CN107352738B - 一种强化脱氮除磷的复合人工生态床污水处理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于分散式污水处理技术领域，涉及一种强化脱氮除磷的复合人工生态床污水处理系统及方法。该系统主要由厌氧系统、多介质土壤处理系统、曝气好氧生化处理系统、表流人工湿地系统四个部分组成，四大系统通过管道依次连接。污水处理过程是通过厌氧系统的发酵、缺氧及好氧系统中各类细菌及微生物的脱氮除磷以及表流湿地系统水生植物的吸收来强化脱氮除磷。该系统通过微生物降解作用、同步硝化反硝化作用、化学反应、植物吸收利用等过程，可以有效地去除水中的氮磷类污染物。

Description

一种强化脱氮除磷的复合人工生态床污水处理系统及方法
技术领域
本发明属于分散式污水处理技术领域，具体涉及一种强化脱氮除磷的复合人工生态床污水处理系统及方法。
背景技术
近几年，随着社会经济的发展，我国的水环境污染问题日益突出，不仅破坏了自然生态平衡，而且严重威胁着人类的健康和生活、生产。大量使用生活洗涤剂导致含氮、磷元素的排放污水未经处理进入水体，在流入河流湖泊的污水分类组成中，低污染负荷的污水占很大比例，如农村雨污合流排水、农田排水、农户生活污水、农家乐餐饮废水等。它们大多具有污染物含量低、可生化性强、水质水量变化大、排放分散等特征。
由于以土地为基础的污水处理系统运行成本低，在去除氮、磷方面效果显著，得到越来越广泛的应用。但是，传统的土地处理系统也存在负荷过低、易堵塞等问题，导致处理低污染水时净化效率低。若单独采用某个传统的分散式污水处理技术，如人工湿地、土壤慢速渗滤、高效藻类塘等，会面临水力负荷较低，有效使用时间短，占地面积较大，易受气候条件影响，易堵塞发臭，脱氮除磷效率不高等缺陷。因此，对农村生活污水进行管网收集，采用高效污水处理技术进行处理，并达标排放，将对农村环境的改善和污染防治起到积极作用。
复合人工生态床污水处理系统是一种基于物理吸附截留作用、化学作用、土壤微生物降解转化作用、植物根系吸收利用等原理发明的污水处理系统，在实现水质净化的同时，也实现污水的资源化利用，既可以用于处理低污染负荷生活污水，也可用于中水回用。研究发现，传统的土地处理系统往往存在易堵塞的问题，进而影响水质的净化效果，甚至使系统停止运行；此外，占地面积大和处理负荷低也是影响其应用推广的问题。而生态型复合人工生态床污水处理系统，由于其投资经济性、较好的污水净化效果及具有一定的景观价值等优势，对于疗养院、度假村、别墅区、城郊村镇、农村等地分散污水的处理与净化具有重要意义，可以实现就地收集、就地处理与就地回用。由于地下渗滤利用了自然介质的净化能力，因而具有建造和运行费用低、能耗低、污染物净化效率高、无二次污染、便于管理与维护、环境风险低等诸多特点。
发明内容
本发明涉及一种强化脱氮除磷的复合人工生态床污水处理系统及方法，具体内容如下：
一种强化脱氮除磷的复合人工生态床污水处理系统，主要可分为厌氧系统、多介质土壤处理系统、曝气好氧生化处理系统、表流人工湿地系统四个部分，各部分组成如下：
1)厌氧系统，主要由进水管1、厌氧池2、厌氧系统出水管3、厌氧系统排泥管4组成；
2)多介质土壤处理系统，主要由缺氧系统进水混合装置上级进水管5、缺氧系统进水混合装置回流进水管6、缺氧系统进水混合装置7、缺氧系统进水布水管8、鹅卵石均匀布水层9、上部多孔隔板10、多介质土壤处理系统模块化透水砖11、多介质土壤混合填料12、下部多孔隔板13、缺氧系统鹅卵石垫层14、缺氧系统出水管15组成；
3)曝气好氧生化处理系统，主要由好氧系统进水布水管16、好氧系统沸石填料17、好氧系统模块化透水砖18、无动力曝气装置19、曝气管20、曝气控制阀门21、好氧系统排气管22、好氧系统鹅卵石垫层23、好氧系统出水回流管24、出水回流泵25、好氧系统出水管26组成；
