申请日2019.09.12
公开（公告）日2021.02.19
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种“沉砂池+快速过滤渠+生态强化区”的黑臭水强化处理工艺系统，属于污水处理工程黑臭水体治理领域。这种黑臭水强化处理工艺由导流闸门、沉砂渠、溢流堰、快速过滤渠、导水管、造流曝气机以及水生动植物生态系统区构成。本工艺系统能对要求治理目标较高的黑臭水河道进行治理，进水先沉砂预处理后并达到水体净化等作用，将水体浊度、COD、N、P等进行污染物高效去除。
权利要求书
1.一种黑臭水强化处理系统，其特征在于，按水流方向依次包括沉砂渠、快速过滤渠、生态强化区；沉砂渠和快速过滤渠高于生态强化区；所述沉砂渠的渠道整体为曲线结构；所述曲线的曲线长度根据下述公式设置，曲线长度＝水体流量÷溢流负荷，其中溢流负荷≤1.7mm/s；其黑臭水流出一侧的渠壁上设有溢流堰；所述溢流堰为曲线结构；所述沉砂渠的黑臭水流入的一侧渠壁开设有进水口，另一侧渠壁内壁上对应所述进水口的位置设有进水挡墙；所述快速过滤渠内装填有可过滤黑臭水的填料，填料底部还设有可将流经填料的水导入生态强化区的集水导水装置；所述生态强化区内种植有植物。
2.根据权利要求1所述的黑臭水强化处理系统，其特征在于，所述沉砂渠设置在具有黑臭水的河道中，沉砂渠的渠壁高度与河堤高度一致。
3.根据权利要求1或2所述的黑臭水强化处理系统，其特征在于，所述沉砂渠容积根据下述公式计算得到：沉砂渠容积＝水力停留时间×水流量，其中水力停留时间大于1个小时；所述沉砂渠的宽度为10～20米；所述进水口设置有导流闸门。
4.根据权利要求1所述的黑臭水强化处理系统，其特征在于，所述集水导水装置包括快速过滤渠的填料的底部沿沟渠渠道轴向埋设的穿孔集水管和一端连通穿孔集水管、另一端伸入生态强化区内的穿孔导水管。
5.根据权利要求4所述的黑臭水强化处理系统，其特征在于，所述穿孔导水管包括导水总管和导水支管；所述导水总管一端连通穿孔集水管，另一端与导水支管连通；所述导水支管一端与导水总管连通，另一端伸入生态强化区内。
6.根据权利要求5所述的黑臭水强化处理系统，其特征在于，所述导水总管为若干根，均匀分布在穿孔集水管上；所述导水支管为放射状的分枝结构。
7.根据权利要求5或6所述的黑臭水强化处理系统，其特征在于，导水总管与导水支管连通的一端伸入至生态强化区中间区域；放射状的导水支管均匀分布于生态强化区，且部分导水支管的远离导水总管的一端靠近整个生态强化区的进水端；这样设置有利于将集水管中的水均匀导入生态强化区。
8.根据权利要求1或4所述的黑臭水强化处理系统，其特征在于，所述填料为级配填料结构。
9.根据权利要求8所述的黑臭水强化处理系统，其特征在于，所述级配填料结构包括上下两层；上层为粒径φ5～8mm，下层为粒径φ30～50mm。
10.根据权利要求1所述的黑臭水强化处理系统，其特征在于，所述溢流堰的曲线结构与沉砂渠的渠道的曲线结构平行适配。
11.根据权利要求1或10所述的黑臭水强化处理系统，其特征在于，所述溢流堰顶部设有若干溢流槽，溢流槽下方设有若干溢流孔，溢流孔孔顶与溢流槽槽底间距0.1米。
12.根据权利要求1或10所述的黑臭水强化处理系统，其特征在于，所述溢流堰高度比设置所述黑臭水强化处理系统的来水河道平水位低0.1mm。
13.根据权利要求11所述的黑臭水强化处理系统，其特征在于，所述溢流堰高度比设置所述黑臭水强化处理系统的来水河道平水位低0.1mm。
14.根据权利要求1、4-5任一所述的黑臭水强化处理系统，其特征在于，所述生态强化区内，0.5～1米深度区域种植沉水植物，0.1～0.5米深度区域种植挺水植物、1～1.5米深度区域对应的水面上设置景观生态浮岛、仿生水草、和浮水喷泉曝气机。
