CN1673122A

CN1673122A - 一种高效废水生态处理装置及其方法

Info

Publication number: CN1673122A
Application number: CNA2005100642184A
Authority: CN
Inventors: 籍国东; 倪晋仁; 叶正芳
Original assignee: Peking University
Current assignee: Peking University
Priority date: 2005-04-14
Filing date: 2005-04-14
Publication date: 2005-09-28
Anticipated expiration: 2025-04-14
Also published as: CN1292999C

Abstract

一种高效废水生态处理装置及其方法。该装置由砾间接触氧化区、垂直上行流人工湿地区、射流曝气区和水平流人工湿地区依次串联构成，详细结构及其方法见说明书。本发明优点：采用了新型复合基质配方，对磷和有机物均具有很强的去除作用，该基质配方来源广泛，价格低廉，能够实现变废为宝，砾间接触氧化区确保整个系统的长期安全稳定运行，垂直流和水平流人工湿地基质的复配组成，提高了系统的有效容积，射流曝气区的引入，为好氧可降解有机物的去除创造了条件。本发明基建费用省，动力消耗少，对经过生物法处理的石油工业和垃圾渗滤液等特种废水中COD、NH₃－N和TP的去除率达60～80％，处理废水流量大，长期运行基质不堵塞，出水可直接回用于养鱼、绿化、冲厕及其它景观用水。

Description

一种高效废水生态处理装置及其方法

技术领域

本发明属于污水处理领域，具体地说是一种用于深度处理难降解有机废水并进行同时除磷脱氮的高效废水生态处理装置及其方法。

背景技术

随着社会经济的高速发展，世界性的环境问题日益突出，尤其是大工业生产和垃圾填埋等产生的特种废水的污染问题，越来越严重。石油工业等生产部门和城市垃圾填埋场等产生的大量有机质、氮磷等污染物进入水体，使水体面临严重的有毒有害污染和富营养化的危险。

目前，一些处理方法，诸如A/O法、SBR法、氧化沟、生物滤池和膜生物反应器等生物处理方法已经被用于处理石油工业和城市垃圾渗滤液等规模较小的特种废水，但其费用-效益比的合理性，特别是这些工艺对氮磷和有机物很难实现高效同时去除等问题，限制了它们在我国特种废水深度处理中的推广应用。如，A/O工艺将这些特种中的COD处理达标时，吨水费用约为5000～50000元，运行费用为5～10元，但是对氮和磷的去除率分别仅为60％和50％。膜生物反应器工艺虽然能够获得较好的出水水质，但是膜污染问题很难解决，其造价和运行成本太高，不适合我国国情。

目前的一些生态处理技术，如慢速渗滤、快速渗滤、地表慢流等对生活污水具有经济有效的处理效果，具有投资省、操作简单、维护管理方便和运行费用低等特点，同时生态处理技术还能够绿化土地、美化生态环境。但是，将这些技术直接用作石油工业和垃圾渗滤液等特殊废水的处理对氮磷和有机质的去除率也不高于20％，而且容易出现湿地植物死亡，污水短流和基质堵塞等问题，并存在污水处理量小、占地面积大、运行管理复杂等问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述技术的不足之处，提供一种高效废水生态处理装置及其方法，它不仅实现了生态处理技术的高度协同性，具有同时高效去除氮、磷和有机物的功能，还具有投资省、操作简单、维护和运行费用低、占地面积小、单位面积处理水量大，能美化环境，实现污水的无害化，不易堵塞，有机污染负荷大等优点。

本发明的技术方案如下：高效废水生态处理装置由砾间接触氧化区、垂直上行人工流湿地区、射流曝气区和水平流人工湿地区依次串联构成；砾间接触氧化区与进水泵相连，水平流人工湿地区与集水槽相连。

所述砾间接触氧化区底部集水管与反冲洗设备相连，该氧化区填充砾间接触氧化基质；垂直上行流人工湿地区设有布水管，布水系统均匀分配到垂直上行流人工湿地底部，垂直上行流人工湿地区填充基质，在基质上种植湿地植物；所述射流曝气区内设射流曝气装置；水平流人工湿地区填充湿地基质，并在其上种植湿地植物。

