景观塔型水体曝气和生物净化装置及净化方法
【专利摘要】本发明是景观塔型水体曝气和生物净化装置，其结构是塔型结构，包括出水孔1，溢流池2，出水渠5，其中溢流池2的中央是出水孔1，出水渠5与出水孔1相通；所述的溢流池2的外围设有若干层功能层，每个功能层内包括生物球净化区3、景观水生植物区4，其中景观水生植物区4设在生物球净化区3的外围，溢流池2的一端连接输水管7，输水管7的另一端上安装水泵6。优点：不仅通过自由跌水提高了污水中溶氧浓度，而且增加了生物强化处理的功能，明显提高人工湿地的处理效率、污水厂出水的水质。与现行的一些技术相比，不仅没有破坏人工湿地的景观功能，而且还增加了人工湿地及污水厂的景观效果。5）结构简单、建设成本低、维修方便。
【专利说明】景观塔型水体曝气和生物净化装置及净化方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种景观塔型水体曝气和生物净化装置及净化方法，属于污水净化处理【技术领域】。
【背景技术】
[0002]人工湿地具有投资低、耗能少、缓冲容量大、工艺简单等特点，在国内外得到了广泛的应用，但由于植物吸附过程中根区吸收和微生物降解等生化过程都需要溶氧，而目前国内外的人工湿地多采用的平面型结构，污水在湿地中停留时间长、水流较为平缓、植物根系和填料长期浸泡在水中，导致人工湿地基质溶氧水平低，限制了湿地污水处理的效果，增加了人工湿地占地面积。目前人工湿地曝气充氧主要通过梯级跌水充氧、底部布置曝气管道及表面设置曝气装置等方式实现，现有的这些人工湿地曝气装置运行成本高、结构复杂，维修困难，且大都影响了人工湿地的景观功能，破坏人们的视觉享受。
[0003]污水处理厂尾水处置主要有三种途径:一是处理达标后直接排放，二是深度处理后回用，三是建设尾水净化装置对尾水进一步处理，达到预定水质标准，减轻对排入水体的水环境压力，并多渠道加以回用。尾水净化技术主要分为物理技术、生物——生态技术和生态水工学技术三类。物理技术包括引水稀释与曝气复氧，引水稀释就是通过水利工程的调控引入上游或附近的清洁水源对尾水进行稀释，使尾水在短时间内得到稀释，达到一定的水质标准。由于引水稀释不能减少尾水中的污染物总量，因此只能作为尾水净化的一种辅助手段。曝气是人为地向尾水中充入空气(或氧气)，使空气与尾水强烈接触，将氧溶于尾水中，加速尾水的复氧过 程，促使尾水中好氧微生物大量繁殖快速消耗水体中的有机物，提高对污染物的净化能力，改善水质状况。近年来，以人工湿地为主的生物一生态处理技术以其成熟的工艺、廉价的成本迅速得到推广运用。这类方法将污水处理厂尾水有控制地投配到土地上，通过土壤、植物、水系统中物理、化学和生物过程，净化污染物，使水资源得到再次利用。生物——生态处理技术的优点是投资较低、抗冲击力强，操作简单，结合必要的景观设计，可以美化环境。但生物——生态工程也存在一定的局限性，不适用于重金属含量偏高、酸碱度过高、以及可生化性差的尾水，而且占地面积较大系统的长期运行能力有待进一步探索和完善等。生态水工学净化尾水的主要内容是在渠道纵向上构建弯曲和蜿蜒，急流、缓流、深潭、浅滩交错相间的格局，该方法对受水水体形态有具体的要求，使用范围有局限。
【发明内容】
[0004]本发明提出的是一种景观塔型水体曝气和生物净化装置及净化方法，其目的旨在克服现有技术所存在的人工湿地水体中溶解氧浓度低，污水净化处理效果不理想等缺陷，进一步提高及增加景观的需求，本发明利用塔型的独特结构，将水体曝气及生物净化有机结合，在有效净化污水提高水质的同时，增加了视觉美感。
[0005]本发明的技术解决方案:景观塔型水体曝气和生物净化装置，其特征是塔型结构，包括出水孔，溢流池，出水渠，其中溢流池的中央是出水孔，出水渠与出水孔相通；所述的溢流池的外围设有若干层功能层，每个功能层内包括生物球净化区、景观水生植物区，其中景观水生植物区设在生物球净化区的外围，溢流池的一端连接输水管，输水管的另一端上安装水泵。
[0006]本发明的优点:不仅通过自由跌水提高了污水中溶氧浓度，而且增加了生物强化处理的功能，明显提高人工湿地的处理效率、污水厂出水的水质。与现行的一些技术相比，具有如下优点:1)水体增氧效率高，本发明利用塔型结构，在层与层之间自由跌水曝气，使水体充分增氧，为污水的进一步处理净化创造了有利条件。
[0007]2)水体净化能力较强，污水在导流板的作用下，与装置内的生物球充分接触，生物球上的微生物在此过程中一定程度去除了污水中的有机物、氮、磷等物质。
