CN102491594A - 一种多功能立体式城市污水综合处理与回用系统 - Google Patents

Abstract

一种多功能立体式城市污水综合处理与回用系统，涉及一种城市污水处理设备。提供一种集污水三级处理与景观绿化为一体，具有占地少、能耗低、处理率高、出水可回用等优点的多功能立体式城市污水综合处理与回用系统。设有二级处理设备和三级处理设备；二级处理设备设有污水提升井，集水池，调节池，酸碱投加装置、混凝反应池，混凝剂投加装置、初沉淀池，厌氧滤池、好氧滤池、鼓风机、二沉淀池、污泥浓缩池、污泥压滤机、压滤水收集槽、清水池、提升泵、除臭滤池、石英砂过滤器、保安过滤器、超滤柱、浓水暂存池和重金属回收装置；三级处理设备设有清水池提升泵、穿孔布水器、湿地种植区、过滤池和蓄水池；污水提升井外接市政污水出口。

Description

一种多功能立体式城市污水综合处理与回用系统

技术领域

本发明涉及一种城市污水处理设备，尤其是涉及一种多功能立体式城市污水综合处理与回用系统。

背景技术

传统的废水处理设施存在着占地大、造价高昂和建造周期长等缺点，远跟不上乡镇工业与城镇居民小区发展的速度。当前，各国都在寻求发展高效、多功能、节能、紧凑(节地)及易于运行管理的废水处理技术，期望污水，特别是城市污水，经过简单的格栅和初沉淀处理，再经高效生物与生态联合工艺处理后就能达到外排或回用的水质标准。这将大幅度地节省建设投资及运行成本，使废水处理设施布局紧凑，便于屏蔽，改善外观。

强化生物滤池技术是集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续二次沉淀池和污泥回流，具有容积负荷高、水力停留时间短、投资少、占地小、出水水质好、生物浓度高、管理简单等特点；缺氧/好氧(简称A/O)生物滤池工艺适合于同时去除污水中有机物和氮磷([1]郑俊，吴浩汀.曝气生物滤池工艺的理论与工程应用[M].北京：化学工业出版社-环境科学与工程出版中心，2005：59-105；[2]李金志.贝壳的综合利用[J].淮海工学院学报，2001，10：22-23)。废弃物牡蛎壳不仅具有适合生物生息的粗糙表面，有利于增殖缓慢的硝化菌附着，而且富含CaCO₃，在COD的酸化环境中能产生Ca²⁺，可与PO₄ ^3-结合形成沉淀实现化学除磷，此外还能为生物脱氮的硝化过程提供碱度，因此是生物滤池填料的最佳选择，既能节省碱度药剂成本，又能大量利用牡蛎壳，为解决海产废弃物的处理处置问题提供了新的思路([3]熊小京，叶志隆.贝壳与球形塑料填料曝气生物滤池的硝化特性比较[J].厦门大学学报2005，44(4)：538-541；[4]熊小京，申茜，王新红，等.缺氧/好氧牡蛎壳生物滤池的氮磷去除性能研究[J].环境科学与技术.2008，31(12B)：76-79)。

通过从原位污染环境中筛选具有高效降解污染物的功能基因菌源，采用高密度富集培养和基因改良等手段，制备对污染物具有特殊净化功能菌剂，在生物滤池的启动阶段和运行阶段可适当的投入这些功能净化菌剂，利于强化生物滤池的除氮和除去高浓度有机物或某些难降解有机物的生化效率([5]王建芳，赵庆良，金文彪，等.生物强化技术及其在污水生物处理中的应用[J].生物工程学报，2007.1(90：41-44))。

目前，工业废水及城市污水中重金属的处理与回收主要采用吸附、离子交换、生物吸附与沉淀、膜分离、电解以及胶束增强超滤等技术。代表性的膜分离技术是络合/超滤/解络合工艺，含重金属原水经由给水泵进入超滤膜，大分子络合物被超滤膜截留，从而达到去除重金属离子的目的。络合一超滤技术的流程第一步为大分子配体从与之间的络合反应，第二步为络合物被超滤膜截留，即“超滤过程”。有效应用膜分离技术可以实现水及废水中有价值成分的回收与再利用已成为重金属处理与回收的主流技术，具有占地面积小、效率高等特点([6]陈伟建。膜分离技术在重金属废水处理中的应用研究进展.广东化工，2009.36(4)：132-135)。

