CN105859041A - 一种深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统，该系统依次由配水槽、生态塘、二级人工湿地和沉水植物塘组成。系统运行时，污水处理厂尾水依次经过生态塘、潜流湿地、表流湿地和沉水植物塘，在填料‑微生物‑植物系统联合作用下进行净化处理，其出水水质好且稳定。本发明系统具有高效去除氮磷、基建费用省、无动力消耗、后续维护操作方便等优点，不仅可以起到对出水进行深度处理的目的，而且还具有美化景观的价值。

Description

一种深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统
技术领域
本发明涉及一种深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统，属于能源与环境工程技术领域。
背景技术
近年来，随着城市污废水集中处理率的不断提高及产业结构调整、工业集约化的发展，水资源短缺和水环境问题日益突出。为了遏制水环境不断恶化的趋势，国家和各级政府部门不断加大对污水处理设施的投入，截至2011年底，我国已建成投入运营的污水处理厂3153座，污水处理能力达到1.36×108m3/d，但我国的水资源匮乏和水环境污染问题依然严峻。
现阶段我国的城市污水处理厂主要以COD、BOD5、SS、氮和磷等为主要去除对象。虽然二级生物处理可削减水中的大部分污染物，但二级出水的排放量大，且氮、磷浓度较高，这对自净能力有限或已受到污染的受纳水体来说，并不能从根本上解决受纳水体的富营养化问题，只能延缓其发展趋势，同时考虑到国际公认的水体富营养化的临界值(TN 0.2mg·L-1、TP 0.2mg·L-1)，二级出水依旧是造成受纳水体富营养化的主要原因之一。另一方面，污水处理厂尾水的进一步净化，可以为城市提供更高质量的回用水，是解决城市缺水的重要途径之一，具有开源节流和环境保护的综合效益。因此为了改善受纳水体的水环境质量以及获得更高质量的回用水，二级出水还需进一步的深度处理。
目前常用的尾水深度处理方法主要有活性炭吸附法、膜分离法及高级氧化法等，虽然可以有效削减尾水中的污染物，但由于这些方法普遍存在处理费用昂贵、管理复杂、运行和维护费用高等缺点，在现有经济社会条件下，根本不可能实现广泛推广，严重制约了尾水深度处理技术的发展。因此一种利用生态塘和人工湿地一起处理生态污水的系统的开发很有必要。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是提供一种深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统，该系统具有低耗高效、运行稳定以及能够实现同步脱碳氮除磷的优点。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案为：
一种深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统，依次由配水槽、生态塘、二级人工湿地和沉水植物塘组成，所述配水槽、生态塘、二级人工湿地和沉水植物塘之间通过管道连通；
其中，所述配水槽用于收集污水处理厂尾水；
所述生态塘用于污水的酸化水解，塘体内设置有多个生态浮岛以及悬挂在生态浮岛下的弹性填料，还设置有能够使污水折流的挡板；
所述二级人工湿地包括潜流湿地和表流湿地；所述潜流湿地水平向上依次包括布水区I、布水板、处理区I、集水板和集水区I，所述潜流湿地纵向上依次包括潜流湿地植物区和潜流湿地基质层；所述表流湿地水平向上依次包括布水区II、处理区II和集水区II，所述表流湿地纵向上依次包括表流湿地植物区和表流湿地基质层；
所述沉水植物塘纵向上依次包括沉水植物区和种植土层，所述沉水植物区位于沉水植物塘的水面下方。
其中，所述生态塘内设有两块挡板，第一挡板底部与塘底相连，顶端距水面相隔一段距离，第二挡板顶部与塘顶相连，底部与塘底相隔一段距离；每个生态浮岛下悬挂有25串弹性填料，每串弹性填料含有10个填料。
其中，所述潜流湿地的长宽比为5～6∶1。
其中，所述处理区I内设有第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和第二隔板将处理区I分成三等份，在布水板到第一隔板之间种植根系泌氧能力强的水生植物，如美人蕉或芦苇，在第一隔板到集水板之间种植生长量大，氮、磷吸收作用好的水生植物，如菖蒲或芦苇。
