CN110451723A - 一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及环保装置领域，具体涉及一种混合填料流化池耦合人工湿地深度处理装置，污水依次从厌氧池、流化池、沉淀池、一级湿地、除磷池、二级湿地流过；厌氧池内布置有柔性纤维绳填料，流化池添加移动床和多孔聚合物混合生物填料并可实现流态化运动，一级湿地和二级湿地布置有砾石和石英石填料并栽种湿地植物；流化池布置有曝气管外接曝气控制装置，沉淀池布置有回流管外接回流泵控制装置，控制装置通过数控开关操作方式实现自动化控制；本发明克服现有技术不足，在传统厌氧、好氧及生态污水处理工艺的普适性上进行创新，具有工艺新颖、结构紧凑、空间利用率高、占地面积小、可强化脱氮除磷、出水稳定等优点，具有推广应用价值。

Description

一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置

技术领域

本发明涉及环保装置领域，具体涉及一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置。

背景技术

随着中国广大地区经济的稳步发展，城镇乃至农村居民生活水平不断提高，生活污水排放所引起的污染问题也日趋严峻。据统计，截至2016年底，全国对生活污水进行处理的建制镇占比约28％，对生活污水进行处理的乡镇比例仅为9％。生活污水中氮、磷污染物含量相对偏高，这些营养元素若不加以处理而是直接排放进入河流、湖泊、水库等自然水体，会诱发水体黑臭、富营养化等现象，降低区域水生态环境质量。

2015年颁布的《水污染防治行动计划》中明确提出：“按照国家新型城镇化规划要求，到2020年，全国所有县城和重点镇具备污水收集处理能力，县城、城市污水处理率分别达到85％、95％左右。”此外，各省市为改善重点流域水环境质量，相继发布更为严格的水污染物排放标准，其中对有机物、氮、磷的处理要求均达到或接近《地表水环境质量标准》IV类或III类标准。于是，研发一种普遍适用、成本偏低、管理运行方便、处理稳定达标、外观生态的新型综合处理技术，有效地控制生活污水污染问题，切实做到对环境资源的保护，实现社会、经济、环境和谐发展，显得尤为迫切和必要。

现阶段常见的生活污水处理工艺或系统，其中一部分采用厌氧或好氧等传统生化处理技术，如A/O，A²/O，SBR，CASS，氧化沟，生物滤池等，存在着相对偏高的投资成本、运维费用，需要专业和复杂的操作管理，剩余污泥排放及臭气散发，出水无法稳定达标等弊端；而另一部分采用生态化技术处理，如人工湿地，稳定塘，土地渗滤系统等，也存在占地面积过大，处理负荷偏低，水体停留时间偏长等问题。虽然，近年来一些复合型工艺兴起，将厌氧、好氧或生态处理技术组合起来，进行多级强化处理，但其增加了对土地资源的消耗及投资管理成本，应用存在局限。

因此，为了满足日趋严格的环境保护管理要求，急需研发出具备：①深度处理能力，尤其是对氮、磷类污染物；②节约占地；③合理的建造和运行成本；④长期稳定高效的处理效率的生活污水处理系统或装置。

发明内容

解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置，具有工艺新型、结构紧凑、布局合理、空间利用率高，可强化脱氮除磷，达到深度稳定出水等有优点。

技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置，包括厌氧池、流化池、沉淀池、一级湿地、除磷池、二级湿地、曝气控制系统和回流泵控制系统，所述厌氧池外端固定连接有进水管，所述厌氧池内均匀固定挂有柔性纤维绳填料，所述厌氧池侧壁均匀开设有过水孔，所述流化池中间固定连接有流化池隔板，所述流化池隔板右边底部均匀固定连接有曝气管，所述曝气管通过管道与曝气控制系统的输出端固定连接，所述流化池内均匀装填有移动床填料和多孔聚合物填料，所述沉淀池的左侧壁通过横孔固定连接有回流管，所述回流管上固定连接有回流泵控制系统，所述回流管与进水管固定连接，所述沉淀池侧壁顶部开设有溢流口，所述一级湿地由上而下依次填充细砾石层、粗石英砂层铺成，所述一级湿地在填充细砾表面栽种有一级湿地植物，所述一级湿地后侧开设有第一过水通道，所述除磷池通过两组隔板划分为除磷池加药区、除磷池沉淀区和除磷池布水区，所述除磷池布水区的侧壁开设有第二过水通道，所述二级湿地分为二级湿地上行区和二级湿地-下行区，所述二级湿地为垂直潜流湿地，且由上而下的粗砾石层、粗石英砂层、细石英砂层、粗石英砂层、细砾石层铺成，所述二级湿地的粗砾石层表面栽种有二级湿地植物，所述控制装置设置于装置外部，并通过数控开光操作方式控制曝气泵、回流泵工作。

