一种沉淀池-曝气接触氧化-生态湿地系统及其应用方法与流程

本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种生态湿地系统，尤其涉及一种沉淀池-曝气接触氧化池-生态湿地系统及其应用方法。

背景技术：

我国是农业大国，耕地面积占世界8％，其中农田耕地面积大，农田灌溉尾水、洗菜废水以及农村面源污染易进入河道，这些引起了江河湖泊流域存在较大的污染负荷，氮、磷元素富集引起的水体富营养化问题日益突出。湖泊、水库及一些河流作为饮用水源，水华和藻毒素的产生已经成为国内外严峻的环境安全问题。

污染负荷的削减与蓝藻的控制对水环境的改善具有重要意义，目前，全世界已有多种控制水华的除藻技术，但由于藻类细胞的体积大，灭活难度比细菌大，用单一的方法效果不好，且该类技术存在处理成本高、操作过程复杂、周期长等问题。同时，污水处理过程针对单一污染物处理效果较好，对于水体中含有多种污染物的去除效果较差。

如专利文献cn101314512a中提供了一种利用人工湿地处理富营养化水体的方法及设施，其采用上流式粗滤床、垂直流生态滤床和污泥干化床组合的方法处理富营养化水体,不仅能有效去除悬浮物和水藻类物质,而且低成本解决了蓝藻污泥处置问题,具有除藻效果好、处理水量大等特点,广泛适用于富营养化水体的长期水质净化。但该专利技术以滤床为主要载体，受滤床孔隙率制约，其的水流通过性较低，无法处理大流量水体。

本发明要解决的技术问题包括以下3点：

(1)当前污水处理工艺缺乏对藻类的去除能力，无法有效控制出水中藻细胞密度与叶绿素a浓度；

(2)湖泊流域内村落农田灌溉尾水等面源污染情况严重，导致入湖氮磷浓度高、入湖污染负荷大的问题。

(3)针对当前处理技术对藻细胞密度的削减效果差，处理成本高、操作过程复杂、周期长等问题。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的一是提供一种沉淀池-曝气接触氧化池-生态湿地系统。本发明以库塘人工湿地为主要形态，以较低水力停留时间处理低污染水体的改良人工湿地系统，景观效果好，处理水量大。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种沉淀池-曝气接触氧化池-生态湿地系统，包括依次连接设置的沉淀池、曝气接触氧化池、生态湿地，所述沉淀池与曝气接触氧化池之间、曝气接触氧化池与生态湿地之间设置有高度差；

