CN109626575A - 一种低耗高速服务区污水生物-人工湿地复合处理装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种低耗高速服务区污水生物‑人工湿地复合处理装置，所述处理装置包括好氧处理区，厌氧处理区和人工湿地处理区，采用浅层、跌水结合的布水结构实现污水的自充氧，利用重力流、水位差，分别实现污水在处理装置的好氧处理区与厌氧处理区之间、厌氧处理区与湿地处理区之间的自输送，采用生物、生态处理技术结合的方式实现污水脱氮。本发明的污水复合处理装置具有以下优点：1.能耗低，易运管。2.脱氮效果好。3.抗冲击负荷性能好。4.占地面积小。
Description
技术领域
本发明涉及微生物、植物、土壤联合处理高速服务区污水，属于污水生物生态处理技术领域，尤其涉及一种低耗高速服务区污水生物-人工湿地联合处理装置。
背景技术
我国高速公路发展迅速，并相应配套大量高速公路服务区。服务区在完善公路服务功能，为旅客提供住宿，加油，维修等服务的同时，产生了大量的污水，且因服务区一般远离城市，其所排污水无法直接接入市政管网进行统一达标处理。未经处理直接排放的高速服务区污水对周边环境造成严重污染，已成为高速公路建设和运营过程中不可回避的问题，污水的达标治理已引起相关部门的广泛关注。
针对服务区远离市政管网、污染源分散、处理规模小的特点，分散式污水处理技术受到重视并得到广泛采纳。目前高速服务区污水处理技术主要有地埋式一体化处理技术、SBR、MBR、生态处理技术等，其中地埋式一体化技术、SBR、MBR为生物处理技术，虽具有良好的抗冲击负荷性能，高效的氨氮、总氮去除等优点，却均存在工程造价高，能耗大，运行费用高，管理维护繁琐等不足，经营者为节省开支，经常关停污水处理，致使出水最终达不到排放要求。人工湿地作为生态处理技术的核心工艺，因其能耗小，投资运行成本低且易运管等优点越来越受到高速服务区运管单位的重视和采用，但生态处理技术在高速服务区污水治理中存在对氨氮、总氮去除效果差，出水不达标；单位面积处理负荷低从而工程占地面积大等不足。针对高速服务区特点，低能耗、高效脱氮、易维护管理的污水治理技术与装置的开发应用将成为高效经济解决高速公路服务区污水处理的重要突破口。
发明内容
本发明的目的为解决现有高速服务区污水处理工艺及装置存在的动力能耗大、氮去除效率低、工程占地面积大的瓶颈难题，提供一种针对高速服务区污水的低能耗、自充氧的生物-人工湿地复合处理装置，通过二者之间的优配，最大程度的保持生物、生态处理原有技术优势。创新性的提出浅层、跌水结合的布水方式，实现污水的自充氧，无需任何曝气动力设备；利用重力流、水位差，分别实现污水在装置的好氧处理区与厌氧处理区之间、厌氧处理区与湿地处理区之间的自输送，无需污水泵等耗能设备；采用生物、生态处理技术有机结合的方式，实现高效脱氮。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种低耗高速服务区污水生物-人工湿地复合处理装置，所述处理装置包括好氧处理区，厌氧处理区和人工湿地处理区，采用浅层、跌水结合的布水结构实现污水的自充氧，利用重力流、水位差，分别实现污水在处理装置的好氧处理区与厌氧处理区之间、厌氧处理区与湿地处理区之间的自输送，采用生物、生态处理技术结合的方式实现污水脱氮。
其中，所述处理装置为长方体结构，所述好氧处理区、厌氧处理区位于整个处理装置左侧，且所述好氧处理区位于厌氧处理区上方；所述人工湿地处理区位于整个处理装置右侧。
所述好氧处理区分为设有上、中、下三层好氧反应池，分别为好氧Ⅰ池、好氧Ⅱ池、好氧Ⅲ池。各池之间纵向首尾串联，且池内均置有纤维填料并投加好氧活性污泥，各池均敞口。好氧Ⅰ池由左至右包括布水器、溢流板Ⅰ、布水薄板Ⅰ；好氧Ⅱ池右侧有溢流板Ⅱ、布水薄板Ⅱ。好氧Ⅲ池右侧有溢流板Ⅲ、布水薄板Ⅲ。各好氧池之间均通过布水薄板水路相通。
