公布日：2022.07.29
申請日：2022.05.24
分類號：C02F9/14(2006.01)I;C02F3/32(2006.01)I;C02F101/30(2006.01)N;C02F101/38(2006.01)N
摘要
本申請涉及一種近零碳污水生態(tài)處理系統(tǒng)與方法，屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有污水處理方法會排放大量溫室氣體，加劇了溫室氣體效應(yīng)對氣候環(huán)境的影響的問題。近零碳污水生態(tài)處理系統(tǒng)包括：太陽能供電系統(tǒng)，為系統(tǒng)運行提供電能；污水生態(tài)處理系統(tǒng)，包括污水生態(tài)處理池、植物固碳凈化池和回用池；其中，污水生態(tài)處理池包括由上向下布置的配水層、過濾凈化層、儲水層和排泥層，配水層與污水源連接，儲水層與回用池連接；植物固碳凈化池內(nèi)設(shè)有植物固碳層，植物固碳層設(shè)于配水層的上方，植物固碳層的上方罩設(shè)有透光罩，在透光罩形成的封閉空間內(nèi)種植有凈碳植物。本發(fā)明對污水凈化處理效果好，能夠達(dá)到近零碳排放的目標(biāo)。
權(quán)利要求書
1.一種近零碳污水生態(tài)處理系統(tǒng)，其特征在于，包括：太陽能供電系統(tǒng)，為系統(tǒng)運行提供電能；污水生態(tài)處理系統(tǒng)，包括污水生態(tài)處理池、植物固碳凈化池和回用池；污水生態(tài)處理池和植物固碳凈化池建造在地面開挖的坑槽內(nèi)；污水生態(tài)處理池布置在植物固碳層的下方地下空間內(nèi)，污水生態(tài)處理池和植物固碳凈化池集成化設(shè)置；其中，污水生態(tài)處理池包括由上向下布置的配水層、過濾凈化層、儲水層和排泥層，配水層通過配水裝置與污水源連接，儲水層通過排水裝置與回用池連接；植物固碳凈化池內(nèi)設(shè)有植物固碳層，植物固碳層設(shè)于配水層的上方，植物固碳層的上方罩設(shè)有透光罩，在透光罩形成的封閉空間內(nèi)種植有凈碳植物；換氣裝置和廢氣收集裝置，換氣裝置和廢氣收集裝置均與透光罩的封閉空間連通，透光罩的封閉空間內(nèi)設(shè)置氧氣濃度感應(yīng)器；換氣裝置用于在封閉空間內(nèi)低氧濃度時，向透光罩的封閉空間內(nèi)供入空氣；廢氣收集裝置用于排出并收集植物固碳凈化池內(nèi)產(chǎn)生的廢氣；配水層中設(shè)置液位傳感器，用于實時監(jiān)測配水層的液位；還包括控制及顯示系統(tǒng)，控制及顯示系統(tǒng)被配置為當(dāng)配水層的水位在T1時間內(nèi)由H1降低至H2時，控制配水裝置在T2時間內(nèi)將配水層內(nèi)的水位補充至H1，繼續(xù)運行T1時間，重復(fù)上述運行操作實現(xiàn)污水凈化處理；H2＝H1-V/S，T2＝0.13-0.16T3；上式中：H1為最高配水水位(m)；H2為最低配水水位(m)；V為系統(tǒng)單個凈化處理周期內(nèi)處理污水量(m3)；S為系統(tǒng)配水面積(m2)；T1為系統(tǒng)單個凈化處理周期的運行時間；T2為系統(tǒng)單個凈化處理周期的配水時間；T3為配水層內(nèi)的水位從到達(dá)H1時刻開始至植物固碳凈化池內(nèi)的氧氣濃度達(dá)到C1所經(jīng)歷的總時間，C1為13％vol-14.8％vol；T1為8-12h，T2為1-2h；污水生態(tài)處理池體積是系統(tǒng)單個凈化處理周期內(nèi)處理污水量V的3-5倍，水力負(fù)荷為0.53-1.06m3/(m2•d)；控制及顯示系統(tǒng)還被配置為當(dāng)植物固碳凈化池內(nèi)的氧氣濃度達(dá)到C1時換氣裝置開始工作，將空氣通過換氣裝置的空氣輸出管進(jìn)入植物固碳層中，將里面的廢氣通過廢氣收集裝置的廢氣排氣管排出并收集起來；當(dāng