CN103864217B - 一种多功能膜曝气人工湿地污水处理*** - Google Patents

一种多功能膜曝气人工湿地污水处理*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多功能膜曝气人工湿地污水处理***，包括人工湿地池，在人工湿地池底部有防渗处理层，防渗处理层上方依次铺设卵石垫层、陶粒滤料层和种植土层；在人工湿地池两侧分别设置有配水区和集水区，配水区和集水区与人工湿地池之间由穿孔花墙相连接，可针对污水的进水水质进行变换的多功能人工湿地污水处理。其曝气方式灵活、运行形式灵活、处理效果佳、且节约能源。具备传统人工湿地的功能，又具有曝气型人工湿地的功能，同时可以以膜生物反应工艺、生物接触氧化形式进行多功能的运行。

Description

一种多功能膜曝气人工湿地污水处理***
技术领域
本发明属于环境保护领域，具体涉及一种多功能膜曝气人工湿地污水处理***。
背景技术
人工湿地是由人工建造和控制运行的与沼泽地类似的地面，将污水有控制的投配到经人工建造的湿地上，污水在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。
人工湿地处理***主要用于污水深度处理，具有缓冲容量大、处理效果好、工艺简单、投资省、运行费用低等特点，非常适合中、小城镇的污水处理。但也有不足之处：如占地面积过大，氧气供应传质不佳等缺点。尤其对潜流型人工湿地若无地下曝气装置，则其硝化反应较难进行。
已见公知的曝气型人工湿地（张建等，准潜流曝气人工湿地[P].CN101708898A；方焰星等。曝气对人工湿地氮去除效果的影响[J].湿地科学,第9卷第3期，270-276，2011；王磊等.低氧接触氧化/微曝气人工湿地工艺净化污染河水[J].中国给水排水，第24卷第5期，22-26，2008）通常的曝气装置主要是穿孔曝气管曝气，具有曝气不均匀、气泡形状大、易堵塞等不足之处，且功能单一。而在人工湿地中应用膜曝气方式却鲜有报道。而同时将人工湿地工艺通过改变运行状态使其形成膜生物反应器工艺则未见报道。
发明内容
针对上述现有技术存在的的传质不均、氧利用率低的缺点，本发明的目的在于，提供一种曝气方式灵活、运行形式灵活、处理效果佳、节约能源的多功能膜曝气人工湿地污水处理***。该***具备传统人工湿地的功能，又具有曝气型人工湿地的功能，同时可以以膜生物反应工艺、生物接触氧化工艺形式进行多功能的运行。可以针对污水的进水水质进行变换处理。
为了实现上述任务，本发明采用如下的技术解决方案：
一种多功能膜曝气人工湿地污水处理***，包括人工湿地池，其特征在于，在人工湿地池底部有防渗处理层，防渗处理层上方依次铺设卵石垫层、陶粒滤料层和种植土层；在人工湿地池两侧分别设置有配水区和集水区，配水区和集水区与人工湿地池之间由穿孔花墙相连接，其中：
所述的配水区中设有用于连接进水泵的进水管；进水管上安装有用于控制流量的第一流量计；在配水区底部设有第一放空阀；
所述的集水区设有第一出水管和第二出水管，其中，第一出水管为自由出流管，第二出水管上有用于控制流量的第二流量计；在集水区底部有第二放空阀；
在卵石垫层上方有曝气管网，该曝气管网包括有两根曝气主管和数根曝气支管，一根曝气主管位于配水区之外，另一根曝气主管位于集水区之外；曝气主管沿人工湿地池的卵石垫层边缘布置，曝气支管并排平铺于卵石垫层内部，各曝气支管上连接曝气主管端设置有调节阀；曝气管网中的两根曝气主管和数根曝气支管均为穿孔曝气管与曝气的复合管网，曝气膜在两根曝气主管和数根曝气支管上固定；
