CN107381779A - 一种污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统，该系统利用污水生物处理尾气作为湿地处理的氧气供应源，包括六段式电刺激系统和尾气增效湿地处理系统。六段式电刺激系统包括：六段式池子、污水管、沉淀池、剩余空气收集管路、废气收集管路和电刺激组件，湿地系统包括：水泵、布水管路、剩余空气布气管路和废弃布气管路。本发明在实现污水处理废气零排放的同时，可提高村镇生活污水、城市污水厂二级出水尾水、工业园区污水处理厂尾水处理效率。通过尾气增效提升湿地含氧量，湿地面积减小50％‑60％；利用废气中H2、H2S等可提供电子的气体进行污水深度脱氮，脱氮效率提高20％；通过弱电回流刺激微生物生长部分替代外加碳源，降低40％污泥产量。

Description

一种污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统
技术领域
本发明属于环境工程学科中的水处理领域，具体涉及一种污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统。
背景技术
实现城镇生活污水资源化的有效途径是进行深度的脱氮除磷。首先，为达到脱氮除磷的目的，无论是AO、AAO，还是SBR、氧化沟、MBR、生物转盘等工艺，都包含有厌氧、缺氧过程，在此过程中或多或少会产生诸如CH4、H2、H2S、CO2等气体，其中CH4、H2S、CO2等气体均为温室气体的组成成分，加重温室效应，造成空气污染。
其次，城镇污水厂二级出水及工业废水的处理C/N普遍低于生物反硝化所需的理论值2.86，存在碳源不足的问题。为解决碳源不足的问题，传统的方法是向污水中乙酸钠、甲醇等外加碳源，不但增加了处理费用，而且污泥产量非常大，同时会有CO2气体排出，造成二次污染。
此外，普通的人工湿地由于氧气量不足，造成所需的湿地面积非常大。
因此，发明一种湿地充氧、污水处理过程废气处理、新型碳源补充技术无疑可以大大降低人工湿地所占用的土地面积，为污水处理节能降耗、减污增效、技术改进以及减少温室气体排放降低环境污染提供广阔的空间。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统。
本发明提供了一种污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统，该系统利用污水生物处理尾气作为湿地处理的氧气供应源，且用于湿地进行污水处理，该湿地具有湿地土壤层以及种植于湿地土壤层上的湿地植物，具有这样的特征，包括：六段式电刺激系统和湿地系统，六段式电刺激系统包括：六段式池子，包括依次连通的厌氧池、第一缺氧池、第一好氧池、分别与第一好氧池连通的第二缺氧池和第三缺氧池以及分别与第二缺氧池和第三缺氧池连通的第二好氧池；污水管，与第二好氧池连通；沉淀池，通过污水管与六段式池子连通；剩余空气收集管路，设于第一好氧池及第二好氧池的顶部，用于收集第一好氧池和第二好氧池的曝气设备剩余的空气；废气收集管路，设于厌氧池以及第一缺氧池、第二缺氧池和第三缺氧池的顶部，用于收集六段式池子的污水处理过程中产生的废气，以及电刺激组件，设置于厌氧池中，湿地系统包括：水泵，包括第一污水泵和第二污水泵，第一污泥泵连接在厌氧池上，第二污泥泵设于湿地土壤层下方的底部位置；布水管路，设于湿地土壤层下方；剩余空气布气管路，设于湿地植物的根系稍下；废弃布气管路，设于湿地内部的中下部且低于剩余空气布气管路，六段式池子出水经沉淀池的沉淀出水由第二污水泵经布水管路从湿地土壤层下方的底部位置向上流动，经湿地处理后排出，废气收集管路收集的废气经废气布气管路充入湿地内部，剩余空气收集管路收集的剩余空气经剩余空气布气管路充入湿地土壤层下方。
在本发明提供的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统中，还可以具有这样的特征：其中，厌氧池与第二缺氧池之间设有第一污泥泵。
在本发明提供的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统中，还可以具有这样的特征：其中，第一缺氧池与沉淀池之间设有第二污泥泵。
