CN1927737A - 净化雨/污水的生物－生态过滤系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于利用环境工程技术和生态工程技术处理雨/污水的集成技术，特别涉及一种净化雨/污水的生物－生态过滤系统及其操作方法。该系统由环境工程单元生物滤池和生态工程单元的生态滤池组合而成。生物滤池可去除污水中的有机污染物、氨氮、总悬浮固体等，且不需要曝气设备；生态滤池可采用多级串联，提高了生态滤池的处理效果，前置沉淀池的设置可以减小生态滤池的负荷，利用生态滤池的过滤和植物的生长吸收可进一步净化生物滤池出水；暴雨径流中的污染物可直接利用生态滤池处理。本发明具有处理效果显著、运行成本低、环境友好、节省水资源等特点，处理后的雨/污水可回用或浇灌。

Description

净化雨/污水的生物-生态过滤系统及其操作方法
技术领域
本发明属于利用环境工程技术和生态工程技术处理雨/污水的集成技术，特别涉及一种净化雨/污水的生物-生态过滤系统及其操作方法。
背景技术
城市面源污染是水环境质量恶化的主要原因之一。城市的面源污染从时间上看，污染源排放具有间断性，污染物晴天累积，雨天排放；从污染物种类上看，城市面源污染物有总悬浮物、总氮、总磷、CODcr、大肠杆菌、石油烃类、重金属、农药等，污染物种类、排放强度与城市的发展程度、经济活动类型以及居民行为等因素密切相关，自然背景效应很低。在点源污染得到基本治理以后，源自城镇或其他重污染区的暴雨径流就变成了水体污染的主要来源。
城市面源污染排放时，大量悬浮物进入水体直接改变水体的物理生境，降低透光度，淤积水体。营养物质的过量输入则引起受纳水体富营养化，使藻类或有害植物如凤眼莲等疯长，导致水体质量恶化。而致病性细菌、石油烃类、重金属类污染物质则会毒害水生生物，降低饮用水水质资源并威胁人类健康。城市面源还会造成地下水污染，损害城市景观，影响社会经济的可持续发展，危害人体健康。
在面源污染中，有一类特殊的污染源，具有污染浓度高，水量小、水量稳定和常年排放。这类污染源从大尺度上看是一些离散的点，具有面源的特征，在小尺度上呈现出点源特征。由于离城市管网远或缺少资金，这类污染源一般就近排放，严重的污染了水体。对这类污染源一般采用就近处理后回用或排放，可以减少管道的投资；水用于回用，还可以节省水资源。对浓度较高的小点源，一般采用环境工程设施即可。但对污染物浓度较低的小点源采用污水处理工艺处理会浓度低很难正常运行，不采用生化处理又很难去除其中的溶解性污染，如果直接采用湿地等生态方法处理又会因浓度太高而效果不好，缩短湿地寿命。
许多工程和管理措施均能够有效地减少面源污染。美国学者(Novotny)提出，所有减少地表径流和水土流失的措施均能够减少面源污染。德国科学家(Bendorf)发现，在河道型水库上修建的前置库能够有效地减少进入水库的泥沙和磷氮等营养物质。新西兰学者发现，长期用来稳定岸边带的河边缓冲带技术可以显著减少进入水体的面源污染物负荷。美国学者(Mitsch)发现湖边的人工和天然湿地系统能够大量持留面源污染物。
对于面源中的小点源，在环境工程研究已经很成熟。对浓度较高的点源一般采用生化方法处理。对浓度较低的点源，一般采用物化法处理，如过滤、混凝、加药气浮法等，与生物膜生化处理连用，可以提高处理效果。
湿地能够大量持留面源污染物，但是地占地面积大，单位面积处理能力低。
