一种微动力立体生态污水处理系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种微动力立体生态污水处理系统及方法，包括从下至上依次设置的预处理单元、上流式污泥床反应池组和快速渗流人工湿地反应池，所述预处理单元的出水与上流式污泥床反应池组的入水相连，所述上流式污泥床反应池组设于地面以下，包括并行串联设置的前置上流式污泥床反应池组和后置上流式污泥床反应池组，所述快速渗流人工湿地反应池设于上流式污泥床反应池的上方。与传统的系统相比，本发明的处理系统具有能耗低、占地面积更小，土地、空间利用率更高的特点，而且解决了噪声污染以及恶臭气体气味污染等问题，并具有优良的景观效果。
【专利说明】—种微动力立体生态污水处理系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种污水处理技术，具体涉及一种微动力立体生态污水处理系统及方法，属于环保领域。
【背景技术】
[0002]传统的污水处理技术包括A2/0、SBR、CASS等工艺技术。其中，A2/0工艺是Anaerobic-Anoxic-Oxic的英文缩写,它是厌氧-缺氧-好氧生物脱氮除磷工艺的简称。该工艺处理效率一般能达到:B0D5和SS为90%~95%，总氮为70%以上，磷为90%左右，一般适用于要求脱氮除磷的大中型城市污水厂。但A2/0工艺的基建费和运行费均高于普通活性污泥法，运行管理要求高，以目前我国国情来说，当处理后的污水排入封闭性水体或缓流水体引起富营养化，从而影响给水水源时，才会采用该工艺。
[0003]SBR(Sequencing Batch Reactor Activated Sludge Process)工艺是在反应器内预先培养驯化一定量的活性污泥，当废水进入反应器与活性污泥混合接触并有氧存在时，微生物利用废水中的有机物进行新陈代谢，将有机物降解并同时使微生物细胞增殖。将微生物细胞物质与水沉淀分离，废水即得到处理。其处理过程主要由初期的去除与吸附作用、微生物的代谢作用、絮凝体的形成与絮凝沉淀性能几个净化过程完成。
[0004]CASS (Cyclic Activated Sludge System)工艺是在 SBR 的基础上发展起来的，即在SBR池内进水端增加了一个生物选择器，实现了连续进水(沉淀期、排水期仍连续进水)，间歇排水。设置生物选择器的主要目的是使系统选择出絮凝性细菌，其容积约占整个池子的10%。生物选择器的工艺过程遵循活性污泥的基质积累一再生理论，使活性污泥在选择器中经历一个高负荷的吸附阶段(基质积累)，随后在主反应区经历一个较低负荷的基质降解阶段，以完成整个基质降解的全过程和污泥再生。
`[0005]然而，上述污水处理工艺存在如下的缺点:
[0006]1、能耗高:A2/0、SBR、CASS等污水处理技术都运用到了好氧生化技术，而传统的好氧生化技术需氧量高，需要采用大功率的鼓风曝气系统对污水进行充氧，提高好氧生化反应阶段的溶解氧浓度以满足反应需求。鼓风曝气系统所需能耗在这些工艺流程中都占据了重要的比例，有些工艺的鼓风曝气阶段所用的能耗甚至占用了整个污水处理工艺能耗的30%-40%以上。如能采用一种低能耗方案取代鼓风曝气方法又能满足特定的好氧生化技术的溶解氧需求，那么将可以极大地降低污水处理过程的能耗。
[0007]2、工艺流程复杂，使用电气设备多:许多传统工艺拥有一个长而复杂的工艺流程，如A2/0工艺流程需要沉砂池、厌氧池、缺氧池、好氧池、初沉池、二沉池、污泥浓缩池等7道以上工艺流程。过长的工艺流程大量增加了各类水力提升设备，如每个池都需要污水提升泵将前池处理的污水提升到后池，从而增加了污水处理过程的能耗。
[0008]3、占地面积大，土地、空间利用率低:传统工艺技术流程中的各个子反应单元都是相邻分布在同一个平面上的。如A2/0工艺中的各类反应池体都独自占据使用了一块土地，而每一个反应池体都有很大的占地面积和池深，不能将两个反应池体同时建在一个池体所占用的面积的土地内。因而许多传统工艺都需要很大的占地面积，同时存在土地、空间利用率低的问题。
