專利名稱：一種生態(tài)溝渠污水凈化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬水、廢水或污水的生物處理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及用植物等對高負(fù)荷的城鎮(zhèn)與農(nóng)田面源污水中N、P等富營養(yǎng)化物質(zhì)的削減處理技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著城鎮(zhèn)人口的增多，城鄉(xiāng)人民生活水平的不斷提高，城鎮(zhèn)環(huán)境污染與經(jīng)濟發(fā)展之間的矛盾變得日益突出，其中水質(zhì)污染已經(jīng)成為城鎮(zhèn)可持續(xù)發(fā)展的公害。水體污染的來源，可以分為點源污染和面源污染兩大類，大、中型企業(yè)排放形成的點源污染，屬于企業(yè)內(nèi)部的治理范圍；而城鎮(zhèn)生活污水、小型企業(yè)排放的少量污水和農(nóng)業(yè)施肥和使用農(nóng)藥形成的面源污染，其治理難度更大。目前我國絕大部分城鄉(xiāng)正遭受不同程度的面源污水污染，包括城鎮(zhèn)生活污水、小企業(yè)排放的污水和農(nóng)田面源污水的污染等。
在國內(nèi)外對面源污水污染治理的經(jīng)驗中，生態(tài)工程被公認(rèn)為是對非點源污染治理的有效措施，其中技術(shù)較為成熟和應(yīng)用較多的生態(tài)工程有人工濕地、植被過濾帶、緩沖帶等，但由于占地面積大等原因，難以在大范圍內(nèi)推廣，尤其難以適應(yīng)我國人多地少的國情，在經(jīng)濟發(fā)達的地區(qū)，人、地矛盾更為突出，這些技術(shù)的應(yīng)用則更受限制，因此迫切需要一種新型生態(tài)工程技術(shù)來削減水體中的富營養(yǎng)化生源要素含量，并進行污染物質(zhì)的生態(tài)攔截與降解。
生態(tài)溝渠的發(fā)明與構(gòu)建可以很好的解決人地之間的矛盾，但是目前的生態(tài)溝渠僅僅適合攔截和降解低負(fù)荷的污染水體，如農(nóng)田排水、河流水體等富營養(yǎng)化生源要素含量不高的水體。對由城鎮(zhèn)生活及少量鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)排放的高負(fù)荷污水，其處理效果尚不盡如人意。CN ZL 98102839.X公開了一種河流溝渠水生態(tài)強化自凈方法，其特點是利用河道(渠)空間，通過建立若干級具有一定高差的基堰，并形成濕地氧化塘，每級基堰由堤坡植被、景觀曝氣、噴灌曝氣、濕地、基堰和基堰前后的沉淀溝所構(gòu)成，河流污水依次通過各級基堰濕地氧化塘中的各種水生動植物和堤坡土壤生物作用，即得到凈化。該發(fā)明適用于坡地河流溝渠和流域污水的處理，并且該發(fā)明需要很寬的溝渠或空地建設(shè)濕地和氧化塘，基建工程較多，不利于溝渠原貌修復(fù)和重建。
目前，國內(nèi)外研究者都是利用排水溝中的植被帶進行處理廢水，為后續(xù)的處理單元減輕負(fù)荷，進而降低廢水處理的基建投資和運行成本。如陳輔利等在溝中順?biāo)鞣较蛟O(shè)置固定微生物載體，污水在載體間的流動中得到凈化，處理率可達到或超過一般生物膜法的水平。尹澄清等在白洋淀的研究表明，長290m、溝底寬4.2m的有植被溝對地表徑流TN、TP和COD的截流率分別為42％、65％和14％。曲向榮等的研究表明，污水流經(jīng)6000m溝渠后，營養(yǎng)物質(zhì)N、P和COD在廊道系統(tǒng)中的自凈率為41.7％～64.71％。張蕓華等研究了溝幫種植水芋的溝渠對橡膠廢水的處理效果剛竣工時和一年后相比，COD和SS去除率分別為2.8％和4.8％；生化溝越長，凈化效果越好。Mersie等，Dabney等，Sanderson等報道柳枝稷耐洪力強，能有效削減徑流中的除草劑、沉積物和營養(yǎng)物。Nichols等，Magette等，Webster等報道高酥油草能有效削減徑流中的雌二醇、沉積物和除草劑。雖然以上學(xué)者研究的生態(tài)溝渠也可以削減一定的污染物負(fù)荷，但是對于高濃度高負(fù)荷污染物的溝渠處理技術(shù)還沒有報道，并且上述溝渠技術(shù)僅僅是后續(xù)處理單元的一個前處理過程，尚不能達到直接在溝渠內(nèi)部強化凈化高負(fù)荷污染物的目的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對城鎮(zhèn)生活污水與農(nóng)田排水混合污水具有污染負(fù)荷高、成分相對復(fù)雜、流量變化較大，現(xiàn)有污水溝渠處理技術(shù)難以有效治理的特點，提供一種改進的生態(tài)溝渠污水處理技術(shù)。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案為一種生態(tài)溝渠污水凈化方法，其特征是將城鎮(zhèn)生活污水和農(nóng)田排水進行混合處理，城鎮(zhèn)生活污水依次流經(jīng)粗格柵(8)、沉砂池(1)、細(xì)格柵(10)、微生物處理池(2)、酸化水解池(3)、風(fēng)車增氧曝氣池(4)、礫石攔截與生物接觸氧化床(5)后與農(nóng)田排水混合，經(jīng)過由(6)、(7)構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床層區(qū)凈化后得到可排放的凈化水。
