CN109179894B - 集微生物-水生动物-水生植物协同深度降解废水中污染物的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种集微生物‑水生动物‑水生植物协同深度降解废水中污染物的装置和方法，包括缺氧池、好氧池、沉淀池和生态深度处理池，缺氧池和好氧池内均设置有填料层，填料层上间隔种植有水生木本植物，好氧池内设置有内回流管，内回流管伸出好氧池，沉淀池底部设置有污泥回流管，生态深度处理池中部水平设置有水下植物生长灯，生态深度处理池底面铺设有土壤层，土壤层上种植有沉水植物，池体中部布置有植物生长灯，生态深度处理池的池面设置有生态浮岛，生态浮岛设置有水生草本植物。本发明利用了微生物和植物的协同作用，在传统接触氧化法的基础上加入植物根系，扩大微生物的种类和数量，延长了食物链长度，提高了传统接触氧化法的处理效果。
Description
技术领域
本发明涉及生活污水及深度处理设备，具体涉及一种集微生物-水生动物-水生植物协同深度降解废水中污染物的装置和方法。
背景技术
废水处理排放标准从最初较低的排放标准逐渐提高到一级B、一级A标准。目前，有的地方还执行地表水准IV的排放标准，污水排放标准日趋严格。在要求达到地表准IV这种标准的前提下，污水处理厂的处理流程也是不断加长，在传统二级处理的基础上，增加三级处理。主要增加有各种滤池，如反硝化滤池、曝气生物滤池；增加各种过滤设备，如精密过滤器、纤维转盘过滤、活性砂过滤等；增加各种药剂投加，如葡萄糖、醋酸钠、PAC、PFS、生化酶等；还有的增加高级氧化处理，如臭氧氧化、Fenton氧化；更有甚者采用活性焦，活性炭、树脂等物质对废水进行吸附和置换。物理、化学、生物等各种方法均得到不同程度的应用，导致污水处理厂流程越来越长、设备越来越多、管理越来越难、投入越来越大。所有增加的这些处理过程和投入，归根到底只是为了从“一级A”或者“一级B”走到“地表准IV”这最后“一公里”的路程。众所周知，废水越往深度进行处理，其难度越大，投入越大。此外，所有增加的这些处理设施，并没有从生态的角度进行考虑，是典型环境工程思维中的一种去除污染物的理念，并且所有增设的这些设备，对改变污水处理厂的外观、面貌和工人操作环境没有任何作用。
传统活性污泥法处理生活污水已经应用了100多年，在处理达到一级B，一级A标准方面应用最为广泛、高效，成本最低，但是也不排除其存在一些缺点，如剩余污泥量大、运行不稳定、对总氮总磷去除效果不理想等。考虑到活性污泥法的各种优点，现有排放达到地表水准IV类标准其主要采用活性污泥处理方法与各种设备进行组合。
如果以生活污水处理厂排水达到地表准IV类标准为目标，目前现有技术主要有三种方式：
第一种是在污水处理厂增加后续深度处理工艺，在活性污泥法出水达到一级A标准之后，增加混凝沉淀去除总磷，增加反硝化滤池去除总氮，增加各种过滤设备去除SS，有的甚至增加活性焦吸附去除COD，这种方法的优点是高效，占地面积小。
其缺点是工艺流程长、投加药剂多导致运行成本高，消耗很大，运行管理复杂，且会产生很多的二次污染物，如除磷化学污泥、不能再生的活性焦、活性炭等。
第二种是直接采用人工湿地的方法，其优点是人工湿地可以对污水进行深度处理，出水水质好，无需投入药剂，电能消耗相对较少。
其缺点是人工湿地的负荷相对较低，如果直接用人工湿地处理生活污水，直接导致整个处理厂占地面积大，并且还会受自然条件和因素的影响，如到季节、温度的影响，在气温较高时，出水水质好，但是当气温变低，如进入冬季，人工湿地的处理能力降低，出水水质直接受到影响。
