CN103420540A - 一种基于稳定塘-生态廊道-人工湿地的尾水处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于稳定塘-生态廊道-人工湿地的尾水处理系统，属于污水处理技术领域。该系统包括稳定塘（曝气塘、兼性塘和好氧塘）、生态廊道（1#、2#和3#）和表面流湿地；待处理尾水依次通过曝气塘、1#生态廊道、兼性塘、2#生态廊道、表面流湿地、3#生态廊道，最后经过好氧塘出水。本发明以生物处理为主要手段，以氧化塘、沟渠湿地和人工湿地去除污染物的理论研究为基础，遵循尾水中主要污染物的转化规律，将不同类型稳定塘和人工湿地优化组合，同时利用以沟渠湿地为原型的生态廊道作为输水渠道，形成串联式的好氧与厌氧反应器，促进尾水中污染物的有效去除。

Description

一种基于稳定塘-生态廊道-人工湿地的尾水处理系统
技术领域
本发明涉及一种基于稳定塘-生态廊道-人工湿地的尾水处理系统，属于污水处理技术领域。 
背景技术
随着人口增长和社会经济的快速发展，工业废水和生活污水的排放量日益增加，为了保证经济建设与环境保护的协调发展，各地大量兴建污水处理厂，对污废水进行集中处理，处理后尾水一般直接排入水体。污水处理厂的建设和运行在一定程度上减轻了地表水的污染负荷，有效保证了地表水环境质量和功能。然而，基于污水处理厂大多执行国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中的一级B排放标准，而根据《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中水域功能和分类标准中规定，地表水中最低标准为Ⅴ类水，主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。两标准中主要指标对比见下表1，可以看出现行污水处理厂排放标准仍然劣于地表水Ⅴ类标准，说明污水处理厂尾水即使达标排放仍然会加重地表水环境的恶化。 
表1污水处理厂排放标准与地表水环境Ⅴ类水标准对比表 
Figure BDA00001686379100011
*备注：当水温>12℃时，NH3-N的控制指标为8mg/L；水温≤12℃时，NH3-N的控制指标为15mg/；按一年1/3时间水温≤12℃，NH3-N的控制指标为10mg/L。 
目前污水处理厂尾水一般直接排放，或是对污水处理厂进行提标建设使尾水排放标准达到一级A后再排入水体。根据江苏省住房和城乡建设厅编制的《江苏省太湖流域城镇污水处理厂提标建设技术导则》中的相关建设参考标准，按照处理规模划分，若将出水水质从一级B标准提升为一级A标准，提标改造用地标准为0.50~0.15m2/(m3﹒d)，工程费用投资估算指标为950~420元/(m3﹒d)。因此， 污水处理厂提标处理存在投资、运行和维护费用较高、系统运行能耗高、景观效果差等问题。一般情况下，污水处理厂的投资和运行费用高达生物-生态处理系统的2~10倍。 
现行人工湿地技术主要以单个湿地为主要处理单元，受占地面积较大、易堵塞、处理效果受季节性影响较大等因素限制，较少应用于尾水处理领域，多用于处理COD含量较高的农村生活污水，处理规模小，应用范围有限，且处理效果稳定性不高。 
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的问题与不足，本发明提供一种成本低、效果好的基于稳定塘-生态廊道-人工湿地的尾水处理系统。 
