一种地表漫流生物处理系统和处理方法
【专利摘要】一种地表漫流生物处理系统，主要由无动力生物转盘-生物滤池一体化装置、地表漫流人工湿地和纳米曝气消融装置组成。本发明还公开了利用上述系统进行污水处理的方法。
【专利说明】一种地表漫流生物处理系统和处理方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种地表漫流生物处理系统，具体地涉及一种防止人工湿地污水处理 装置堵塞并深度处理的系统。
[0002] 本发明还涉及利用上述系统处理污水的方法。
【背景技术】
[0003] 地表漫流用喷洒或自流等方式将废水有控制地排放到土地上，地面上通常播种植 物以供微生物栖息和防止土壤被冲刷流失。污水顺坡流下，一部分渗入土壤中，有少量蒸发 掉，其余流入汇集沟。污水在流动过程中，悬浮固体被滤掉，有机物被草上和土壤表层中的 微生物氧化降解，并促进植物的生长，这种方法主要用于处理高浓度的有机废水，如罐头厂 的废水和城市污水。
[0004] 地表漫流人工湿地净化效能废水中的污染物在土地处理系统中是通过许多种过 程去除的，包括土壤的过滤截留、物理和化学的吸附、化学分解和沉淀、植物和微生物的摄 取、微生物氧化降解以及蒸发等。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种地表漫流生物处理系统。
[0006] 本发明的又一目的在于提供一种利用上述系统处理污水的方法。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供的地表漫流生物处理系统，主要由无动力生物转 盘-生物滤池一体化装置、地表漫流人工湿地和纳米曝气消融装置组成；其中：
[0008] 无动力生物转盘-生物滤池一体化装置包括有高位水箱；
[0009] 无动力水车与一水车齿轮同轴，该水车齿轮的周边设有水斗，水斗位于高位水箱 的出水口；
[0010] 无动力生物转盘-生物滤池一体化装置的接触反应槽内设置有多组排列的生物 转盘，每组生物转盘均是由多个生物转盘固定在一钢轴上，各钢轴的两端固定在接触反应 槽内的内壁上，各钢轴的同一端上穿设一齿轮，由多个齿轮依序排列并相互咬合形成齿轮 链，在齿轮链上铺设一条链轮以对多个齿轮起定位作用；
[0011] 水车齿轮通过一传动轴与齿轮链相连接，由无动力水车旋转带动水车齿轮旋转， 进而带动齿轮链旋转，齿轮链上的各个齿轮分别使同轴的生物转盘在接触反应槽内内旋 转；
[0012] 多组生物转盘之间利用墙体分为两区，接触反应槽内的底部铺有流动型分子筛填 料；生物转盘的下部浸在接触反应槽内的水面下；
[0013] 无动力生物转盘-生物滤池一体化装置的出水通往地表漫流人工湿地；
[0014] 地表漫流人工湿地水平地分为，自上而下地依次为漫流区、过滤区和导水区；地表 漫流人工湿地的出水通往纳米曝气消融装置；
[0015] 纳米曝气消融装置的底部开设有排泥口，内部位于排泥口上方设置有纳米曝气 盘。
[0016] 所述的地表漫流生物处理系统，其中，生物转盘为饼状中空铁笼状，饼状中空铁笼 由圆形铁板焊接六条铁片作为骨架，骨架一侧焊接一圆形网板，两片骨架平行布置，之间依 靠网板弯曲成圆形连接。横轴与铁笼采用六边形固定，以强化其连接刚度，内部填充有聚乙 烯球，聚乙烯球为内部中空，球体表面布满方形孔，聚乙烯球内部填充有轻质颗粒分子筛填 料，轻质颗粒分子筛填料的填充量为聚乙烯球内部空间的70%。
[0017] 所述的地表漫流生物处理系统，其中，地表漫流人工湿地内漫流区所用土壤为透 水性差的弗罗里硅藻土和粘质土壤，弗罗里硅藻土内混入体积比30%的粗砂。
[0018] 所述的地表漫流生物处理系统，其中，地表漫流人工湿地内的漫流区具有1?5% 的，使污水能顺坡度成片地缓慢流动。
[0019] 所述的地表漫流生物处理系统，其中，地表漫流人工湿地内表面相间地种植有草 本植物和木本植物。
