公布日：2023.12.22
申請日：2023.10.20
分類號：C02F3/30(2023.01)I;C02F3/32(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/10(2006.01)N
摘要
本發(fā)明涉及一種生物與生態(tài)耦合脫氮的污水處理系統(tǒng)，包括依次連接的生化池、沉淀裝置和生態(tài)處理裝置，生化池的內(nèi)部設(shè)有缺氧區(qū)，外部設(shè)有過渡區(qū)和好氧區(qū)，缺氧區(qū)的底部連通過渡區(qū)，過渡區(qū)通過汽提管連接好氧區(qū)，用于對污水進行生化處理；好氧區(qū)的出口連接沉淀裝置，沉淀裝置底部排出的污泥能回流至缺氧區(qū)，沉淀裝置的出水管連接生態(tài)處理裝置；生態(tài)處理裝置由上至下包括植物層、濾料層、石英砂層、承托層和收集池，對沉淀裝置的出水進行過濾和輔助生化處理。
權(quán)利要求書
1.一種生物與生態(tài)耦合脫氮的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的生化池、沉淀裝置和生態(tài)處理裝置，生化池的內(nèi)部設(shè)有缺氧區(qū)，外部設(shè)有過渡區(qū)和好氧區(qū)，缺氧區(qū)的底部連通過渡區(qū)，過渡區(qū)通過汽提管連接好氧區(qū)，用于對污水進行生化處理；好氧區(qū)的出口連接沉淀裝置，沉淀裝置底部排出的污泥能回流至缺氧區(qū)，沉淀裝置的出水管連接生態(tài)處理裝置；生態(tài)處理裝置由上至下包括植物層、濾料層、石英砂層、承托層和收集池，對沉淀裝置的出水進行過濾和輔助生化處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物與生態(tài)耦合脫氮的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述生化池為圓形套層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為圓形的缺氧區(qū)，外層的過渡區(qū)和好氧區(qū)組成圓環(huán)結(jié)構(gòu)，內(nèi)層與外層之間設(shè)有圓形的分隔墻；過渡區(qū)和好氧區(qū)均為扇環(huán)形，過渡區(qū)和好氧區(qū)的內(nèi)側(cè)均與分隔墻對接，外側(cè)為生化池的外側(cè)壁；過渡區(qū)的兩側(cè)分別設(shè)有第一隔板和第二隔板，用于分隔過渡區(qū)與好氧區(qū)，第一隔板對應(yīng)好氧區(qū)的上游側(cè)，第二隔板對應(yīng)好氧區(qū)的下游側(cè)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物與生態(tài)耦合脫氮的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述缺氧區(qū)對應(yīng)過渡區(qū)的分隔墻的底部設(shè)有第一出口，用于將缺氧區(qū)的產(chǎn)水輸入過渡區(qū)；第一隔板的頂部設(shè)有豁口，用于將過渡區(qū)的產(chǎn)水溢流至好氧區(qū)上游側(cè)；第二隔板的底部設(shè)有第二出口，用于好氧區(qū)下游側(cè)的水體進入過渡區(qū)，再溢流返回好氧區(qū)上游側(cè)，再次進行好氧處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的生物與生態(tài)耦合脫氮的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述生化池的頂部設(shè)有進水管，進水管的進水端處于生化池的外部，出水端缺處于缺氧區(qū)的頂部，向缺氧區(qū)輸入原料污水；缺氧區(qū)的底部設(shè)有攪拌器；所述過渡區(qū)的底部設(shè)有第一曝氣管，為過渡區(qū)曝氣。