公布日：2022.07.29
申请日：2022.05.24
分类号：C02F9/14(2006.01)I;C02F3/32(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/38(2006.01)N
摘要
本申请涉及一种近零碳污水生态处理系统与方法，属于污水处理技术领域，解决了现有污水处理方法会排放大量温室气体，加剧了温室气体效应对气候环境的影响的问题。近零碳污水生态处理系统包括：太阳能供电系统，为系统运行提供电能；污水生态处理系统，包括污水生态处理池、植物固碳净化池和回用池；其中，污水生态处理池包括由上向下布置的配水层、过滤净化层、储水层和排泥层，配水层与污水源连接，储水层与回用池连接；植物固碳净化池内设有植物固碳层，植物固碳层设于配水层的上方，植物固碳层的上方罩设有透光罩，在透光罩形成的封闭空间内种植有净碳植物。本发明对污水净化处理效果好，能够达到近零碳排放的目标。
权利要求书
1.一种近零碳污水生态处理系统，其特征在于，包括：太阳能供电系统，为系统运行提供电能；污水生态处理系统，包括污水生态处理池、植物固碳净化池和回用池；污水生态处理池和植物固碳净化池建造在地面开挖的坑槽内；污水生态处理池布置在植物固碳层的下方地下空间内，污水生态处理池和植物固碳净化池集成化设置；其中，污水生态处理池包括由上向下布置的配水层、过滤净化层、储水层和排泥层，配水层通过配水装置与污水源连接，储水层通过排水装置与回用池连接；植物固碳净化池内设有植物固碳层，植物固碳层设于配水层的上方，植物固碳层的上方罩设有透光罩，在透光罩形成的封闭空间内种植有净碳植物；换气装置和废气收集装置，换气装置和废气收集装置均与透光罩的封闭空间连通，透光罩的封闭空间内设置氧气浓度感应器；换气装置用于在封闭空间内低氧浓度时，向透光罩的封闭空间内供入空气；废气收集装置用于排出并收集植物固碳净化池内产生的废气；配水层中设置液位传感器，用于实时监测配水层的液位；还包括控制及显示系统，控制及显示系统被配置为当配水层的水位在T1时间内由H1降低至H2时，控制配水装置在T2时间内将配水层内的水位补充至H1，继续运行T1时间，重复上述运行操作实现污水净化处理；H2＝H1-V/S，T2＝0.13-0.16T3；上式中：H1为最高配水水位(m)；H2为最低配水水位(m)；V为系统单个净化处理周期内处理污水量(m3)；S为系统配水面积(m2)；T1为系统单个净化处理周期的运行时间；T2为系统单个净化处理周期的配水时间；T3为配水层内的水位从到达H1时刻开始至植物固碳净化池内的氧气浓度达到C1所经历的总时间，C1为13％vol-14.8％vol；T1为8-12h，T2为1-2h；污水生态处理池体积是系统单个净化处理周期内处理污水量V的3-5倍，水力负荷为0.53-1.06m3/(m2•d)；控制及显示系统还被配置为当植物固碳净化池内的氧气浓度达到C1时换气装置开始工作，将空气通过换气装置的空气输出管进入植物固碳层中，将里面的废气通过废气收集装置的废气排气管排出并收集起来；当植物固碳层中的氧气浓度值为C2时，换气装置停止工作，其中C2＝1.3-1.7C1。
2.根据权利要求1所述的近零碳污水生态处理系统，其特征在于，过滤净化层包括由上向下布置的一级净化层和二级净化层；其中，一级净化层内充填页岩陶粒，二级净化层内充填复合型活性氧化铝颗粒。
3.根据权利要求1所述的近零碳污水生态处理系统，其特征在于，排水装置包括排水管以及设于排水管上的排水泵，排水管的进液口位于储水层内，排水管的出液口接入回用池内。
4.根据权利要求1所述的近零碳污水生态处理系统，其特征在于，排泥层连接有污泥排出装置，以备将污泥排出；污泥排出装置包括排泥管和设于排泥管上的排泥泵。