15.根据权利要求7所述的黑臭水强化处理系统，其特征在于，所述生态强化区内，0.5～1米深度区域种植沉水植物，0.1～0.5米深度区域种植挺水植物、1～1.5米深度区域对应的水面上设置景观生态浮岛、仿生水草、和浮水喷泉曝气机。
16.黑臭水强化处理工艺，其特征在于，采用权利要求1-15任一所述的黑臭水强化处理系统处理黑臭水。
17.根据权利要求16所述的黑臭水强化处理工艺，其特征在于，将所述黑臭水强化处理系统设置在待处理的河道中；所述黑臭水强化处理系统的沉砂渠渠壁与河道的水流方向不平行。
18.根据权利要求16所述的黑臭水强化处理工艺，其特征在于，进入所述黑臭水强化处理系统的水流方向与河道垂直。
19.根据权利要求16-18任一所述的黑臭水强化处理工艺，其特征在于，所述黑臭水强化处理系统的生态强化区设置在河道宽度突变较大的区段，或可设置在生态公园的上游。
20.根据权利要求19所述的黑臭水强化处理工艺，其特征在于，所述生态公园可做为所述黑臭水强化处理系统的生态强化区。
说明书
一种黑臭水强化处理系统及工艺
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种黑臭水强化处理系统及工艺。
背景技术
在污水处理工程中，对于COD、N、P含量较高的水体进行处理的人工湿地技术。
人工湿地技术是为处理污水而人为地在有一定长宽比和底面坡度的洼地上用土壤和填料(如砾石等)混合组成填料床，使污水在床体的填料缝隙中流动或在床体表面流动，并在床体表面种植具有性能好，成活率高，抗水性强，生长周期长，美观及具有经济价值的水生植物(如芦苇，蒲草等)形成一个独特的动植物生态体系。
人工湿地去除的污染物范围广泛，包括N，P，SS，有机物，微量元素，病原体等。有关研究结果表明，在进水浓度较低的条件下，人工湿地对BOD5的去除率可达85％――95％，COD去除率可达80％以上，处理出水中BOD5的浓度在10mg/l左右，SS小于20mg/l。(2)废水中大部分有机物作为异样微生物的有机养分，最终被转化为微生物体及CO2，H2O。
现有黑臭水处理主要采用沉水植物、浮水植物、挺水植物及构建微生物生长的厌氧缺氧好氧工艺，但这类工艺不能对黑臭水体进行预处理，无法处理较高悬浮物负荷黑臭水体，对有机物的去除效率低。
发明内容
针对本领域存在的上述缺陷和不足，本发明提供一种集沉砂渠、快速过滤渠、生态强化区为一体的利用人工湿地对黑臭水体进行处理的系统和工艺。
本发明的技术方案如下：
一种黑臭水强化处理系统，其特征在于，按水流方向依次包括沉砂渠、快速过滤渠、生态强化区；沉砂渠和快速过滤渠高于生态强化区；所述沉砂渠的渠道整体为曲线结构；所述曲线的曲线长度根据下述公式设置，曲线长度＝水体流量÷溢流负荷，其中溢流负荷≤1.7mm/s；其黑臭水流出一侧的渠壁上设有溢流堰；所述快速过滤渠内装填有可过滤黑臭水的填料，填料底部还设有可将流经填料的水导入生态强化区的集水导水装置；所述生态强化区内种植有植物。
按照上述公式设置沉砂渠的渠道曲线长度，可确保出水稳定在层流状态，有助于从整体上提高黑臭水的净化效果。
所述沉砂渠的黑臭水流入的一侧渠壁开设有进水口，另一侧渠壁内壁上对应所述进水口的位置设有进水挡墙；优选地，所述沉砂渠设置在具有黑臭水的河道中，沉砂渠的渠壁高度与河堤高度一致；
优选地，所述沉砂渠容积根据下述公式计算得到：沉砂渠容积＝水力停留时间×水流量，其中水力停留时间大于1个小时；
优选地，所述沉砂渠的宽度为10～20米；所述进水口设置有导流闸门。
沉砂渠的容积能对沉入的悬浮物有储存作用，其较大的宽度能使清理机械进入定期清理沉淀物。水力停留时间大于1个小时，这样设置的目的是：确保水体经过沉砂渠时，砂粒或其他杂质有足够的沉降时间及储存空间；沉砂渠的宽度为10～20米，采用这个宽度对净化黑臭水所起的作用是：确保后期机械能自由进出进行沉砂渠清理及维护。
所述集水导水装置包括快速过滤渠的填料的底部沿沟渠渠道轴向埋设的穿孔集水管和一端连通穿孔集水管、另一端伸入生态强化区内的穿孔导水管；
