2 10mg/L，水和臭氧在臭氧反应器中停留时间为10 30min。
6.如权利要求1所述的城市污水补给地下水的方法，其特征在于所述包气带厚度至少3m。
7.一种荷铁阴树脂加混沉工艺城市污水补给地下水的装置，其特征在于包括依次管道连接的装置有荷铁阴树脂的接触反应池、混凝沉淀池、臭氧反应器和回灌池。
8.如权利要求7所述装置，其特征在于该装置还包括有树脂再生罐和树脂储存罐，所述树脂再生罐底部设有曝气管；所述树脂再生罐、树脂储存罐与接触反应池依次相连，接触反应池底部与树脂再生罐连通。
全文摘要
本发明涉及一种荷铁阴树脂加混沉工艺城市污水补给地下水的方法和装置，包括以下过程城市污水处理厂的二级处理出水，依次经过荷铁阴树脂、混凝沉淀和臭氧反应后，以地表漫灌形式渗入地下，经土壤包气带进入潜水层。本发明城市污水深度处理工艺，可非常经济有效地去除城市污水中多种污染物，使出水满足三类地下水水质标准，实现对地下水的安全补给。
文档编号C02F1/42GK102311188SQ201110223180
公开日2012年1月11日 申请日期2011年8月5日 优先权日2011年8月5日
发明者常江, 杨建 , 甘一萍, 高金华 申请人:北京城市排水集团有限责任公司