申请日2005.04.14
公开(公告)日2007.01.03
IPC分类号C02F9/14; C02F3/02; C02F3/30; C02F3/28; C02F3/32
摘要
一种高效废水生态处理装置及其方法。该装置由砾间接触氧化区、垂直上行流人工湿地区、射流曝气区和水平流人工湿地区依次串联构成，详细结构及其方法见说明书。本发明优点：采用了新型复合基质配方，对磷和有机物均具有很强的去除作用，该基质配方来源广泛，价格低廉，能够实现变废为宝，砾间接触氧化区确保整个系统的长期安全稳定运行，垂直流和水平流人工湿地基质的复配组成，提高了系统的有效容积，射流曝气区的引入，为好氧可降解有机物的去除创造了条件。本发明基建费用省，动力消耗少，对经过生物法处理的石油工业和垃圾渗滤液等特种废水中COD、NH3-N和TP的去除率达60～80%，处理废水流量大，长期运行基质不堵塞，出水可直接回用于养鱼、绿化、冲厕及其它景观用水。
権利要求書
1.一种高效废水生态处理装置，其特征在于：该装置由砾间接触氧化区(2)、 垂直上行人工流湿地区(7)、射流曝气区(9)和水平流人工湿地区(15)依次 串联构成;砾间接触氧化区(2)与污水泵(1)相连，水平流人工湿地区(15) 与集水槽(16)相连。
2.根据权利要求1所述的高效废水生态处理装置，其特征在于：所述砾间接 触氧化区(2)底部集水管(3)与反冲洗设备(4)相连，该氧化区填充砾间接 触氧化基质(20);垂直上行流人工湿地区(7)设有布水管(5)，布水系统均匀 分配到垂直上行流人工湿地(7)底部，垂直上行流人工湿地区(7)填充基质(21)， 在基质上种植湿地植物(6);所述射流曝气区内设射流曝气装置(10);水平流 人工湿地区(15)填充湿地基质(22)，并在其上种植湿地植物(14)。
3.根据权利要求1所述的高效废水 生态处理装置，其特征在于：所述垂直 流人工湿地控制在兼性厌氧环境下运行;所述水平潜流人工湿地控制在兼性好氧 环境下连续运行。
4.根据权利要求1所述的高效废水生态处理装置，其特征在于：该装置置 于在地面开挖的一长方形池体中，在池体底部和四周铺设防渗层(18);在池体 前端设有配水区和配水管，将所处理的废水均匀分配;在池体的尾部设置集水槽 (16)，收集水平流湿地出水。
5.一种如权利要求1所述的废水生态处理装置的方法，其特征在于：废水 通过布水管(5)均匀进入砾间接触氧化区，进入砾间接触氧化区的废水中的悬 浮物SS污染物被大量去除后，经集水管(3)收集再经布水系统均匀分配到垂直 上行流人工湿地底部，废水在水力压差的作用下，上行流过垂直流人工湿地基质 层，垂直上行流人工湿地出水经集水管收集流入射流曝气区，射流曝气区出水溢 流至设于水平潜流人工湿地前端的布水槽(12)，经布水槽均匀投配到水平流人 工湿地的复合基质层中，废水在基质、植物和微尘物的复合协同作用下得到深度 净化，再经集水槽和排水管(17)排出池体。
6.根据权利要求5所述的废水生态处理方法，其特征在于：所述砾间接触 氧化区的长宽比为20～50∶1，深度为80～150cm，坡度为0.2～0.5%;所述垂直 上行流人工湿地区的长宽比为3～5∶1，深度为80～130cm，坡度为0.5～2%;所 述水平流人工湿地区的长宽比为4～8∶1，深度为80～120cm，坡度为0.5～2%。
7.根据权利要求5所述的废水生态处理方法，其特征在于：所述的布水管 和集水管沿90度两侧间隔打孔，孔间距10～20cm，孔径5～10mm;所述布水管 和集水管采用镀锌管或硬聚氯乙烯UPVC管。
