CN101880106A - 兼具污水脱氮除磷与再生回用功能的多级串联景观生态塘 - Google Patents

兼具污水脱氮除磷与再生回用功能的多级串联景观生态塘 Download PDF

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陈晓强
申亮
刘若鹏
王鹤立
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王鹤立
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Abstract

本发明提供了一种污水深度处理生态技术，包括依次连接的缺氧深塘、过滤屏障、景观生态塘和终端净化塘。通过对多级串联塘系统节能复氧、菌藻共生、水生动植物资源及食物链等机制的强化，对城市二级出水进行进一步的脱氮除磷与再生处理，使处理后出水水质达到多目标回用的水质标准，并同时提供了满足环境美学价值的人工景观水体。

Description

兼具污水脱氮除磷与再生回用功能的多级串联景观生态塘
技术领域
本发明涉及一种景观水体型人工强化生态屏障对城市二级出水进行深度处理的生态工程方法，属于水处理技术领域。
背景技术
随着经济的快速发展，人们对污水处理程度的要求也在不断提高。即使是达标排放的城市二级出水也与受纳水体之间仍存在着较大差距，若直接将二级出水排放入受纳水体中，不但对受纳水体仍造成污染，而且消弱了水体自净能力。为了弥补城市二级出水与自然水体间的水质差距以达到对自然水体的保护效果，一般需在传统污水二级处理后增加第三级处理，即深度处理，现有的污水深度处理技术主要包括：
①以物理化学方法为主的深度净化处理，最常用的处理工艺为混凝+沉淀+过滤和连续微滤(CMF)。但在二级处理工艺后增设该工艺进行深度处理，其处理流程相对繁琐，占地面积增大，而且工艺产生的污泥多，能耗偏大。
②采用膜分离技术进行深度处理，出水水质好，但运行费用昂贵，能耗较大。
③活性炭吸附法。活性炭法占地少，便于自动控制，可再生利用，对水量、水质、水温变化适应性强。但该方法基建投资和活性炭再生成本高。
④臭氧氧化法。臭氧具有极强的氧化性，可与许多有机物或官能团发生反应，能有效地改善水质，但运行费用较高，推广尚有难度。
⑤生态塘法。生态塘是利用天然水中存在的微生物、藻类、水生动植物对污水进行好氧、厌氧生物处理的天然或人工池塘，它可以通过天然的生化自净作用，在自然条件下完成污水的生物处理。虽然生态塘占地面积大，但与传统的生物法相比，生态塘污水处理方法具有投资少、运行费用低、运行管理简单的优点。
综上可见，生态塘法更具有节能降耗、易于推广、可持续性等方面的优势。
生态塘通常被用作污水的二级处理，目前还很少应用于对污水的深度处理，传统的生态塘设计和运行参数并不适用于深度处理，并需要进一步强化对氮、磷等污染物的去除，同时应形成综合生态效益与环境美学效应。
发明内容
针对上述问题，本发明构建了一套适宜于污水深度处理的多级串联景观生态塘。系统由缺氧深塘(1)、过滤屏障(2)、景观生态塘(3)和终端净化塘(4)串联组成，通过对水体中的节能复氧、菌藻共生、水生动植物资源及食物链等机制的强化，对城市二级出水中的污染物进行深度处理，使处理后出水水质达到多目标回用的水质标准，并具有一定的景观环境价值。
二级出水首先进入缺氧深塘单元。此塘深为2～6m，塘中被导流墙分为数个廊道，污水在其间回转流动，最后一个廊道中央可设有分水导流墙以便出水均匀分布。塘中水力停留时间保持在0.5～1d，进水中悬浮物可在此沉淀积累，并通过厌氧作用自行水解消减；塘中微生物能以深塘底泥及其水解产物作为碳源反硝化去除总氮。
缺氧深塘出水均匀配水进入过滤屏障。过滤屏障是一道人工构筑的内部填充有颗粒填料的杂质截留设施，设置在垂直于缺氧深塘出水水流方向上，过滤介质可以为生物陶粒、砾石、卵石等抗压耐磨填料中的一种或多种组合；可以在滤床表面种植根系较发达的水生植物，利用植物根系强化复氧作用，使污水在填料层与水生植物的共同作用下得到净化；水流呈U形流，经导流穿孔花墙，通过填料层过滤后溢流出水。