在本发明提供的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统中，还可以具有这样的特征：其中，厌氧池与第一缺氧池的连通处设有第一出水口，第一缺氧池与第一好氧池的连通处设有第二出水口，第一好氧池与第二缺氧池的连通处设有第三出水口，第二缺氧池与第二好氧池的连通处设有第四出水口，第一好氧池与第三缺氧池的连通处设有第五出水口，第三缺氧池与第二好氧池的连通处设有第六出水口。
在本发明提供的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统中，还可以具有这样的特征：其中，第一出水口、第二出水口、第三出水口的高度依次降低，第五出水口的高度与第三出水口的高度相同，第四出水口的高度低于第五出水口的高度，第六出水口的高度与第四出水口的高度相同。
在本发明提供的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统中，还可以具有这样的特征：其中，电刺激组件包括第一微生物燃料电池、第二微生物燃料电池和第三微生物燃料电池，第一微生物燃料电池、第二微生物燃料电池和第三微生物燃料电池的阴极均为不锈钢钢丝网，阳极为碳毡，阴极和阳极均通过钛丝引出并且外接有电阻。
在本发明提供的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统中，还可以具有这样的特征：其中，第一缺氧池中设置有第一导电铜片，第二缺氧池中设置有第二导电铜片，第三缺氧池中设置有第三导电铜片，第一微生物燃料电池通过导电铜线与第一导电铜片的两端连接，第二微生物燃料电池通过导电铜线与第二导电铜片的两端连接，第三微生物燃料电池通过导电铜线与第三导电铜片的两端连接。
在本发明提供的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统中，还可以具有这样的特征：其中，剩余空气收集管路、废气收集管路、布水管路、剩余空气布气管路和废弃布气管路均为有机玻璃材质或PVC材质的管道。
在本发明提供的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统中，还可以具有这样的特征：其中，剩余空气布气管路和废弃布气管路采用水平及竖直两种方式放置。
在本发明提供的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统中，还可以具有这样的特征：其中，湿地土壤层下方还依次设置有细砂层或粉煤灰层、大颗粒鹅卵石层。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统，因为具有的剩余空气收集管路收集六段式池子的剩余空气，将其冲入湿地系统中，提升湿地内氧气含氧量，可大大减小湿地面积。因为具有的废气收集管路收集污水处理过程中的废气并采用湿地对其进行处理，减少了温室气体的空气污染排放量，所以达到污水处理废气零排放的效果，减少污染。因为具有的微生物燃料电池产生的弱电进行回流刺激微生物生长相当于为低C/N污水提供碳源，部分取代外加碳源，所以降低了污水处理污泥产生量，达到节能降耗的目的。因为具有的湿地系统利用收集的废气中的H2、H2S等可提供电子的气体进行污水深度脱氮，所以达到了充分减污增效。
附图说明
图1是本发明的实施例中的平面布置图；
图2是本发明的实施例中的整体立体布置图；
图3是本发明的实施例中电刺激组件布置图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
图1是本发明的实施例中的平面布置图，图2是本发明的实施例中的整体立体布置图。
如图1和图2所示，本发明的一种污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统，该系统利用污水生物处理尾气作为湿地处理的氧气供应源，且用于湿地进行污水处理，该湿地具有湿地土壤层16以及种植于湿地土壤层16上的湿地植物15，包括六段式电刺激系统和湿地系统。
六段式电刺激系统包括：
六段式池子，包括依次连通的厌氧池1、第一缺氧池2、第一好氧池3、分别与第一好氧池连通的第二缺氧池4和第三缺氧池5以及分别与第二缺氧池4和第三缺氧池5连通的第二好氧池6。
厌氧池1与第二缺氧池4之间设有第一污泥泵1001。
第一缺氧池2与沉淀池7之间设有第二污泥泵1002。