技术方案：一种基于稳定塘-生态廊道-人工湿地的尾水处理系统，主要依靠生物-生态处理方法，遵循污染物转化规律形成串联式的好氧与厌氧反应器，系统包括曝气塘、兼性塘、好氧塘、表面湿地流和若干条生态廊道；所述若干条生态廊道包括1#、2#和3#；所述曝气塘的出水口通过1#生态廊道与兼性塘的入水口连接；所述兼性塘的出水口通过2#生态廊道与表面流湿地的入水口连接；所述表面流湿地的出水口通过3#生态廊道与好氧塘的入水口连接；所述好氧塘最终出水；所述曝气塘上设有太阳能曝气设备，底部和四周铺设有防渗的土工布；所述1#、、2#和3#生态廊道底层铺设有砾石层，底部铺设有防渗的土工布；所述兼性塘底部和四周铺设有防渗的土工布。 
所述曝气塘的水深4m，水力停留时间为8-10d。 
所述生态廊道为改进型沟渠湿地，呈条带状区域，廊道宽度为8m，深度0.5m，坡度为1‰，底层铺设约120mm砾石层。 
所述砾石层中添加有沸石；生态廊道的廊道表层放置不规则的大石块。 
所述兼性塘水深4.5m，水力停留时间为8d。 
所述表面流湿地表面坡度1‰，表面流水深不超过0.4m。 
所述好氧塘，设计水深1.5m，水力停留时间为4d。 
有益效果：与现有技术相比，本发明所提供的基于稳定塘-生态廊道-人工湿地的尾水处理系统，将人工湿地系统与稳定塘优化组合，巧妙利用生态廊道串联其中，遵循尾水中主要污染物的转化规律，在一定程度上有效的改善了现行人工 湿地系统适用范围小、处理规模小、投资高、处理效果不稳定等缺点。系统主要以生物-生态处理技术，综合考虑投资、处理规模、管理及长期有效运行等诸多因素，最终形成一种可以推广应用的、处理规模较大、投资低、具有较高环境效益和生态效益的成熟稳定的尾水处理系统。具体效果如下： 
1、系统由曝气塘、生态廊道、兼性塘、表面流湿地和好氧塘组成，形成串联式的好氧与厌氧反应器（A/O），促进脱氮反应的进行。 
2、以生态廊道作为串联湿地和稳定塘的渠道，加强了系统的净化效果，增加了生态与景观效益。 
3、曝气塘中曝气设备是以太阳能为动力、以高效的水循环和原水生物膜法处理为机理对水体进行混合、复氧、和生化降解。使用太阳能作为驱动能，彻底摆脱了水处理设备对外接电能的高度依赖和高运作成本。 
4、融入稳定塘的设计，提高系统的可处理规模和抗冲击能力。稳定塘采用三塘梯级串联组合，以增加水力停留时间，增大水体流动性，增加溶解氧浓度，促进污染物的分解。 
附图说明
图1为本发明实施例的系统流程图。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。 
如图1所示，本实施例以处理洪泽天楹污水处理公司和新建污水处理厂尾水为例，阐述本发明，遵循氮转化需要连续的好氧-厌氧环境这一规律，由曝气塘、生态廊道、兼性塘和表面流湿地组成，形成串联式的好氧与厌氧反应器（A/O），促进脱氮反应的进行。同时利用曝气富氧、厌氧分解、植物吸收、土壤吸附等途径去除尾水中的有机质、含磷污染物等。 
考虑到地形、投资成本等因素，本方案分为南线和北线两个处理系统，分别处理洪泽天楹污水处理公司和新建污水处理厂尾水，工程区总长度为6500m，占地约260万m2。南线工程起始于宁连高速公路入口以北1200m处，处理洪泽天楹污水处理公司尾水，处理规模为4万m3/d，工程区长为2700m，占地108万 m2。北线工程起始于双喜河以南850m处，处理新建污水处理厂尾水，处理规模为6万m3/d，工程长为3800m，占地152万m2。 
南线工程中，现有污水处理厂尾水通过管道进入1#曝气塘曝气富氧，后由1#生态廊道输至1#兼性塘进行厌氧分解，再由2#生态廊道进入1#表面流湿地，出水由倒虹吸穿过大寨河再经泵站提升后流入2#表面流湿地。系统出水经现有的灌溉渠道穿过花河排入5#和6#表面流之间的好氧塘。 