人工湿地能有效减少废水中的固体悬浮物、生化需氧量、氮、磷、有机污染物和重金属。由于其良好的处理效果、较低的建造运行成本及环境友好，可广泛应用于城市污水处理、流域农业面源污染和富营养化控制等([7]潘继征，李文朝，李海英，等.人工增氧型复合湿地污染物净化效果[J].生态与农村环境学报，2010，26(5)：482-486；[8]吴桐.居住小区污水湿地生态处理方法：中国，CN02125568.7[P].2003-1-22；[9]重庆大学.中国西部小城镇环境基础设施经济适用技术及示范(技术识别、集成与示范)[DB].1000890146.万方成果库.2010；[10]汤显强.人工潜流湿地净化富营养化水体试验研究——以津河为例[D].南开大学，2009；[11]华南农业大学.复合垂直下行流人工湿地处理污水的方法及其处理系统：中国，CN200710027955.6[P].2007-10-17)。与之相比，传统的废水三级处理或深度处理工艺大多采用混凝沉淀、过滤、消毒杀菌等，容易造成二次污染、成本高，对低浓度污染物废水难以有效处理。人工湿地技术具有生态、绿色、高效、无二次污染、成本低廉等优点。然而，常见的人工湿地多采用一年或多年生草本湿地植物处理废水，需要经常收割，不仅费工、费时且容易造成次生污染，而利用多年生木本湿地植物如红树进行废水处理，不仅能够长期有效去除废水污染物，还省去收割的投入，而且可为附近居民提供常年的绿色景观。混种红树和一年、多年生草本湿地植物可以优势互补，实现处理效率和湿地生态功能的最优化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种集污水三级处理与景观绿化为一体，具有占地少、能耗低、处理率高、出水可回用等优点的多功能立体式城市污水综合处理与回用系统。

本发明设有二级处理设备和三级处理设备；所述二级处理设备设有污水提升井，集水池，调节池，酸碱投加装置、混凝反应池，混凝剂投加装置、初沉淀池，厌氧滤池、好氧滤池、鼓风机、二沉淀池、污泥浓缩池、污泥压滤机、压滤水收集槽、清水池、提升泵、除臭滤池、石英砂过滤器、保安过滤器、超滤柱、浓水暂存池和重金属回收装置；所述三级处理设备设有清水池提升泵、穿孔布水器、湿地种植区、过滤池和蓄水池；

所述污水提升井外接市政污水出口(所述市政污水出口是采用现有物理沉淀设备处理后的污水出口，物理沉淀设备可称为一级处理设备)，市政污水经隔渣网进入污水提升井，污水提升井由污水提升泵接集水池，集水池的出口接调节池，酸碱投加装置的出口接入调节池内，调节池的出口接混凝反应池的入口，混凝剂投加装置的出口接入混凝反应池，初沉淀池的入口接混凝反应池的出口，初沉淀池的出口接砂过滤器的入口，初沉淀池的上清液经污水提升泵送入砂过滤器的入口，保安过滤器的入口接砂过滤器的出口，超滤柱的入口接保安过滤器的出口，浓水暂存池的入口接超滤柱的含重金属浓水出口，重金属回收装置的入口接浓水暂存池的出口；超滤柱的过滤清水出口经带切换阀管道接入厌氧滤池，厌氧滤池的出水口接好氧滤池的入水口，鼓风机的空气出口接入好氧滤池内，好氧滤池的溢流口接二沉淀池的入水口，调节池、混凝反应池、初沉淀池和二沉淀池的污泥出口经污泥泵接污泥浓缩池的污泥入口，污泥浓缩池的浓缩污泥出口经螺杆泵接入污泥压滤机，污泥压滤机的压滤水排出口接压滤水收集槽入口；二沉淀池的上清液出口接清水池，清水池的清水出口经提升泵接入三级处理设备的湿地种植区的穿孔布水器入口；穿孔布水器的出口经湿地种植区的土壤层接过滤池的入口，过滤池的出口接蓄水池的入水口，畜水池的出水口接入灌溉绿地的入水口，灌溉绿地的出水口接入供水设施；好氧滤池的上部经臭气收集管和抽气机接除臭滤池，除臭滤池上设有排气口，除臭滤池内填充生物填料层。

