申请日2019.06.26
公开(公告)日2019.09.13
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种污水人工湿地耦合生态滤池循环处理系统及处理方法，属于水处理研究技术领域。它包括依次连通的人工湿地区、初沉淀池、氧化沟、二次沉淀池以及终检区;二次沉淀池设有与终检区连通的出水口，该出水口设有脉冲电源供电的电极;终检区设有两道出口以及用以控制出口开启或关闭的水质在线监测系统，其中一道出口为排放口，另一道出口与人工湿地区相连通。本发明能针对复合性污染水进行处理，实现水体的高效净化，具有结构简单、设计合理、易于制造的优点。
权利要求书
1.一种污水人工湿地耦合生态滤池循环处理系统，其特征在于：包括依次连通的人工湿地区、初沉淀池、氧化沟、二次沉淀池以及终检区;所述二次沉淀池设有与终检区连通的出水口，所述出水口设有脉冲电源供电的电极;所述终检区设有两道出口以及用以控制出口开启或关闭的水质在线监测系统，其中一道出口为排放口，另一道出口与人工湿地区相连通。
2.根据权利要求1所述的污水人工湿地耦合生态滤池循环处理系统，其特征在于：所述人工湿地区内填充有生物填料和土壤混合物。
3.根据权利要求2所述的污水人工湿地耦合生态滤池循环处理系统，其特征在于：按水体流入方向为前方，水体流出的方向为后方，所述人工湿地区的前方种植有水生植物，人工湿地区的后方边缘区种植有水耕型蔬菜。
4.根据权利要求1所述的污水人工湿地耦合生态滤池循环处理系统，其特征在于：所述初沉淀池内设置有生态纤维草和若干个横轴转刷器;按水体流入方向为前方，水体流出的方向为后方，生态纤维草设置于横轴转刷器前方。
5.根据权利要求4所述的污水人工湿地耦合生态滤池循环处理系统，其特征在于：所述生态纤维草的高度高于横轴转刷器;由前方到后方，所述的若干个横轴转刷器由高到低呈阶梯状排列。
6.根据权利要求1～5任一项权利要求中所述的污水人工湿地耦合生态滤池循环处理系统，其特征在于：所述二次沉淀池的出水口通过管道与终检区连通，所述管道呈锯齿状弯折设计。
7.根据权利要求6所述的人工湿地耦合生态滤池循环处理系统，其特征在于：所述二次沉淀池还设有进口与出口，所述进口与氧化沟的出水端连通，所述出口与氧化沟的进水端连通;二次沉淀池内还设有传送带，所述传送带由进口延伸至出口，两侧设置有滤网。
8.根据权利要求7所述的人工湿地耦合生态滤池循环处理系统，其特征在于：按水体流入方向为前方，水体流出的方向为后方，所述二次沉淀池的底面由前方到后方向下倾斜设置。
9.根据权利要求7所述的人工湿地耦合生态滤池循环处理系统，其特征在于：所述进口的尺寸小于出口的尺寸。
10.一种利用权利要求1～9任一项所述的人工湿地耦合生态滤池循环处理系统进行污水处理的方法，其特征在于：具体步骤如下：
1)污水首先进入人工湿地区，利用人工湿地区中的水生植物、水耕型蔬菜以及生物填料，对水体中的悬浮物进行拦截，并对水体中的氮、磷有机物进行降解净化，降低水体的BOD5及COD;
2)经由人工湿地区排出的水体进入初沉淀池，利用初沉淀池中的生态纤维草以及横轴转刷器再次对水体进行过滤，进一步去除水体中的悬浮物;
3)经由初沉淀池排出的水体进入氧化沟，利用氧化沟中自然形成的厌氧区、耗氧区以及好氧区对水体进行进一步的生化处理;
4)经由氧化沟排出的水体进入二次沉淀池，实现水体与污泥的分离，污泥回流至氧化沟的厌氧区;同时，分离出的水体在二次沉淀池的出水口处进行进一步的电化学处理;
5)经由二次沉淀池排出的水体进入终检区，经检测合格则水体排出系统，不合格则水体再次回流至人工湿地区进行下一次的循环处理。
说明书
一种污水人工湿地耦合生态滤池循环处理系统及处理方法