)植物固碳層中的氧氣濃度值為C2時，換氣裝置停止工作，其中C2＝1.3-1.7C1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近零碳污水生態(tài)處理系統(tǒng)，其特征在于，過濾凈化層包括由上向下布置的一級凈化層和二級凈化層；其中，一級凈化層內(nèi)充填頁巖陶粒，二級凈化層內(nèi)充填復(fù)合型活性氧化鋁顆粒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近零碳污水生態(tài)處理系統(tǒng)，其特征在于，排水裝置包括排水管以及設(shè)于排水管上的排水泵，排水管的進(jìn)液口位于儲水層內(nèi)，排水管的出液口接入回用池內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近零碳污水生態(tài)處理系統(tǒng)，其特征在于，排泥層連接有污泥排出裝置，以備將污泥排出；污泥排出裝置包括排泥管和設(shè)于排泥管上的排泥泵。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近零碳污水生態(tài)處理系統(tǒng)，其特征在于，污水生態(tài)處理系統(tǒng)還包括預(yù)處理池、調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池通過管路設(shè)于污水生態(tài)處理池的上游，預(yù)處理池通過管路設(shè)于調(diào)節(jié)池的上游，預(yù)處理池通過管路與上游的沉渣池連接，沉渣池與上游的污水源連接。
6.一種近零碳污水生態(tài)處理方法，其特征在于，利用權(quán)利要求1至5任一項所述的近零碳污水生態(tài)處理系統(tǒng)處理污水；所述方法包括如下步驟：建造太陽能供電系統(tǒng)和污水生態(tài)處理系統(tǒng)；在建造污水生態(tài)處理池和植物固碳凈化池時，在地面開挖坑槽，由下向上鋪設(shè)排泥層、儲水層、二級凈化層、一級凈化層、配水層和植物固碳層，在植物固碳層上種植凈碳植物，植物固碳層上罩設(shè)有透光罩；將生活污水供入污水生態(tài)處理系統(tǒng)中進(jìn)行凈化處理，凈化后的污水排至回用池中，供用水點使用；其中，進(jìn)入污水生態(tài)處理系統(tǒng)中的生活污水先進(jìn)入沉渣池，在重力作用下將大顆粒雜質(zhì)進(jìn)行沉降，再進(jìn)入預(yù)處理池，經(jīng)預(yù)處理池中的過濾組件過濾后，溢流至調(diào)節(jié)池中；當(dāng)調(diào)節(jié)池達(dá)到預(yù)設(shè)水位時，配水泵啟動，將調(diào)節(jié)池內(nèi)的污水通過配水管供入配水層中，污水在配水層中自上而下，向污水生態(tài)處理池中配水；配水層中的污水依次進(jìn)入一級凈化層、二級凈化層，污水生態(tài)處理池中添加有施氏假單胞菌，經(jīng)二級凈化層處理的污水進(jìn)入儲水層，并通過排水裝置供入回用池中，供用水點使用；污水凈化處理過程中，凈碳植物對污水中的氮磷等有機(jī)物進(jìn)行吸附處理，同時通過光合作用吸收污水處理過程中產(chǎn)生的CO2氣體。
發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述的分析，本發(fā)明旨在提供一種近零碳污水生態(tài)處理系統(tǒng)與方法，用以解決現(xiàn)有污水處理方法會排放大量溫室氣體，加劇了溫室氣體效應(yīng)對氣候環(huán)境影響的問題。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：
一方面，提供一種近零碳污水生態(tài)處理系統(tǒng)，包括：
太陽能供電系統(tǒng)，為系統(tǒng)運行提供電能；
