申请日2013.11.18
公开(公告)日2014.03.05
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种多级生态净化治理污水的装置，包括集水井、设有格栅的初沉池、水解酸化池、生态滤槽、人工湿地，各处理池之间依次连通;所述的生态液槽底部铺有填料层，上部放置泡沫板，种植有根系发达的水生植物;所述的填料层由粗大砾石、鹅卵石、石英砂中的二种以上混合而成，填料层上附着微生物，形成微生物膜;所述的水生植物的根系扎入填料层中。本发明具有污水治理效果好，无需使用电力或者其他能源也能实现污水处理，解决了常规污水设施存在的易堵塞、污泥量大，并且可以养殖花卉和鱼类，供观赏以及带来经济效益。
权利要求书
1.一种多级生态净化治理污水的装置，包括集水井、设有格栅的初沉池、水解酸化池、生态滤槽、人工湿地，各处理池之间依次连通，其特征在于：
所述的生态液槽底部铺有填料层，上部放置泡沫板，种植有根系发达的水生植物;
所述的填料层由粗大砾石、鹅卵石、石英砂中的二种以上混合而成，填料层上附着微生物，形成微生物膜;
所述的水生植物的根系扎入填料层中。
2.如权利要求1所述的多级生态净化治理污水的装置，其特征在于：所述的生态滤槽由0.8～1.5m宽的沟槽组成，底部的填料层厚度为150～400mm。
3.如权利要求1所述的多级生态净化治理污水的装置，其特征在于：
所述的微生物包括细菌中的二种以上的组合;
所述的细菌包括假单胞菌、无色杆菌、黄杆菌、硝化细菌、球衣菌、贝日阿托氏菌、发硫菌、地霉。
4.如权利要求3所述的多级生态净化治理污水的装置，其特征在于：所述的细菌的投放量为每种菌相当于污水量的万分之二到万分之八。
5.如权利要求3所述的多级生态净化治理污水的装置，其特征在于：所述的微生物还包括后生动物，所述的后生动物为轮虫，投放量为1500万吨污水每克～3000万吨污水每克。
6.如权利要求1所述的多级生态净化治理污水的装置，其特征在于：还包括浮游生物池，所述的浮游生物池设于生态滤槽和人工湿地之间，分别与生态滤槽和人工湿地连通，浮游生物池中投入光合菌和鱼类。
7.如权利要求6所述的多级生态净化治理污水的装置，其特征在于：所述的光合菌的投放量为每吨污水5～20cfu。
8.如权利要求1所述的多级生态净化治理污水的装置，其特征在于：所述的人工湿地为地表流人工湿地。
9.一种多级生态净化治理污水的方法，其特征在于包括以下的步骤：
A、生活污水首先经过格栅，水中的较大的固体杂质和漂浮物被拦截后进入初沉池，然后流入水解酸化池;
B、生活污水在水解酸化池中，依次发生水解、酸化反应，使得难溶大分子水解之后，流入生态滤槽中;
C、所述的生态滤槽中设有微生物和植物根系，污水经过生态滤槽中的微生物和植物根系吸收水中的氨氮、磷污染物质后流入浮游生物池中;
D、污水经人工湿地处理后排放。
10.如权利要求9所述的多级生态净化治理污水的方法，其特征在于：所述的生态滤槽底部设有粗大砾石、鹅卵石、石英砂中的二种以上混合而成的填料层，填料层上附着微生物，形成微生物膜;生态滤槽上部放置泡沫板，无土栽培种植观赏性植物或者花卉，这些植物根系深入槽扎入填料层中。
11.如权利要求9所述的多级生态净化治理污水的方法，其特征在于：所述的人工湿地为地表流人工湿地。
12.一种多级生态净化治理污水的方法，其特征在于包括以下的步骤：
A、生活污水首先经过格栅，水中的较大的固体杂质和漂浮物被拦截后进入初沉池，然后流入水解酸化池;
B、生活污水在水解酸化池中，依次发生水解、酸化反应，使得难溶大分子水解之后，流入生态滤槽中;
C、所述的生态滤槽中设有微生物和植物根系，污水经过生态滤槽中的微生物和植物根系吸收水中的氨氮、磷污染物质后流入浮游生物池中;
D、所述的浮游生物池中投放光合菌、浮游生物和鱼类，污水中的有机物在浮游生物池中通过光合菌的作用转化为浮游生物的饵料，然后污水流入人工湿地中;