更进一步地，所述厌氧池顶部设有厌氧池排气口，所述柔性纤维绳填料通过支架以填料墙形式布置，间距控制在30-50mm，实现挂膜。

更进一步地，所述移动床填料填充体积为流化池体积的20％，所述多孔聚合物填料填充体积为流化池体积的5％，所述移动床填料和所述多孔聚合物填料在曝气条件下呈流态化运动，与污水充分接触。

更进一步地，所述流化池外壁固定连接有第一排泥口，所述流化池顶部设有流化池排气口。

更进一步地，所述一级湿地为水平潜流湿地，结构深度控制在 30cm以下，所述一级湿地植物为小型挺水湿地植物。

更进一步地，所述一级湿地的水通过第一过水通道流向除磷池，所述除磷池外壁固定连接有第二排泥口，除磷池表面栽种有浮水型湿地植物。

更进一步地，所述除磷池内水从除磷池加药区流向除磷池沉淀区、再流向除磷池布水区、最后通过第二过水管道流向二级湿地上行区。

更进一步地，所述二级湿地植物为大中型挺水湿地种植物。

更进一步地，所述一级湿地布置与所述厌氧池、流化池、沉淀池上方。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

(1)本发明可以强化污染物的去除。前端生化处理过程，一方面，系统内部添加生物载体，比表面积大，有效提高系统单位体积内生物量，提高系统污染负荷和抗冲击能力，缩短水力停留时间，减少容积；另一方面，流化池在曝气条件下，气、液、固相间的剧烈翻动，系统生物膜的传质速率高，污染物降解速率快；后端生态处理过程，湿地可以综合利用微生物、填料、湿地植物三者的物理、化学、生物协同作用，实现对各种营养物质、重金属、乃至有毒有害物质的吸附、吸收和降解，从而实现深度处理。

(2)本发明具有深度脱氮除磷的效果。针对脱氮，一方面，厌氧池和流化池形成的厌氧好氧交替环境，通过控制合适的回流比，可以充分保证好氧硝化和厌氧反硝化脱氮；另一方面，流化池中载体表面生物膜生长至一定厚度后，其生物膜外层到内层会自然形成溶解氧下降梯度，从而实现同步硝化反硝化脱氮。针对除磷，一方面，系统内部厌氧释磷，好氧吸磷可以实现生物除磷；另一方面，除磷池的设计，可以利用化学除磷保证稳定和高效的磷去除。

(3)本发明结构设计合理紧凑，综合占地面积小。一级湿地结构，布置于前端各个生化处理单元上方，并将其完全覆盖，不新增占地，同时有效利用湿地系统对污水进行深度处理，进一步去除碳、氮、磷；二级湿地结构也可根据实际条件灵活调整布局。

(4)本发明外观景观优美。湿地植物不仅对污染物具有的净化作用，包括可直接吸收利用污水中的营养物质，吸附和富集重金属和有毒有害物质，也能够为微生物提供栖息地，并能加强水利传导和维持通气状况，而且具有景观美化的价值，可以周围环境协调一体。此外，一级湿地结构可以避免前端生化处理单元污水直接暴露与臭气问题，改善装置对周围环境产生不良影响。

(5)本发明系统内部微生物多样性丰富，抗冲击能力高，剩余污泥产量少。不同功能区及不同填料载体的组成，形成了悬浮态微生物、好氧区载体生物膜、厌氧区载体生物膜、湿地区填料生物膜、好氧区植物根系生物膜、厌氧区植物根系生物膜、植物、乃至动物等丰富的生物多样性，通过竞争、捕食、协同、共生等作用，构建稳定食物链生态体系，大大减少污泥数量并稳定系统处理能力。

(6)本发明建造成本低，综合能耗小，运行管理方便。装置进水依托于前端调节池配备的提升水泵，若具备合适的进水高程，整个装置可实现无动力进、出水。该装置需配套的曝气、回流、化学除磷系统与其他技术无明显区别，不会额外增加前期建设投资和后期运行能耗，同时可利用数控设备定时运行，实现自动化管理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置的透视结构三维示意图；