4)表流人工湿地系统，主要由表流人工湿地进水管27、防渗层28、植物床29、表流人工湿地出水口30构成。
其中，厌氧系统的厌氧池2与以模块化透水砖11搭载多介质土壤混合填料12为核心的多介质土壤处理系统、以模块化透水砖18搭载沸石填料17为核心的曝气好氧生化处理系统以及以植物床29为核心的表流人工湿地系统依次相连接。
所述厌氧池2在厌氧系统出水管3下端设置了进水污泥沉积收集井，定期从厌氧系统排泥管4收集、清理淤泥。
所述多介质土壤处理系统整体处于缺氧环境下，主要由多介质土壤处理系统模块化透水砖11搭载多介质土壤混合填料12以砖砌式的结构间隔排列而成。
所述模块化透水砖11的壁厚、高度、层数等可根据实际情况灵活调整。
所述各模块化透水砖所装载的多介质土壤混合填料12主要由土壤、粗砂、木炭、活性炭、铁粒以4:3:1:1.5:0.5的比例混合制成，多介质土壤混合填料体积与模块化透水砖容积比例为0.5-0.7:1。
所述曝气好氧生化处理系统采用模块化透水砖18搭载沸石填料17与曝气管20间隔布置。
所述曝气系统采用无动力曝气装置19，曝气管20上设有曝气控制阀门21，曝气入口的另一侧设置了好氧系统排气管22。
所述好氧系统出水的一部分经出水回流管24、出水回流泵25再次进入缺氧多介质土壤处理系统进行反硝化作用，强化脱氮效果。
所述表流人工湿地在防渗层28上直接设置湿地植物床29，植物床主要为土壤，最终处理后的污水从表流人工湿地排水口30排出。
所述污水处理系统的处理过程主要按以下步骤进行：
1)污水首先在厌氧池发酵酸化与氨化；
2)随曝气好氧生化处理系统的回流污水一起流入缺氧多介质土壤处理系统，在其中的反硝化细菌的作用下，水中的将硝酸盐、亚硝酸盐转化为氮气排入空气；
3)经脱氮的废水进入曝气好氧生化处理系统，通过沸石填料的阳离子交换、多孔介质中细菌的硝化作用以及微生物的生物化学作用将有机污染物去除；
其中，磷元素经与缺氧及好氧系统中的氢氧化铁反应生成沉淀而被去除；
4)从曝气好氧生化处理系统排出流入表流人工湿地的一部分污水在水生植物的作用下进一步脱氮除磷。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1.复合系统的各独立单元均采用模块化设计，可以有效避免传统土壤污水处理工艺与传统生物滤池的系统堵塞、填料失效、难以维修与更换等问题。
2.系统所使用的鹅卵石、沸石、土壤、木炭、木屑、铁粉等材料方便获取、价格低廉，适用于分散式污水广泛分布的社区及农村地区。
3.系统各独立单元可以根据使用现场的实际情况灵活安排顺序与位置，可以减少占地，灵活用地。
4.系统通过微生物降解作用、同步硝化反硝化作用、化学反应、植物吸收利用等过程，可有效去除水中的有机污染物、氮、磷等。
附图说明
图1为强化脱氮除磷的复合人工生态床污水处理系统。
图中：1-进水管，2-厌氧池，3-厌氧系统出水管，4-厌氧系统排泥管，5-缺氧系统进水混合装置上级进水管，6-缺氧系统进水混合装置回流进水管，7-缺氧系统进水混合装置，8-缺氧系统进水布水管，9-鹅卵石均匀布水层，10-上部多孔隔板，11-多介质土壤处理系统模块化透水砖，12-多介质土壤混合填料，13-下部多孔隔板，14-缺氧系统鹅卵石垫层，15-缺氧系统出水管，16-好氧系统进水布水管，17-好氧系统沸石填料，18-好氧系统模块化透水砖，19-无动力曝气装置，20-曝气管，21-曝气控制阀门，22-好氧系统排气管，23-好氧系统鹅卵石垫层，24-好氧系统出水回流管，25-出水回流泵，26-好氧系统出水管，27-表流人工湿地进水管，28-防渗层，29-植物床，30-表流人工湿地出水口。
具体实施方式
