申请日2017.03.02
公开(公告)日2017.06.13
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种组合湿地跌水曝气污水处理系统及方法。该系统包括从高到低依次连通的沉砂池、厌氧调节池、稳定表流池、潜流池和净水排出装置;利用水流从高到低的自然流动进入各个处理单元并进行净化处理。具有有机负荷高、占地面积小、耐淤堵、基建投资少、运行维护简便等优点。对应的处理方法，是基于上于系统，使生活污水在沉砂池中去除固体悬浮物，再经厌氧处理、在稳定表流池去除有机物、氮和磷，得到中水，再经跌水曝气后，在潜流池去除有机物、氮和磷得到净水。该方法运行维护简便、出水水质好。
权利要求书
1.一种组合湿地跌水曝气污水处理系统，其特征在于，包括从高到低依次连通的沉砂池、厌氧调节池、稳定表流池、潜流池和净水排出装置;
所述沉砂池用于沉降污水中的固体悬浮物，包括具有隔水功能的沉砂池体，该沉砂池的上部的一端设有用于引入污水的沉砂池进水管，另一端设置有与厌氧调节池连通的沉砂池出水管，且所述沉砂池进水管的位置高于所述的沉砂池出水管;
所述厌氧调节池包括具有隔水功能的调节池体，该调节池体上开设有进水口和出水口，所述的进水口与所述沉砂池出水管连通，所述的出水口通过污水输送管与所述稳定表流池连通;所述的厌氧调节池的顶部设有盖体，以使厌氧调节池形成一个厌氧的封闭空间，该封闭空间内填充有厌氧调节填料，用于供厌氧菌着床以形成生物膜进而实现对污水进行厌氧处理;
所述稳定表流池包括具有隔水功能的表流池体，在所述的表流池体中设有一堵竖直的布水墙，该布水墙将表流池体分隔为水体稳定池和表流湿地池;该水体稳定池的进水口与污水输送管连通，用于引入污水;所述布水墙的高度矮于所述水体稳定池的进水口，用以供污水从水体稳定池通过该布水墙的顶部溢入所述的表流湿地池;所述表流湿地池的底部铺设有供净水植物根系生长和菌群形成生物膜的表流基质层，在该表流基质层顶部种植有净水植物，以使表流湿地池形成表流湿地;所述表流湿地池与所述布水墙相对的池壁的高度矮于所述的布水墙，形成排水堰，以供经稳定表流池处理形成的中水排出;
所述的潜流池包括具有隔水功能的潜流池体，所述的潜流池体的底部铺设有供净水植物根系生长和菌群形成生物膜的潜流基质层，在该潜流基质层顶部种植有净水植物，以形成潜流湿地;该潜流池体的进水端的高度低于所述的排水堰的高度，二者之间通过跌水曝气装置连通，以将经稳定表流池处理形成的中水引入所述的潜流池体;
所述的净水排出装置用于收集并排出经所述潜流池处理形成的净水，该净水排出装置与所述的潜流基质层连通。
2.根据权利要求1所述的组合湿地跌水曝气污水处理系统，其特征在于，所述的沉砂池中还竖直设置有与该沉砂池竖向截面相同的网或格栅，用于拦截不易沉降的大颗粒悬浮物。
3.根据权利要求1所述的组合湿地跌水曝气污水处理系统，其特征在于，所述厌氧调节池中还设置调节池折流板，该调节池折流板竖向设置且左右两个端面与厌氧调节池的池壁连接，下端面与厌氧调节池的池底之间留有空隙，形成过流通道，以使污水以折流形式通过来延长水流路径、增加水力停留时间;所述的厌氧调节池还设置有若干个与外部连通的曝气管。
4.根据权利要求1所述的组合湿地跌水曝气污水处理系统，其特征在于，所述的表流湿地池中设置有若干块相互平行且与进水方向垂直的折流板，该折流板的一端与稳定表流湿地一侧的池壁相连，另一端与对应的池壁之间有一空隙，形成过流通道;相邻两折流板分别与不同侧的池壁相连，使相邻两折流板形成的过流通道位置相反，从而使若干个过流通道和折流板之间形成的折流区域共同形成蛇形水路，能够使污水沿折流板所形成的空间曲折流动，以延长污水水流路径、增加水力停留时间。
5.根据权利要求1所述的组合湿地跌水曝气污水处理系统，其特征在于，所述的跌水曝气装置整体为一斜面，该斜面上布有鹅卵石，用于增大中水和空气的接触面积以达到增加中水中溶氧的作用。
6.根据权利要求4所述的组合湿地跌水曝气污水处理系统，其特征在于，所述表流基质层和潜流基质层的基质为石英砂、碎石、砾石、陶泥悬浮球、鹅卵石中的一种或两种以上的组合。