在位于配水区之外的曝气主管上设置有主控阀和外部风机，其中主控阀用以切换曝气方式；在位于集水区之外的曝气主管上设置有带PLC控制***的自吸泵，其中，自吸泵与外部风机为切换状态，即开启自吸泵不能使用外部风机，开启外部风机不能使用自吸泵。
本发明的多功能膜曝气人工湿地污水处理***，其创新点在于：
（1）采用膜曝气的方式对人工湿地进行曝气，提高了氧的利用效率，加强了气体传质性能，提高了硝化反应的效果，节约能源，曝气效率高。
（2）可根据进水的水质情况进行多种方式处理，即可实现多功能、多工艺运行。例如：当进水水质较差，而出水水质不要求回用时，可采用生物接触氧化工艺方式对污水进行处理；当进水水质差，而出水水质要求回用时，可采用膜生物反应器工艺方式处理污水；当进水为微污染原水时，可采用传统型人工湿地的功能进行污水处理；当进水为高氨氮污水时，可采用膜曝气型人工湿地的功能进行污水处理。
（3）本发明采用膜曝气方式，可实现无气泡曝气，对湿地植物有益。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
（1）用途较多，实现人工湿地工艺、生物接触氧化工艺以及膜生物反应器三大工艺的有机结合。
（2）操作简便易行。实现了在一个单体构筑物内的三大污水处理工艺的快速转换，非常适用于进水水质和出水水质要求不同而设定相应的工艺。
附图说明
图1是本发明的多功能膜曝气人工湿地污水处理***结构示意图；
图中的标号分别表示：1、配水区，2、人工湿地池，3、集水区，4、进水管，5、穿孔花墙。6、防渗处理层，7、卵石垫层，8、曝气管网，9、陶粒滤料层，10、种植土层，11、主控阀，12、调节阀，13、外部风机，14、自吸泵（带PLC控制***），15-1、第一放空阀，15-2、第二放空阀，16-1、第一出水管，16-2、第二出水管，17-1、第一流量计，17-2、第二流量计；
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细描述。
具体实施方式
参见图1，本实施例给出一种多功能膜曝气人工湿地污水处理***，包括人工湿地池2，在人工湿地池2底部有防渗处理层6，防渗处理层6上方依次铺设卵石垫层7、陶粒滤料层9和种植土层10；在人工湿地池2两侧分别设置有配水区1和集水区3，配水区1和集水区3与人工湿地池2之间由穿孔花墙5相连接，其中：
所述的配水区1中设有用于连接进水泵的进水管4；进水管4上安装有用于控制流量的第一流量计17-1；在配水区1底部设有第一放空阀15-1；
所述的集水区3设有第一出水管16-1和第二出水管16-2，其中，第一出水管16-1为自由出流管，因此不设置流量计；第二出水管16-2上有用于控制流量的第二流量计17-2；在集水区3底部有第二放空阀15-2；
在卵石垫层7上方有曝气管网8，该曝气管网8包括有两根曝气主管和数根曝气支管，一根曝气主管位于配水区1之外，另一根曝气主管位于集水区3之外；曝气主管沿人工湿地池2的卵石垫层7边缘布置，曝气支管并排平铺于卵石垫层7内部，各曝气支管上连接曝气主管端设置有调节阀12；曝气管网8中的两根曝气主管和数根曝气支管均为穿孔曝气管与曝气的复合管网，曝气膜在两根曝气主管和数根曝气支管上固定；
在位于配水区1之外的曝气主管上设置有主控阀11和外部风机13，其中主控阀11用以切换曝气方式；在位于集水区3之外的曝气主管上设置有带PLC控制***的自吸泵14，其中，自吸泵14与外部风机13为切换状态，即开启自吸泵14不能使用外部风机13，开启外部风机13不能使用自吸泵14。
种植土层10用以种植人工湿地的植物。植物选用菖蒲、芦苇、美人蕉等常用湿地植物。
本实施例中，陶粒滤料层9中的陶粒滤料直径为3-5mm。