為了控制溝渠內(nèi)的水位、生活污水和農(nóng)田排水的混合比例和定期排放凈化水，根據(jù)實際排水量的變化，在生態(tài)溝渠內(nèi)的不同位置分別設(shè)置了水位調(diào)節(jié)板(12)、(15)和出水閘(17)。
為了強化對水中污染物質(zhì)和N、P等富營養(yǎng)化物質(zhì)的削減效果，還在生態(tài)溝渠內(nèi)種植了挺水植物(9)和(16)等。
由于在風(fēng)車增氧曝氣池(4)中使用了風(fēng)車驅(qū)動的增氧曝氣機，還可以充分利用風(fēng)力資源，降低了能源的消耗。
本發(fā)明水質(zhì)強化凈化的基本工藝和原理如下城鎮(zhèn)生活污水、少量工業(yè)廢水先經(jīng)過粗格柵(8)，去除一些形體比較大的固體垃圾；再經(jīng)過種植了挺水植物(9)的沉砂池(1)，其目的是沉降混合污水中的懸浮物質(zhì)。這個過程中挺水植物(9)還將吸收、吸附一些污染物質(zhì)，降低部分污染物質(zhì)的濃度；再經(jīng)過微生物處理池(2)，池內(nèi)設(shè)有微生物固定化的生物膜載體，利用微生物來降解污染物；再經(jīng)過一個酸化水解池(3)，其目的是加速反硝化反應(yīng)過程，促進脫氮；過細(xì)格柵(10)，進一步除去小體積的固體垃圾；然后再經(jīng)過一個利用風(fēng)車(11)增氧的曝氣池(4)，增加水體中溶解氧的含量，促進去碳和吸磷；再經(jīng)過礫石床(5)，床表面種植水生植物(16)，利用生物膜和植物的吸收、吸附作用來降解污染物質(zhì)濃度。
初步凈化后的城鎮(zhèn)生活污水、少量工業(yè)廢水與農(nóng)田排水混合進入由(6)和(7)構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床層區(qū)，床表面也種植水生植物(16)，繼續(xù)利用生物膜和植物的吸收、吸附作用來降解污染物質(zhì)濃度。最后，經(jīng)過強化凈化的水體經(jīng)過出水閘(17)流出生態(tài)溝渠系統(tǒng)。
在上述生態(tài)溝渠系統(tǒng)中，礫石攔截與生物接觸氧化床(5)和由(6)、(7)構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床層區(qū)表面種植的水生植物(16)包括挺水植物、浮水植物和沉水植物。礫石攔截與生物接觸氧化床(5)和由(6)、(7)構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床之間可以連續(xù)構(gòu)建，也可以相隔一定的距離構(gòu)建，兩床之間的間隔空間也可以種植水生植物。礫石攔截與生物接觸氧化床(5)和由(6)、(7)構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床的寬度與溝底寬度一致，但各自的長度可以根據(jù)水質(zhì)情況進行調(diào)節(jié)。復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床(6)、(7)中使用的過濾吸附介質(zhì)，可以是同一種介質(zhì)構(gòu)建的過濾與吸附床，也可以是不同介質(zhì)構(gòu)建的不同的、連續(xù)的或不連續(xù)過濾與吸附床。如果是不連續(xù)的過濾與吸附床，兩床之間的間隔空間也可以種植水生植物。復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床所用的過濾吸附介質(zhì)包括煤渣、粉煤灰、木或竹炭、沸石、碎石、陶粒等。
在水體污染程度很重的情況下，還可以在礫石攔截與生物接觸氧化床和復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床中投入微生物，以便水體得到最佳的凈化。
這種以一定間隔構(gòu)建礫石攔截與生物接觸氧化床和復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床的方式，造成了水中光照、溶解氧等環(huán)境條件的交替變化，相當(dāng)于多個好氧/厭氧環(huán)境的串聯(lián)，有利于微生物對流水中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)的生物降解。水質(zhì)強化凈化的生態(tài)溝渠在上述效果的聯(lián)合作用下，可以有效的降解城鎮(zhèn)生活污水、少量工業(yè)廢水以及農(nóng)田排水的污染物質(zhì)。
四

