CN100434371C - 一种生态沟渠污水净化方法 - Google Patents
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Abstract
一种生态沟渠污水净化方法，其特征是将城镇生活污水和农田排水进行混合处理，城镇生活污水依次流经粗格栅、沉砂池、细格栅、微生物处理池、酸化水解池、风车增氧曝气池、砾石拦截与生物接触氧化床后与农田排水混合，经过由复合介质过滤吸附床层区净化后得到可排放的净化水。
Description
一、技术领域
本发明属水、废水或污水的生物处理技术领域，特别涉及用植物等对高负荷的城镇与农田面源污水中N、P等富营养化物质的削减处理技术。
二、背景技术
随着城镇人口的增多，城乡人民生活水平的不断提高，城镇环境污染与经济发展之间的矛盾变得日益突出，其中水质污染已经成为城镇可持续发展的公害。水体污染的来源，可以分为点源污染和面源污染两大类，大、中型企业排放形成的点源污染，属于企业内部的治理范围；而城镇生活污水、小型企业排放的少量污水和农业施肥和使用农药形成的面源污染，其治理难度更大。目前我国绝大部分城乡正遭受不同程度的面源污水污染，包括城镇生活污水、小企业排放的污水和农田面源污水的污染等。
在国内外对面源污水污染治理的经验中，生态工程被公认为是对非点源污染治理的有效措施，其中技术较为成熟和应用较多的生态工程有：人工湿地、植被过滤带、缓冲带等，但由于占地面积大等原因，难以在大范围内推广，尤其难以适应我国人多地少的国情，在经济发达的地区，人、地矛盾更为突出，这些技术的应用则更受限制，因此迫切需要一种新型生态工程技术来削减水体中的富营养化生源要素含量，并进行污染物质的生态拦截与降解。
生态沟渠的发明与构建可以很好的解决人地之间的矛盾，但是目前的生态沟渠仅仅适合拦截和降解低负荷的污染水体，如农田排水、河流水体等富营养化生源要素含量不高的水体。对由城镇生活及少量乡镇企业排放的高负荷污水，其处理效果尚不尽如人意。CN ZL 98102839.X公开了一种河流沟渠水生态强化自净方法，其特点是利用河道(渠)空间，通过建立若干级具有一定高差的基堰，并形成湿地氧化塘，每级基堰由堤坡植被、景观曝气、喷灌曝气、湿地、基堰和基堰前后的沉淀沟所构成，河流污水依次通过各级基堰湿地氧化塘中的各种水生动植物和堤坡土壤生物作用，即得到净化。该发明适用于坡地河流沟渠和流域污水的处理，并且该发明需要很宽的沟渠或空地建设湿地和氧化塘，基建工程较多，不利于沟渠原貌修复和重建。
目前，国内外研究者都是利用排水沟中的植被带进行处理废水，为后续的处理单元减轻负荷，进而降低废水处理的基建投资和运行成本。如：陈辅利等在沟中顺水流方向设置固定微生物载体，污水在载体间的流动中得到净化，处理率可达到或超过一般生物膜法的水平。尹澄清等在白洋淀的研究表明，长290m、沟底宽4.2m的有植被沟对地表径流TN、TP和COD的截流率分别为42％、65％和14％。曲向荣等的研究表明，污水流经6000m沟渠后，营养物质N、P和COD在廊道系统中的自净率为41.7％～64.71％。张芸华等研究了沟帮种植水芋的沟渠对橡胶废水的处理效果：刚竣工时和一年后相比，COD和SS去除率分别为2.8％和4.8％；生化沟越长，净化效果越好。Mersie等，Dabney等，Sanderson等报道柳枝稷耐洪力强，能有效削减径流中的除草剂、沉积物和营养物。Nichols等，Magette等，Webster等报道高酥油草能有效削减径流中的雌二醇、沉积物和除草剂。虽然以上学者研究的生态沟渠也可以削减一定的污染物负荷，但是对于高浓度高负荷污染物的沟渠处理技术还没有报道，并且上述沟渠技术仅仅是后续处理单元的一个前处理过程，尚不能达到直接在沟渠内部强化净化高负荷污染物的目的。