其中，所述潜流基质层从下到上依次分为底层基质层、中层基质层和表层基质层，所述底层基质层为砾石或加气混凝土砌块，所述中层基质层为砾石或陶粒，所述表层基质层为陶粒或细砂。
其中，所述底层基质层的厚度为30cm，填料粒径为8～16mm；所述中层基质层的厚度为20cm，填料粒径为8～16mm；所述表层基质层的厚度为20cm，填料粒径为4～8mm。
其中，所述表流湿地基质层为卵石、沸石或砾石中的一种或几种按任意比例的组合，所述表流湿地基质层的厚度为60cm，填料粒径8～16mm。
其中，所述表流湿地植物区种植的植物为凤眼莲、千屈菜或鸢尾中的一种或几种组合栽种。
其中，所述沉水植物区种植的植物为苦草、金鱼藻或眼子菜中的一种或几种组合栽种。
本发明系统各生态单元具有不同的高程，逐级布置，通过土建垫高和挖埋实现污水重力自流，从而无需使用任何动力设备。配水槽将污水处理厂的尾水收集运送到生态塘，生态塘对其进行酸化水解后，污水进入二级人工湿地，经湿地填料、湿地植物的吸附与降解后去除了污水中的碳氮磷污染物，净化后的出水经过沉水植物塘改善水质后排出。
与现有技术相比，本发明系统具有的有益效果是：
首先，本发明系统采用重力自流的多级生态单元组合来深度处理污水处理厂尾水，既降低了运行能耗，又综合了各单元处理污水的优点，从而大大提高了污水的净化效率；
其次，本发明系统利用生态塘将尾水中难降解有机物转化为可生物降解的有机物，为后续人工湿地反硝化脱氮过程提供碳源；利用人工湿地通过基质吸附、微生物作用及植物吸收等物理、化学及生物作用，实现碳氮磷元素的同步去除；利用沉水植物塘对处理后的水体进行进一步修复，达到改善水质的目的；
最后，本发明系统不仅可以起到对污水处理厂尾水起到深度处理的目的，而且还具有美化景观的价值。
附图说明
图1为本发明深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统的系统原理图；
其中，进水口1；配水槽2；支撑架2-1；生态塘3；生态浮岛3-1；第一挡板3-2；立体弹性填料3-3；第二挡板3-4；潜流湿地4；布水区I4-1；布水板4-2；潜流湿地基质层4-3；第一隔板4-8；潜流湿地植物区4-5，集水区I4-6；集水板4-7；第二隔板4-4；表流湿地5；布水区II5-1；表流湿地基质层5-2；表流湿地植物区5-3；集水区II5-4；沉水植物塘6；种植土层6-1；沉水植物区6-2。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做进一步说明，但是本发明要求保护的范围并不局限于此。
如图1所示，本发明的深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统，依次由配水槽2、生态塘3、二级人工湿地和沉水植物塘6组成，二级人工湿地包括潜流湿地4和表流湿地5，配水槽2、生态塘3、潜流湿地4、表流湿地5和沉水植物塘5依次通过管道连通；
配水槽2设有进水口1，进水口1连通污水处理厂尾水的排放口；配水槽2下方还设有支撑架2-1，支撑架2-1用于架高配水槽2的高度，从而使配水槽2内的污水由于自身重力流入生态塘3中；
生态塘3通过水解酸化将有机物结构转化，将尾水中难降解的大分子有机物转化为可生物降解的小分子有机物，为后续人工湿地反硝化脱氮提供碳源；生态塘3高度为1.5m，生态塘3内设有两块挡板，第一挡板3-2底部与塘底相连，顶端距水面相距0.2m，第二挡板3-4顶部与塘顶相连，底部与塘底相距0.2m，生态塘3水面上设置有三个生态浮岛3-1，每个生态浮岛3-1下悬挂有25串弹性填料3-3，每串弹性填料3-3含有10个填料，每串弹性填料3-3的长度为1.0m；第一挡板3-2和第二挡板3-4能够使污水折流，从而增大水力停留时间；
潜流湿地4的长宽比为5～6∶1；其水平向上从左到右依次包括布水区I4-1、布水板4-2、处理区I、集水板4-7和集水区I4-6；处理区I内设有第一隔板4-8和第二隔板4-4，第一隔板4-8和第二隔板4-4将处理区I平均分成三等份，在布水板4-2到第一隔板4-8之间种植根系泌氧能力强的水生植物，如美人蕉或芦苇，在第一隔板4-8到集水板4-7之间种植生长量大，氮、磷吸收作用好的水生植物，如菖蒲或芦苇；潜流湿地纵向上从上到下依次包括潜流湿地植物区4-5和潜流湿地基质层4-3；潜流基质层4-3从下到上依次分为底层基质层、中层基质层和表层基质层，底层基质层填料为砾石或加气混凝土砌块，中层基质层填料为砾石或陶粒，表层基质层填料为陶粒或细砂，底层基质层的厚度为30cm，填料粒径为8～16mm，中层基质层的厚度为20cm，填料粒径为8～16mm，表层基质层的厚度为20cm，填料粒径为4～8mm；
