申请日2019.07.16
公开(公告)日2019.10.29
IPC分类号C02F3/30; C02F3/32
摘要
本发明提出一种用于污水处理的表面流湿地‑复合塘系统，包括预处理区、好氧表面流湿地区、缺氧表面流湿地区、复合式塘系统和淋溶池，待处理污水流经预处理区进行沉淀和曝气后，流经好氧表面流湿地区进行有机物的好氧分解和硝化，同时通过淋溶池浸出液补充水体中的碳源，好氧表面流湿地区和淋溶池出水经混合后，流入缺氧表面流湿地区进行反硝化脱氮，缺氧表面流湿地区出水流入复合式塘系统，复合式塘系统的“厌氧‑好氧‑塘”结构使水体中剩余难降解营养物质得到进一步去除。本发明可明显提升大中型表面流湿地在污水处理中脱氮效率差的问题，并且除磷效果好，实现植物秸秆的再利用，维护简便、成本较低。
权利要求书
1.一种用于污水处理的表面流湿地-复合塘系统，其特征在于：包括预处理区(1)、好氧表面流湿地区(2)、缺氧表面流湿地区(3)、复合式塘系统(4)和淋溶池(5);待处理污水流经预处理区(1)进行沉淀和曝气处理后，流经好氧表面流湿地区(2)进行有机物的好氧分解和硝化，同时通过淋溶池(5)浸出液补充水体中的碳源;好氧表面流湿地区(2)和淋溶池(5)流出的水混合后，流经缺氧表面流湿地区(3)进行反硝化脱氮;缺氧表面流湿地区(3)流出的水流入复合式塘系统(4)进一步降解氮、磷等有机物，并可进一步对剩余难降解营养物质进行去除。
2.根据权利要求1所述的用于污水处理的表面流湿地-复合塘系统，其特征在于：所述预处理区(1)的进水口处设置有溢流堰(13)，出水口处设置有跌水曝气的薄壁堰(16);所述预处理区(1)还包括S型的沉淀区(15);所述沉淀区(15)设置有过流板(14)，过流板(14)下半部分均匀布孔。
3.根据权利要求2所述的用于污水处理的表面流湿地-复合塘系统，其特征在于：所述在淋溶池(5)内设置有一网状平台(43)，将淋溶池(5)上下分隔为上层植物秸秆堆放区(44)和下层集水区(45);所述网状平台(43)上堆放有湿地收割植物秸秆;所述淋溶池(5)进水采用羽状喷淋的方式洒落在湿地收割植物秸秆上，水流通过湿地收割植物秸秆后形成浸出液渗出并收集于下层集水区(45)中;下层集水区(45)中的水流出后与好氧表面流湿地区(2)流出的水混合，并一同流入缺氧表面流湿地区(3)。
4.根据权利要求3所述的用于污水处理的表面流湿地-复合塘系统，其特征在于：所述复合式塘系统(4)包括由内至外依次嵌套布置的厌氧塘(9)、人工介质区(10)和生态塘(11);所述厌氧塘(9)水力停留时间为15~20h，内部悬挂有弹性填料，厌氧塘(9)由底部进水，出水从侧壁顶部溢流跌水落入集水槽(29)，之后均匀进入人工介质区(10);所述人工介质区(10)设置有上下排布的多层介质填料(50)，水流依次穿过介质填料(50)后由人工介质区(10)靠近底部的侧壁穿孔花墙(33)流入生态塘(11);所述生态塘(11)错落种植浮叶植物与沉水植物。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的用于污水处理的表面流湿地-复合塘系统，其特征在于：所述好氧表面流湿地区(2)水力停留时间为1~1.5d，包括沿水流方向依次排列的若干好氧植物区，好氧植物区内种植挺水植物，所述若干好氧植物区两两之间由布水渠分隔;所述好氧表面流湿地区(2)的入口处设置有好氧区总布水渠(17)，水流通过跌水推流的形式进入好氧植物区;所述好氧表面流湿地区(2)的出水处设置有好氧区挡水坝(35)，所述好氧区挡水坝(35)上设置有若干均匀布置的好氧区出水口(23)，好氧区出水口(23)设置有好氧区挡水板(52)，正常运行时好氧区挡水板(52)处于打开状态。