技术领域
本发明属于水环境研究领域，更具体地说，涉及一种污水人工湿地耦合生态滤池循环处理系统及处理方法。
背景技术
随着科技的发展，不断扩张的城市、过度使用化肥以及各种工厂和生活污水的肆意排放，使得水资源现状不断恶化，近半数的水资源受到严重污染。不断爆发的水污染事件，重金属污染、水体富营养化、毒性有机物污染，以及各类复合型的污染等等，令人触目惊心。当污染物质的介入，导致水体化学、物理、生物或者放射性等方面特性发生改变，便会造成水质恶化，从而影响水体功能，危害人体健康或者破坏生态环境的现象。
水体具有自净功能，当进入水体的有害物质的数量在允许范围内时，水体能够通过自身的修复消除污染物的影响;而当污染物的数量超过了水体的自净能力时，就会使水体出现危害人体健康或破坏生态环境的现象。复合型污染物随各种途径排入或渗入水体，形成了依靠单一手段无法处理的复合型污染水。人工湿地、生态滤池、化学处理法等都是常见的比较单一的净化污染水的手段，虽然，每种方法针对不同污染物的处理存在各自的优势，但面对水体中含有各类污染物的复合型污水时实际的应用效果并不理想。比如，中国发明专利，公开号：CN 109019791A，公开日：2018.06.19，公开了一种水处理系统，该水处理系统包括混凝池、投加池、熟化池和斜管沉淀池、搅拌装置、循环泵和泥砂分离器，混凝池、投加池、熟化池和斜管沉淀池按照水流方向依次连通设置，该设备具有占地小、处理高效、耐冲击负荷能力强、出水水质好的特点，但出水中易存在化学试剂残留，造成二次污染。
为了能够充分且有效的处理复合型污染水，不少研究尝试将合适的处理方法糅合，同时添加新的手段以最大程度的净化复合污染水。比如中国发明专利，公开号：CN105399275A，公开日：2016.03.16，公开了一种污水处理方法，包括污水依次进入隔栅阻拦、好氧生物硝化池、沸石反应池、组合式复合生物滤池、吹脱塔，该处理方法，结合了多重滤水系统以及氮磷处理系统，具有出水水质好、具有较强的氮磷处理能力。
中国发明专利，公开号：CN 108975599A，公开日：2018.12.11，公开了一种芦苇湿地污水净化系统，包括依次相连的第一湿地池、格栅井、调节池、厌氧池、缺氧池、好氧池、沉淀池、第二湿地池、第三湿地池;间设置第一水质检测井，第三湿地池的出水口端设置第二水质检测井，该系统利用阶梯式设计，减少了机械设备的运用和现场操作人员，增加回流的设计，提高了脱氮除磷效果。
但上述专利均存在处理路径极长，处理过程中容易受到各种干扰因素的影响，出水水质没有保障，没有考量不可见因素对系统进行水处理造成的破坏，而盲目排出;且上述设计水体流动运行不畅，处理效率低、若发生堵塞，影响使用。
发明内容
1.要解决的问题
本发明针对复合污染水的水处理，提供了一种人工湿地耦合生态滤池循环处理系统及处理方法，将人工湿地、生化处理、电化学处理进行合理偶合，能将复合污染水的污染因子充分逐层处理;
针对系统中不可见因素对水处理可能会产生的影响，添加终端监测系统，并在终检区设置双重出口，唯有达标水可排出使用，防止不可见因素对达标处理水的造成破坏后盲目排出;
为了将每一步骤对污水的处理作用发挥至最大，对人工湿地区、初沉淀池、氧化沟、二次沉淀池以及终检区的内部结构进行了合理设计。
2.技术方案
