申请日2013.03.12
公开(公告)日2013.06.12
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明属于污水处理技术领域，具体为一种用于含头孢菌素污水的强化式生态处理系统。该强化式生态处理系统主要由垂直流生态滤池和潜流式人工湿地两部分组成的。垂直流生态滤池为为三级阶梯状结构，各级处理单元均为顶端开口的空腔体，顶层铺设布水管网，中层铺设填料，低层铺设集水管网。潜流式人工湿地采用垂直折流构造。污水首先被抽提到一级处理单元，逐级流经二级处理单元、三级处理单元，然后通过三级处理单元底部的排水管进入潜流式人工湿地。经处理出水的常规指标可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918~2002)一级A标准，头孢菌素无检出。
权利要求书
1. 一种针对含头孢菌素污水的强化式生态处理系统，其特征在于由垂直流生态滤池和潜流式人工湿地两部分组成的;其中，
垂直流生态滤池为三级阶梯状结构，第一级、第二级、第三级处理单元均为顶端开口的空腔体，依次相连，且空间位置的高度逐级递减;第二级处理单元的底部低于第一级处理单元的底部，第三级处理单元低于第二级处理单元的底部;
潜流式人工湿地采用垂直折流构造，即通过多个隔板将潜流湿地分为若干格，相邻隔板的上沿和下沿交替设有过水孔，污水在过水孔中流过，使污水在整个潜流湿地中成为上下折流，便于充分发挥整个湿地填料的作用以提高处理效果。
2. 根据权利要求1所述的针对含头孢菌素污水的强化式生态处理系统，其特征在于所述垂直流生态滤池中，第一级、第二级、第三级处理单元内，顶层铺设有布水管网，中层铺设有填料，低层铺设有集水管网;第三级处理单元中集水管网与一排水管相连，排水管管口高于第三级处理单元的集水管网，以延长污水在处理单元中的停留时间;污水首先被抽提到第一级处理单元，依次流经第二级处理单元、第三级处理单元，形成降流式的流动方式，最后通过三级处理区底部的排水管进入潜流式人工湿地。
3. 根据权利要求1所述的针对含头孢菌素污水的强化式生态处理系统，其特征在于所述垂直流生态滤池中，所述的第一级处理单元与第二级处理单元之间高度差为20~30cm，第二级处理单元与第三级处理单元之间高度差为30~50cm。
4. 根据权利要求1所述的针对含头孢菌素污水的强化式生态处理系统，其特征在于所述垂直流生态滤池中，所述的各处理单元中层所铺设的填料自下而上依次为：填料为粒径1~2cm的鹅卵石，厚度为8~12cm;填料为碎石，厚度为12~16cm;填料为粒径细砂，厚度为 25~32cm;蚯蚓填料床厚度为40~48cm，待装置正常运行时放入蚯蚓。
5. 根据权利要求1所述的针对含头孢菌素污水的强化式生态处理系统，其特征在于所述潜流式人工湿地，其纵深度为60~70cm;其中，下层填料为厚度是40~50cm的青石子，青石子粒径为1~3cm;上层为土壤层;潜流湿地中所选用的植物为芦苇、茭草、菖蒲。
6. 根据权利要求1所述的针对含头孢菌素污水的强化式生态处理系统，其特征在于所述潜流式人工湿地，其出水方式有两种：(1)在靠近湿地末端的池底设穿孔管，穿孔管的中间部分安装三通，由三通连接排水管沿池底穿池壁而出，在排水管的另一端安装出口向上的90度弯头，上接竖直可伸缩管，通过该伸缩管调节湿地中的水深;(2)在池壁的不同高度处安装排水管并安装球阀，通过不同高度球阀的开闭调节潜流湿地中的水深。
说明书
一种用于含头孢菌素污水的强化式生态处理系统
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种用于含头孢菌素污水的强化式生态处理系统。
背景技术
头孢菌素是一类抗菌谱广、抗菌活性强、疗效高的抗生素，为人类战胜各种细菌感染作出极大的贡献，其改造后的化合物作为化疗剂有的已突破了抗细菌感染的范围，具有蛋白酶抑制剂的功效，可用于抗退化、治疗癌症、骨质疏松、类风湿关节炎、阿尔茨海默病、白内障等。这一苗头很可能为头孢菌素带来新的更为广阔的应用前景。据报道，全世界头孢菌素的销售额约占抗感染药物销售额的40%以上;而在我国，医院里头孢菌素的使用量占所有抗菌药的比例已超过45%。另外，头孢菌素还广泛应用于农业生产过程中对农作物病虫害的防治以及畜禽养殖中。可以说，头孢菌素已成为当今世界上研究最活跃、进展最迅速、应用最广泛的抗生素类药物，是公认的极为重要的临床抗感染药物，也是今后新抗生素的主要来源。由于头孢菌素的大量生产与使用，使其在江河、湖泊以及地下水体中都有检出。