6.根据权利要求5所述的用于污水处理的表面流湿地-复合塘系统，其特征在于：所述缺氧表面流湿地区(3)水力停留时间为8~10h，包括沿水流方向依次排列的若干缺氧植物区，缺氧植物区内种植挺水植物，所述若干缺氧植物区两两之间由布水渠分隔;并且缺氧表面流湿地区(3)底部沿程设置有坡降;所述缺氧表面流湿地区(3)的出水处设置有缺氧区挡水坝(36)，所述缺氧区挡水坝(36)上设置有若干均匀布置的缺氧区出水口(28)，缺氧区出水口(28)设置有缺氧区挡水板(53)，正常运行时缺氧区挡水板(53)处于打开状态。
7.根据权利要求6所述的用于污水处理的表面流湿地-复合塘系统，其特征在于：所述好氧表面流湿地区(2)包括并联的构造相同的若干好氧分区，可保证干湿交替运行;每个好氧分区的进口处均设置有好氧区节流阀(51);当部分好氧分区落干处理时，关闭该部分好氧分区入口处的好氧区节流阀(51)，同时通过其余好氧分区的好氧区节流阀(51)将其余好氧分区的处理水量控制为原总进水量的70%~80%，并关闭其余好氧分区的好氧区挡水板(52)，保证水停留一定时间，之后打开其余好氧分区的好氧区挡水板(52)排水，然后重复上述步骤若干次;
所述缺氧表面流湿地区(3)包括并联的构造相同的若干缺氧分区，可保证干湿交替运行;每个缺氧分区的进口处均设置有缺氧区节流阀(54);当部分缺氧分区落干处理时，关闭该部分缺氧分区入口处的缺氧区节流阀(54)，同时通过其余缺氧分区的缺氧区节流阀(54)将其余缺氧分区的处理水量控制为原总进水量的70%~80%，并关闭其余缺氧分区的缺氧区挡水板(53)，保证水停留一定时间，之后打开其余缺氧分区的缺氧区挡水板(53)排水，然后重复上述步骤若干次。
8.根据权利要求7所述的用于污水处理的表面流湿地-复合塘系统，其特征在于：所述挺水植物包括芦苇、香蒲、茭白或菖蒲，所述好氧表面流湿地区(2)和缺氧表面流湿地区(3)分别种植任意两种或两种以上。
9.根据权利要求4所述的用于污水处理的表面流湿地-复合塘系统，其特征在于：所述淋溶池(5)和厌氧塘(9)均分别包括至少两个并联互备的使用单元。
10.一种根据权利要求7所述的表面流湿地-复合塘系统的操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
当部分好氧分区落干处理时，关闭该部分好氧分区入口处的好氧区节流阀(51)，同时通过其余好氧分区的好氧区节流阀(51)将其余好氧分区的处理水量控制为原总进水量的70%~80%，并关闭其余好氧分区的好氧区挡水板(52)，保证水停留一定时间，之后打开其余好氧分区的好氧区挡水板(52)排水，然后重复上述步骤若干次;
当部分缺氧分区落干处理时，关闭该部分缺氧分区入口处的缺氧区节流阀(54)，同时通过其余缺氧分区的缺氧区节流阀(54)将其余缺氧分区的处理水量控制为原总进水量的70%~80%，并关闭其余缺氧分区的缺氧区挡水板(53)，保证水停留一定时间，之后打开其余缺氧分区的缺氧区挡水板(53)排水，然后重复上述步骤若干次。
说明书
一种用于污水处理的表面流湿地-复合塘系统
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种用于污水处理的表面流湿地-复合塘系统。