过滤屏障出水溢流跌水进入景观生态塘，跌水差为20～50cm，以强化复氧。景观生态塘深为30～150cm。，水力停留时间为2～3d；塘内可放养各种鱼类以及其他水生动物。塘周边由浅到深分别布设挺水植物带和沉水植物带，挺水植物带种植芦苇、香蒲等，水深30～60cm，沉水植物带种植黑藻、眼子菜等，水深为60～150cm。整个塘床布置为凹凸状，其作用如下：
1、污水在这种凹凸构造中形成回转流，促进微生物对有机污染物的降解，鱼类在凹处更容易觅食，从而增加有机物被鱼类等水生动物摄食的几率。
2、通过水深来调节光照条件，因为光照和黑暗条件对菌藻系统处理废水效果有一定差异，光照利于菌藻系统对氨态氮的去除，而黑暗条件则利于有机质的降解。
3、此种布置在冬季表层水面结冰时，底层的大型藻类植物得到保温，污水可以在冰面下继续扰流流动，保证一定的污染物去除率。
考虑水质净化和景观欣赏的双重功能，景观生态塘内可布设移动式小型人工湿地或生物浮岛。水流经植物根系，通过截留、吸附、吸收、降解等以去除水中的有机污染物和氮磷等营养盐物质，形成高效水环境生态净化系统。
景观生态塘出流进入终端净化塘。此塘作为系统的最后一个单元，其主要任务和功能，是去除病原微生物和过量的藻类，起到优良消毒净化作用。塘深为0.2～0.3m，用植物带将净化塘分为数个部分，植物带后设有隔墙使其不透水，塘床沿水流方向呈阶梯分布，并在其内设有卵石，当水流通过阶梯分布的塘床时，可以形成湍流复氧；在塘中种植能够抑制藻类生长的植物如茭白等，从而起到降低出水SS的作用，以利于水的再生回用。
本发明在基本不消耗电能等能源的情况下，能经济、有效地去除二级出水中的各种主要污染物，使出水达到更高的水质标准，可供多种用途回用。同时能将污水中的有机物和营养物质通过生态系统中的迁移转化而成为有价值的动植物资源；本系统可以设计和建成风景优美和引人入胜的生态景观场所，从而充分体现其环境效益、经济效益和社会效益。
附图说明
图1为工艺流程图
图2为兼具污水脱氮除磷与再生回用功能的多级串联景观生态塘平面图
图3为兼具污水脱氮除磷与再生回用功能的多级串联景观生态塘高程图
图中标号说明：
1、缺氧深塘  2、过滤屏障  3、景观生态塘  4、终端净化塘  5、导流墙6、植物带  7、移动式小型人工湿地或生物浮岛  8、过滤层  9、导流穿孔花墙
具体实施方式
如图2所示，该污水深度处理系统包括依次串联的缺氧深塘、过滤屏障、景观生态塘和终端净化塘。
经二级处理的污水首先进入缺氧深塘，缺氧深塘水深为2.5m，用导流墙将塘区分为3个廊道，污水在廊道中回转流动，水力停留时间为1d，塘中的微生物利用深塘底泥作为碳源进行反硝化作用，污水在稳定流动时，其中的较大颗粒有机杂质沉淀下来补充反硝化碳源。
缺氧深塘的出水经溢流跌水进入过滤屏障，跌水差为20cm，过滤屏障单元用一导流穿孔花墙分为两部分，前部为集水部，污水在水头差作用下经导流穿孔花墙再呈上升流滤过填料区后溢流跌水进入景观生态塘。
进入景观生态塘的污水在凹凸塘床中流动形成回转流，增加了水流的扰动性，利于大气复氧。在塘床凹处的上水面设置生物浮岛，选择根系发达的植物作为浮岛植物。塘床种植沉水植物，如黑藻、眼子菜等。生态塘周边种植挺水植物芦苇、香蒲等。水流经植物根系，通过截留、吸附、吸收、降解等以去除水中的有机污染物和氮磷等营养盐物质，形成高效水环境生态净化技术。还可设计小亭等娱乐休息场所，提升其景观效益。污水经溢流跌水进入终端净化塘。
终端净化塘是去除病原微生物和过量的藻类的单元，净化塘被水生植物带分隔为不规则的多个部分，塘床布满不规则河卵石，向植物带有一定坡度，以保证经景观生态塘而来的污水能经过植物带并复氧。净化塘水深为20～30cm，塘中水质良好，清澈透明，可构成优美的水景景观，为此还可在其中种植观赏性水生植物，如睡莲，芙蓉等，也可放养适量的观赏性鱼类，如锦鲤，红鲤等，使其成为优美的景观湖。
本发明提出的兼具污水脱氮除磷与再生回用功能的多级串联景观生态塘，能经济、有效地对污水进行深度处理，处理后水质达到多目标回用标准，适合我国国情，具有广阔应用前景。

