專利名稱：組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)及城鎮(zhèn)污水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水處理領(lǐng)域，具體涉及一種組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)及城鎮(zhèn)污水處理方法。
背景技術(shù)：
我國沿江河流域村鎮(zhèn)和小城市生活污水無組織排放是造成地表水體污染和富營養(yǎng)化的重要因素之一，也是我國水體污染治理的一項重要而艱巨的任務(wù)。隨著城鎮(zhèn)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，城鎮(zhèn)的用水量和排水量都在不斷增加，進(jìn)一步加劇了用水的緊張和水質(zhì)的污染，環(huán)境問題日益突出，水危機(jī)已經(jīng)成為社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要制約因素。解決廣大村鎮(zhèn)及小城市水污染的根本出路只能是開發(fā)使用低成本、高效率的污水處理技術(shù)。人工濕地污水處理技術(shù)的迅速發(fā)展，為解決這一問題提供了一種可能的途徑。近年來，該技術(shù)被世界各國廣泛用來改善水質(zhì)，修復(fù)湖泊、水庫的營養(yǎng)性污染物質(zhì)，控制農(nóng)業(yè)污水的氮、磷污染，已是一項正在不斷得到研究應(yīng)用和發(fā)展的廉價污水處理實用技術(shù)。 人工濕地污水處理技術(shù)雖然具有高效率、低能耗的特點，但濕地技術(shù)也具有很強(qiáng)的地域性特點和局限性，因此有必要結(jié)合區(qū)域特點開發(fā)新式的人工濕地系統(tǒng)，為構(gòu)建新的城鎮(zhèn)污水處理系統(tǒng)和處理系統(tǒng)增容開辟新的途徑。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種可克服單一工藝的缺陷、實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)的且具有投資與運行費用低、維護(hù)管理簡便、耐沖擊負(fù)荷能力強(qiáng)、生態(tài)景觀改善效果明顯等優(yōu)點的組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)，并公開了一種高效的城鎮(zhèn)污水處理方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是
設(shè)計一種組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)，包括依次串聯(lián)的生物調(diào)節(jié)池單元、好氧降解與微生物培養(yǎng)池、潛流濕地、表流濕地，所述生物調(diào)節(jié)池單元包括并聯(lián)的預(yù)處理池Al、預(yù)處理池A2和串聯(lián)在兩者之后的混合調(diào)節(jié)池，該生物調(diào)節(jié)池單元設(shè)置有效水深I(lǐng). 30
I.60m,且放養(yǎng)有浮水型水生植物，并使其在池中的蓋度達(dá)95%以上，將植物、動物、微生物弓I入試驗廢水調(diào)節(jié)池，強(qiáng)化了預(yù)處理的降解轉(zhuǎn)化作用；
在所述好氧降解與微生物培養(yǎng)池的底部鋪有用以構(gòu)建微生物與有機(jī)養(yǎng)分緩沖庫的25 35cm厚的蛭石礦物層,利用該載體技術(shù)在該單兀篩選和培養(yǎng)有效微生物群,將培養(yǎng)的菌群擴(kuò)散到生物調(diào)節(jié)池和濕地單元，增大處理系統(tǒng)的微生物濃度，放大微生物降解效應(yīng)，提高整個系統(tǒng)的生物降解能力；
所述潛流濕地中的基質(zhì)由下至上依次為25 35cm厚的碌石層、15 25cm厚的細(xì)沙層、35 45cm厚的蛭石與細(xì)沙混合層、15 25cm厚的細(xì)沙與紅壤混合層,其地表上種植常綠型陸生植物；所述表流濕地由淺至深配置各種挺水型、浮葉型、浮水型、沉水型水生植物；利用潛流濕地吸附、過濾、沉淀功能截留無機(jī)和有機(jī)有毒物質(zhì)、增強(qiáng)去N除P效果，利用表流濕地中和、調(diào)節(jié)、穩(wěn)定出水水質(zhì)。