背景技术
人工湿地作为一种生态的水质净化技术，可充分发挥基质—植物—微生物间的协同作用，保证处理后水质的达标排放，但目前主要以“表面流+潜流”的复合型湿地系统为主，这种系统通常将表面流湿地作为前处理单元，这与表面流湿地的自身特点有关。表面流湿地的大气复氧作用使水体溶解氧较为充足，硝化作用较强，在适当的水力停留时间下磷的去除也较高，但反硝化能力非常有限，使得整体的脱氮效果差，必须依靠潜流湿地强化湿地系统的反硝化脱氮能力，但潜流湿地由于构造更为复杂，长期运行过程中基质清理难度大，对于大中型湿地系统来说建设成本高。
现状单一表面流湿地系统主要用于污水深度处理或微污染水的处理过程当中，并且由于上述水体中易降解的营养盐基本已被去除，采用表面流湿地更多是保证湿地出水水质稳定，提升水体中溶解氧水平，防止缺氧条件下水质恶化，湿地本身对水质的提升作用微弱。
湿地植物收割作为湿地运行维护管理中重要的一个环节，现有技术中存在添加植物碳源来提升湿地的处理效率，但大多以处理低碳氮比等特殊水体为主，且主要为小型的污水处理单元，结构较为复杂，不能体现出植物碳源的优势，同时由于植物水解后会产生部分有机态的营养盐，这部分营养物质不易降解，缺少后处理措施会对水体形成二次污染。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种用于污水处理的表面流湿地-复合塘系统，能够通过优化布水、控制曝气及植物密度来强化表面流湿地的硝化能力，添加碳源保证反硝化过程，采用复合式塘系统对难降解物质进行去除，同时进一步脱氮除磷，保证出水水质稳定达标，整体结构简单，长期运行能力强，可用于大中型规模水量的污水处理。
技术方案：本发明提出一种用于污水处理的表面流湿地-复合塘系统，包括预处理区、好氧表面流湿地区、缺氧表面流湿地区、复合式塘系统和淋溶池;待处理污水流经预处理区进行沉淀和曝气处理后，流经好氧表面流湿地区进行有机物的好氧分解和硝化，同时通过淋溶池浸出液补充水体中的碳源;好氧表面流湿地区和淋溶池流出的水混合后，流经缺氧表面流湿地区进行反硝化脱氮;缺氧表面流湿地区流出的水流入复合式塘系统进一步降解氮、磷等有机物，并可进一步对剩余难降解营养物质进行去除。
进一步，所述预处理区的进水口处设置有跌水曝气的溢流堰，出水口处设置有跌水曝气的薄壁堰;所述预处理区还包括S型的沉淀区;所述沉淀区设置有过流板，过流板下半部分均匀布孔。
进一步，所述在淋溶池内设置有一网状平台，将淋溶池上下分隔为上层植物秸秆堆放区和下层集水区;所述网状平台上堆放有湿地收割植物秸秆;淋溶池进水采用羽状喷淋的方式洒落在湿地收割植物秸秆上，水流通过湿地收割植物秸秆后形成浸出液渗出并收集于下层集水区中;下层集水区中的水流出后与好氧表面流湿地区流出的水混合，并一同流入缺氧表面流湿地区。
进一步，所述复合式塘系统包括由内至外依次嵌套布置的厌氧塘、人工介质区和生态塘;缺氧表面流湿地区出水流入厌氧塘，对水体内难降解的有机物进行降解;厌氧塘水力停留时间为15~20h，内部悬挂有弹性填料，由底部进水，出水从侧壁顶部溢流跌水落入集水槽，由集水槽流入布水槽后均匀进入人工介质区;人工介质区设置有上下排布的多层介质填料，水流依次穿过介质填料后由人工介质区靠近底部的侧壁穿孔花墙流入生态塘;所述生态塘错落种植浮叶植物与沉水植物。