[0009]4、生态美观效果差，存在恶臭、噪声等负面效应:传统工艺技术中的建筑物一般都是使用钢筋砼建造，直接突出在地表，与周边环境相比有种突兀感和水泥钢筋的粗糙感，生态美观效果差。污水厂内的各个池体处于露天状态，反应水体直接暴露在大气中，每个反应阶段产生的气体和气味直接排放在池体周围，并向污水厂区内甚至向厂区外散发，造成恶臭问题。此外，传统工艺的好氧生化反应阶段多采用鼓风曝气系统，鼓风机的巨大噪声会严重影响周边工作人员和居民的工作和生活，对他们的健康产生危害。
【发明内容】
[0010]本发明为了解决现有污水处理工艺技术中存在的不足，提供了一种占地面积小、能耗低、污水处理效果好的微动力立体生态污水处理系统及方法。
[0011]为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现:
[0012]一种微动力立体生态污水处理系统，包括从下至上依次设置的预处理单元、上流式污泥床反应池组和快速渗流人工湿地反应池，所述预处理单元的出水与上流式污泥床反应池组的入水相连，所述上流式污泥床反应池组设于地面以下，包括并行串联设置的前置上流式污泥床反应池组和后置上流式污泥床反应池组，所述快速渗流人工湿地反应池设于上流式污泥床反应池的上方。
[0013]优选的是:所述预处理单元包括依次连通设置的格栅井和调节池。
[0014]优选的是:所述上流式污泥床反应池为矩形池结构，从下至上依次包括好氧及兼性菌污泥层、缺氧及兼性菌污泥层、厌氧及兼性菌污泥层、小颗粒游离污泥层及清水层，所述上流式污泥床反应池组的池底还设有布水管。
[0015]优选的是:好氧及兼性菌污泥层中，`污水中的溶解氧为0.5-2.0mg/L ;缺氧及兼性菌污泥层中，污水中的溶解氧为0.2-0.5mg/L ;厌氧及兼性菌污泥层中，污水中的溶解氧
<0.lmg/L ;小颗粒游离污泥层中，污水中的溶解氧< 0.lmg/L，清水层中，出水中的溶解氧为 0.1-0.5mg/L。
[0016]优选的是:所述快速渗流人工湿地反应池采用垂直流的布水方式，从上至下依次包括:表面流层、第一填料层、第二填料层和第三填料层，所述第三填料层的底部还设有渗流排水管，其中，所述第一填料层的填料为粒径为2-5mm的河沙，第二填料层的填料为粒径为1-1.5cm的碎石，所述第三填料层的填料为粒径为2-3cm的碎石。
[0017]优选的是:所述表面流层的水深为45_55mm，所述第一填料层的填料厚度为15~25cm，所述第二填料层的填料厚度为12~18cm，所述第三填料层的填料厚度为12~18cm。
[0018]优选的是:所述快速渗流人工湿地中种植有根系发达的水生植物。
[0019]一种微动力立体生态污水处理方法，包括以下步骤:
[0020]I)污水进入预处理单元，经格栅井作用截留并去除污水中的粒径较大的悬浮物或漂浮物后，污水进入调节池进行均质均量调节；
[0021]2)经调节池调节后的污水进入前置上流式污泥床反应池组中，经过反硝化反应去除污水中的COD、BOD、以及大多数难降解污染物及磷污染物；然后，污水进入到后置上流式污泥床反应池组中，经过硝化反应去除污水中剩余的COD、BOD以及磷污染物；上流式污泥床反应池组处理后的部分出水进入到进入到前置上流式污泥床反应池组中的第一个上流式污泥床中，并经跌水曝气使得污水中的溶解氧达到2.0mg/L时，作为入水进入到前置上流式污泥床反应池中；
[0022]3)后置上流式污泥床反应池组的出水进入到快速渗流人工湿地中进行进一步深化处理。