过滤具有对水体中的悬浮物去除效果好，设备体积小、动力设施简单，运行管理方便，处理出水对水体中的动植物影响小等特点，在景观水体处理中常被采用。但是常规过滤方法对水体中的溶解性污染物基本没有去除效果，溶解性污染物会在水体中累积。曝气生物滤池系统是利用生物膜法处理水中的污染物，对溶解性和非溶解性污染物均有良好去除效果，但是需要曝气设备，能耗大，运行管理复杂和噪声大。而地表水体污染物浓度很低，微生物不易生长，使得曝气生物滤池运行困难。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种净化雨/污水的生物-生态过滤系统，为雨/污水处理提供一条高效低耗、资源化的途径。
本发明的另一目的在于提供一种净化雨/污水的生物-生态过滤系统的操作方法。
本发明的环境友好型雨/污水净化回用技术中的生态滤池利用前置沉淀池收集储存点源附近的雨水，减少湿地单位时间处理量，可以将少湿地的面积，同时可以去除了水中的大部分污染物，延长湿地的使用年限。利用多级湿地串联，可以提高和保证湿地的去除效率。
本发明的环境友好型雨/污水净化回用技术中的生物滤池是利用一般过滤系统，对进水方式和滤料进行改进，具有曝气生物滤池的特点，能去除水体中的溶解性污染物。
本发明的净化雨/污水的生物-生态过滤系统是由环境工程单元生物滤池和生态工程单元生态滤池组合而成，其特征在于：
一沉淀池I通过管路与生态滤池IV相连通；
一沉淀池II通过管路与生物滤池III相连通，生物滤池III通过管路与生态滤池IV相连通；
生态滤池IV通过管路与清水池V相连通。
浓度较低的小点源污水和点源附近雨水均设置前置沉淀池收集；利用生物滤池的过滤和滤料上形成的生物膜处理低浓度小点源污水，可有效地降解有机污染物，同时去除氨氮、总悬浮固体；利用生态滤池的过滤和植物的生长吸收进一步净化生物滤池出水；暴雨径流中的污染物直接利用生态滤池处理；处理水回用或用于浇灌。生物滤池和生态滤池常年运行处理污水，雨天多余暴雨径流收集后逐步处理。
本发明的净化雨/污水的生物-生态过滤系统的工艺流程是：污水首先进入沉淀池II沉淀去除部分悬浮颗粒污染物后，进入生物滤池III，在生物滤池中经过滤和生物降解后进入生态滤池IV；经生态滤池的进一步过滤和植物的吸收降解；暴雨径流首先进入沉淀池I收集，在沉淀池沉淀后缓慢泵入生态滤池IV处理；处理后的污水或暴雨径流储存在清水池V中。
本发明的净化雨/污水的生物-生态过滤系统中的生物滤池III主要由滤料、布水区、三角堰、滤板、短柄滤头、进水管、反冲洗管、清水收集管、顶盖、反冲洗泵、污水泵等单元组成。
一滤板将生物滤池III分为上填料区、下布水区两个区；滤板为穿孔板(带有小孔)，在滤板的小孔处安装有短柄滤头；在滤板下方的布水区安装有清水收集管、反冲洗管；在滤板上方装的填料区装填有滤料，在滤料的上方一三角堰安装在生物滤池III的侧壁上，一进水管安装在三角堰的上方。
所述的生物滤池III的顶部有顶盖，在顶盖上设有观察通风孔。
所述生物滤池III的进水管与污水泵相连，污水泵安装在沉淀池II中，反冲洗管与反冲洗泵相连，反冲洗泵安装在清水池V中；清水收集管的另一端与生态滤池IV上的污水管相连通。
所述生物滤池内滤料为陶粒滤料，进水管出水跌水；生物滤池III可以根据需要设置成一个或一个以上的并联。
本发明的净化雨/污水的生物-生态过滤系统中的生态滤池IV主要由沉淀池、湿地、污水管、雨水进水管、湿地进水或出水管道、基质、水生植物、雨水泵、水泥隔板等构成。
在生态滤池IV中由水泥隔板将生态滤池IV分隔为湿地一、湿地二、湿地三及沉淀池，在沉淀池外侧的边壁上安装有污水管、雨水进水管，雨水进水管与沉淀池I中的雨水泵连接；在生态滤池IV的另一侧壁上安装有与清水池V相连通的管道。