7.根据权利要求6所述的组合湿地跌水曝气污水处理系统，其特征在于，所述表流基质层包括由砾石作为基质的表流底部砾石层和铺设在其上的由陶泥悬浮球作为基质的表流陶泥悬浮球层;
所述潜流基质层包括由砾石作为基质的潜流底部砾石层和铺设在其上的由陶泥悬浮球作为基质的潜流陶泥悬浮球层;
所述表流底部砾石层与潜流底部砾石层的厚度比为1：1;所述表流陶泥悬浮球层与潜流陶泥悬浮球层的厚度比为1：2。
8.根据权利要求7所述的组合湿地跌水曝气污水处理系统，其特征在于，所述净水排出装置包括输出管和若干集水管;所述的集水管设置在潜流底部砾石层的底部，且该集水管上开有若干用于收集净水的集水孔，集水管的一端封闭，另一端与所述的输出管连通;所述的输出管延伸到所述潜流池的外部，用于将集水管收集的净水排出;所述的输出管上还设置有流量调节阀，用于控制潜流池的水力停留时间。
9.根据权利要求7所述的组合湿地跌水曝气污水处理系统，其特征在于，所述的沉砂池进水管上设置有进水调节阀，所述的污水输送管上设置有流量控制阀。
10.一种基于权利要求9所述的组合湿地跌水曝气污水处理系统的污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)调节进水调节阀调整引入的生活污水的量，使生活污水通过沉砂池进水管进入沉砂池，使生活污水中的悬浮物沉降;然后从沉砂池出水管排入厌氧调节池，通过厌氧调节填料和附着在其上的微生物的共同作用来去除生活污水中的一部分有机物、氮、磷和悬浮物;再在重力作用下经污水输送管进入稳定表流湿地的水体稳定池;
2)调节流量控制阀来控制进入水体稳定池的生活污水的量，再使进入到水体稳定池中的生活污水混合均匀，使其中的部分悬浮物再一次沉降，然后从布水墙顶部均匀地溢入表流湿地;在表流湿地中，使生活污水沿蛇形水路流动，让其中的悬浮物被表流基质层和净水植物截留;所述表流基质层的基质和植物根系表面负载的微生物通过发生厌氧反应、兼氧和好氧反应、植物同化作用以及植物根系和表流基质层的基质之间形成生物膜发生的降解反应协同作用去除污水中的有机物、氮和磷，得到中水;中水在重力作用下经跌水曝气装置进入潜流池，在跌水曝气装置中使中水中的溶解氧增加，以强化后续的好氧微生物反应作用;
3)中水进入潜流池后，以水平推流形式流经潜流池体，潜流基质层、植物根系及其表面的菌胶团协同作用进一步去除悬浮物;在潜流湿地的厌氧和缺氧环境中，潜流湿地基质层的基质和植物根系表面负载的缺氧和厌氧微生物通过厌氧呼吸作用去除中水里的有机物;潜流湿地中的硝化细菌和反硝化细菌通过消化作用和反硝化作用将中水里的氮降解，通过植物吸收和基质吸附作用去除中水里的磷;
4)处理后得到的净水通过净水排出装置排出系统;通过调节净水排出装置上的流量调节阀控制净水排出量，同时调节潜流人工湿地水力停留时间。
说明书
一种组合湿地跌水曝气污水处理系统及方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种组合湿地跌水曝气污水处理系统及方法。
背景技术
在我国城镇发展过程中，市政污水处理系统将指定排污范围内的污水收集后，由城市污水管网输送到污水处理厂进行集中处理。但随着我国新农村建设不断推进，小城镇生活污水量大幅增加，此外农村生活水平的不断提高以及农村畜禽养殖、水产养殖、农副产品加工等产业的发展，使得农村的生活污水、废水的产生量与日剧增，形成了许多分散式生活污水污染源，由于较为分散城镇污水管网无法收集，集中处理也不经济，目前这类分散式生活污水的处理没有得到很好的解决。分散式生活污水污染源所产生或排放的污水由于得不到很好的治理，随意就地排放，对地面水环境造成的污染和对水生态造成的破坏正日益突出，不但直接影响工农业生产的经济效益，也不利于社会经济的发展和稳定，同时不利于美丽中国、美丽乡村的建设。所以将分散式生活污水进行就地处理达标排放或回用，是目前积极倡导的分散式生活污水处理模式。