所述沉淀池内设置有超声处理装置，并设置有加药口；

所述曝气接触氧化池内设置有填料层，填料层与曝气接触氧化池的池底之间设置有支撑体，填料层的下方还设置有曝气装置；

所述沉淀池和曝气接触氧化池的水面上方均覆盖有生态浮床；

所述生态湿地中种植有挺水植物与沉水植物。

优选地，所述沉淀池与曝气接触氧化池之间、曝气接触氧化池与生态湿地之间的高度差为5cm，由此实现处理过程表层水自流；

所述超声处理装置的型号为hm-ul280，单台控制水面110-130m²。

优选地，所述沉淀池、曝气接触氧化池、生态湿地之间通过水管道连接。

优选地，所述加药口与自动式加药设备连接，所述自动式加药设备组成包括溶药搅拌机、加药搅拌桶、电磁隔膜计量泵、自动加药机等部分。

优选地，所述沉淀池与曝气接触氧化池之间设置有过水渠，配有钢制闸门，用于控制打开或关闭。

所述沉淀池与曝气接触氧化池的内周侧均设置有生态袋填土护坡。

优选地，所述沉淀池池体的有效水深为2.5-3.0m，用于储存原水并对原水进行预处理；所述曝气接触氧化池的有效水深为2.0-3.0m。

优选地，所述生态浮床上种植有常年生水生植物；所述曝气接触氧化池中的填料层设置在生态浮床的下方，生态浮床起到水面遮光控藻的作用。

优选地，所述常年生水生植物包括水芹菜、水香薷。

优选地，所述曝气装置包括曝气管和微孔曝气盘，微孔曝气盘设置在曝气管上，所述曝气管为多根，曝气管之间的间距为1.0-2.0m。

优选地，所述填料层内的填料包括轻质弹性材料；所述轻质弹性材料的规格直径为150mm。

优选地，所述支撑体包括钢管、脚手架。

所述生态湿地搭配种植的挺水植物与沉水植物，可营造良好的湖滨景观。

本发明还提供了一种沉淀池-曝气接触氧化池-生态湿地系统的应用方法，包括如下几个步骤：

a、将原水先进入沉淀池中沉淀(主要起到悬浮颗粒物沉淀和调蓄作用)，同时进行超声波处理(破坏藻细胞)，再通过加药口投加fenton氧化试剂进行除藻(通过fenton氧化试剂产生的羟基自由基破坏藻细胞结构达到强化除藻的目的)，同时通过生态浮床进行遮光控藻及常年生水生植物的根系对原水中的污染物进行吸收；

b、经沉淀池处理后的水流至曝气接触氧化池进行曝气接触氧化操作，在曝气接触氧化池分为多级，池内通过填料吸附、填料上微生物的反硝化脱氮以及好氧吸磷过程净化污染物(在填料层氮磷被微生物吸附和降解利用)；

c、经曝气接触氧化池处理后的水流至生态湿地进行进一步净化处理。

优选地，步骤a中，所述沉淀池内原水的停留时间为6-8小时，水力负荷为5.5-8.0m³/(m²·d)；

步骤b中，所述进行曝气接触氧化操作时间8小时，水力负荷为2.5-3.5m³/(m²·d)。

优选地，所述原水为氮磷和藻细胞浓度较高的原水。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

(1)通过本发明改善入湖沟渠水质，大力削减污染负荷、缩短水力停留时间，可适用于河流、湖泊等大流量地表水的处理工程。

(2)针对地表低污染水，本工艺可在24小时内达到氮磷去除率40％和藻细胞密度削减率30％的处理效果。

(3)去除氮磷等污染物的同时，强化工艺中对藻类的去除能力，有效控制出水中藻细胞密度与叶绿素a浓度。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为实施例4一种沉淀池-曝气接触氧化池-生态湿地系统的应用方法工程案例-云南大理龙凤大沟水质改善与应急除藻项目示意图；

图2为实施例4一种沉淀池-曝气接触氧化池-生态湿地系统的应用方法的具体流程图；

图3为曝气接触氧化池支撑架安装平面示意图；

图4为曝气接触氧化池曝气管与曝气头安装平面示意图；

图5为曝气管与曝气头安装大样图；

其中，1-沉淀池；2-曝气接触氧化池、3-生态湿地；4-过水渠；5-进水口；6-出水口；7-横向钢管；8-连接扣件；9-斜向连接管；10-曝气支管；11-曝气主管；12-微孔曝气盘；13-四通；14-变接头。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

以下实施例采用的评价与测试方法如下：

(1)氮去除率

一级沉淀池入口取样测试tn浓度为n0mg/l，生态湿地出口取样测试tn浓度为n1mg/l，即：

(2)磷去除率

一级沉淀池入口取样测试tp浓度为p0mg/l，生态湿地出口取样测试tp浓度为p1mg/l，即：

(3)codcr去除率

一级沉淀池入口取样测试codcr浓度为c0mg/l，生态湿地出口测得codcr浓度为c1mg/l，即：

(4)藻细胞密度

一级沉淀池入口取样测试藻细胞密度为x0cell/l，生态湿地出口取样测试藻细胞密度为x1cell/l，即：

(5)叶绿素a浓度

一级沉淀池入口取样测试叶绿素a浓度为y0μg/l，生态湿地出口取样测试叶绿素a浓度为y1μg/l，即：

实施例1

一种沉淀池-曝气接触氧化池-生态湿地系统，包括沉淀池、曝气接触氧化池、生态湿地，所述构筑物间(沉淀池与曝气接触氧化池之间、曝气接触氧化池与生态湿地之间)均有高度差5cm；

