CN101891348B - 缺水城市污水处理系统及污、雨水的贮存及深度处理方法 - Google Patents

Abstract

一种缺水城市污水处理系统及污、雨水的贮存及深度处理方法，属于水处理技术领域，系统由预处理站房、稳定塘、排灌站房和人工湿地构成，稳定塘分为厌氧塘、兼氧塘、一级水生植物塘、二级水生植物塘、一级水生动物塘和二级水生动物塘，人工湿地建在稳定塘周围，并且将每个稳定塘分隔开，涵管从预处理站房、稳定塘和排灌站房之间的人工湿地下面穿过，使预处理站房、各稳定塘和排灌站房依次串联。各稳定塘内分别投放生物菌群、种植水生植物或养殖水生动物，污、雨水依次进入各稳定塘进行净化处理。本发明造价和运行费用低，易于维护，可进行有效可靠的污水处理。

Description

缺水城市污水处理系统及污、雨水的贮存及深度处理方法

技术领域

本发明属于水处理技术领域，是一种污水处理系统，以及利用这种污水处理系统净化污水的方法。

背景技术

近年来，随着我国人民生活水平的提高，对水的需求量也大大增加，进而水污染也更加严重，使得更多城市面临着缺水问题也逐渐显现出来。污水是城市稳定的淡水资源，国内外污水资源化的实践表明，再生水利用是节水减污，保持健康水循环不可缺少的措施，是达标污水的主要出路之一。近几年来，稳定塘和人工湿地，慢慢的成为治理城市污水的新型工艺。稳定塘是一种利用天然净化能力的生物处理构筑物的总称。主要利用菌藻的共同作用处理废水中的有机污染物，其污水处理系统具有基建投资和运转费用低、维护和维修简单、便于操作、能有效去除污水中的有机物和病原体、无需污泥处理等优点，特别是在缺水干旱的地区，是实施污水的资源化利用的有效方法。人工湿地污水处理技术具有处理效果好、出水水质稳定、氮、磷去除能力强、运转维护管理方便、工程基建和运转费用低、对负荷变化适应能力强、适于处理间歇排放的污水等主要特点。人工湿地能够利用基质-微生物-植物这个复合生态系统的物理、化学和生物的三重协调作用，通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对废水的高效净化，同时，通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长并使其增产，实现废水的资源化与无害化。同时，人工湿地对保护野生动物和提高局部地区景观的美学价值也有益处。因此，大力开发人工湿地污水处理技术，对水环境污染的治理具有重大的意义。然而，单独利用稳定塘或人工湿地对污水进行净化，效果都不理想。

发明内容

本发明要解决的技术问题是为周边缺少受水体的缺水城市提供对污雨水的贮存和净化处理系统。

本发明同时提供了利用这种系统对污水进行处理的方法。

本发明系统由预处理站房、稳定塘、排灌站房和人工湿地构成，稳定塘分为厌氧塘、兼氧塘、一级水生植物塘、二级水生植物塘、一级水生动物塘和二级水生动物塘，人工湿地建在稳定塘周围，并且将每个稳定塘分隔开，人工湿地的宽度为3至7米，每个稳定塘的宽度为5至10米，长度为10至20米，稳定塘和人工湿地的底部覆盖有上土层、砂石层、防水层和下土层，上土层、砂石层、防水层和下土层从上到下铺设，上土层厚度150-250mm，砂石层厚度250-350mm，防水层由防水材料的防渗膜制成，厚度250-350mm，下土层厚度150-250mm，厌氧塘、兼氧塘一级水生植物塘和二级水生植物塘底部表面高度低于地面高度9至11米，一级水生动物塘底部表面高度低于地面高度7至9米，二级水生动物塘底部表面高度低于地面高度6至8米，人工湿地表面高度低于地面高度4至5米，稳定塘与人工湿地之间背水面坡度1∶0.2，迎水面坡度1∶0.1，预处理站房、稳定塘和排灌站房通过涵管连接，涵管从预处理站房、稳定塘和排灌站房之间的人工湿地下面穿过，使预处理站房、厌氧塘、兼氧塘、一级水生植物塘、二级水生植物塘、一级水生动物塘、二级水生动物塘和排灌站房依次串联，人工湿地下面铺设有给水管，给水管连接二级水生动物塘，给水管上每间隔30至50米安装有喷头，喷头在人工湿地表面上方。