稳定塘是一种天然的低成本污水处理方式，它利用细菌和藻类的共同作用来实现净化水体的目的，具有投资运行费用小、运行维护简单等特点，但是也有一些无法避免的弊端，如占地面积大、受季节和环境的影响大、易散发恶臭和滋生蚊虫等，对周围环境造成不良影响。
地下渗滤系统是人为构造的一种土地处理系统，它利用微生物和植物之间的相互作用，通过化学物理等途径降解污染物，具有投资费用小、出水水质好等特点。但是，地下渗滤系统也有不能解决的问题，如占地面积大、维护不当污染地下水体等。
人工湿地(artificial wetland)，即以人工筑成水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，填充一定深度的基质填料层，种植芦苇一类的维管束植物或根系发达的水生植物，污水由湿地的一端通过布水管渠进入，以推流的方式与布满生物膜的基质表面和溶解氧的植物根区进行充分的接触而获得净化的生态系统。具有处理效果好，投资费用小，技术工艺简单等特点。它利用系统中的植物、微生物和基质等相互作用，在物理、化学、生物的协同作用下达到净化水体的目的。人工湿地净化水体的同时美化了环境，达到了环境和经济的双重效益。但是人工湿地也有占地面积大、进水负荷小、容易堵塞、运行周期短、处理效果不稳定等缺点，同时处理效果容易受温度和季节的影响。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种有机负荷高、占地面积小、不易淤堵、基建投资少、运行维护简便且高效稳定的一种组合湿地跌水曝气污水处理系统，并对应提供一种基于该系统的污水处理方法，旨在有效解决稳定塘存在的有机负荷低、地下渗滤系统可能会污染地下水体的技术问题，也解决了人工湿地占地面积大、容易堵塞、运行周期短和运行不稳定的技术问题，从而达到了系统有机负荷高、占地面积小、耐淤堵、基建投资少、运行维护简便、出水水质好的技术效果。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种组合湿地跌水曝气污水处理系统，包括从高到低依次连通的沉砂池、厌氧调节池、稳定表流池、潜流池和净水排出装置;所述沉砂池用于沉降污水中的固体悬浮物，包括具有隔水功能的沉砂池体，该沉砂池的上部的一端设有用于引入污水的沉砂池进水管，另一端设置有与厌氧调节池连通的沉砂池出水管，且所述沉砂池进水管的位置高于所述的沉砂池出水管;所述厌氧调节池包括具有隔水功能的调节池体，该调节池体上开设有进水口和出水口，所述的进水口与所述沉砂池出水管连通，所述的出水口通过污水输送管与所述稳定表流池连通;所述的厌氧调节池的顶部设有盖体，以使厌氧调节池形成一个厌氧的封闭空间，该封闭空间内填充有厌氧调节填料，用于供厌氧菌着床以形成生物膜进而实现对污水进行厌氧处理;所述稳定表流池包括具有隔水功能的表流池体，在所述的表流池体中设有一堵竖直的布水墙，该布水墙将表流池体分隔为水体稳定池和表流湿地池;该水体稳定池的进水口与污水输送管连通，用于引入污水;所述布水墙的高度矮于所述水体稳定池的进水口，用以供污水从水体稳定池通过该布水墙的顶部溢入所述的表流湿地池;所述表流湿地池的底部铺设有供净水植物根系生长和菌群形成生物膜的表流基质层，在该表流基质层顶部种植有净水植物，以使表流湿地池形成表流湿地;所述表流湿地池与所述布水墙相对的池壁的高度矮于所述的布水墙，形成排水堰，以供经稳定表流池处理形成的中水排出;所述的潜流池包括具有隔水功能的潜流池体，所述的潜流池体的底部铺设有供净水植物根系生长和菌群形成生物膜的潜流基质层，在该潜流基质层顶部种植有净水植物，以形成潜流湿地;该潜流池体的进水端的高度低于所述的排水堰的高度，二者之间通过跌水曝气装置连通，以将经稳定表流池处理形成的中水引入所述的潜流池体;所述的净水排出装置用于收集并排出经所述潜流池处理形成的净水，该净水排出装置与所述的潜流基质层连通。
进一步，所述的沉砂池中还竖直设置有与该沉砂池竖向截面相同的网或格栅，用于拦截不易沉降的大颗粒悬浮物。
