专利名称：生物滤池加超滤工艺用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，城市污水深度处理及回用，也作为解决城市缺水、提高水资源利用率和控制水体污染的一条重要途径，具有其它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，但大大阻碍了城市污水的可利用程度。虽然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，地下水补给过程中氮素和有机物是需要重点关注的污染物，而现有污水处理厂的二级出水中总氮一般在20 30mg/L，已超过三类地下水水质标准中总氮浓度值，不能直接作为补给地下水的源水；二级出水中有机物也种类繁多，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。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供一种生物滤池加超滤工艺用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生物滤池加超滤工艺用城市污水补给地下水的方法，包括以下过程以城市污水处理厂的二级处理水为原料，经过反硝化生物滤池、超滤装置和臭氧反应后，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，二级处理水是从反硝化生物滤池的底部进入，该反硝化生物滤池中C/N 比为4 6，pH值为6. 5 8. 5。优选的，所述超滤装置中超滤膜材料为截留分子量100000 150000道尔顿的中
空纤维。优选的，所述中空纤维的压差为0. 04 0. IMPa、温度为13. 1 25. 4°C。优选的，臭氧投加量为2 10mg/L水，水在臭氧反应器中停留时间为10 30min。
优选的，所述包气带厚度至少3m。优选的，所述潜水层的水滞留为3 12月。与现有技术相比，本发明采用反硝化生物滤池、超滤、臭氧与土壤处理单元相结合的方法，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，利用反硝化生物滤池工艺的微生物反硝化作用，去除二级出水中硝酸盐和磷等；反硝化生物滤池出水进入超滤处理单元，去除水中浊度、细菌、有机物等；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，并对出水进行杀菌消毒； 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。反硝化生物滤池工艺利用微生物的反硝化作用，将二级出水中硝酸盐进行反硝化，转化为氮气从水体释放，同时由于微生物反硝化除磷作用，可以去除水中一部分磷。反硝化生物滤池与超滤和臭氧工艺联用，可以进一步去除水中浊度、细菌、有机物等，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，是一项比较经济有效的城市污水深度处理工艺系统。再生水从地表回灌池向地下含水层入渗过程中，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，可以为增加地下水资源、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。一种生物滤池加超滤工艺用城市污水补给地下水的装置，包括依次管道连接的反硝化生物滤池、超滤装置、臭氧反应器和回灌池。本发明具有以下优点及突出性效果①本发明采用反硝化生物滤池、超滤、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，实现对地下水的安全补给。②将反硝化生物滤池、超滤与臭氧结合，可以充分发挥彼此的优势。反硝化生物滤池可以有效降低二级出水中硝酸盐和磷，超滤在去除水中残留的浊度、细菌和有机物等更具优势，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图；附图标记说明1-反硝化生物滤池；2-回灌池；3-超滤器；4-臭氧发生器；5-臭氧反应罐；6-土壤中的包气带；7- 土壤中的潜水层。
具体实施例方式一种城市污水补给地下水的方法，包括以下过程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C0D、总氮、色度分别达到60mg/L、20mg/L、30。2)在二级处理出水后设置反硝化生物滤池工艺，利用微生物的反硝化作用，去除水中硝酸盐和磷等。反硝化生物滤池以上流式进水，碳源投加过程中C/N比4 6，pH6. 5 8. 5，滤池反冲洗强度为6L/(m2 · s)，滤速为8. 9m/h，反冲洗周期约为Id。3)反硝化生物滤池工艺之后，设置超滤处理工艺。超滤膜材料为中空纤维结构，截留分子量100000 150000道尔顿，膜压差0. 04 0. IMPa，采用交叉流设计，温度13. 1 25. 4"C。4)超滤出水经集水箱和水泵进入臭氧反应罐。臭氧发生器以空气为氧气来源，以分散小气泡从反应罐底部进入，水中臭氧投加量2 10mg/L，水力停留时间10 30min，在臭氧反应罐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。5)地表回灌场进行干/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；干期运行时间是湿期的1 4倍，回灌池底部土壤包气带厚度至少3m，以保证C、N等物质的充分分解，进入地下含水层的再生水须在地下滞留3 12月，实现对地下水的安全补给和最终取水安全。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。