[0020] 所述的地表漫流生物处理系统，其中，纳米曝气消融装置内的纳米曝气盘与一纳 米曝气机连接。
[0021] 本发明提供的利用上述地表漫流生物处理系统处理污水的方法：
[0022] 待处理污水自高位水箱处垂撒冲击无动力水车，由水车齿轮带动生物转盘转动， 生物转盘中分子筛填料上的生物膜吸附废水中的有机物，使微生物获得营养，生物转盘转 出水面时，生物膜及其带动的水膜又从大气中直接吸收氧气，如此循环反复进行好氧生物 处理，废水中的有机物在需氧微生物的作用下得到氧化分解，氨氮及有机氮氧化成为硝基 氮，进而在接触反应槽内缺氧环境中进行反硝化，将污水中氮素有效脱除；生物转盘工作 时，生物转盘上方与空气接触，其内部的分子筛填料上氨氮氧化为硝氮溶出，转动入污水内 部，再次吸附氨氮，并在反硝化过程中消耗污水内有机物，周而复始处理污水，污水中的磷 也积累在生物转盘的生物膜中，生物膜会因老化不断地自行脱落，在接触反应槽中沉淀下 来，并定期排出至地表漫流土渗系统；
[0023] 在地表漫流土渗系统内，废水中的病原微生物进入土壤，在其氧化降解过程中捕 食病原菌、病毒，废水经过土壤过滤后去除其中的细菌和病毒。
[0024] 所述的方法，其中，纳米曝气消融装置内的水力停留时间超过lOmin。
[0025] 所述的方法，其中，纳米曝气消融装置的进气为03，通过纳米曝气大量获得羟基自 由基。
[0026] 所述的方法，其中，地表漫流人工湿地的出水同时回流至无动力生物转盘-生物 滤池一体化装置进水，调节水质并刺激微生物生长过程分泌次生物质。
[0027] 本发明使用高位水箱进水，待处理污水自高处垂撒冲击水车，利用齿轮咬合及长 力矩杠杆原理带动生物转盘转动，生物转盘的表面生物膜吸附废水中的有机物，微生物获 得营养，转出水面时，生物膜及其带动的水膜又从大气中直接吸收氧气，如此循环反复进行 好氧生物处理，废水中的有机物在需氧微生物的作用下得到氧化分解，氨氮及有机氮氧化 成为硝基氮，进而在缺氧环境中进行反硝化，将污水中氮素有效脱除。生物转盘工作时，转 盘上方与空气接触，其内部分子筛内氨氮氧化为硝氮溶出，转动入污水内部，再次吸附氨 氮，并在反硝化过程中消耗污水内有机物，周而复始处理污水。污水中的磷也积累在转盘生 物膜中，转盘中分子筛上的生物膜会因老化不断地自行脱落，并定期排出至下一步地表漫 流土渗系统。在地表漫流土渗系统内，废水中的病原微生物进入土壤，便面临竞争环境，这 里氧气充足，需氧微生物活跃，在其氧化降解过程中要捕食病原菌、病毒，废水经过一米至 几米厚的土壤过滤，其中的细菌和病毒几乎可以全部去除掉，仅在地表上层1厘米的土壤 中微生物的去除率就高达92?97%，使出水病原微生物生存期短，残留率小。
【专利附图】
【附图说明】
[0028] 图1是本发明地表漫流生物处理系统的结构示意图。
[0029] 附图中主要组件符号说明：
[0030] 1高位水箱；2无动力生物转盘-生物滤池一体化装置；2A接触反应槽；3生物转 盘；4墙体；5钢轴；6植物系统；7漫流区；8地表漫流人工湿地；9导气管；10纳米曝气消融 装置；11排泥口； 12纳米曝气盘；13转子流量计；14纳米曝气机；15液压泵；16导水区；17 过滤区；18齿轮链；18A链轮；19传动轴；20水斗；21无动力水车；22水车齿轮。
【具体实施方式】
[0031] 本发明的地表漫流生物处理系统如图1所示，主要是由无动力生物转盘-生物滤 池一体化装置、地表漫流人工湿地和纳米曝气消融装置组成；其中：
[0032] 无动力生物转盘-生物滤池一体化装置2包括有高位水箱1，管道将所有产生的污 水输送至高位水箱1，高位水箱排出的污水正对无动力水车21，污水自高位水箱排水阀落 入下方无动力水车的水斗20中，利用重力势能转化为动能推动无动力水车21旋转。
