公布日：2023.12.22
申请日：2023.10.20
分类号：C02F3/30(2023.01)I;C02F3/32(2023.01)I;C02F101/16(2006.01)N;C02F101/10(2006.01)N
摘要
本发明涉及一种生物与生态耦合脱氮的污水处理系统，包括依次连接的生化池、沉淀装置和生态处理装置，生化池的内部设有缺氧区，外部设有过渡区和好氧区，缺氧区的底部连通过渡区，过渡区通过汽提管连接好氧区，用于对污水进行生化处理；好氧区的出口连接沉淀装置，沉淀装置底部排出的污泥能回流至缺氧区，沉淀装置的出水管连接生态处理装置；生态处理装置由上至下包括植物层、滤料层、石英砂层、承托层和收集池，对沉淀装置的出水进行过滤和辅助生化处理。
权利要求书
1.一种生物与生态耦合脱氮的污水处理系统，其特征在于，包括依次连接的生化池、沉淀装置和生态处理装置，生化池的内部设有缺氧区，外部设有过渡区和好氧区，缺氧区的底部连通过渡区，过渡区通过汽提管连接好氧区，用于对污水进行生化处理；好氧区的出口连接沉淀装置，沉淀装置底部排出的污泥能回流至缺氧区，沉淀装置的出水管连接生态处理装置；生态处理装置由上至下包括植物层、滤料层、石英砂层、承托层和收集池，对沉淀装置的出水进行过滤和辅助生化处理。
2.根据权利要求1所述的生物与生态耦合脱氮的污水处理系统，其特征在于，所述生化池为圆形套层结构，内层为圆形的缺氧区，外层的过渡区和好氧区组成圆环结构，内层与外层之间设有圆形的分隔墙；过渡区和好氧区均为扇环形，过渡区和好氧区的内侧均与分隔墙对接，外侧为生化池的外侧壁；过渡区的两侧分别设有第一隔板和第二隔板，用于分隔过渡区与好氧区，第一隔板对应好氧区的上游侧，第二隔板对应好氧区的下游侧。
3.根据权利要求2所述的生物与生态耦合脱氮的污水处理系统，其特征在于，所述缺氧区对应过渡区的分隔墙的底部设有第一出口，用于将缺氧区的产水输入过渡区；第一隔板的顶部设有豁口，用于将过渡区的产水溢流至好氧区上游侧；第二隔板的底部设有第二出口，用于好氧区下游侧的水体进入过渡区，再溢流返回好氧区上游侧，再次进行好氧处理。
4.根据权利要求2所述的生物与生态耦合脱氮的污水处理系统，其特征在于，所述生化池的顶部设有进水管，进水管的进水端处于生化池的外部，出水端缺处于缺氧区的顶部，向缺氧区输入原料污水；缺氧区的底部设有搅拌器；所述过渡区的底部设有第一曝气管，为过渡区曝气。
5.根据权利要求1所述的生物与生态耦合脱氮的污水处理系统，其特征在于，所述好氧区内沿着顺时针或逆时针方向均匀间隔设置若干个第二曝气管，为好氧区间隔曝气，使得好氧区内形成贫氧、富氧、贫氧、富氧的交替循环形式，第二曝气管设在富氧部分。
6.根据权利要求5所述的生物与生态耦合脱氮的污水处理系统，其特征在于，所述贫氧部分的上游侧和下游侧均设有过滤隔墙，过滤隔墙将贫氧部分与富氧部分分隔开；过滤隔墙的制作原料包括填充滤料、石子、生物质，将过滤隔墙的制作原料均匀装填到中空的立方体网笼中，形成过滤隔墙；所述生物质包括纤维条状植物、含有腐殖质的滤料和微生物，贫氧部分上游侧的过滤隔墙使用好氧微生物，下游侧的过滤隔墙使用缺氧微生物。
7.根据权利要求6所述的生物与生态耦合脱氮的污水处理系统，其特征在于，所述含有腐殖质的滤料、纤维条状植物、石子与填充滤料的体积比为1:1:(1-1.5):(1.5-2.5)。