Claims (5)

1.兼具污水脱氮除磷与再生回用功能的多级串联景观生态塘，其特征在于：系统由缺氧深塘(1)、过滤屏障(2)、景观生态塘(3)和终端净化塘(4)串联组成，通过强化水体中的菌藻共生和节能复氧等技术，对城市二级出水中的污染物进行深度处理，使处理后出水水质达到多级再生回用水质标准并具有一定的景观价值。
2.根据权利要求1所述的缺氧深塘，其特征在于：塘深为2～6m，水力停留时间保持在0.5～1d，塘中设置导流墙(5)形成多级廊道，进水中悬浮物可在此沉淀积累，并通过厌氧作用自行水解消减；塘中微生物能以深塘底泥及其水解产物作为碳源进行反硝化作用去除总氮。
3.根据权利要求1所述的过滤屏障，其特征在于：是一道人工构筑的内部填充有颗粒填料的杂质截留过滤层(8)，设置在垂直于缺氧深塘(1)出水水流方向上，过滤介质可以为生物陶粒、砾石、卵石等抗压耐磨填料中的一种或多种组合；可在滤床表面种植根系较发达的水生植物，利用植物根系强化复氧作用，使污水在填料层与水生植物的共同作用下得到净化；水流呈U形流，经导流穿孔花墙(9)，通过填料层过滤后溢流出水。
4.根据权利要求1所述的景观生态塘，其特征在于：塘深为0.6～1.5m，水力停留时间为2～3d；塘内放养各种鱼类以及其他水生动物；塘周边由浅到深分别布设挺水和沉水植物带(6)，挺水植物带种植芦苇、香蒲等；沉水植物带种植黑藻、眼子菜等；景观生态塘床体呈凹凸起伏结构，使水体产生紊流，同时增大了水生植物种植面积；另外在凹沟上水面设置移动式小型人工湿地或生物浮岛(7)，提高塘内生态系统对污水的净化能力。
5.根据权利要求1所述的终端净化塘，其特征在于：塘深为0.2～0.3m，用植物带(6)将净化塘分为数个部分，植物带后设有隔墙使其不透水，塘床沿水流方向呈阶梯分布，并在其内设有卵石，当水流通过阶梯分布的塘床时，可以形成湍流复氧；在塘中种植能够抑制藻类生长的植物如茭白等，起到优良消毒净化作用和降低出水SS的作用，以利于出水的再生回用。
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