本发明提供了一种强化脱氮除磷的复合人工生态床污水处理系统及方法，下面结合附图和实施例对本发明予以进一步的说明。
如图1所示，一种多滤料介质相结合的臭气处理系统，整体可分为厌氧系统、多介质土壤处理系统、曝气好氧生化处理系统、表流人工湿地系统四个部分，各部分组成及连接情况如下：
1)厌氧系统的进水管1固定在厌氧池2左上方，厌氧系统出水管3固定在厌氧池2右上方，厌氧系统排泥管4固定在厌氧池2底部；
2)多介质土壤处理系统顶部为缺氧系统进水混合装置上级进水管5、缺氧系统进水混合装置回流进水管6和缺氧系统进水混合装置7，该部分通过缺氧系统进水布水管8连接到由鹅卵石均匀布水层9、上部多孔隔板10、多介质土壤处理系统模块化透水砖11、多介质土壤混合填料12、下部多孔隔板13、缺氧系统鹅卵石垫层14构成的系统主体，其中多介质土壤混合填料12搭载于多介质土壤处理系统模块化透水砖11中，系统底部右下为缺氧系统出水管15；
3)曝气好氧生化处理系统顶部为好氧系统进水布水管16，好氧系统沸石填料17、好氧系统模块化透水砖18分布于系统中间，左侧为无动力曝气装置19、曝气管20、曝气控制阀门21，右侧为好氧系统排气管22，底部为好氧系统鹅卵石垫层23，好氧系统出水回流管24、好氧系统出水管26位于系统右下侧，出水回流泵25连接好氧系统出水回流管24和缺氧系统进水混合装置回流进水管6；
4)表流人工湿地系统左上部分为表流人工湿地进水管27，防渗层28在底部，植物床29分布于湿地中、右上部分为表流人工湿地出水口30；
其中，厌氧系统的厌氧池2与以模块化透水砖11搭载多介质土壤混合填料12为核心的多介质土壤处理系统、以模块化透水砖18搭载沸石填料17为核心的曝气好氧生化处理系统以及以植物床29为核心的表流人工湿地系统依次相连接。
本系统以厌氧-缺氧-好氧组合生物处理法为基础，使污水在封闭厌氧环境下发酵酸化与氨化，提高污水可降解性，处理过程主要分为以下几个步骤：
1)厌氧池出水与曝气好氧生化处理系统的回流污水经进水混合装置后排入缺氧多介质土壤处理系统，缺氧环境下，多介质土壤中的反硝化细菌在污水随重力下渗的过程中将硝酸盐、亚硝酸盐通过生物反硝化作用转化为氮气排入空气，该过程主要起到脱氮的作用。
2)曝气好氧生化处理系统利用沸石填料的阳离子交换能力去除氨氮，并且多孔介质填料在长期运行过程中大量附着生长的硝化细菌将污水中的氨氮转化为硝酸盐、亚硝酸盐，同时在好氧环境下微生物的生物化学作用也能去除有机污染。
其中，多介质土壤中的铁粉在污水流动过程中被氧化转化为可溶性的低价铁离子及氢氧化铁，这一过程消耗污水中的溶氧，有助于独立系统保持缺氧环境。氢氧化铁通过化学反应生成含磷沉淀物，发挥除磷作用。可溶性的低价铁离子随污水进入曝气好氧系统中后被氧化为三价铁离子进一步形成氢氧化铁，在好氧区强化除磷。
3)曝气好氧生化处理系统排出的水一部分回流至缺氧多介质土壤处理系统，强化脱氮效果；另一部分排入表流人工湿地，进一步强化脱氮除磷。表流人工湿地可在植物床上种植具有去污能力的水生植物，利用植物根系作用和根系附近形成的生物膜来进一步去除污水中的氮、磷及有机污染物。
实施例1
厌氧池墙体厚0.02米，池长1.5米，池宽0.2米，池高0.23米。厌氧池进、出水管内径均为0.02米。进水污泥沉积收集井尺寸为0.2*0.05*0.03米。厌氧池进水混合装置的尺寸为0.2*0.05*0.1米。缺氧单元进水布水管内径0.01米，出水管内径为0.02米，缺氧单元鹅卵石布水层高0.03米，各模块砖内部尺寸为0.05*0.03*0.04米，模块砖壁厚0.01米。多介质土壤混合填料在模块砖内装载高度为0.02米。多介质土壤混合填料主要由土壤、粗砂、木炭、活性炭、铁粒以4:3:1:1.5:0.5的比例混合而成。模块砖共设6层。缺氧单元底部鹅卵石垫层高度0.05米。好氧单元进水布水管内径0.01米，出水回流管、出水管内径均为0.02米。好氧单元模块砖内部尺寸为0.3*0.05*0.06米，模块砖壁厚0.02米，沸石填料在模块砖内装载高度为0.03米。好氧单元底部鹅卵石垫层高度0.03米。曝气系统采用太阳能风扇，利用自然风能向系统提供曝气，曝气管、系统排气管内径0.01米。表流人工湿地进、出水管内径均为0.02米，表流人工湿地高0.08米，植物床高0.02米。表流人工湿地种植水生植物种类为狐尾藻。