图2是本发明一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置的左侧结构三维示意图；

图3是本发明一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置的正面结构三维示意图；

图4是本发明一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置的背面结构三维示意图；

图5是本发明一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置的顶面结构三维示意图；

图中的标号分别代表：1、厌氧池；2、流化池；3、沉淀池；4、一级湿地；5、除磷池；6、二级湿地；7、曝气控制系统；8、回流泵控制系统；9、进水管；10、柔性纤维绳填料；11、过水孔；12、厌氧池排气口；13、流化池隔板；14、移动床填料；15、多孔聚合物填料；16、曝气管；17、第一排泥口；18、流化池排气口；19、回流管； 20、溢流口；21、一级湿地植物；22、第一过水通道；23、第二排泥口；24、二级湿地植物；25、出水口；26、除磷池加药区；27、除磷池沉淀区；28、除磷池布水区；29、二级湿地上行区；30、二级湿地下行区；31、第二过水通道。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例

本实施例的一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置，包括厌氧池1、流化池2、沉淀池3、一级湿地4、除磷池5、二级湿地6、曝气控制系统7和回流泵控制系统8，厌氧池1内部尺寸为145mm×200mm×400mm，有效容积为11.6L，厌氧池1主要功能是反硝化脱氮和厌氧释磷，厌氧池1外端固定连接有进水管9，厌氧池1内均匀固定挂有柔性纤维绳填料10，柔性纤维绳填料10呈圆柱绳状，直径约5mm，厌氧池1侧壁均匀开设有过水孔11，过水孔11 孔径20mm，间距40mm，流化池2内部尺寸为280mm×200mm× 400mm，有效容积22.4L，流化池2主要功能是好氧硝化和吸磷，流化池2中间固定连接有流化池隔板13，流化池隔板13将流化池2划分为上升区和下降区，流化池隔板13右边底部均匀固定连接有曝气管16，曝气管16管径φ8mm，两侧开孔，开孔孔径φ1mm，孔间距 15mm，曝气管16之间间距15mm，曝气管16通过管道与曝气控制系统7的输出端固定连接，流化池2内均匀装填有移动床填料14和多孔聚合物填料15，沉淀池3设置流化池2的左侧，沉淀池3内部尺寸为125mm×200mm×600mm，有效容积为10.5L，沉淀池3主要功能是去除悬浮物质，悬浮物质通过重力沉淀形成剩余污泥，通过流化池排泥口17定期清除实现生物除磷，沉淀池3的左侧壁通过横孔固定连接有回流管19，回流管19上固定连接有回流泵控制系统8，回流管19与进水管9固定连接，回流管19通过回流泵控制系统8将硝化液回流至厌氧池1，完成脱氮；沉淀池3侧壁顶部开设有溢流口，沉淀池3顶部直接与一级湿地4连通，并成为一级湿地4的一部分，一级湿地4内部尺寸为550mm×200mm×200mm，有效容积为12.6L，有效水容量为5L(按孔隙率40％计)，表面积1000cm²，一级湿地4 由上而下依次填充细砾石层、粗石英砂层铺成，第1层填料为砾石，主要成分为二氧化硅，粒径5-10mm，填料厚度50mm，第二层填料为石英砂，主要成分为二氧化硅，粒径1-3mm，填料厚度100mm，一级湿地4在填充细砾表面栽种有一级湿地植物21，一级湿地4属于潜流湿地，可以利用利用物理、化学和生物的协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收以及微生物降解来实现对污水的有效净化，一级湿地1后侧开设有第一过水通道22，除磷池5通过两组隔板划分为除磷池加药区26、除磷池沉淀区27和除磷池布水区28，除磷池加药区26内部尺寸为145mm×100mm×550mm，有效容积 5.8L，主要功能是方便投放除磷剂以便实现深度除磷；除磷池沉淀区 27内部尺寸为405mm×80mm×550mm，有效容积11.5L，保障因加药而产生的絮体能够自由沉淀并通过排泥口23定期排出；除磷池布水区28内部尺寸为405mm×20mm×550mm，有效容积3.2L，主要功能是将经过除磷沉淀后的上层清液向二级湿地6布水，除磷池5布水区的侧壁开设有第二过水通道31，二级湿地6分为二级湿地上行区29和二级湿地下行区30，二级湿地上行区29，水流运动方向由下至上，内部尺寸为405mm×250mm×550mm，有效容积为35.4L，有效水容量为14L，表面积1000cm²；二级湿地下行区30，水流运动方向由上至下，内部尺寸为145mm×250mm×550mm，有效容积为 12.6L，有效水容量为5L，表面积360cm²，二级湿地6为垂直潜流湿地，且由上而下的粗砾石层、粗石英砂层、细石英砂层、粗石英砂层、细砾石层铺成，二级湿地6的粗砾石层表面栽种有二级湿地植物24，控制装置设置于装置外部，并通过数控开光操作方式控制曝气泵、回流泵工作。