[0033] 无动力水车21与一水车齿轮22同轴，该水车齿轮22的周边设有水斗20,水斗20 位于高位水箱1的出水口。无动力生物转盘-生物滤池一体化装置2的接触反应槽内2A 内设置有多组排列的生物转盘3,每组生物转盘3均是由多个生物转盘固定在一钢轴5上， 各钢轴5的两端固定在接触反应槽内2A的内壁上，各钢轴5的同一端上穿设一齿轮，由多 个齿轮依序排列并相互咬合形成齿轮链18,在齿轮链18上铺设一条链轮18A以对多个齿轮 起定位作用。无动力生物转盘-生物滤池一体化装置内的生物转盘有30-45%的面积浸在 接触反应槽内2A内的水面下。
[0034] 生物转盘为饼状中空铁笼组成，饼状中空铁笼是由圆形铁板焊接六条铁片作为骨 架，骨架一侧焊接一圆形网板，两片骨架平行布置，之间依靠网板弯曲成圆形连接。横轴与 铁笼采用六边形固定，以强化其连接刚度。铁笼内部填充满聚乙烯球，聚乙烯球内部中空， 球体表面布满方形孔，内部填充轻质颗粒分子筛填料，轻质颗粒分子筛填料的填充量为聚 乙烯球内部空间的70%，以保证生物转盘转动过程中，由于聚乙烯球的流动性，使聚乙烯球 内部的分子筛填料不规则碰撞，表面生物膜在撞击摩擦作用下脱落。这一结构在氧气的传 质过程中有重要意义，且有利于生物膜内层微生物直接从液相中得到基质。
[0035] 水车齿轮22通过一传动轴19与齿轮链18相连接，由无动力水车21旋转带动水 车齿轮22旋转，进而带动齿轮链18旋转，齿轮链18上的各个齿轮分别使与同轴的生物转 盘3在接触反应槽内2A内旋转。
[0036] 多组生物转盘3之间利用墙体4分为两区，接触反应槽内2A的底部铺有流动型分 子筛填料。
[0037] 生活污水中氨氮浓度约为80mg/L，会产生生物毒性，接触反应槽2A的底部及生物 转盘内部填充的分子筛填料有巨大的比表面积以及强吸附性，吸附污水中的氨氮等污染物 质，抑制污水生物毒性以提高污水生物处理效果，经过生物转盘内分子筛填料的吸附，氨氮 浓度可低于40mg/L，更适宜生物处理过程中微生物的生长。
[0038] 无动力生物转盘-生物滤池一体化装置2的出水通往地表漫流人工湿地8。
[0039] 地表漫流人工湿地8水平地分为漫流区7、过滤区17和导水区16三层。其中，漫 流区7内填充厚度为700_的粘土层，为透水性差的弗罗里硅藻土和粘质土壤，弗罗里硅藻 土内混入体积比30%的粗砂。漫流区7内种植有植物系统，采用草本植物（如美人蕉）、木 本植物（如小叶黄杨）相间，草本及木本植物根系错综盘结，缠绕在湿地漫流区内，具有景 观效果的同时提高处理效果。过滤区17内铺设两层土工布，土工布间夹一层粗孔隙无纺 布，防止漫流区水土流失；导水区16对处理后污水进行疏导处理，更利于处理后污水的排 出。地表漫流人工湿地内漫流区应平坦并有均匀而适宜的坡度（1?5% )，使污水能顺坡 度成片地缓慢流动。
[0040] 地表漫流人工湿地8的出水通往纳米曝气消融装置10。纳米曝气消融装置10的 底部开设有排泥口 11，内部位于排泥口 11上方设置有纳米曝气盘12,纳米曝气盘12与一 纳米曝气机14连接，进气为03，通过纳米曝气大量获得羟基自由基。曝气的气泡均匀混入 污水中，在高温纳米曝气的情况下对污水进行纳米曝气处理。污水中细小絮体随纳米气泡 上浮，通过气浮原理以除沫装置去除，污水中残留难降解有机化合物在纳米曝气高级氧化 的作用下分解、消融，病原菌和微生物被灭活，污水的透明度、色度也有所提高。纳米曝气消 融装置内的水力停留时间最好超过l〇min。地表漫流人工湿地的部分出水同时回流至无动 力生物转盘-生物滤池一体化装置进水，调节水质并刺激微生物生长过程分泌次生物质。
[0041] 根据本发明的一个实施例，本发明将地表漫流处理效果提升5倍，能耗缩减70%， 对于痕量有机物处理率高达100%。
【权利要求】