优选地，所述穿孔导水管包括导水总管和导水支管；所述导水总管一端连通穿孔集水管，另一端与导水支管连通；所述导水支管一端与导水总管连通，另一端伸入生态强化区内；
优选地，所述导水总管为若干根，均匀分布在穿孔集水管上；所述导水支管为放射状的分枝结构；
优选地，导水总管与导水支管连通的一端伸入至生态强化区中间区域；放射状的导水支管均匀分布于生态强化区，且部分导水支管的远离导水总管的一端靠近整个生态强化区的进水端。这样设置有利于将集水管中的水均匀导入生态强化区。
所述填料为级配填料结构；
优选地，所述级配填料结构包括上下两层；上层为粒径φ5～8mm，下层为粒径φ30～50mm。
上层采用这种粒径的好处是：形成小空隙有筛网作用，对细小悬浮物起到截流过滤，下层采用这种粒径可起到支撑作用，且空隙大，集水阻力小。
所述溢流堰为曲线结构；
优选地，所述溢流堰的曲线结构与沉砂渠的渠道的曲线结构平行适配；
优选地，所述溢流堰顶部设有若干溢流槽，溢流槽下方设有若干溢流孔，溢流孔孔顶与溢流槽槽底间距0.1米；
优选地，所述溢流堰高度比设置所述黑臭水强化处理系统的来水河道平水位低0.1mm。
溢流孔孔顶与溢流槽槽底间距0.1米，这样设置的好处在于：使其在整个面上均匀出水，并整流出水，在常水量时，沉砂池通过溢流孔溢流，当水量较大时，出水将超过溢流孔同时从上部溢流槽均匀流出，溢流孔和溢流槽均起到均匀配水作用。
所述生态强化区内，0.5～1米深度区域种植沉水植物，0.1～0.5米深度区域种植挺水植物、1～1.5米深度区域对应的水面上设置景观生态浮岛、仿生水草、和浮水喷泉曝气机。
各个深度区域环境不同，可以去除不同种类污染物，例如，0～0.5米区域溶解氧较高，主要去除有机物及氨氮为主，0～1.5区域存在缺氧环境，主要通过反硝化去除总氮为主，对大于1.5米区域存在厌氧环境，有利于总磷污染物的去除；
本发明黑臭水强化处理系统中的生态加强区相当于改进型的表流人工湿地改进型，在现有表流人工湿地基础上构建不同水深不同植物种群，和增加喷泉式曝气构建多样菌体环境；
种植沉水植物在处理黑臭水方面的作用是：利用沉水植物对底泥中氮磷具有较强吸收净化作用；种植挺水植物在处理黑臭水方面的作用是：对水体中氨氮有较好净化作用同时起到较好景观效果；景观生态浮岛设置在1～1.5米深度区域，因为有一定水深能确保植物根系生长悬浮在水体，同时形成生物膜环境，利用水中动物及鱼类摄食，构建生态平衡；仿生水草设置于水面以下，用于构建生物膜环境，构建厌氧缺氧环境对有机物及氨氮吸收处理；浮水喷泉曝气机的作用是构建好氧环境，对有机物及氨氮处理。
黑臭水强化处理工艺，其特征在于，采用所述的黑臭水强化处理系统处理黑臭水。
将所述黑臭水强化处理系统设置在待处理的河道中；所述黑臭水强化处理系统的沉砂渠渠壁与河道的水流方向不平行；
优选地，进入所述黑臭水强化处理系统的水流方向与河道垂直。
如图2所示，本发明的黑臭水强化处理系统的水流进入方向与河道垂直，系统的布置方向与河道平行。
所述黑臭水强化处理系统的生态强化区设置在河道宽度突变较大的区段，或可设置在生态公园的上游；
优选地，所述生态公园可做为所述黑臭水强化处理系统的生态强化区。
本发明的处理系统：沉砂渠、溢流堰、快速过滤渠各组成部分可按如下情况进行定期护理：1.沉砂渠出现泥砂累积时，溢流堰会出现跑砂，此时需要采用挖机进行泥砂清理同时泥砂可作为建筑材料。2.溢流堰若出现青苔较重需要进行清理。3.沉砂渠若运行时间过长出现堵塞，需要进行高压水进行冲洗过滤层。4.为避免沉砂渠堵塞，可以在沉砂渠安装穿孔曝气管，在进水同时采用高压风机进行气反洗，避免堵塞。
