申請日2015.11.02

　　公開(公告)日2016.01.13

　　IPC分類號C02F9/14

　　申請(專利權(quán))人重慶大學(xué);

　　摘要

　　本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及自清式微曝氣豎向折流濕地污水處理裝置及方法。本發(fā)明公開了一種自清式微曝氣豎向折流人工濕地污水處理裝置，由配水區(qū)、池體和集水區(qū)組成;待處理污水經(jīng)進(jìn)水管流入配水區(qū)，再通過溢流的方式從配水區(qū)流入池體，經(jīng)池體處理后的出水采用溢流的方式流入集水區(qū);所述池體為多級不同處理功能的豎向折流濕地串聯(lián)而成，沿水流方向依次為厭氧濕地、碳氧化濕地和短程硝化-反硝化濕地。本發(fā)明還提供了采用該裝置進(jìn)行污水處理的方法。本發(fā)明裝置使池體沿水流方向分為厭氧、好氧和微氧三段，能夠?qū)崿F(xiàn)碳污染物和氮污染物高效去除;解決了傳統(tǒng)人工濕地溶解氧偏低，占地面積較大，填料易堵塞，堵塞后難清洗的問題。

　　權(quán)利要求書

　　1.自清式微曝氣豎向折流濕地污水處理裝置，其特征在于：由配水區(qū)、池體和集水區(qū)組成;

　　待處理污水經(jīng)進(jìn)水管流入配水區(qū)，再通過溢流的方式從配水區(qū)流入池體，經(jīng)池體處理后的出水采用溢流的方式流入集水區(qū);

　　所述池體為多級不同處理功能的豎向折流濕地串聯(lián)而成，沿水流方向依次為厭氧濕地、碳氧化濕地和短程硝化-反硝化濕地，厭氧濕地和碳氧化濕地各采用一個單元池，短程硝化- 反硝化濕地由若干單元池組成;厭氧濕地從底部往上依次設(shè)置有反沖洗管和填料層;碳氧化濕地和短程硝化-反硝化濕地從底部往上依次設(shè)置有反沖洗管、微曝氣管、填料層和水生植物，采用分級微曝氣方式，總的曝氣量的氣水比小于2︰1，并控制碳氧化濕地的曝氣量大于短程硝化-反硝化濕地，使碳氧化濕地中水的溶解氧達(dá)到1～2mg/L，短程硝化-反硝化濕地水中的溶解氧達(dá)到0.5mg/L。

　　2.如權(quán)利要求1所述的污水處理裝置，其特征在于：所述池體設(shè)置有橫向隔墻，將池體沿水流方向分隔為單獨(dú)的單元池，上一個單元池的出水采用穿孔溢流的方式流入下一個單元池，并在穿孔處設(shè)置有一個閥門，以控制單元池的進(jìn)水和出水;每個單元池內(nèi)均設(shè)置有一個墻體與水流方向垂直的橫向擋墻，將單元池分為前后兩段，橫向擋墻底部開孔，使每個單元池內(nèi)的水流能夠在濕地池中上下翻騰通過，形成折流式水流形態(tài)，避免死水區(qū)。

　　3.如權(quán)利要求1或2所述的污水處理裝置，其特征在于：所述的微曝氣管包含曝氣主管、曝氣干管和曝氣支管，曝氣主管沿人工濕地外一側(cè)布置，曝氣主管上分出數(shù)根曝氣干管，每個單元池內(nèi)有至少一根曝氣干管，曝氣干管沿池壁向下并在池底橫向布置，曝氣干管上分出數(shù)根曝氣支管，曝氣支管縱向并排布置，曝氣主管和每根曝氣干管上均設(shè)置有閥門，所述曝氣管支管的曝氣孔直徑大小為1～3mm。

　　4.如權(quán)利要求1或2所述的污水處理裝置，其特征在于：所述的反沖洗管包含反沖洗主管、反沖洗干管和反沖洗支管，反沖洗管布置在池體底部，反沖洗主管沿人工濕地外一側(cè)布置，并接出數(shù)根反沖洗干管，每一根反沖洗干管橫向伸入一個單元池，反沖洗干管再接出縱向并排布置的反沖洗支管，反沖洗主管和每根干管上均設(shè)置有閥門;反沖洗主管上還設(shè)置有放空管;單元池還設(shè)置有溢流管，用于將反沖洗產(chǎn)生的污水排出。

　　5.如權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于：所述的曝氣孔沿曝氣支管軸向設(shè)置為2排，兩排曝氣孔的中心線過曝氣支管軸心線的夾角為90°。