[0023]本发明的有益效果在于，本发明将上流式污泥床反应池技术与人工湿地技术相结合，将上流式污泥床反应池设置于地面以下，并在上流式污泥床反应池的上方加建出露地面的快速渗流人工湿地反应池；可达到以下效果:1、减少了快速渗流人工湿地所占用的土地面积，提高了土地、空间的利用率；2、由于上流式污泥床反应池的封闭性，可通过排气管把生化过程产生的气体和气味收集起来经过处理再排放到高空，解决了生化过程中产生的气体和气味随意扩散到大气中产生恶臭的问题；3、由于上流式污泥床反应池埋放在地下，上流式污泥床反应池的水面与地面有足够的落差。可用提升泵把上流式污泥床反应池的出水提升至地面的高度，再用跌水曝气的方式进行回流，这样就在污水回流的过程中对上流式污泥床前段的反应水体进行了跌水曝气充氧，免去了另外安装鼓风曝气系统进行曝气产生的设备费用和因鼓风曝气而大量增加的能耗，同时降低了噪声污染；4、整个污水处理系统出露在地面的是人工湿地部分，人工湿地内种植的各类水生植物使污水厂具有良好的景观效果。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1示出了本发明所述的微动力立体生态污水处理系统的流程示意图；
[0025]图2示出了本 发明所述的微动力立体生态污水处理系统的处理工艺流程图；
[0026]图3示出了本发明所述的上流式污泥床的原理图；
[0027]图4示出了本发明所述的人工湿地的结构示意图。
【具体实施方式】
[0028]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】做进一步说明。
[0029]如图1~4所示，本发明所述的微动力立体生态污水处理系统，包括从下至上依次设置的预处理单元、上流式污泥床反应池组和快速渗流人工湿地反应池，其中，所述预处理单元包括依次连通设置的格栅井和调节池，调节池的出水与上流式污泥床反应池组的入水相连；所述上流式污泥床反应池组设于地面以下，包括并行串联设置的由多个结构相同的上流式污泥床反应池构成的前置上流式污泥床反应池组和后置上流式污泥床反应池组，本发明中所述上流式污泥床反应池组设计为矩形池结构，采用池底管道均匀布水的方式，其结构如图3所示，从下至上依次为:好氧及兼性菌污泥层102、缺氧及兼性菌污泥层103、厌氧及兼性菌污泥层104、小颗粒游离污泥层105及清水层106，所述上流式污泥床反应池组的池底、好氧及兼性菌污泥层102的下方还设有布水管101。上流式污泥床反应池内各污泥层通过污水向上流动时产生的浮力来筛选不同密度的污泥颗粒或者菌团，以达到污泥分层。其中，经布水管101进入上流式污泥床反应池组的进水中的溶解氧(D0值)为2-3mg/L，污水从下至上依次流经各污泥层后，污水中溶解氧含量逐渐降低，具体为:流经好氧及兼性菌污泥层102后，污水中的溶解氧为0.5-2.0mg/L，流经缺氧及兼性菌污泥层103后，污水中的溶解氧为0.2-0.5mg/L，流经厌氧及兼性菌污泥层104后，污水中的溶解氧< 0.lmg/L,流经小颗粒游离污泥层105后，污水中的溶解氧< 0.lmg/L,污水最后达到清水层106后，其出水中的溶解氧为0.1-0.5mg/Lo本发明中,各污泥床从前到后,各池内的溶解氧和有机负荷(营养物浓度)逐步降低，从而形成不同的微生物生长环境，以培养不同种类的微生物。
[0030]所述快速渗流人工湿地反应池设于上流式污泥床反应池的上方，采用垂直流的布水方式，其结构如图4所示，从上至下依次为:表面流层201、第一填料层202、第二填料层203和第三填料层204，其中，所述表面流层201的水深为45_55mm，所述第一填料层2的填料厚度为15~25cm，填料为粒径为2-5mm的河沙2021，所述第二填料层3的填料厚度为12~18cm，且填料为粒径I~1.5cm的碎石2031，所述第三填料层204的填料厚度为12~18cm,且填料为粒径2~3cm的碎石2041，此外，所述第三填料层2044的底部还设有渗流排水管2042。进一步地，所述快速渗流人工湿地反应池中还种植有根系发达的水生植物。此外，本发明所述的污水处理系统，还包括在各单元间用于输送污水的输送管道。本发明所述的污水处理系统，无需另设跌水曝气池，以最前面的第一个上流式污泥床反应池兼作跌水曝气池，跌水曝气的进水为回流水，即从最后一个上流式污泥床反应池的末端抽取经多级处理后的污水返回至第一个污泥床反应池的前端，进行跌水曝气。