相邻二级水生动物塘处有蓄水池，二级水生动物塘与蓄水池之间通过涵管连接，净化处理后的水如果不需要通过排灌站房输出，可以暂时存放在蓄水池中。

处理污水的方法是在厌氧塘中投放厌氧微生物菌群、兼氧塘中投放兼氧微生物菌群、一级水生植物塘和二级水生植物塘种植水生植物，一级水生动物塘和二级水生动物塘养殖水生动物，污水经过前期预处理通过预处理站房排入厌氧塘，再依次进入兼氧塘、一级水生植物塘、二级水生植物塘、一级水生动物塘和二级水生动物塘，每个稳定塘停留时间为7至15天，水面与地面距离差为4至5米时是标准高度，当水面低于地面超过5米，通过给水管和喷头向人工湿地供水。

本发明需要处理的废水为生活污水厂出水、处理后的工业污水及雨水，本发明具有以下几点优点：

(1)具有灵活的可调性；进水可以是城市污水处理厂的出水，也可以是未经城市污水处理厂处理的城市污水，出水都能达到相应的标准；

(2)造价和运行费用低，易于维护，可进行有效可靠的污水处理；

(3)可缓冲对水力和污染负荷的冲击；

(4)对于周围没有城市污水的受纳水体，城市污水没有去处，该系统具有存蓄城市污、雨水和经过治理的工业废水的功能；

(5)具有农田灌溉和城市生活、生产用水的水源功能；

(6)具有改善生态、保护环境的功能；

(7)具有动植物产出的污水资源化功能；

(8)具有休闲观光的旅游功能；

(9)具有科普教育的功能。

本发明以创造完整的稳定塘-人工湿地系统、从而发展地区生态旅游为暗线，利用各功能区植物群落对水中污染物进行充分的吸收、过滤、降解，从而贮存和净化水质，具有良好的生态功能。

稳定塘和人工湿地的岸边环境进行生态设计，种植湿生植物带，建立一个水与岸边的过渡区，这样可使水面与岸边呈现一种生态的交接，有利于这一区域的水土保持，有助于发挥稳定塘-人工湿地的生态调节功能，并为生物提供了栖息地，对于治理沙化的土地有着极大的意义。

附图说明

图1为污水处理系统平面图；

图2为稳定塘和人工湿地剖面图；

图3为净化处理流程图。

具体实施方式

本系统由预处理站房1、稳定塘2、排灌站房3和人工湿地4构成，稳定塘2分为厌氧塘5、兼氧塘6、一级水生植物塘7、二级水生植物塘8、一级水生动物塘9和二级水生动物塘10，人工湿地4建在稳定塘2周围，并且将每个稳定塘2分隔开，人工湿地4的宽度为5米，每个稳定塘2的宽度为8米，长度为16米，稳定塘2和人工湿地4的底部覆盖有上土层11、砂石层12、防水层13和下土层14，上土层11、砂石层12、防水层13和下土层14从上到下铺设，上土层11厚度200mm，砂石层12厚度300mm，防水层13由防渗膜制成，厚度300mm，下土层14厚度200mm，厌氧塘5、兼氧塘6、一级水生植物塘7和二级水生植物塘8底部表面高度低于地面高度10米，一级水生动物塘9底部表面高度低于地面高度8米，二级水生动物塘10底部表面高度低于地面高度7米，人工湿地4表面高度低于地面高度6.5米，稳定塘2与人工湿地4之间背水面坡度1∶0.2，迎水面坡度1∶0.1，预处理站房1、稳定塘2和排灌站房3通过涵管15连接，涵管15从预处理站房1、稳定塘2和排灌站房3之间的人工湿地14下面穿过，使预处理站房1、厌氧塘5、兼氧塘6、一级水生植物塘7、二级水生植物塘8、一级水生动物塘9、二级水生动物塘10和排灌站房3依次串联，人工湿地4下面铺设有给水管16，给水管16连接二级水生动物塘10，给水管16上每间隔30至50米安装有喷头17，喷头17在人工湿地4表面上方，相邻二级水生动物塘10处有蓄水池18，二级水生动物塘10与蓄水池18之间通过涵管15连接。

