CN104787975A - 一种低温季节运行的复合生态水处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种低温季节运行的复合生态水处理系统。复合生态水处理系统为垂直潜流的布水方式，采用二级串联结构，每级分为三层；第1层为5~50cm的保温土层，土层上栽种越冬植物；第2层为10~30cm的蚯蚓活动区，活动区填充填料；第3层为30~80cm的微生物填料层，嗜冷微生物吸附于填料上。本发明能够显著提高低温季节系统中微生物的数量和活性，在低温季节具有稳定且良好的污水处理性能，此外还具有建造和运行成本低廉、维护和操作简便、可资源化程度高、工艺流程简单、二次污染小和景观绿化效果好等优点。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种低温季节运行的复合生态水处理系统。
背景技术
在我国，农村地区、校园、景区和高速公路休息区等分散地方的生活污水，大部分没有经过任何处理直接排放到水体环境中的，严重影响了地表水和地下水的质量，同时是造成河流和湖泊严重污染的主要来源，因此在我国收集和处理分散地区生活污水一直是一个大问题。目前，广泛使用于大、中城市的集中式污水处理工艺如活性污泥或细菌床工艺等存在投资高、能耗高、运行管理要求高以及处理效果受进水水质及水量影响的缺陷, 不适宜在分散地区推广使用。
通过对现有技术的检索,在处理分散地区生活污水时，已有蚯蚓生物滤池（ZL 201310612657.9）、亚热带地区生活污水净化人工湿地（ZL 200910044760.1）和提高人工湿地微生物活性（ZL 201010541825.6）等方面的专利。上述技术对生活污水有一定的处理效果，但也存在一些问题。如蚯蚓生物滤池只提供了蚯蚓层滤料制备方法，未设计保温土层和越冬植物，因此，低温季节污水处理效果较差；亚热带地区生活污水净化人工湿地只提供亚热带地区冬季植物筛选和配置的方法，有一定的地域局限性，不适宜大面积推广；提高人工湿地微生物活性的专利是采用水生动物和水生植物协同作用提高人工湿地微生物活性，从而提高湿地污染物去除能力，所述水生动物和水生植物均不适宜在低温季节生长，因此低温季节污水处理效果也不佳。
发明内容
本发明的目的是提供一种低温季节运行的复合生态水处理系统，解决在低温季节其它生物处理系统运行不稳定和污水处理效果较差等问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：
一种低温季节运行的复合生态水处理系统，采用垂直潜流的布水方式，由二级串联结构组成，每级分为三层；第1层为5~50cm的保温土层，土层上栽种越冬植物；第2层为10~30 cm的蚯蚓活动区，活动区填充填料；第3层为30~80 cm的微生物填料层，嗜冷微生物吸附于填料上。
所述的越冬植物为黑麦草、西伯利亚鸢尾、麦冬草、油菜、萱草、石蒜、南天竹或酸模。
所述越冬植物的种植密度为：黑麦草及麦冬草种子12~15 g/m2；萱草8~12株/ m2；油菜25~32株/m2；石蒜10~18株/m2；南天竹7~14株/m2；酸模8~16株/m2；西伯利亚鸢尾4~9株/m2。
本发明复合生态水处理系统第1层为保温土层，可根据不同地区冻土层深度调节土层厚度，北方到南方保温土层逐渐变薄。北方地区一般栽种黑麦草、西伯利亚鸢尾、麦冬草、油菜，中部地区可栽种萱草、西伯利亚鸢尾、石蒜、南天竹，南方地区可栽种酸模、西伯利亚鸢尾。
所选越冬植物，冬季能够安全越冬、具有较高的生长量、能够保证较好的人工湿地冬季污水净化效果；即使是北方冬季也有较好的净化效果。此外，所述越冬植物有一定的景观效果，可以美化环境。
第2层所述蚯蚓活动区的填料按照泥炭、木屑和麦壳1~2 : 1~2 : 1体积比混合而成。
所述蚯蚓为 “湖北环毛”蚓，“太平二号”蚯蚓或“赤子爱胜”蚓。
所述的蚯蚓置于蚯蚓活动区内，蚯蚓的投放密度为每立方分米10~20条。
第2层为蚯蚓活动区，传统的填料会造成蚯蚓的体壁组织损伤，故本申请在蚯蚓的主要活动区域内采用植物性填料，可以减轻蚯蚓表层损伤，利于蚯蚓生存。