[0031]采用本发明如上所述的污水处理系统处理污水，其处理方法包括如下步骤:
[0032]I)污水进入预处理单元，经格栅井作用截留并去除污水中的粒径较大的悬浮物或漂浮物后，污水进入调节池进行均质均量调节；
[0033]2)经调节池调节后的污水进入前置上流式污泥床反应池组中，经过反硝化反应去除污水中的COD、BOD、以及大多数难降解污染物及磷污染物；然后，污水进入到后置上流式污泥床反应池组中，经过硝化反应去除污水中剩余的COD、BOD以及磷污染物；经后置上流式污泥床反应池组处理后的出水进入到快速渗流人工湿地中进行进一步深化处理，同时部分出水进入到前置上流式污泥床反应池组中的第一个上流式污泥床中，并经跌水曝气使得污水中的溶解氧达到2.0mg/L时,作为入水进入到前置上流式污泥床反应池中；
[0034]由于上流式污泥床反应池采用池底管道均匀布水的方式，池内水体从池底到池面呈均匀的上升流，上流式污泥床的反应池中同时存在局部厌氧状态和局部好氧状态以及局部缺氧状态，这种特殊的溶解氧条件为厌氧菌、好氧菌和兼性菌都提供了良好的生长环境，从而使反应池内得以形成一个复杂并且完善的微生物生态系统。得益于反应池内微生物生态系统的复杂性和微生物多样性，各种厌氧、好氧和兼性微生物在污水生化降解过程中的生物协同作用大大增强，微生物之间的传质距离缩短，各种微生物生成的生物酶共存于同一个反应池内使微生物的活性增强，部分污染物生化降解的反应流程在空间上得以优化，如氨氮的降解，传统工艺需要严格遵循先好氧硝化再厌氧反硝化的流程，但是当一个反应池内同时拥有好氧的硝化菌和厌氧的反硝化菌时，那么在反应池将形成短程硝化反硝化的现象，使氨氮的生化降解流程缩短，降解效率提高，降解程度更彻底。同理，得益于反应池内微生物生态系统的复杂 性和微生物多样性，以及各种微生物协同作用的增强，上流式污泥床工艺在去除COD、B0D,以及很多难降解污染物如多氯联苯具有较大的优势。
[0035]3)后置上流式污泥床反应池组的出水进入到快速渗流人工湿地中进行进一步深化处理；本实施例中，快速渗流人工湿地采用粒径较大的填料，而摒弃普通人工湿地中的土壤类填料以获得快速渗流的效果，同时种植根系发达的水生植物，随着水生植物的根系在大粒径填料中伸展，根系及其周围的填料中可生长出稳定的性状良好的生物膜。快速渗流人工湿地可由多个小型人工湿地池组串联而成，每个人工湿地反应池采用垂直流的布水方式。由人工湿地的一端池面进水,池内水体略微淹过填料平面形成一个表面清水层,在池底均匀布置排水管网，经上流式污泥床反应池组处理后的出水由表面清水层流经各填料层，汇集到排水管网，流至下一个人工湿地反应池。由于人工湿地内的填料粒径较大，水体渗流速度较快，湿地表层的溶解氧随着垂直向下渗流的污水进入填料层中，另外植物根系也会将大量溶解氧释放进填料层中，随着填料层中的好氧生物膜的生长，整个人工湿地将形成一个复杂的，生物多样性的微生物生态系统。当前置上流式污泥床工艺处理后的出水流经快速渗流人工湿地时，人工湿地内的水生植物,好氧生物滤膜和整个微生物生态系统将进一步去除前置工艺出水中剩余的各类污染物，使最终出水水质能达到并优于国家排放标准。
[0036]本发明将上流式污泥床技术与快速渗流人工湿地技术有机结合，充分利用了上流式污泥床反应高效、流程短，以及快速渗流人工湿地出水水质好，池体深度浅的特点，将上流式污泥床反应池建造于地下，快速渗流人工湿地立体地建造在上流式污泥床反应池的上方，使快速渗流人工湿地可共用上流式污泥床反应池的土地面积，减少了占地面积，提高土地、空间利用率。同时避免上流式污泥床反应池中的污水直接暴露在大气中，防止生化反应产生的气体气味随意扩散，解决了恶臭问题。由于整个污水处理系统出露在地表的是快速渗流人工湿地，人工湿地内的植物景观使整个污水厂具有优良的生态美观效果。相对于传统工艺对厌氧条件或好氧条件的严格要求，采用本发明的污水处理系统，工艺反应需氧量低，上流式污泥床使用跌水曝气设备而不需鼓风曝气设备，从而大大降低了污水处理过程的能耗。
