CN107487969A - 一种初降雨水净化*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种初降雨水净化***，该***包括依次串联连接的格栅井模块、收集***模块、厌氧处理模块、好氧处理模块、沉淀分离模块和人工湿地模块。其中，沉淀模块包括沉淀区、清水区和污泥泵；在沉淀区内在重力作用下污水进行泥水分离，污泥沉于所述沉淀区底部，上清液进入清水区；污泥经管道收集后由污泥泵打回流到厌氧模块和好氧模块；上清液流入所述人工湿地模块。该***能够有效降低雨水中的总氮和总磷含量。

Description

一种初降雨水净化***
技术领域
本发明属于城市雨水处理技术领域，涉及一种初降雨水处理***，具体地涉及一种具有生化反应模块和人工湿地模块的初降雨水净化***。
背景技术
近年来，由于城市化的发展，城市中的硬化路面和屋面越来越多，当发生强降雨时，雨水会冲刷路面、屋面，形成初期雨水径流。由于降雨初期，雨水溶解空气中的大量酸性气体、汽车尾气、工厂废气等污染性气体，降落地面后又由于冲刷路面屋面等，使得前期雨水中含有大量的有机物、病原体、重金属、油脂、悬浮固体等污染物质，因此前期雨水的污染程度较高，通常超过了普通的城市污水的污染程度，如果将前期雨水直接排入自然承受水体，将会对水体造成非常严重的污染。
目前，雨水处理装置大多为即时处理装置，这类雨水处理装置对流进雨水全部进行处理，不能分离出初期雨水，雨水处理负荷量大，处理效果差。有少数装置采用人工湿地或者生化***处理的方法，但单一的处理方式效果不明显，雨水中的污染物质还是大量存留。所以可以将现有的人工湿地技术和生化处理技术相结合对雨水进行处理，再运用太阳能技术，使整个处理***更加节能环保。
一种名为“一种初期雨水收集、离线处理***”(公开号为CN103696458A)的中国专利文献，其方案要点是暴雨时，初期雨水首先流入调蓄沉砂池，污染严重的初期雨水积存在调蓄沉砂池的下部，中后期雨水则流走于调蓄沉砂池的上面，同时，调蓄沉砂池也对中后期雨水起到沉淀预处理作用。离线隔离池通过第一连接管从调蓄沉砂池底部引水，这样取得初期雨水进行后续处理，初步实现初期雨水和中后期雨水分离。旱期时，离线隔离池开通强化处理池，将雨期所收集的初期径流均匀地汇入强化处理池进行强化处理，这样实现了雨水的延时处理，处理后的雨水用于浇灌绿地。
另一种名称为“路面初期雨水处理***”(公开号为CN102080395A)的中国专利文献，其方案要点是：市政道路的行车道和/或人行道上设置雨水收集单元，行车道或人行道外侧顺延设置人工湿地，雨水收集单元经输水单元将初期雨水连通到人工湿地。该技术是在市政道路建设时可以直接利用现场的环境合理利用土方，将拟建的行车道和人行道适当抬高，而抬高的土方可以就近获得，在行车道和人行道的旁侧顺势就近建成浅池，在浅池内种植水草、芦苇等水生植物构成人工湿地，再通过雨水收集单元将雨水收集并输送到人工湿地进行净化处理。
该发明使用了生化处理***进行雨水处理，方式比较单一，处理效果、效率不够好，方式较落后，能源消耗大，雨水处理后利用率也低。以及雨水处理后产生的污泥废弃物没有处理可能会对环境造成二次污染。
该发明采用了人工湿地法对初期降雨进行处理，处理方式也相对的单一，雨水中的污染物质不能得到更加有效的处理，雨水对环境的污染不能有效得到解决。但是其没有考虑到污水处理后所残留和产生大量污泥。污泥的未处理后排放会对生态环境造成二次污染。
特别地，现有技术中的生化处理池中的微生物会随着***净化雨水而不断减少，缺少自动补充微生物的机制。
发明内容
为解决至少上述技术问题，本发明提供一种初降雨水净化***，所述初降雨水净化***包括由管道串联连接的如下模块：
格栅井模块，所述格栅井模块用于截留初将雨水中的悬浮物或漂浮物；
收集***模块，所述收集***模块用于初将雨水的收集；