5.根据权利要求1所述的近零碳污水生态处理系统，其特征在于，污水生态处理系统还包括预处理池、调节池，调节池通过管路设于污水生态处理池的上游，预处理池通过管路设于调节池的上游，预处理池通过管路与上游的沉渣池连接，沉渣池与上游的污水源连接。
6.一种近零碳污水生态处理方法，其特征在于，利用权利要求1至5任一项所述的近零碳污水生态处理系统处理污水；所述方法包括如下步骤：建造太阳能供电系统和污水生态处理系统；在建造污水生态处理池和植物固碳净化池时，在地面开挖坑槽，由下向上铺设排泥层、储水层、二级净化层、一级净化层、配水层和植物固碳层，在植物固碳层上种植净碳植物，植物固碳层上罩设有透光罩；将生活污水供入污水生态处理系统中进行净化处理，净化后的污水排至回用池中，供用水点使用；其中，进入污水生态处理系统中的生活污水先进入沉渣池，在重力作用下将大颗粒杂质进行沉降，再进入预处理池，经预处理池中的过滤组件过滤后，溢流至调节池中；当调节池达到预设水位时，配水泵启动，将调节池内的污水通过配水管供入配水层中，污水在配水层中自上而下，向污水生态处理池中配水；配水层中的污水依次进入一级净化层、二级净化层，污水生态处理池中添加有施氏假单胞菌，经二级净化层处理的污水进入储水层，并通过排水装置供入回用池中，供用水点使用；污水净化处理过程中，净碳植物对污水中的氮磷等有机物进行吸附处理，同时通过光合作用吸收污水处理过程中产生的CO2气体。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种近零碳污水生态处理系统与方法，用以解决现有污水处理方法会排放大量温室气体，加剧了温室气体效应对气候环境影响的问题。
本发明的目的是这样实现的：
一方面，提供一种近零碳污水生态处理系统，包括：
太阳能供电系统，为系统运行提供电能；
污水生态处理系统，包括污水生态处理池、植物固碳净化池和回用池；
其中，污水生态处理池包括由上向下布置的配水层、过滤净化层、储水层和排泥层，配水层通过配水装置与污水源连接，储水层通过排水装置与回用池连接；
植物固碳净化池内设有植物固碳层，植物固碳层设于配水层的上方，植物固碳层的上方罩设有透光罩，在透光罩形成的封闭空间内种植有净碳植物。
进一步地，近零碳污水生态处理系统还包括换气装置和废气收集装置，换气装置和废气收集装置均与透光罩的封闭空间连通，透光罩的封闭空间内设置氧气浓度感应器；换气装置用于在封闭空间内低氧浓度时，向透光罩的封闭空间内供入空气；废气收集装置用于排出并收集植物固碳净化池内产生的废气。
进一步地，近零碳污水生态处理系统还包括控制及显示系统，控制及显示系统被配置为当配水层的水位在T1时间内由H1降低至H2时，控制配水装置在T2时间内将配水层内的水位补充至H1；
H2=H1-V/S，T2=0.13-0.16T3；
上式中：H1为最高配水水位（m）；
H2为最低配水水位（m）；
V为系统单个净化处理周期内处理污水量（m3）；
S为系统配水面积（m2）；
T1为系统单个净化处理周期的运行时间；
T2为系统单个净化处理周期的配水时间；
T3为配水层内的水位从到达H1时刻开始至植物固碳净化池内的氧气浓度达到C1所经历的总时间，C1为13%vol-14.8%vol。
进一步地，T1为8-12h，T2为1-2h。
进一步地，污水生态处理池体积是系统单个净化处理周期内处理污水量V的3-5倍，水力负荷为0.53-1.06m3/（m2•d）。
进一步地，控制及显示系统还被配置为当植物固碳净化池内的氧气浓度达到C1时换气装置开始工作，将空气通过换气装置的空气输出管进入植物固碳层中，将里面的废气通过废气收集装置的废气排气管排出并收集起来；当植物固碳层中的氧气浓度值为C2时，换气装置停止工作，其中C2=1.3-1.7C1。