基于好氧反應(yīng)初期降解與轉(zhuǎn)化速率高的原理，采用快速好氧降解將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為速效養(yǎng)分供濕地植物生長，這一組合設(shè)計成倍地縮減了生化反應(yīng)時間、有效地降低了有機(jī)負(fù)荷、相應(yīng)也成倍地縮小了濕地的面積。配置不同微生物、植物、動物種類，利用生物共生、競爭、食物鏈(網(wǎng))、營養(yǎng)級、生態(tài)位等原理，建立穩(wěn)定微生態(tài)環(huán)境促進(jìn)生物間物質(zhì)能量交換。在所述好氧降解與微生物培養(yǎng)池與所述生物調(diào)節(jié)池單元、潛流濕地、表流濕地之間分別設(shè)有相應(yīng)的污泥調(diào)控管道。在所述生物調(diào)節(jié)池單元與所述潛流濕地、表流濕地之間分別設(shè)有相應(yīng)的污水調(diào)控管道。所述浮水型水生植物為鳳眼蓮、滿江紅、浮萍中的至少一種。
所述常綠型陸生植物為黃花美人蕉、紅花美人蕉、姜草、香蒲、矮象草、水芋、梭魚草中的至少一種。所述沉水型水生植物為黑藻、金魚藻、皇竹草、水花生中的至少一種。所述挺水型水生植物為菖蒲、水芹菜、茭白中的至少一種。所述蛭石與細(xì)沙混合層由蛭石、細(xì)沙按I :0. 8 I. 2的重量比組成；所述細(xì)沙與紅壤混合層由細(xì)沙、紅壤按I :1 I. 5的重量比組成。配置不同種類草本、木本植物，利用不同種植物根系的分布特點，形成多層次水環(huán)境好氧區(qū)(根系周圍)、兼氧區(qū)和厭氧區(qū)(無根系或少根系區(qū))，好氧微生物將有機(jī)物分解，兼性微生物和厭氧微生物降解有機(jī)物，好氧區(qū)和厭氧區(qū)的同時存在，十分有利于氮的硝化和反硝化反應(yīng)的進(jìn)行，達(dá)到高效除氮效果。利用上述組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行城鎮(zhèn)污水處理方法，包括以下步驟
(1)首先將城鎮(zhèn)污水引入上述生物調(diào)節(jié)池單元，進(jìn)行沉淀、生物吸收凈化，水力停留時間5 7h ;
(2)將上步處理結(jié)束后的城鎮(zhèn)污水引至所述好氧降解與微生物培養(yǎng)池中進(jìn)行快速曝氣反應(yīng),水力停留時間在2 6h ;
(3)經(jīng)上步處理后的污水再引至所述潛流濕地中，利用其中所填充的基質(zhì)、栽植的植物及濕地附著的微生物對污水的各種物質(zhì)進(jìn)行吸附、吸收、分解以達(dá)到截留、凈化之目的；
(4)上步處理后的污水引至所述表流濕地，利用表流濕地中所存在的各種水生生物的進(jìn)行進(jìn)一步的綜合處理凈化，最后達(dá)標(biāo)排放；
(5)定期(當(dāng)污水在生物調(diào)節(jié)池的水力停留時間6.4h，平均水溫達(dá)到18 22°C)將所述好氧降解與微生物培養(yǎng)池中所產(chǎn)生的活性污泥按85%、10%、5%的比例分別轉(zhuǎn)移接種到所述生物調(diào)節(jié)池單元、潛流濕地、表流濕地。定量回流好氧降解與微生物培養(yǎng)池的污泥至調(diào)節(jié)池，用以提高廢水可生化度，降低好氧處理單元有機(jī)負(fù)荷。(6)運行過程中，根據(jù)各單元的水力負(fù)荷、污水容積負(fù)荷的調(diào)控生物調(diào)節(jié)池單元、好氧降解與微生物培養(yǎng)池、潛流濕地、表流濕地中的污水通量，目的是通過調(diào)控，實現(xiàn)各單元的組合增效，組合處理單元功能的加成效應(yīng)，組合不同技術(shù)與工藝，發(fā)揮各自的優(yōu)點，實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。在上述污水運行處理過程中還可以按好氧降解與微生物培養(yǎng)池中活性污泥量的8 12%向其中投加具有較強(qiáng)吸附氨氮能力的蛭石礦物作為生物膜載體。本發(fā)明具有積極有益的效果
1.本發(fā)明系統(tǒng)不僅可實現(xiàn)各單元之間處理效果的優(yōu)勢互補(bǔ)，還可實現(xiàn)各季節(jié)處理效果的優(yōu)勢互補(bǔ)，從而使TN、TP和C0D。,均可達(dá)到較好的去除效果；可彌補(bǔ)單一常規(guī)生化處理(去除有機(jī)污染物效果好而對氮、磷去除效果較差)和單一常規(guī)人工濕地處理(去除氮、磷效果較好)的不足，同時還解決了冬季處理效果差的問題，最終達(dá)到組合增效、優(yōu)勢互補(bǔ)的目的，見表I。表I系統(tǒng)各處理單元去污能力比較
—4月 11月+2--3月
