一种多级曝气氧化池-砾石床-人工湿地尾水高效处理装置的制作方法

本实用新型涉及尾水深度处理技术领域，具体涉及一种多级曝气氧化池-砾石床-人工湿地尾水高效处理装置。

背景技术：

现阶段我国的城市污水处理厂主要以codcr、bod5、ss、氮和磷等为主要去除对象，其排放大多执行国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(gb18918-2002)中的一级a或一级b标准，这与《地表水环境质量标准》(gb3838-2002)中最低标准ⅴ类水尚有较大差距，其尾水仅可用于景观补水或市政杂用等。这对我国广泛存在的受损水域生态装置来说，并不能从根本上解决受纳水体的富营养化问题，只能延缓其发展趋势，且成为受纳水体污染来源之一。

为了提升污水厂出水标准，可就地进行技术改造升级，但一般面临投资成本高、运营费用高和能耗高的多重制约。在此背景下，应用人工湿地技术对污水厂尾水进行深度处理日益受到重视。然而传统的人工湿地技术存在占地面积大、容易堵塞和出水溶解氧含量低，且对进水水质水量较敏感、季节和温度影响处理效果等不足。公开号为cn103253822a的专利声称应用氧化池和砾石床为前处理，垂直流人工湿地、稳定塘和表流人工湿地进行集成的尾水深度处理技术，但仍存在水力停留时间长、占地面积大，需要较多辅助工程进行配套的不足，特别是其出水仅codcr和bod5达到地表水iii类标准，nh3-n和tp仅达到地表水ⅳ标准，仍然无法满足用地紧张且对河道水质要求较高的现代城市治水需求。

技术实现要素：

为了有效解决上述问题，本实用新型提供一种多级曝气氧化池-砾石床-人工湿地尾水高效处理装置。

本实用新型的具体技术方案如下：一种多级曝气氧化池-砾石床-人工湿地尾水高效处理装置，所述处理装置包括：

调节池，所述调节池连接需要处理的尾水；

生态氧化池，所述生态氧化池的入水一端连接所述调节池；

生态砾石床，所述生态砾石床的入水一端连接所述生态氧化池的出水一端；

高效垂直流人工湿地，所述高效垂直流人工湿地的入水一端连接所述生态砾石床的出水一端；

曝气清水池，所述曝气清水池的入水一端连接所述高效垂直流人工湿地的出水一端。

进一步地，所述生态氧化池应用生物接触氧化法对尾水进行处理。

进一步地，所述生态氧化池设置有生态氧化池进水部、生态氧化池反应部和生态氧化池出水部。

进一步地，所述生态氧化池反应部底部与鼓风机连通设置。

进一步地，生态砾石床包括生态砾石床进水部、生态砾石床反应部、生态砾石床出水部。

进一步地，在所述生态砾石床应用钙填料和填料作为基层，并在基层上覆土并种植净水能力较强的喜湿植物，使微生物附着在填料表面，通过填料上和植物根系生物膜分解有机物。

进一步地，所述高效垂直流人工湿地包括高效垂直流人工湿地、及湿地植物层；

在所述高效垂直流人工湿地中设置有湿地填料，所述高效垂直流人工湿地上种植所述湿地植物层，并在人工湿地表面铺设10～20厘米沙层。

进一步地，所述湿地填料包括但不限于沸石、石灰石和白云石等任意一种，或任意几种。

本实用新型的有益效果为：针对人工湿地对悬浮物比较敏感且出水溶解氧含量不高，本实用新型为充分发挥不同技术的特点，将生态氧化池、生态砾石床和高效垂直流人工湿地进行串联。在集成工艺中，生态氧化池和生态砾石床作为前处理，可有效降低水体悬浮物含量，且生态氧化池对氨氮、生态砾石床对磷酸盐去除效果极佳。采用这三种工艺进行组合形成优势互补的集成技术，同时在生态氧化池和出水池进行多级曝气，污水厂一级a尾水经过以上生态处理工艺，可实现指标：codcr去除率70.8％、bod5去除率92％、nh3-n去除率81.9％、tp77％、tss：47％、do达到7.0mg/l以上,出水主要指标稳定达到iii水标准(总氮除外)。本技术同时具有投资少、水质水量聚变适应能力强、运行简便和生态景观效果好等优点。

附图说明

图1为本实用新型的整体装置示意图；

图2为本实用新型所述纳米曝气管结构示意图；

图3为本实用新型所述纳米曝气管的内部结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，并不限定本实用新型的应用范围，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据这些附图将本实用新型应用于其他类似场景；