所述厌氧滤池可设2～3级；所述好氧滤池可设2～3级。

所述好氧滤池的溢流口还可经回流液循环水泵返回接入厌氧滤池。

所述蓄水池的溢流出口还可接入雨水收集管网。

所述厌氧滤池和好氧滤池内均可设填料和填料支架，所述填料可采用贝壳，贝壳装入网袋内，再铺设在填料支架上，所述填料支架可采用双层填料支架。

本发明采用厌氧与好氧生物滤池充填贝壳填料，用自制的净化功能菌剂接种启动，具有有机物氧化，硝化与反硝化，生物除磷等处理功能、重金属回收采用络合/超滤/解络合工艺、人工湿地多种植物协同脱除氮磷及重金属技术等。

本发明集污水三级处理与景观绿化为一体的立式污水综合处理与回用设施。设施采用地上地下立体结构布置，下部为污水一、二级处理设备，上部为三级处理设备；一级处理设备为传统的物理沉淀池，二级处理设备包括贝壳填料生物滤池、络合/超滤/解络合膜法重金属回收装置，三级处理设备采用潜流式复合人工湿地，可综合处理同时含有生活排水与工业废水的城市污水，具有多功能、高处理率、占地少、低能耗及出水可满足回用标准等优势。

本发明通过整合膜法/化学法组合技术处理并回收污水中的重金属，强化生物滤池法去除污水中有机质氮磷，绿色生态景观湿地法进一步将出水深度处理至满足中水回用水质指标，设计出一种集污水三级处理与景观绿化为一体的立式污水综合处理与回用设施。

附图说明

图1为本发明实施例的结构组成示意图。

图2为本发明对污水中COD的去除效果。在图2中，横坐标为时间，纵坐标为CODcr浓度(mg/L)；标记●为生活污水，○为生化池出水，△为湿地出水。

图3为本发明对污水中氨氮的去除效果。在图3中，横坐标为时间，纵坐标为NH₄-N浓度(mg/L)；标记●为生活污水，○为生化池出水，△为湿地出水。

图4为本发明对污水中总磷的去除效果。在图4中，横坐标为时间，纵坐标为总磷浓度(mg/L)；标记●为生活污水，○为生化池出水，△为湿地出水。

图5为本发明对污水中重金属的回收效果。在图5中，左纵坐标为重金属浓义(mg/L)，右纵坐标重金属回收率(％)；标记●为原水，○为出水，▲为回收率。

具体实施方式

以下实施例将结合附图给出本发明在去除污水污染物的突出效果。

如图1所示，本发明实施例设有二级处理设备和三级处理设备；所述二级处理设备设有污水提升井2，集水池4，调节池7，酸碱投加装置18、混凝反应池9，混凝剂投加装置19、初沉淀池10，厌氧滤池20、好氧滤池21、鼓风机22、二沉淀池28、污泥浓缩池29、污泥压滤机31、压滤水收集槽32、清水池34、提升泵35、除臭滤池25、石英砂过滤器13、保安过滤器14、超滤柱15、浓水暂存池16和重金属回收装置17；所述三级处理设备设有清水池提升泵35、穿孔布水器36、湿地种植区37、过滤池38和蓄水池39；