[0008]3)景观美感效果好，本发明不仅没有破坏人工湿地的景观功能，而且还增加了人工湿地及污水厂的景观效果。
[0009]4)对水质、水量变化适应性强，若进水水质污染浓度较高或出水水质要求提高可增加塔型结构的级数，若污水水量增加较多，可构建多个装置以并联的形式来满足水量要求。
[0010]5)结构简单、建设成本低、维修方便。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]附图1是景观塔型水体曝气和生物净化装置的立体示意图。
[0012]附图2是景观塔型水体曝气 和生物净化装置的俯视示意图。
[0013]附图3是景观塔型水体曝气和生物净化装置的正视示意图。
[0014]附图4是景观塔型水体曝气和生物净化装置整体剖面结构示意及水流方向图。
[0015]附图5是景观塔型水体曝气和生物净化装置局部剖面结构细节图。
[0016]图中I是出水孔，2是溢流池，3是生物球净化区，4是景观水生植物区，5是出水渠，6是水泵，7是输水管，8是水生植物，9是基质，10是生物球，11是单层出水堰，12是a导流板，13是b导流板，14是c导流板，15是d导流板，16是单层底部出水堰。
【具体实施方式】
[0017]对照附图1、2、3，景观塔型水体曝气和生物净化装置，其结构是塔型结构，包括出水孔1，溢流池2，出水渠5，其中溢流池2的中央是出水孔1，出水渠5与出水孔I相通；所述的溢流池2的外围设有若干层功能层，每个功能层内包括生物球净化区3、景观水生植物区4，其中景观水生植物区4设在生物球净化区3的外围。
[0018]对照附图4，水生植物区内装有基质9，基质9上有水生植物8，生物球净化区内装生物球10，溢流池2的一端连接输水管7，输水管7的另一端上安装水泵6。
[0019]对照附图5，生物球净化区内装有a导流板12，b导流板13，c导流板14，d导流板15，导流板间是生物球。为辅助导流板对污水在纵向上进行导流，以使污水与生物球充分接触，单层底部出水堰16设计为斜面结构，与水平面的夹角度数为3°~5° ；
所述的塔型结构:其四周围墙采用砾石和水泥进行构建，高度为5(Tl00cm，厚度为l(Tl5cm，在围挡污水的同时，兼具美观效果。底部采用钢筋混凝土进行构建，厚度为8~12cm。根据具体的进水水质及出水水质要求设置不同的层数和尺寸，同时还可以根据景观需要和地形条件设计为圆形、椭圆形，矩形等形状，该处以圆形为例。
[0020]所述的溢流池2:为满足水量调节和出水量的要求，及美观的需要，要求半径和高度相等(R=H);高为5(Tl00cm ;半径为5(Tl00cm。
[0021]所述的功能层:其包括生物球净化区3和景观水生植物区4 ;深度为5(Tl00Cm。
[0022]所述的生物球净化区3:其宽度为13(T230cm ;内部设置4个纵向导流板，其中a导流板12高度高于b导流板13，b导流板13高度高于d导流板15，c导流板14的高度高于b导流板13和d导流板15的高度；d导流板15的高度高于单层底部出水堰16。
[0023]生物球10由聚烯烃塑料制成球形的聚烯烃塑料骨架与以醛化纤纶为材料的软性纤维填料构成，其比表面积范围为250(T4000m2/m3，密度为3.5~7kg/m3，生物球净化球直径为5cm。
[0024]所述的景观水生植物区4:宽度为2(T30cm ;主要种植一些观赏性的水生植物。
[0025]所述的出水渠5:宽度为5(Tl00cm，深度为2(T50cm，其中可以喂养一些观赏性的鱼类，以提高整个装置的视觉美感。
[0026]所述的水泵6和输水管7:根据现行设计规范和设计手册确定具体的型号、管径和
管材等。
[0027]景观塔型水体曝气和生物净化流程，包括如下步骤:
1)污水(来自人工湿地或者污水处理厂尾水)由水泵6提升，经输水管7输送至溢流池
2；
2)在溢流池2灌满之后，污水将以跌水的方式进入本装置的第一功能层；
3)在a导流板12，b导流板13，c导流板14，d导流板15的作用下，污水将与生物球净化区3的生物球10充分接触；
4)在此接触过程中，生物球10上附着的生物膜一定程度的去除污水中的有机物、氮、磷物质；
5)然后污水流经景观水生植物区4后跌水曝气增氧至下一功能层，以此往复，最终进入人工湿地或出水渠中。
[0028]经过以上过程，污水中有机物、氮、磷等物质得到了一定去除，污水得到了充分的曝气增氧，减轻了后续人工湿地水体净化的负荷，同时降低了出水对自然水体的污染。