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物與生態(tài)耦合脫氮的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述好氧區(qū)內(nèi)沿著順時針或逆時針方向均勻間隔設(shè)置若干個第二曝氣管，為好氧區(qū)間隔曝氣，使得好氧區(qū)內(nèi)形成貧氧、富氧、貧氧、富氧的交替循環(huán)形式，第二曝氣管設(shè)在富氧部分。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的生物與生態(tài)耦合脫氮的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述貧氧部分的上游側(cè)和下游側(cè)均設(shè)有過濾隔墻，過濾隔墻將貧氧部分與富氧部分分隔開；過濾隔墻的制作原料包括填充濾料、石子、生物質(zhì)，將過濾隔墻的制作原料均勻裝填到中空的立方體網(wǎng)籠中，形成過濾隔墻；所述生物質(zhì)包括纖維條狀植物、含有腐殖質(zhì)的濾料和微生物，貧氧部分上游側(cè)的過濾隔墻使用好氧微生物，下游側(cè)的過濾隔墻使用缺氧微生物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的生物與生態(tài)耦合脫氮的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述含有腐殖質(zhì)的濾料、纖維條狀植物、石子與填充濾料的體積比為1:1:(1-1.5):(1.5-2.5)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生物與生態(tài)耦合脫氮的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述生態(tài)處理裝置的側(cè)面設(shè)有出水槽，出水槽的底部連通所述收集池，出水槽通過排水管連接出水觀察井，用于將經(jīng)過生態(tài)處理裝置過濾處理后收集的水體排入出水觀察井；所述承托層由粒徑10-30mm的鵝卵石鋪就，濾料層、石英砂層與承托層的厚度之比為(3-6):1:(1-3)；所述濾料層的頂部埋設(shè)布水管，使得沉淀裝置的上清液均勻進入濾料層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生物與生態(tài)耦合脫氮的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述濾料層內(nèi)設(shè)有至少一層生化處理層，生化處理層由若干個生化填料籠鋪就，生化填料籠由外至內(nèi)包括第一濾料層、好氧生物層、第二濾料層、兼氧生物層、第三濾料層；好氧生物層的原料包括植物碎屑、含有腐殖質(zhì)的濾料和好氧微生物，兼氧生物層的原料包括植物碎屑、含有腐殖質(zhì)的濾料和兼氧微生物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的生物與生態(tài)耦合脫氮的污水處理系統(tǒng)，其特征在于，所述第一濾料層、第二濾料層和第三濾料層的原料均為濾料和石子，石子粒徑為3-6mm，濾料粒徑為2-4mm；所述第一濾料層、第二濾料層與第三濾料層的體積比為(2-3):(1.5-2.5):1；第三濾料層、兼氧生物層與好氧生物層的體積比為1:(0.7-1.2):(1.5-2)；兼氧生物層的含有腐殖質(zhì)的濾料為等質(zhì)量的腐殖質(zhì)與濾料混合而成，植物碎屑與含有腐殖質(zhì)的濾料的質(zhì)量比為(0.8-1.3):1；好氧生物層的含有腐殖質(zhì)的濾料為等質(zhì)量的腐殖質(zhì)與濾料混合而成，植物碎屑與含有腐殖質(zhì)的濾料的質(zhì)量比為(2-4):1。