處理■ _........................—.........................一》^_............... ................—....................................—........................—
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2.在保證處理后出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的前提下，組合系統(tǒng)無論是建設(shè)成本還是運行成本都低于國內(nèi)外常規(guī)的處理工藝，見表2。表2系統(tǒng)建設(shè)和運行成本及用地面積
~ 建 威本.運行耗電置管理維護(hù)等11運行合計~ _ _ CJtli) (MJt) (jtJi)( ι) __ _:A)—
纏合模式300-500 <0.10.1<0.21-1.5
3.本發(fā)明系統(tǒng)將生化處理技術(shù)與人工濕地處理技術(shù)加以組合后，能大大降低濕地面積，最終達(dá)到在節(jié)約建設(shè)成本和維護(hù)成本的情況下增強(qiáng)去污效果的目的。4.組合工藝能大大減少生化反應(yīng)的能耗，利用潛流與表流濕地的組合，實現(xiàn)了水生與陸生、夏季與冬季、一年生與多年生植物的搭配，從而擴(kuò)大了不同季節(jié)植物種類的選擇范圍。5.本組合濕地處理系統(tǒng)可引入大量的景觀植物，形成多層次的景觀，豐富景觀層次，使人工濕地接近自然生態(tài)系統(tǒng)。同時將濕地的景觀功能融入到休閑娛樂體系中，不僅能夠凈化水體，還提供了釣魚休閑地和增加美學(xué)感受，系兼具環(huán)保、觀景、休閑多重功效。


圖I為組合式人工濕地污水凈化系統(tǒng)流程示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合具體實施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明。下述實施例中所涉及的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如無特別說明，則為常規(guī)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)；所涉及的具體方法步驟如無特別說明，則均為常規(guī)方法步驟。實施例I廣州市某區(qū)組合式污水處理人工濕地系統(tǒng)，參見圖1，包括依次串聯(lián)的生物調(diào)節(jié)池單元(A單元)、好氧降解與微生物培養(yǎng)池(B單元)、潛流濕地(C單元)、表流濕地(D單元)，有關(guān)構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)見表3;所述生物調(diào)節(jié)池單元包括并聯(lián)的預(yù)處理池Al、預(yù)處理池A2和串聯(lián)在兩者之后的混合調(diào)節(jié)池，該生物調(diào)節(jié)池單元單元面積182m2，有效水深
I.45m，其中預(yù)處理池Al、混合調(diào)節(jié)池中均放養(yǎng)鳳眼蓮等水生植物，蓋度達(dá)95%以上，生物量達(dá)21. 59kg/m2，預(yù)處理池A2內(nèi)放養(yǎng)滿江紅等植物，蓋度達(dá)95%以上，生物量達(dá)26kg/m2 ;污水流入混合調(diào)節(jié)池的最大流量800m3/d，日平均流量為540m3/d，水力停留時間6. 4h，平均水溫維持20°C左右；
在所述好氧降解與微生物培養(yǎng)池的底部鋪有用以構(gòu)建微生物與有機(jī)養(yǎng)分緩沖庫的30cm厚的蛭石礦物層；運行過程中投加一定量(一般按活性污泥量的10%)具有較強(qiáng)吸附氨氮能力的蛭石礦物作為生物膜載體。HRr (水力停留時間)設(shè)計為2小時。生化反應(yīng)的前期效率很高，可有效地降低有機(jī)污染物濃度以減輕濕地單元的有機(jī)負(fù)荷。另外生化反應(yīng)可將有機(jī)質(zhì)迅速轉(zhuǎn)化成為速效養(yǎng)分供濕地植物吸收利用。設(shè)置生化單元另一目的是培養(yǎng)和馴化有效微生物群，作為整個系統(tǒng)的有效微生物菌種源。因此，B單元的作用是降解和轉(zhuǎn)化有機(jī)污染物、培養(yǎng)微生物菌種、緩沖系統(tǒng)有機(jī)養(yǎng)分流。