[0037]综上所述仅为本发明较佳的实施例，并非用来限定本发明的实施范围。即凡依本发明申请专利范围的内容所作的等效`变化及修饰，皆应属于本发明的技术范畴。
【权利要求】
1.一种微动力立体生态污水处理系统，其特征在于:包括从下至上依次设置的预处理单元、上流式污泥床反应池组和快速渗流人工湿地反应池，所述预处理单元的出水与上流式污泥床反应池组的入水相连，所述上流式污泥床反应池组设于地面以下，包括并行串联设置的前置上流式污泥床反应池组和后置上流式污泥床反应池组，所述快速渗流人工湿地反应池设于上流式污泥床反应池的上方。
2.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于:所述预处理单元包括依次连通设置的格栅井和调节池。
3.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于:所述上流式污泥床反应池为矩形池结构，从下至上依次包括好氧及兼性菌污泥层、缺氧及兼性菌污泥层、厌氧及兼性菌污泥层、小颗粒游离污泥层及清水层，所述上流式污泥床反应池组的池底还设有布水管。
4.根据权利要求3所述的污水处理系统，其特征在于:好氧及兼性菌污泥层中，污水中的溶解氧为0.5-2.0mg/L ;缺氧及兼性菌污泥层中，污水中的溶解氧为0.2-0.5mg/L ;厌氧及兼性菌污泥层中，污水中的溶解氧< 0.lmg/L ;小颗粒游离污泥层中，污水中的溶解氧<0.lmg/L，清水层中，出水中的溶解氧为0.1-0.5mg/L。
5.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于:所述快速渗流人工湿地反应池采用垂直流的布水方式，从上至下依次包括:表面流层、第一填料层、第二填料层和第三填料层，所述第三填料层的底部还设有渗流排水管，其中，所述第一填料层的填料为粒径为2-5mm的河沙，第二填料层的填料为粒径为1_1.5cm的碎石，所述第三填料层的填料为粒径为2-3cm的碎石。
6.根据权利要求5所述的污水处理系统，其特征在于:所述表面流层的水深为45-55mm，所述第一填料层的填料厚度为15~25cm，所述第二填料层的填料厚度为12~18cm,所述第三填料层的填料厚度为12~18cm。
7.根据权利要求1或5或6所述的污水处理系统，其特征在于:所述快速渗流人工湿地中种植有根系发达的水生植物。
8.一种微动力立体生态污水处理方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)污水进入预处理单元，经格栅井作用截留并去除污水中的粒径较大的悬浮物或漂浮物后，污水进入调节池进行均质均量调节； 2)经调节池调节后的污水进入前置上流式污泥床反应池组中，经过反硝化反应去除污水中的COD、BOD、以及大多数难降解污染物及磷污染物；然后，污水进入到后置上流式污泥床反应池组中，经过硝化反应去除污水中剩余的COD、BOD以及磷污染物；上流式污泥床反应池组处理后的部分出水进入到进入到前置上流式污泥床反应池组中的第一个上流式污泥床中，并经跌水曝气使得污水中的溶解氧达到2.0mg/L时，作为入水进入到前置上流式污泥床反应池中； 3)后置上流式污泥床反应池组的出水进入到快速渗流人工湿地中进行进一步深化处理。
【文档编号】C02F9/14GK103771667SQ201410059129
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年2月21日 优先权日:2014年2月21日
【发明者】王升泉, 李宝宏 申请人:深圳市冠升华实业发展有限公司