污水生態(tài)處理系統(tǒng)，包括污水生態(tài)處理池、植物固碳凈化池和回用池；
其中，污水生態(tài)處理池包括由上向下布置的配水層、過濾凈化層、儲水層和排泥層，配水層通過配水裝置與污水源連接，儲水層通過排水裝置與回用池連接；
植物固碳凈化池內(nèi)設(shè)有植物固碳層，植物固碳層設(shè)于配水層的上方，植物固碳層的上方罩設(shè)有透光罩，在透光罩形成的封閉空間內(nèi)種植有凈碳植物。
進(jìn)一步地，近零碳污水生態(tài)處理系統(tǒng)還包括換氣裝置和廢氣收集裝置，換氣裝置和廢氣收集裝置均與透光罩的封閉空間連通，透光罩的封閉空間內(nèi)設(shè)置氧氣濃度感應(yīng)器；換氣裝置用于在封閉空間內(nèi)低氧濃度時，向透光罩的封閉空間內(nèi)供入空氣；廢氣收集裝置用于排出并收集植物固碳凈化池內(nèi)產(chǎn)生的廢氣。
進(jìn)一步地，近零碳污水生態(tài)處理系統(tǒng)還包括控制及顯示系統(tǒng)，控制及顯示系統(tǒng)被配置為當(dāng)配水層的水位在T1時間內(nèi)由H1降低至H2時，控制配水裝置在T2時間內(nèi)將配水層內(nèi)的水位補充至H1；
H2=H1-V/S，T2=0.13-0.16T3；
上式中：H1為最高配水水位（m）；
H2為最低配水水位（m）；
V為系統(tǒng)單個凈化處理周期內(nèi)處理污水量（m3）；
S為系統(tǒng)配水面積（m2）；
T1為系統(tǒng)單個凈化處理周期的運行時間；
T2為系統(tǒng)單個凈化處理周期的配水時間；
T3為配水層內(nèi)的水位從到達(dá)H1時刻開始至植物固碳凈化池內(nèi)的氧氣濃度達(dá)到C1所經(jīng)歷的總時間，C1為13%vol-14.8%vol。
進(jìn)一步地，T1為8-12h，T2為1-2h。
進(jìn)一步地，污水生態(tài)處理池體積是系統(tǒng)單個凈化處理周期內(nèi)處理污水量V的3-5倍，水力負(fù)荷為0.53-1.06m3/（m2•d）。
進(jìn)一步地，控制及顯示系統(tǒng)還被配置為當(dāng)植物固碳凈化池內(nèi)的氧氣濃度達(dá)到C1時換氣裝置開始工作，將空氣通過換氣裝置的空氣輸出管進(jìn)入植物固碳層中，將里面的廢氣通過廢氣收集裝置的廢氣排氣管排出并收集起來；當(dāng)植物固碳層中的氧氣濃度值為C2時，換氣裝置停止工作，其中C2=1.3-1.7C1。
進(jìn)一步地，過濾凈化層包括由上向下布置的一級凈化層和二級凈化層；其中，一級凈化層內(nèi)充填頁巖陶粒，二級凈化層內(nèi)充填復(fù)合型活性氧化鋁顆粒。
進(jìn)一步地，排水裝置包括排水管以及設(shè)于排水管上的排水泵，排水管的進(jìn)液口位于儲水層內(nèi)，排水管的出液口接入回用池內(nèi)。
進(jìn)一步地，排泥層連接有污泥排出裝置，以備將污泥排出；污泥排出裝置包括排泥管和設(shè)于排泥管上的排泥泵。
進(jìn)一步地，凈碳植物為預(yù)先栽培在花盆或花箱中形成的模塊化植被。
進(jìn)一步地，調(diào)節(jié)池與多個預(yù)處理池處理的污水源連接，調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)置攪拌裝置和液位傳感器。
進(jìn)一步地，植物固碳層、配水層、一級凈化層、二級凈化層、儲水層和排泥層的相鄰兩層之間設(shè)有透水隔板。
進(jìn)一步地，一級凈化層和二級凈化層均采用模塊化結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步地，污水生態(tài)處理系統(tǒng)還包括預(yù)處理池、調(diào)節(jié)池，調(diào)節(jié)池通過管路設(shè)于污水生態(tài)預(yù)處理池的上游，預(yù)處理池通過管路設(shè)于調(diào)節(jié)池的上游，處理池通過管路與上游的沉渣池連接，沉渣池與上游的污水源連接。