防渗层6、卵石垫层7、陶粒滤料层9与种植土层10的高度分别为3cm～5cm、10cm～20cm、30cm～60cm以及15cm～20cm，总高度保持在1m以内。
自吸泵14配有PLC自动控制装置一片，用于控制自吸泵14的启停。
穿孔曝气管材质为PVC或PPR；曝气膜材质为PE或PVDF。
第二放空阀15-2兼作接触氧化工艺的排泥阀。
主控阀11用以切换曝气方式，可进行穿孔曝气和膜曝气两种形式。
本发明的多功能膜曝气人工湿地污水处理***的原理是：
充分发挥各反应工艺的功能，并可通过改变运行条件实现各反应工艺的运行方式及功能的转变之功效，从而使反应器有多种完全不同的处理运行模式，实现依进水出水水质要求而运行的水处理方式。
其工作过程如下：
一、当进水水质较差，而出水水质不要求回用时
以生物接触氧化工艺方式运行，具体方式为：
经过预处理（除渣）后的废水经进水泵和进水管4进入配水区1。经穿孔花墙5的配水均匀进入人工湿地池2。此时曝气方式为膜曝气，人工湿地池2内的生物膜在膜曝气管网8曝气的条件下，对进水中的有机物进行降解，一方面生物膜不断地更新，另一方面使废水污染物质得到去除。人工湿地池2内的植物也起到了污染物去除的作用。出水经自流进入集水区3，此时集水区3可作为沉淀池，少量污泥经第二放空阀15-2排除，出水经第一出水管16-1自流出水，而达到用户的要求。
二、进水水质差，而出水水质要求回用
以膜生物反应器工艺方式运行，具体方式为：
经过预处理（除渣）后的废水经进水泵和进水管4进入配水区1。经穿孔花墙5的配水均匀进入人工湿地池2。此时曝气方式为穿孔曝气，人工湿地池2内的生物膜在膜曝气管网8曝气的条件下，对进水中的有机物进行降解，一方面生物膜不断地更新，另一方面使废水污染物质得到去除。人工湿地池2的植物也起到了污染物去除的作用。出水经自吸泵14通过膜曝气管网8中的膜进行抽吸经由第二出水管16-2出水进入集水区3，此时集水区3可作为回用水收集池，即中水池，而达到用户的要求。
三、进水为微污染原水时
以传统型人工湿地工艺方式运行，具体方式为：
经过预处理（除渣）后的废水经进水泵和进水管4进入配水区1。经穿孔花墙5的配水均匀进入人工湿地池2。此时曝气方式为不曝气。人工湿地池2内的生物膜对进水中的有机物进行降解，一方面生物膜不断地更新，另一方面使废水污染物质得到去除。人工湿地池2的植物也起到了污染物去除的作用。出水经自流经花墙进入集水区3，出水经出水管16-1自流出水，而达到用户的要求。
四、进水为高氨氮污水时
以膜曝气型人工湿地工艺方式运行，具体方式为：
经过预处理（除渣）后的废水经进水泵和进水管4进入配水区1。经穿孔花墙5的配水均匀进入人工湿地池2。此时曝气方式为膜曝气，人工湿地池2内的生物膜在膜曝气管网8曝气的条件下，对进水中的有机物进行降解，一方面生物膜不断地更新，另一方面使废水污染物质得到去除，同时进行硝化作用去除氨氮，人工湿地池2的植物也起到了污染物去除的作用。出水经自流经花墙进入集水区3，出水经出水管16-1自流出水，而达到用户的要求。
以下是发明人给出的具体实施例：
实施例1：
经过预处理（除渣）后的废水经进水泵和进水管4进入配水区1。经穿孔花墙5的配水均匀进入人工湿地池2。此时曝气方式为膜曝气，人工湿地池2内的生物膜在膜曝气管网8曝气的条件下，对进水中的有机物进行降解，一方面生物膜不断地更新，另一方面使废水污染物质得到去除。人工湿地池2的植物也起到了污染物去除的作用。出水经自流进入作为沉淀池集水区3，少量污泥经放空阀15-2排除，出水经出水管16-1自流出水。