蚯蚓的有益效果：一是促进微生物与其它土壤动物活动，二可以提高土壤的孔隙度、改善土壤的通气条件，三是对有机残落物的机械破碎与消化分解作用，最后还能提高土壤肥力。
第3层所述微生物填料层由沸石、陶粒、炉渣、赤玉土和玉米芯按1~2 ：1~2 ：1~2 ：1 ：1体积混合而成。
所述的嗜冷微生物为黄单胞杆菌、枯草芽孢杆菌、水生黄杆菌和藤黄微球菌，分别按10%~15%的接种量接种到人工模拟生活污水培养基中，在10~15℃，150~180 r/min的恒温摇床上培养 3~6天，转接驯化培养进行5次获得的。
经驯化后的黄单胞杆菌、枯草芽孢杆菌、水生黄杆菌和藤黄微球菌按1~3 : 1~2 : 1 : 1的体积比混合。
将经驯化、混合后的嗜冷微生物，以10%~15%的接种量接种在人工模拟生活污水反应池中，在10~15℃条件下曝气培养，曝气量为2~3m3/h, 培养4~6天获得混合菌液。将混合菌液和微生物填料按照 1.5 ：1 的体积比混合，搅拌均匀，然后静置固定30~40 h。嗜冷微生物吸附在沸石、陶粒、炉渣、赤玉土和玉米芯的内孔及表面上，形成一层固化微生物膜。
嗜冷微生物在低温环境下仍具有抗低温特性，能够在低温条件下生长、繁殖，并产生低温酶。微生物还具有体积小、繁殖力惊人、表面积大等特点，能不断与周围环境快速进行物质交换。而污水就具备微生物生长繁殖的条件，因而微生物能从污水中获取养分，同时降解和利用有害物质，从而使污水得到净化。采用耐冷复合菌群比单一菌种有更好的处理效果，并且抗冲击负荷的能力也增强。
形成的固化微生物膜具有以下有益效果：沸石、陶粒、炉渣、赤玉土和玉米芯具有多孔结构，在与微生物接触时，利用吸附作用和电荷效应，从而把微生物固定。它们内部有较大的孔隙度，可以容纳不断增殖的微生物，使得载体内细胞浓度增大，提高处理效率。生物膜一般呈蓬松的絮状结构，微孔较多，表面积很大，有很强的吸附作用。废水中的有机物流入时，被膜上的微生物吸附，进行生物降解，从而使废水得到净化。生物膜随着微生物群体的生长增加而逐渐增厚，到一定程度时，它会由于受到水力的冲刷而不断剥落，同时又会不断地形成新的生物膜，而达到动态平衡。此外利用复合基质材料固定化低温微生物，简单易行。
本发明提供了一种适合处理农村地区、校园、景区和高速公路休息区等地方的生活污水的复合生态水处理系统。
在复合生态系统中同时置入一定数量的嗜冷微生物、耐低温蚯蚓和越冬植物，并控制其置入的最佳密度和数量，通过三者的协同综合作用提高系统床层中的孔隙率、富氧能力、微生物密度和数量，提高微生物生存微环境质量，提高微生物的生物活性和污染物的吸附降解能力，有效的提高复合生态系统低温季节运行的效果，减少建造和运行成本，降低操作和管理难度。
综上，本发明与现有技术相比，具有如下优点：
（1）耐低温蚯蚓延长了复合生态系统中的食物链, 提高复合生态系统的渗透能力, 促进生态系统中植物的生长，使系统的结构和功能更加完善、更加稳定, 有利于高效、稳定地净化污水;
（2）复合生态系统采用的嗜冷复合菌群在低温季节具有良好的处理污水效果，并且系统抗冲击负荷的能力也增强；
（3）采用固定化微生物膜技术，可以增加微生物浓度，提高污水处理效率；
（4）越冬植物可以保证复合生态系统在低温季节具有良好的净化水质效果，还具有美化景观的效果。
本发明能够显著提高冬季系统中微生物的数量和活性，在低温季节具有稳定且良好的污水处理性能，此外还具有建造和运行成本低廉、维护和操作简便、可资源化程度高、工艺流程简单、二次污染小和景观绿化效果好等优点。
附图说明
图1为本发明低温季节运行的复合生态水处理系统的示意图。
具体实施方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：实施例1
一种低温季节运行的复合生态水处理系统，在南方地区建造运行处理生活污水，采用垂直潜流的布水方式，由二级串联结构组成，每级分为三层：
第1层为10 cm的保温土层，土层上栽种越冬植物；第2层为20 cm的蚯蚓活动区，活动区填充填料；第3层为50 cm的微生物填料层，嗜冷微生物吸附于填料上。
第一层：所述的越冬植物为西伯利亚鸢尾、酸模。
所述越冬植物的种植密度为：酸模12株/m2；西伯利亚鸢尾7株/m2。
第2层所述蚯蚓活动区的填料按照泥炭、木屑和麦壳1 : 1 : 1体积比混合而成。