厌氧池1与第一缺氧池2的连通处设有第一出水口1101，第一缺氧池2与第一好氧池3的连通处设有第二出水口1102，第一好氧池3与第二缺氧池4的连通处设有第三出水口1103，第二缺氧池4与第二好氧池6的连通处设有第四出水口1104，第一好氧池6与第三缺氧池5的连通处设有第五出水口1105，第三缺氧池5与第二好氧池6的连通处设有第六出水口1106。
第一出水口1101、第二出水口1102、第三出水口1103的高度依次降低，第五出水口1105的高度与第三出水口1103的高度相同，第四出水口1104的高度低于第五出水口1105的高度，第六出水口1106的高度与第四出水口1104的高度相同，这六个出水口的高度不同是用于防止非连续流时倒流情况的出现和部分减轻第一进水泵901的动力。
污水管1201，与第二好氧池6连通。
沉淀池7，通过污水管1201与六段式池子连通。
剩余空气收集管路1401，设于第一好氧池3及第二好氧池6的顶部，用于收集第一好氧池3和第二好氧池6的曝气设备剩余的空气。
废气收集管路1301，设于厌氧池1以及第一缺氧池2、第二缺氧池4和第三缺氧池5的顶部，用于收集六段式池子的污水处理过程中产生的废气，该废气为CH4、CO2、H2、H2S。
图3是本发明的实施例中电刺激组件布置图。
电刺激组件，设置于厌氧池1中。
电刺激组件包括第一微生物燃料电池1701、第二微生物燃料电池1702和第三微生物燃料电池1703，第一微生物燃料电池1701、第二微生物燃料电池1702和第三微生物燃料电池1703的阴极均为不锈钢钢丝网，阳极为碳毡，阴极和阳极均通过钛丝引出并且外接有电阻。
第一缺氧池2中设置有第一导电铜片1901，第二缺氧池4中设置有第二导电铜片1902，第三缺氧池5中设置有第三导电铜片1903，第一微生物燃料1701电池通过导电铜线与第一导电铜片1901的两端连接，第二微生物燃料电池1702通过导电铜线与第二导电铜片1902的两端连接，第三微生物燃料电池1703通过导电铜线与第三导电铜片1903的两端连接。
湿地系统包括：
水泵，包括第一污水泵901和第二污水泵902，第一污泥泵901连接在所述厌氧池上1，第二污泥泵902设于湿地土壤层16下方的底部位置。
布水管路1202，设于湿地土壤层16下方。
湿地土壤层16下方还依次设置有细砂层或粉煤灰层、大颗粒鹅卵石层。
剩余空气布气管路1402，设于湿地植物15的根系稍下。
废弃布气管路1302，设于湿地内部的中下部且低于剩余空气布气管路。
剩余空气收集管路1401、废气收集管路1301、布水管路1202、剩余空气布气管路1402和废弃布气管路1302均为有机玻璃材质或PVC材质的管道。
剩余空气布气管路1401和废弃布气管路1302采用水平及竖直两种方式放置。
六段式池子出水经沉淀池7的沉淀出水由第二污水泵902经布水管路1202从湿地土壤层16下方的底部位置向上流动，经湿地处理后排出，废气收集管路1301收集的废气经废气布气管路1302充入湿地内部，剩余空气收集管路1401收集的剩余空气经剩余空气布气管路1402充入湿地土壤层16下方。
实施例一：
本发明的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统用于村镇生活污水处理，村镇生活污水经过粗、细两级格栅处理之后进入集水井，经第一污水泵进入六段式电刺激处理系统，六段式电刺激处理系统处理后的污水进入湿地处理系统。村镇生活污水的进水水质CODCr、BOD5、SS、TN、NH4-N、TP平均值分别为：500mg/L、300mg/L、200mg/L、70mg/L、35mg/L、3mg/L。处理后出水水质CODCr、BOD5、SS、TN、NH4-N、TP平均值分别为15mg/L、2mg/L、5mg/L、10mg/L、4mg/L、0.08mg/L，各项水质指标的去除率均在90％左右，相关指标可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A的要求及《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T18921-2002)的水质要求；同时，湿地的占地面积比普通湿地少60％。该实例中六段式电刺激系统曝气池的曝气量为5L/min，系统总的水力停留时间为24h，湿地植物为美人蕉。
实施例二：