8.根据权利要求1所述的生物与生态耦合脱氮的污水处理系统，其特征在于，所述生态处理装置的侧面设有出水槽，出水槽的底部连通所述收集池，出水槽通过排水管连接出水观察井，用于将经过生态处理装置过滤处理后收集的水体排入出水观察井；所述承托层由粒径10-30mm的鹅卵石铺就，滤料层、石英砂层与承托层的厚度之比为(3-6):1:(1-3)；所述滤料层的顶部埋设布水管，使得沉淀装置的上清液均匀进入滤料层。
9.根据权利要求8所述的生物与生态耦合脱氮的污水处理系统，其特征在于，所述滤料层内设有至少一层生化处理层，生化处理层由若干个生化填料笼铺就，生化填料笼由外至内包括第一滤料层、好氧生物层、第二滤料层、兼氧生物层、第三滤料层；好氧生物层的原料包括植物碎屑、含有腐殖质的滤料和好氧微生物，兼氧生物层的原料包括植物碎屑、含有腐殖质的滤料和兼氧微生物。
10.根据权利要求9所述的生物与生态耦合脱氮的污水处理系统，其特征在于，所述第一滤料层、第二滤料层和第三滤料层的原料均为滤料和石子，石子粒径为3-6mm，滤料粒径为2-4mm；所述第一滤料层、第二滤料层与第三滤料层的体积比为(2-3):(1.5-2.5):1；第三滤料层、兼氧生物层与好氧生物层的体积比为1:(0.7-1.2):(1.5-2)；兼氧生物层的含有腐殖质的滤料为等质量的腐殖质与滤料混合而成，植物碎屑与含有腐殖质的滤料的质量比为(0.8-1.3):1；好氧生物层的含有腐殖质的滤料为等质量的腐殖质与滤料混合而成，植物碎屑与含有腐殖质的滤料的质量比为(2-4):1。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种生物与生态耦合脱氮的污水处理系统，将生物处理与生态处理耦合，从而强化脱氮，提高了氨氮和总氮的去除效果，运行维护相对简单，能耗相对较低，保证出水水质更加稳定，且具有良好的生态景观效果。
所述生物与生态耦合脱氮的污水处理系统，包括依次连接的生化池、沉淀装置和生态处理装置，生化池的内部设有缺氧区，外部设有过渡区和好氧区，缺氧区的底部连通过渡区，过渡区通过汽提管连接好氧区，用于对污水进行生化处理；
好氧区的出口连接沉淀装置，沉淀装置底部排出的污泥能回流至缺氧区，沉淀装置的出水管连接生态处理装置；
生态处理装置由上至下包括植物层、滤料层、石英砂层、承托层和收集池，对沉淀装置的出水进行过滤和辅助生化处理。
可选的，所述生化池为圆形套层结构，内层为圆形的缺氧区，外层的过渡区和好氧区组成圆环结构，内层与外层之间设有圆形的分隔墙；过渡区和好氧区均为扇环形，过渡区和好氧区的内侧均与分隔墙对接，外侧为生化池的外侧壁；缺氧区、过渡区和好氧区的高度相同；
过渡区的两侧分别设有第一隔板和第二隔板，用于分隔过渡区与好氧区，第一隔板对应好氧区的上游侧，第二隔板对应好氧区的下游侧。
进一步可选的，所述缺氧区对应过渡区的分隔墙的底部设有第一出口，用于将缺氧区的产水输入过渡区；
第一隔板的顶部设有豁口，用于将过渡区的产水溢流至好氧区上游侧；
第二隔板的底部设有第二出口，用于好氧区下游侧的水体进入过渡区，再溢流返回好氧区上游侧，再次进行好氧处理。
进一步可选的，所述过渡区与好氧区的面积之比为1:(10-15)。
进一步可选的，所述生化池的顶部设有进水管，进水管的进水端处于生化池的外部，出水端缺处于缺氧区的顶部，向缺氧区输入原料污水；缺氧区的底部设有搅拌器。