發(fā)明內(nèi)容
針對上述問題，本發(fā)明提供一種生物與生態(tài)耦合脫氮的污水處理系統(tǒng)，將生物處理與生態(tài)處理耦合，從而強化脫氮，提高了氨氮和總氮的去除效果，運行維護相對簡單，能耗相對較低，保證出水水質(zhì)更加穩(wěn)定，且具有良好的生態(tài)景觀效果。
所述生物與生態(tài)耦合脫氮的污水處理系統(tǒng)，包括依次連接的生化池、沉淀裝置和生態(tài)處理裝置，生化池的內(nèi)部設(shè)有缺氧區(qū)，外部設(shè)有過渡區(qū)和好氧區(qū)，缺氧區(qū)的底部連通過渡區(qū)，過渡區(qū)通過汽提管連接好氧區(qū)，用于對污水進行生化處理；
好氧區(qū)的出口連接沉淀裝置，沉淀裝置底部排出的污泥能回流至缺氧區(qū)，沉淀裝置的出水管連接生態(tài)處理裝置；
生態(tài)處理裝置由上至下包括植物層、濾料層、石英砂層、承托層和收集池，對沉淀裝置的出水進行過濾和輔助生化處理。
可選的，所述生化池為圓形套層結(jié)構(gòu)，內(nèi)層為圓形的缺氧區(qū)，外層的過渡區(qū)和好氧區(qū)組成圓環(huán)結(jié)構(gòu)，內(nèi)層與外層之間設(shè)有圓形的分隔墻；過渡區(qū)和好氧區(qū)均為扇環(huán)形，過渡區(qū)和好氧區(qū)的內(nèi)側(cè)均與分隔墻對接，外側(cè)為生化池的外側(cè)壁；缺氧區(qū)、過渡區(qū)和好氧區(qū)的高度相同；
過渡區(qū)的兩側(cè)分別設(shè)有第一隔板和第二隔板，用于分隔過渡區(qū)與好氧區(qū)，第一隔板對應(yīng)好氧區(qū)的上游側(cè)，第二隔板對應(yīng)好氧區(qū)的下游側(cè)。
進一步可選的，所述缺氧區(qū)對應(yīng)過渡區(qū)的分隔墻的底部設(shè)有第一出口，用于將缺氧區(qū)的產(chǎn)水輸入過渡區(qū)；
第一隔板的頂部設(shè)有豁口，用于將過渡區(qū)的產(chǎn)水溢流至好氧區(qū)上游側(cè)；
第二隔板的底部設(shè)有第二出口，用于好氧區(qū)下游側(cè)的水體進入過渡區(qū)，再溢流返回好氧區(qū)上游側(cè)，再次進行好氧處理。
進一步可選的，所述過渡區(qū)與好氧區(qū)的面積之比為1:(10-15)。
進一步可選的，所述生化池的頂部設(shè)有進水管，進水管的進水端處于生化池的外部，出水端缺處于缺氧區(qū)的頂部，向缺氧區(qū)輸入原料污水；缺氧區(qū)的底部設(shè)有攪拌器。
可選的，所述過渡區(qū)的底部設(shè)有第一曝氣管，為過渡區(qū)曝氣。
可選的，所述好氧區(qū)內(nèi)沿著順時針或逆時針方向均勻間隔設(shè)置若干個第二曝氣管，為好氧區(qū)間隔曝氣，提供氧氣，使得好氧區(qū)內(nèi)形成貧氧、富氧、貧氧、富氧的交替循環(huán)形式，第二曝氣管設(shè)在富氧部分。
進一步可選的，所述貧氧部分的上游側(cè)和下游側(cè)均設(shè)有過濾隔墻，過濾隔墻將貧氧部分與富氧部分分隔開；過濾隔墻的制作原料包括填充濾料、石子、生物質(zhì)，將過濾隔墻的制作原料均勻裝填到中空的立方體網(wǎng)籠中，形成過濾隔墻；