所述厌氧处理区位于好氧处理区下部，内部置有纤维填料并投加厌氧反硝化污泥。厌氧处理区两侧均设隔板。厌氧处理区与好氧Ⅲ池底部或布水薄板Ⅲ完全接合，左侧隔板上端与布水薄板Ⅲ左边缘完全接合，下端与厌氧处理区底部之间留有缝隙；右侧隔板与厌氧处理区底部完全结合，顶端与布水薄板Ⅲ之间留有缝隙。厌氧处理区与好氧Ⅲ池之间通过布水薄板Ⅲ相连通。
所述人工湿地处理区位于厌氧处理区右侧，底部设有布水隔板，右侧设有出水管。人工湿地处理区由下至上分别填充由砾石、炉渣、土壤介质。土壤介质中有草被植物及根系发达、耐寒的常绿水生植物。人工湿地处理区与厌氧处理区之间通过厌氧处理区右壁底部缝隙相通。
其中，所述生物-人工湿地复合处理装置中好氧处理区、厌氧处理区、人工湿地处理区等宽，长度比值为(2～3):1:(4～6)。
其中，所述生物-人工湿地复合处理装置中好氧处理区内布水器与好氧处理区等宽，开有布水圆孔并均匀分布，开孔率为0.2。各层好氧池尺寸相同，其长:宽:高比值为(20～30):(10～15):1，高度为20～30cm。各好氧池右壁高度均低于左壁5～10cm。
其中，所述生物-人工湿地复合处理装置中各布水薄板尺寸完全相同，均由横、纵薄板成直角构成，横薄板与好氧池等长、等宽，纵薄板与好氧池等宽，高度为3～5cm。各布水横薄板与各好氧池底部间隙3～5cm，纵薄板与好氧池右壁间隙为5～10cm。
其中，所述生物-人工湿地复合处理装置中厌氧处理区长度为好氧反应池长度的1/4～1/3，宽:高比值为1:(2～3)。左侧隔板与厌氧处理区底部之间缝隙5～10cm，右侧隔板与布水薄板Ⅲ缝隙5～10cm，厌氧处理区右壁底部缝隙，缝隙与厌氧处理区等宽，高度5～10cm。
其中，所述生物-人工湿地复合处理装置中人工湿地处理区长度为厌氧处理区长度的3～4倍，右壁高度低于厌氧处理区右侧隔板高度10～15cm。
其中，所述生物-人工湿地复合处理装置中人工湿地处理区的布水隔板均匀开有缝隙，缝隙长度5cm，宽度2cm，孔隙率为0.3～0.4。布水隔板与厌氧处理区右壁底边完全接合。
其中，所述生物-人工湿地复合处理装置中人工湿地区布水隔板上部填充填料依次为砾石、炉渣、土壤介质，三者填充高度相等。
本发明与现有技术相比，其有益效果与优点在于：
1.能耗低，易运管。生物-人工湿地复合处理装置好氧处理区采用浅层敞开式好氧反应池来提高污水中氧含量，可实现良好复氧，利用浅层、跌水结合的布水方式，实现污水输送过程的快速自充氧，因此好氧反应过程中无需曝气设备；利用重力流、水位差，实现污水在装置内的自输送，无需污水泵等动力设备。高速服务区污水处理过程中无复杂的动力及控制设备，无需繁琐的操作要求，对专业技能要求相对较低。装置处理污水过程实现绿色节能，非常符合现代社会的发展理念。
2.脱氮效果好。采用好氧池首尾串联方式，延长反应沿程，加长好氧反应时间，好氧处理区全程上偏于平推流，且结合浅层敞开好氧池高效复氧、浅层与跌水布水自充氧方式可显著提高好氧硝化效率。厌氧处理区纤维填料高效持留反硝化污泥，可实现良好的反硝化效果。生物-人工湿地复合处理可强化污水处理效果，不仅实现氨氮，总氮高效去除，而且可有效去除有机物、悬浮物等，实现了高速公路服务区污水的深度处理，使出水达标且可满足回用标准。
3.抗冲击负荷性能好。通过设置纤维填料高效持留功能微生物提高好氧、厌氧生物浓度，通过好氧池串联可增长反应沿程增加反应时长实现平推流，采用生物处理与人工湿地处理结合等措施均可有效抵御由污水水量、污染物浓度变化所引起的负荷冲击，保证出水质量。
4.占地面积小。装置内好氧处理区、厌氧处理区污泥浓度高，单位面积去除负荷高，所需面积小。装置厌氧处理区、人工湿地处理区可埋于地下，充分利用地下空间，且装置纵深紧凑布置均可减少占地面积。
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
以下结合附图，详细说明本发明的优点和特征。
附图说明
图1为低耗高速服务区污水生物-人工湿地复合处理装饰结构示意图
