CN111943357A - 改善受污染城市中小型湖泊水质的补水装置及补水方法 - Google Patents

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CN111943357A CN202010686535.4A CN202010686535A CN111943357A CN 111943357 A CN111943357 A CN 111943357A CN 202010686535 A CN202010686535 A CN 202010686535A CN 111943357 A CN111943357 A CN 111943357A
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Abstract

本发明针对现有受污染城市中小型湖泊的水质修复技术不足的问题提供一种改善受污染城市中小型湖泊水质的补水装置及补水方法，该装置包括依次连通的进水系统、缺氧区、好氧区以及出水系统，进水系统将受污染湖泊的水体抽至缺氧区中，通过缺氧区及好氧区中的填料及生物膜对污水进行净化处理，最后将处理后的净水再次排入湖泊中，为湖泊进行补水。本发明提供的补水装置及补水方法可对同一湖泊的水体进行处理补水，也可将这一湖泊受污染的水质处理后用于另外一湖泊的补水，具有灵活性，且整个装置运行负荷高、装置的水头损失小，可有效提高处理效率，此外，本发明的补水装置结构简单，运行管理方便。

Description

改善受污染城市中小型湖泊水质的补水装置及补水方法
技术领域
本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种能够改善受污染城市中小型湖泊水质的补水装置。
背景技术
2019年，在我国开展水质监测的110个重要湖泊(水库)中，Ⅰ～Ⅲ类湖泊(水库)占69.1％，劣Ⅴ类占7.3％，其主要污染指标为总磷、化学需氧量和高锰酸盐指数；在开展营养状态监测的107个重要湖泊(水库)中，贫营养状态湖泊(水库)占9.3％，中营养状态占62.6％，轻度富营养状态占22.4％，中度富营养状态占5.6％。
在此大环境下，2019年武汉市的湖泊中，只有内沙湖为Ⅱ类水质，四美塘、梁子湖、斧头湖等10个湖泊为Ⅲ类水质，东湖、菱角湖等65个湖泊为Ⅳ类水质，占39.9％；水果湖、南湖、后湖等57个湖泊为Ⅴ类水质，占35.0％；墨水湖、龙阳湖等30个湖泊为劣Ⅴ类水质，占18.4％；另有3个湖泊由于水体治理，水位过低无法采样，没有监测。按照湖泊水环境功能区划类别评价，湖泊水质达标率仅为33.9％；湖泊富营养状况评价结果显示，武汉市轻度富营养状态的湖泊占比为48.5％，重度富营养状态的湖泊占比为4.3％。由此可见，城市湖泊的水质污染及富营养化日趋严重。
然而，国内对湖泊的生态修复主要是针对太湖、滇池等大型的湖泊，对于城市中小型湖泊的修复技术的研究目前仍处于起步阶段。针对城市中小型湖泊的特点：源水水质复杂、水量大、水域面积大、周边环境复杂且常常处于无人看管状况，有必要研究一种较为简单的能够有效改善湖泊水质的补水装置。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种能够改善受污染城市中小型湖泊水质的补水装置，该补水装置结构简单，利用多维网络微生物载体及高效微生物菌群对城市中小型湖泊的水质进行净化处理，处理后的出水可对湖泊进行补水，可有效改善湖泊水质。
为实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案是：
一种改善受污染城市中小型湖泊水质的补水装置，所述补水装置包括依次连通的进水系统、缺氧区、好氧区以及出水系统，其中：
所述进水系统包括进水管道、进水泵及进水阀门，所述进水泵及进水阀门设置在进水管道上，用于将湖泊中受污染的水质提升至缺氧区中；
所述缺氧区为缺氧上向流生物滤池，所述缺氧上向流生物滤池的进水端与进水管道相连接，所述缺氧上向流生物滤池的内部设有缺氧区填料载体，所述缺氧区填料载体上承载着缺氧区填料层，在所述缺氧区填料层的表面附着有生物膜，所述缺氧上向流生物滤池的出水端通过缺氧区出水管与好氧区相连通；