将上述所得接触氧化工艺处理生活污水，生活污水的主要污染物指标COD=200mg/L～300mg/L，BOD5=100mg/L～200mg/L，NH3-N=40mg/L～50mg/L，TN=40mg/L～50mg/L。由于陶粒滤料层9中的陶粒滤料表面易于挂膜，附着的生物膜起到了去除污染物和脱氮的作用。处理后出水COD=45mg/L～50mg/L，BOD5=10mg/L～15mg/L，NH3-N=5mg/L～8mg/L，TN=15mg/L～20mg/L。出水水质可达到城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）的二级标准。
实施例2：
经过预处理（除渣）后的废水经进水泵和进水管4进入配水区1。经穿孔花墙5的配水均匀进入人工湿地池2。此时曝气方式为穿孔曝气，人工湿地池2内的生物膜在膜曝气管网8曝气的条件下，对进水中的有机物进行降解，一方面生物膜不断地更新，另一方面使废水污染物质得到去除。人工湿地池2种植的植物也起到了污染物去除的作用。出水经膜曝气管网8中的膜通过自吸泵14上的PLC装置设定的抽停比（13分钟运行，2分钟停止）进行抽吸，经膜过滤后由第二出水管16-2的出水口进入集水区3，此时集水区3作为中水池。
将上述所得膜生物反应器工艺处理生活污水，生活污水的主要污染物指标COD=200mg/L～300mg/L，BOD5=100mg/L～200mg/L，NH3-N=40mg/L～50mg/L，TN=40mg/L～50mg/L，SS=100mg/L-200mg/L。
由于陶粒滤料层9中的陶粒滤料表面易于挂膜，陶粒滤料附着的生物膜起到了去除污染物和脱氮的作用。处理后出水COD=10mg/L～15mg/L，BOD5=5mg/L～10mg/L，NH3-N≈0mg/L，TN=15mg/L～20mg/L，SS=1mg/L～2mg/L。出水水质可达到能够达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002）和《城市污水再生利用景观用水水质标准》（GB/T18921-2002）的要求。由于膜过滤作用，可使其中出水细菌总数为0。达到中水回用。
实施例3：
经过预处理（除渣）后的废水经进水泵和进水管4进入配水区1，经穿孔花墙5的配水均匀进入人工湿地池2。此时曝气方式为不曝气。人工湿地池2内的生物膜对进水中的有机物进行降解，一方面生物膜不断地更新，另一方面使废水污染物质得到去除。人工湿地池2种植的植物也起到了污染物去除的作用。出水自流经穿孔花墙5进入集水区3，出水经第一出水管16-1自流出水。
将上述所得传统型人工湿地工艺处理微污染原水，选取受污染的河道水。在进水CODCr，CODMn，NH3-N，SS，浊度，TP，TN分别为：30～40mg/L，8～19mg/L，1～3mg/L，37～50mg/L，20～60NTU，0.3-0.4mg/L，2～3mg/L时，工艺处理后出水水质分别为：15mg/L以下，4mg/L以下，1mg/L以下，5mg/L以下，1NTU以下，0.2mg/L以下，1.0mg/L以下。能够从《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）的第劣5类水达到第3类水的要求
实施例4：
经过预处理（除渣）后的废水经进水泵和进水管4进入配水区1，经穿孔花墙5的配水均匀进入人工湿地池2。此时曝气方式为膜曝气，人工湿地池2内的生物膜在膜曝气管网8曝气的条件下，对进水中的有机物进行降解，一方面生物膜不断地更新，另一方面使废水污染物质得到去除，同时进行硝化作用去除氨氮，人工湿地池2种植的植物也起到了污染物去除的作用。出水经自流经穿孔花墙5进入集水区3，出水经第一出水管16-1自流出水。