第三种是将活性污泥水处理工艺与人工湿地结合，利用高效的活性污泥在短时间去除大部分污染物质，再用人工湿地对其进行深度处理，目前这种方式实际运用较多，其优点是能减少占地面积、药剂投入、能耗较低，但是一旦采用人工湿地，同样会受到季节、地域、气温的影响，如在我国北方地区就不适合采用人工湿地对污水进行深度处理。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种集微生物-水生动物-水生植物协同深度降解废水中污染物的装置和方法，利用该装置进行污水深度处理不仅高效，而且不受季节和气温的影响，在我国大部分地区都能采用，本发明不仅无需投入药剂、能耗低、二次污染物少，是一种生态的处理方式，且经过生态的处理方式后，出水水质好，可以达到地表准IV，地表IV，甚至地表III类水的水质，可直接进行回用和生态补水。此外，本发明还能改变污水处理厂的面貌和外观，改善工人的作业环境，可使污水处理厂变美观，成为一道绿色的风景。
为实现上述目的，本发明所设计一种集微生物-水生动物-水生植物协同深度降解废水中污染物的装置，它依次包括缺氧池、好氧池、沉淀池和生态深度处理池，所述缺氧池和好氧池内均设置有填料层，所述填料层上间隔种植有水生木本植物，所述好氧池内的填料层下方设置有曝气器，所述曝气器连接有好氧池外的风机，所述好氧池内设置有内回流管，所述内回流管伸出好氧池，且另一端插入缺氧池底部，所述沉淀池底部设置有污泥回流管，所述污泥回流管另一端与缺氧池底部连接，所述生态深度处理池中部水平设置有水下植物生长灯，所述生态深度处理池底面铺设有土壤层，所述土壤层上种植有沉水植物，所述生态深度处理池的池面设置有生态浮岛，所述生态浮岛设置有水生草本植物种植有挺水植物或浮水植物，所述生态深度处理池外连接有二氧化碳自动投加及检测系统。
进一步地，所述缺氧池和好氧池的池顶设置有用于水生木本植物的植物支架上，所述水生木本植物为根系发达的多年生矮小的乔木或者灌木。植物根系的向水性使根系向下生长，利用比表面积大的特点，亦可有大量微生物在其根部挂膜生长，且由于植物根系自身产生的特殊微生物，扩大了传统接触氧化处理方法的微生物种类和延长了食物链的长度，去除效果好，剩余污泥量少。
再进一步地，所述缺氧池、好氧池和生态深度处理池上均设置有阳光棚。在白天阳光充足时，可以透过阳光棚，植物充分吸收光源进行光合作用。生态深度处理池设置二氧化碳的投加系统，强化生态浮岛上水生植物的光合作用，强化处理效果。
再进一步地，所述填料层为组合填料或、辫带式填料或者其他纤维类填料，所述填料层的填料上附着由微生物组成的生物膜。填料最低端距离池底距离根据池体总高而定，填料的大小根据池体大小决定。当缺氧池总高为2-3米时，填料底部距离池底为0.3-0.8m的距离，填料层总高1-2m，当池总高3-5米时，填料底部距池底0.8-1.2m，填料总高为2-3米。
再进一步地，所述生态浮岛的面积为生态深度处理池池面的40-60％；所述水生草本植物选自根系发达的菖蒲、美人蕉和水芹菜等挺水和沉水植物。水生草本植物的根系漂浮在水中且向下生长，对水中的污染物质进行吸收。通过池底、池面的大量动植物立体交叉对污水进行深度的吸收和处理。
再进一步地，所述土壤层的厚度为20～40cm，所述沉水植物选自金鱼藻、苦草、狐尾藻和菹草；该沉水植物的叶、茎漂浮在水中吸收污染物质，对废水进行深度处理。在池底以上2m处设置水下植物生长灯。在阴天或者水的透光性不好时开启水下植物生长灯，满足沉水植物生长所需的光源，强化沉水植物的吸收效果。
再进一步地，所述生态深度处理池内放置有水生动物。所述水生动物为鱼类、蚌类、虾类等动物，放置数量根据沉水植物的生长情况而定，在生态深度处理池中构建健康完整的水生生态系统，通过水生动物的投放数量对沉水植物其进行生物操控，达到平衡。
再进一步地，所述污泥回流管上设置有污泥泵，经过缺氧和好氧处理之后的泥水混合物在沉淀池中进行分离，经过重力沉淀，底部污泥经过污泥回流泵回流到缺氧池，上清液自流进入下一处理单元，此时出水各项指标接近一级A标准。
再进一步地，所述内回流管上设置有内回流泵，经过预处理的废水经提升泵进入缺氧池底部，同时回流污泥管也插入到缺氧池底部，进水与回流水在缺氧池底部混合。
本发明还提供了一种基于上述装置进行污水处理的方法，包括以下步骤：
1)废水经过预处理后，经提升泵进入缺氧池底部，开启内回流泵，与内回流的废水混合后上向流，利用填料层上和水生木本植物的微生物进行水解和反硝化，废水从缺氧池自流进入好氧池；
2)开启风机，利用水生木本植物的根系微生物和填料层的填料上附着的微生物降解废水中有机物，并将氨氮氧化。