所述曝气接触氧化池内设置有填料层，所述曝气接触氧化池的底部与填料层之间设置有支撑体；所述填料层下方设置有若干曝气管，所述曝气管上设置有微孔曝气盘。

所述相邻曝气管之间的间距为1.5m。所述曝气接触氧化池的有效水深等于2.0m，所述支撑体包括钢管和支架，所述支架为脚手架。所述填料层内的填料为弹性填料；所述弹性填料直径规格范围为150mm。所述沉淀池与曝气接触氧化池之间设置有过水渠作为水自流通道，配有钢制闸门，用于控制打开或关闭；所述沉淀池与曝气接触氧化池内周侧均设置有生态袋填土护坡。

所述沉淀池为预处理单元，起到悬浮物沉淀和调蓄作用；所述沉淀池内设置有超声波处理装置、并设置有加药口，所述加药口连接有自动式加药设备(组成包括溶药搅拌机、加药搅拌桶、电磁隔膜计量泵、自动加药机等部分)，沉淀池池体内部用于调蓄原水并对原水进行藻类强化去除，所述池体内的原水上表面设置有生态浮床，所述生态浮床上种植有常年生水生植物；所述沉淀池的有效水深为2.5m。所述常年生水生植物包括水芹菜、水香薷。

沉淀池-曝气接触氧化池-生态湿地系统的应用方法包括如下几个步骤：

a、打开钢制闸门控制原水进入沉淀池进行沉淀处理，通过常年生水生植物进行根系吸收和遮光控藻、超声波除藻等操作，所述超声处理的条件为：功率50w超声波发生器，布置密度每110～130m²/1个，安装于水面以下20cm处；

b、水自流进入曝气接触氧化池进行曝气接触氧化操作，通过常年生水生植物进行根系吸收和遮光控藻。

c、随后，曝气池内水自流至生态湿地进一步强化后续处理，处理8小时。

所述沉淀池内水力停留时间为6-8小时，水力负荷为5.5-8.0m³/(m²·d)；所述曝气接触氧化区内进行曝气接触氧化操作时间8小时，曝气量以气水比计，气水比2：1，水力负荷为2.5-3.5m³/(m²·d)。

效果：tn去除率达54.1％、tp去除率达52.6％、codcr去除率为45.0％、藻细胞消减率为55.2％、叶绿素a去除率达44.9％。

实施例2：

一种沉淀池-曝气接触氧化池-生态湿地系统，包括沉淀池、曝气接触氧化池、生态湿地，所述构筑物间(沉淀池与曝气接触氧化池之间、曝气接触氧化池与生态湿地之间)均有高度差5cm；

所述曝气接触氧化池包括氧化池体、填料层，所述曝气接触氧化池的底部与填料层之间设置有支撑体；所述填料层上方设置有若干曝气管，所述曝气管上设置有微孔曝气盘。

所述相邻曝气管之间的间距为1.0m。所述曝气接触氧化池的有效水深等于3.0m，所述支撑体包括钢管，所述支架为脚手架。所述填料层内的填料为弹性填料；所述弹性填料直径规格范围为150mm。所述沉淀池与曝气接触氧化池之间设置有过水渠作为水自流通道，配有钢制闸门，用于控制打开或关闭；所述沉淀池与曝气接触氧化池内周侧均设置有生态袋填土护坡。

所述沉淀池为预处理单元，起到悬浮物沉淀和蓄水作用；所述沉淀池内设置有超声波处理装置、并设置有加药口，所述加药口连接有自动式加药设备(组成包括溶药搅拌机、加药搅拌桶、电磁隔膜计量泵、自动加药机等部分)，沉淀池池体内部用于调蓄原水并对原水进行藻类强化去除，所述池体内的原水上表面设置有生态浮床，所述生态浮床上种植有常年生水生植物；所述沉淀池体的有效水深为2.5m。所述常年生水生植物包括水芹菜、水香薷。

