CN101638287A - 利用排水沟渠的污水原位净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用排水沟渠的污水原位净化系统，排水沟渠沿纵向分隔为相互平行的处理渠和分流渠，在处理渠和分流渠的前端设有分流槽。在处理渠前端设有沉砂池，尾端设有沉淀池，在沉砂池和沉淀池之间设有接触氧化池和人工湿地池，沉砂池、接触氧化池、人工湿地池和沉淀池通过横向隔墙分隔。本发明不仅可有效利用沟渠空间对污水进行原位净化处理，实现对污水的持续处理和净化，而且还可以使沟渠成为一道与周围环境相和谐的景观。本系统可以充分利用沟渠内部高差变化对污水进行跌水充氧，降低污水处理成本；不产生二次污染，不影响沟渠泄洪，并且可以有效拦截和去除由于初期雨水冲刷效应而导致的高浓度污染物。

Description

利用排水沟渠的污水原位净化系统

技术领域

本发明涉及一种污水处理系统，具体指对现有的排水沟渠改造而成的污水净化系统，属于环境保护水处理领域。

背景技术

近20年来，随着我国城市化水平的不断提高和城镇化水平的加快，城市与城镇人口不断增加，污水排放量也在以每年超过5％的速度增加。目前，我国城镇污水集中处理率为50％左右，但仍有近200个城市、约80％的城镇没有建成污水处理厂，西部地区问题更加突出。随意排放的生活污水严重污染了城镇附近水体，威胁了居民的日常生活和身体健康。

在我国的水污染治理中，一般是兴建大范围的污水管网和污水处理厂来集中收集和处理污水，但由于技术经济条件的限制，即使在大城市中，污水的收集率也不超过70％。在城镇中，尤其是山地型的城镇中，由于基本没有污水厂和相应的污水管网，生活污水多通过暗渠+明渠的形式就近排入附近水体。这导致作为城市排水体系组成部分和城镇排水主要手段的排水沟渠，尤其是明渠，常常是污水横流，垃圾密布，臭气熏人。

在河道和沟渠的治理中，常采用的方法有在沟渠内投加絮凝剂、杀藻剂等化学方法，或采用疏浚、清淤、绿化和截污等物理方法，虽然也能起到一定的作用，但多为暂时的，不彻底的。因此如何使排水沟渠由纳污排污变为除污还清，融入周围的生态环境，己经成为城市城镇水环境建设中亟待解决的问题。

目前城镇人工强化排水沟渠的水处理技术和装置还比较少，比较常见的是采用接触氧化法处理沟渠污水，即在排水沟渠内沿水流方向设置固定微生物载体，并在载体上形成生物膜，污水在沟渠内流动过程中得到净化。但是单一的接触氧化法与污水的接触时间短，也没有充分利用排水沟渠的空间，同时需要人工曝气装置，故在实际应用中受到了较多限制。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提出一种对现有的排水沟渠改造而成的污水净化系统，本系统可以有效利用沟渠空间和坡度对污水进行原位生态处理，实现对污水的持续处理和净化，而且还可以使沟渠成为一道与周围环境相和谐的景观。

本发明的目的是这样实现的：

利用排水沟渠的污水原位净化系统，排水沟渠通过沿水流方向的纵向隔墙将排水沟渠分为相互平行的处理渠和分流渠，在处理渠和分流渠的前端设有控制污水进入处理渠流量、而让余下污水进入分流渠的分流槽；在处理渠前端设有沉砂池，尾端设有沉淀池，在沉砂池和沉淀池之间依次或交替设有接触氧化池和人工湿地池，沉砂池、接触氧化池、人工湿地池和沉淀池通过横向隔墙分隔。

在沉砂池进水口设有大孔径竹网格栅，在沉砂池出水口设有多道孔径逐渐递减的竹网格栅。

所述接触氧化池内设有填料和若干平行的导流隔墙，导流隔墙横向立在接触氧化池内。导流隔墙由两组构成，一组只与处理渠两侧壁形成过流通道，且两侧壁的过流通道交错设置；另一组只与处理渠上下形成过流通道，且上下过流通道交错设置。

所述人工湿地池内设有导流隔墙、碎石填料和挺水植物，导流隔墙横向立在人工湿地池内。导流隔墙与处理渠上下形成过流通道，且上下过流通道交错设置。人工湿地池内的碎石填料在每两个导流隔墙分隔成的处理段内分为三层，分别为中等粒径的碎石、中-小粒径碎石和小粒径碎石，在不同粒径碎石填料交界处错落布置多层平面竹网，沿水流方向三层填料粒径由大到小等厚布置。挺水植物采用无土栽培的方式种植，挺水植物通过碎石填料固定在人工湿地池内，由一种挺水植物或多种挺水植物混种而成。