8根据权利要求5所述的废水生态处理方法，其特征在于：所述砾间接触氧 化区池体内填充由体积比为30～60%的灰渣和40～70%的砾石配制而成的复合基 质;所述垂直流人工湿地区池体内填充由体积比为50～60%灰渣，10～30%砾石， 5～15%活性炭，5～10%腐殖质和10～20%沸石配制而成的复合基质，在池体基 质内种植氮磷吸收作用强的湿生花卉植物;所述水平流人工湿地区池体内填充由 体积比为50～60%灰渣，10～30%砾石，5～15%活性炭，5～10%腐殖质和10～ 20%沸石配制而成的复合基质，在池体基质内种植根系放氧、泌抗生素能力强的 挺水植物。
9根据权利要求8所述的废水生态处理方法，其特征在于：所述氮磷吸收能 力强的湿生花卉植物为美人蕉、黄金叶和红草;所述根系放氧、泌抗生素能力强 的挺水植物为普通芦苇、水葱和香蒲。
说明书
一种高效废水生态处理装置及其方法
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体地说是一种用于深度处理难降解有机废水并 进行同时除磷脱氮的高效废水生态处理装置及其方法。
背景技术
随着社会经济的高速发展，世界性的环境问题日益突出，尤其是大工业生产 和垃圾填埋等产生的特种废水的污染问题，越来越严重。石油工业等生产部门和 城市垃圾填埋场等产生的大量有机质、氮磷等污染物进入水体，使水体面临严重 的有毒有害污染和富营养化的危险。
目前，一些处理方法，诸如A/O法、SBR法、氧化沟、生物滤池和膜生物反 应器等生物处理方法已经被用于处理石油工业和城市垃圾渗滤液等规模较小的 特种废水，但其费用—效益比的合理性，特别是这些工艺对氮磷和有机物很难实 现高效同时去除等问题，限制了它们在我国特种废水深度处理中的推广应用。如， A/O工艺将这些特种中的COD处理达标时，吨水费用约为5000～50000元，运行 费用为5～10元，但是对氮和磷的去除率分别仅为60%和50%。膜生物反应器 工艺虽然能够获得较好的出水水质，但是膜污染问题很难解决，其造价和运行成 本太高，不适合我国国情。
目前的一些生态处理技术，如慢速渗滤、快速渗滤、地表慢流等对生活污水 具有经济有效的处理效果，具有投资省、操作简单、维护管理方便和运行费用低 等特点，同时生态处理技术还能够绿化土地、美化生态环境。但是，将这些技术 直接用作石油工业和垃圾渗滤液等特殊废水的处理对氮磷和有机质的去除率也 不高于20%，而且容易出现湿地植物死亡，污水短流和基质堵塞等问题，并存在 污水处理量小、占地面积大、运行管理复杂等问题。
发明内容
本发明的目的是克服上述技术的不足之处，提供一种高效废水生态处理装置 及其方法，它不仅实现了生态处理技术的高度协同性，具有同时高效去除氮、磷 和有机物的功能，还具有投资省、操作简单、维护和运行费用低、占地面积小、 单位面积处理水量大，能美化环境，实现污水的无害化，不易堵塞，有机污染负 荷大等优点。
本发明的技术方案如下：高效废水生态处理装置由砾间接触氧化区、垂直上 行人工流湿地区、射流曝气区和水平流人工湿地区依次串联构成;砾间接触氧化 区与污水泵相连，水平流人工湿地区与集水槽相连。
所述砾间接触氧化区底部集水管与反冲洗设备相连，该氧化区填充砾间接触 氧化基质;垂直上行流人工湿地区设有布水管，布水系统均匀分配到垂直上行流 人工湿地底部，垂直上行流人工湿地区填充基质，在基质上种植湿地植物;所述 射流曝气区内设射流曝气装置;水平流人工湿地区填充湿地基质，并在其上种植 湿地植物。
所述垂直流人工湿地控制在兼性厌氧环境下运行;所述水平潜流人工湿地控 制在兼性好氧环境下连续运行。
所述的高效废水生态处理装置置于在地面开挖一长方形池体中，在池体底部 和四周铺设防渗层;在池体前端设有配水区和配水管，将所处理的废水均匀分配; 在池体的尾部设置集水槽，收集水平流湿地出水。