所述污水提升井2外接市政污水出口1(所述市政污水出口是采用现有物理沉淀设备处理后的污水出口，物理沉淀设备可称为一级处理设备)，市政污水经隔渣网3进入污水提升井2，污水提升井2由污水提升泵5接集水池4，集水池4的出口接调节池7，酸碱投加装置18的出口接入调节池7内，调节池7的出口接混凝反应池9的入口，混凝剂投加装置19的出口接入混凝反应池9，初沉淀池10的入口接混凝反应池9的出口，初沉淀池10的出口接砂过滤器13的入口，初沉淀池10的上清液经污水提升泵5送入砂过滤器13的入口，保安过滤器14的入口接砂过滤器13的出口，超滤柱15的入口接保安过滤器14的出口，浓水暂存池16的入口接超滤柱15的含重金属浓水出口，重金属回收装置17的入口接浓水暂存池16的出口；超滤柱15的过滤清水出口经带切换阀12管道接入厌氧滤池23，厌氧滤池20的出水口接好氧滤池21的入水口，鼓风机22的空气出口接入好氧滤池21内，好氧滤池21的溢流口接二沉淀池28的入水口，调节池7、混凝反应池9、初沉淀池10和二沉淀池28的污泥出口经污泥泵接污泥浓缩池29的污泥入口，污泥浓缩池29的浓缩污泥出口经螺杆泵30接入污泥压滤机31，污泥压滤机31的压滤水排出口33接压滤水收集槽32入口；二沉淀池28的上清液出口接清水池34，清水池34的清水出口经提升泵35接入三级处理设备的湿地种植区的穿孔布水器36入口；穿孔布水器36的出口经湿地种植区37的土壤层接过滤池38的入口，过滤池38的出口接蓄水池39的入水口，畜水池39的出水口接入灌溉绿地40的入水口，灌溉绿地40的出水口接入供水设施；好氧滤池25的上部经臭气收集管和抽气机24接除臭滤池25，除臭滤池25上设有排气口27，除臭滤池25内填充生物填料层26。

所述厌氧滤池20可设2～3级；所述好氧滤池21可设2～3级。

所述好氧滤池21的溢流口还可经回流液循环水泵23返回接入厌氧滤池20。

所述蓄水池39的溢流出口41还可接入雨水收集管网。

所述厌氧滤池20和好氧滤池21内均可设填料和填料支架，所述填料可采用贝壳，贝壳装入网袋内，再铺设在填料支架上，所述填料支架可采用双层填料支架。

实际使用时，市政污水从进水口1经隔渣网3流入污水井2，分别由污水提升泵5提升至集水池4，之后再提升至细格栅6进入调节池7，调节池中水靠酸碱投加装置18被调至重金属络合反应的适宜pH范围，之后靠重力流作用进入带有搅拌器的混凝反应池9，利用混凝剂投加装置19将配制的络合剂不断滴入混凝搅拌机8附近，在混凝反应池9进行重金属络合反应，此时污水中的胶体悬浮物与络合剂反应生成较大的絮凝体，络合反应悬浮液再继续溢流至内置斜板的初沉淀池10进行固液分离；初沉淀池10上清液由污水提升泵5顺次送入石英砂过滤器13、保安过滤器14、超滤装置15，从超滤装置排出的含重金属浓缩液被送入浓水暂存池16，再送入重金属回收装置17进行剩余重金属的回收；从超滤装置排出的脱除重金属的稀液，经带切换阀12的输送管送入厌氧滤池20、进行厌氧生物降解(有机质酸化，反硝化脱氮和除磷)，再溢流至好氧滤池21(有机质氧化，氨氮硝化)，鼓风机22将空气送入好氧滤池21，好氧滤池中的少部分液体由回流液循环泵23返送至厌氧滤池20的进口，大部分液体溢流至二沉淀池28，二沉淀池28的上清液流入清水池34，再由清水池提升泵35、经穿孔布水器36送入湿地种植区37(去除残留有机质，硝态氮和磷酸盐)；湿地中栽培了多种对氮和磷以及重金属具有较好脱除作用的红树及非红树湿地植物，湿地出水经过滤区38流入蓄水池39，蓄水池39部分出水经灌溉绿地装置40为周边的草坪提供用水，剩余部分经溢流出口41流到雨水收集管网。