所述好氧区为好氧上向流生物滤池，所述好氧上向流生物滤池的内部设有好氧区填料载体，所述好氧区填料载体上承载着好氧区填料层，在所述好氧区填料层的表面附着有生物膜；
所述出水系统包括出水管道和出水阀门，所述出水阀门设置在出水管道上，所述出水管道与所述好氧上向流生物滤池的出水端相连接，用于将处理后的净水排入湖泊中为湖泊补水。
进一步地，所述缺氧上向流生物滤池上位于所述缺氧区填料载体的中下部设有曝气管进行曝气微供氧，使其处于缺氧状态，依靠附着于填料层表面的生物膜对污染物进行吸附、氧化和分解，使污水得到净化，所述填料层同时也具有物理吸附截留作用；所述好氧上向流生物滤池上位于所述好氧区填料载体的中下部也设有曝气管对其进行曝气供氧，依靠附着于填料层表面的生物膜对污染物进行吸附、氧化和分解，使污水得到净化，所述填料层同时也具有物理吸附截留作用，所述缺氧上向流生物滤池和好氧上向流生物滤池的曝气管的另一端共同连接在一曝气主管上，所述曝气主管上连接有用于提供氧气的曝气风机。
另外，所述补水装置还包括有回流系统、反冲洗系统及排泥系统，所述回流系统由回流管道和回流水泵组成，所述回流管道的进水端连接在出水管道上，所述回流管道的出水端与缺氧上向流生物滤池相连，所述回流水泵设置在回流管道上，所述回流系统将好氧区的出水一部分回流至缺氧区中进行反硝化反应。
进一步地，所述反冲洗系统包括反冲洗水管、反冲洗水泵、反冲洗气管及反冲洗风机，所述反冲洗水管的进水端连接在出水管道上，所述反冲洗水管的出水端分别与缺氧上向流生物滤池和好氧上向流生物滤池相连，所述反冲洗水泵设置在反冲洗水管上，所述反冲洗气管的进气端与所述反冲洗风机的出气端相连接，所述反冲洗气管的出气端分别连接在缺氧上向流生物滤池和好氧上向流生物滤池中，所述反冲洗系统定期对缺氧区和好氧区中的填料进行反洗，填料层定期脱膜清洗时，填料充分放松到自由松散状态，通过气洗或气水联合擦洗将吸附截留的悬浮物和老化生物膜洗脱排出，使得填料上的微生物始终保持在高效状态。
进一步地，所述排泥系统包括排泥管和污泥储存处理池，所述排泥管的一端分别与缺氧上向流生物滤池和好氧上向流生物滤池的排泥口相连接，所述排泥管的另一端与污泥储存处理池相连接，所述排泥系统可以将缺氧区和好氧区排出的老化生物膜排入污泥储存处理池，污泥在池中分解、稳定化，上清液回流至缺氧区和好氧区中，少量的残余污泥定期外运。
同时，本发明还提供一种改善受污染城市中小型湖泊水质的补水方法，所述补水方法是基于上述的补水装置来实现，具体包括以下步骤：
S1，通过进水管道、进水泵及进水阀门将受污染湖水提升至缺氧区中；
S2，受污染湖水在缺氧区中进行反硝化反应，之后进入好氧区中；
S3，反硝化反应后的污水在好氧区中进一步进行氧化反应；
S4，经过步骤S3处理后的水一部分通过回流系统返回至缺氧区中，一部分通过出水管道和出水阀门排入湖泊中，对湖泊进行补水。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种改善受污染城市中小型湖泊水质的补水装置，是针对目前对于受污染城市中小型湖泊的修复技术不足而设计的，该补水装置其实质也是一种污水处理装置，主要由进水系统、缺氧区、好氧区以及出水系统组成，进水系统将受污染湖泊的水体抽至缺氧区中，通过缺氧区及好氧区中的填料及生物膜对污水进行净化处理，最后将处理后的净水再次排入湖泊中，为湖泊进行补水，故本发明的装置也是一种补水装置，可对同一湖泊的水体进行处理补水，也可将这一湖泊受污染的水质处理后用于另外一湖泊的补水，具有灵活性。再有，本发明利用多维网络微生物载体及高效微生物菌群，采用具有种类众多(上千种)、数量巨大(90kg/m3)、传质快速的纤维束填料和微生物膜，可有效改善受污染湖泊的水质，对湖泊进行补水，且整个装置运行负荷高、装置的水头损失小，可有效提高处理效率，此外，本发明的补水装置结构简单，运行管理方便。
附图说明
图1为本发明补水装置的平面布置图。
图2为本发明缺氧区的立面布置图。
图3为本发明好氧区的立面布置图。
图4为本发明补水方法的工艺流程图。
图中所示：
进水系统：1-进水管道、2-进水泵、3-进水阀门；
缺氧区：4-缺氧上向流生物滤池、401-缺氧区填料载体、402-缺氧区填料层、403-缺氧区出水管；
好氧区：5-好氧区上向流生物滤池、501-好氧区填料载体、502-好氧区填料层；