　　6.如權(quán)利要求1～5任一項所述的裝置，其特征在于：濕地填料粒徑為10～50mm，根據(jù)水流方向，單元池內(nèi)填料粒徑依次降低。

　　7.如權(quán)利要求1～6任一項所述的裝置的污水處理方法，其特征在于：所述池體沿水流方向分為厭氧、好氧和微氧三段，形成多級不同處理功能的豎向折流濕地串聯(lián)，其中厭氧段和好氧段各為1個單元池，分別作為厭氧濕地和碳氧化濕地，微氧段可根據(jù)水質(zhì)設(shè)置1或1個以上單元池，作為短程硝化-反硝化濕地;污水由配水區(qū)流入?yún)捬醵蔚膮捬鯘竦貎?nèi)，在厭氧的環(huán)境中降解掉大部分難降解有機(jī)物;再流入好氧段的碳氧化濕地內(nèi)，在微曝氣和植物根系泌氧的協(xié)同作用下，使水中的溶解氧達(dá)到1～2mg/L，將碳污染物高效降解;最后流入微氧段的短程硝化-反硝化濕地內(nèi)，在微曝氣和植物根系泌氧的協(xié)同作用下，使水中的溶解氧達(dá)到 0.5mg/L，為短程硝化反硝化提供了適宜的環(huán)境，使得污水中的N污染物得到高效去除，微氧段短程硝化-反硝化濕地的出水采用溢流的方式流入集水區(qū);

　　整個裝置采用連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水的運(yùn)行方式，濕地表面水力負(fù)荷控制在2m3/(m2.d)以下，總的豎向折流濕地的水力停留時間控制在24h以上。

　　說明書

　　自清式微曝氣豎向折流濕地污水處理裝置及方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及自清式微曝氣豎向折流濕地污水處理裝置及方法。

　　背景技術(shù)

　　人工濕地是根據(jù)天然濕地凈化污水的原理，通過人工建造和監(jiān)督控制來強(qiáng)化其凈化能力的污水處理技術(shù)。它是由透水性的基質(zhì)、植物、水體、好氧或厭氧微生物種群和動物共同組成的復(fù)合系統(tǒng)。污水在人工濕地中經(jīng)過包括生物降解、過濾、沉淀和吸附等作用處理后，污水中的有機(jī)化合物、懸浮固體、一些含氮化合物、磷和病原菌都得到了極大的削減。

　　人工濕地處理技術(shù)是未來水質(zhì)提標(biāo)一大熱門處理技術(shù)，其具有投資省、效率高、環(huán)境效益好等優(yōu)點(diǎn)，非常適合中、小城鎮(zhèn)的污水處理。傳統(tǒng)的人工濕地包括表面流型、潛流型和垂直流型，但由于自身構(gòu)造的限制，使得溶解氧濃度偏低，占地面積較大，填料易堵塞等。根據(jù)美國于2000年對多個運(yùn)行中的人工濕地進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)有近50%的人工濕地系統(tǒng)在投入使用5年后出現(xiàn)了不同程度的堵塞。堵塞不僅會引起濕地過水能力的降低，從而導(dǎo)致大量污水壅積在濕地表面并阻隔氧氣向基質(zhì)層內(nèi)擴(kuò)散，降低濕地對污染物的去除效果，使出水水質(zhì)達(dá)不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，此外堵塞還會縮短人工濕地的運(yùn)行壽命。尤其是對垂直流人工濕地，其堵塞問題較為嚴(yán)重。對于強(qiáng)化曝氣型人工濕地，其進(jìn)水通常為高污染廢水(其COD為400mg/L 左右)，因此它的曝氣量通常為氣水比>3:1，有的甚至為10:1以上，而人工濕地不宜處理高污染廢水，即使其加入了曝氣系統(tǒng)，其基質(zhì)堵塞問題依然存在。且在污水廠的運(yùn)行中，曝氣機(jī)的耗電費(fèi)用占了很大部分，因此，如何在保證出水水質(zhì)的情況下又能降低氣水比，成為現(xiàn)今研究的熱點(diǎn)。