所述垂直流人工湿地控制在兼性厌氧环境下运行；所述水平潜流人工湿地控制在兼性好氧环境下连续运行。

所述的高效废水生态处理装置置于在地面开挖一长方形池体中，在池体底部和四周铺设防渗层；在池体前端设有配水区和配水管，将所处理的废水均匀分配；在池体的尾部设置集水槽，收集水平流湿地出水。

废水通过布水管均匀进入砾间接触氧化区，进入砾间接触氧化区的废水中的悬浮物SS污染物被大量去除后，经集水管收集再经布水系统均匀分配到垂直上行流人工湿地底部，废水在水力压差的作用下，上行流过垂直流人工湿地基质层，垂直上行流人工湿地出水经集水管收集流入射流曝气区，射流曝气区出水溢流至设于水平潜流人工湿地前端的布水槽，经布水槽均匀投配到水平流人工湿地的复合基质层中，废水在基质、植物和微生物的复合协同作用下得到深度净化，再经集水槽和排水管排出池体。

所述砾间接触氧化区的长宽比为20～50∶1，深度为80～150cm，坡度为0.2～0.5％；所述垂直上行流人工湿地区的长宽比为3～5∶1，深度为80～130cm，坡度为0.5～2％；所述水平流人工湿地区的长宽比为4～8∶1，深度为80～120cm，坡度为0.5～2％。

所述的布水管和集水管沿90度两侧间隔打孔，孔间距10～20cm，孔径5～10mm；所述布水管和集水管可采用镀锌管或硬聚氯乙烯UPVC管。

所述砾间接触氧化区池体内填充由体积比为30～60％和40～70％的灰渣和砾石配制而成的复合基质；所述垂直流人工湿地区池体内填充由体积比为50～60％灰渣，10～30％砾石，5～15％活性炭，5～10％腐殖质和10～20％沸石配制而成的复合基质，在池体基质内种植氮磷吸收作用强的湿生花卉植物；所述水平流人工湿地区池体内填充由体积比为50～60％灰渣，10～30％砾石，5～15％活性炭，5～10％腐殖质和10～20％沸石配制而成的复合基质，在池体基质内种植根系放氧、泌抗生素能力强的挺水植物。

所述氮磷吸收能力强的湿生花卉植物为美人蕉、黄金叶和红草；所述根系放氧、泌抗生素能力强的挺水植物为普通芦苇、水葱和香蒲。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1.采用了新型复合基质配方，该配方对磷和有机物均具有很强的去除作用，具有良好的水利传导性能，孔隙率达60～65％，能够有效附着微生物并为其提供良好的生长环境，该基质配方来源广泛，价格低廉，能够实现变废为宝。

2.本发明设计了砾间接触氧化区，置于垂直上行流人工湿地区的前端，通过其对SS污染物的截留作用，能够有效防止湿地区的阻塞，砾间氧化区内设有反冲洗装置，可以防止SS在砾间接触氧化区的大量累积，从而确保整个系统的长期安全稳定运行。

3.垂直流和水平流人工湿地基质的复配组成，以及布水、集水方式的优化，有效减少了系统内部水流短路和死区的形成，提高了系统的有效容积。

4.射流曝气区的引入，增加了进入水平潜流人工湿地废水中溶解氧的浓度，为好氧可降解有机物的氧化降解创造了条件。

5.本发明垂直上行流人工湿地和水平流人工湿地的主反应区，分别控制在兼性厌氧和好氧的环境下运行，对含难降解有机物或氮磷含量较高的特种废水的深度处理具有明显的优越性。根据水质水量的不同调整工艺参数和运行条件，其垂直上行流人工湿地区可以使大量有机物水解酸化或脱出，水平潜流人工湿地区可以进一步脱出大量小分子有机物，将污染物浓度达到所需的处理水平，因而使整个工艺具有广泛的适用性、可靠性和经济性。对于同时含有难降解有机物、氮和磷的特种废水，其运行过程中垂直上行流人工湿地和水平流人工湿地不同反应条件，可以实现对有机物和氮磷的同时去除，这样就实现了整个工艺同时去除氮磷和有机物的经济性、高效性和生态安全性。