所述潛流濕地中的基質(zhì)由下至上依次為30cm厚的碌石層、20cm厚的細(xì)沙層、40cm 厚的蛭石與細(xì)沙混合層(兩物料按I :1的重量比混合)、20cm厚的細(xì)沙與紅壤混合層(兩物料按I :1的重量比混合)，其地表上種植常綠型陸生植物；用紅壤去除磷和微量元素，用蛭石吸附氨態(tài)氮。單元截留積累的養(yǎng)分供植物、土壤微生物和動物吸收利用；C單元為間歇啟動單元，主要作用是首先，作為養(yǎng)分緩沖庫調(diào)節(jié)系統(tǒng)處理能力，在進(jìn)水流量和污染物濃度增大、污染物組成復(fù)雜時減緩表流濕地單元的污染物負(fù)荷；其次，利用單元的吸附能力去除有毒與有害物質(zhì)，防止這些物質(zhì)破壞表流濕地的生態(tài)系統(tǒng)；第三，在水生植物換季，以及在冬季水生植物去污能力較弱時期，能相對獨立運行一段時間，保證排放水質(zhì)達(dá)標(biāo)；主要引種植物包括挺水植物有菖蒲、水芹菜、茭白；浮水植物有滿江紅、鳳眼蓮、浮萍等；沉水植物有黑藻、金魚藻、皇竹草等。所述表流濕地由淺至深配置各種挺水型、浮葉型、浮水型、沉水型水生植物。物，通過生物吸收、利用和轉(zhuǎn)化進(jìn)一步降低有機(jī)污染物濃度，穩(wěn)定出水水質(zhì)。利用上述組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行城鎮(zhèn)污水處理方法，包括以下步驟，有關(guān)工藝參數(shù)見表3:
(O首先將城鎮(zhèn)污水引入上述生物調(diào)節(jié)池單元，進(jìn)行沉淀、生物吸收凈化；
(2)將上步處理結(jié)束后的城鎮(zhèn)污水引至所述好氧降解與微生物培養(yǎng)池中進(jìn)行快速曝氣反應(yīng);
(3)經(jīng)上步處理后的污水再引至所述潛流濕地中，利用其中所填充的基質(zhì)、栽植的植物及濕地附著的微生物對污水的各種物質(zhì)進(jìn)行吸附、吸收、分解以達(dá)到截留、凈化之目的；
(4)上步處理后的污水引至所述表流濕地，利用表流濕地中所存在的各種水生生物的進(jìn)行進(jìn)一步的綜合處理凈化，最后達(dá)標(biāo)排放；
(5)定期(如在污水在生物調(diào)節(jié)池的水力停留時間5 7h，平均水溫達(dá)到20°C左右時)將所述好氧降解與微生物培養(yǎng)池中所產(chǎn)生的活性污泥按85%、10%、5%的比例分別轉(zhuǎn)移接種到所述生物調(diào)節(jié)池單元、潛流濕地、表流濕地。通過管道和計量器實現(xiàn)上述比例的調(diào)控。(6)運行過程中，根據(jù)各單元的水力負(fù)荷、污水容積負(fù)荷(總設(shè)計流量1050m3/d，其它有關(guān)參數(shù)見表3)的調(diào)控生物調(diào)節(jié)池單元、好氧降解與微生物培養(yǎng)池、潛流濕地、表流濕地中的污水通量，具體可通過管道和計量器實現(xiàn)污水通量的調(diào)控，以實現(xiàn)各單元的組合增效，組合處理單元功能的加成效應(yīng)。組合不同技術(shù)與工藝，發(fā)揮各自的優(yōu)點，實現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)。表3組合模式構(gòu)筑物設(shè)計參數(shù)
權(quán)利要求
1.一種組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)，包括依次串聯(lián)的生物調(diào)節(jié)池單元、好氧降解與微生物培養(yǎng)池、潛流濕地、表流濕地，其特征在于，所述生物調(diào)節(jié)池單元包括并聯(lián)的預(yù)處理池Al、預(yù)處理池A2和串聯(lián)在兩者之后的混合調(diào)節(jié)池，該生物調(diào)節(jié)池單元設(shè)置有效水深I(lǐng).30 I. 60m，且放養(yǎng)有浮水型水生植物，并使其在池中的蓋度達(dá)95%以上；在所述好氧降解與微生物培養(yǎng)池的底部鋪有用以構(gòu)建微生物與有機(jī)養(yǎng)分緩沖庫的25 35cm厚的蛭石礦物層；所述潛流濕地中的填充基質(zhì)由下至上依次為25 35cm厚的碌石層、15 25cm厚的細(xì)沙層、35 45cm厚的蛭石與細(xì)沙混合層、15 25cm厚的細(xì)沙與紅壤混合層,其地表上種植常綠型陸生植物；所述表流濕地由淺至深配置各種挺水型、浮葉型、浮水型、沉水型水生植物。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，在所述好氧降解與微生物培養(yǎng)池與所述生物調(diào)節(jié)池單元、潛流濕地、表流濕地之間分別設(shè)有相應(yīng)的污泥調(diào)控管道。