可选的，所述过渡区的底部设有第一曝气管，为过渡区曝气。
可选的，所述好氧区内沿着顺时针或逆时针方向均匀间隔设置若干个第二曝气管，为好氧区间隔曝气，提供氧气，使得好氧区内形成贫氧、富氧、贫氧、富氧的交替循环形式，第二曝气管设在富氧部分。
进一步可选的，所述贫氧部分的上游侧和下游侧均设有过滤隔墙，过滤隔墙将贫氧部分与富氧部分分隔开；过滤隔墙的制作原料包括填充滤料、石子、生物质，将过滤隔墙的制作原料均匀装填到中空的立方体网笼中，形成过滤隔墙；
所述生物质包括纤维条状植物、含有腐殖质的滤料和微生物，贫氧部分上游侧的过滤隔墙使用好氧微生物，下游侧的过滤隔墙使用缺氧微生物；纤维条状植物选自海带、水草、草本植物的根茎。生物质中的滤料能发挥载体的作用，较大的比表面积能承载腐殖质和微生物。
进一步可选的，所述填充滤料与生物质中的滤料相同，过滤隔墙使用常规滤料和石子即可，石子粒径为3-6mm，滤料粒径为2-4mm，纤维条状植物不经切割捣碎、保持条状原状即可；
滤料先与等质量的腐殖质混合均匀得到含有腐殖质的滤料，然后含有腐殖质的滤料、纤维条状植物、填充滤料和石子混合均匀，再装填到网笼中，然后用纤维条状植物均匀缠绕覆盖网笼的表面，没有明显漏洞即可。
进一步可选的，所述含有腐殖质的滤料、纤维条状植物、石子与填充滤料的体积比为1:1:(1-1.5):(1.5-2.5)。
所述富氧部分的溶氧量较高，若污水直接由富氧部分进入贫氧部分，可能影响贫氧部分内的兼氧菌，本发明在贫氧部分的两侧分别设置过滤隔墙，物理分隔富氧部分与贫氧部分。来自富氧部分的污水经过含有好氧微生物的过滤隔墙，水中的氧气被好氧微生物消耗，继续进行好氧生化处理，腐殖质和植物为好氧微生物提供碳源养料，同时过滤隔墙发挥过滤作用，去除污水中的杂质，过滤隔墙的微细孔隙形成无数条小通道，打散水中的气泡，形成微小气泡，待污水穿过过滤隔墙后，即可形成微氧环境，有利于贫氧部分的兼氧菌。污水经过贫氧部分后，来到下游侧的过滤隔墙，其中的缺氧微生物继续发挥生化作用，污水穿过过滤隔墙后，进入下一个富氧部分，如此循环。
进一步可选的，所述好氧区的下游区域的任一个富氧部分设置汽提管，汽提管的底端处于好氧区底部，顶端越过分隔板顶部，并伸入缺氧区，使得硝化液回流至缺氧区。
污水由进水管输入缺氧区，并在缺氧菌的作用下进行缺氧生化处理。缺氧区的出水由所述第一出口输入过渡区，在第一曝气管的曝气作用下，提高含氧量，然后又溢流至好氧区的上游侧。污水沿顺时针或逆时针方向依次经过富氧、贫氧、富氧、贫氧部分，进行好氧、类缺氧、好氧、类缺氧的生化处理。富氧部分的硝化液通过汽提管回流至缺氧区。污水可在外层的好氧区和过渡区内循环流动，反复处理，直至达到处理要求后，排出生化池。
可选的，所述生态处理装置的侧面设有出水槽，出水槽的底部连通所述收集池，出水槽通过排水管连接出水观察井，用于将经过生态处理装置过滤处理后收集的水体排入出水观察井。
可选的，所述植物层由种植在滤料层上的植物组成，植物选自伞草、香蒲、水葱、茭白、水芹、再力花。
可选的，所述滤料层由常规滤料铺就，承托层由粒径10-30mm的鹅卵石铺就，滤料层、石英砂层与承托层的厚度之比为(3-6):1:(1-3)；
所述滤料层的顶部埋设布水管，使得沉淀装置的上清液均匀进入滤料层。