为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种人工湿地耦合生态滤池循环处理系统，包括依次连通的人工湿地区、初沉淀池、氧化沟、二次沉淀池以及终检区;所述氧化沟的出水端设有曝气装置;所述二次沉淀池设有与终检区连通的出水口，所述出水口设有脉冲电源供电的电极(所述电极材料可以为石墨。);所述终检区设有两道出口以及用以控制出口开启或关闭的水质在线监测系统，其中一道出口为排放口，另一道出口与人工湿地区相连通;人工湿地区与初沉淀池可以去除水体中大颗粒杂质、悬浮杂质、不可溶的胶体等，并同时降低水体的BOD5、COD浓度;氧化沟具有一定长度，将曝气装置设置在其出水端，能够在氧化沟的长度方向上(即水体流动方向上)自然出现厌氧区、缺氧区以及好氧区，水体由进入氧化沟后依次经过厌氧区、缺氧区及好氧区，对水体中氮、磷有机物进行分解;二次沉淀池系统出口设置电极可以再次对水体中残留的有机物或金属杂质实现电化学处理;添加终端监测系统随时监测水体水质，控制式选择排放达标水或回流继续处理，形成一个检测与循环的自动化闭环或开放的系统。
优选地，所述的人工湿地区呈斜坡状，其内填充有生物填料和土壤混合物。所述的生物填料主要成分包括硅、铝、钙、钠等几十种矿物质及微量元素，表观均为不规则颗粒，多孔质轻，适合微生物在其上生长繁殖生成生物膜，比如弹性填料、多孔悬浮球填料、活性生物填料以及火山岩生物填料中的一种或几种。一方面生物填料自身对污染物具有一定的吸附作用，另一方面生物填料表面挂膜生长的微生物对有机物具有生物降解的作用，对水体中的BOD5及COD去除率可以达到65～75%。
优选地，按水体流入方向为前方，水体流出的方向为后方，所述人工湿地区的前部种植有抗水性强，生长周期长的水生植物，比如包括芦苇、香蒲在内的挺水植物、包括凤眼莲、浮萍在内的漂浮植物、包括杏菜、金银莲花在内的浮叶根生植物以及包括黑藻、金鱼藻在内的沉水植物等;人工湿地区的后部边缘种植有水耕型蔬菜。植物与生物填料协同作用，对于水体中BOD5的去除率能达到95%，COD去除率可达80%。
优选地，按水体流入方向为前方，水体流出的方向为后方，所述初沉淀池的前部设置有生态纤维草，后部设置有若干个横轴转刷器;所述生态纤维草的高度高于横轴转刷器。生态纤维草的作用是具有较大的表面积，能吸附、吸收、截留水中的溶解态和悬浮套污染物，为各类微生物、藻类的生长提供着生;横轴转刷器可以再次拦截悬浮物及颗粒物，防止水流过大使大量颗粒物直接进入氧化沟;所述的横轴转刷器是一个以多孔硬塑料包裹中轴的简易旋转装置，结构类似于滚筒刷有一个中空壳体，壳体套在一个滚动轴承上，壳体外部包裹有多孔硬塑料。生态纤维草作为对颗粒物等悬浮物质的第一道截留防线，要设置得高于后面用来拦截颗粒物、不溶性胶体等悬浮物的横轴转刷器才能充分发挥效果。
优选地，由前方到后方，所述的若干个横轴转刷器由高到低呈阶梯状排列，具体为相邻两个横轴转刷器之间具有相同的高度差与间隔举例，生态纤维草以同样的间隔距离设置在最高的横轴转刷器前方。横轴转刷器要由高到低设置是为了在水体流动的垂直向形成一个较完整的拦截面;生态纤维草以及横轴转刷器均等间距举例设置是为了水体流动的水平向形成一个较完整的拦截面。
优选地，所述二次沉淀池的出水口通过管道与终检区连通，所述管道呈锯齿状弯折设计，能够减缓水体流速，对水体进行充分的电化学处理。
优选地，所述二次沉淀池还设有进口与出口，所述进口与氧化沟的出水端连通，所述出口与氧化沟的进水端连通;二次沉淀池内还设有传送带，所述传送带由进口延伸至出口，两侧设置有滤网，优选为复层滤网。混合有污泥的水体由进口进入二次沉淀池的传送带，污泥随传送带经由出口回流至氧化沟厌氧区，此时的污泥的含氮磷量是较少的，随水流再次流向好氧区渐渐吸附氧化沟水体的氮磷;需要说明的是，回流到污泥一定要流回厌氧区才能充分吸收氧化沟流动水体的氮磷。传送带的两侧设置的滤网，使满足仅水体随坡度流出二次沉池;所述传送带可以为皮带传送带。