我国是一个农业大国，乡村人口占总人口的48.73%，主要的畜禽养殖集中于农村地区。随着近年来我国广大农村医疗保障体系逐渐的完善以及农业、畜禽养殖业的不断发展，农村地区抗生素的使用量呈现逐年增长的趋势，导致周围水环境中抗生素污染加剧。另外，我国农村地区经济条件相对落后，缺乏基础的管网收集系统与合适的污水处理方式，污水处理水平较低，故相对于城市而言，抗生素对农村地区的威胁更大。水环境中抗生素残留问题对当前水环境保护提出新的挑战，迫切需要加强对水环境中主要抗生素残留污染控制技术的研究，以保障人类健康和生态安全。基于投资少、能耗低、环境友好、管理方便等优点，分散化小规模污水生态处理工艺在农村地区已经得到了一定的应用推广，在此基础上开发强化式的生态处理系统不仅可去除污水中的常规污染物，对污水中存在的抗生素也具有很好的降解对于提升我国农村抗生素污染处理水平，改善农村水环境质量都具有十分的重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提出一种针对含头孢菌素污水的投资少、能耗低、环境友好、管理方便的强化式生态处理系统。
本发明的目的在于提出一种针对含头孢菌素污水的强化式生态处理系统，由垂直流生态滤池和潜流式人工湿地两部分组成，其中，
所述垂直流生态滤池为三级阶梯状结构，第一级、第二级、第三级处理单元均为顶端开口的空腔体，依次相连，且空间位置的高度逐级递减;第二级处理单元的底部低于第一级处理单元的底部，第三级处理单元低于第二级处理单元的底部;
所述式人工湿地采用垂直折流构造，即通过多个隔板将潜流湿地分为若干格，相邻隔板的上沿和下沿交替设有过水孔，污水在过水孔中流过，使污水在整个潜流湿地中成为上下折流，便于充分发挥整个湿地填料的作用以提高处理效果。
本发明中，所述垂直流生态滤池中，第一级、第二级、第三级处理单元内，顶层铺设有布水管网，中层铺设填料，低层铺设集水管网;第三级处理单元中集水管网与一排水管相连，该排水管管口高于第三级处理单元的集水管网，以延长污水在处理单元中的停留时间;污水首先被抽提到第一级处理单元，依次流经第二级处理单元、第三级处理单元，形成降流式的流动方式，最后通过三级处理区底部的排水管进入潜流式人工湿地。
本发明中，所述垂直流生态滤池中，第一级处理单元与第二级处理单元之间高度差为20~30cm，第二级处理单元与第三级处理单元之间高度差为30~50cm。
本发明中，所述垂直流生态滤池中，各处理单元中层所铺设的填料自下而上依次为：填料为粒径1~2cm的鹅卵石，厚度为8~12cm;填料为碎石，厚度为12~16cm;填料为粒径细砂，厚度为 25~32cm;蚯蚓填料床厚度为40~48cm，待装置正常运行时放入蚯蚓。顶层为自由水体区，该区域高度为4~7cm。
本发明中，所述潜流式人工湿地，其纵深度为60~70cm;其中，下层填料为厚度是40~50cm的青石子，青石子粒径为1~3cm，作为处理区;上层为土壤层，作为植物的种植层，同时可用于去除部分污染物;潜流湿地中所选用的植物为芦苇、茭草、菖蒲。
本发明中，所述潜流式人工湿地，其出水方式有两种：(1)在靠近湿地末端的池底设穿孔管，穿孔管的中间部分安装三通，由三通连接排水管沿池底穿池壁而出，在排水管的另一端安装出口向上的90度弯头，上接竖直可伸缩管，通过该伸缩管调节湿地中的水深;(2)在池壁的不同高度处安装排水管并安装球阀，通过不同高度球阀的开闭调节潜流湿地中的水深。
本发明提出的针对含头孢菌素污水的强化式生态处理系统，其处理流程的步骤如下：
步骤1：含头孢菌素的污水经管网收集，先进入水解酸化池稳定并调节水量;
步骤2：用蠕动泵将水解酸化池出水抽上第一级垂直滤池，通过强化布水措施，使布水均匀，污水经过第一级滤池进入第二级、第三级滤池，垂直滤池出水大部分COD、TN、TP得到去除，头孢菌素在此过程中大部分得到去除;
步骤3：步骤2的尾水和经收集的降雨径流进入人工湿地系统进行深度处理，出水无头孢菌素检出，可作为中水回用，另外人工湿地还可以营造良好的水环境景观。
