本发明涉及一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统，属于生活污水、废水净化处理技术，景观、河道水治理技术领域。
背景技术：
由于经济的发展和人民生活水平的不断提高，所产生的工农业废水和生活污水量逐年增多，污染物浓度增高，污染物呈现出种类复杂化，水体处理不达标，以及农村生活污水的随意排放导致水体富营养化，湖泊中的水生植物大量消失，这些已经成为阻碍社会发展的不利因素。
生物接触氧化法是一种有效降解水中有机物的工艺，属于好氧生物膜法的一种，特点是在接触氧化池内布设填料并淹没在污水中，填料上长满了微生物，形成生物膜。池底曝气，为微生物提供新陈代谢所需要的氧气，并促进污水与填料(即填料上的生物膜)充分接触。在接触的过程中，完成污水中的污染物被微生物吸附、氧化分解和转化。好氧微生物处理污水一个关键的环节是要保证足够的氧气提供给微生物进行污染物的氧化分解和新陈代谢，在氧化有机物的过程中，溶解氧的浓度梯度方向与有机物浓度梯度方向一致，导致底层的生物膜因缺氧而脱落直接混入污水中，而普通的生物接触氧化池不能将这些脱落的生物膜和一些杂质过滤，需要设二沉池进行膜水分离，而曝气过程所产生的扰动会直接影响到脱落的生物膜和杂质的在二沉池的沉淀效果，同时也增加了处理空间。因此有必要将生物接触氧化池工艺与过滤处理结合在一起，提高污水处理效率。
技术实现要素：
本发明的提供一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统,来实现对生活污水、废水及河道水中有机物的降解以及微小颗粒和脱落的生物膜的过滤和清除；解决现有技术问题，以克服现有技术的缺陷。
本发明提供一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统，包括：污水处理池体、进水装置、过滤透水装置、出水装置和曝气装置；进水装置包括进水管，进水管与污水处理池体相通；过滤透水装置包括若干个过滤透水件，过滤透水件设置在污水处理池体中，过滤透水件上布满透水孔隙；污水经过过滤透水件之后，从出水装置排出污水处理池；曝气装置包括曝气管，设置在污水处理池体内。
进一步，本发明提供一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统，还可以具有这样的特征：透水孔隙中布满了生物膜。
进一步，本发明提供一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统，还可以具有这样的特征：过滤透水件为中空结构；作为优选，过滤透水件为中空圆形管。
作为优选，过滤透水件具有磁性。
进一步，本发明提供一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统，还可以具有这样的特征：过滤透水件至少两层设置，上下两层过滤透水件交错设置。
进一步，本发明提供一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统，还可以具有这样的特征：过滤透水装置包括至少一个连接管；连接管设置在污水处理池体中，与过滤透水件相通；连接管还与出水装置相通。
进一步，本发明提供一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统，还可以具有这样的特征：出水装置包括出水管和出水支管；连接管道与出水管或出水支管相连。
进一步，本发明提供一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统，还可以具有这样的特征：还包括反冲洗装置；反冲洗装置包括反冲洗主管和反冲洗排水沟；反冲洗主管与出水装置相通；反冲洗排水沟设置在污水处理池体底部。