6.本发明水力负荷率可达20～30cm/d，远远高于一般人工湿地生态处理方法的5～10cm/d，占地面积小、运行控制简单、动力消耗少，实现同样功能时与生物处理方法比，可节省基建费用50～80％，节省运行费用70～80％，与物理化学法比可节省90～95％的运行费。

7.本发明不产生蚊虫和臭味，人工湿地地表种植的美人蕉等花卉植物和芦苇等具有生态绿化功能及美学价值。

8.本发明主要用于石油工业和城市垃圾渗滤液等中小规模特种废水的深度处理，也可用于流域水环境修复、多功能河道构建、面源污染治理，以及乡镇、别墅、度假村、城市生活小区和小城镇生活污水的深度处理及资源化利用。

附图说明

图1为本发明的结构及工艺示意图。

图中：1-进水泵；2-砾间接触氧化区；3-集水管；4-反冲洗设备；5-布水管；6-垂直流人工湿地植物；7-垂直上行流人工湿地区；8-具阀集水管；9-射流曝气区；10-射流曝气装置；11-溢流堰；12-布水槽；13-穿孔墙；14-水平流人工湿地植物；15-水平流人工湿地区；16-集水槽；17-排水管；18-防渗层；19-可调水位控制阀；20-砾间接触氧化基质；21-垂直上行流人工湿地基质；22-水平流人工湿地基质；23-水位控制阀。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进-步说明：

本发明高效废水生态处理装置接于生物处理之后，主要包括池体、填料、曝气设备10、反冲洗设备4、湿地植物、控制系统、配水系统、集水系统和管路。废水通过污水泵1输送到池体前端的砾间接触氧化区2上表面，水流通过砾间接触氧化基质20进入设于底部的集水管3，集水管3与反冲洗设备4相连，集水管3出水经穿孔过布水管5均匀分配到垂直上行流人工湿地基质21中，垂直上行流人工湿地21出水经集水管8收集排入射流曝气区9，废水在射流曝气区9经曝气器10射流补氧后，经溢流堰11溢流至水平流人工湿地区15的布水槽12，然后废水经过穿孔墙13从水平流人工湿地基质22流过，在尾端经过穿孔墙汇入到集水槽16，再经排水管17和水位控制阀23排除池体。

池体内部砾间接触氧化区2池体内填充由体积比为30～60％和40～70％的灰渣和砾石配制而成的复合基质，这样可以截留大量悬浮，有效缓解后续单元的堵塞问题；所述垂直上行流人工湿地区21和水平流人工湿地区15内部填料主要构成按照体积比由大到小依次为灰渣、砾石、沸石、腐殖质和活性炭，其中砾石的比例为10～30％，活性炭5～15％，腐殖质5～10％，沸石10～20％，其余为灰渣，该填料均匀混合构成复合填料后，填充到垂直上行流人工湿地区7和水平流人工湿地区15，能有效避免填料不均引起的湿地内部短流和死区现象。

垂直上行流人工湿地区7和水平流人工湿地区15湿地植物14的种植方式合理组合。垂直上行流人工湿地区7种植氮磷吸收能力强且具有美学价值的湿生花卉植物，例如美人蕉等植物，有利于去除水中的磷和氮。水平流人工湿地区15基质22中种植根系放氧、泌抗生素能力强的挺水植物，例如可种植芦苇等植物，有利于降解废水中的有机物。

砾间接触氧化区2出水直接布水至垂直上行流人工湿地21的底部，可以确保垂直上行流人工湿地21主反应区处于厌氧状态，有利于大分子有机物的水解酸化；射流曝气区9采用射流曝气设备10射流补氧，并将其出水引入水平流人工湿地15，这样可以使得水平流人工湿地15主反应区处于好氧反应状态，有利于小分子有机物和氨氮的去除。合理组合后整个工艺为由生态处理方法组成在生物处理系统中才能实现的厌氧-好氧优化工艺，具有同时去除难降解有机物和除磷脱氮的功能。