所述蚯蚓为“湖北环毛”蚓，所述的蚯蚓置于蚯蚓活动区内，蚯蚓的投放密度为每立方分米15条。
第3层所述微生物填料层由沸石、陶粒、炉渣、赤玉土和玉米芯按1 ：1 ：1 ：1 ：1体积混合而成。
所述的嗜冷微生物为在15℃驯化后的黄单胞杆菌、枯草芽孢杆菌、水生黄杆菌和藤黄微球菌。
经驯化后的黄单胞杆菌、枯草芽孢杆菌、水生黄杆菌和藤黄微球菌按2 : 2 : 1 : 1的体积比混合。
将经驯化、混合后的嗜冷微生物，以10%的接种量接种在人工模拟生活污水反应池中，在15℃条件下曝气培养，曝气量为2.5m3/h, 培养5天后获得混合菌液。将混合菌液和微生物填料按照 1.5 ：1 的体积比混合，搅拌均匀，然后静置固定30 h。嗜冷微生物吸附在沸石、陶粒、炉渣、赤玉土和玉米芯的内孔及表面上，形成一层固化微生物膜。
本实施例中，进水水质如表1所示，系统处理负荷约为0.7 m3/(m2·d)，运行稳定后，最终出水水质如表2所示，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) 一级排放B标准，可见，该复合生态水处理系统对生活污水具有较好的去除效果，越冬植物和蚯蚓能良好的生长，在低温季节能运行顺利。
表1 进水水质表
处理后的出水水质如表2所示：
表2 出水水质表
出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) 一级排放B标准。
实施例2
一种低温季节运行的复合生态水处理系统，在中部地区建造运行处理生活污水，采用垂直潜流的布水方式，由二级串联结构组成，每级分为三层：
第1层为30 cm的保温土层，土层上栽种越冬植物；第2层为20 cm的蚯蚓活动区，活动区填充填料；第3层为60 cm的微生物填料层，嗜冷微生物吸附于填料上。
第一层：所述的越冬植物为萱草、西伯利亚鸢尾、石蒜、南天竹。
所述越冬植物的种植密度为：萱草10株/ m2；石蒜16株/m2；南天竹12株/m2；西伯利亚鸢尾8株/m2。
第2层所述蚯蚓活动区的填料按照泥炭、木屑和麦壳2 : 1 : 1体积比混合而成。
所述蚯蚓为“太平二号”蚯蚓，所述的蚯蚓置于蚯蚓活动区内，蚯蚓的投放密度为每立方分米18条。
第3层所述微生物填料层由沸石、陶粒、炉渣、赤玉土和玉米芯按2 ：1 ：1 ：1 ：1体积混合而成。
所述的嗜冷微生物为在10℃驯化后的黄单胞杆菌、枯草芽孢杆菌、水生黄杆菌和藤黄微球菌。
经驯化后的黄单胞杆菌、枯草芽孢杆菌、水生黄杆菌和藤黄微球菌按2:1:1:1的体积比混合。
将经驯化、混合后的嗜冷微生物，以10%的接种量接种在人工模拟生活污水反应池中，在10℃条件下曝气培养，曝气量为2.5m3/h, 培养5 天后获得混合菌液。将混合菌液和微生物填料按照 1.5 ：1 的体积比混合，搅拌均匀，然后静置固定35 h。嗜冷微生物吸附在沸石、陶粒、炉渣、赤玉土和玉米芯的内孔及表面上，形成一层固化微生物膜。
本实施例中，进水水质如表3所示，系统处理负荷约为0.6 m3/(m2·d)，运行稳定后，最终出水水质如表4所示，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) 一级排放B标准，可见，该复合生态水处理系统对生活污水具有较好的去除效果，越冬植物和蚯蚓能良好的生长，在低温季节运行顺利。
表3 进水水质表
处理后的出水水质如表4所示：
表4 出水水质表
出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) 一级排放B标准。
实施例3
一种低温季节运行的复合生态水处理系统，在北方地区建造运行处理生活污水，采用垂直潜流的布水方式，由二级串联组成，每级分为三层：
第1层为45 cm的保温土层，土层上栽种越冬植物；第2层为10 cm的蚯蚓活动区，活动区填充填料；第3层为70 cm的微生物填料层，嗜冷微生物吸附于填料上。
第一层：所述的越冬植物为黑麦草、西伯利亚鸢尾、麦冬草、油菜。
所述越冬植物的种植密度为：黑麦草及麦冬草种子14 g/m2；油菜30株/m2；西伯利亚鸢尾8株/m2。
第2层所述蚯蚓活动区的填料按照泥炭、木屑和麦壳2 : 2 : 1体积比混合而成。