E、污水经人工湿地处理后排放。
13.如权利要求12所述的多级生态净化治理污水的方法，其特征在于：所述生态滤槽底部设有粗大砾石、鹅卵石、石英砂中二种以上混合而成的填料层，填料层上附着微生物，形成微生物膜;生态滤槽上部放置泡沫板，无土栽培技术种植观赏性植物或者花卉，这些植物根系深入槽扎入填料层中。
14.如权利要求12所述的多级生态净化治理污水的方法，其特征在于：所述的人工湿地为地表流人工湿地。
说明书
多级生态净化治理污水的装置及方法
技术领域
本发明涉及污、废水处理行业，特别是涉及一种多级生态净化治理污水的装置及污水处理方法。
背景技术
人工湿地生态处理人工湿地是一个综合的生态系统，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益。
运用人工湿地处理污水可追溯到1903年，建在英国约克郡Earby，被认为是世界上第一个用于处理污水的人工湿地，连续运行直到1992年。而人工湿地生态系统在世界各地逐渐受到重视并被运用，还是在20世纪70年代德国学者Kichunth提出根区法(the root-zone-method)理论之后开始的，根区法理论强调高等植物在湿地污水处理系统中的作用，首先是他们能够为其根围的异养微生物供应氧气，从而在还原性基质中创造了一种富氧的微环境，微生物在水生植物的根系上生长，他们就与较高的植物建立了共生合作关系，增加废水中污染物的降解速度，在远离根区的地方为兼氧和厌氧环境，有利于兼氧和厌氧净化作用，另一方面，水生植物根的生长有利于提高床基质层的水力传导性能。
人工湿地分为地表流人工湿地和潜流式人工合成湿地。
表面流湿地与地表漫流土地处理系统非常相似，不同的是：(1)在表面流湿地系统中，四周筑有一定高度的围墙，维持一定的水层厚度(一般为10～30cm);(2)湿地中种植挺水型植物(如芦苇等)。向湿地表面布水，水流在湿地表面呈推流式前进，在流动过程中，与土壤、植物及植物根部的生物膜接触，通过物理、化学以及生物反应，污水得到净化，并在终端流出。
潜流式人工合成湿地一般由两级湿地串联，处理单元并联组成。湿地中根据处理污染物的不同而填有不同介质，种植不同种类的净化植物。水通过基质、植物和微生物的物理、化学和生物的途径共同完成系统的净化，对BOD、COD、TSS、TP、TN、藻类、石油类等有显著的去除效率;此外该工艺独有的流态和结构形成的良好的硝化与反硝化功能区对TN、TP、石油类的去除明显优于其他处理方式。主要包括内部构造系统、活性酶体介质系统、植物的培植与搭配系统、布水与集水系统、防堵塞技术、冬季运行技术。潜流式人工合成湿地的形式分为垂直流潜流式人工湿地和水平流潜流式人工湿地。利用湿地中不同流态特点净化进水。经过潜流式湿地净化后的河水可达到地表水Ⅲ类标准，再通过排水系统排放。
传统人工湿地主要存在如下问题：
①人工湿地在实际工程运行一段时间后往往会发生堵塞现象，农村污水常伴有塑料袋等垃圾，直接排入污水处理系统容易造成堵塞。;
②冬季运行问题，气温的降低会影响人工湿地的正常运行，冬天气温下降后，湿地的植物枯萎，使污染物的去除率降低。
③建成投入的人工湿地，运行时间长了以后，出现堵塞等现象，
人工湿地系统不产经济效益，农村处理污水管理经费落实困难，没有人管理，使治理设施因而无法正常运行，甚至废弃。
发明内容
本发明旨在提供一种多级生态净化治理污水的装置及污水处理方法，解决现有技术人工湿地容易堵塞、冬季时处理效率下降等问题。
本发明所述的多级生态净化治理污水的装置，包括集水井、设有格栅的初沉池、水解酸化池、生态滤槽、人工湿地，各处理池之间依次连通;
所述的生态液槽底部铺有填料层，上部放置泡沫板，种植有根系发达的水生植物;
所述的填料层由粗大砾石、鹅卵石、石英砂中的二种以上混合而成，填料层上附着微生物，形成微生物膜;
所述的水生植物的根系扎入填料层中。