实施例1

砾间接触氧化区填料按体积比30％灰渣和70％砾石混合而成，填料床深度1.3m，反冲洗周期为30～60d；垂直上行流和水平流人工湿地基质复合填料按体积比灰渣为50％，砾石20％，沸石20％，活性炭5％，腐殖质5％混合配制而成其有效，填料床深度分别为100cm和80cm；垂直上行流人工湿地种植美人蕉、红草和黄金叶，面积比为8∶1∶1，水平流人工湿地种植芦苇；布水管和集水管采用直径25mm的UPVC管，沿90度两侧向下间隔打孔，孔间距5cm，孔径3mm，集水管采用50mm的UPVC管，沿90度两侧向下间隔打孔，孔间距10cm，孔径10mm。按总面积计算系统水力负荷率为20cm/d，采用连续均匀配水方式进水，四个反应区的有效面积比为2∶8∶1∶9，水力停留时间分别控制为16h、33h、5h和30h。当经过生物处理系统处理的石油工业废水水质为COD 168mg/L，Oil 15.2mg/L，NH₃-N 16.5mg/L，TP 1.84mg/L时；高效生态处理系统出水为COD 45mg/L，Oil2.3mg/L，NH₃-N 5.0mg/L，TP 0.48mg/L；去除率分别为73％，85％，70％，74％。

实施例2

砾间接触氧化区填料按体积比50％灰渣和50％砾石混合而成，填料床深度1.4m，反冲洗周期为30～60d；垂直上行流和水平流人工湿地基质复合填料按体积比灰渣为55％，砾石15％，沸石15％，活性炭10％，腐殖质5％混合配制而成其有效，填料床深度分别为110cm和90cm；垂直上行流人工湿地种植美人蕉、红草和黄金叶，面积比为8∶1∶1，水平流人工湿地种植芦苇；布水管和集水管采用直径25mm的UPVC管，沿90度两侧向下间隔打孔，孔间距5cm，孔径3mm，集水管采用50mm的UPVC管，沿90度两侧向下间隔打孔，孔间距10cm，孔径10mm。按总面积计算系统水力负荷率为25cm/d，采用连续配水方式进水，四个反应区的有效面积比为2∶8∶1∶9，水力停留时间分别控制为9h、29h、5h和27h。当经过生物处理系统处理的石油工业废水水质为COD 168mg/L，Oil 15.2mg/L，NH₃-N16.5mg/L，TP 1.84mg/L时；高效生态处理系统出水为COD 53mg/L，Oil 2.8mg/L，NH₃-N 4.3mg/L，TP 0.42mg/L；去除率分别为68％，82％，74％，77％。

实施例3

砾间接触氧化区填料按体积比60％灰渣和40％砾石混合而成，填料床深度1.5m，反冲洗周期为30～60d；垂直上行流和水平流人工湿地基质复合填料按体积比灰渣为60％，砾石10％，沸石10％，活性炭15％，腐殖质5％混合配制而成其有效，填料床深度分别为120cm和100cm；垂直上行流人工湿地种植美人蕉、红草和黄金叶，面积比为8∶1∶1，水平流人工湿地种植芦苇；布水管和集水管采用直径25mm的UPVC管，沿90度两侧向下间隔打孔，孔间距5cm，孔径3mm，集水管采用50mm的UPVC管，沿90度两侧向下间隔打孔，孔间距10cm，孔径10mm。按总面积计算系统水力负荷率为30cm/d，采用连续配水方式进水，四个反应区的有效面积比为2∶8∶1∶9，水力停留时间分别控制为9h、30h、5h和29h。当经过生物处理系统处理的石油工业废水水质为COD 168mg/L，Oil 15.2mg/L，NH₃-N16.5mg/L，TP 1.84mg/L时；高效生态处理系统出水为COD 57mg/L，Oil 2.4mg/L，NH₃-N 3.9mg/L，TP 0.39mg/L；去除率分别为66％，84％，76％，79％。