出水系统：6-出水管道、7-出水阀门；
8-曝气管、9-曝气风机；
回流系统：10-回流管道、11-回流水泵；
反冲洗系统：12-反冲洗水管、13-反冲洗水泵、14-反冲洗气管、15-反冲洗风机；
排泥系统：16-排泥管、17-污泥储存处理池。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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做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。
实施例一
请结合参阅图1-3所示，本实施例涉及一种改善受污染城市中小型湖泊水质的补水装置，该装置包括依次连通的进水系统、缺氧区、好氧区以及出水系统，其中：
所述进水系统包括进水管道1、进水泵2及进水阀门3，所述进水泵2及进水阀门3设置在进水管道1上，用于将湖泊中受污染的水质提升至缺氧区中；
所述缺氧区为缺氧上向流生物滤池4，所述缺氧上向流生物滤池4的进水端与进水管道1相连接，所述缺氧上向流生物滤池4的内部设有缺氧区填料载体401，所述缺氧区填料载体401上承载着缺氧区填料层402，在所述缺氧区填料层402的表面附着有生物膜，所述缺氧上向流生物滤池4的出水端通过缺氧区出水管403与好氧区相连通；
所述好氧区为好氧上向流生物滤池5，所述好氧上向流生物滤池5的内部设有好氧区填料载体501，所述好氧区填料载体501上承载着好氧区填料层502，在所述好氧区填料层502的表面附着有生物膜；
所述出水系统包括出水管道6和出水阀门7，所述出水阀门7设置在出水管道6上，所述出水管道6与所述好氧上向流生物滤池5的出水端相连接，用于将处理后的净水排入湖泊中为湖泊补水。
具体的，如图2和图3所示，所述缺氧上向流生物滤池4上位于所述缺氧区填料载体401的中下部设有曝气管8对其进行曝气微供氧，使其处于缺氧状态；所述好氧上向流生物滤池5上位于所述好氧区填料载体501的中下部也设有曝气管8对其进行曝气供氧，两个所述曝气管8的另一端连接有用于提供氧气的曝气风机9。
具体的，所述缺氧区填料载体401和好氧区填料载体501为卵石层，所述缺氧区填料层402及好氧区填料层502为纤维束填料，所述缺氧上向流生物滤池4和好氧上向流生物滤池5通过依靠附着于填料表面的生物膜对污染物进行吸附、氧化和分解，使污水得到净化，所述纤维束填料层同时具有物理吸附截留的作用，所述缺氧上向流生物滤池4的硝酸盐氮容积负荷可达1.2kg/(m3.d)，所述好氧上向流生物滤池5的BOD5容积负荷可达2kg/(m3.d)，氨氮容积负荷可达0.6kg/(m3.d)。
具体的，所述补水装置还包括有回流系统、反冲洗系统及排泥系统，所述回流系统由回流管道10和回流水泵11组成，所述回流管道10的进水端连接在出水管道6上，所述回流管道10的出水端与缺氧上向流生物滤池4相连，所述回流水泵11设置在回流管道10上，所述回流系统将好氧区的出水一部分回流至缺氧区中进行反硝化反应。
具体的，所述反冲洗系统包括反冲洗水管12、反冲洗水泵13、反冲洗气管14及反冲洗风机15，所述反冲洗水管12的进水端连接在出水管道6上，所述反冲洗水管12的出水端分别与缺氧上向流生物滤池4和好氧上向流生物滤池5相连，所述反冲洗水泵13设置在反冲洗水管12上，所述反冲洗气管14的进气端与所述反冲洗风机15的出气端相连接，所述反冲洗气管14的出气端分别连接在缺氧上向流生物滤池4和好氧上向流生物滤池5中。所述反冲洗系统定期对好氧区和缺氧区中的填料进行反洗，通过反冲洗水管12和反冲洗水泵13将好氧区出水抽回至缺氧区和好氧区中，填料层定期脱膜清洗时，填料充分放松到自由松散状态，通过气洗和气水联合擦洗将吸附截留的悬浮物和老化生物膜洗脱排出，使得填料上的生物膜始终保持在高效状态。
具体的，所述排泥系统包括排泥管16和污泥储存处理池17，所述排泥管16的一端分别与缺氧上向流生物滤池4和好氧上向流生物滤池5的排泥口相连接，所述排泥管16的另一端与污泥储存处理池17相连接，所述缺氧区和好氧区排出的老化生物膜进入污泥储存处理池17，污泥在翅中分解、稳定化，上清液回流至所述缺氧上向流生物滤池4和好氧上向流生物滤池5中，少量的残余污泥定期外运。
具体的，如图4所示，本实施例所述补水装置的补水工艺流程为：