所述蚯蚓为“赤子爱胜”蚓，所述的蚯蚓置于蚯蚓活动区内，蚯蚓的投放密度为每立方分米20条。
第3层所述微生物填料层由沸石、陶粒、炉渣、赤玉土和玉米芯按2 ：2 ：1 ：1 ：1体积混合而成。
所述的嗜冷微生物为在10℃驯化后的黄单胞杆菌、水生黄杆菌、枯草芽孢杆菌和藤黄微球菌。
经驯化后的黄单胞杆菌、枯草芽孢杆菌、水生黄杆菌和藤黄微球菌按1 : 1 : 1 : 1的体积比混合。
将经驯化、混合后的嗜冷微生物，以15%的接种量接种在人工模拟生活污水反应池中，在10℃条件下曝气培养，曝气量为2.5m3/h, 培养6 天后获得混合菌液。将混合菌液和微生物填料按照 1.5 ：1 的体积比混合，搅拌均匀，然后静置固定40 h。嗜冷微生物吸附在沸石、陶粒、炉渣、赤玉土和玉米芯的内孔及表面上，形成一层固化微生物膜。
本实施例中，进水水质如表5所示，系统处理负荷约为0.5 m3/(m2·d)，运行稳定后，最终出水水质如表6所示，满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) 一级排放B标准，可见，该复合生态水处理系统对生活污水具有较好的去除效果，越冬植物和蚯蚓能良好的生长，在低温季节运行顺利。
表5 进水水质表
处理后的出水水质如表6所示：
表6 出水水质表
出水水质满足《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) 一级排放B标准。
Claims (10)
1.一种低温季节运行的复合生态水处理系统，其特征在于，复合生态水处理系统为垂直潜流的布水方式，采用二级串联结构，每级分为三层；第1层为5~50 cm的保温土层，土层上栽种越冬植物；第2层为10~30 cm的蚯蚓活动区，活动区填充填料；第3层为30~80 cm的微生物填料层，嗜冷微生物吸附于填料上。
2.如权利要求1所述的低温季节运行的复合生态水处理系统，其特征在于，所述蚯蚓活动区的填料按照泥炭、木屑和麦壳1~2 : 1~2 : 1体积比混合而成。
3.如权利要求2所述的低温季节运行的复合生态水处理系统，其特征在于，所述微生物填料层由沸石、陶粒、炉渣、赤玉土和玉米芯按1~2 ：1~2 ：1~2 ：1 ：1体积混合而成。
4.如权利要求1所述的低温季节运行的复合生态水处理系统，其特征在于，所述的越冬植物为黑麦草、西伯利亚鸢尾、麦冬草、油菜、萱草、石蒜、南天竹或酸模。
5.如权利要求4所述的低温季节运行的复合生态水处理系统，其特征在于，所述越冬植物的种植密度为：黑麦草及麦冬草种子12~15 g/m2；萱草8~12株/ m2；油菜25~32株/m2；石蒜10~18株/m2；南天竹7~14株/m2；酸模8~16株/m2；西伯利亚鸢尾4~9株/m2。
6.如权利要求1所述的低温季节运行的复合生态水处理系统，其特征在于，所述的嗜冷微生物通过以下方法驯化获得：
将黄单胞杆菌、枯草芽孢杆菌、水生黄杆菌和藤黄微球菌，分别按10%~15%的接种量接种到人工模拟生活污水培养基中，在10~15℃，150~180 r/min的恒温摇床上培养 3~6天，转接驯化培养进行5次获得嗜冷微生物。
7.如权利要求6所述的低温季节运行的复合生态水处理系统，其特征在于，经驯化后的黄单胞杆菌、枯草芽孢杆菌、水生黄杆菌和藤黄微球菌按1~3 : 1~2 : 1 : 1的体积比混合。
8.如权利要求7所述的低温季节运行的复合生态水处理系统，其特征在于，将经驯化、混合后的嗜冷微生物，以10%~15% 的接种量接种在人工模拟生活污水反应池中，在10~15℃条件下曝气培养，曝气量为2~3m3/h, 培养4~6天获得混合菌液。
9.如权利要求8所述的低温季节运行的复合生态水处理系统，其特征在于，将混合菌液和微生物填料按照 1.5 ：1 的体积比混合，搅拌均匀，然后静置固定30~40 h。
10.如权利要求1所述的低温季节运行的复合生态水处理系统，其特征在于，所述蚯蚓为 “湖北环毛”蚓，“太平二号”蚯蚓或“赤子爱胜”蚓，所述的蚯蚓置于蚯蚓活动区内，蚯蚓的投放密度为每立方分米10~20条。
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