所述沉淀池内设有进水挡板、出水挡板和位于进水挡板与出水挡板之间的浮水植物，进水挡板与渠底之间、出水挡板与渠底之间形成处理水只能由此通过的水流通道。

所述接触氧化池和人工湿地池的出水隔墙顶端为倾斜溢流坝，在出水隔墙外侧不同高度设置至少两级由上至下突出长度依次增加的跌水挡板，跌水挡板与水平面的夹角为5～10°。

所述分流槽设于分流渠前端与沉砂池并列，分流槽出水口设有高度可调的用于溢流或泄洪的矩形堰。

本发明沟渠净化污水的基本原理如下：生活污水首先进入分流渠的分流槽，通过调节分流槽出口矩形堰的高度控制进入沉砂池的流量。旱天污水流量可以全部进入处理渠处理，雨天过剩流量从分流渠溢流。进入处理渠的污水，通过流入端竹网格栅的拦截作用，去除一些形体较大的固体垃圾。进入沉砂池后，依靠沉砂区沉淀作用和出水口多道孔径递减的竹网格栅可以沉降和拦截污水中的部分悬浮物质。之后污水进入接触氧化段，在填料的吸附作用、填料上附着生长生物膜的生物降解作用下，污染物的浓度得以降低，出水经倾斜溢流坝和多级跌水挡板跌水曝气后进入下一段接触氧化池。在经过多级垂直流和折流式接触氧化池后，污水进入人工湿地池。人工湿地池主要是在填料、植物和微生物的综合作用下去除水中的污染物质。当污水流经时，悬浮物被填料及植物根系阻拦截留，有机污染物通过填料上附着生物膜的吸附，同化及生物降解去除，而污水中的营养物质可被水生植物吸收利用。污水进入沉淀池后，通过沉淀作用和浮水植物的吸收、吸附作用来进一步去除水中的污染物。除此之外，利用沟渠内部各处理段出水口和进水口的高度差，设置了跌水曝气，使污水在跌落的过程中与空气接触进行充氧，强化生物去除污染物的效能。在实际的沟渠系统中，沉砂池、接触氧化池、人工湿地池、沉淀池可以根据沟渠的实际长度和坡度，以及污水水质，可以连续多级构建，或者是交叉构建。在沟渠各处理段联合作用下，可以有效降解城市、城镇生活污水、少量工业废水以及农田排水的污染物质。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的效果：

(1)不仅可有效利用沟渠空间对污水进行原位净化处理，而且还可以构建排水沟渠系统的生态功能，成为与周围环境相和谐的景观。

(2)可以充分利用沟渠内部高差变化对污水进行跌水充氧，运行不需消耗电能，降低污水处理的成本。

(3)适用于城镇的排水沟渠，尤其是明渠，对山地地形的村镇、地势较高的城市边缘地带、污水管网不健全地区有良好的适应性。

(4)不产生二次污染，不影响沟渠泄洪，并且可以有效拦截和去除由于初期雨水冲刷效应而导致的高浓度污染物。

附图说明

图1为本发明工艺示意图。

图2为本发明排水沟渠平面示意图。

图3是本发明一个实施例平面图。

图4是图3中A-A剖面图，即接触氧化池剖面示意图。

图5是图3中B-B剖面图，即人工湿地池剖面示意图。

图6是图3中C-C剖面图，即沉淀池剖面示意图。

图中箭头表示水流方向；其中，1-分流槽；2-沉砂池；3-垂直流接触氧化池；4-折流接触氧化池；5-人工湿地池；6-沉淀池；7-分流渠；8-碎石填料；9-导流隔墙；10-填料；11-跌水挡板；12-挺水植物；13-平面竹网；14-浮水植物；15-纵向隔墙；16-横向隔墙；17-进水挡板；18-出水挡板。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

见图1、图2和图3，本发明利用排水沟渠的污水原位净化系统，排水沟渠通过沿水流方向的纵向隔墙15将排水沟渠分为相互平行的处理渠和分流渠7。在处理渠和分流渠7的前端设有控制污水进入处理渠流量、而让余下污水进入分流渠的分流槽1。在处理渠中，根据渠底坡降形成的高度差将渠道分为多个小处理段，按水流方向依次通过横向隔墙16设置出沉砂池2、接触氧化池、人工湿地池5和沉淀池6。根据沟渠长度及坡度，接触氧化池和人工湿地池可以在不同的空间位置依次或交错布置单个或多个。本发明处理渠前端只能设沉砂池2，尾端只能设沉淀池6，位于沉砂池和沉淀池之间的接触氧化池和人工湿地池可依次或交替设置。由于排水沟渠本身的高程是逐渐降低，且排水沟渠底部坡度不完全一致，因此每个小处理段的高度和长度也是变化的。实际设置时，分流槽1设于分流渠7前端与沉砂池2并列，分流槽`出水口设有高度可调的用于溢流或泄洪的矩形堰，见图2和图3。