受污染的湖水经进水管1、进水泵2及进水阀门3提升至缺氧区的缺氧上向流生物滤池4中，污水在缺氧上向流生物滤池4内进行反硝化反应，缺氧上向流生物滤池4内设置有缺氧区填料层402及附着在填料层表面的生物膜，利用填料及生物膜对污染物进行吸附、氧化和分解，使污水得到净化，净化后通过所述缺氧区出水管403进入好氧模区的好氧区上向流生物滤池5中进行好氧反应，好氧区上向流生物滤池5内设置好氧区填料层501及附着在填料表面的生物膜，并通过填料及生物膜对污染物进行吸附、氧化和分解，使污水得到净化；净化后好氧上向流生物滤池5的出水，一部分经回流水管道10和回流水泵11回流至缺氧上向流生物滤池4的前端，一部分经出水管道6直接排出；缺氧上向流生物滤池4和好氧上向流生物滤池5定期需反冲洗，反冲气洗的气源来自反冲洗风机15，反冲水洗的水源来自好氧上向流生物滤池5的出水；所述缺氧上向流生物滤池4和好氧上向流生物滤池5排出的老化生物膜进入污泥储存处理池17，污泥在池中分解，稳定化，上清液回流至缺氧上向流生物滤池4的进水端，少量的残余污泥定期外运。
本实施提供的一种改善受污染城市中小型湖泊水质的补水装置，其处理水量为600m3/d，所述缺氧上向流生物滤池4的池体规格为2.5m×2m×5.5m，填料层402的高度为3.5m，硝酸盐氮容积负荷为0.4kg/(m3.d)，冲洗气强度为40～60L/(s.m2)，冲洗水强度≤6L/(s.m2)；所述好氧上向流生物滤池5的池体规格为2.5m×2m×5.5m，填料层502的高度为3.5m，CODcr容积负荷为1.6kg/(m3.d)，BOD5容积负荷0.32kg/(m3.d)，冲洗气强度为40～60L/(s.m2)，冲洗水强度≤6L/(s.m2)；
通过本实施例上述技术参数的补水装置对受污染湖水进行处理，处理前的进水水质为：COD 50mg/L,TN 4.5mg/L,氨氮0.56mg/L,TP 0.37mg/L，则使用本发明所述的补水装置进行处理后，出水水质可达：COD 25mg/L,TN 1.3mg/L,氨氮0.14mg/L,TP 0.11mg/L。
实施例二
本实施例提供的一种改善受污染城市中小型湖泊水质的补水装置，其处理水量为1500m3/d，所述缺氧上向流生物滤池4的池体规格为2.5m×2m×5.5m，填料层402的高度为3.5m，硝酸盐氮容积负荷为1.0kg/(m3.d)，冲洗气强度为40～60L/(s.m2)，冲洗水强度≤6L/(s.m2)；所述好氧上向流生物滤池5的池体规格为2.5m×2m×5.5m，填料层502的高度为3.5m，CODcr容积负荷为4.0kg/(m3.d)，BOD5容积负荷1.2kg/(m3.d)，氨氮容积负荷为0.5kg/(m3.d)，冲洗气强度为40～60L/(s.m2)，冲洗水强度≤6L/(s.m2)；
通过本实施例上述技术参数的补水装置对受污染湖水进行处理，处理前的进水水质为：COD 50mg/L,TN 5.0mg/L,氨氮1.0mg/L,TP 0.6mg/L，则使用本发明所述的补水装置进行处理后，出水水质可达：COD 25mg/L,TN 1.0mg/L,氨氮0.2mg/L,TP0.2mg/L。
通过上述实施例一和二所述的补水装置对受污染的湖水进行处理，可得出本发明的补水装置可有效改善湖水水质，并且将处理后的净水排回至湖泊中可对湖泊进行补水，具有处理效率高、运行管理方便的优点。
说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施例仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。

Claims (9)

1.一种改善受污染城市中小型湖泊水质的补水装置，其特征在于：包括依次连通的进水系统、缺氧区、好氧区以及出水系统，其中：
所述进水系统包括进水管道(1)、进水泵(2)及进水阀门(3)，所述进水泵(2)及进水阀门(3)设置在进水管道(1)上，用于将湖泊中受污染的水质提升至缺氧区中；
所述缺氧区为缺氧上向流生物滤池(4)，所述缺氧上向流生物滤池(4)的进水端与进水管道(1)相连接，所述缺氧上向流生物滤池(4)的内部设有缺氧区填料载体(401)，所述缺氧区填料载体(401)上承载着缺氧区填料层(402)，在所述缺氧区填料层(402)的表面附着有生物膜，所述缺氧上向流生物滤池(4)的出水端通过缺氧区出水管(403)与好氧区相连通；