厌氧池1顶部设有厌氧池排气口12，厌氧池排气口12，厌氧池排气口12尺寸为60mm×60mm×200mm，用于厌氧排气，柔性纤维绳填料10通过支架以填料墙形式布置，间距控制在30-50mm，厌氧池1内部共布置4组填料墙。

移动床填料14填充体积为流化池2体积的20％，圆柱中空型，直径φ10mm，高度10mm，比表面积1200m²/m³，挂膜前密度为 0.96-0.98g/cm³，多孔聚合物填料15填充体积为流化池2体积的5％，多孔聚合物填料15为不规则球状或颗粒状，粒径0.95-1.5mm，比表面积5357m²/m³，湿堆积密度为1.01g/cm³，移动床填料14和多孔聚合物填料15在曝气条件下呈流态化运动，与污水充分接触，利用附着其上的生物膜实现硝化除氨，同时聚磷菌完成吸磷。

流化池2外壁固定连接有第一排泥口17，流化池2顶部设有流化池排气口18，流化池排气口18尺寸为150mm×60mm×200mm，用于流化排气。

一级湿地4为水平潜流湿地，结构深度控制在30cm以下，一级湿地植物21为小型挺水湿地植物，诸如鸢尾、马蹄莲、白鹤芋、花叶万年青等，栽种密度为1株/100cm²。

一级湿地4的水通过第一过水通道22流向除磷池5，除磷池5 外壁固定连接有第二排泥口23，除磷池5表面栽种有浮水型湿地植物。

除磷池5内水从除磷池加药区26流向除磷池沉淀区27、再流向除磷池布水区28、最后通过第二过水管道31流向二级湿地6的二级湿地上行区29。

二级湿地植物24为大中型挺水湿地种植物，诸如花叶芦竹、旱伞草、再力花、芦苇等，栽种密度为1株/100cm²。

一级湿地4布置与厌氧池2、流化池2、沉淀池3上方，避免湿地单元额外占用土地。

使用时如图1-5所示，通过进水管9将污水加入厌氧池1，厌氧池1内的柔性纤维绳填料10起到反硝化脱氮和厌氧释磷，同时回流泵控制系统8通过回流管19将沉淀池3中带入的富含的硝态氮还原为氮气，可同时实现脱氮及有机物去除；此外，厌氧环境也有助于聚磷菌充分释磷，从而提高后续好氧阶段的吸磷效果，通过过水孔11 进入流化池2内，启动曝气控制系统7，曝气控制系统7通过管道和曝气管16进行曝气处理，移动床填料14和多孔聚合物填料15在曝气条件下呈流态化运动，与污水充分接触，利用附着其上的生物膜实现硝化除氨，同时聚磷菌完成吸磷，再进入沉淀池3内进行沉淀，沉淀池3和流化池2内的污泥从第一排泥口17排出，经过沉淀池后进入一级湿地4，一级湿地4内的植物、细砾石层、粗石英砂层进行物理、化学和生物的协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收以及微生物降解来实现对污水的有效净化，通过第一过水通道 22进入除磷池加药区26、除磷池沉淀区27、除磷池布水区进行处除磷处理，除磷池布水区28设置有过水通过31进入二级湿地6，二级湿地6通过砾石、石英砂和二级湿地植物2进行物理、化学和生物的协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收以及微生物降解来实现对污水的有效净化。

在本发明实施例中，人工湿地可以利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的有效净化。植物是人工湿地的特点所在，也是湿地处理系统最明显的生物特征，是人工湿地的主要组成部分。湿地植物在系统中可直接吸收利用污水中的营养物质，吸附和富集重金属和有毒有害物质，也能够为微生物提供栖息地，并能加强水利传导和维持通气状况，同时，人工湿地还兼具生态景观功能，可以配合当地区域环境情况打造湿地景观。