在排水沟渠系统中，污水先进入分流槽1，通过调节分流槽出口矩形堰的高度控制进入沉砂池2的流量。在沉砂池2进水口设有大孔径(0.8～2.0cm)竹网格栅，在沉砂池出水口设有多道孔径逐渐递减的竹网格栅。污水通过沉砂池进水口的大孔径竹网格栅后，进入沉砂池，并通过沉砂池出水口的多道孔径逐渐递减的竹网格栅进入接触氧化池。

接触氧化池内设有填料10和若干平行等距离的导流隔墙9，导流隔墙9横向立在接触氧化池内。导流隔墙9由两组构成，一组只与处理渠两侧壁形成过流通道，且两侧壁的过流通道交错设置，本发明将这一段称为折流接触氧化池4，见图3，该段引导污水在渠内左右流动；另一组只与处理渠上下形成过流通道，且上下过流通道交错设置，本发明将这一段称为垂直流接触氧化池3，见图3和图4，该段引导污水在渠内上下流动。多级接触氧化池可以根据需要设置若干垂直流接触氧化池和折流接触氧化池。

接触氧化池内的填料10可以是专用的水处理填料，如球形填料，也可以是随地取材的建筑材料和建筑垃圾，如碎石、鹅卵石、石灰石、页岩、砂岩、红砖碎块、沙砖碎块等。接触氧化段末端出水为顶部倾斜溢流，经多级跌水挡板11跌落后进入下一级小处理段。

人工湿地池5内设有若干平行的导流隔墙9、碎石填料8和挺水植物12，见图3和图5。导流隔墙9横向等距离地立在人工湿地池5内，导流隔墙与处理渠上下形成过流通道，且上下过流通道交错设置，引导污水在渠内上下流动。人工湿地池内的碎石填料8在每两个导流隔墙分隔成的处理段内分为三层，分别为中等粒径碎石(1.2～2.0cm)、中-小粒径碎石(0.8～1.5cm)和小粒径碎石(0.5～1.0cm)，在不同粒径碎石填料交界处错落布置多层平面竹网13，沿水流方向三层填料粒径由大到小等厚布置。挺水植物12采用无土栽培的方式种植，通过碎石填料8固定在人工湿地池内，如菖蒲、灯心草、茭白、慈姑、美人蕉、风车草等，每段湿地可种植一种挺水植物或混种多种挺水植物。人工湿地段出水为顶部溢流，经倾斜坝出水口和多级跌水挡板11跌落后进入下一级小处理单元。

污水经多级人工湿地净化后，由出水口跌落进入沉淀池6。见图3和图6，沉淀池6内设有进水挡板17、出水挡板18和位于进水挡板与出水挡板之间的浮水植物14，进水挡板与渠底之间、出水挡板与渠底之间形成处理水只能由此通过的水流通道。浮水植物实际为凤眼莲。

所述接触氧化池和人工湿地池的出水隔墙顶端为倾斜溢流坝，在出水隔墙外侧不同高度设置至少两级由上至下突出长度依次增加的跌水挡板11，跌水挡板与水平面的夹角为5～10°。跌水挡板材料为PVC板或红砖。

作为处理技术和装置核心的接触氧化池和人工湿地出水均为顶部溢流出水。本发明不仅可以有效利用沟渠空间和坡度对污水进行原位生态处理，不消耗电能，可以同步有效去除污水中的COD、SS、N、P等污染物质，而且还可以使沟渠成为一道与周围环境相和谐的景观。

实施例1：

某小城镇石砌污水排放渠，污水来源为小城镇街道两侧居民的生活污水和粪便水的混合污水，污水排入石砌暗渠，暗渠在街道尽头处转为石砌明渠，污水通过明渠直接排入长江。

渠道总宽：W₁＝1.2m；处理渠宽：W₂＝0.7m；隔墙厚度：W₃＝0.2m；分流渠宽：W₂＝0.3m；渠道高：H＝1.0m；处理渠长度：L＝46.0m；

分流槽长度×宽度×深度＝2.0m×0.3m×(0.1～0.3)m；

格栅沉砂池长度×宽度×深度＝2.0m×0.3m×0.2m，进水口设1道竹网格栅，孔径为0.01m×0.01m，出水口设3道竹网格栅，孔径为0.01m×0.01m，0.008m×0.008m，0.005m×0.005m；