三、发明内容
本发明针对城镇生活污水与农田排水混合污水具有污染负荷高、成分相对复杂、流量变化较大，现有污水沟渠处理技术难以有效治理的特点，提供一种改进的生态沟渠污水处理技术。
本发明的技术解决方案为：一种生态沟渠污水净化方法，其特征是将城镇生活污水和农田排水进行混合处理，城镇生活污水依次流经粗格栅(8)、沉砂池(1)、细格栅(10)、微生物处理池(2)、酸化水解池(3)、风车增氧曝气池(4)、砾石拦截与生物接触氧化床(5)后与农田排水混合，经过由(6)、(7)构成的复合介质过滤吸附床层区净化后得到可排放的净化水。
为了控制沟渠内的水位、生活污水和农田排水的混合比例和定期排放净化水，根据实际排水量的变化，在生态沟渠内的不同位置分别设置了水位调节板(12)、(15)和出水闸(17)。
为了强化对水中污染物质和N、P等富营养化物质的削减效果，还在生态沟渠内种植了挺水植物(9)和(16)等。
由于在风车增氧曝气池(4)中使用了风车驱动的增氧曝气机，还可以充分利用风力资源，降低了能源的消耗。
本发明水质强化净化的基本工艺和原理如下：城镇生活污水、少量工业废水先经过粗格栅(8)，去除一些形体比较大的固体垃圾；再经过种植了挺水植物(9)的沉砂池(1)，其目的是沉降混合污水中的悬浮物质。这个过程中挺水植物(9)还将吸收、吸附一些污染物质，降低部分污染物质的浓度；再经过微生物处理池(2)，池内设有微生物固定化的生物膜载体，利用微生物来降解污染物；再经过一个酸化水解池(3)，其目的是加速反硝化反应过程，促进脱氮；过细格栅(10)，进一步除去小体积的固体垃圾；然后再经过一个利用风车(11)增氧的曝气池(4)，增加水体中溶解氧的含量，促进去碳和吸磷；再经过砾石床(5)，床表面种植水生植物(16)，利用生物膜和植物的吸收、吸附作用来降解污染物质浓度。
初步净化后的城镇生活污水、少量工业废水与农田排水混合进入由(6)和(7)构成的复合介质过滤吸附床层区，床表面也种植水生植物(16)，继续利用生物膜和植物的吸收、吸附作用来降解污染物质浓度。最后，经过强化净化的水体经过出水闸(17)流出生态沟渠系统。
在上述生态沟渠系统中，砾石拦截与生物接触氧化床(5)和由(6)、(7)构成的复合介质过滤吸附床层区表面种植的水生植物(16)包括挺水植物、浮水植物和沉水植物。砾石拦截与生物接触氧化床(5)和由(6)、(7)构成的复合介质过滤吸附床之间可以连续构建，也可以相隔一定的距离构建，两床之间的间隔空间也可以种植水生植物。砾石拦截与生物接触氧化床(5)和由(6)、(7)构成的复合介质过滤吸附床的宽度与沟底宽度一致，但各自的长度可以根据水质情况进行调节。复合介质过滤吸附床(6)、(7)中使用的过滤吸附介质，可以是同一种介质构建的过滤与吸附床，也可以是不同介质构建的不同的、连续的或不连续过滤与吸附床。如果是不连续的过滤与吸附床，两床之间的间隔空间也可以种植水生植物。复合介质过滤吸附床所用的过滤吸附介质包括煤渣、粉煤灰、木或竹炭、沸石、碎石、陶粒等。
在水体污染程度很重的情况下，还可以在砾石拦截与生物接触氧化床和复合介质过滤吸附床中投入微生物，以便水体得到最佳的净化。
这种以一定间隔构建砾石拦截与生物接触氧化床和复合介质过滤吸附床的方式，造成了水中光照、溶解氧等环境条件的交替变化，相当于多个好氧/厌氧环境的串联，有利于微生物对流水中氮、磷等营养物质的生物降解。水质强化净化的生态沟渠在上述效果的联合作用下，可以有效的降解城镇生活污水、少量工业废水以及农田排水的污染物质。