表流湿地5水平向上从左到右依次包括布水区II5-1、处理区II和集水区II5-4，表流湿地纵向上从上到下依次包括表流湿地植物区5-3和表流湿地基质层5-2；表流湿地植物区5-3种植的植物为凤眼莲、千屈菜或鸢尾中的一种或几种组合栽种；表流湿地基质层5-2填料为卵石、沸石或砾石中的一种或几种按任意比例的组合，表流湿地基质层5-2的厚度为60cm，填料粒径8～16mm；
沉水植物塘6纵向上从上到下依次包括沉水植物区6-2和种植土层6-1，沉水植物区6-2位于沉水植物塘6的水面下方，沉水植物区6-2种植的植物为苦草、金鱼藻或眼子菜中的一种或几种组合栽种。
本发明系统利用生态塘将难降解的大分子有机物转化为小分子有机物，然后利用人工湿地具有的较强反硝化和硝化能力对污水进行进一步处理，最后利用沉水植物塘对水质进行改善，从而实现对污水处理厂尾水中的碳、氮、磷元素同步去除。
实施例1
某污水处理厂尾水COD浓度为25～35mg/L，TN浓度为10～15mg/L，氨氮浓度为0.5～2.5mg/L，TP浓度为0.2～0.5mg/L，采用本发明系统进行处理：
污水经由配水槽收集后进入生态塘，生态塘塘体长1.5m*宽0.7m*高1.5m，生态塘水面上设置有三个生态浮岛，每个生态浮岛下悬挂有25串立体弹性填料，每串立体弹性填料含有10个填料，每串立体弹性填料的长度为1.0m，生态塘内还设有两个挡板，两个挡板的设置能够使污水折流，增加微生物与水体的接触面积，强化有机物的分解作用；污水经过生态塘后进入潜流湿地，潜流湿地池体长3.15m*宽0.6m*高1.2m，内部基质层填料由下而上依次是厚度30cm、粒径8～16mm的砾石层，厚度20cm、粒径8～16mm的陶粒层，厚度20cm、粒径4～8的砾石层；湿地前三分之一段种植美人蕉，湿地后三分之二段种植芦苇；污水流经潜流湿地后进入表流湿地，表流湿地池体长3.15m*宽0.6m*高1.2m，内部基质层填料为由卵石、沸石或砾石组成的混合填料，厚度为60cm，填料粒径为8～16mm，湿地植物栽种凤眼莲；污水流经表流湿地后进入沉水植物塘，塘体长2.5m*宽2m*高1.2m，塘体内混合栽种苦草、眼子菜。
污水处理厂尾水尾水经过本发明系统处理后排出，处理后水体的COD、氨氮、TN、TP的去除率分别为42.8％、33.3％、36.7％及25.6％，数据显示，效果稳定而良好。
实施例2
某污水处理厂尾水COD浓度为25～35mg/L，TN浓度为10～15mg/L，氨氮浓度为0.5～2.5mg/L，TP浓度为0.2～0.5mg/L，采用本发明系统进行处理：
污水经由配水槽收集后进入生态塘，生态塘塘体长1.5m*宽0.7m*高1.5m，生态塘水面上设置有三个生态浮岛，每个生态浮岛下悬挂有25串立体弹性填料，每串立体弹性填料含有10个填料，每串立体弹性填料的长度为1.0m，生态塘内还设有两个挡板，两个挡板的设置能够使污水折流，增加微生物与水体的接触面积，强化有机物的分解作用；污水经过生态塘后进入潜流湿地，潜流湿地池体长3.15m*宽0.6m*高1.2m，内部基质层填料由下而上依次是厚度30cm、粒径8～16mm的砾石层，厚度20cm、粒径8～16mm的陶粒层，厚度20cm的细砂层；湿地前三分之一段种植芦苇，湿地后三分之二段石菖蒲与黄菖蒲混种；污水流经潜流湿地后进入表流湿地，表流湿地池体长3.15m*宽0.6m*高1.2m，内部基质层填料为由卵石、沸石或砾石组成的混合填料，厚度为60cm，填料粒径为8～16mm，湿地植物栽种千屈菜；污水流经表流湿地后进入沉水植物塘，塘体长3m*宽3m*高1.8m，塘体内栽种金鱼藻。
污水处理厂尾水尾水经过本发明系统处理后排出，处理后水体的COD、氨氮、TN、TP的去除率分别为45.6％、26.7％、33.3％及21.6％，数据显示，效果稳定而良好。
实施例3
某污水处理厂尾水COD浓度为25～35mg/L，TN浓度为10～15mg/L，氨氮浓度为0.5～2.5mg/L，TP浓度为0.2～0.5mg/L，采用本发明系统进行处理：
污水经由配水槽收集后进入生态塘，生态塘塘体长1.5m*宽0.7m*高1.5m，生态塘水面上设置有三个生态浮岛，每个生态浮岛下悬挂有25串立体弹性填料，每串立体弹性填料含有10个填料，每串立体弹性填料的长度为1.0m，生态塘内还设有两个挡板，两个挡板的设置能够使污水折流，增加微生物与水体的接触面积，强化有机物的分解作用；污水经过生态塘后进入潜流湿地，潜流湿地池体长3.15m*宽0.6m*高1.2m，内部基质层填料由下而上依次是厚度30cm的加气混凝土砌块层，厚度20cm、粒径8～16mm的砾石层，厚度20cm的细砂层；湿地前三分之一段种植美人蕉，湿地后三分之二段石菖蒲与黄菖蒲混种；污水流经潜流湿地后进入表流湿地，表流湿地池体长3.15m*宽0.6m*高1.2m，内部基质层填料为由卵石、沸石或砾石组成的混合填料，厚度为60cm，填料粒径为8～16mm，湿地植物栽种千屈菜；污水流经表流湿地后进入沉水植物塘，塘体长2.5m*宽2m*高1.2m，塘体内混合栽种苦草和眼子菜。
