一种基于生态水处理耦合地热能的废水处理系统及方法与流程

【技术领域】

本发明属于水处理技术领域，涉及一种基于生态水处理耦合地热能的废水处理系统及方法。

背景技术：

目前乡村污水排放量大，废水处置率低。农村废水未经无害化处置的直接排放具有很大的危害，如恶化农村地区的环境状况，引发地下水及水源地污染、土地的二次污染；农村废水的粪便、尿液中富含有机质，容易滋生蚊、蝇等疾病媒介，造成疾病传播；影响农民群众的生活环境状况，对农民群众的身体健康带来严重威胁。

目前农村废水常用处置方法主要为两类：1)以高耗能活性污泥法为核心的处置技术，包括sbr、a/o、氧化沟等；2)以生态处置技术为核心的处置技术，包括人工湿地、快速渗滤系统、生物塘等；我国农村废水处置目前以人工充氧、高耗能的活性污泥法为主，技术份额约占到82％。

现有农村废水处置方法存在以下几个主要缺点：1)农村废水处置设备运行费用高、技术要求高、设备操作难度大、设备空置率较高，造成环境污染及资源浪费；2)北方地区农村废水冬季处理效果变差，特别是生态处理系统(如人工湿地)受温度影响大、造成出水水质不达标。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于生态水处理耦合地热能的废水处理系统及方法，通过模拟自然生态处理系统，结合浅层地热能、生物膜技术和人工强化充氧实现乡村废水的无害化处置；2)以生态设计为指导构建完整的自然生态群落结构和生态环境系统，为水生、湿生和陆生动植物提供了良好的生存的环境，维护生物多样性和生态平衡，改善和提升区域的整体生态环境质量；3)借鉴园林景观设计，实现生态水处置系统的景观设计，助力美丽乡村建设。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于生态水处理耦合地热能的废水处理系统，包括依次连接的机械格栅同浅层地热能、三格式化粪池、调节池、表流人工湿地、生物碳池、生物稳定塘以及缓存池；

鼓风机分别与表流人工湿地和生物稳定塘连接；三格式化粪池的末端池体中设置生物填料；表流人工湿地内种植挺水植物；生物稳定塘内种植沉水植物、景植以及漂浮植物。

一种基于生态水处理耦合地热能的废水处理方法，包括以下步骤：

步骤1：生活废水通过机械格栅对悬浮物进行去除，然后进入三格式化粪池进行水解酸化；

步骤2：经过三格式化粪池处理后的生活废水依次进入调节池和表流人工湿地；

步骤3；经过表流人工湿地处理后的生活废水依次进入生物碳池以及生物稳定塘进行无害化处理后，进行农业灌溉。

进一步的，三格式化粪池与浅层地热能连接，在冬季时利用浅层地热能对废水进行加热，保证冬季废水温度大于16℃。

进一步的，生物碳池采用活化后生物质为填料，对表流人工湿地出水提供生物碳源。

进一步的，三格式化粪池为废水的预处理，对废水进行无害化处置，底部无害化后产生的固体淤泥用于堆肥和农用，实现资源化处置；在厌氧条件下，对废水进行发酵水解；三格式化粪池末端池体中设置生物填料，用于提高三格式化粪池中水解酸化菌的生物量。

进一步的，表流人工湿地连接鼓风机，在原水有机污染物或氨氮浓度增高时，启动鼓风机进行人工输氧。

进一步的，生物碳池由生物质为缓释碳源。

进一步的，生态稳定塘由上而下由好氧层、兼氧层、厌氧层构成，完成对氨氮、有机物的深度处理。

进一步的，生态稳定塘由上而下设置挺水植物、浮叶植物、沉水植物、浮游生物及鱼类，构建生态链。

进一步的，缓存池内设有挡板，并采用次氯酸钠对生活废水进行杀菌、消毒。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明以自然生态处置系统为核心的组合废水处置工艺，无动力或微动力运行、技术要求低、运行费用低、对废水进行达标处置，满足国家一级a排放标准，实现无害化处置；采用地热能对生态处置系统提供热量，确保冬季出水达标排放，具有良好的环保效益；废水生态处置系统以生态设计为原则，构建完整的自然生态群落结构和生态环境系统，为水生、湿生和陆生动植物提供了良好的生存的环境，维护生物多样性和生态平衡，改善和提升区域的整体生态环境质量。是一种处理效率高效稳定、运行成本低、操作要求低、具有良好的环境效益和生态效益的乡村废水处置工艺。