四、附图说明
图1为生态沟渠的俯视结构示意图，图中(1)为沉砂池，(2)为微生物处理池，(3)为酸化水解池，(4)为风车增氧曝气池，(5)为砾石拦截与生物接触氧化床，(6)、(7)分别为复合介质过滤吸附床，(I)为混合污水入口为，(F)为农田排水入口，(E)为净化水出口，(W)为渠宽，(18)、(19)为反硝化菌投加点；
图2为生态沟渠的纵向剖面结构示意图，图中(8)为粗隔栅，(9)为挺水植物，(10)为细隔栅，(11)为风车，(12)、(15)为水位调节板，(13)为木桩，(14)为竹片，(16)为水生植物，(17)为出水闸，(H)为生态沟渠的总深度，(h)为复合介质过滤吸附床的高度，(I)为混合污水入口，(E)为净化水出口。
五、具体实施方式
实施例1：
日最大处理能力为160m3的生态沟渠系统：
渠宽：W＝0.75m；
沉砂池(1)的长度×宽度×深度＝2m×1m×1.5m；
微生物处理池(2)的长度×H(深度)＝1m×1.5m；
酸化水解池(3)的长度×宽度×深度＝1m×1m×1.5m，用混凝土砌成，并加水泥或木板盖，视处理程度不定期加入硝化菌；
风车增氧曝气池(4)的长度×H(深度)＝1m×1m；
砾石拦截与生物接触氧化床(5)的长度×h(高度)＝20m×0.2m；
复合介质过滤吸附床(6)的长度×h(高度)＝25m×0.2m，使用煤渣作为过滤吸附介质；
复合介质过滤吸附床(7)的长度×h(高度)＝25m×0.2m，使用沸石作为过滤吸附介质；
水生植物(9)选用挺水性很好的菖蒲和/或香蒲，水生植物(16)选用马蹄莲和/或水芹；
在干渠和农田排水的交汇处，即附图2的(18)、(19)处，视处理程度不定期加入硝化菌；
旱季混合污水在生态沟渠系统内的平均停留时间为8小时左右，排放水质可以达到国家景观娱乐用水排放标准。
实施例2：
复合介质过滤吸附床(6)的长度×h(高度)＝25m×0.2m，使用沸石作为过滤吸附介质；
复合介质过滤吸附床(7)的长度×h(高度)＝25m×0.2m，使用竹炭作为过滤吸附介质；
其余同实施例1。
旱季混合污水在生态沟渠系统内的平均停留时间为8小时左右，排放水质可以达到国家景观娱乐用水排放标准。
本发明在保证城镇和农田排水畅通的同时，使改造后的排水沟渠对城镇污水和农田排水组成的高负荷混合污水具有很强的净化作用，它能有效地解决城镇面源污染问题，保护水环境，由于充分利用了现有的沟渠，占地面积很少，甚至占地面积为零，施工容易，维护简单。
Claims (3)
1.一种生态沟渠污水净化方法，其特征是将城镇生活污水和农田排水进行混合处理，城镇生活污水依次流经粗格栅(8)、沉砂池(1)、细格栅(10)、微生物处理池(2)、酸化水解池(3)、风车增氧曝气池(4)、砾石拦截与生物接触氧化床(5)后与农田排水混合，经过复合介质过滤吸附床(6、7)净化后得到可排放的净化水；沉砂池(1)中种植挺水植物；砾石拦截与生物接触氧化床(5)和复合介质过滤吸附床(6、7)中种植水生植物。
2.如权利要求1所述的生态沟渠污水净化方法，其特征在于沉砂池(1)中种植的挺水植物为菖蒲和/或香蒲。
3.如权利要求1所述的生态沟渠污水净化方法，其特征在于砾石拦截与生物接触氧化床(5)和复合介质过滤吸附床(6、7)中种植的水生植物为马蹄莲和/或水芹。
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