厌氧模块，所述厌氧模块用于降解污水中有机物和营养物质；
好氧模块，所述好氧模块用于进一步降解污水中有机物和营养物质；
沉淀模块；
人工湿地模块，所述人工湿地模块用于污水的生态净化；
其中，所述沉淀模块包括沉淀区、清水区和污泥泵；
在所述沉淀区内在重力作用下所述污水进行泥水分离，污泥沉于所述沉淀区底部，上清液进入所述清水区；
所述污泥经管道收集后由所述污泥泵打回流到所述厌氧模块和所述好氧模块；
所述上清液流入所述人工湿地模块。
在一些实施方案中，所述格栅井模块包括栅间距15mm的粗格栅一套和栅间距8mm的细格栅一套。
在一些实施方案中，所述收集***模块包括污水提升泵和自动液位浮球；
由所述自动液位浮球控制，当水位达到高液位时，自动开启所述污水提升泵开始工作，当水位达到低液位时，自动关停所述污水提升泵，防止水泵空转。
在一些实施方案中，所述厌氧模块内装球形填料。
在一些实施方案中，所述好氧模块包括球形填料、回转风机和布气***。
在一些实施方案中，所述人工湿地模块由填料、植物、微生物、藻类构成；
外观为景观绿地，整体形成水、微生物、植物、动物共生的生态***。
在一些实施方案中，所述填料结构为底部大块砾石层，中间沸石层，上层瓜子片。
在一些实施方案中，所述***的电能来自太阳能。
在一些实施方案中，所述串联连接的所述格栅井模块为1个、所述收集***模块为1个、所述厌氧处理模块为4个、所述好氧处理模块为4个、所述沉淀分离模块为2个和所述人工湿地模块为10个。
本发明调查研究水量及水质变化情况，结合工程污水本身特有的情况，需要选择的技术模块相对成熟、经济合理、运行灵活、管理方便、处理效果稳定的设计方案。因而选择将人工湿地***、生化处理***和太阳能供电***等技术相结合的雨水污水处理***，多重的组合处理技术可以使雨水处理的效果更加出色。太阳能供电***可以更加有效的节约能源。
降雨初期的雨水中含有大量的有机物、病原体、重金属、油脂、悬浮固体等污染物质，污染程度较高，通常超过了普通的城市污水的污染程度。不能直接排入自然承受水体，需要收集处理后再进行排放。结合初期雨水水质的特点，采取前置生化处理池，后置景观式垂直流潜流人工湿地的处理方案，使得人工湿地具有一定的抗冲击性，延长运行寿命，保证处理效果。
更具体地，为实现初期雨水收集、处理，在一些实施方案中，本工程设置雨污切换装置，利用校园雨水管道进行初降雨水的截流与收集，采用一个收集模块、4个厌氧预处理模块、4个微动力好氧模块、2个沉淀分离模块和10个人工湿地模块串联净化雨水，实现全氮和总磷削减率达30％以上，提高入河雨水水质，有效地保护自然水体环境
在一些实施方案中，初降雨水处理***的主要处理流程为：初期雨水→格栅井→厌氧处理池→好氧处理池→沉淀池→潜流人工湿地→出水管→景观水体。具体可包括：
可选地，初期雨水经市政雨水管道分流收集自流到格栅井模块，首先经格栅模块的井栏拦截去除废水中较大的悬浮物、漂浮物、纤维物质和固定颗粒，从而保证后续处理设施的正常运行，减轻后端处理负荷。
可选地，初期雨水是一种不规则的污水，根据降水量的大小而变化，在厌氧预处理池负荷能力高度外设置超越管，防止连续大雨或暴雨对人工湿地的冲击。同时设置补充进水***，保证旱季时段人工湿地的用水需要。在后续已经建成的校区景观湖内设置进水泵，当厌氧处理池内的水位达不到预期设置水位，进水泵通过液位浮球自动工作，进水达到指定水位后水泵停止工作。
可选地，在收集池内设置液位提升泵，达到设定水位后提升到厌氧预处理池，为了进一步降低进入湿地的污染物负荷，在厌氧池后设置好氧池。利用气泵充氧和综合液位的上下起伏，使弹性填料不断处于好氧、厌氧交替状态，更加有效地降低污染物浓度。为防止人工湿地堵塞，好氧池出水首先进入沉淀池，在池底部设置污泥泵，沉淀池内活性污泥定期清理返回生化处理模块(包括厌氧模块和好氧模块)。