所述的湿地一、湿地二、湿地三串联运行，湿地的基质自下而上由壤土、泥碳、蛭石、粗砂、钢渣、卵石和土工布按一定顺序填埋而成，在基质上栽种有水生植物，湿地一、湿地二、湿地三间有一定高度差，自与沉淀池相邻的湿地一向湿地三逐渐降低；所述的污水管、雨水进水管，其高度比湿地一顶部的基质略高。湿地进、出水管按高、低排列。
所述的水泥隔板上安装有通水的管道，为沉淀池的一侧壁的隔板上的管道在湿地的基质上部，湿地一、湿地二之间隔板上的管道在湿地的基质底部，湿地二、湿地三之间隔板上的管道在湿地的基质上部，为生态滤池IV一侧壁的隔板上的管道在湿地的基质底部。
本发明的净化雨/污水的生物-生态过滤系统的操作方法如下：
小点源污水和点源附近雨水分别为沉淀池I、II收集；利用生物滤池III的过滤和滤料上形成的生物膜处理浓度较低小点源污水中的有机污染物，同时去除氨氮、总悬浮固体；利用生态滤池IV的过滤和植物的生长吸收进一步净化处理生物滤池出水；暴雨径流中的污染物直接利用生态滤池IV处理；处理后的水由清水池V收集回用或用于浇灌。生物滤池III和生态滤池IV常年运行处理污水，雨天多余暴雨径流经沉淀池I收集后逐步处理。
本发明的净化雨/污水的生物-生态过滤系统的具体操作方法可参见图1～3：
小点源污水经沉淀池II收集沉降后经过污水泵11提升，由进水管6跌入生物滤池III中，经滤料区1处理后由短柄滤头5进入布水区2，经过清水收集管8收集后由生态滤池的污水管16进入生态滤池的沉淀池12，通过进水管18进入湿地一13，经过过滤和吸收后由底部管道19进入湿地二14中，从湿地二14上部管道20收集后进入湿地三15中，经过湿地三15过滤和吸收处理后经过底部出水管21收集排入清水池V中储存。生物滤池III运行一段时间后进行反冲洗，反冲洗时先关掉清水收集管8和污水泵11；然后打开反冲洗泵10，反冲洗水经过反冲洗管7进入布水区2，在布水区2整流后经由短柄滤头5进入滤料区冲洗滤料；反冲洗水经三角堰3收集后排到沉淀池II中。
暴雨径流经过沉淀池I收集沉淀，由雨水泵24提升经过雨水进水管17进入生态滤池的沉淀池12中，经过进一步沉淀后，经由进水管18进入湿地一13中，经过过滤和吸收后由底部管道19进入湿地二14中，从湿地二14上部管道20收集后进入湿地三15中，经过湿地三15过滤和吸收处理后经过底部出水管21收集后排入清水池V中储存。
本发明将生物滤池与生态滤池结合集成为雨/污水净化回用技术，利用生物滤池的过滤和滤料上形成的生物膜处理污水中的有机污染物，同时去除氨氮、总悬浮固体；利用生态滤池的过滤和植物的生长吸收进一步净化生物滤池出水；暴雨径流中的污染物直接利用生态滤池处理；将处理后的雨/污水用于回用或浇灌。这不仅可以降低面源污染，还可以节省水资源；同时设计时考虑城市景观效应，使该系统在与周边环境相适应，是一项具有发展前途的技术。
本发明的净化雨/污水雨/污水的生物-生态过滤系统具有如下优点：
1、将环境工程和生态工程结合，利用生物滤池作为离散型小点源污水处理的主体，利用生态滤池处理暴雨径流和进一步处理生物滤池的出水。该集成技术具有处理效果好、能耗低、操作方便等优点。
2、处理后的污水和雨水可回用或用于浇灌，节省了水资源。
3、利用前置沉淀池收集雨水和污水，降低了生态工程的处理压力，节省了工程投资。
4、生物滤池采用进水跌水和陶粒滤料等措施，使生物滤池具有同时去除不溶性污染物和溶解性污染物的功能，该生物滤池不需要曝气系统，具有能耗低、噪音小等优点；设计时，采用多个小滤池并联的方式，减少了生物滤池反冲洗的瞬时用水量，降低了生物滤池对配套设施的要求。
下面结合附图及实施例对本发明的净化雨/污水的生物-生态过滤系统及其操作方法作进一步的说明。