　　在低溶解氧的條件下，隨著近年來的短程硝化-反硝化理論的建立，為降低曝氣量，減少污水廠的運(yùn)行費(fèi)用打下了堅實(shí)的理論基礎(chǔ)。與傳統(tǒng)脫氮工藝過程相比，短程硝化-反硝化具有氧需求量少、節(jié)約能耗、碳源有機(jī)物消耗量小、水力停留時間短、產(chǎn)泥量少等優(yōu)點(diǎn)。已見公知的人工濕地如CN103864217A“一種多功能膜曝氣人工濕地污水處理系統(tǒng)”、 CN203128299U“新型曝氣人工濕地污水處理系統(tǒng)”、CN202322496U“內(nèi)部曝氣型人工濕地污水處理系統(tǒng)”等主要是對人工濕地的曝氣方式進(jìn)行改進(jìn)，管路復(fù)雜，其填料易堵塞，且功能單一。而在折流式人工濕地中，同時應(yīng)用多級曝氣、反沖洗自清和微曝氣技術(shù)則未見報道。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是傳統(tǒng)人工濕地溶解氧偏低，占地面積較大，填料易堵塞。

　　本發(fā)明目的實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案為自清式微曝氣豎向折流濕地污水處理裝置：由配水區(qū)、池體和集水區(qū)組成;

　　待處理污水經(jīng)進(jìn)水管流入配水區(qū)，再通過溢流的方式從配水區(qū)流入池體，經(jīng)池體處理后的出水采用溢流的方式流入集水區(qū);

　　所述池體為多級不同處理功能的豎向折流濕地串聯(lián)而成，沿水流方向依次為厭氧濕地、碳氧化濕地和短程硝化-反硝化濕地，厭氧濕地為一個單元池，碳氧化濕地為一個單元池，短程硝化-反硝化濕地由若干單元池組成;厭氧濕地從底部到頂部依次設(shè)置有反沖洗管和填料層，碳氧化濕地和短程硝化-反硝化濕地從底部到頂部依次設(shè)置有反沖洗管、微曝氣管、填料層和水生植物，采用分級微曝氣方式，總的曝氣量的氣水比小于2︰1，并控制碳氧化濕地的曝氣量大于短程硝化-反硝化濕地，使碳氧化濕地中水的溶解氧達(dá)到1～2mg/L，短程硝化-反硝化濕地水中的溶解氧達(dá)到0.5mg/L。

　　其中，所述池體設(shè)置有橫向隔墻，將池體沿水流方向分隔為單獨(dú)的單元池，上一個單元池的出水采用穿孔溢流的方式流入下一個單元池，并在穿孔處設(shè)置有一個閥門，以控制單元池的進(jìn)水和出水;每個單元池內(nèi)均設(shè)置有一個墻體與水流方向垂直的橫向擋墻，將單元池分為前后兩段，橫向擋墻底部開孔，使每個單元池內(nèi)的水流能夠在濕地池中上下翻騰通過，形成折流式水流形態(tài)，避免死水區(qū)。

　　其中，所述的微曝氣管包含曝氣主管、曝氣干管和曝氣支管，曝氣主管沿人工濕地外一側(cè)布置，曝氣主管上分出數(shù)根曝氣干管，每個單元池內(nèi)有一根曝氣干管，曝氣干管沿池壁向下并在池底橫向布置，曝氣干管上分出數(shù)根曝氣支管，曝氣支管縱向并排布置，曝氣主管和每根曝氣干管上均設(shè)置有閥門，所述曝氣管支管的曝氣孔直徑大小為1～3mm。

　　其中，所述的反沖洗管包含反沖洗主管、反沖洗干管和反沖洗支管，反沖洗管布置在池體底部，反沖洗主管沿人工濕地外一側(cè)布置，并接出數(shù)根反沖洗干管，每一根反沖洗干管橫向伸入一個單元池，反沖洗干管再接出縱向并排布置的反沖洗支管，反沖洗主管和每根干管上均設(shè)置有閥門;反沖洗主管上還設(shè)置有放空管;單元池還設(shè)置有溢流管，用于將反沖洗產(chǎn)生的污水排出;池體的出水采用溢流的方式流入集水區(qū);濕地植物種植于填料上方。

　　其中，所述的曝氣孔沿曝氣支管軸向設(shè)置為2排，兩排曝氣孔的中心線過曝氣支管軸心線的夾角為90°。

　　其中，自清式微曝氣豎向折流濕地填料粒徑為10～50mm，根據(jù)水流方向，單元池內(nèi)填料粒徑依次降低。

　　本發(fā)明的污水處理方法為：池體沿水流方向分為厭氧、好氧和微氧三段，形成多級不同處理功能的豎向折流濕地串聯(lián)，其中厭氧段和好氧段各為1個單元池，分別作為厭氧濕地和碳氧化濕地，微氧段可根據(jù)水質(zhì)設(shè)置1或1個以上單元池，作為短程硝化-反硝化濕地;