[0029]为保证出水水质，污水在本装置内的水利停留时间(HRT)至少为6分钟。
实施例
[0030]在苏南某农村污水处理厂进行中试，日处理量为500吨，该景观塔型水体曝气和生物净化装置采用的是三层圆形塔型结构，具体尺寸如下:溢流池高为0.25m，半径为
0.25m，功能层的宽度为1.0m，深度为0.5m，其中生物球净化区宽度为0.8m，景观水生植物区宽度为0.2m，水生植物选用水葱、千屈菜等。
[0031]在本实例的条件下，在10天的运行后，景观塔型水体曝气和生物净化装置达到稳定状态，进出水主要污染指标浓度见下表，由实例数据可知水体中溶解氧浓度明显提高，基本达到对应温度饱和溶解氧浓度；污水厂尾水中的C0D&的去除率可达到36.4%，TN、NH3-N的去除率也可达到30%以上，TP的去除率在20%左右；出水水质明显优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 189182002 一级A排放标准。
[0032]表1进出水水质对照表
【权利要求】
1.景观塔型水体曝气和生物净化装置，其特征是塔型结构，包括出水孔，溢流池，出水渠，其中溢流池的中央是出水孔，出水渠与出水孔相通；所述的溢流池的外围设有若干层功能层，每个功能层内包括生物球净化区、景观水生植物区，其中景观水生植物区设在生物球净化区的外围，溢流池的一端连接输水管，输水管的另一端上安装水泵。
2.根据权利要求1所述的景观塔型水体曝气和生物净化装置，其特征是所述的水生植物区内装有基质，基质上有水生植物，生物球净化区内装生物球。
3.根据权利要求1所述的景观塔型水体曝气和生物净化装置，其特征是所述的生物球净化区内装有a导流板，b导流板，c导流板，d导流板，各导流板间是生物球。
4.根据权利要求1所述的景观塔型水体曝气和生物净化装置，其特征是所述的塔型结构:其四周围墙采用砾石和水泥进行构建，高度为5(Tl00cm，厚度为l(Tl5cm，底部采用钢筋混凝土进行构建，厚度为8~12cm ;同时还可以根据景观需要和地形条件设计为圆形、椭圆形，矩形。
5.根据权利要求3所述的景观塔型水体曝气和生物净化装置，其特征是所述的导流板对污水在纵向上进行导流，以使污水与生物球充分接触，单层底部出水堰设计为斜面结构，与水平面的夹角度数为3°~5°。
6.根据权利要求1所述的景观塔型水体曝气和生物净化装置，其特征是所述的溢流池:半径和高度相等，R=H ;高为5(Tl00cm ;半径为5(Tl00cm。
7.根据权利要求1所述的景观塔型水体曝气和生物净化装置，其特征是所述的生物球净化区和景观水生植物区；深度为5(Tl00cm，景观水生植物区的宽度为2(T30cm，出水渠的宽度为5(Tl00cm，深度为2(T50cm。
8.根据权利要求1所述的景观塔型水体曝气和生物净化装置，其特征是所述的生物球净化区:其宽度为13(T230cm;内部设置4个纵向导流板，其中a导流板高度高于b导流板，b导流板高度高于d导流板，c导流板的高度高于b导流板和d导流板的高度；d导流板的高度高于单层底部出水堰。
9.根据权利要求1所述的景观塔型水体曝气和生物净化装置，其特征是所述的生物球由聚烯烃塑料制成球形的聚烯烃塑料骨架与以醛化纤纶为材料的软性纤维填料构成，其比表面积范围为250(T4000m2/m3，密度为3.5~7kg/m3，生物球净化球直径为5cm。
10.如权利要求1的景观塔型水体曝气和生物净化流程，其特征是包括如下步骤: 1)来自人工湿地或者污水处理厂尾水的污水由水泵提升，经输水管输送至溢流池； 2)在溢流池灌满之后，污水将以跌水的方式进入本装置的第一功能层； 3)在a导流板，b导流板，c导流板，d导流板的作用下，污水将与生物球净化区的生物球分接触； 4)在此接触过程中，生物球上附着的生物膜去除污水中的有机物、氮、磷等物质； 5)然后污水流经景观水生植物区后跌水曝气增氧至下一功能层，以此往复，最终进入人工湿地或出水渠中； 6)为保证出水水质,污水在本装置内的停留时间HRT至少为6分钟。
【文档编号】C02F3/34GK103833138SQ201410068263
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年2月27日 优先权日:2014年2月27日
【发明者】王沛芳, 王超, 钱进, 侯俊, 范秀磊 申请人:河海大学