沉淀池-曝气接触氧化池-生态湿地系统的应用方法包括如下几个步骤：

a、打开钢制闸门控制原水通过配水渠进入沉淀池进行沉淀处理；通过常年生水生植物进行根系吸收和遮光控藻、超声波除藻等操作，所述超声处理的条件为：功率50w超声波发生器，布置密度每110～130m²/1个，安装于水面以下20cm处；

b、表层水自流进入曝气接触氧化池进行曝气接触氧化操作，通过常年生水生植物进行根系吸收和遮光控藻。

c、随后，曝气池内表层水自流至生态湿地进一步强化后续处理，处理8小时。

所述沉淀池内水力停留时间为6-8小时，水力负荷为5.5-8.0m³/(m²·d)；所述曝气接触氧化区内进行曝气接触氧化操作时间8小时，曝气量以气水比计，气水比2：1，水力负荷为2.5-3.5m³/(m²·d)。

效果：tn去除率达46.1％、tp去除率达43.0％、codcr去除率为48.2％、藻细胞消减率为49.2％、叶绿素a去除率达39.7％。

实施例3：

一种沉淀池-曝气接触氧化池-生态湿地系统，包括沉淀池、曝气接触氧化池、生态湿地，所述构筑物间(沉淀池与曝气接触氧化池之间、曝气接触氧化池与生态湿地之间)均有高度差5cm；所述曝气接触氧化池包括氧化池体、填料层，所述曝气接触氧化池的底部与填料层之间设置有支撑体；所述填料层上方设置有若干曝气管，所述曝气管上设置有微孔曝气盘。

所述相邻曝气管之间的间距为2.0m。所述曝气接触氧化池的有效水深等于2.5m，所述支撑体包括钢管，所述支架为脚手架。所述填料层内的填料为弹性填料；所述弹性填料直径规格范围为150mm。所述沉淀池与曝气接触氧化池之间设置有过水渠作为水自流通道，配有钢制闸门，用于控制打开或关闭；所述沉淀池与曝气接触氧化池内周侧均设置有生态袋填土护坡。

所述沉淀池为预处理单元，起到悬浮物沉淀和蓄水作用；所述沉淀池内设置有超声波处理装置、并设置有加药口，所述加药口连接有自动式加药设备(组成包括溶药搅拌机、加药搅拌桶、电磁隔膜计量泵、自动加药机等部分)，沉淀池池体内部用于调蓄原水并对原水进行藻类强化去除，所述池体内的原水上表面设置有生态浮床，所述生态浮床上种植有常年生水生植物；所述沉淀池体的有效水深为2.3m。所述常年生水生植物包括水芹菜、水香薷。

沉淀池-曝气接触氧化池-生态湿地系统的应用方法包括如下几个步骤：

a、打开钢制闸门控制原水通过配水渠进入沉淀池进行沉淀处理；通过常年生水生植物进行根系吸收和遮光控藻、超声波除藻等操作，所述超声处理的条件为：功率50w超声波发生器，布置密度每110～130m²/1个，安装于水面以下20cm处；

b、表层水自流进入曝气接触氧化池进行曝气接触氧化操作，通过常年生水生植物进行根系吸收和遮光控藻。

c、随后，曝气池内表层水自流至生态湿地进一步强化后续处理，处理8小时。

所述沉淀池内水力停留时间为6-8小时，水力负荷为5.5-8.0m³/(m²·d)；所述曝气接触氧化区内进行曝气接触氧化操作时间8小时，曝气量以气水比计，气水比2：1，水力负荷为2.5-3.5m³/(m²·d)。

效果：tn去除率达52.3％、tp去除率达50.9％、codcr去除率为42.2％、藻细胞消减率为51.8％、叶绿素a去除率达41.3％。

实施例4

本实施例涉及本发明的用于云南大理龙凤大沟入湖污染负荷消减与应急除藻项目(如图1所示，其包含多个曝气接触氧化池，且各曝气接触氧化池依次连接，水经沉淀池后进入第一个曝气接触氧化池进行处理，然后再进行第二个曝气接触氧化池进行处理，再进入下一个曝气接触氧化池进行处理，以此方式最后再进入生态湿地)；