作为优选，反冲洗装置还包括第一反冲洗支管、第二反冲洗支管、空气压缩机和水泵；第一反冲洗支管、第二反冲洗支管分别与反冲洗主管相通；第一反冲洗支管与水泵相连，第二反冲洗支管与空气压缩机相连；
进一步，本发明提供一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统，还可以具有这样的特征：水泵输出水压强度在4-6l/m2s的水流，作用时间为3-6分钟；空气压缩机输出气压强度在20-26l/m2s的压缩空气，作用时间为2-3分钟。
进一步，本发明提供一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统，还可以具有这样的特征：过滤过水件的制备步骤如下；将灰粉，粉煤灰、粘土、磁珠颗粒，制成生物质骨料；壳聚糖溶于乙酸溶液中制成壳聚糖乙酸混合溶液；将生物质骨料加入到混合溶液中进行搅拌；再加入交联剂，经搅拌、静置后，压制成型后进行烘干。
进一步，本发明提供一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统，还可以具有这样的特征：磁珠颗粒的制备步骤如下；将粉煤灰过筛后,经过磁选管，在磁场下进行湿法磁选，得到粉煤灰磁珠颗粒，烘干得到磁珠颗粒备。
作为优选，乙酸溶液为2％的乙酸溶液。
作为优选，交联剂为戊二醛交联剂。
本发明的作用与效果
本发明提供的一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统中，过滤透水管道为多孔结构，沉于水下。在管道表层孔隙中，由于外部纳米曝气系统的充氧作用，孔隙中溶氧量较高，为好氧微生物提供良好的生活环境，好氧生化反应较充分。在管道的深层孔隙中，溶氧量降低，厌氧菌富集，污水在穿过生物膜的过程中，由于厌氧菌的作用，有机物质被降解，反硝化反应发生，硝态氮发生转化。因此在过滤透水管道中发生了好氧和厌氧两种生化反应，提高了出水水质和污染物的处理效率。
本发明提供的一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统中，制作过滤透水管道所用的秸秆燃烧后的灰粉，燃烧的过程中由于燃烧条件的限制而产生不完全燃烧，使得灰粉里含有一定量的有机质，这些有机质可为管道深层发生反硝化反应提供必要的碳源，促进硝态氮的转化；此外，秸秆燃烧后的灰粉和粉煤灰的成分中含有大量的钾、钙、镁、铁等元素，可以为微生物生长和繁殖提供必要的营养元素。
本发明提供的一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统中，过滤透水管道既是净化装置又是过滤装置，污水穿过管壁的过程中，通过附着在管道孔隙表面的生物膜的生化作用以净化，最终进入管内，沿管道内壁流出，而污水中大颗粒污染物及脱落的生物膜等杂质被截留在管壁或污水处理池中。因此，在此处理装置中同时完成净化和过滤两个步骤，而不需要在设置二沉池进行杂质与水的分离，节约了处理空间，也避免了曝气过程所产生的扰动对杂质在二沉池的沉淀效果的影响。
本发明提供的一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统中设有气水反冲洗系统，利用空气压缩机将压缩空气压入过滤透水管道，利用逸出的空气气泡产生的振动和擦洗作用将沉积在管道孔隙中的杂质清除，然后将水加压，流入过滤透水管道，反冲把杂质排入池中，有效降低了管道孔隙中污染物的负荷，使过滤净水管道在短时间内恢复净化过滤能力。
本发明提供的一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统中的磁性颗粒形成的弱磁场增强微生物活性；其次，促进顺磁性的氧分子在载体表面的聚集，提高污水中的溶氧量，微生物新陈代谢和有机物的氧化分解。