本项目的工艺流程是指城市污水处理厂排出的污水、处理后的工业污水和雨水，先流入格栅、沉砂池等进行前期预处理，在进入氧化塘和人工湿地联合系统(进水水深为4m，出水水深为1m)，其中氧化塘包括微生物塘、水生植物塘、水生动物塘等，能够使处理后的污水达到《农田灌溉水质标准》(GB5084-2005)和《渔业水质标准》(GB11607-89)，最后通过泵房进行农田灌溉或者是进入城市给水厂进行供给。

1、进水渠道

根据城区污雨水泄水区治理的需要，可将进水渠道设为明渠，来水以重力流进入格栅。

2、格栅

由于该发明进水为明渠，有一定量的悬浮物，因此工艺系统设置格栅，用以拦截水中的大块杂物等悬浮物，保证后续处理构筑物的正常运行及减轻处理负荷，为系统的长期正常运行提供保证。栅渣需定期清理，可作垃圾处理。采用钢筋混凝土结构，地下设置。

3、沉砂池

由于该发明进水为明渠，来水中会掺杂一些无机颗粒，因此工艺系统设置沉砂池。沉砂池采用平流沉砂池。它具有截留无机颗粒效果较好、工作稳定、构造简单、排沉砂较方便等优点。沉砂池的停留时间t＝30s，采用钢筋混凝土结构，地下设置。

4、稳定塘-湿地联合净化贮存构筑物

该构筑物是本发明的核心组成部分，它是集稳定塘与湿地两种处理功效于一体。稳定塘-人工湿地的岸边环境进行生态设计，种植湿生植物带，建立一个水与岸边的过渡区。这样可使水面与岸边呈现一种生态的交接，有利于这一区域的水土保持，有助于发挥稳定塘-人工湿地的生态调节功能，并为生物提供了栖息地。从稳定塘的入口处流入水生植物群落，群落内有大量的芦苇、香蒲、凤眼莲等水生植物。水流在水生植物群落内呈曲线运动，水生植物对水质中污染物进行充分的吸收、过滤、降解，净化了水质。经过氧化塘植物群落净化的水，流向湿地水面，在那里通过沙子和碎石的过滤，水生植物群落的吸收，最后流向鱼塘。至此，水经过稳定塘和人工湿地多重净化和贮存，并且流出塘外，可以进行农田灌溉和城市水源的供给。

稳定塘-人工湿地主要影响因素包括水温、停留时间和植物的生长情况。

(1)最佳水温为20-25℃，在冬季处理效果会相对减弱，可以通过适当减少人工湿地注水量、增加水的停留时间、选择冬季生长良好的草种来提高本发明污雨水的处理效果，也适当增加构筑物深度可以起到保温的效果；

(2)最佳水力停留时间为5-7天，对于COD的去除为5天最佳，对于TP去除为7天最佳；

人工湿地植物设计的原则是：以水生植物作为植物设计的重点，注重湿地植物群落生态功能完整性和景观效果的完美体现。

(1)强调湿地植物群落的合理搭配

多种湿地植物群落的合理搭配，在生态功能上能够互相补充，有利于湿地的完全或半完全的自我循环，对水系污染物的处理具有重要作用；而且在视觉效果上相互衬托，形成丰富而又错落有致的景观。具体的说湿地植物设计，从功能上考虑，主要采用发达根系植物以有利于吸收上水系污染物。从景观上考虑，有挺水、浮水和沉水植物之分。将各种的植物进行搭配设计，摇曳生姿的多层次水生植物能为湿地创造一种自然美。