Claims

1.一种高效废水生态处理装置，其特征在于：该装置由砾间接触氧化区(2)、垂直上行人工流湿地区(7)、射流曝气区(9)和水平流人工湿地区(15)依次串联构成；砾间接触氧化区(2)与进水泵(1)相连，水平流人工湿地区(15)与集水槽(16)相连。

2.根据权利要求1所述的高效废水生态处理装置，其特征在于：所述砾间接触氧化区(2)底部集水管(3)与反冲洗设备(4)相连，该氧化区填充砾间接触氧化基质(20)；垂直上行流人工湿地区(7)设有布水管(5)，布水系统均匀分配到垂直上行流人工湿地(7)底部，垂直上行流人工湿地区(7)填充基质(21)，在基质上种植湿地植物(6)；所述射流曝气区内设射流曝气装置(10)；水平流人工湿地区(15)填充湿地基质(22)，并在其上种植湿地植物(14)。

3.根据权利要求1所述的高效废水生态处理装置，其特征在于：所述垂直流人工湿地控制在兼性厌氧环境下运行；所述水平潜流人工湿地控制在兼性好氧环境下连续运行。

4.根据权利要求1所述的高效废水生态处理装置，其特征在于：该装置置于在地面开挖一长方形池体中，在池体底部和四周铺设防渗层(18)；在池体前端设有配水区和配水管，将所处理的废水均匀分配；在池体的尾部设置集水槽(16)，收集水平流湿地出水。

5.一种如权利要求1所述的废水生态处理装置的方法，其特征在于：废水通过布水管(5)均匀进入砾间接触氧化区，进入砾间接触氧化区的废水中的悬浮物SS污染物被大量去除后，经集水管(3)收集再经布水系统均匀分配到垂直上行流人工湿地底部，废水在水力压差的作用下，上行流过垂直流人工湿地基质层，垂直上行流人工湿地出水经集水管收集流入射流曝气区，射流曝气区出水溢流至设于水平潜流人工湿地前端的布水槽(12)，经布水槽均匀投配到水平流人工湿地的复合基质层中，废水在基质、植物和微生物的复合协同作用下得到深度净化，再经集水槽和排水管(17)排出池体。

6.根据权利要求5所述的废水生态处理方法，其特征在于：所述砾间接触氧化区的长宽比为20～50∶1，深度为80～150cm，坡度为0.2～0.5％；所述垂直上行流人工湿地区的长宽比为3～5∶1，深度为80～130cm，坡度为0.5～2％；所述水平流人工湿地区的长宽比为4～8∶1，深度为80～120cm，坡度为0.5～2％。

7.根据权利要求5所述的废水生态处理方法，其特征在于：所述的布水管和集水管沿90度两侧间隔打孔，孔间距10～20cm，孔径5～10mm；所述布水管和集水管可采用镀锌管或硬聚氯乙烯UPVC管。

8根据权利要求5所述的废水生态处理方法，其特征在于：所述砾间接触氧化区池体内填充由体积比为30～60％和40～70％的灰渣和砾石配制而成的复合基质；所述垂直流人工湿地区池体内填充由体积比为50～60％灰渣，10～30％砾石，5～15％活性炭，5～10％腐殖质和10～20％沸石配制而成的复合基质，在池体基质内种植氮磷吸收作用强的湿生花卉植物；所述水平流人工湿地区池体内填充由体积比为50～60％灰渣，10～30％砾石，5～15％活性炭，5～10％腐殖质和10～20％沸石配制而成的复合基质，在池体基质内种植根系放氧、泌抗生素能力强的挺水植物。

9根据权利要求8所述的废水生态处理方法，其特征在于：所述氮磷吸收能力强的湿生花卉植物为美人蕉、黄金叶和红草；所述根系放氧、泌抗生素能力强的挺水植物为普通芦苇、水葱和香蒲。