初沉淀池10，厌氧与好氧生物滤池20、21，二沉淀池28，清水池35，污泥浓缩池29，上部均设有臭气收集管；风机将收集管中的气体送入除臭池25进行生物除臭，除臭池中内设生物填料层26，上设除臭池排气口27。

调节池7，混凝反应池9，初沉淀池10，二沉淀池28的底部均设有排泥管，污泥泵11定期为调节池7、混凝反应池9及二沉淀池28排泥，排出的污泥均送到污泥浓缩池29，浓缩污泥经螺杆泵30送到板框污泥压滤机31，压成滤饼后外运填埋，压滤水经压滤水收集槽32收集，经收集槽的压滤水排口溢流至污水收集管，靠重力流入集水池4。

本发明实施例的污水处理设施中各种构筑物的尺寸参见表1。污水处理负荷规模为50～100m³/d。为了最大限度节省用地，主设施构筑物的施工方案为地下2.5m和地上1.5m，重金属处理与回收设备，各种提升泵，除臭送风机和加药泵均安置在1号设备间内，占地面积约50m²左右；2号设备间为2层结构，占地面积约55m²左右；容易产生噪音的鼓风机组和污泥提升泵，回流泵组等均安置在地下层，不常使用的污泥压滤机安置在地上层。

厌氧滤池20与好氧滤池21内设双层填料支架，保证均匀的布气和防止填料层阻塞，贝壳被装入容积为4～5L的网袋内，网袋分别均匀地堆放于池内的两层支架上，每层的贝壳堆放高度约为0.5～0.7m，厌氧滤池20内的曝气头仅在消除被悬浮固体堵塞的填料层时使用。

本发明的厌氧滤池与好氧滤池的挂膜操作方法是：用自制的净化功能菌剂按0.3％的体积比浸泡贝壳层，添加适量的面粉、尿素和磷肥，闷曝2～3日后连续通入污水，之后连续每周投加3次，即可完成接种启动操作。挂膜的周期为2～4周。挂膜操作开始时，厌氧滤池与好氧滤池均为曝气操作，待生物膜成熟时，厌氧滤池切换为非曝气操作，好氧滤池至厌氧滤池的回流液循环流量设为0.25-0.5倍的进水流量。

本发明的人工湿地用地有效地使用了地上空间，包括污水设施所有的顶部；种植区采用阶梯式结构设计，利用水的重力滞留动力，逐级流向指定区域；人工湿地植物最好在春天栽培，到达稳定的污染物去除效果约需要半年以上的时间。

以下是本发明在用于处理负荷约为50m³/d实际污水的试验结果：

试验条件是：处理对象为某产业园区污水；生化池在自然温度、曝气时溶解氧为4～6mg/L、pH为7.0～7.5条件下运行；水力停留时间为12～48h；挂膜启动期间，按0.3％的体积比每周投加功能净化菌剂扩大液一次，按周一次连续投加3～4周。

从图2可以看出，进水COD主要在200～400mg/L范围变化；生物滤池与清水池出水从3月19日之后，基本稳定在50mg/L以下，平均COD去除率在80％～90％左右；自4月12日后生化池与清水池出水COD已低于20mg/L，平均COD去除率已达到90％以上；自4月19日后，湿地出水COD与清水池出水基本相同，设施出水COD指标已达到中水水质要求(50mg/L以下)。由图3可知，进水NH₄-N值在30～92mg/L的范围变化；环境温度的季节变化与进水量的变动，使生物滤池出水NH₄-N在3月19日之后才逐渐稳定在10mg/L以下，NH₄-N去除率在80％～90％之间，已显示出良好的硝化活性。4月12日之后的生物滤池出水与清水池出水NH₄-N已降至3mg/L以下，NH₄-N的去除率达到95％以上，湿地出水NH₄-N与清水池出水基本相同，已达到中水水质要求(8mg/L以下)。由图4可知，进水的总磷在1.7-6.8mg/L范围变化；生物滤池出水TP在1～5mg/L、湿地出水总磷在0.6～1.91mg/L范围变化；生化池对总磷的去除率基本维持在25％～35％之间；湿地对总磷的去除率基本维持在40％～65％之间；从5月初开始，湿地出水中的总磷已经降至1.0mg/L以下，历经5个月的运行，设施出水的TP指标已接近中水水质要求(1.0mg/L)。由图5可知，镍(Ni)、铅(Pb)、铜(Cu)、铬(Cr)4种重金属的回收率均在90％以上，重金属回收率80％以上。