本发明中，垂直流生态滤池不同填料层的配置主要有以下作用：(1)将污水均匀的分配到处理系统中;(2)将进水的液面控制在该层的底部，可以减少因原污水的臭味给周围环境造成的影响，同时在夏天可以减少蚊蝇的滋生;(3)蚯蚓蠕动、觅食、蚓粪的排出等活动可加强填料中微生物的活性，促进常规污染物(氮、磷、COD等)的去除;同时在植物-蚯蚓-微生物的协同作用下，污水中头孢菌素得到有效降解。复合垂直生态滤池所选用植物为挺水植物，可为芦苇、茭草、鸢尾、美人蕉和菖蒲等。将挺水植物栽种在滤池上层填料中，挺水植物一方面可以吸水水体中的氮、磷以及COD等污染物，另一方面，可以向湿地系统提供氧气，从而保证污染物的降解转化。
本发明中，所述的垂直流生态滤池共有三个独立的处理单元，逐级分开，每个单元依次由鹅卵石处理区12、碎石处理区11、细砂处理区10以及蚯蚓填料床处理区9组成并种植挺水植物13;在设定液面高度处设有排水管18，排水管的出水口应高于相邻的垂直折流潜流式人工湿地6的表面。在每个池体单元的碎石层11及蚯蚓填料层9设置通气管7，以及时补充污水处理过程中所需的氧气，同时可排除污水中的臭味，减少蚊蝇滋生;在池体中部设置整流板8，以利于污水在处理系统中得以均匀流动;在底部设置排空管16，方便在维护时，将该池放空。池体采用砖混结构建造。
本发明中，潜流式人工湿地采用垂直折流构造，即通过多个隔板将潜流湿地分为若干格，相邻隔板的上沿和下沿交替设有过水孔，污水从通过孔中流过，使污水在整个潜流湿地中作为上下折流，便于充分发挥整个湿地填料的作用以提高处理效果。潜流湿地的纵深度为60~70cm，其中上层为土壤层，作为植物的种植层，同时可以去除部分污染物;下层为处理区，填料选用青石子，粒径为1~3cm。潜流湿地中所选用的植物可以为芦苇、茭草、菖蒲。在整个湿地底部，沿着池长方向靠池壁设穿孔管，穿孔管穿过所有隔板和末端池壁到池外，用球阀控制开闭，在维护时打开球阀，排空湿地，正常运行时关闭球阀。潜流湿地可以是地上式、半地下式和地下式，采用砖混结构，地面具有2%~3%的倾向出水端的坡度。潜流湿地的进水端应比垂直流生态滤池出水端低至少20cm，保证垂直流生态滤池的出水能够顺利进入潜流湿地中。
所述的垂直折流潜流式人工湿地中种植有挺水植物13，设有若干分别与池顶或池底垂直相连的隔板14，隔板将青石子处理区分隔成下行和上行垂直潜流区。底部安装有相应的支座15和排空管16。在靠近排水管口19的下行垂直潜流区或上行垂直潜流区中安装有穿孔集水管17，该穿孔集水管与排水管18相连。
在垂直流生态滤池和潜流式人工湿地单元中，主要污染物的去除途径如下：
(1)COD的去除。在整个湿地单元中COD主要被生态处理系统中异养微生物作为碳源和能源利用，同时部分COD可以被植物直接吸收利用。
(2)氮的去除。在垂直流生态滤池的填料区，靠近植物根系部分，有机氮和氨氮以及亚硝氮可以被氧化为硝态氮，硝态氮在远离根系的缺氧和厌氧区被还原成氮气去除;在整个潜流湿地中可以通过硝化反硝化脱氮;同时一部分氨氮和硝氮可以被植物和微生物直接利用。
(3)磷的去除。磷的去除途径主要有填料吸附、植物摄取和微生物同化等，而磷最终从处理系统中去除依赖于垂直流生态滤池及潜流湿地中挺水植物的收割和饱和填料的更换。
(4)头孢菌素的去除。头孢菌素的去除主要是利用环境中复杂的微生物体系作用实现得以实现。在微生物酶作用下，使头孢菌素结构发生改变，从而引起其化学和物理性质发生改变，即通过将头孢菌素从大分子化合物降解为小分子化合物，最后成为H2O和CO2，实现对含头孢菌素生活污水的无害化处理。
经本系统处理的出水常规指标可以达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918~2002)一级A标准，头孢菌素无检出。本发明具有以下优点：
1、增设多个垂直流生态滤池处理单元，在单个处理单元的上层自由水体区种植挺水植物，一方面可有效提高区域溶解氧含量，为氮的转化去除提供有利条件;另一方面植物根系的分泌物以及根系的脱落细胞，为根际微生物提供了营养物质，为污水中头孢菌素的去除提供条件。
2、改造的生态滤池及潜流式人工湿地，分别添加了整流板及隔板，增加了水流的曲折性，使污水与填料充分接触，提高了池体填料对磷的吸附能力。
3、通过将垂直流生态滤池与潜流式人工湿地联合使用，不仅可以使污水中常规污染物(氮、磷、COD等)得到较高的去除率，而且多级生态处理单元沿程的微生物可以有效的降解污水中的头孢菌素，使出水水质更好。