【附图说明】

图1为本发明系统的整体结构示意图。

其中：1-机械格栅；2-浅层地热能；3-三格式化粪池；4-调节池；5-表流人工湿地；6-生物碳池；7-生物稳定塘；8-缓存池；9-沉水植物；10-景植；11-漂浮植物；12-耐污型挺水植物；13-鼓风机；14-生物填料。

【具体实施方式】

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。

本发明公开的上下文中，当将一层/元件称作位于另一层/元件“上”时，该层/元件可以直接位于该另一层/元件上，或者它们之间可以存在居中层/元件。另外，如果在一种朝向中一层/元件位于另一层/元件“上”，那么当调转朝向时，该层/元件可以位于该另一层/元件“下”。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明基于生态水处理耦合地热能的废水处理系统，包括机械格栅1、浅层地热能2、三格式化粪池3、调节池4、表流人工湿地5、生物碳池6、生物稳定塘7、缓存池8、沉水植物9、景植10、漂浮植物11、耐污型挺水植物12、鼓风机13以及生物填料14；

机械格栅1同浅层地热能2、三格式化粪池3、调节池4、表流人工湿地5、生物碳池6、生物稳定塘7、缓存池8依次连接；鼓风机13同表流人工湿地5、生物稳定塘7连接；三格式化粪池3末端池体中增设生物填料14；表流人工湿地5种植的为耐污型挺水植物12；生物稳定塘7内植物包括沉水植物9、景植10、漂浮植物11；

乡村生活废水依次进入机械格栅1、三格式化粪池3、调节池4、表流人工湿地5、生物碳池6、生物稳定塘7经无害化处置后进行资源化利用，用于农业灌溉；

乡村生活废水于机械格栅1对树叶、果树等较大悬浮进行去除，废水进入三格式化粪池3进行水解酸化，之后进入后续水生态处置系统，机械格栅、三格式化粪池产生的的固废，进入堆肥进行堆肥处置；

三格式化粪池3同浅层地热能2连接，在北方冬季时利用浅层地热能对废水进行加热，保证北方冬季废水温度大于16℃；三格式化粪池3为废水的预处理，对农村废水含有的病原菌、支原体等疾病传染源进行发酵灭活，实现对农村废水的无害化处置，底部无害化后产生的固体淤泥用于堆肥和农用，实现资源化处置；在厌氧条件下，对乡村废水进行发酵水解，提高废水的生化性，减少了后续水处理系统的处理负荷及投资成本，提高了水处理系统的稳定性及处理效率。三格式化粪池3末端池体中增设生物填料14，提高了三格式化粪池中水解酸化菌的生物量，利于水解酸化反应的进行。

表流人工湿地5通过耐污型挺水植物12及大气赋氧，保证表流人工湿地5的好氧环境；表流人工湿地5同鼓风机13在原水有机污染物或氨氮浓度突然增高时，人工输氧，强化对氨氮及有机污染物的去除效果。

生物碳池6采用活化后生物质为填料，对表流人工湿地5出水提供生物碳源，强化对氮的去除。农村生活废水有机污染物在自然复氧的表流人工湿地系统予以去除，氨态氮氧化为硝态氮，废水经由碳池，对废水中bod予以补充，在生态稳定塘进行反硝化处置，予以脱氮，生物碳池6的引入确保了水处理系统对氮的去处效率。生物碳池6由生物质(酸化处理后的树枝及秸秆等)为缓释碳源，较投加甲醇等化工碳源，具有良好的经济效益，无二次污染。