所述好氧区为好氧上向流生物滤池(5)，所述好氧上向流生物滤池(5)的内部设有好氧区填料载体(501)，所述好氧区填料载体(501)上承载着好氧区填料层(502)，在所述好氧区填料层(502)的表面附着有生物膜；
所述出水系统包括出水管道(6)和出水阀门(7)，所述出水阀门(7)设置在出水管道(6)上，所述出水管道(6)与所述好氧上向流生物滤池(5)的出水端相连接，用于将处理后的净水排入湖泊中为湖泊补水。
2.根据权利要求1所述的一种改善受污染城市中小型湖泊水质的补水装置，其特征在于：所述缺氧上向流生物滤池(4)上位于所述缺氧区填料载体(401)的中下部设有曝气管(8)，所述好氧上向流生物滤池(5)上位于所述好氧区填料载体(501)的中下部也设有曝气管(8)，所述曝气管(8)的另一端连接有用于提供氧气的曝气风机(9)。
3.根据权利要求1所述的一种改善受污染城市中小型湖泊水质的补水装置，其特征在于：所述补水装置还包括有回流系统、反冲洗系统及排泥系统，所述回流系统由回流管道(10)和回流水泵(11)组成，所述回流管道(10)的进水端连接在出水管道(6)上，所述回流管道(10)的出水端与缺氧上向流生物滤池(4)相连，所述回流水泵(11)设置在回流管道(10)上。
4.根据权利要求3所述的一种改善受污染城市中小型湖泊水质的补水装置，其特征在于：所述反冲洗系统包括反冲洗水管(12)、反冲洗水泵(13)、反冲洗气管(14)及反冲洗风机(15)，所述反冲洗水管(12)的进水端连接在出水管道(6)上，所述反冲洗水管(12)的出水端分别与缺氧上向流生物滤池(4)和好氧上向流生物滤池(5)相连，所述反冲洗水泵(13)设置在反冲洗水管(12)上，所述反冲洗气管(14)的进气端与所述反冲洗风机(15)的出气端相连接，所述反冲洗气管(14)的出气端分别连接在缺氧上向流生物滤池(4)和好氧上向流生物滤池(5)中。
5.根据权利要求3所述的一种改善受污染城市中小型湖泊水质的补水装置，其特征在于：所述排泥系统包括排泥管(16)和污泥储存处理池(17)，所述排泥管(16)的一端分别与缺氧上向流生物滤池(4)和好氧上向流生物滤池(5)的排泥口相连接，所述排泥管(16)的另一端与污泥储存处理池(17)相连接。
6.一种改善受污染城市中小型湖泊水质的补水方法，其特征在于：所述补水方法是基于如权利要求1-5任一项所述的补水装置来实现，具体包括以下步骤：
S1，通过进水管道(1)、进水泵(2)及进水阀门(3)将受污染湖水提升至缺氧区中；
S2，受污染湖水在缺氧区中进行反硝化反应，之后进入好氧区中；
S3，反硝化反应后的污水在好氧区中进一步进行氧化反应；
S4，经过步骤S3处理后的水一部分通过回流系统返回至缺氧区中，一部分通过出水管道(6)和出水阀门(7)排入湖泊中，对湖泊进行补水。
7.根据权利要求6所述的一种改善受污染城市中小型湖泊水质的补水方法，其特征在于：所述缺氧区为缺氧上向流生物滤池(4)，所述缺氧上向流生物滤池(4)的内部设有缺氧区填料载体(401)，所述缺氧区填料载体(401)上承载着缺氧区填料层(402)，在所述缺氧区填料层(402)的表面附着有生物膜；所述好氧区为好氧上向流生物滤池(5)，所述好氧上向流生物滤池(5)的内部设有好氧区填料载体(501)，所述好氧区填料载体(501)上承载着好氧区填料层(502)，在所述好氧区填料层(502)的表面附着有生物膜。
8.根据权利要求7所述的一种改善受污染城市中小型湖泊水质的补水方法，其特征在于：还包括定期对所述缺氧上向流生物滤池(4)和好氧上向流生物滤池(5)中的填料进行反冲洗，通过气洗或气水联合擦洗将吸附截留的悬浮物和老化生物膜洗脱排出。
9.根据权利要求8所述的一种改善受污染城市中小型湖泊水质的补水方法，其特征在于：所述缺氧上向流生物滤池(4)和好氧上向流生物滤池(5)排出的悬浮物和老化生物膜通过排泥管(16)排到污泥储存处理池(17)中进行分解、稳定化，上清液回流至所述缺氧上向流生物滤池(4)和好氧上向流生物滤池(5)中，少量的残余污泥定期外运。
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