垂直流接触氧化段共3段，每段长度×宽度×深度＝4.0m×0.7m×0.1～0.7m，填料采用浮球填料；

折流接触氧化段共2段，每段长度×宽度×深度＝5.0m×0.7m×0.05m，填料为鹅卵石、页岩、砂岩、红砖碎块、沙砖碎块；

人工湿地共4段，每段长度×宽度×深度＝4.5m×0.7m×0.1～0.7m，填料为碎石和竹网，4段湿地种植的挺水植物分别为石菖蒲、灯心草、茭白、美人蕉；

沉淀池长度×宽度×深度＝4.0m×0.7m×(0.3～0.6)m，沉淀池种植的浮水植物为凤眼莲。

当日处理流量为12m³/d时，旱季混合污水在排水沟渠系统内的平均停留时间为12小时左右，沟渠进出水水质见表1。

表1沟渠进出水水质(Q＝12m³/d)

注：1、《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)二级标准

当水温在25℃～28℃范围内波动时，各小处理段出水，即跌落跌水曝气前DO平均为0.12mg/L，经跌水挡板跌落充氧后，DO平均为2.44mg/L，跌水充氧2.32mg/L。

当日处理流量为6m³/d时，旱季混合污水在排水沟渠系统内的平均停留时间为24小时左右，沟渠进出水水质见表2。

表2进出水水质表(Q＝6m³/d)

注：1为《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准

2为《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准

当水温在25℃～28℃范围内波动时，各处理段出水即跌落前污水中的DO平均为0.13mg/L，经跌水挡板跌落充氧后，DO平均为3.52mg/L，跌水充氧3.39mg/L。

Claims (9)

1、利用排水沟渠的污水原位净化系统，包括排水沟渠，其特征在于：所述排水沟渠通过沿水流方向的纵向隔墙(15)将排水沟渠分为相互平行的处理渠和分流渠(7)，在处理渠和分流渠的前端设有控制污水进入处理渠流量、而让余下污水进入分流渠的分流槽(1)；在处理渠前端设有沉砂池(2)，尾端设有沉淀池(6)，在沉砂池(2)和沉淀池(6)之间依次或交替设有接触氧化池和人工湿地池(5)，沉砂池(2)、接触氧化池、人工湿地池(5)和沉淀池(6)通过横向隔墙(16)分隔。

2、根据权利要求1所述的利用排水沟渠的污水原位净化系统，其特征在于：在沉砂池(2)进水口设有大孔径竹网格栅，在沉砂池出水口设有多道孔径逐渐递减的竹网格栅。

3、根据权利要求1或2所述的利用排水沟渠的污水原位净化系统，其特征在于：所述接触氧化池内设有填料(10)和若干平行的导流隔墙(9)，导流隔墙(9)横向立在接触氧化池内，导流隔墙由两组构成，一组只与处理渠两侧壁形成过流通道，且两侧壁的过流通道交错设置，另一组只与处理渠上下形成过流通道，且上下过流通道交错设置。

4、根据权利要求1或2所述的利用排水沟渠的污水原位净化系统，其特征在于：所述人工湿地池(5)内设有导流隔墙(9)、碎石填料(8)和挺水植物(12)，导流隔墙(9)横向立在人工湿地池(5)内，导流隔墙(9)与处理渠上下形成过流通道，且上下过流通道交错设置。

5、根据权利要求4所述的利用排水沟渠的污水原位净化系统，其特征在于：所述人工湿地池内的碎石填料(8)在每两个导流隔墙分隔成的处理段内分为三层，分别为中等粒径的碎石填料、中-小粒径碎石填料和小粒径碎石填料，在不同粒径碎石填料交界处错落布置多层平面竹网(13)，沿水流方向三层填料粒径由大到小等厚布置。

6、根据权利要求4所述的利用排水沟渠的污水原位净化系统，其特征在于：所述挺水植物(12)通过碎石填料(8)固定在人工湿地池(5)内，由一种挺水植物或多种挺水植物混种而成。

7、根据权利要求1或2所述的利用排水沟渠的污水原位净化系统，其特征在于：所述沉淀池(6)内设有进水挡板(17)、出水挡板(18)和位于进水挡板与出水挡板之间的浮水植物(14)，进水挡板(17)与渠底之间、出水挡板(18)与渠底之间形成处理水只能由此通过的水流通道。

8、根据权利要求1或2所述的利用排水沟渠的污水原位净化系统，其特征在于：所述接触氧化池和人工湿地池(5)的出水隔墙顶端为倾斜溢流坝，在出水隔墙外侧不同高度设置至少两级由上至下突出长度依次增加的跌水挡板(11)，跌水挡板(11)与水平面的夹角为5～10°。

9、根据权利要求1或2所述的利用排水沟渠的污水原位净化系统，其特征在于：所述分流槽(1)设于分流渠(7)前端与沉砂池(2)并列，分流槽出水口设有高度可调的用于溢流或泄洪的矩形堰。

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