可选地，雨水最终进入垂直式潜流人工湿地。人工湿地分为四层，整个***的设计孔隙率为38％，基质层采用4-6#砾石，在基质层上均匀布置进水管，介质层用炉渣填充，在炉渣上层填充洗砂层，最上层布置30mm种植土。人工湿地设计停留时间2.5d。整个人工湿地上部景观式设计，在保证下部垂直流潜流人工湿地***运行的前提下，设置喜水的挺水植物群、沉水植物群及在溢流沟道内布设漂浮植物。
可选地，污水通过4层填充层后上溢，水质中含有的悬浮物已经基本过滤，剩余水中有机物通过根系发达的上层植物吸附和消纳后出水到达指定水位后溢流到出水沟，排入后置原有景观湖内，景观湖出水直接排入塘河。
人工湿地的总体布置需要在结合工艺流程要求的前提下顺应地形，尽量布置紧凑，节约用地；明确功能的分区来满足废水处理的需求；按照功能的要求，合理确定道路密度和结构；结合地形地貌来合理确定竖向标高，尽量减少土石方工程量，防止内涝以及满足现行的设计规程和规范的要求。
针对人工湿地处理用电设备的电气负荷，对低压配电***、动力电缆进行初步设计。
可选地，本发明可为三级供电负荷，处理***设计装机总容量3.0KW，需用容量为3.0KW。采用太阳能光伏水泵***，该***由太阳能发电***、光伏扬水逆变器控制***和制水***三部份组成。在本发明中，利用太阳能光伏水泵及其控制***对收集***模块水位进行实时监测，根据测得的水位情况，选择适时开机排水，为了弥补太阳能供电的局限性，提高并满足***的稳定性，以市电为辅助电源以满足太阳能不够供电的使用，能最大限度地实现清洁能源与传统能源的互补。本***根据日照强度的变化调节水泵转速，使输出功率接近太阳电池阵列的最大功率；当日照很充足时，保证水泵的转速不超过额定转速；当日照不足时，根据设定最低运行频率是否满足，否则自动投入市电运行。并且本***全自动运行，无须人工值守，降低***的建设和维护成本。
可选地，本发明中的构筑物根据污水处理工艺要求分为生化处理构筑物、人工湿地构筑物。而其中废水处理构筑物包括厌氧预处理池、人工湿地；污泥处理构筑物合并在沉淀池内。其中污水处理构筑物中厌氧预处理池为蓄水构筑物，其采用整体玻璃钢预制形式，并作防渗处理。设计地基承载力按不低于100Kpa，地下水位2.50m考虑。废水pH6-7，因此采用镀锌钢管货塑料材质管道(PVC及ABS等材质)这样可以起到防腐的作用。
可选地，***的日常运行是初期雨水经雨水管网收集后经雨水井截流进入格栅井，格栅井中粗、细格栅对雨水中的固体杂质进行截流后雨水进入收集***。收集***中的水位达到一定水位后，水泵由液位控制自动开启，将雨水提升至厌氧***，自流到好氧***，经生化处理后，雨水进入沉淀***进行泥水分离，污泥回流至生化***，剩余污泥定期进行清理，上清液自流到人工湿地***，经人工湿地***处理后就近排入余杭塘河
***的日常维护管理需要观察雨水处理设施的运行和养护状况，随时关注出水流量和水质；每月定时检查一次窨井，发现处理设施有淤泥堆积堵塞、人工湿地水生植物凋谢、管道和窨井盖破损、处理构筑物开裂渗漏、出水流量和水质不正常等现象时，应立即反馈信息，并及时联系疏通和修复。
上述各个特征在合理的范围内可以任意的组合与扩展。
附图说明
图1为雨水净化***示意图。
图2为测试实施例的雨水净化***平面布置图；
图3为格栅结构图；
图4为雨水收集池(收集***模块)剖面图(图2的1-1剖面图)；
图5为雨水净化***剖面图(图2的2-2剖面图)；
图6为生化反应池(好养处理模块)剖面图；
图7为人工湿地剖面图。
具体实施方式
为了更好的解释本发明的技术方案，下面结合附图详细介绍本发明的实施例。以下实施例用于进一步说明本发明，但不应理解为对本发明的固定或限制。若未特别指明，实施例中所用的技术特征可以替换为具有在不背离发明构思前提下等同或相似功能或效果的其他本领域已知的技术特征。