复合人工生态床污水处理系统连续运行6个月。第6个月的水质监测数据(标准参考《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002))：
Figure BDA0001358492770000061
各项水质指标均达到出水一级A类标准，PH属于正常水平，整体出水水质优良。

Claims (5)

1.一种强化脱氮除磷的复合人工生态床污水处理系统，其特征在于，整体分为厌氧系统、多介质土壤处理系统、曝气好氧生化处理系统、表流人工湿地系统四个部分，各部分组成如下：
1)厌氧系统，主要由进水管(1)、厌氧池(2)、厌氧系统出水管(3)、厌氧系统排泥管(4)组成；
2)多介质土壤处理系统，主要由缺氧系统进水混合装置上级进水管(5)、缺氧系统进水混合装置回流进水管(6)、缺氧系统进水混合装置(7)、缺氧系统进水布水管(8)、鹅卵石均匀布水层(9)、上部多孔隔板(10)、多介质土壤处理系统模块化透水砖(11)、多介质土壤混合填料(12)、下部多孔隔板(13)、缺氧系统鹅卵石垫层(14)、缺氧系统出水管(15)组成；
3)曝气好氧生化处理系统，主要由好氧系统进水布水管(16)、好氧系统沸石填料(17)、好氧系统模块化透水砖(18)、无动力曝气装置(19)、曝气管(20)、曝气控制阀门(21)、好氧系统排气管(22)、好氧系统鹅卵石垫层(23)、好氧系统出水回流管(24)、出水回流泵(25)、好氧系统出水管(26)组成；
4)表流人工湿地系统，主要由表流人工湿地进水管(27)、防渗层(28)、植物床(29)、表流人工湿地出水口(30)构成；
其中，厌氧系统的厌氧池(2)与以多介质土壤处理系统模块化透水砖(11)搭载多介质土壤混合填料(12)为核心的多介质土壤处理系统、以好氧系统模块化透水砖(18)搭载好氧系统沸石填料(17)为核心的曝气好氧生化处理系统以及以植物床(29)为核心的表流人工湿地系统依次相连接；
曝气好氧生化处理系统采用模块化透水砖(18)搭载沸石填料(17)与曝气管(20)间隔布置；
好氧系统出水的一部分经出水回流管(24)、出水回流泵(25)再次进入缺氧多介质土壤处理系统进行反硝化作用，强化脱氮效果。
2.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，厌氧池(2)在厌氧系统出水管(3)下端设置了进水污泥沉积收集井，定期从厌氧系统排泥管(4)清理淤泥。
3.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，多介质土壤处理系统整体处于缺氧环境下，主要由多介质土壤处理系统模块化透水砖(11)搭载多介质土壤混合填料(12)以砖砌式的结构间隔排列而成。
4.根据权利要求3所述的污水处理系统，其特征在于，所述多介质土壤处理系统模块化透水砖(11)的壁厚、高度、层数根据实际情况灵活调整。
5.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于，表流人工湿地在防渗层(28)上直接设置湿地植物床(29)，植物床主要为土壤，最终处理后的污水从表流人工湿地出水口(30)排出。
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