进一步，所述好氧表面流湿地区水力停留时间为1~1.5d，包括沿水流方向依次排列的若干好氧植物区，好氧植物区内种植挺水植物，若干好氧植物区两两之间由布水渠分隔;好氧表面流湿地区的入口处设置有好氧区总布水渠，布水渠与好氧区总布水渠之间设置有连通管，水流通过跌水推流的形式进入好氧植物区;好氧表面流湿地区的出水处设置有好氧区挡水坝，好氧区挡水坝上设置有若干均匀布置的好氧区出水口，好氧区出水口设置有好氧区挡水板，正常运行时好氧区挡水板处于打开状态。
进一步，所述缺氧表面流湿地区水力停留时间为8~10h，包括若干沿水流方向依次排列的缺氧植物区，所述若干缺氧植物区两两之间由布水渠分隔;并且缺氧表面流湿地区底部沿程设置有坡降;所述缺氧表面流湿地区的出水处设置有缺氧区挡水坝，所述缺氧区挡水坝上设置有若干均匀布置的缺氧区出水口，缺氧区出水口设置有缺氧区挡水板，正常运行时缺氧区挡水板处于打开状态。
进一步，所述好氧表面流湿地区包括并联的构造相同的若干好氧分区，可保证干湿交替运行;每个好氧分区的进口处均设置有好氧区节流阀;当部分好氧分区落干处理时，关闭该部分好氧分区入口处的好氧区节流阀，同时通过其余好氧分区的好氧区节流阀将其余好氧分区的处理水量控制为原总进水量的70%~80%，并关闭其余好氧分区的好氧区挡水板，保证水停留一定时间，之后打开其余好氧分区的好氧区挡水板排水，然后重复上述步骤若干次;
所述缺氧表面流湿地区包括并联的构造相同的若干缺氧分区，可保证干湿交替运行;每个缺氧分区的进口处均设置有缺氧区节流阀;当部分缺氧分区落干处理时，关闭该部分缺氧分区入口处的缺氧区节流阀，同时通过其余缺氧分区的缺氧区节流阀将其余缺氧分区的处理水量控制为原总进水量的70%~80%，并关闭其余缺氧分区的缺氧区挡水板，保证水停留一定时间，之后打开其余缺氧分区的缺氧区挡水板排水，然后重复上述步骤若干次。
进一步，所述挺水植物包括芦苇、香蒲、茭白和菖蒲，所述好氧表面流湿地区和缺氧表面流湿地区分别种植任意两种或两种以上。
进一步，所述淋溶池和厌氧塘均分别包括至少两个并联互备的使用单元。
有益效果：(1)将表面流湿地整体分区布置，通过控制水深、植物密度、植被覆盖率及进水曝气的不同，使湿地内部形成好氧和缺氧两种截然不同的环境，创造出更适合各反应区的微生物生存条件;
(2)通过对好氧表面流湿地区和缺氧表面流湿地区分单元布置，同时内部辅助以布水渠、连通管、出水坝、挡水板等，使得湿地可进行干湿交替运行，解决了湿地长期运行过程中由于基质溶解氧环境差而引起处理效率降低的现象，且操作过程简单，可行性高;
(3)淋溶池使水流通过植物秸秆后形成浸出液渗出，避免长期浸泡产生有害物质，同时对植物碳源加入量进行了可控化;且加入位置位于硝化过程后，反硝化过程前，可真正意义上解决反硝化过程中碳源不足的问题，提高脱氮效率;
(4)厌氧塘的布置可以对浸出液剩余营养盐及进水中难降解物质进一步降解;人工介质区作为一个好氧微生物富集的区域，可促进氮、磷形态的转化，为生态塘中植物及生物提供营养物质，塘系统稳定运行的同时也是对水中难降解物质进一步去除的过程，整个复合式塘系统布置结构紧凑，景观效果好;
(5)过流板、S型沉淀区的布置可减小水体流速并均匀布水，强化预处理区对悬浮物及颗粒态营养盐的去除，好氧表面流湿地区和缺氧表面流湿地区内部布置多条布水渠，不仅可以均匀布水，防止湿地内部短流，同时还阻止了长期运行过程中不同植物物种之间的侵占;
(6)整个表面流湿地-复合塘系统后期维护过程简单，长期运行能力强，对水质水量的波动有较强的缓冲能力。（发明人李一平;朱立琴;秦文凯;张海阔;蒲亚帅;朱伊梦;张雪;杜观超;高旭;陈红卫;李峰东）