Claims (8)

1.一种多功能立体式城市污水综合处理与回用系统，其特征在于设有二级处理设备和三级处理设备；所述二级处理设备设有污水提升井，集水池，调节池，酸碱投加装置、混凝反应池，混凝剂投加装置、初沉淀池，厌氧滤池、好氧滤池、鼓风机、二沉淀池、污泥浓缩池、污泥压滤机、压滤水收集槽、清水池、提升泵、除臭滤池、石英砂过滤器、保安过滤器、超滤柱、浓水暂存池和重金属回收装置；所述三级处理设备设有清水池提升泵、穿孔布水器、湿地种植区、过滤池和蓄水池；

所述污水提升井外接市政污水出口，市政污水经隔渣网进入污水提升井，污水提升井由污水提升泵接集水池，集水池的出口接调节池，酸碱投加装置的出口接入调节池内，调节池的出口接混凝反应池的入口，混凝剂投加装置的出口接入混凝反应池，初沉淀池的入口接混凝反应池的出口，初沉淀池的出口接砂过滤器的入口，初沉淀池的上清液经污水提升泵送入砂过滤器的入口，保安过滤器的入口接砂过滤器的出口，超滤柱的入口接保安过滤器的出口，浓水暂存池的入口接超滤柱的含重金属浓水出口，重金属回收装置的入口接浓水暂存池的出口；超滤柱的过滤清水出口经带切换阀管道接入厌氧滤池，厌氧滤池的出水口接好氧滤池的入水口，鼓风机的空气出口接入好氧滤池内，好氧滤池的溢流口接二沉淀池的入水口，调节池、混凝反应池、初沉淀池和二沉淀池的污泥出口经污泥泵接污泥浓缩池的污泥入口，污泥浓缩池的浓缩污泥出口经螺杆泵接入污泥压滤机，污泥压滤机的压滤水排出口接压滤水收集槽入口；二沉淀池的上清液出口接清水池，清水池的清水出口经提升泵接入三级处理设备的湿地种植区的穿孔布水器入口；穿孔布水器的出口经湿地种植区的土壤层接过滤池的入口，过滤池的出口接蓄水池的入水口，畜水池的出水口接入灌溉绿地的入水口，灌溉绿地的出水口接入供水设施；好氧滤池的上部经臭气收集管和抽气机接除臭滤池，除臭滤池上设有排气口，除臭滤池内填充生物填料层。

2.如权利要求1所述的一种多功能立体式城市污水综合处理与回用系统，其特征在于所述厌氧滤池设2～3级。

3.如权利要求1所述的一种多功能立体式城市污水综合处理与回用系统，其特征在于所述好氧滤池设2～3级。

4.如权利要求1所述的一种多功能立体式城市污水综合处理与回用系统，其特征在于所述好氧滤池的溢流口经回流液循环水泵返回接入厌氧滤池。

5.如权利要求1所述的一种多功能立体式城市污水综合处理与回用系统，其特征在于所述蓄水池的溢流出口接入雨水收集管网。

6.如权利要求1所述的一种多功能立体式城市污水综合处理与回用系统，其特征在于所述厌氧滤池和好氧滤池内均设填料和填料支架。

7.如权利要求6所述的一种多功能立体式城市污水综合处理与回用系统，其特征在于所述填料采用贝壳，贝壳装入网袋内，再铺设在填料支架上。

8.如权利要求6所述的一种多功能立体式城市污水综合处理与回用系统，其特征在于所述填料支架采用双层填料支架。

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