所述生物質(zhì)包括纖維條狀植物、含有腐殖質(zhì)的濾料和微生物，貧氧部分上游側(cè)的過濾隔墻使用好氧微生物，下游側(cè)的過濾隔墻使用缺氧微生物；纖維條狀植物選自海帶、水草、草本植物的根莖。生物質(zhì)中的濾料能發(fā)揮載體的作用，較大的比表面積能承載腐殖質(zhì)和微生物。
進一步可選的，所述填充濾料與生物質(zhì)中的濾料相同，過濾隔墻使用常規(guī)濾料和石子即可，石子粒徑為3-6mm，濾料粒徑為2-4mm，纖維條狀植物不經(jīng)切割搗碎、保持條狀原狀即可；
濾料先與等質(zhì)量的腐殖質(zhì)混合均勻得到含有腐殖質(zhì)的濾料，然后含有腐殖質(zhì)的濾料、纖維條狀植物、填充濾料和石子混合均勻，再裝填到網(wǎng)籠中，然后用纖維條狀植物均勻纏繞覆蓋網(wǎng)籠的表面，沒有明顯漏洞即可。
進一步可選的，所述含有腐殖質(zhì)的濾料、纖維條狀植物、石子與填充濾料的體積比為1:1:(1-1.5):(1.5-2.5)。
所述富氧部分的溶氧量較高，若污水直接由富氧部分進入貧氧部分，可能影響貧氧部分內(nèi)的兼氧菌，本發(fā)明在貧氧部分的兩側(cè)分別設(shè)置過濾隔墻，物理分隔富氧部分與貧氧部分。來自富氧部分的污水經(jīng)過含有好氧微生物的過濾隔墻，水中的氧氣被好氧微生物消耗，繼續(xù)進行好氧生化處理，腐殖質(zhì)和植物為好氧微生物提供碳源養(yǎng)料，同時過濾隔墻發(fā)揮過濾作用，去除污水中的雜質(zhì)，過濾隔墻的微細孔隙形成無數(shù)條小通道，打散水中的氣泡，形成微小氣泡，待污水穿過過濾隔墻后，即可形成微氧環(huán)境，有利于貧氧部分的兼氧菌。污水經(jīng)過貧氧部分后，來到下游側(cè)的過濾隔墻，其中的缺氧微生物繼續(xù)發(fā)揮生化作用，污水穿過過濾隔墻后，進入下一個富氧部分，如此循環(huán)。
進一步可選的，所述好氧區(qū)的下游區(qū)域的任一個富氧部分設(shè)置汽提管，汽提管的底端處于好氧區(qū)底部，頂端越過分隔板頂部，并伸入缺氧區(qū)，使得硝化液回流至缺氧區(qū)。
污水由進水管輸入缺氧區(qū)，并在缺氧菌的作用下進行缺氧生化處理。缺氧區(qū)的出水由所述第一出口輸入過渡區(qū)，在第一曝氣管的曝氣作用下，提高含氧量，然后又溢流至好氧區(qū)的上游側(cè)。污水沿順時針或逆時針方向依次經(jīng)過富氧、貧氧、富氧、貧氧部分，進行好氧、類缺氧、好氧、類缺氧的生化處理。富氧部分的硝化液通過汽提管回流至缺氧區(qū)。污水可在外層的好氧區(qū)和過渡區(qū)內(nèi)循環(huán)流動，反復(fù)處理，直至達到處理要求后，排出生化池。
可選的，所述生態(tài)處理裝置的側(cè)面設(shè)有出水槽，出水槽的底部連通所述收集池，出水槽通過排水管連接出水觀察井，用于將經(jīng)過生態(tài)處理裝置過濾處理后收集的水體排入出水觀察井。
可選的，所述植物層由種植在濾料層上的植物組成，植物選自傘草、香蒲、水蔥、茭白、水芹、再力花。
可選的，所述濾料層由常規(guī)濾料鋪就，承托層由粒徑10-30mm的鵝卵石鋪就，濾料層、石英砂層與承托層的厚度之比為(3-6):1:(1-3)；
所述濾料層的頂部埋設(shè)布水管，使得沉淀裝置的上清液均勻進入濾料層。
本發(fā)明的生態(tài)處理裝置，植物層的植物根區(qū)的濾料能形成微生態(tài)系統(tǒng)，強化了對污水中有機物的絮凝、沉淀、吸附、吸收和分解作用，能夠吸氮降氮聚磷，將水體中的N、P等營養(yǎng)鹽富集在植物根區(qū)，供其吸收，還具有良好的促生功能，促進微生物的附著和生長，提高對污染物的分解能力。石英砂層發(fā)揮過濾作用。承托層發(fā)揮支撐和過濾的雙重作用。濾料上部種植水生植物，石英砂和濾料具有過濾和生物載體兩種用途，水生植物能夠為水體輸送氧氣，增加水體的活性。生態(tài)處理裝置各層的梯度分布形成了底部的厭氧環(huán)境、中部的兼氧環(huán)境和上部的好氧環(huán)境，為硝化和反硝化作用提供了條件，進一步促進了污染物降解，提高了氮、磷的去除率。處理后的水由收集池收集。