如本说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词语并非特指单数，也可以包括复数。一般来说，术语“包括”或“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。术语“基于”是“至少部分地基于”。术语“一个实施例”表示“至少一个实施例”；术语“另一实施例”表示“至少一个另外的实施例”。

如图1所示，为本实用新型第一实施例的整体结构示意图，该实施例提供了一种多级曝气氧化池-砾石床-人工湿地尾水高效处理装置，所述处理装置包括应用生物处理技术的生态氧化池、生态砾石床和高效垂直流人工湿地、曝气清水池，所述调节池连接需要处理的尾水，所述生态氧化池的入水一端连接所述调节池，所述生态砾石床的入水一端连接所述生态氧化池的出水一端，所述高效垂直流人工湿地的入水一端连接所述生态砾石床的出水一端，所述曝气清水池的入水一端连接所述高效垂直流人工湿地的出水一端。

在本实施例中，污水厂尾水经消毒池后，输送至调节池中，所述调节池将尾水通过超声波流量计控制流量、流速输入至生态氧化池中；

具体为，所述生态氧化池包括生态氧化池进水部、生态氧化池反应部和生态氧化池出水部，并通过分隔建筑物相互隔开，并在所述分隔建筑物的底部开设有通水孔，在所述生态氧化池反应部的底部设置有通风孔，所述通风孔由通风管道与鼓风机连接，在本实施例中，所述鼓风机属于容积式风机，叶轮端面、风机前后端盖。利用两个叶形转子在气缸内作相对运动来压缩和输送气体的回转压缩机。通过所述鼓风机给生态氧化池进行鼓风增氧，从而提高尾水的氧化作用。

在所述生态氧化池反应部中放置用于生物附着生长生物填料，栖息着以菌胶团为主的微生物群，形成片状微生物床，并具有很强的吸附与氧化有机物的能力。片状微生物床由外及里形成了好氧、兼性厌氧和厌氧三种反应区、五个反应面。污染物基团由外及里通过生物带的三个反应区，当净水菌剂进入到生态氧化池反应部时，菌粉很快吸附在生物带上，菌粉中的休眠细菌在几个小时内就迅速复活、运动，不同的细菌占据生物带的三个不同反应区，并与污染基团紧密接触。在好氧区，好氧菌将氨氮转化为硝基氮，并把小分子有机物转化为二氧化碳和水，把可溶的无机磷转化为细胞体内的atp；在厌氧区，厌氧菌将硝基氮转化为氮气和氧气，把难分解的大分子有机物分解为可降解的小分子有机物。最终污染基团就被分解转化成逸出水体n2、co2和h2o。片状微生物床具有抗拉强度大，并且其孔隙率和表面积比明显高于弹性立体填料、组合填料等各种传统挂膜填料，污水处理效率高，并可节能降耗50％以上。

在所述调节池将污水厂尾水自上而下排放到生态氧化池进水部，再通过所述生态氧化池反应部中，废弃尾水自下而上的浸润所述生物填料，并在所述鼓风机的作用下进行氧化分解作用。

进一步地，所述生态氧化池反应部采用生物接触氧化工艺原理，是一种介于活性污泥法与生物滤池之间的生物处理技术，是活性污泥法与生物滤池复合的生物膜法，兼具两者优点。在所述生态氧化池的开口面顶部的周壁上开设有出水孔，所述出水孔通过管道连接所述生态砾石床。

生态砾石床包括生态砾石床进水部、生态砾石床反应部、生态砾石床出水部，所述生态砾石床进水部、生态砾石床反应部之间通过分隔建筑物隔开，并在所述分隔建筑物上开设有通水孔，所述生态砾石床出水部、生态砾石床反应部之间通过分隔建筑物隔开，并在所述分隔建筑物上开设有出水孔。

经过所述生态氧化池的出水孔流出尾水，先自上而下、自由落入所述生态砾石床进水部后，在通过所述通水孔进入生态砾石床反应部，通过接触沉淀，尾水中污染物因砾石阻挡速度减慢而逐步沉降；通过生物膜吸附，尾水中的污染物被砾石表面生物膜吸附；同时通过微生物分解，污水中溶解性有机物被微生物摄取而分解成无害的无机物。在尾水完成生态砾石床反应部的处理后，再流至另一侧的生态砾石床出水部，所述生态砾石床出水部相反于生态砾石床反应部的一侧壁顶部上开设有另一出水孔，所述出水孔通过管道与高效垂直流人工湿地连通，将经过所述生态砾石床处理后的水流输入至高效垂直流人工湿地。