废水通过布水管均匀进入砾间接触氧化区，进入砾间接触氧化区的废水中 的悬浮物SS污染物被大量去除后，经集水管收集再经布水系统均匀分配到垂直 上行流人工湿地底部，废水在水力压差的作用下，上行流过垂直流人工湿地基质 层，垂直上行流人工湿地出水经集水管收集流入射流曝气区，射流曝气区出水溢 流至设于水平潜流人工湿地前端的布水槽，经布水槽均匀投配到水平流人工湿地 的复合基质层中，废水在基质、植物和微生物的复合协同作用下得到深度净化， 再经集水槽和排水管排出池体。
所述砾间接触氧化区的长宽比为20～50∶1，深度为80～150cm，坡度为0.2～ 0.5%;所述垂直上行流人工湿地区的长宽比为3～5∶1，深度为80～130cm，坡 度为0.5～2%;所述水平流人工湿地区的长宽比为4～8∶1，深度为80～120cm， 坡度为0.5～2%。
所述的布水管和集水管沿90度两侧间隔打孔，孔间距10～20cm，孔径5～ 10mm;所述布水管和集水管可采用镀锌管或硬聚氯乙烯UPVC管。
所述砾间接触氧化区池体内填充由体积比为30～60%和40～70%的灰渣和砾 石配制而成的复合基质;所述垂直流人工湿地区池体内填充由体积比为50～60 %灰渣，10～30%砾石，5～15%活性炭，5～10%腐殖质和10～20%沸石配制而 成的复合基质，在池体基质内种植氮磷吸收作用强的湿生花卉植物;所述水平流 人工湿地区池体内填充由体积比为50～60%灰渣，10～30%砾石，5～15%活性 炭，5～10%腐殖质和10～20%沸石配制而成的复合基质，在池体基质内种植根 系放氧、泌抗生素能力强的挺水植物。
所述氮磷吸收能力强的湿生花卉植物为美人蕉、黄金叶和红草;所述根系放 氧、泌抗生素能力强的挺水植物为普通芦苇、水葱和香蒲。
本发明相比现有技术具有如下优点：
1.采用了新型复合基质配方，该配方对磷和有机物均具有很强的去除作用， 具有良好的水利传导性能，孔隙率达60～65%，能够有效附着微生物并为其提供 良好的生长环境，该基质配方来源广泛，价格低廉，能够实现变废为宝。
2.本发明设计了砾间接触氧化区，置于垂直上行流人工湿地区的前端，通 过其对SS污染物的截留作用，能够有效防止湿地区的阻塞，砾间氧化区内设有 反冲洗装置，可以防止SS在砾间接触氧化区的大量累积，从而确保整个系统的 长期安全稳定运行。
3.垂直流和水平流人工湿地基质的复配组成，以及布水、集水方式的优化， 有效减少了系统内部水流短路和死区的形成，提高了系统的有效容积。
4.射流曝气区的引入，增加了进入水平潜流人工湿地废水中溶解氧的浓度， 为好氧可降解有机物的氧化降解创造了条件。
5.本发明垂直上行流人工湿地和水平流人工湿地的主反应区，分别控制在 兼性厌氧和好氧的环境下运行，对含难降解有机物或氮磷含量较高的特种废水的 深度处理具有明显的优越性。根据水质水量的不同调整工艺参数和运行条件，其 垂直上行流人工湿地区可以使大量有机物水解酸化或脱出，水平潜流人工湿地区 可以进一步脱出大量小分子有机物，将污染物浓度达到所需的处理水平，因而使 整个工艺具有广泛的适用性、可靠性和经济性。对于同时含有难降解有机物、氮 和磷的特种废水，其运行过程中垂直上行流人工湿地和水平流人工湿地不同反应 条件，可以实现对有机物和氮磷的同时去除，这样就实现了整个工艺同时去除氮 磷和有机物的经济性、高效性和生态安全性。
6.本发明水力负荷率可达20～30cm/d，远远高于一般人工湿地生态处理方 法的5～10cm/d，占地面积小、运行控制简单、动力消耗少，实现同样功能时与 生物处理方法比，可节省基建费用50～80%，节省运行费用70～80%，与物理 化学法比可节省90～95%的运行费。
7.本发明不产生蚊虫和臭味，人工湿地地表种植的美人蕉等花卉植物和芦 苇等具有生态绿化功能及美学价值。
8.本发明主要用于石油工业和城市垃圾渗滤液等中小规模特种废水的深度 处理，也可用于流域水环境修复、多功能河道构建、面源污染治理，以及乡镇、 别墅、度假村、城市生活小区和小城镇生活污水的深度处理及资源化利用。