将上述所得膜曝气人工湿地工艺处理高氨氮微污染原水，选取受氨氮污染的河道水。在进水CODCr，CODMn，NH3-N，SS，浊度，TP，TN分别为：30mg/L～40mg/L，50mg/L～60mg/L，1mg/L～3mg/L，37mg/L～50mg/L，20NTU～60NTU，0.3mg/L～0.4mg/L，50mg/L～60mg/L时，工艺处理后出水水质分别为：15mg/L以下，2mg/L以下，0.5mg/L以下，5mg/L以下，1NTU以下，0.1mg/L以下，10mg/L以下。能够除总氮外，从《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）的氨氮高度超标的劣5类水达到第2类水的要求。出水水质可达到修复受污染水体的功能。

Claims (6)

1.一种多功能膜曝气人工湿地污水处理***，包括人工湿地池(2)，其特征在于，在人工湿地池(2)底部有防渗处理层(6)，防渗处理层(6)上方依次铺设卵石垫层(7)、陶粒滤料层(9)和种植土层(10)；在人工湿地池(2)两侧分别设置有配水区(1)和集水区(3)，配水区(1)和集水区(3)与人工湿地池(2)之间由穿孔花墙(5)相连接，其中：
所述的配水区(1)中设有用于连接进水泵的进水管(4)；进水管(4)上安装有用于控制流量的第一流量计(17-1)；在配水区(1)底部设有第一放空阀(15-1)；
所述的集水区(3)设有第一出水管(16-1)和第二出水管(16-2)，其中，第一出水管(16-1)为自由出流管，第二出水管(16-2)上有用于控制流量的第二流量计(17-2)；在集水区(3)底部有第二放空阀(15-2)；
在卵石垫层(7)上方有曝气管网(8)，该曝气管网(8)包括有两根曝气主管和数根曝气支管，一根曝气主管位于配水区(1)之外，另一根曝气主管位于集水区(3)之外；曝气主管沿人工湿地池(2)的卵石垫层(7)边缘布置，曝气支管并排平铺于卵石垫层(7)内部，各曝气支管上连接曝气主管端设置有调节阀(12)；曝气管网(8)中的两根曝气主管和数根曝气支管均为穿孔曝气管，曝气膜在两根曝气主管和数根曝气支管上固定；
在位于配水区(1)之外的曝气主管上设置有主控阀(11)和外部风机(13)，其中主控阀(11)用以切换曝气方式；在位于集水区(3)之外的曝气主管上设置有带PLC控制***的自吸泵(14)，其中，自吸泵(14)与外部风机(13)为切换状态，即开启自吸泵(14)不能使用外部风机(13)，开启外部风机(13)不能使用自吸泵(14)。
2.如权利要求1所述的多功能膜曝气人工湿地污水处理***，其特征在于，所述的陶粒滤料层(9)中的陶粒滤料直径为3-5mm。
3.如权利要求1所述的多功能膜曝气人工湿地污水处理***，其特征在于，所述的防渗处理层(6)、卵石垫层(7)、陶粒滤料层(9)与种植土层(10)的高度分别为3cm～5cm、10cm～20cm、30cm～60cm以及15cm～20cm，总高度保持在1m以内。
4.如权利要求1所述的多功能膜曝气人工湿地污水处理***，其特征在于，所述的自吸泵(14)配有PLC自动控制装置一片，用于控制自吸泵(14)的启停。
5.如权利要求1所述的多功能膜曝气人工湿地污水处理***，其特征在于，所述的穿孔曝气管材质为PVC或PPR；曝气膜材质为PE或PVDF。
6.如权利要求1所述的多功能膜曝气人工湿地污水处理***，其特征在于，所述的第二放空阀(15-2)兼作接触氧化工艺的排泥阀。
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