附图说明
图1.本发明的净化雨/污水的生物-生态过滤系统的示意图。
图2.本发明的净化雨/污水的生物-生态过滤系统的生物滤池的示意图。
图3.本发明的净化雨/污水的生物-生态过滤系统中的生态滤池的示意图。
附图标记
I.沉淀池         II.沉淀池       III.生物滤池
IV.生态滤池      V.清水池
1.滤料           2.布水区        3.三角堰
4.滤板           5.短柄滤头      6.进水管
7.反冲洗管       8.清水收集管    9.顶盖
10.反冲洗泵      11.污水泵       12.沉淀池
13.湿地          14.湿地         15.湿地
16.污水管        17.雨水进水管
18、19、20、21.湿地进水和出水管  22.填料
23.水生植物      24.雨水泵       25.隔板
具体实施方式
实施例1：
请参见图1。本发明的系统是由环境工程单元生物滤池和生态工程单元生态滤池组合而成。
一沉淀池I通过管路与生态滤池IV相连通；一沉淀池II通过管路与生物滤池III相连通，生物滤池III通过管路与生态滤池IV相连通；生态滤池IV通过管路与清水池V相连通。
生物滤池III如图2所示，所述生物滤池内滤料为陶粒滤料；生态滤池IV如图3所示，隔板为水泥隔板。
用本发明的系统对武汉动物园大象馆的污水进行处理。
武汉动物园大象馆是该动物园重要的景观之一。该馆饲养了大象2只，饲料为青草。大象馆每天上午8～9点清洗饲料房间。清洗时先清扫粪便，转移到转运站，由垃圾车拉走，然后用自来水冲洗地面，冲洗水直接外排入马仓湖；动物饮用水槽整天补充，多余的水溢流后与冲洗水一条管道排出，冲洗水和动物饮用水溢流水水量共约5吨/天。
大象馆旁边是一片坡地，坡地与屋顶的暴雨径流汇集后排入马仓湖。
污水主要是大象馆场馆冲洗水。冲洗前期污染浓度高，TSS：1000～1367mg/L，CODcr：728～100mg/L，TN：42.1～60mg/L，TP：8～13mg/L。在沉淀池与自来水混合稀释后，污染物浓度降低，进入生物滤池的水质如下：TSS：60～100mg/L，CODcr：40～70mg/L，TN：8～12mg/L，TP：0.5～1.0mg/L
暴雨径流的主要污染物是悬浮颗粒，利用沉淀池沉降后进入生态滤池的水质如下：TSS：50～90mg/L，CODcr：120～200mg/L，TN：10～18mg/L，TP：0.2～0.8mg/L
针对大象馆的水质状况，采用了本发明的环境友好型雨/污水净化回用技术对大象馆的雨/污水进行处理。生物滤池和生态滤池常年运行，其中生态滤池还处理暴雨径流。
考虑动物园的景观情况，在设计时将生态滤池设计为半园形，生物滤池周围种植竹林，同时对坡地进行整理，种植喜阴植物。处理后的雨/污水用于浇灌或排入附近的干塘。
结果表明：前置沉淀池，不仅可以收集雨/污水，还具有预处理及均匀水质的作用。
比较生物滤池进出水：系统运行稳定后经处理后总氮去除率为50～60％，总磷的去除率为16～25％，CODCr去除率为60～70％。TSS去除率为80～95％。生物滤池的出水经过生态滤池的进一步处理，比较生态滤池的污水进出水，总氮去除率为50～60％，总磷的去除率为50～60％，由于CODCr和TSS浓度很低，去除率不高，在20％左右。
比较生态滤池雨水的进出水：总氮去除率为50～60％，总磷的去除率为25～40％，CODCr去除率为60～70％，TSS去除率80～90％。