一种初降雨水净化***，其原理示意图如图1所示。在一个具体的事实方式中，其平面布置图如图2所示，该***包括依次串联连接的1个格栅井模块(1)、1个收集***模块(2)、4个厌氧处理模块(3-6)、4个好氧处理模块(7-10)、2个沉淀分离模块(11-12)和10个人工湿地模块(13-22)，其中各个模块的结构和相互关系如下所述。
①格栅井模块：格栅用以截留废水中较大的悬浮物或漂浮物，如渣垢、果皮、塑料制品等，预处理阶段以减轻后续处理构筑物的处理负荷，提高可生化性，并使之正常运转。
(1)尺寸大小：L×W×H＝1.6×1.5×1.0(m)
(2)数量：1座
(3)材质：玻璃钢
(4)配套设备：粗格栅，数量：1套，规格：1600×1000(mm)，栅间距15mm；细格栅，数量：1套，规格：1600×1000(mm)，栅间距8mm。
②收集***模块：收集***进行初期雨水的收集，同时进行量水质的均匀调节，给后续的处理构筑物创造一个稳定的进水条件。
收集模块内安装水泵，通过液位控制水泵的开停。当水位达到高液位时，自动开启水泵开始工作，当水位达到低液位时，自动关停水泵，防止水泵空转。
(1)尺寸大小：L×W×H＝6.6×3.0×3.3(m)
(2)数量：1座
(3)材质：玻璃钢
(4)配套设备：污水提升泵：1台。型号：50WQ8-15-1.1，Q＝8m3/h,H＝15m,N＝1.1Kw；自动液位浮球：1套。
③厌氧处理模块：主要功能是降解污水中有机物和营养物质。一共设置4个。
由于污水中有机物浓度较高，微生物处于缺氧状态，此时微生物为厌氧微生物，它们将污水中有机氮转化为氨氮，同时利用有机碳源作为电子供体，将NO2 --N、NO3 --N转化为N2，而且还利用部分有机碳源和氨氮合成新的细胞物质。所以厌氧不仅具有一定的有机物去除功能，减轻后续好氧池的有机负荷，以利于硝化作用进行，而且依靠污水中的高浓度有机物，完成反硝化作用，最终消除氮的富营养化污染。
(1)尺寸大小：L×W×H＝4.0×2.0×2.0(m)；
(2)数量：4座；
(3)材质：玻璃钢，内装球形填料。
④好氧处理模块，具体地为微动力好氧模块：主要功能是进一步降解污水中有机物和营养物质。经过厌氧池的生化作用，污水中仍有一定量的有机物和较高的氮氨存在，为使有机物进一步氧化分解，同时在碳化作用趋于完全的情况下，硝化作用能顺利进行，特设置好氧池，好氧模块的处理依靠自养型细菌(硝化菌)完成，它们利用有机物分解产生的无机碳源或空气中的二氧化碳作为营养源，将污水中的氨氮转化为NO2 --N、NO3 --N。在厌氧池和好氧池中均安装有填料，整个生化处理过程依赖于附着在填料上的多种微生物来完成的。
(1)尺寸大小：L×W×H＝4.0×2.0×2.0(m)；
(2)数量：4座；
(3)材质：玻璃钢，内装球形填料；
(4)配套设备：回转风机，1套，Q＝0.425m3/min,p＝0.2kgf/cm2,N＝0.75Kw；布气***，4套。
⑤沉淀分离模块：主要功能是对生化出水进行泥水分离，生化污泥回流到生化池，确保生化池内微生物的种类和数量，确保生化处理效果。剩余污泥进行定期清理。
分为沉淀区和清水区。在沉淀区内在重力作用下污水进行泥水分离，污泥沉于沉淀区底部，上清液进入清水区。污泥经管道收集后由污泥泵打回流到厌氧模块和好氧模块。由于初期雨水有机物浓度较低，填料挂膜比较困难，防治微生物的流失，沉淀区污泥回流到厌氧模块和好氧模块，补充微生物种类和数量。
(1)尺寸大小：L×W×H＝4.0×2.0×2.0(m)；
(2)数量：2座；
(3)材质：玻璃钢；
(4)配套设备：斜板填料，8m2；污泥泵：1台Q＝10m3/h,H＝10m,N＝0.75Kw。
⑥人工湿地模块：人工湿地由填料、植物、微生物、藻类等几种基本成分构成。外观为景观绿地，整体形成水、微生物、植物、动物共生的生态***。生态绿地中主要种植美人蕉、麦冬等植物。填料层结构为底部30cm大块砾石层，中间50cm沸石层，上层10cm瓜子片。
(1)尺寸大小：L×W×H＝4.0×2.0×1.0(m)；