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，在所述生物調(diào)節(jié)池單元與所述潛流濕地、表流濕地之間分別設(shè)有相應(yīng)的污水調(diào)控管道。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述浮水型水生植物為鳳眼蓮、滿江紅、浮萍中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述常綠型陸生植物為黃花美人蕉、紅花美人蕉、姜草、香蒲、矮象草、水芋、梭魚草中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述沉水型水生植物為黑藻、金魚藻、皇竹草、水花生中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述挺水型水生植物為菖蒲、水芹菜、茭白中的至少一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述蛭石與細(xì)沙混合層由蛭石、細(xì)沙按I :0. 8 I. 2的重量比組成；所述細(xì)沙與紅壤混合層由細(xì)沙、紅壤按I :1 I. 5的重量比組成。
9.利用權(quán)利要求I所述的組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)進(jìn)行城鎮(zhèn)污水處理方法，包括以下步驟 (O首先將城鎮(zhèn)污水引入權(quán)利要求I所述的生物調(diào)節(jié)池單元，進(jìn)行沉淀、生物吸收凈化，水力停留時間5 7h; (2)將上步處理結(jié)束后的城鎮(zhèn)污水引至所述好氧降解與微生物培養(yǎng)池中進(jìn)行快速曝氣反應(yīng),水力停留時間在2 6h ; (3)經(jīng)上步處理后的污水再引至所述潛流濕地中，利用其中所填充的基質(zhì)、栽植的植物及濕地附著的微生物對污水的各種物質(zhì)進(jìn)行吸附、吸收、分解以達(dá)到截留、凈化之目的； (4)上步處理后的污水引至所述表流濕地，利用表流濕地中所存在的各種水生生物進(jìn)一步綜合處理凈化，最后達(dá)標(biāo)排放標(biāo)準(zhǔn)； (5)定期將所述好氧降解與微生物培養(yǎng)池中所產(chǎn)生的活性污泥按85%、10%、5%的比例分別轉(zhuǎn)移接種到所述生物調(diào)節(jié)池單元、潛流濕地、表流濕地； (6)處理過程中根據(jù)各單元的水力負(fù)荷、污水容積負(fù)荷的調(diào)控生物調(diào)節(jié)池單元、好氧降解與微生物培養(yǎng)池、潛流濕地、表流濕地中的污水通量，實現(xiàn)各單元的組合增效、組合處理單元功能的加成效應(yīng)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的城鎮(zhèn)污水處理方法，其特征在于，還包括在污水運行處理過程中按好氧降解與微生物培養(yǎng)池中活性污泥量的8 12%向其中投加蛭石礦物作為生物膜載體。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種組合式城鎮(zhèn)污水處理人工濕地系統(tǒng)及城鎮(zhèn)污水處理方法。該系統(tǒng)包括依次串聯(lián)的生物調(diào)節(jié)池單元、好氧降解與微生物培養(yǎng)池、潛流濕地、表流濕地，所述包括并聯(lián)的預(yù)處理池A1、預(yù)處理池A2和串聯(lián)在兩者之后的混合調(diào)節(jié)池，且放養(yǎng)有浮水型水生植物；在好氧降解與微生物培養(yǎng)池的底部鋪有蛭石礦物層，潛流濕地中的基質(zhì)由下至上依次為礫石層、細(xì)沙層、蛭石與細(xì)沙混合層、細(xì)沙與紅壤混合層。本發(fā)明系統(tǒng)不僅可實現(xiàn)各單元之間處理效果的優(yōu)勢互補(bǔ)，還可實現(xiàn)各季節(jié)處理效果的優(yōu)勢互補(bǔ)，從而使TN、TP和CODcr均可達(dá)到較好的去除效果；最終達(dá)到大大降低濕地面積，達(dá)到在節(jié)約建設(shè)成本和維護(hù)成本的情況下增強(qiáng)去污效果的目的。
文檔編號C02F9/14GK102897980SQ20121042601
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月31日
發(fā)明者周振民, 孔慶東, 王學(xué)超 申請人:華北水利水電學(xué)院