本发明提供的一种生物基质挂膜管道渗透污水处理系统中设置了纳米曝气管，通过纳米充氧，使气泡在水中处于烟雾状态，上升速度极慢，溶氧效果得到了提升，同时也增加了对水的搅拌作用。
在本发明的处理设施之前可设置化粪池、沼气池、调节池和厌氧处理等设施，之后设置消毒等深度处理设施，满足对农村生活污水、废水的处理要求，也可用于河道水治理，使有机物降解，提高出水水质。
附图说明
图1是实施例一中的生物基质挂膜管道渗透污水处理系统的结构。
图2是实施例一中的过滤透水件的分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
图1是实施例一中的生物基质挂膜管道渗透污水处理系统的结构。
如图1所示，本实施例中，生物基质挂膜管道渗透污水处理系统，包括：污水处理池体1、进水装置、过滤透水装置、出水装置、曝气装置和反冲洗装置。
污水处理池1为钢混结构，池体高度80-200cm，长度和宽度根据不同的场合和要求来设计。进水装置包括：进水管2和进水管电磁阀3。进水管2设置在污水处理池体1的上部位置，通入污水处理池体1中。进水管电磁阀3设置在进水管2上，控制进水管2的通断，控制污水进入污水处理池体1内。
图2是实施例一中的过滤透水件的分布图。
如图1和图2所示，过滤透水装置包括：7根过滤透水件4和两根连接管41。7根过滤透水件4设置在污水处理池体1内，分为上下两层设置，上层为4根，下层为3根。上下两层的过滤透水件4交错设置,如图2所示，下层的过滤透水件的位置在上层两个过滤透水件之间，同样的上层过滤透水件在下层两个过滤透水件之间。
本实施例中，过滤透水件4为中空圆形管，过滤透水件的管壁厚度h为3-15cm，管半径r为6-25cm，管与管的间距l为6-25cm，管的长度和数量根据不同的场合和要求来设计。过滤透水件4为中空结构有利于反冲洗的水流和气流，对整个过滤透水件4进行冲洗并保持一定的压力。
过滤透水件4的管壁上布满透水孔隙。透水孔隙中布满了生物膜，生物膜是一个污水处理生化反应器。污染物质流经过滤透水件4被截留，并吸附于生物膜的表面，经生物膜的氧化分解，氮的转化消解作用和磷的吸附作用，最终除去水中的cod、bod、氮、磷等。
过滤透水件的制备方法是：将粉煤灰过150目筛后,经过200mt磁选管，在磁场下进行湿法磁选，得到粉煤灰磁珠颗粒，再将所得颗粒用去离子水洗涤，烘干得到磁珠颗粒备用；由秸秆不完全燃烧后的灰粉，粉煤灰、粘土、磁珠颗粒，按配比制成生物质骨料，各种骨料的配比根据对材料的抗压强度、孔隙率等使用条件及要求来调整设计；壳聚糖溶于2％的乙酸溶液中制成壳聚糖乙酸混合溶液；将生物质骨料加入到混合溶液中进行搅拌，再加入一定量的戊二醛交联剂，经搅拌、静置后，压制成管状，在120℃烘干6-12h制取。采用这个方法制成的过滤透水件4，烘干之后，即形成透水空隙。
过滤透水件4为多孔结构，且透水能力较强，便于微生物挂膜和过滤污水中较大颗粒和脱落的生物膜的作用。本实施例中的过滤透水件4为中空圆形管，当然也可以设置为中空矩形管。其实，过滤透水件4即使设计为平板型或其他形状，只要污水经过过滤透水件4之后，再排出污水处理池体1即可。
两根连接管41是管壁不透水的普通管道。两根连接管41在污水处理池体1内也是上下设置，与上下两层的过滤透水件4分别在同一个高度上。连接管41和过滤透水件4相互垂直。上下层的过滤透水件4分别与两根连接管41相通。上层的连接管41都与上层的出水支管51的连通，出水支管51与出水总管5连通。下层的连接管41直接与出水总管5连通。
出水装置包括：出水支管51、出水总管5和出水管电磁阀6。出水支管51呈l型，连通出水总管5和上层的连接管41。出水管电磁阀6设置在出水管总5上，控制出水管总5的通断，控制处理过的污水流出污水处理池体1。
需要说明是连接管41不是必要部件，过滤透水件4直接可以贯穿污水处理池1，通入出水装置的管道内。当然，这种情况下出水装置的管到需要设置更多的出水支管51相对应。