在进一步实施过程中，为保证系统充分的碳、氮、磷去除能力，本发明实施例中，各个功能区需要设置足够的水力停留时间，厌氧池 1建议停留时间3h，流化池2建议停留时间7h，沉淀池3建议停留时间2h，一级湿地4建议停留时间2h，除磷池5建议停留时间4h，二级湿地6建议停留时间6h，装置总体水力停留时间为24h(1天)；回流泵控制系统8应根据进水流量及时调整回流流量，将回流比控制在3:1-5:1之间；曝气控制系统7，应根据进水水质条件，灵活实现连续或间歇曝气。

在本发明的实际应用过程中，经过实验室1年以上的的运行验证，其出水水质要求可以稳定达到COD＜30mg/L,NH₄ ⁺-N＜ 1.5mg/L,TN＜10mg/L,TP＜0.3mg/L；同时，若污水处理量小于 100m³/d，可以采取集成式一体化的结构；若污水处理量大于100m³/d，也可以采用土建施工的方式。本发明装置在空间布局上的优化可以极大降低人工湿地对土地资源的消耗。经综合测算，处理每吨水，仅需占地0.8-1.0m²。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置，包括厌氧池、流化池、沉淀池、一级湿地、除磷池、二级湿地、曝气控制系统和回流泵控制系统，其特征在于：所述厌氧池外端固定连接有进水管，所述厌氧池内均匀固定挂有柔性纤维绳填料，所述厌氧池侧壁均匀开设有过水孔，所述流化池中间固定连接有流化池隔板，所述流化池隔板右边底部均匀固定连接有曝气管，所述曝气管通过管道与曝气控制系统的输出端固定连接，所述流化池内均匀装填有移动床填料和多孔聚合物填料，所述沉淀池的左侧壁通过横孔固定连接有回流管，所述回流管上固定连接有回流泵控制系统，所述回流管与进水管固定连接，所述沉淀池侧壁顶部开设有溢流口，所述一级湿地由上而下依次填充细砾石层、粗石英砂层铺成，所述一级湿地在填充细砾表面栽种有一级湿地植物，所述一级湿地后侧开设有第一过水通道，所述除磷池通过两组隔板划分为除磷池加药区、除磷池沉淀区和除磷池布水区，所述除磷池布水区的侧壁开设有第二过水通道，所述二级湿地分为二级湿地上行区和二级湿地下行区，所述二级湿地为垂直潜流湿地，且由上而下的粗砾石层、粗石英砂层、细石英砂层、粗石英砂层、细砾石层铺成，所述二级湿地的粗砾石层表面栽种有二级湿地植物，所述控制装置设置于装置外部，并通过数控开光操作方式控制曝气泵、回流泵工作。

2.根据权利要求1所述的一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置，其特征在于，所述厌氧池顶部设有厌氧池排气口，所述柔性纤维绳填料通过支架以填料墙形式布置，间距控制在30-50mm。

3.根据权利要求1所述的一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置，其特征在于，所述移动床填料填充体积为流化池体积的20％，所述多孔聚合物填料填充体积为流化池体积的5％，所述移动床填料和所述多孔聚合物填料在曝气条件下呈流态化运动，与污水充分接触，实现挂膜。

4.根据权利要求1所述的一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置，其特征在于，所述流化池外壁固定连接有第一排泥口，所述流化池顶部设有流化池排气口。

5.根据权利要求1所述的一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置，其特征在于，所述一级湿地为水平潜流湿地，结构深度控制在30cm以下，所述一级湿地植物为小型挺水湿地植物。

6.根据权利要求1所述的一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置，其特征在于，所述一级湿地的水通过第一过水通道流向除磷池，所述除磷池外壁固定连接有第二排污口，除磷池表面栽种有浮水型湿地植物。

7.根据权利要求1所述的一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置，其特征在于，所述除磷池内水从除磷池加药区流向除磷池沉淀区、再流向除磷池布水区、最后通过第二过水管道流向二级湿地的二级湿地上行区。

8.根据权利要求1所述的一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置，其特征在于，所述二级湿地植物为大中型挺水湿地种植物。

9.根据权利要求1所述的一种混合填料流化池耦合人工湿地污水深度处理装置，其特征在于，所述一级湿地布置与所述厌氧池、流化池、沉淀池上方。