实施例3中经由本发明系统处理后水体的COD、氨氮、TN、TP的去除率分别为43.3％、27.2％、31.8％和20.8％，效果稳定而良好。
系统运行时，污水处理厂尾水依次经过生态塘、潜流湿地、表流湿地和沉水植物塘，在填料-微生物-植物系统联合作用下进行净化处理，其出水水质好且稳定。本发明系统具有高效去除氮磷、修建及运行费用低、运行方式灵活、无动力消耗、后续维护操作方便等优点，不仅可以有效的对出水起到深度处理的目的，而且还具有美化景观的价值。

Claims (9)

1.一种深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统，其特征在于：依次由配水槽、生态塘、二级人工湿地和沉水植物塘组成，所述配水槽、生态塘、二级人工湿地和沉水植物塘之间依次通过管道连通；
其中，所述配水槽用于收集污水处理厂尾水；
所述生态塘用于污水的酸化水解，塘体内设置有多个生态浮岛以及悬挂在生态浮岛下的弹性填料，还设置有能够使污水折流的挡板；
所述二级人工湿地包括潜流湿地和表流湿地；所述潜流湿地水平向上依次包括布水区I、布水板、处理区I、集水板和集水区I，所述潜流湿地纵向上依次包括潜流湿地植物区和潜流湿地基质层；所述表流湿地水平向上依次包括布水区II、处理区II和集水区II，所述表流湿地纵向上依次包括表流湿地植物区和表流湿地基质层；
所述沉水植物塘纵向上依次包括沉水植物区和种植土层，所述沉水植物区位于沉水植物塘的水面下方。
2.根据权利要求1所述的深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统，其特征在于：所述生态塘内设有两块挡板，第一挡板底部与塘底相连，顶端距水面相隔一段距离，第二挡板顶部与塘顶相连，底部与塘底相隔一段距离；每个生态浮岛下悬挂有25串弹性填料，每串弹性填料含有10个填料。
3.根据权利要求1所述的深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统，其特征在于：所述潜流湿地的长宽比为5～6∶1。
4.根据权利要求1所述的深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统，其特征在于：所述处理区I内设有第一隔板和第二隔板，所述第一隔板和第二隔板将处理区I分成三等份，所述布水板到第一隔板之间区域种植的植物为美人蕉或芦苇，所述第一隔板到集水板之间区域种植的植物为菖蒲或芦苇。
5.根据权利要求1所述的深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统，其特征在于：所述潜流基质层从下到上依次分为底层基质层、中层基质层和表层基质层，所述底层基质层为砾石或加气混凝土砌块，所述中层基质层为砾石或陶粒，所述表层基质层为陶粒或细砂。
6.根据权利要求5所述的深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统，其特征在于：所述底层基质层的厚度为30cm，填料粒径为8～16mm；所述中层基质层的厚度为20cm，填料粒径为8～16mm；所述表层基质层的厚度为20cm，填料粒径为4～8mm。
7.根据权利要求1所述的深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统，其特征在于：所述表流湿地基质层为卵石、沸石或砾石中的一种或几种按任意比例的组合，所述表流湿地基质层的厚度为60cm，填料粒径8～16mm。
8.根据权利要求1所述的深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统，其特征在于：所述表流湿地植物区种植的植物为凤眼莲、千屈菜或鸢尾中的一种或几种组合栽种。
9.根据权利要求1所述的深度处理污水厂二级出水的多级生态单元组合系统，其特征在于：所述沉水植物区种植的植物为苦草、金鱼藻或眼子菜中的一种或几种组合栽种。
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