3)废水自流进入沉淀池，利用重力实现泥水分离，清水从上部自流进入生态深度处理池，污泥从沉淀池底部，通过污泥回流管在进入缺氧池，此时，清水达到一级A或接近一级A指标；
4)清水进入生态深度处理池之后，通过沉水植物的叶、茎，水生草本植物的根系对有机物、总氮、总磷等物质进行吸收和降解，完成深度处理过程。
根据季节、时间等，定期对沉水植物进行收割，对浮岛上的水生植物收割和再种植，以维持系统的稳定性。
本发明的有益效果：
(1)在前期处理阶段，本发明充分利用了微生物和植物的协同作用，在传统接触氧化法的基础上加入植物根系，扩大微生物的种类和数量，延长了食物链长度，提高了传统接触氧化法的处理效果，并且能进一步降低污泥产量。
(2)本发明采用生态的深度处理方式对污水进行深度处理，污水处理厂无需新增各种设备、投加各种药剂，能采用成本较低的生态方式将污水进行深度处理，出水可以达到地表IV甚至III类标准，而且没有二次污染物产生。
(3)本发明改变了污水处理厂或者污水处理站的外貌，使污水处理厂绿化程度更高，更加美观，操作环境更加生态健康。
附图说明
图1为集微生物-水生动物-水生植物协同深度降解废水中污染物的装置的结构示意图；
图中，缺氧池1、好氧池2、曝气器2.1、沉淀池3、生态深度处理池4、水下植物生长灯4.1、土壤层4.2、沉水植物4.3、生态浮岛4.4、填料层5、水生木本植物6、风机7、内回流管8、内回流泵8.1、污泥回流管9、污泥泵9.1、水生草本植物10、二氧化碳自动投加及检测系统11、植物支架12、阳光棚13。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细描述，以便本领域技术人员理解。
如图1所示的集微生物-水生动物-水生植物协同深度降解废水中污染物的装置，它依次包括缺氧池1、好氧池2、沉淀池3和生态深度处理池4，缺氧池1、好氧池2和生态深度处理池4上均设置有阳光棚13；
缺氧池1和好氧池2内均设置有填料层5，填料层5为组合填料或、辫带式填料或者其他纤维类填料，填料层5的填料上附着由微生物组成的生物膜。填料最低端距离池底距离根据池体总高而定，填料的大小根据池体大小决定。当缺氧池1总高为2-3米时，填料底部距离池底为0.3-0.8m的距离，填料层总高1-2m，当池总高3-5米时，填料底部距池底0.8-1.2m，填料总高为2-3米；填料层5上间隔种植有水生木本植物6，缺氧池1和好氧池2的池顶设置有用于水生木本植物6的植物支架12上，水生木本植物6为根系发达的多年生矮小的乔木或者灌木；
好氧池2内的填料层5下方设置有曝气器2.1，曝气器2.1连接有好氧池2外的风机7，好氧池2内设置有内回流管8，内回流管8伸出好氧池2，且另一端插入缺氧池1底部，内回流管8上设置有内回流泵8.1，沉淀池3底部设置有污泥回流管9，污泥回流管9上设置有污泥泵9.1；
污泥回流管9另一端与缺氧池1底部连接，生态深度处理池4中部水平设置有水下植物生长灯4.1，生态深度处理池4底面铺设有厚度为20～40cm的土壤层4.2，土壤层4.2上种植有沉水植物4.3，沉水植物4.3选自金鱼藻、苦草、狐尾藻和菹草；生态深度处理池4的池面设置有生态浮岛4.4，生态浮岛4.4设置有水生草本植物10，生态浮岛4.4的面积为生态深度处理池4池面的40-60％；水生草本植物10选自根系发达的菖蒲、美人蕉和水芹菜等挺水和沉水植物。生态深度处理池4内放置有水生动物。水生动物为鱼类、蚌类、虾类等动物，放置数量根据沉水植物的生长情况而定，生态深度处理池4外连接有二氧化碳自动投加及检测系统11。
基于上述装置进行污水处理的方法，包括以下步骤：
1)废水经过预处理后，经提升泵进入缺氧池1底部，开启内回流泵8.1，与内回流的废水混合后上向流，利用填料层5上和水生木本植物6的微生物进行水解和反硝化，废水从缺氧池1自流进入好氧池2；
2)开启风机7，利用水生木本植物6的根系微生物和填料层5的填料上附着的微生物降解废水中有机物，并将有机物和氨氮氧化。