在所述生态砾石床反应部放置活性钙填料和填料做基层，并在最上层覆土并种植净水能力较强的喜湿植物，所述填料包括但不限于页岩陶粒、石灰石和沸石的一种或任意几种，页岩陶粒不仅具有优异的性能，如比表面积大、吸附悬浮物能力强、密度低、孔隙率高等；并且具有耐磨、耐冲刷、微孔多、截污能力强，化学性能稳定的优点；石灰石主要矿物成分为方解石，表面平滑，呈小颗粒状。沸石可以借水的渗滤作用，进行阳离子的交换，其成分中的钠、钙离子可与水溶液中的铝、镁等离子交换。沸石中的水分可以滤出，且不破坏沸石内部的晶体结构。因此它可以再重新吸收水或其他液体，还可以吸附某些污染物，使微生物附着在填料表面，通过填料上生物膜分解有机物，去除氨、磷，在去除有机物的同时沉淀去除悬浮物，达到水质净化的目的。

本实用新型中的其中一个实施例中，为了有效提升脱氮除磷效果，所述生态砾石床反应部为逐层铺设的多层沸石层结构，并任意沸石层之间均铺设有相应的砾石层，具体为第一层为砾石层，第二层为沸石层，第三层为砾石层，第四层为沸石层，依次类推；

所述砾石层与所述沸石层的厚度比为1：1～2；

并为了实现最优的去除效果，应用不同粒径的分层级配沸石，进行去除，并具体采用共计5层的沸石层，并上述的生态砾石床的最底层为沸石层，并5层所述的沸石层的第一层采用110～120目，第二层采用80～90目，第三层采用50～60目，第四层采用20～40目，第五层采用10～20目，实用新型人在经过长期实验的过程中，应用于城市废水，脱氮和除磷效率分别高达40～60％，65～95％；

并在本申请中，应用砾石层有效隔绝不同沸石层，避免在去除过程中，出现去除不均匀的现象，提高了去除效率，能够达到最优的去除效果。

高效垂直流人工湿地是人工建造的、可控制的和工程化的湿地装置，它由人工基质和生长在其上的水生植物组成，是一个独特的填料(基质)-植物-微生物生态装置。所述高效垂直流人工湿地包括高效垂直流人工湿地、及湿地植物层，在所述高效垂直流人工湿地中设置有湿地填料，所述湿地填料包括但不限于沸石、石灰石和白云石等任意一种，或任意几种，在所述高效垂直流人工湿地上种植所述湿地植物层，尾水经过植物池的过滤、吸附和生物降解等过程后由收集管排出，在植物池内种植适合当地气候的各种水生湿生植物，如在南方地区优先选用净水能力强及景观生态效果好的美人蕉、风车草、花叶芦竹、再力花、芦苇、纸莎草和富贵竹等植物。并在人工湿地表面铺设10～20厘米沙砾层，配水管设置于砂层底部，减少因洪水期泥沙进入湿地填料层及堵塞配水管道，当洪水退去后，清除湿地表面淤泥及进行简单的植物修理，湿地即可恢复运行。通过应用湿地自然生态装置中的物理、化学和生物作用的优化组合来进行尾水深度处理。当污水通过装置时，其中污染物质和营养物质被装置吸收、转化或分解，从而使水质得到净化。

如图2、3所示，在本实用新型实施例中，其中所述生态氧化池和曝气清水池中，所采用的曝气管采用以下结构；

所述曝气管为微孔纳米曝气管1，并所述微孔纳米曝气管1包括柔性材料制成的软管本体，软管本体上高密度均匀布置有贯通管壁的曝气微孔2，并所述曝气微孔2的曝气方向与管壁的外表面呈非垂直的倾斜角度；

所述曝气微孔2由微倾斜切口构成，且切口与轴向平行；

本实用新型的优选实施例中，所述曝气微孔2的曝气方向与所述微孔曝气管1的轴心方向为70～80°角的结构，并所述曝气微孔2的孔径由所述微孔曝气管1的内壁至外壁孔径逐步缩小；

其中孔径由内壁至外壁逐步缩小，能够实现增压风力；

并在所述曝气微孔2管的主管道上设置柔性凸起，所述柔性凸起整体为圆形结构，并圆形结构的任意部分边侧与所述微孔曝气管1内壁接设，其他部分与所述微孔曝气管1内壁相互抵触，通过鼓风机提供间断性的风力后，能够实现微孔曝气管1提供间断性的大风力对生态氧化池和清水池进行曝气，并在水体形成溶解态氧或小分子氧，与传统曝气形成大分子氧团或气泡式相比，可明显提高净化效率。