生态稳定塘7由上而下由好氧层、兼氧层、厌氧层构成，完成对氨氮、有机物的深度处理，确保出水满足国家一级a排放标准。生态稳定塘7生态结构复杂，物种多样性高，有沉水植物群落-浮叶植物群落-挺水植物群落-湿生植物群落的群落物种演替系列，还有多种动植物、微生物及其组成的群落，构成了复杂的生态系统和丰富的生态景观。生态稳定塘7由上而下由挺水植物、浮叶植物、沉水植物、浮游生物及鱼类构成，构建完整的生态链，生态稳定塘7具有持续稳定的经济类生物量(经济作物、鱼类等)输出及经济效益。

生物稳定塘同立体渔业养殖、生态公园相结合，生态公园同文娱教育结合；生物稳定塘出水用于农业灌溉，生物稳定塘内实现渔业的立体养殖，实现生物稳定塘占地的集约利用，提高土地利用率。

缓存池8内设有挡板，并采用次氯酸钠对废水进行进一步杀菌、消毒。

本发明还公开了基于上述的一种基于生态水处理耦合地热能的废水处理方法，包括以下步骤：

1)乡村生活废水于机械格栅对树叶、果树等较大悬浮进行去除，废水进入三格式化粪池进行水解酸化，之后进入后续水生态处置系统，机械格栅、三格式化粪池产生的的固废进入堆肥进行堆肥处置；

2)三格式化粪池同浅层地热能连接，在北方冬季时利用浅层地热能对废水进行加热，保证北方冬季废水温度大于16℃；三格式化粪池为废水的预处理，对农村废水含有的病原菌、支原体等疾病传染源进行发酵灭活，实现对农村废水的无害化处置，底部无害化后的固体淤泥用于堆肥和农用，实现资源化处置；在厌氧条件下，对乡村废水进行发酵水解，提高废水的生化性，减少了后续水处理系统的处理负荷及投资成本，提高了水处理系统的稳定性及处理效率。

3)农村生活废水有机污染物在自然复氧的表流人工湿地系统予以去除，氨态氮氧化为硝态氮，废水经由碳池，对废水中bod予以补充，在生态稳定塘进行反硝化处置，予以脱氮，生物碳池的引入确保了水处理系统对氮的去处效率；生物碳池由生物质(酸化处理后的树枝及秸秆等)为缓释碳源，较投加甲醇等化工碳源，具有良好的经济效益，无二次污染。

4)生态稳定塘由上而下由好氧层、兼氧层、厌氧层构成，完成对氨氮、有机物的深度处理，确保出水满足国家一级a排放标准；生态稳定塘，生态结构复杂，物种多样性高，有沉水植物群落-浮叶植物群落-挺水植物群落-湿生植物群落的群落物种演替系列，还有多种动植物、微生物及其组成的群落，构成了复杂的生态系统和丰富的生态景观；生态稳定塘由上而下由挺水植物、浮叶植物、沉水植物、浮游生物及鱼类构成，构建完整的生态链，赋予生态稳定塘持续稳定的经济类生物量(经济作物、鱼类等)输出及经济效益。

本发明还具有以下优点

(1)以自然生态处置系统为核心的组合废水处置工艺，无动力或微动力运行、技术要求低、运行费用低、对废水进行达标处置，满足国家一级a排放标准，实现无害化处置；采用地热能对生态处置系统提供热量，确保冬季出水达标排放，具有良好的环保效益；

(2)废水生态处置系统构了建完整的自然生态群落结构和生态环境系统，为水生、湿生和陆生动植物提供了良好的生存的环境，维护生物多样性和生态平衡，改善和提升区域的整体生态环境质量。

本发明是一种处理效率高效稳定、运行成本低、操作要求低、具有良好的环境、生态效益的公园式乡村废水处置系统。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。