北线工程中，新建污水处理厂尾水通过管道进入2#曝气塘，后由现有灌渠进入2#兼性塘，出水经泵站提升进入3#表面流湿地，再由灌渠连接进入4#和5#表面流湿地。出水通过倒虹吸穿过花河，后进入好氧塘，再由渠道进入6#和7#表面流湿地后流出系统，出水全部回用。 
曝气塘 
曝气塘主要用于对尾水进行调蓄、曝气和初步净化。为了增加尾水中溶解氧的含量，通过在蓄水塘中增设太阳能曝气设备对水体进行曝气富氧。太阳能曝气与一般处理方法的对比情况见表1， 
曝气塘主要由现有鱼塘改造而成，面积共计22.4万m2。其中1#曝气塘的面积为10.4万m2，水深4m，可蓄水41.6万m3，水力停留时间为10d，增设4台太阳能曝气系统。2#曝气塘的面积12万m2，设计水深4m，蓄水48万m3，水力停留时间为8d，也设置4台太阳能曝气设备。 
此外，在曝气塘两侧，种植挺水植物，如芦苇、茭白等。塘四周种植高大乔木，阻挡气味，增加景观效果。为防止污水处理厂的尾水在曝气塘贮存和净化的过程中，污染物下渗影响地下水水质，需在曝气塘底部和四周铺设防渗的土工布。 
表1太阳能曝气与一般处理方法的对比情况表 
    太阳能曝气   一般处理方法
  能耗   只利用可再生资源太阳能   消耗其它形式的能量
  处理面积   单台大型号设备可达100亩以上   受管路或效率限制，通常较小
  处理水量   5万t/d(中大型设备)   较小
  管线   无需布置   需要管路和电线
  费用   一次性投资，无运行费用   运行费用通常很高
  施工   安装简便，时间短   流程复杂，工期长
  维护   基本无需维护   专人负责维护
生态廊道 
生态廊道为一种改进型人工沟渠湿地，具备输水和净化污染物的双重功能。一方面可以作为输水渠道连接曝气塘、兼性塘和表面流湿地，另一方面利用廊内土壤吸附、植物吸收、微生物分解等作用对水体进行净化。本方案结合当地现有的水利设施，在南线工程中将现有排灌渠道改造为生态廊道，设计廊道总长为1060m，其中1#廊道长340m，2#廊道长720m。廊道宽度为8m，深度0.5m，设计坡度为1‰。底层铺设约120mm砾石层，在增加廊道抗冲刷能力的同时，淹水条件易使砾石的表面形成微生物膜，有利于对水中污染物的吸附和降解。此外，为了增强净化效果，在砾石中还添加了沸石，以增加对污染物尤其是氮的去除效果。同时在廊道表层放置不规则的大石块，形成小型的溢流坎，消能的同时可以增加曝气作用。廊道两侧种植水葱、黄花菖蒲、再力花、鸢尾等挺水植物，增加景观效果，增强净化能力。 
兼性塘 
兼性塘包括好氧层、厌氧层及兼性层，通过稀释、沉淀和絮凝、好氧与厌氧生物的代谢作用、浮游生物摄食和吞噬作用等过程对水体进行净化。在兼性塘的上层，分散性的和溶解性的有机物被好氧菌降解；在底层，进水中不溶性的沉积物质被厌氧降解。兼性塘的供氧一方面借助于水表面的复氧，另一方面主要是依靠藻的光合作用，当有充足的阳光和营养时，藻类就会大量繁殖。细菌依靠氧气生长，并降解进水中的有机物质。因为光合作用取决于日照程度，随着白天和黑夜、季节和天气条件的变化，水中溶解氧含量发生变化。白天好氧层厚，晚上好氧层薄。兼性塘的这种特殊条件对硝化和反硝化是非常有利的。 
经过蓄水塘和生态廊道的曝气富氧，水体中溶解氧的含量大幅度提高，好氧微生物迅速生长和繁殖，大量氨氮转化为硝态氮。出水进入兼性塘后，部分剩余氨氮继续在好氧层转化为硝态氮，而硝态氮则在厌氧层发生反硝化作用，转化为氮气和一氧化二氮等气体挥发进入大气，大大提高了系统的脱氮效果。 