圖1為生態(tài)溝渠的俯視結(jié)構(gòu)示意圖，圖中(1)為沉砂池，(2)為微生物處理池，(3)為酸化水解池，(4)為風(fēng)車增氧曝氣池，(5)為礫石攔截與生物接觸氧化床，(6)、(7)分別為復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床，(I)為混合污水入口為，(F)為農(nóng)田排水入口，(E)為凈化水出口，(W)為渠寬；圖2為生態(tài)溝渠的縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖，圖中(8)為粗隔柵，(9)為挺水植物，(10)為細(xì)隔柵，(11)為風(fēng)車，(12)、(15)為水位調(diào)節(jié)板，(13)為木樁，(14)為竹片，(16)為水生植物，(17)為出水閘，(18)、(19)為反硝化菌投加點，(H)為生態(tài)溝渠的總深度，(h)為復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床的高度，(I)為混合污水入口，(E)為凈化水出口。
五具體實施例方式
實施例1日最大處理能力為160m3的生態(tài)溝渠系統(tǒng)渠寬W＝0.75m；沉砂池(1)的長度×寬度×深度＝2m×1m×1.5m；微生物處理池(2)的長度×H(深度)＝1m×1.5m；酸化水解池(3)的長度×寬度×深度＝1m×1m×1.5m，用混凝土砌成，并加水泥或木板蓋，視處理程度不定期加入硝化菌；風(fēng)車增氧曝氣池(4)的長度×H(深度)＝1m×1m；礫石攔截與生物接觸氧化床(5)的長度×h(高度)＝20m×0.2m；復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床(6)的長度×h(高度)＝25m×0.2m，使用煤渣作為過濾吸附介質(zhì)；復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床(7)的長度×h(高度)＝25m×0.2m，使用沸石作為過濾吸附介質(zhì)；水生植物(9)選用挺水性很好的菖蒲和/或香蒲，水生植物(16)選用馬蹄蓮和/或水芹；在干渠和農(nóng)田排水的交匯處，即附圖2的(18)、(19)處，視處理程度不定期加入硝化菌；旱季混合污水在生態(tài)溝渠系統(tǒng)內(nèi)的平均停留時間為8小時左右，排放水質(zhì)可以達到國家景觀娛樂用水排放標(biāo)準(zhǔn)。
實施例2復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床(6)的長度×h(高度)＝25m×0.2m，使用沸石作為過濾吸附介質(zhì)；復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床(7)的長度×h(高度)＝25m×0.2m，使用竹炭作為過濾吸附介質(zhì)；其余同實施例1。
旱季混合污水在生態(tài)溝渠系統(tǒng)內(nèi)的平均停留時間為8小時左右，排放水質(zhì)可以達到國家景觀娛樂用水排放標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明在保證城鎮(zhèn)和農(nóng)田排水暢通的同時，使改造后的排水溝渠對城鎮(zhèn)污水和農(nóng)田排水組成的高負(fù)荷混合污水具有很強的凈化作用，它能有效地解決城鎮(zhèn)面源污染問題，保護水環(huán)境，由于充分利用了現(xiàn)有的溝渠，占地面積很少，甚至占地面積為零，施工容易，維護簡單。
權(quán)利要求
1.一種生態(tài)溝渠污水凈化方法，其特征是將城鎮(zhèn)生活污水和農(nóng)田排水進行混合處理，城鎮(zhèn)生活污水依次流經(jīng)粗格柵(8)、沉砂池(1)、細(xì)格柵(10)、微生物處理池(2)、酸化水解池(3)、風(fēng)車增氧曝氣池(4)、礫石攔截與生物接觸氧化床(5)后與農(nóng)田排水混合，經(jīng)過由(6)、(7)構(gòu)成的復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床層區(qū)凈化后得到可排放的凈化水。
2.如權(quán)利要求1所述的生態(tài)溝渠，其特征在于沉砂池(1)中種植挺水植物。
3.如權(quán)利要求1所述的生態(tài)溝渠，其特征在于礫石床(5)和復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床(6)、(7)中種植水生植物。
4.如權(quán)利要求2所述的生態(tài)溝渠，其特征在于沉砂池(1)中種植的挺水植物為菖蒲和/或香蒲。
5.如權(quán)利要求3所述的生態(tài)溝渠，其特征在于礫石床(5)和復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床(6)、(7)中種植的水生植物為馬蹄蓮和/或水芹。
全文摘要
一種生態(tài)溝渠污水凈化方法，其特征是將城鎮(zhèn)生活污水和農(nóng)田排水進行混合處理，城鎮(zhèn)生活污水依次流經(jīng)粗格柵、沉砂池、細(xì)格柵、微生物處理池、酸化水解池、風(fēng)車增氧曝氣池、礫石攔截與生物接觸氧化床后與農(nóng)田排水混合，經(jīng)過由復(fù)合介質(zhì)過濾吸附床層區(qū)凈化后得到可排放的凈化水。
文檔編號C02F3/32GK1951837SQ20061009784
公開日2007年4月25日 申請日期2006年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月15日
發(fā)明者胡正義, 吳永紅, 楊林章, 林先貴, 王一明 申請人:中國科學(xué)院南京土壤研究所