实施例1 城市生活污水经污水处理厂二级处理后，从反硝化生物滤池1底部A处进水，其中反硝化生物滤池1中碳源投加过程中C/N比4，pH8. 5。利用微生物的反硝化作用，去除水中85%的硝酸盐、52%的TP。反硝化生物滤池1的上出水进入超滤装置3，该超滤装置3采用截留分子量 150000道尔顿的中空纤维，膜压差0. 04MPa ；采用交叉流设计，去除9% 1^0(^85%浊度和 97%总大肠菌群。超滤出水经集水箱和水泵进入臭氧反应罐5。臭氧发生器4以空气为氧气来源，以分散小气泡从反应罐底部进入，水中臭氧投加量ang/L，水力停留时间30min，在臭氧反应罐5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，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。经臭氧反应器处理后的水进入地表回灌场2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2底部渗入土壤包气带6和潜水层7，包气带6厚度为細， 以保证C、N等物质的充分分解，出水中23% D0C,25% UV254,74% NH4-N被去除，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。实施例2 城市生活污水经污水处理厂二级处理后，从反硝化生物滤池1底部A处进水，其中碳源投加过程中C/N比6，pH 6. 5。利用微生物的反硝化作用，去除水中80%的硝酸盐、50% TP0反硝化生物滤池1出水进入超滤器3，其截留分子量100000道尔顿，膜压差 0. IMPa ；采用交叉流设计，去除10% 1^0(^82%浊度和98%总大肠菌群。超滤器3出水经集水箱和水泵进入臭氧反应罐5。臭氧发生器4以空气为氧气来源，以分散小气泡从反应罐底部进入，水中臭氧投加量6mg/L，水力停留时间30min，在臭氧反应罐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，杀灭水中98%的细菌总数和100%的大肠杆菌，提高出水10%的可生化性。经臭氧反应器处理后的水进入地表回灌场2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2底部渗入土壤包气带6和潜水层7，包气带6厚度为 3. 5m,以保证C、N等物质的充分分解，出水中23% D0C,25% UV254,74% NH4-N被去除，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。实施例3 城市生活污水经污水处理厂二级处理后，从反硝化生物滤池1底部A处以上流式进水，碳源投加过程中C/N比5，pH为7。利用微生物的反硝化作用，去除水中82%的硝酸盐、55% TP。反硝化生物滤池1出水进入超滤器3，截留分子量120000道尔顿，膜压差 0. 06MPa，采用交叉流设计，去除9% 1^0(^85%浊度和97%总大肠菌群。超滤器3的出水经集水箱和水泵进入臭氧反应罐5。臭氧发生器4以空气为氧气来源，以分散小气泡从反应罐底部进入，水中臭氧投加量10mg/L，水力停留时间20min， 在臭氧反应罐5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，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。经臭氧反应器5处理后的水进入地表回灌场2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2底部渗入土壤包气带6和潜水层7，包气带6厚度为 5m,以保证C、N等物质的充分分解，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，实现对地下水的安全补给。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
1.一种生物滤池加超滤工艺用城市污水补给地下水的方法，包括以下过程以城市污水处理厂的二级处理水为原料，经过反硝化生物滤池、超滤装置和臭氧反应后，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，其特征在于二级处理水是从反硝化生物滤池的底部进入，该反硝化生物滤池中C/N比为4 6，pH值为6. 5 8. 5。
3.如权利要求1所述的城市污水补给地下水的方法，其特征在于所述超滤装置中超滤膜材料为截留分子量100000 150000道尔顿的中空纤维。
4.如权利要求3所述的城市污水补给地下水的方法，其特征在于所述中空纤维的压差为 0. 04 0. IMPa、温度为 13. 1 25. 4°C。
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，水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.如权利要求1所述的城市污水补给地下水的方法，其特征在于所述潜水层的水滞留为3 12月。
8.—种生物滤池加超滤工艺用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反硝化生物滤池、超滤装置、臭氧反应器和回灌池。
全文摘要
本发明涉及一种生物滤池加超滤工艺用城市污水补给地下水的方法和装置，包括以下过程以城市污水处理厂的二级处理水为原料，经过反硝化生物滤池、超滤装置和臭氧反应后，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C02F1/78GK102311208SQ201110223188
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
发明者孟春霖, 念东, 杨建 , 高金华 申请人:北京城市排水集团有限责任公司