所述的生态滤槽由0.8～1.5m宽的沟槽组成，底部的填料层厚度为150～400mm。
所述的微生物包括细菌中的二种以上的组合;
所述的细菌包括假单胞菌、无色杆菌、黄杆菌、硝化细菌、球衣菌、贝日阿托氏菌、发硫菌、地霉。
所述的细菌的投放量为每种菌相当于污水量的万分之二到万分之八。
所述的微生物还可以包括后生动物，所述的后生动物为轮虫。
所述的后生动物的投放量为1500万吨污水每克～3000万吨污水每克。
优选地，所述的多级生态净化治理污水的装置还包括浮游生物池，所述的浮游生物池设于生态滤槽和人工湿地之间，分别与生态滤槽和人工湿地连通，浮游生物池中投入光合菌和鱼类。
所述的光合菌的投放量为每吨污水投放5～20cfu。
所述的人工湿地为地表流人工湿地。
本发明还提供一种多级生态净化治理污水的方法，该方法包括以下步骤：
A、生活污水首先经过格栅，水中的较大的固体杂质和漂浮物被拦截后进入初沉池，然后流入水解酸化池;
B、生活污水在水解酸化池中，依次发生水解、酸化反应，使得难溶大分子水解之后，流入生态滤槽中;
C、所述的生态滤槽中设有微生物和植物根系，污水经过生态滤槽中的微生物和植物根系吸收水中的氨氮、磷污染物质后流入浮游生物池中;
D、污水经人工湿地处理后排放。
所述的生态滤槽底部设有粗大砾石、鹅卵石、石英砂中的二种以上混合而成的填料层，填料层上附着微生物，形成微生物膜;生态滤槽上部放置泡沫板，无土栽培种植观赏性植物或者花卉，这些植物根系深入槽扎入填料层中。
所述的人工湿地为地表流人工湿地。
本发明还提供一种多级生态净化治理污水的优选方法，该方法包括以下步骤：
A、生活污水首先经过格栅，水中的较大的固体杂质和漂浮物被拦截后进入初沉池，然后流入水解酸化池;
B、生活污水在水解酸化池中，依次发生水解、酸化反应，使得难溶大分子水解之后，流入生态滤槽中;
C、所述的生态滤槽中设有微生物和植物根系，污水经过生态滤槽中的微生物和植物根系吸收水中的氨氮、磷污染物质后流入浮游生物池中;
D、所述的浮游生物池中投放光合菌、浮游生物和鱼类，污水中的有机物在浮游生物池中通过光合菌的作用转化为浮游生物的饵料，然后污水流入人工湿地中;
E、污水经人工湿地处理后排放。
所述生态滤槽底部设有粗大砾石、鹅卵石、石英砂中两种以上混合而成的填料层，填料层上附着微生物，形成微生物膜;生态滤槽上部放置泡沫板，无土栽培技术种植观赏性植物或者花卉，这些植物根系深入槽扎入填料层中;
所述的浮游生物池中鱼类以浮游动植物为食物来源，光合菌转化污水中有机物为浮游生物饵料，鱼类粪便作为光合菌养料，形成了完整的食物链;
所述的人工湿地为地表流人工湿地。
本发明的工作原理如下：
生活污水首先经过格栅，水中的较大的固体杂质和漂浮物被拦截后进入初沉池，污水在初沉池中进一步沉砂，以减轻和保护后续生物处理负荷及设备正常运行。
生活污水在水解酸化池中，依次发生水解、酸化反应，然后流入生态滤槽。在水解段，复杂的、难溶的、难降解的大分子有机物被胞外酶水解为简单的、溶解性好的、易生物降解的小分子有机物;在酸化段，溶解性的有机物由兼性细菌转化为小分子的有机酸、醇、醛等;从而提高了BOD5/COD值，使污水的可生化性能得到提升，同时也可以降解部分有机污染物质。
生态滤槽内挂生物亲和性填料，专性微生物可以附着在上面形成生物膜，所述的专性微生物主要为细菌组合，还可以配合投入后生动物，加上污水中本来就存在的原生动物，如钟虫、盖纤虫、等枝虫、草履虫等，形成了一个完善的微生物处理体系，能够高效去除水中的污染物质;生态滤槽上部采用无土栽培技术种植观赏性植物或者花卉，这些植物根系深入槽内与污水充分接触，可以有效的吸收用水中的氨氮、磷等污染物质以及淤泥，为植物生长提供养分，去除污染物的同时可产生一定的经济效益，同时保证作物不受季节变化的影响，解决了常规污水设施存在的易堵塞、污泥量大的问题。