经过生态滤池和生态滤池的处理，雨污水的出水水质为：CODCr维持在20mg/L以下，TN维持在5mg/L以下，TP维持在0.2mg/L以下，TSS维持在10mg/L以下。
对本研究的环境友好型雨/污水净化回用技术的工程应用研究表明：该系统具有处理效果显著、能耗低、环境友好等特点。

Claims (9)

1.一种净化雨/污水的生物-生态过滤系统，是由环境工程单元生物滤池和生态工程单元生态滤池组合而成，其特征在于：
一沉淀池I通过管路与生态滤池IV相连通；
一沉淀池II通过管路与生物滤池III相连通，生物滤池III通过管路与生态滤池IV相连通；
生态滤池IV通过管路与清水池V相连通。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征是：所述的生物滤池III是一个或一个以上的并联。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征是：所述的生物滤池III主要由滤料、布水区、三角堰、滤板、短柄滤头、进水管、反冲洗管、清水收集管单元构成；
一滤板将生物滤池III分为上填料区、下布水区两个区；滤板为穿孔板，在滤板的通孔处安装有短柄滤头；在滤板下方的布水区安装有清水收集管、反冲洗管；在滤板上方装的填料区装填有滤料，在滤料的上方一三角堰安装在生物滤池III的侧壁上，一进水管安装在三角堰的上方。
4.根据权利要求3的系统，其特征是：所述的生物滤池III的进水管与污水泵相连，污水泵安装在沉淀池II中，反冲洗管与反冲洗泵相连，反冲洗泵安装在清水池V中；清水收集管的另一端与生态滤池IV上的污水管相连通。
5.根据权利要求1或2所述的系统，其特征是：所述的生物滤池III的顶部有顶盖，在顶盖上设有观察通风孔。
6.根据权利要求3所述的系统，其特征是：所述的生物滤池III的顶部有顶盖，在顶盖上设有观察通风孔。
7.根据权利要求1所述的系统，其特征是：所述的生态滤池IV主要由沉淀池、湿地、污水管、雨水进水管、湿地进水或出水管道、基质、水生植物、雨水泵、隔板构成；
在生态滤池IV中由隔板将生态滤池IV分隔为湿地一、湿地二、湿地三及沉淀池；在沉淀池外侧的边壁上安装有污水管、雨水进水管，雨水进水管与雨水泵连接；在生态滤池IV的另一侧壁上安装有与清水池V相连通的管道；
所述的湿地一、湿地二、湿地三串联运行，湿地的基质自下而上由壤土、泥碳、蛭石、粗砂、钢渣、卵石和土工布按顺序填埋而成，在基质上栽种有水生植物；自与沉淀池相邻的湿地一向湿地三逐渐降低；所述的污水管、雨水进水管，其高度比湿地顶部的基质高；
所述的隔板上安装有通水的管道，为沉淀池的一侧壁的隔板上的管道在湿地的基质上部，湿地一、湿地二之间隔板上的管道在湿地的基质底部，湿地二、湿地三之间隔板上的管道在湿地的基质上部，为生态滤池IV一侧壁的隔板上的管道在湿地的基质底部。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征是：所述的雨水进水管与沉淀池I中的雨水泵连接；
在生态滤池IV的另一侧壁上安装的管道与清水池V相连通。
9.一种根据权利要求1～8任一项所述的系统的操作方法，其特征是：小点源污水和点源附近雨水分别为沉淀池I、II收集；利用生物滤池III的过滤和滤料上形成的生物膜处理浓度较低小点源污水中的有机污染物，同时去除氨氮、总悬浮固体；利用生态滤池IV的过滤和植物的生长吸收进一步去除生物滤池出水；暴雨径流中的污染物直接利用生态滤池IV处理；处理后的水由清水池V收集。
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