進一步可選的，所述排水管為倒U型，出水觀察井內(nèi)設(shè)置消毒裝置，為其中的水消毒，出水觀察井設(shè)有第三出水管，用于排出產(chǎn)水，產(chǎn)水可作為回用水。
排水管的U形頂部低于布水管15-20cm。當(dāng)濾料層內(nèi)的液面低于排水管最高處時，生態(tài)處理裝置的水不能排出，濾料層水位緩慢上升，被水漫過的濾料層及下方各層處于厭氧缺氧狀態(tài)；當(dāng)濾料層內(nèi)的液面超過排水管最高處時，通過虹吸現(xiàn)象，能夠排水，濾料層及下方各層排水后呈好氧狀態(tài)。這種間歇性排水使濾床呈現(xiàn)厭氧、好氧交替的生化過程，進一步提高了對N、P的去除作用。
本發(fā)明中，通過生化池與生態(tài)處理裝置的聯(lián)用，強化脫氮，提高出水水質(zhì)，抗沖擊能力強，產(chǎn)泥量低，運行管理簡單，不僅可以節(jié)省投資成本，又可提升生態(tài)景觀效果。
可選的，所述濾料層內(nèi)設(shè)有至少一層生化處理層，生化處理層由若干個生化填料籠鋪就，生化填料籠由外至內(nèi)包括第一濾料層、好氧生物層、第二濾料層、兼氧生物層、第三濾料層；
好氧生物層的原料包括植物碎屑、含有腐殖質(zhì)的濾料和好氧微生物，兼氧生物層的原料包括植物碎屑、含有腐殖質(zhì)的濾料和兼氧微生物。
進一步可選的，所述第一濾料層、第二濾料層和第三濾料層的原料均為濾料和石子，濾料與濾料層使用的濾料相同，石子為常規(guī)石子即可，石子粒徑為3-6mm，濾料粒徑為2-4mm；
好氧生物層和兼氧生物層的含有腐殖質(zhì)的濾料與過濾隔墻的含有腐殖質(zhì)的濾料相同，腐殖質(zhì)為常規(guī)腐殖質(zhì)即可；植物碎屑為常規(guī)草本植物的根莖葉破碎而成。
所述生化填料籠制作時，由內(nèi)向外制作，將第三濾料層的等質(zhì)量的濾料和石子混合均勻，裝填在最內(nèi)部的填料籠內(nèi)，形成第三濾料層；再將兼氧生物層的植物碎屑、含有腐殖質(zhì)的濾料和兼氧微生物混合均勻，裝填在次內(nèi)層的填料籠內(nèi)，形成兼氧生物層；再按照上述方法依次制作第二濾料層、好氧生物層、第一濾料層。
進一步可選的，所述第一濾料層、第二濾料層與第三濾料層的體積比為(2-3):(1.5-2.5):1；
第三濾料層、兼氧生物層與好氧生物層的體積比為1:(0.7-1.2):(1.5-2)；
兼氧生物層的含有腐殖質(zhì)的濾料為等質(zhì)量的腐殖質(zhì)與濾料混合而成，植物碎屑與含有腐殖質(zhì)的濾料的質(zhì)量比為(0.8-1.3):1；
好氧生物層的含有腐殖質(zhì)的濾料為等質(zhì)量的腐殖質(zhì)與濾料混合而成，植物碎屑與含有腐殖質(zhì)的濾料的質(zhì)量比為(2-4):1。
本發(fā)明在所述濾料層內(nèi)設(shè)置所述生化處理層，進行補充生化過濾處理，生化填料籠的套層夾心結(jié)構(gòu)，使得從上方流下的污水，依次經(jīng)歷過濾、好氧生化處理、過濾、兼氧生化處理、過濾、再兼氧生化處理、過濾、再好氧生化處理、過濾的過程，提高生化處理效果。
所述過濾隔墻和生化填料籠與生化池和生態(tài)處理裝置的啟動流程一起完成啟動，再進行廢水處理。
（發(fā)明人：劉妞;田金星;閆項飛;朱國亮;鄭佳璨;蘇繼明;賴明建;張世陽;張巖;趙尚民;張燕;陸旭陽）