3)废水自流进入沉淀池3，利用重力实现泥水分离，清水从上部自流进入生态深度处理池4，污泥从沉淀池底部，通过污泥回流管9在进入缺氧池1，此时，清水达到一级A或接近一级A指标；
4)清水进入生态深度处理池之后，通过沉水植物4.3的叶、茎，水生草本植物10的根系对有机物、总氮、总磷等物质进行吸收和降解，完成深度处理过程。
其它未详细说明的部分均为现有技术。尽管上述实施例对本发明做出了详尽的描述，但它仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，人们还可以根据本实施例在不经创造性前提下获得其他实施例，这些实施例都属于本发明保护范围。
Claims (6)
1.一种集微生物-水生动物-水生植物协同深度降解废水中污染物的装置，其特征在于：它依次包括缺氧池(1)、好氧池(2)、沉淀池(3)和生态深度处理池(4)，所述缺氧池(1)和好氧池(2)内均设置有填料层(5)，所述填料层(5)上间隔种植有水生木本植物(6)，所述好氧池(2)内的填料层(5)下方设置有曝气器(2.1)，所述曝气器(2.1)连接有好氧池(2)外的风机(7)，所述好氧池(2)内设置有内回流管(8)，所述内回流管(8)伸出好氧池(2)，且另一端插入缺氧池(1)底部，所述沉淀池(3)底部设置有污泥回流管(9)，所述污泥回流管(9)另一端与缺氧池(1)底部连接，所述生态深度处理池(4)中部水平设置有水下植物生长灯(4.1)，所述生态深度处理池(4)底面铺设有土壤层(4.2)，所述土壤层(4.2)上种植有沉水植物(4.3)，所述生态深度处理池(4)的池面设置有生态浮岛(4.4)，所述生态浮岛(4.4)设置有水生草本植物(10)，所述生态深度处理池(4)外连接有二氧化碳自动投加及检测系统(11)；所述缺氧池(1)和好氧池(2)的池顶设置有用于水生木本植物(6)的植物支架(12)上，所述水生木本植物(6)为根系发达的多年生矮小的乔木或者灌木；所述缺氧池(1)、好氧池(2)和生态深度处理池(4)上均设置有阳光棚(13)；所述填料层(5)为组合填料或、辫带式填料或者纤维类填料，所述填料层(5)的填料上附着由微生物组成的生物膜；所述生态深度处理池(4)内放置有水生动物。
2.根据权利要求1所述集微生物-水生动物-水生植物协同深度降解废水中污染物的装置，其特征在于：所述生态浮岛(4.4)的面积为生态深度处理池(4)池面的40-60％；所述水生草本植物(10)选自根系发达的菖蒲、美人蕉和水芹菜。
3.根据权利要求1所述集微生物-水生动物-水生植物协同深度降解废水中污染物的装置，其特征在于：所述土壤层(4.4)的厚度为20～40cm，所述沉水植物(4.3)选自金鱼藻、苦草、狐尾藻和菹草。
4.根据权利要求1所述集微生物-水生动物-水生植物协同深度降解废水中污染物的装置，其特征在于：所述污泥回流管(9)上设置有污泥泵(9.1)。
5.根据权利要求1所述集微生物-水生动物-水生植物协同深度降解废水中污染物的装置，其特征在于：所述内回流管(8)上设置有内回流泵(8.1)。
6.基于权利要求1所述装置进行污水处理的方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)废水经过预处理后，经提升泵进入缺氧池(1)底部，开启内回流泵(8.1)，与内回流的废水混合后上向流，利用填料层(5)上和水生木本植物(6)的微生物进行水解和反硝化，废水从缺氧池(1)自流进入好氧池(2)；
2)开启风机(7)，利用水生木本植物(6)的根系微生物和填料层(5)的填料上附着的微生物降解废水中有机物，并将氨氮氧化；
3)废水自流进入沉淀池(3)，利用重力实现泥水分离，清水从上部自流进入生态深度处理池(4)，污泥从沉淀池底部，通过污泥回流管(9)在进入缺氧池(1)，此时，清水达到一级A或接近一级A指标；
4)清水进入生态深度处理池之后，通过沉水植物(4.3)的叶、茎，水生草本植物(10)的根系对有机物、总氮、总磷等物质进行吸收和降解，完成深度处理过程。
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