在其他实施例中，所述微孔纳米曝气管1的主管道上设置有至少两个瓣膜3，所有所述瓣膜3构成所述微孔曝气管1内壁所界定的圆形，并任意一个所述瓣膜3一边侧与所述微孔曝气管1内壁接设，另一侧与其他瓣膜3相互抵触，通过鼓风机提供间断性的曝气，在风力增压的情况下，可实现微孔曝气管1提供间断性的大风力对生态氧化池和清水池进行曝气，提高净化效率，并通过间断性的曝气，能够实现均匀净化效果。

同时在本实用新型中，应用上述的曝气结构，能够配合生态氧化池工作，并将生态氧化池内微生物繁殖而形成的生物絮凝物，通过间断性的曝气，将其打散，提供更大的接触面积，能够实现更好净化效果，相较于传统的持续曝气，具有更显著的效果。

由于人工湿地对悬浮物比较敏感且出水溶解氧含量不高，在串联工艺中，生态氧化池和生态砾石床作为前处理，解决湿地易堵塞问题。为充分发挥不同技术的特点，将生态氧化池、生态砾石床和人工湿地进行串联。采用这三种工艺进行组合具有较好的互补效果，同时在生态氧化池和出水池进行多级曝气，在人工湿地表面加10～20厘米沙子，明显减少因洪水期泥沙和面源污染导致的湿地堵塞，经过以上生态处理工艺，可以达到预期的水质改善效果，同时具有投资少、水质水量聚变适应能力强、污泥量少、运行简便、生态景观效果好等优点。

具体实施例：将上述多级曝气生态氧化池+生态砾石床+高效垂直流人工湿地集成技术应用于华南某污水厂尾水深度净化工程。工程建设用地面积4.3万m²，工程投资为3000万元。工程用于高效处理污水处理厂一级a出水，处理水量为2万m³/d，并将其出水作为河道生态补水。其中生态氧化池的水力停留时间2.5～3.0h，容积2820m³，有效停留时间2h，有效容积1680m³，气水比3.0:1，规格为15×10×4.7m两格(并联运行)。池底布置微孔纳米曝气管，间隔0.8～1.2米，间隙式进行曝气。配套风机6台，四用两备，性能参数：q＝43.93m³/min，p＝5000mmh2o，n＝18kw。生态砾石床水体停留时间4.0～5.0h，有效容积15000m³，有效深度2.5m，有效停留时间hrt＝1.5～2.0h，尺寸为50×15×2.5m两格(并联运行)，生态砾石床上层覆盖通气性土壤，种植美人蕉和再力花等净水植物。垂直流人工湿地是本装置的核心部分，湿地占地面积31048m²，设计布水负荷0.64m³/m².d，填料层厚度为1.8m。由上往下分别是：1～4mm砂填料150mm、4～8mm碎石填料150mm、1～4mm粗砂填料200mm(上层混合填料，以增强脱氮除磷效果)、4～8mm碎石填料900mm、8～16mm碎石填料150mm、20～40mm碎石填料150mm。为了防止下渗，人工湿地底部和侧面敷设防渗层，防渗材料采用无纺布和pe防渗膜，pe防渗膜设计参数1.5mm。为了保证湿地装置布水均匀，将湿地装置分成10个独立进水单元，各个植物池可单独运行也可并联运行，装置运行采用plc自动控制及手动控制结合，可实现远程及现场两种控制方式。在湿地植物池内种植适合华南气候的各种水生植物，如芦苇、灯心草、水葱、黄菖蒲、花叶芦竹及水生美人蕉等植物，每种植物种植密度均为10株/m²。湿地植物需定期收割，分湿地单元进行人工收割，收割后的植物按园林部门的要求进行焚烧处置。人工湿地末端设置清水池，并在池底设置微孔纳米曝气管进行曝气。

工程建设完成后，至今实现多年的稳定运行，出水主要指标达到地表iii类水标准，如codcr为12.0～13.0mg/l、bod5为1.8～2.5mg/l，两者为地表水i类水标准；nh3-n为0.59～0.67mg/l、tp为0.13～0.16mg/l、tss为2.3～2.5mg/l、do为7.1～8.6mg/l(设置微孔纳米曝气后，污染物去除效率可提高20％以上，特别是出水do提高45～50％)。人工湿地集成工程管养价格仅为0.18-0.21元/m³，并以湿地为中心形成了城市湿地公园，实现年均访客近万人的综合性公园和科教园地。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，在不脱离本实用新型的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变形仍落入本实用新型的保护范围之内。