本发明的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统用于城市污水厂二级出水尾水处理，进水水质CODCr、BOD5、SS、NH4-N、TP平均值分别为50mg/L、20mg/L、25mg/L、10mg/L、0.5mg/L。出水水质CODCr、BOD5、SS、NH4-N、TP平均值分别为25mg/L、4mg/L、6mg/L、2mg/L、0.1mg/L，CODCr去除效率达到50％、其他指标去除率均在80％以上；相关指标可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级A的要求及《城市污水再生利用景观环境用水水质》(GB/T 18921-2002)的水质要求；同时，湿地的占地面积比普通湿地减少50％以上。该实例中六段式电刺激系统曝气池的曝气量为3L/min，系统总的水力停留时间为18h，湿地植物为菖蒲与美人蕉。
实施例三：
本发明的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统用于处理工业园区污水厂尾水处理，进水水质CODCr、TN、NH4-N、TP分别为100mg/L、7mg/L、5.5mg/L、0.8mg/L。CODCrTN、NH4-N、TP去除率均在80％以上。出水水质达到《地表水水质标准》(GB3838-2002)Ⅳ类水标准；同时，湿地的占地面积比普通湿地减少60％以上。该实例中六段式电刺激系统曝气池的曝气量为4L/min，系统总的水力停留时间为1.2d，湿地植物为菖蒲与美人蕉。
实施例的工作过程如下：
污水经污水泵901进入厌氧池1中，厌氧池处理后经出水口1101进入第一缺氧池2，缺氧处理后经出水口1102进入第一好氧池3，好氧处理后分别经第三出水口1103和第五出水口1105进入第二缺氧池4和第三缺氧池5，缺氧处理后分别经第四出水口1104、第六出水口1106进入第二好氧池6，耗氧处理后进入沉淀池7；同时，污泥经第一污泥泵1001从第二缺氧池4回流至厌氧池1、经污泥泵1002从沉淀池7回流至第一缺氧池2；厌氧池1、第一缺氧池2、第二缺氧池4、第三缺氧池5中加入约占池子体积六分之一的厌氧污泥，第一好氧池3、第二好氧池6中加约占池体六分之一的好氧污泥，并且第一好氧池3和第二好氧池6中均有曝气设备。分别在厌氧池1、第一缺氧池2、第二缺氧池4和第三缺氧池5顶部设置废气收集管路1301收集废气。在第一好氧池3和第二好氧池6顶部设置剩余空气收集管路1401收集剩余空气。
六段式池子出水经沉淀池7的沉淀出水，由水泵902经布水管路1202从湿地8的底部向上流动，经湿地8处理后排出；废气收集管路1301收集的废气经废气布气管路1302充入湿地8内部，废气布气管路1302稍低于剩余空气布气管路1402；剩余空气收集管路1401收集的剩余空气经剩余空气布气管路1402充入湿地8内部；湿地植物15为适合湿地特性的植物，如：美人蕉、菖蒲、芦竹等。
实施例的作用与效果
根据实施例一、实施例二和实施例三可知，当污水的种类不一样，六段式池子的曝气量不同，水力停留时间不同，湿地植物不同时，各项水质的去除率近均高于80％，湿地面积减小了50％-60％。
实施例一至三所涉及的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统，因为具有的剩余空气收集管路收集六段式池子的剩余空气，将其冲入湿地系统中，提升湿地内氧气含氧量，可大大减小湿地面积。因为具有的废气收集管路收集污水处理过程中的废气并采用湿地对其进行处理，减少了温室气体的空气污染排放量，所以达到污水处理废气零排放的效果，减少污染。因为具有的微生物燃料电池产生的弱电进行回流刺激微生物生长相当于为低C/N污水提供碳源，部分取代外加碳源，所以降低了污水处理污泥产生量，达到节能降耗的目的。因为具有的湿地系统利用收集的废气中的H2、H2S等可提供电子的气体进行污水深度脱氮，所以达到了充分减污增效。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统，该系统利用污水生物处理尾气作为湿地处理的氧气供应源，且具有湿地土壤层以及种植于所述湿地土壤层上的湿地植物，其特征在于，包括六段式电刺激系统和湿地系统，
其中，所述六段式电刺激系统包括：
六段式池子，包括依次连通的厌氧池、第一缺氧池、第一好氧池、分别与所述第一好氧池连通的第二缺氧池和第三缺氧池以及分别与所述第二缺氧池和所述第三缺氧池连通的第二好氧池；
污水管，与所述第二好氧池连通；