其中：1、好氧处理区；2、厌氧处理区；3、人工湿地处理区；4、好氧Ⅰ池；5、好氧Ⅱ池；6、好氧Ⅲ池；7、布水器；8、纤维填料；9、布水薄板Ⅰ；10布水薄板Ⅱ；11、布水薄板Ⅲ；12、左隔板；13、右隔板；14、布水隔板；15、砾石；16、炉渣；17、土壤介质；18、草被植物；19、挺水植物；20、出水口。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
以下结合附图对本发明的实施例做详细描述。
如图1所示，一种新型低耗高速服务区污水生物-人工湿地复合处理装置为长方体结构，由好氧处理区1，厌氧处理区2和人工湿地处理区3组成。其中，好氧处理区1、厌氧处理区2位于装置左侧，且好氧处理区1位于厌氧处理区2上方；人工湿地处理区3位于装置右侧。
好氧处理区分为设有上、中、下三层好氧反应池，分别为好氧Ⅰ池4、好氧Ⅱ池5、好氧Ⅲ池6。各池之间纵向首尾串联，且池内均置有纤维填料8并投加好氧活性污泥，各池均敞口。好氧Ⅰ池4由左至右包括布水器7、布水薄板Ⅰ9；好氧Ⅱ池5右侧有布水薄板Ⅱ10。好氧Ⅲ池6右侧有布水薄板Ⅲ11。各好氧池之间均通过布水薄板水路相通。
厌氧处理区2位于好氧处理区1下部，内部置有纤维填料8并投加厌氧反硝化污泥。厌氧处理区2两侧均设隔板。厌氧处理区2与好氧Ⅲ池6底部完全接合，左侧隔板12上端与布水薄板Ⅲ11左边缘完全接合，下端与厌氧处理区2底部之间留有缝隙；右侧隔板13与厌氧处理区2底部完全结合，顶端与布水薄板Ⅲ11之间留有缝隙。厌氧处理区2与好氧Ⅲ池6之间通过布水薄板Ⅲ11相连通。
人工湿地处理区3位于厌氧处理区2右侧，底部设有布水隔板14，右侧设有出水管20。人工湿地处理区3由下至上分别填充由砾石15、炉渣16、土壤介质17。土壤介质17中有草被植物18及根系发达、耐寒的常绿水生植物19。人工湿地处理区3与厌氧处理区2之间通过厌氧处理区2右壁底部缝隙相通。
本发明提供的新型低耗高速服务区污水生物-人工湿地复合处理装置的工作过程如下：
高速公路服务区污水经布水器7均匀布水后进入好氧处理区1，先流经好氧Ⅰ池4，沿程有机物、氨氮在好氧微生物作用下降解，污水中溶解氧逐渐降低，浅层敞开好氧池可部分对污水复氧，使污水保持好氧环境，然后污水沿好氧Ⅰ池4右壁流入布水薄板Ⅰ9与好氧Ⅰ池4右壁之间的间隙，在布水薄板Ⅰ9的横薄板形成薄层污水层继续流动并在布水薄板Ⅰ9边缘处跌入好氧池Ⅱ5，使污水进一步发生有机物降解、氨氮硝化，然后沿好氧Ⅱ池5右壁流入布水薄板Ⅱ10与好氧Ⅱ池5右壁之间的间隙，随后跌入好氧Ⅲ池6，好氧反应继续进行，绝大多数氨氮已转化为硝氮，然后污水沿好氧Ⅲ池6右壁流入布水薄板Ⅲ11与好氧Ⅲ池6右壁之间的间隙，随后流入厌氧处理区2。污水通过厌氧处理区左侧隔板12与底部缝隙实现厌氧处理区2的均匀布水，污水与填料附着的反硝化污泥、絮体悬浮态反硝化污泥充分接触，污水中生成的硝氮与好氧处理后剩余有机物在反硝化微生物的作用下发生反硝化反应，生成氮气排出，有机物得到进一步去除，污水然后溢流过右侧隔板13，通过厌氧处理区2右壁底部缝隙进入人工湿地处理区3。污水通过布水隔板14实现均匀布水后进入人工湿地处理区，先流经砾石填料层15，污水中的大颗粒悬浮固体在砾石填料的阻滤、截留作用下得到去除后继续流经炉渣填料层16，污水中小颗粒悬浮固体在炉渣填料的过滤作用下得到去除，污水继续流经土壤介质层17，污水中少量剩余的有机物、氨氮、硝氮在土壤介质的大量微生物中得以去除，且植物根系的微好氧环境可进一步发生好氧硝化反应，同时根系会吸收污水中的氮、磷作为其生长的营养物质，污水在流经人工湿地处理区3过程中使废水中COD、TN、TP得到进一步降解，污水深度降解后经出水管可直接排放或回用。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。应当理解的是，对本领域技术人员，可以根据上述说明加以改进或变换，因此本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。
Claims (10)