　　污水由配水區(qū)流入?yún)捬醵螀捬鯘竦貎?nèi)，在厭氧的環(huán)境中降解掉大部分難降解有機(jī)物;再流入好氧段碳氧化濕地內(nèi)，在微曝氣和植物根系泌氧的協(xié)同作用下，使水中的溶解氧達(dá)到 1～2mg/L，將碳污染物高效降解;最后流入微氧段短程硝化-反硝化濕地內(nèi)，在微曝氣和植物根系泌氧的協(xié)同作用下，使水中的溶解氧達(dá)到0.5mg/L，為短程硝化反硝化提供了適宜的環(huán)境，使得污水中的N污染物得到高效去除，微氧段短程硝化-反硝化濕地的出水采用溢流的方式流入集水區(qū);

　　整個裝置采用連續(xù)進(jìn)水、連續(xù)出水的運(yùn)行方式，濕地表面水力負(fù)荷控制在2m3/(m2.d)以下，總的豎向折流濕地的水力停留時間控制在24h以上。

　　本發(fā)明的有益效果：

　　本發(fā)明處理系統(tǒng)采用折流式水流形態(tài)和微曝氣的方式，優(yōu)化了反應(yīng)器流態(tài)，使得水流在濕地內(nèi)部基本沒有死水區(qū)，加大了水流與填料及其附著的微生物的接觸面積，提高了處理效率。

　　本發(fā)明處理系統(tǒng)采用微曝氣的方式，進(jìn)一步提升了濕地填料層內(nèi)部的溶解氧含量，植物根系釋氧和曝氣相結(jié)合保證了有機(jī)物能夠被順利的去除。與傳統(tǒng)的曝氣方式相比，微曝氣量小緩慢，適量的曝氣促進(jìn)了濕地中生物膜的發(fā)展,使其不會因大量曝氣對生物膜造成沖刷，同時減少礦物質(zhì)的積累，保證了填料之間的水流通路，降低了基質(zhì)的堵塞幾率，延長了基質(zhì)的使用壽命。

　　本發(fā)明處理系統(tǒng)采用了多級曝氣的方式，將整個系統(tǒng)分為厭氧、好氧和微氧的三段，為污水中的各種有機(jī)物提供了各自適宜的降解環(huán)境，提高了處理效率，減少了裝置體積，降低了建設(shè)成本。

　　隨著近年來的短程硝化-反硝化理論的建立，使得微曝氣的方式可在保證出水水質(zhì)條件下，更加節(jié)省能耗，并減少了運(yùn)行成本。與傳統(tǒng)脫氮工藝過程相比，短程硝化-反硝化反應(yīng)可將NH4+-N直接轉(zhuǎn)化為NO2--N再轉(zhuǎn)化為N2，而不是先生成NO3--N再轉(zhuǎn)化為NO2--N最后轉(zhuǎn)化為N2，且短程硝化-反硝化反應(yīng)速率比傳統(tǒng)脫氮工藝反應(yīng)速率快，因此，短程硝化-反硝化反應(yīng)具有氧需求量少、節(jié)約能耗、碳源有機(jī)物消耗量小、水力停留時間短、產(chǎn)泥量少等優(yōu)點(diǎn)。

　　人工濕地的堵塞問題一直比較嚴(yán)重，即使加入了曝氣系統(tǒng)，運(yùn)行一段時間后均會出現(xiàn)不同程度的堵塞，且一旦堵塞難以修復(fù)。經(jīng)試驗研究證明，人工濕地其污水中的有機(jī)質(zhì)主要被吸附截留在反應(yīng)器進(jìn)水部分，且沿污水流動方向填料層中的有機(jī)質(zhì)含量逐漸遞減。因而在本發(fā)明系統(tǒng)中，前一個反應(yīng)池的填料粒徑較后一個反應(yīng)池的填料粒徑大，并配合微曝氣所形成的局部紊流沖刷作用，使得填料不易堵塞，并且使得反應(yīng)池靠后端也能吸附截留一定量的有機(jī)質(zhì)，使得后端也有較為充足的碳源來保證生物脫氮除磷的效果。并且，本發(fā)明中的第一個單元池內(nèi)并未種植植物，方便以后的清理工作。本發(fā)明中增設(shè)了反沖洗系統(tǒng)，當(dāng)填料開始堵塞之后進(jìn)行反沖洗，可以提高填料層的滲透系數(shù)，保證了系統(tǒng)出水效果的穩(wěn)定，也有效地延長了人工濕地的使用壽命。并且每一個單元池的反沖洗都可獨(dú)立控制運(yùn)行，提高了運(yùn)行效率。