曝气装置包括：两根纳米曝气管7和曝气机8。纳米曝气管7设置在污水处理池1底部。曝气机8设置在污水处理池1的外部。两根纳米曝气管7与曝气机8相连接。
反冲洗装置包括：反冲洗主管10、第一反冲洗支管11、第二反冲洗支管12、空气压缩机13、水泵14、反冲洗主管电磁阀15、第一反冲洗支管电磁阀17、第二反冲洗支管电磁阀16、反冲洗排水沟9、反冲洗排水管18和反冲洗排水管电磁阀19。
反冲洗主管10与出水管5连接相通，连接点处于出水支管51连接位置和出水管电磁阀6所处位置之间。反冲洗主管电磁阀15设置在反冲洗主管10上。第一反冲洗支管11、第二反冲洗支管12分别与反冲洗主管10连接相通。第一反冲洗支管电磁阀17设置在第一反冲洗支管11上，第二反冲洗支管电磁阀16设置在第二反冲洗支管12上。
第一反冲洗支管11与水泵14相连，通入水压强度在4-6l/m2s的水流，作用时间可以为3-6分钟。第二反冲洗支管12与空气压缩机13相连，通入气压强度在20-26l/m2s的压缩空气，作用时间为2-3分钟。当然，第一反冲洗支管和第二反冲洗支管可以同时通入压缩空气或水流。另外，只设置一路管道，轮流通入压缩空气和水流理论也是可以实现的。
反冲洗排水沟9设置在污水处理池体1池底中央。反冲洗排水管18设置在污水处理池体1外底部，与反冲洗排水沟9处于同一水平位置。反冲洗排水管电磁阀19设置在反冲洗排水管18上。
生物基质挂膜管道渗透污水处理系统还包括配电设备20。进水管电磁阀3、出水管电磁阀6、曝气机8、空气压缩机13、水泵14、第二反冲洗支管电磁阀16、第一反冲洗支管电磁阀17、反冲洗排水管电磁阀19抖与配电设备20电气连接。
生物基质挂膜管道渗透污水处理系统的工作过程：
生物基质挂膜管道渗透污水处理系统对污水进行过滤时，开启进水管电磁阀3、出水管电磁阀6和曝气机8。此时，反冲洗装置的阀门和设备都处于关闭状态。
污水从进水管2进入污水处理池1内，经过纳米曝气管7曝气后，含溶解氧量较高的污水流经过滤透水件4表层孔隙，发生好氧生化反应；污水流经过滤透水件道的深层孔隙，由于溶氧量逐渐被表层微生物生物膜消耗，孔隙中含氧量很低，在厌氧菌的作用下发生了厌氧反应，使有机物得到了降解，硝态氮发生了转化。污水穿过过滤透水件4进入连接管41内，水流在重力作用最终都从出水管5流出。
污水在流经管壁的过程中，大颗粒杂质和脱落的生物膜被截留在过滤透水件4的管壁的孔隙中，完成过滤作用。
系统运行一段时间后(具体间隔时间段视污染物的浓度而定)，过滤透水件件4的孔隙出现不同程度的堵塞，系统水头损失增加，影响到污水的净化效果。因此，反冲洗装置，采用气冲、水冲二阶段的反冲洗来恢复过滤净水管道净化过滤能力。
关闭进水管电磁阀3、出水管电磁阀6和曝气机8。开启反冲洗装置的反冲洗主管电磁阀15、第二反冲洗支管电磁阀16、反冲洗排水管电磁阀19和空气压缩机13，气冲强度宜控制在20-26l/m2s，时间为2-3分钟。关闭第二反冲洗支管电磁阀16和空气压缩机13，第一反冲洗支管电磁阀开启17和水泵14，水冲强度在4-6l/m2s，时间作用为3-6分钟。反冲洗排水管道排出的污水经过沉淀、过滤后重新注入污水处理池再净化、过滤。
由于过滤透水件4既是净化装置又是过滤装置，管道孔隙中沉积着被截留下来的未经生化反应的或生化反应不完全的大颗粒污染物及脱落的生物膜等杂质，如果不清除会增加系统的水头损失，降低污水净化效果。因此，通过空气压缩机和水泵依次将空气和水压入过滤透水管道，并反冲入污水处理池中，将杂质从管道的孔隙中带出、清除。反冲洗的排水经沉淀、过滤、回流至污水处理池中，再净化过滤处理。
以上具体实施例仅描述了本方案的主要特征和创新点。本领域的技术人员应该了解，本方案不受上述实施例的限制。在不脱离本创新点和保护范围的前提下，本方案还会有各种变化，这些变化和改进都将落入本方案要求保护的范围内。本方案要求保护的范围由所附的权利要求书及其等效物限定。