生态滤槽出水进入浮游生物池中，污水中的有机物通过光合菌的作用转化为浮游生物的饵料，通过投放鱼类，鱼类以浮游动植物为食物来源，构成一个完整的食物链，使之形成一个良性的生态系统，保证出水的水质。
浮游生物池出水进入人工湿地，作为最后一道处理工序的人工湿地，污水中的有机物，氮、磷等或被植物和微生物作营养直接吸收，或通过根区微生物过量积累、分解以及通过硝化、反硝化作用而除去，并且可以去除SS、色度，以保证出水能够稳定达标排放。
本发明采用生态滤槽对水生观赏植物进行无土栽培，避免季节变化对花卉造成冬季霜冻、夏季雨涝的现象，同时水生植物通过吸收氨氮作为养分，可达到去除氨氮、磷的效果。生态滤槽由由0.8～1.5m宽的沟槽组成，底部的填料层厚度为150～400mm，填料层由粗大砾石、鹅卵石、石英砂等填料组成，填料层中放入细菌和后生动物等微生物，上部放置泡沫板，种植根系发达的水生植物，植物根系伸入填料层中，污水从中间流过，氨氮、磷等污染物被微生物和植物根系吸收。这样不仅起到过滤的作用，还便于清淤，防止因时间过长造成污泥堵塞，既可以减轻人工湿地中的污泥负荷，同时也达到美化环境的效果。
浮游生物池中，污水中的有机物通过光合菌的作用转化为浮游生物的饵料，通过投放鱼类，鱼类以浮游动植物为食物来源，鱼类粪便为光合菌提供养料，从而构成一个完整的食物链，使之形成一个良性的生态系统，起着充氧、沉淀、进一步降解有机物的作用。浮游生物池不受动力和气温的限制，在停电、无动力、冬季低温等状况下依然能正常运行，稳定了出水的水质。
人工湿地采用砾石、鹅卵石、石英砂、砂子等为填料，为水生植物提供生存的载体，水质经过人工湿地的处理后，起到了过滤的作用，使人工湿地系统的水流不受影响。水生植物通过根系吸收氨氮、磷，可达到降低氨氮、磷的浓度的作用，保证出水水质达标排放。同时人工湿地底部设置反冲洗装置，定期开机，将沉淀堆积的污泥清理，因此不存在堵塞现象，还可避免翻料。
所述的人工湿地优选地表流人工湿地，原因是地表流人工湿地无需提供动力源，即能够实现去污，配置之前的污水处理池，实现了全过程无需动力源的技术效果，并且处理污水效果好，能够持续使用的时间长。传统的地表流人工湿地处理污水由于无动力设备操作，建成验收后往往无人管理弃之不顾，使之杂草丛生不产生任何经济效益。而本发明利用生态滤槽进行花卉无土栽培和利用人工湿地的植物作为牧草，同时养殖水产，能获得一定的经济收入，克服不产生任何经济效益的情况，可以很好的解决这些问题。
本发明也可以配合潜流式人工湿地使用，只是人工湿地部分需要配给部分的电力，同样能够实现良好的污水处理效果。
本发明基于多级生态净化及营养梯级利用原理，对水解酸化、水生植物保温无土栽培、浮游生物净化及人工湿地等单元技术进行集成，应用于农村生活污水处理，出水水质可达到相关标准的要求。并且通过种植植物和养殖水产，能获得一定的经济效益。同时，工程运行受季节影响较小，运行管理简单、成本低，不受用电限制，在停电的情况也能保证系统长期稳定运行。
本发明基于“多兵种协同作战”解决生活污水治理技术问题的思路，按照多级生态净化及营养梯级利用的基本原理，选择集成水解酸化、水生植物保温无土栽培、浮游生物净化及人工湿地等单元技术并依照生态链关系合理定序;这四大基本原理，体现在污水处理装置上的各池结构和连接关系，以及随之形成的污水处理方法的步骤和流程。
本发明在传统人工湿地基础上加以技术改进，比传统人工湿地更具如下特点：
①在水解工序后面增加生态滤槽，N、P和悬浮物在这里通过无土栽培花卉根须和根须下面的过滤浅层得到去除，保护后续湿地床堵塞。
②生态滤槽后面增加浮游生物池，使COD得到了进一步降解
③生态滤槽里的花卉和浮游池中鱼类不但可以美化环境，供村民闲暇时观赏，还给当地农民带来经济实惠。
④无需专人看管;无噪音;无异味，是一座即能消除污染，又能观花赏鱼，同时带来经济效益的污水处理站
⑤不受用电限制，在停电的情况也能保证系统长期稳定运行
⑥系统不易堵塞，污泥产生量少。