(2)乡土植物为主，外来植物为辅：

湿地植物配植以乡土植物为主，控制引进管理粗放、适应性强的外地植物品种和近年来从国外进的，具有观赏性的植物品种体现植物的多样性原则。

湿地植物品种选择：

①乔灌木及地被植物品种。垂柳、水杉、连翘、迎春、紫藤、爬山虎。

②水生植物品种。荷花、菖蒲、泽芹、水葱、芦竹、芦苇。

③草坪。冷季型早熟禾、黑麦野牛草、紫苜蓿、狗尾草、剪股颖等。

人工湿地配水系统，当水位达到设计最高水位时，人工湿地配水由稳定塘内水直接供给，形成自由水面的人工湿地。当设计水位低于最低设计水位时，由泵将水提升坝顶，经过人工湿地形成人工潜流湿地系统。

由于不同地区的冬季气候不同，北方冬季比较寒冷，最冷月平均气温为-11.2℃，极端最低气温为-23.5℃。进入稳定塘内的水会随时结冰，考虑配水均匀性，在本工程中间部位设置渠道多点配水系统，并设相应的调节池和提升泵。

由于北方的冬天气温寒冷，可以将稳定塘-湿地联合系统构筑物迎水坡面设计成湿土处理系统种植芦苇，最上面层覆土厚度200mm，砾石厚度300mm，防水层厚度300mm，下层覆土厚度200mm。整个净化处理系统防水设计成最上面层覆土厚度200mm，防水层厚度300mm，下层覆土厚度200mm。

4、集水池

集水池是为提升泵房中的泵工作创造吸水条件，建在稳定塘-人工湿地处理系统的北侧。

5、提升泵房

提升泵站为潜水泵，为农田灌溉和城市循环用水提供水量。

6、循环能量

在污雨水进行处理和贮存的过程中，会需要一些能量，以便污雨水能得到更好的处理和应用。本发明中利用新型能源，例如风能、太阳能等新型能源，还可以利用污雨水在处理过程中，通过高度差产生的动能进而转化成其他形式的能量。

Claims (3)

1.一种缺水城市污水处理系统，其特征在于：它由预处理站房、稳定塘、排灌站房和人工湿地构成，稳定塘分为厌氧塘、兼氧塘、一级水生植物塘、二级水生植物塘、一级水生动物塘和二级水生动物塘，人工湿地建在稳定塘周围，并且将每个稳定塘分隔开，人工湿地的宽度为3至7米，每个稳定塘的宽度为5至10米，长度为10至20米，稳定塘和人工湿地的底部覆盖有上土层、砂石层、防水层和下土层，上土层、砂石层、防水层和下土层从上到下铺设，上土层厚度150-250mm，砂石层厚度250-350mm，防水层由防水材料的防渗膜制成，厚度250-350mm，下土层厚度150-250mm，厌氧塘、兼氧塘、一级水生植物塘和二级水生植物塘底部表面高度低于地面高度9至11米，一级水生动物塘底部表面高度低于地面高度7至9米，二级水生动物塘底部表面高度低于地面高度6至8米，人工湿地表面高度低于地面高度4至5米，稳定塘与人工湿地之间背水面坡度1∶0.2，迎水面坡度1∶0.1，预处理站房、稳定塘和排灌站房通过涵管连接，涵管从预处理站房、稳定塘和排灌站房之间的人工湿地下面穿过，使预处理站房、厌氧塘、兼氧塘、一级水生植物塘、二级水生植物塘、一级水生动物塘、二级水生动物塘和排灌站房依次串联，人工湿地下面铺设有给水管，给水管连接二级水生动物塘，给水管上每间隔30至50米安装有喷头，喷头在人工湿地表面上方。

2.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于：相邻二级水生动物塘处有蓄水池，二级水生动物塘与蓄水池之间通过涵管连接。

3.根据权利要求1所述的缺水城市污水处理系统的污、雨水的贮存及深度处理方法，其特征在于：在厌氧塘中投放厌氧微生物菌群、兼氧塘中投放兼氧微生物菌群、一级水生植物塘和二级水生植物塘种植水生植物，一级水生动物塘和二级水生动物塘养殖水生动物，污水经过前期预处理通过预处理站房排入厌氧塘，再依次进入兼氧塘、一级水生植物塘、二级水生植物塘、一级水生动物塘和二级水生动物塘，每个稳定塘停留时间为7至15天，水面与地面距离差为4至5米时是标准高度，当水面低于地面超过5米，通过给水管和喷头向人工湿地供水。 

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