1. 一种地表漫流生物处理系统，主要由无动力生物转盘-生物滤池一体化装置、地表 漫流人工湿地和纳米曝气消融装置组成；其中： 无动力生物转盘-生物滤池一体化装置包括有高位水箱； 无动力水车与一水车齿轮同轴，该水车齿轮的周边设有水斗，水斗位于高位水箱的出 水口； 无动力生物转盘-生物滤池一体化装置的接触反应槽内设置有多组排列的生物转盘， 每组生物转盘均是由多个生物转盘固定在一钢轴上，各钢轴的两端固定在接触反应槽内的 内壁上，各钢轴的同一端上穿设一齿轮，由多个齿轮依序排列并相互咬合形成齿轮链，在齿 轮链上铺设一条链轮以对多个齿轮起定位作用； 水车齿轮通过一传动轴与齿轮链相连接，由无动力水车旋转带动水车齿轮旋转，进而 带动齿轮链旋转，齿轮链上的各个齿轮分别使同轴的生物转盘在接触反应槽内内旋转； 多组生物转盘之间利用墙体分为两区，接触反应槽内的底部铺有流动型分子筛填料； 生物转盘的下部浸在接触反应槽内的水面下； 无动力生物转盘-生物滤池一体化装置的出水通往地表漫流人工湿地； 地表漫流人工湿地水平地分为，自上而下地依次为漫流区、过滤区和导水区；地表漫流 人工湿地的出水通往纳米曝气消融装置； 纳米曝气消融装置的底部开设有排泥口，内部位于排泥口上方设置有纳米曝气盘。
2. 根据权利要求1所述的地表漫流生物处理系统，其中，生物转盘为饼状中空铁笼状， 饼状中空铁笼由圆形铁板焊接六条铁片作为骨架，骨架一侧焊接一圆形网板，两片骨架平 行布置，之间依靠网板弯曲成圆形连接。横轴与铁笼采用六边形固定，以强化其连接刚度， 内部填充有聚乙烯球，聚乙烯球为内部中空，球体表面布满方形孔，聚乙烯球内部填充有轻 质颗粒分子筛填料，轻质颗粒分子筛填料的填充量为聚乙烯球内部空间的70%。
3. 根据权利要求1所述的地表漫流生物处理系统，其中，地表漫流人工湿地内漫流区 所用土壤为透水性差的弗罗里硅藻土和粘质土壤，弗罗里硅藻土内混入体积比30%的粗 砂。
4. 根据权利要求1所述的地表漫流生物处理系统，其中，地表漫流人工湿地内的漫流 区具有1?5%的，使污水能顺坡度成片地缓慢流动。
5. 根据权利要求1所述的地表漫流生物处理系统，其中，地表漫流人工湿地内表面相 间地种植有草本植物和木本植物。
6. 根据权利要求1所述的地表漫流生物处理系统，其中，纳米曝气消融装置内的纳米 曝气盘与一纳米曝气机连接。
7. 利用根据权利要求1所述地表漫流生物处理系统处理污水的方法： 待处理污水自高位水箱处垂撒冲击无动力水车，由水车齿轮带动生物转盘转动，生物 转盘中分子筛填料上的生物膜吸附废水中的有机物，使微生物获得营养，生物转盘转出水 面时，生物膜及其带动的水膜又从大气中直接吸收氧气，如此循环反复进行好氧生物处理， 废水中的有机物在需氧微生物的作用下得到氧化分解，氨氮及有机氮氧化成为硝基氮，进 而在接触反应槽内缺氧环境中进行反硝化，将污水中氮素有效脱除；生物转盘工作时，生物 转盘上方与空气接触，其内部的分子筛填料上氨氮氧化为硝氮溶出，转动入污水内部，再次 吸附氨氮，并在反硝化过程中消耗污水内有机物，周而复始处理污水，污水中的磷也积累在 生物转盘的生物膜中，生物膜会因老化不断地自行脱落，在接触反应槽中沉淀下来，并定期 排出至地表漫流土渗系统； 在地表漫流土渗系统内，废水中的病原微生物进入土壤，在其氧化降解过程中捕食病 原菌、病毒，废水经过土壤过滤后去除其中的细菌和病毒。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，纳米曝气消融装置内的水力停留时间超过 10min〇
9. 根据权利要求7所述的方法，其中，纳米曝气消融装置的进气为03，通过纳米曝气大 量获得羟基自由基。
10. 根据权利要求7所述的方法，其中，地表漫流人工湿地的出水同时回流至无动力生 物转盘-生物滤池一体化装置进水，调节水质并刺激微生物生长过程分泌次生物质。
【文档编号】C02F3/32GK104150595SQ201410360015
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年7月25日 优先权日:2014年7月25日
【发明者】张列宇, 王雷, 席北斗 申请人:张列宇