项目建设原因：由于龙凤大沟周边村落农田面积大，农田灌溉尾水、洗菜废水以及其他农村面源污染易进入河道，导致龙凤大沟的总氮、总磷浓度高、叶绿素a超标且藻细胞密度较大的环境问题，入湖口处属于蓝藻易爆发的敏感地带，因此污染物削减对于龙凤大沟是首要目标。

工程简介：本工程以龙凤大沟的氮磷等污染物削减为主要目的、兼顾藻类去除，能大幅改善龙凤大沟下游水质，并缓解龙凤大沟入湖口蓝藻水华聚集，改善洱海的水生态环境，具体流程图如图2所示。

工程内容：

采用与实施例1相同的沉淀池-曝气接触氧化池-生态湿地系统结构，具体根据龙凤大沟核算工程处理规模，设计日处理水量26000m³/d，总占地面积13亩，其中水域面积5325m²，沉淀池水面面积921.87m²，曝气接触氧化池2545m²，生态湿地697.25m²；沉淀池有效水深2m，曝气接触氧化池有效水深2m，生态湿地有效水深1.2m；生态浮床面积3754m²，填料选择为弹性填料，填料安装面积2545m²；总水力停留时间8.8h，总容积9457.2m³。

曝气接触氧化池支撑架安装示意图如图3所示，钢管立管间距2m，横向钢管、纵向钢管为上下两层，钢管之间通过连接扣件连接，间距1.5m，管头外出0.25m，池边不规则区域以斜向连接管连接。

曝气接触氧化池曝气管与曝气头安装示意图如图4和图5所示，从风机鼓风进入曝气主管，曝气主管与曝气支管以四通和变接头连接，曝气支管上打孔，安装微孔曝气盘，曝气管与曝气盘均布置于距池底15cm高度。

工程实施效果：本工程进水为龙凤大沟区域农田尾水、洗菜水等综合水，总磷超标和藻细胞密度高的特点，本工程自建成以来，对龙凤大沟入湖水体中总氮去除率达47.4％，对总磷去除率达45.6％，对藻细胞数的削减率稳定达到20％以上。运行效果良好，大大降龙凤大沟入湖污染负荷，有效改善了入湖口蓝藻水华聚集，改善洱海水生态环境。

对比例1

一种沉淀池-曝气接触氧化池-生态湿地系统，与实施例1的不同之处仅在于，所述相邻曝气管之间的间距等于0.5m；所述曝气接触氧化池的有效水深等于1.2m；所述沉淀池的有效水深为1.4m。

所述应用方法与实施例1相同。

效果：tn去除率达18.3％、tp去除率达20.5％、codcr去除率为22.1％、藻细胞消减率为16.1％、叶绿素a去除率达21.7％。

对比例2

一种沉淀池-曝气接触氧化池-生态湿地系统，与实施例1的不同之处仅在于，所述相邻曝气管之间的间距等于2.5m；所曝气接触氧化池的有效水深等于3.2m；所述沉淀池的有效水深为1.8m。

所述应用方法与实施例1相同。

效果：tn去除率达15.3％、tp去除率达17.5％、codcr去除率为20.6％、藻细胞消减率为17.7％、叶绿素a去除率达13.9％。

对比例3

一种沉淀池-曝气接触氧化池-生态湿地系统，与实施例1的不同之处仅在于，所述相邻曝气管之间的间距等于0.8m；所述曝气接触氧化池的有效水深等于1.8m；所述沉淀池的有效水深为3.0m。

所述应用方法与实施例1相同。

效果：tn去除率达19.5％、tp去除率达18.4％、codcr去除率为14.1％、藻细胞消减率为19.2％、叶绿素a去除率达14.1％。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。