进一步地，过滤净化层包括由上向下布置的一级净化层和二级净化层；其中，一级净化层内充填页岩陶粒，二级净化层内充填复合型活性氧化铝颗粒。
进一步地，排水装置包括排水管以及设于排水管上的排水泵，排水管的进液口位于储水层内，排水管的出液口接入回用池内。
进一步地，排泥层连接有污泥排出装置，以备将污泥排出；污泥排出装置包括排泥管和设于排泥管上的排泥泵。
进一步地，净碳植物为预先栽培在花盆或花箱中形成的模块化植被。
进一步地，调节池与多个预处理池处理的污水源连接，调节池内设置搅拌装置和液位传感器。
进一步地，植物固碳层、配水层、一级净化层、二级净化层、储水层和排泥层的相邻两层之间设有透水隔板。
进一步地，一级净化层和二级净化层均采用模块化结构。
进一步地，污水生态处理系统还包括预处理池、调节池，调节池通过管路设于污水生态预处理池的上游，预处理池通过管路设于调节池的上游，处理池通过管路与上游的沉渣池连接，沉渣池与上游的污水源连接。
进一步地，配水装置包括配水泵，配水泵的进液口通过进水管与调节池连通，配水泵的出液口通过配水管与配水层连通。
进一步地，配水管连接多个配水支管，多个配水支管均匀布置在配水层中；配水层中设置液位传感器。
另一方面，提供一种近零碳污水生态处理方法，利用上述的近零碳污水生态处理系统。
进一步地，所述方法包括如下步骤：
建造太阳能供电系统和污水生态处理系统；
将生活污水供入沉渣池，再进入污水生态处理系统中进行净化处理，净化后的污水排至回用池中，供用水点使用；
其中，进入污水生态处理系统中的生活污水先进入沉渣池，在重力作用下将大颗粒杂质进行沉降，再进入预处理池，经预处理池中的过滤组件过滤后，溢流至调节池中；
当调节池达到预设水位时，配水泵启动，将调节池内的污水通过配水管供入配水层中，污水在配水层中自上而下，向污水生态处理池中配水；配水层中的污水依次进入一级净化层、二级净化层，污水生态处理池中添加有施氏假单胞菌，经二级净化层处理的污水进入储水层，并通过排水装置供入回用池中，供用水点使用；
污水净化处理过程中，净碳植物对污水中的氮磷等有机物进行吸附处理，同时通过光合作用吸收污水处理过程中产生的CO2气体。
进一步地，氧气浓度感应器实时监测植物固碳层上方密封空间内的氧气浓度，当植物固碳层中的氧气浓度达到C1值时，换气泵开始工作，将空气通过空气输出管进入植物固碳层中，废气通过废气排气管排入石灰水过滤池中；当植物固碳层中的氧气浓度值为C2时，换气泵停止工作。
进一步地，整个污水生态处理系统的运行所需能量由太阳能供电系统提供。
与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：
a）采用太阳能供电系统代替传统的供电系统，为整个污水生态处理系统供能，相对于传统污水处理工艺，实现削减10.00%碳排放量；污水生态处理系统实现了污水低碳化生态处理，能够避免大量含碳气体的产生，实现大规模减量，相对于传统污水处理工艺，实现削减78.57%碳排放量；植物固碳净化池中种植有吸附性强、除氮效果好、光合效率高的水生植物，在污水处理过程中植物根系对污水中的碳进行固化处理，也将产生的低浓度二氧化碳由植物通过光合作用进行消纳，实现最大化降解，相对于传统污水处理工艺，实现削减8.57%碳排放量。本发明的近零碳污水处理系统累计可实现削减约97.14%碳排放量。
b）通过换气装置和废气收集装置实现植物固碳层上封闭空间内维持适宜的气体成分，实现系统的持续稳定运行。
c）本发明从源头上降低温室气体的排放，减少碳的产生、削减碳的传播，实现低碳化污水生态处理对污水的碳排放，助力双碳目标的实现具有重要意义。
（发明人：尹文超;卢兴超）