進(jìn)一步地，配水裝置包括配水泵，配水泵的進(jìn)液口通過進(jìn)水管與調(diào)節(jié)池連通，配水泵的出液口通過配水管與配水層連通。
進(jìn)一步地，配水管連接多個配水支管，多個配水支管均勻布置在配水層中；配水層中設(shè)置液位傳感器。
另一方面，提供一種近零碳污水生態(tài)處理方法，利用上述的近零碳污水生態(tài)處理系統(tǒng)。
進(jìn)一步地，所述方法包括如下步驟：
建造太陽能供電系統(tǒng)和污水生態(tài)處理系統(tǒng)；
將生活污水供入沉渣池，再進(jìn)入污水生態(tài)處理系統(tǒng)中進(jìn)行凈化處理，凈化后的污水排至回用池中，供用水點使用；
其中，進(jìn)入污水生態(tài)處理系統(tǒng)中的生活污水先進(jìn)入沉渣池，在重力作用下將大顆粒雜質(zhì)進(jìn)行沉降，再進(jìn)入預(yù)處理池，經(jīng)預(yù)處理池中的過濾組件過濾后，溢流至調(diào)節(jié)池中；
當(dāng)調(diào)節(jié)池達(dá)到預(yù)設(shè)水位時，配水泵啟動，將調(diào)節(jié)池內(nèi)的污水通過配水管供入配水層中，污水在配水層中自上而下，向污水生態(tài)處理池中配水；配水層中的污水依次進(jìn)入一級凈化層、二級凈化層，污水生態(tài)處理池中添加有施氏假單胞菌，經(jīng)二級凈化層處理的污水進(jìn)入儲水層，并通過排水裝置供入回用池中，供用水點使用；
污水凈化處理過程中，凈碳植物對污水中的氮磷等有機(jī)物進(jìn)行吸附處理，同時通過光合作用吸收污水處理過程中產(chǎn)生的CO2氣體。
進(jìn)一步地，氧氣濃度感應(yīng)器實時監(jiān)測植物固碳層上方密封空間內(nèi)的氧氣濃度，當(dāng)植物固碳層中的氧氣濃度達(dá)到C1值時，換氣泵開始工作，將空氣通過空氣輸出管進(jìn)入植物固碳層中，廢氣通過廢氣排氣管排入石灰水過濾池中；當(dāng)植物固碳層中的氧氣濃度值為C2時，換氣泵停止工作。
進(jìn)一步地，整個污水生態(tài)處理系統(tǒng)的運行所需能量由太陽能供電系統(tǒng)提供。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少可實現(xiàn)如下有益效果之一：
a）采用太陽能供電系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的供電系統(tǒng)，為整個污水生態(tài)處理系統(tǒng)供能，相對于傳統(tǒng)污水處理工藝，實現(xiàn)削減10.00%碳排放量；污水生態(tài)處理系統(tǒng)實現(xiàn)了污水低碳化生態(tài)處理，能夠避免大量含碳?xì)怏w的產(chǎn)生，實現(xiàn)大規(guī)模減量，相對于傳統(tǒng)污水處理工藝，實現(xiàn)削減78.57%碳排放量；植物固碳凈化池中種植有吸附性強、除氮效果好、光合效率高的水生植物，在污水處理過程中植物根系對污水中的碳進(jìn)行固化處理，也將產(chǎn)生的低濃度二氧化碳由植物通過光合作用進(jìn)行消納，實現(xiàn)最大化降解，相對于傳統(tǒng)污水處理工藝，實現(xiàn)削減8.57%碳排放量。本發(fā)明的近零碳污水處理系統(tǒng)累計可實現(xiàn)削減約97.14%碳排放量。
b）通過換氣裝置和廢氣收集裝置實現(xiàn)植物固碳層上封閉空間內(nèi)維持適宜的氣體成分，實現(xiàn)系統(tǒng)的持續(xù)穩(wěn)定運行。
c）本發(fā)明從源頭上降低溫室氣體的排放，減少碳的產(chǎn)生、削減碳的傳播，實現(xiàn)低碳化污水生態(tài)處理對污水的碳排放，助力雙碳目標(biāo)的實現(xiàn)具有重要意義。
（發(fā)明人：尹文超;盧興超）