利用现有的鱼塘，将其改造成兼性塘，面积共计17.5万m2，水深4.5m，水力停留时间为8d。其中1#兼性塘面积为7万m2，可蓄水31.5万m3；2#兼性塘面积为10.5万m2，可蓄水47.25万m3。为防止水在兼性塘贮存期间，还原性物质渗漏污染地下水，需在兼性塘底部和四周铺设防渗的土工布。 
表面流湿地 
本方案设计的表面流湿地是以农田湿地为原型，不添加填料，主要依靠土壤吸附和植物吸收对水体进行净化。在湿地四周建造围堤，湿地内部开挖弯弯曲曲的小沟渠，使水在蜿蜒流淌的过程中，充分与土壤和植物接触，增加土壤吸附和植物吸收的面积，延长水力停留时间，增强湿地的净化能力。湿地中种植芦苇、茭白、香蒲、美人蕉、鸢尾、再力花等生物量大、根系发达的挺水植物，利用植物的根区效应和吸收能力净化污染物。 
表面流湿地设计面积为83.6万m2，其中南线工程由2#生态廊道进入湿地，1#表面流湿地面积为14.8万m2，水力负荷为0.27m/d；2#表面流湿地面积为29.5万m2，水力负荷为0.14m/d。北线工程由兼性塘出水直接进入湿地，3#、4#、5#、6#和7#表面流湿地面积分别为10万m2、13万m2、8万m2、4.1万m2和4.2万m2。设计表面坡度1‰。设计表面流水深不超过0.4m。处理后的尾水回用于周边农业灌溉、河道生态环境补水、城市杂用水、林地浇灌用水等，多余部分排入淮河入海水道。 
好氧塘 
好氧塘宽350m，长600m，设计面积为210000m2，采用三塘梯级串联组合，以增加水力停留时间，增大水体流动性，增加溶解氧浓度，促进污染物的分解。设计水深为1.5m时，按10万m3/d的进水规模，水力停留时间为3.15d，BOD5表面负荷率为15.5kg/104m2·d。在稳定塘周边种植挺水植物（如芦苇、香蒲、美人蕉、茭白、再力、鸢尾等），塘内种植浮叶植物（如荷花、睡莲、菱角等）和沉水植物（苦草、伊乐藻、菹草等），同时放养鱼、虾、螺、蚌类等水生动物。 

Claims (6)

1.一种基于稳定塘-生态廊道-人工湿地的尾水处理系统，其特征在于：包括曝气塘、兼性塘、好氧塘、表面湿地流和若干条生态廊道；所述若干条生物廊道包括1#生态廊道、2#生态廊道和3#生态廊道；所述曝气塘的出水口通过1#生态廊道与兼性塘的入水口连接；所述兼性塘的出水口通过2#生态廊道与表面流湿地的入水口连接；所述表面流湿地的出水口通过3#生态廊道与好氧塘的入水口连接；所述好氧塘最终出水；所述曝气塘上设有太阳能曝气设备，底部和四周铺设有防渗的土工布；所述1#生态廊道和2#生态廊道底层铺设有砾石层，底部铺设有防渗的土工布；所述兼性塘底部和四周铺设有防渗的土工布。
2.如权利要求1所述的基于稳定塘-生态廊道-人工湿地的尾水处理系统，其特征在于：所述曝气塘的水深4-5m，水力停留时间为8-10d，设有太阳能曝气设备。
3.如权利要求1所述的基于稳定塘-生态廊道-人工湿地的尾水处理系统，其特征在于：所述生态廊道是一种改进型的沟渠湿地，为条带状区域，廊道宽度为8m，深度0.5m，坡度为1‰，底层铺设约120mm砾石层。
4.如权利要求1所述的基于稳定塘-生态廊道-人工湿地的尾水处理系统，其特征在于：所述表面流湿地表面坡度1‰，表面流水深不超过0.4m。
5.如权利要求3所述的基于稳定塘-生态廊道-人工湿地的尾水处理系统，其特征在于：所述砾石层中添加有沸石；生态廊道的廊道表层放置不规则的大石块。
6.如权利要求1所述的基于稳定塘-生态廊道-人工湿地的尾水处理系统，其特征在于：所述稳定塘的水深控制在1-1.5米，其采用三塘梯级串联组合。
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