优选地，按水体流入方向为前方，水体流出的方向为后方，所述二次沉淀池的底面由前方到后方呈倾斜设置。利于水体流动向垂直于传送带传送方向的沉淀池下方流动，避免水体随着污泥流回氧化沟，更为优选地二次沉淀池呈20°～45°角倾斜，最为优选地呈30°角倾斜。
优选地，所述的进口尺寸小于出口尺寸。进口尺寸小以减少进入二沉池的污泥量，出口尺寸大以防止污泥回流堵塞，最为优选地进口尺寸为出口尺寸的一半。
优选地，所述的氧化沟内设置有导流隔板，导流隔板沿氧化沟的长度方向延伸;所述曝气装置为竖直曝气装置，曝气时带动出水端出的水体形成转涡流，利于水体的流动，与回流污泥在氧化沟内的流动。
利用上述的人工湿地耦合生态滤池循环处理系统进行污水处理的方法，具体步骤如下：
1)污水首先进入人工湿地区，利用人工湿地区中的水生植物、水耕型蔬菜以及生物填料，对水体中的悬浮物进行拦截，并对水体中的氮、磷有机物进行降解净化，降低水体的BOD5及COD;
2)经由人工湿地区排出的水体进入初沉淀池，利用初沉淀池中的生态纤维草以及横轴转刷器再次对水体进行过滤，进一步去除水体中的悬浮物;
3)经由初沉淀池排出的水体进入氧化沟，利用氧化沟中自然形成的厌氧区、耗氧区以及好氧区对水体进行进一步的生化处理;
4)经由氧化沟排出的水体进入二次沉淀池，实现水体与污泥的分离，污泥回流至氧化沟的厌氧区;同时，分离出的水体在二次沉淀池的出水口进行进一步的电化学处理;
5)经由二次沉淀池排出的水体进入终检区，经检测合格则水体排出系统，不合格则水体再次回流至人工湿地区进行下一次的循环处理。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
(1)本发明提供的人工湿地耦合生态滤池循环处理系统，可以针对复合性污染水进行处理，充分糅合人工湿地、生态滤池和电化学的水处理效果，实现水体的高效净化;复合性污染水水体中含有粗大颗粒杂质、不可溶的胶体、悬浮杂质等，同时含有高浓度的氮、磷元素及游离金属离子，水体BOD5、COD浓度高，人工湿地区与初沉淀池可以去除水体中粗大颗粒杂质，拦截水体中不可溶的胶体、悬浮杂质等，并同时降低水体的BOD5、COD浓度;氧化沟及二次沉淀池系统可以实现水体中氮、磷、游离金属离子的脱除，多层次的生物作用对水体中溶解性的有机物进行去除，二者联合作用以及细节处理对于氮磷及其他溶解性元素的去除更充分;将复合污染水的因子充分逐层处理;终检区设置双重出口，唯有达标水可排出使用，防止不可见因素对达标处理水的造成破坏后盲目排出;
本发明提供的人工湿地耦合生态滤池循环处理系统，不仅仅是将“湿地-厌氧-耗氧-好氧-沉淀-电催化氧化-监测”的融合应用或者递进关系，更是一种结合检测与循环的自动化闭环或开放的系统。每一部分均综合了多种处理技术，层层递进且后续配合加强;设置的终检区的储存处理水体的作用使检测过程更具有实际性，利用自动化监测系统形成循环处理更符合综合治理的充分性与完整性，相对于现有技术中的一段一检更经济合理。
(2)本发明提供的人工湿地耦合生态滤池循环处理系统，初沉淀池中以生态纤维草作为颗粒物等悬浮物质的第一道截留防线，横轴转刷器作为颗粒物等悬浮物质的第二道截留防线，可以有效的防止水流过大使大量颗粒物、悬浮物等杂质直接进入氧化沟;生态纤维草的高度且要设置得高于后面用来拦截颗粒物的横轴转刷器才能充分发挥效果。
(3)本发明提供的人工湿地耦合生态滤池循环处理系统，将电化学处理融合进二次沉淀池，大大缩短了水流的流动路程，减小了干扰因素产生影响的可能性，且大大减少了水平与垂直的占地面积，实现了空间上的节约性，以及去除了不必要的冗长处理段。
(4)本发明提供的人工湿地耦合生态滤池循环处理系统，经济美观、结构简单，设计合理，维护方便，且自动化程度较高，循环处理系统能够充分达到各类水处理的高要求。