本发明提供了一种由沉砂渠、快速过滤渠、生态强化区构成的人工湿地工艺系统，其特征是它在生态强化区之前加入了沉砂渠，整体为曲线形结构，具体详见沉砂渠系统示意图图2。沉砂渠由进水口、进水挡墙、弧形沉砂渠、整流溢流堰组成。各部分的作用如下：进水口：导流水体进入；进水挡墙：对来水进行消能，降低水流速度；弧形沉砂渠：对进水中悬浮物及泥沙进行沉淀，是泥沙沉淀场所；整流溢流堰：对出水水流速度进行控制，控制出水均匀度，降低水流扰动，加速沉淀。本发明创新点如下：①提出了曲线形状溢流堰，有限空间内增加出水堰长度，降低水流速度及出水负荷；②沉砂渠道宽度较大，铲车等能直接进入沉砂池内，便于后期清理维护。溢流堰也为与沉砂渠相适配的曲线形结构，由下排溢流孔和上部设置溢流槽构成。下排溢流流孔作用：平常水量不大情况下，水经过沉砂后从该配水孔流出，起到低水量配水作用；当水量增大，下排配水孔不能满足出水要求时候，多余水量从上部溢流槽配水溢流，起到大水量配水作用。详见溢流堰示意图。本发明的溢流堰在常规的溢流基础上考虑了不同的水量要求。其结构示意图如图3所示。快速过滤渠为具有均匀进水配水级配填料结构，由级配填料，穿孔集水管，穿孔导水支管构成；各组成部分分别起如下作用：级配填料作用：拦截不同规格悬浮物作用；穿孔集水管作用：收集过滤后的水。详见快速过滤渠示意图。穿孔导水管，由总导水管与穿孔导水支管组成，穿孔导水管作用：将初步过滤的水均匀导入生态强化去，具有均匀配水作用。快速过滤渠在结构上的创新如下：①总集水管直接埋入填料层，有利于快速集水。②穿孔管放射状深入到整个生态强化区，有益于均匀配水。快速过滤渠的结构示意图如图4所示。
所述沉砂渠的特征在于，设置于沿河道长度方向，与水流方向垂直，增加过流截面积，有效降低河水流速，使水体中的悬浮物能在较短的时间内沉降去除。
所述沉砂渠有一定容积，能确保大于1个小时的水力停留时间，水流量不同其容积不同，能对沉入的悬浮物有储存作用，同时具有10～20米的宽度，能使清理机械进入定期清理沉淀物。
所述沉砂渠出水端设置有溢流堰，其特征在于对上游河道来水进行整流，使进出水处于层流状态，利于污染水体的沉淀预处理，降低后续处理工艺的负荷。
溢流出水进入快速过滤渠，所述的快速过滤渠中设置有大孔径填料，且在填料底部设置有大管径穿孔管作为集水导水管。
快速过滤渠下穿孔集水管上设置有穿孔导水支管，穿孔导水支管连接进入生态强化区，并根据水力要求布置到生态强化区。
所述的大管径穿孔管与小管径穿孔支管相连，所述的大管径穿孔管即填料底部的集水管，其孔径范围φ15～20，所述小管径穿孔支管指深入到生态强化区放射状穿孔导水管，其孔径范围φ5～8，将来水快速过滤后均匀输送到生态强化区，避免水体短路。
便于收集从过滤层流下的水并导入到快速过滤来水及穿孔集水管，其特征在于快速截留悬浮物，并均匀分布水量，避免造成局部水量过大对湿地生态区造成冲击。
本工艺是黑臭水治理的一个整体工艺，沉砂渠是预处理+过滤处理+后段水分配+生态强化深度处理关系。本发明是结合各自特点基础上构成黑臭水体治理的一个整体工艺，获得较好的黑臭水治理效果。
本发明的黑臭水处理工艺具有如下特点：1.对于水量大的敞开式黑臭水体提出了较完整的预处理+强化深度处理方案。2.通过快速过滤及多级穿孔配水，解决了提出了大水量配水均衡进入生态系统问题，解决局部冲击负荷大问题。3.提出在生态强化区构建高效厌氧缺氧好氧环境，确保微污染水体的生化强化处理。4.采用潜水回流泵，设置内部大的循环，达到水体活化同时达到节能与环保要求。
上游来水经导水闸进入沉砂池，并通过配水溢流堰，均匀配水后进入湿地生态系统前端快速过滤渠(见图1)，通过过滤初处理后通过穿孔配水管进入后续生态处理系统。
湿地公园生态系统由造流曝气推流区、生态强化区构成。主要通过植在湿地生态系统内间歇曝气，构建交替的好氧、缺氧环境，利用微生物的硝化与反硝化作用使污水得到净化，将水体中浊度、COD、N、P等污染物去除。同时植物根系和微生物形成共生体系，使植物固氮作用得以发挥，从而达到对N去除目的，强化生态系统的脱氮效果。
（发明人：陈光辉;张碧波;邢汉君;黄罕添;赵青;罗灿;盛丹）