沉淀池，通过所述污水管与所述六段式池子连通；
剩余空气收集管路，设于所述第一好氧池及所述第二好氧池的顶部，用于收集所述第一好氧池和所述第二好氧池的曝气设备剩余的空气；
废气收集管路，设于所述厌氧池以及所述第一缺氧池、所述第二缺氧池和第三缺氧池的顶部，用于收集所述六段式池子的污水处理过程中产生的废气；
以及电刺激组件，设置于所述厌氧池中；
所述湿地系统包括：
水泵，包括第一污水泵和第二污水泵，所述第一污泥泵连接在所述厌氧池上，所述第二污泥泵设于所述湿地土壤层下方的底部位置；
布水管路，设于所述湿地土壤层下方；
剩余空气布气管路，设于所述湿地植物的根系稍下；
废弃布气管路，设于所述湿地内部的中下部且低于所述剩余空气布气管路，
其中，所述六段式池子出水经所述沉淀池的沉淀出水由第二污水泵经所述布水管路从所述湿地土壤层下方的底部位置向上流动，经所述湿地处理后排出，所述废气收集管路收集的废气经所述废气布气管路充入湿地内部，所述剩余空气收集管路收集的剩余空气经所述剩余空气布气管路充入所述湿地土壤层下方。
2.根据权利要求1所述的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统，其特征在于：
其中，所述厌氧池与所述第二缺氧池之间设有第一污泥泵。
3.根据权利要求1所述的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统，其特征在于：
其中，所述第一缺氧池与所述沉淀池之间设有第二污泥泵。
4.根据权利要求1所述的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统，其特征在于：
其中，所述厌氧池与所述第一缺氧池的连通处设有第一出水口，
所述第一缺氧池与所述第一好氧池的连通处设有第二出水口，
所述第一好氧池与所述第二缺氧池的连通处设有第三出水口，
所述第二缺氧池与所述第二好氧池的连通处设有第四出水口，
所述第一好氧池与所述第三缺氧池的连通处设有第五出水口，
所述第三缺氧池与所述第二好氧池的连通处设有第六出水口。
5.根据权利要求4所述的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统，其特征在于：
所述第一出水口、所述第二出水口、所述第三出水口的高度依次降低，所述第五出水口的高度与所述第三出水口的高度相同，所述第四出水口的高度低于所述第五出水口的高度，第六出水口的高度与所述第四出水口的高度相同。
6.根据权利要求1所述的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统，其特征在于：
其中，所述电刺激组件包括第一微生物燃料电池、第二微生物燃料电池和第三微生物燃料电池，
所述第一微生物燃料电池、所述第二微生物燃料电池和所述第三微生物燃料电池的阴极均为不锈钢钢丝网，阳极为碳毡，
所述阴极和所述阳极均通过钛丝引出并且外接有电阻。
7.根据权利要求6所述的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统，其特征在于：
其中，所述第一缺氧池中设置有第一导电铜片，
所述第二缺氧池中设置有第二导电铜片，
所述第三缺氧池中设置有第三导电铜片，
所述第一微生物燃料电池通过导电铜线与所述第一导电铜片的两端连接，
所述第二微生物燃料电池通过导电铜线与所述第二导电铜片的两端连接，
所述第三微生物燃料电池通过导电铜线与所述第三导电铜片的两端连接。
8.根据权利要求1所述的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统，其特征在于：
其中，所述剩余空气收集管路、所述废气收集管路、所述布水管路、所述剩余空气布气管路和所述废弃布气管路均为有机玻璃材质或PVC材质的管道。
9.根据权利要求1所述的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统，其特征在于：
其中，所述剩余空气布气管路和所述废弃布气管路采用水平及竖直两种方式放置。
10.根据权利要求1所述的污水生物电刺激处理及尾气增效湿地净化系统，其特征在于：
其中，所述湿地土壤层下方还依次设置有细砂层或粉煤灰层、大颗粒鹅卵石层。
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