(2)数量：10座；
(3)材质：玻璃钢；
(4)配套设备：多介质填料，64m3；水生植物1批。
在一些事实方案中，***采用太阳能光伏供电和市电供电相结合的模式。***由太阳电池阵列扬水逆变器及水泵构成，省却掉蓄电池之类的储能装置，以蓄水替代蓄电，直接驱动水泵扬水，可靠性高，同时大幅降低***的建设和维护成本。根据日照强度的变化调节水泵转速，使输出功率接近太阳电池阵列的最大功率；当日照很充足时，保证水泵的转速不超过额定转速；当日照不足时，根据设定最低运行频率是否满足，否则自动投入市电运行。
为了测试该雨水收集处理***对雨水的净化效果，将该***设置在杭州师范大学仓前校区。
对格栅井中的雨水和最后一个人工湿地模块的排放口的经处理废水进行了水质总磷的测定与总氮的测定。
水质中总磷的测定方法为钼酸铵分光光度法，具体参见GB/T11893-1989。
水质中总氮的测定方法为碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法，具体参见HJ636-2012。
具体采样时间与检测物质的浓度参见下表。
从上述表格可以看出，通过本发明的上述雨水净化***，总磷的去除率为39.9％-60.7％，总氮的去除率为49.3％-67.8％。该***能够有效地去除初降雨水中的磷和氮。
以上各个实施例只是用于进一步说明本发明，并不是用来限制本发明的保护范围，凡是基于本发明的构思所做出的等同变换及对本发明的各个技术方案显而易见的改进，均落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种初降雨水净化***，其特征在于，所述初降雨水净化***包括由管道串联连接的如下模块：
格栅井模块，所述格栅井模块用于截留初将雨水中的悬浮物或漂浮物；
收集***模块，所述收集***模块用于初将雨水的收集；
厌氧模块，所述厌氧模块用于降解污水中有机物和营养物质；
好氧模块，所述好氧模块用于进一步降解污水中有机物和营养物质；
沉淀模块；
人工湿地模块，所述人工湿地模块用于污水的生态净化；
其中，所述沉淀模块包括沉淀区、清水区和污泥泵；
在所述沉淀区内在重力作用下所述污水进行泥水分离，污泥沉于所述沉淀区底部，上清液进入所述清水区；
所述污泥经管道收集后由所述污泥泵打回流到所述厌氧模块和所述好氧模块；
所述上清液流入所述人工湿地模块。
2.如权利要求1所述的初降雨水净化***，其特征在于，所述格栅井模块包括栅间距15mm的粗格栅一套和栅间距8mm的细格栅一套。
3.如权利要求1所述的初降雨水净化***，其特征在于，所述收集***模块包括污水提升泵和自动液位浮球；
由所述自动液位浮球控制，当水位达到高液位时，自动开启所述污水提升泵开始工作，当水位达到低液位时，自动关停所述污水提升泵，防止水泵空转。
4.如权利要求1所述的初降雨水净化***，其特征在于，所述厌氧模块内装球形填料。
5.如权利要求1所述的初降雨水净化***，其特征在于，所述好氧模块包括球形填料、回转风机和布气***。
6.如权利要求1所述的初降雨水处理***，其特征在于，所述人工湿地模块由填料、植物、微生物、藻类构成；
外观为景观绿地，整体形成水、微生物、植物、动物共生的生态***。
7.如权利要求6所述的初降雨水处理***，其特征在于，
所述填料结构为底部大块砾石层，中间沸石层，上层瓜子片。
8.如权利要求1-7中任一项所述的初降雨水处理***，其特征在于，所述***的电能来自太阳能。
9.如权利要求1-8中任一项所述的初降雨水处理***，其特征在于，
所述串联连接的所述格栅井模块为1个、所述收集***模块为1个、所述厌氧处理模块为4个、所述好氧处理模块为4个、所述沉淀分离模块为2个和所述人工湿地模块为10个。
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