进一步，所述厌氧调节池中还设置调节池折流板，该调节池折流板竖向设置且左右两个端面与厌氧调节池的池壁连接，下端面与厌氧调节池的池底之间留有空隙，形成过流通道，以使污水以折流形式通过来延长水流路径、增加水力停留时间;所述的厌氧调节池还设置有若干个与外部连通的曝气管。
进一步，所述的表流湿地池中设置有若干块相互平行且与进水方向垂直的折流板，该折流板的一端与稳定表流湿地一侧的池壁相连，另一端与对应的池壁之间有一空隙，形成过流通道;相邻两折流板分别与不同侧的池壁相连，使相邻两折流板形成的过流通道位置相反，从而使若干个过流通道和折流板之间形成的折流区域共同形成蛇形水路，能够使污水沿折流板所形成的空间曲折流动，以延长污水水流路径、增加水力停留时间。
进一步，所述的跌水曝气装置整体为一斜面，该斜面上布有鹅卵石，用于增大中水和空气的接触面积以达到增加中水中溶氧的作用。
进一步，所述表流基质层和潜流基质层的基质为石英砂、碎石、砾石、陶泥悬浮球、鹅卵石中的一种或两种以上的组合。
进一步，所述表流基质层包括由砾石作为基质的表流底部砾石层和铺设在其上的由陶泥悬浮球作为基质的表流陶泥悬浮球层;所述潜流基质层包括由砾石作为基质的潜流底部砾石层和铺设在其上的由陶泥悬浮球作为基质的潜流陶泥悬浮球层;所述表流底部砾石层与潜流底部砾石层的厚度比为1：1;所述表流陶泥悬浮球层与潜流陶泥悬浮球层的厚度比为1：2。
进一步，所述净水排出装置包括输出管和若干集水管;所述的集水管设置在潜流底部砾石层的底部，且该集水管上开有若干用于收集净水的集水孔，集水管的一端封闭，另一端与所述的输出管连通;所述的输出管延伸到所述潜流池的外部，用于将集水管收集的净水排出;所述的输出管上还设置有流量调节阀，用于控制潜流池的水力停留时间。
进一步，所述的沉砂池进水管上设置有进水调节阀，所述的污水输送管上设置有流量控制阀。
一种基于上述组合湿地跌水曝气污水处理系统的污水处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)调节进水调节阀调整引入的生活污水的量，使生活污水通过沉砂池进水管进入沉砂池，使生活污水中的悬浮物沉降;然后从沉砂池出水管排入厌氧调节池，通过厌氧调节填料和附着在其上的微生物的共同作用来去除生活污水中的一部分有机物、氮、磷和悬浮物;再在重力作用下经污水输送管进入稳定表流湿地的水体稳定池。
2)调节流量控制阀来控制进入水体稳定池的生活污水的量，再使进入到水体稳定池中的生活污水混合均匀，使其中的部分悬浮物再一次沉降，然后从布水墙顶部均匀地溢入表流湿地;在表流湿地中，使生活污水沿蛇形水路流动，让其中的悬浮物被表流基质层和净水植物截留;所述表流基质层的基质和植物根系表面负载的微生物通过发生厌氧反应、兼氧和好氧反应、植物同化作用以及植物根系和表流基质层的基质之间形成生物膜发生的降解反应协同作用去除污水中的有机物、氮和磷，得到中水;中水在重力作用下经跌水曝气装置进入潜流池，在跌水曝气装置中使中水中的溶解氧增加，以强化后续的好氧微生物反应作用。
3)中水进入潜流池后，以水平推流形式流经潜流池体，潜流基质层、植物根系及其表面的菌胶团协同作用进一步去除悬浮物;在潜流湿地的厌氧和缺氧环境中，潜流湿地基质层的基质和植物根系表面负载的缺氧和厌氧微生物通过厌氧呼吸作用去除中水里的有机物;潜流湿地中的硝化细菌和反硝化细菌通过消化作用和反硝化作用将中水里的氮降解，通过植物吸收和基质吸附作用去除中水里的磷。
4)处理后得到的净水通过净水排出装置排出系统;通过调节净水排出装置上的流量调节阀控制净水排出量，同时调节潜流人工湿地水力停留时间。
与现有的技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明作为一种实用高效的污水处理和再利用技术，属于集成创新，解决了传统人工湿地有机负荷低、占地面积大、易淤堵等问题，具有有机负荷高、出水SS低、占地面积小和耐淤堵的优点，延长了人工湿地的运行寿命，提高了人工湿地去除效率。
2、本发明依据地形建立，投资费用低，结构简单，运行维护方便 ，运行过程中无需额外动力，能美化环境，是一种高效低成本分散式生活污水处理技术。