1.一种低耗高速服务区污水生物-人工湿地复合处理装置，其特征在于：所述处理装置包括好氧处理区，厌氧处理区和人工湿地处理区，采用浅层、跌水结合的布水结构实现污水的自充氧，利用重力流、水位差，分别实现污水在处理装置的好氧处理区与厌氧处理区之间、厌氧处理区与湿地处理区之间的自输送，采用生物、生态处理技术结合的方式实现污水脱氮。
2.根据权利要求1所述低耗高速服务区污水生物-人工湿地复合处理装置，其特征在于：所述处理装置为长方体结构，所述好氧处理区、厌氧处理区位于整个处理装置左侧，且所述好氧处理区位于厌氧处理区上方；所述人工湿地处理区位于整个处理装置右侧。
3.根据权利要求1所述低耗高速服务区污水生物-人工湿地复合处理装置，其特征在于：所述好氧处理区分为设有上、中、下三层好氧反应池，分别为好氧Ⅰ池、好氧Ⅱ池、好氧Ⅲ池，各池之间纵向首尾串联，且池内均置有纤维填料并投加好氧活性污泥，各池均敞口；好氧Ⅰ池由左至右包括布水器、溢流板Ⅰ、布水薄板Ⅰ；好氧Ⅱ池右侧有溢流板Ⅱ、布水薄板Ⅱ；好氧Ⅲ池右侧有溢流板Ⅲ、布水薄板Ⅲ；各好氧池之间均通过布水薄板水路相通；
所述厌氧处理区位于好氧处理区下部，内部置有纤维填料并投加厌氧反硝化污泥；厌氧处理区两侧均设隔板，厌氧处理区与好氧Ⅲ池底部或布水薄板Ⅲ完全接合，左侧隔板上端与布水薄板Ⅲ左边缘完全接合，下端与厌氧处理区底部之间留有缝隙；右侧隔板与厌氧处理区底部完全结合，顶端与布水薄板Ⅲ之间留有缝隙；厌氧处理区与好氧Ⅲ池之间通过布水薄板Ⅲ相连通；
所述人工湿地处理区位于厌氧处理区右侧，底部设有布水隔板，右侧设有出水管；人工湿地处理区由下至上分别填充由砾石、炉渣、土壤介质；土壤介质中有草被植物及根系发达、耐寒的常绿水生植物；人工湿地处理区与厌氧处理区之间通过厌氧处理区右壁底部缝隙相通。
4.根据权利要求3所述低耗高速服务区污水生物-人工湿地复合处理装置，其特征在于：所述生物-人工湿地复合处理装置中好氧处理区、厌氧处理区、人工湿地处理区等宽，长度比值为(2～3):1:(4～6)。
5.根据权利要求3所述低耗高速服务区污水生物-人工湿地复合处理装置，其特征在于：所述生物-人工湿地复合处理装置中好氧处理区内布水器与好氧处理区等宽，开有布水圆孔并均匀分布，开孔率为0.2；各层好氧池尺寸相同，其长:宽:高比值为(20～30):(10～15):1，高度为20～30cm；各好氧池右壁高度均低于左壁5～10cm。
6.根据权利要求3所述低耗高速服务区污水生物-人工湿地复合处理装置，其特征在于：所述生物-人工湿地复合处理装置中各布水薄板尺寸完全相同，均由横、纵薄板成直角构成，横薄板与好氧池等长、等宽，纵薄板与好氧池等宽，高度为3～5cm；各布水横薄板与各好氧池底部间隙3～5cm，纵薄板与好氧池右壁间隙为5～10cm。
7.根据权利要求3所述低耗高速服务区污水生物-人工湿地复合处理装置，其特征在于：所述生物-人工湿地复合处理装置中厌氧处理区长度为好氧反应池长度的1/4～1/3，宽:高比值为1:(2～3)；左侧隔板与厌氧处理区底部之间缝隙5～10cm，右侧隔板与布水薄板Ⅲ缝隙5～10cm，厌氧处理区右壁底部缝隙，缝隙与厌氧处理区等宽，高度5～10cm。
8.根据权利要求3所述低耗高速服务区污水生物-人工湿地复合处理装置，其特征在于：所述生物-人工湿地复合处理装置中人工湿地处理区长度为厌氧处理区长度的3～4倍，右壁高度低于厌氧处理区右侧隔板高度10～15cm。
9.根据权利要求3所述低耗高速服务区污水生物-人工湿地复合处理装置，其特征在于：所述生物-人工湿地复合处理装置中人工湿地处理区的布水隔板均匀开有缝隙，缝隙长度5cm，宽度2cm，孔隙率为0.3～0.4；布水隔板与厌氧处理区右壁底边完全接合。
10.根据权利要求3所述低耗高速服务区污水生物-人工湿地复合处理装置，其特征在于：所述生物-人工湿地复合处理装置中人工湿地区布水隔板上部填充填料依次为砾石、炉渣、土壤介质，三者填充高度相等。
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