本发明的生态处理装置，植物层的植物根区的滤料能形成微生态系统，强化了对污水中有机物的絮凝、沉淀、吸附、吸收和分解作用，能够吸氮降氮聚磷，将水体中的N、P等营养盐富集在植物根区，供其吸收，还具有良好的促生功能，促进微生物的附着和生长，提高对污染物的分解能力。石英砂层发挥过滤作用。承托层发挥支撑和过滤的双重作用。滤料上部种植水生植物，石英砂和滤料具有过滤和生物载体两种用途，水生植物能够为水体输送氧气，增加水体的活性。生态处理装置各层的梯度分布形成了底部的厌氧环境、中部的兼氧环境和上部的好氧环境，为硝化和反硝化作用提供了条件，进一步促进了污染物降解，提高了氮、磷的去除率。处理后的水由收集池收集。
进一步可选的，所述排水管为倒U型，出水观察井内设置消毒装置，为其中的水消毒，出水观察井设有第三出水管，用于排出产水，产水可作为回用水。
排水管的U形顶部低于布水管15-20cm。当滤料层内的液面低于排水管最高处时，生态处理装置的水不能排出，滤料层水位缓慢上升，被水漫过的滤料层及下方各层处于厌氧缺氧状态；当滤料层内的液面超过排水管最高处时，通过虹吸现象，能够排水，滤料层及下方各层排水后呈好氧状态。这种间歇性排水使滤床呈现厌氧、好氧交替的生化过程，进一步提高了对N、P的去除作用。
本发明中，通过生化池与生态处理装置的联用，强化脱氮，提高出水水质，抗冲击能力强，产泥量低，运行管理简单，不仅可以节省投资成本，又可提升生态景观效果。
可选的，所述滤料层内设有至少一层生化处理层，生化处理层由若干个生化填料笼铺就，生化填料笼由外至内包括第一滤料层、好氧生物层、第二滤料层、兼氧生物层、第三滤料层；
好氧生物层的原料包括植物碎屑、含有腐殖质的滤料和好氧微生物，兼氧生物层的原料包括植物碎屑、含有腐殖质的滤料和兼氧微生物。
进一步可选的，所述第一滤料层、第二滤料层和第三滤料层的原料均为滤料和石子，滤料与滤料层使用的滤料相同，石子为常规石子即可，石子粒径为3-6mm，滤料粒径为2-4mm；
好氧生物层和兼氧生物层的含有腐殖质的滤料与过滤隔墙的含有腐殖质的滤料相同，腐殖质为常规腐殖质即可；植物碎屑为常规草本植物的根茎叶破碎而成。
所述生化填料笼制作时，由内向外制作，将第三滤料层的等质量的滤料和石子混合均匀，装填在最内部的填料笼内，形成第三滤料层；再将兼氧生物层的植物碎屑、含有腐殖质的滤料和兼氧微生物混合均匀，装填在次内层的填料笼内，形成兼氧生物层；再按照上述方法依次制作第二滤料层、好氧生物层、第一滤料层。
进一步可选的，所述第一滤料层、第二滤料层与第三滤料层的体积比为(2-3):(1.5-2.5):1；
第三滤料层、兼氧生物层与好氧生物层的体积比为1:(0.7-1.2):(1.5-2)；
兼氧生物层的含有腐殖质的滤料为等质量的腐殖质与滤料混合而成，植物碎屑与含有腐殖质的滤料的质量比为(0.8-1.3):1；
好氧生物层的含有腐殖质的滤料为等质量的腐殖质与滤料混合而成，植物碎屑与含有腐殖质的滤料的质量比为(2-4):1。
本发明在所述滤料层内设置所述生化处理层，进行补充生化过滤处理，生化填料笼的套层夹心结构，使得从上方流下的污水，依次经历过滤、好氧生化处理、过滤、兼氧生化处理、过滤、再兼氧生化处理、过滤、再好氧生化处理、过滤的过程，提高生化处理效果。
所述过滤隔墙和生化填料笼与生化池和生态处理装置的启动流程一起完成启动，再进行废水处理。
（发明人：刘妞;田金星;闫项飞;朱国亮;郑佳璨;苏继明;赖明建;张世阳;张岩;赵尚民;张燕;陆旭阳）
