專利名稱：：一種用于污水凈化的生物生態(tài)組合的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于水處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，更具體涉及一種用于污水凈化的生物生態(tài)組合的方法，適用于城鎮(zhèn)小區(qū)及農(nóng)村生活污水的就地處理及回用。
背景技術(shù)：
：隨著我國不斷加大控制污水排放的力度以及標準，各種新型污水處理技術(shù)不斷涌現(xiàn)，極大繁榮了污水處理市場，但是目前在技術(shù)方面仍普遍存在一些問題。一方面，單一的污水處理技術(shù)難以滿足不同水質(zhì)、不同處理要求的需要，目前還沒有一種污水處理技術(shù)能在時間和空間上同時去除污水中的所有污染物質(zhì)。另一方面，生化技術(shù)末端存在污泥處理復雜、費用高等問題。所以多種技術(shù)工藝的組合與優(yōu)化，減少污泥產(chǎn)量是解決這一問題的必然趨勢。作為一種生物處理新型技術(shù)，生物膜反應(yīng)器技術(shù)(BF)以占地面積小，處理效率高、操作簡單、污泥產(chǎn)量少而廣泛應(yīng)用于多類難降解污水的處理中。它對有機物、懸浮固體的去除效果甚佳，但由BF為好氧式曝氣生物反應(yīng)器，其內(nèi)部厭氧、缺氧微環(huán)境較弱，因此反硝化作用遠遠小于硝化作用，常出現(xiàn)NCV-N的積累，而造成出水總氮(TN)、總磷(TP)的濃度難以達標。另外，傳統(tǒng)的生物膜反應(yīng)器采用的填料,為有機高分子材料或無機材料，在末端處理上存在難降解，容易造成二次污染的問題。作為一種生態(tài)凈化技術(shù)，復合垂直流人工濕地技術(shù)(IVCW)(專利號ZL00114693.9)以其低廉的投資運行成本、較高的N、P去除率、簡單的管理維護、較好的生態(tài)環(huán)境效益等諸多優(yōu)勢廣泛應(yīng)用于污水的深度處理或受污染水體的修復。其IVCW中下、上行流通道及植物根區(qū)創(chuàng)造了更為多樣的好氧、缺氧、厭氧環(huán)境，使其脫氮除磷的能力更具優(yōu)勢。但是IVCW存在著占地面積過大、易受季節(jié)和溫度的影響、待處理污水濃度不宜過高等問題，使其單獨用作污水的二級處理頗受限制。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是在于擇供了一種用于污水凈化的生物生態(tài)組合的方法，該方法易行，操作簡便，實現(xiàn)了污水的高效凈化，低能耗、污泥產(chǎn)量少，有效降低了常規(guī)污水處理的成本，且獨特的填料選取有效避免了在處理廢棄填料方面易產(chǎn)生的二次污染。出水水質(zhì)可達到再生水回用于景觀水體水質(zhì)標準。本發(fā)明由一種污水生物處理方式和一種生態(tài)凈化方式組合而成。這種污水生物處理方式以生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器(英文為BiomassBiofilter，縮寫為BBF)為代表，生態(tài)凈化方式以復合垂直流人工濕地(英文為IntegratedVertical-flowConstructedWetland,縮寫為IVCW)為代表。這兩者組合而成，形成BBF-IVCW組合系統(tǒng)。為提高單個污水處理技術(shù)的處理效果，采用生物-生態(tài)組合工藝模式，相互取長補短，來達到工藝優(yōu)化配置，降低同等污水的處理成本。一種用于污水凈化的生物生態(tài)組合的方法，其步驟是A、首先，待處理的污水經(jīng)過調(diào)節(jié)池(如污水濃度或水量變化較大或者pH值在59范圍之外時最好設(shè)置調(diào)節(jié)池)；可將粗大顆粒的物質(zhì)除去，污水的pH調(diào)節(jié)到69之間。B、其次，將經(jīng)過步驟A處理的污水泵入生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器B(BBF)中。BBF單元為一圓柱反應(yīng)器，其規(guī)模為內(nèi)徑150mm，高2000mm，有效容積為35L。反應(yīng)器主體部分采用有機玻璃材料制作。生物膜反應(yīng)器正中部懸掛填料，填料材料為天然植物纖維——絲瓜絡(luò)(絲瓜瓤，絲瓜纖維)，絲瓜絡(luò)作為填料具有很好的生物多樣性和生物相容性，與傳統(tǒng)的有機高分子填料相比具有掛膜快，停機曝氣7-10關(guān)后在厭氧環(huán)境內(nèi)后可自行分解，填料處理不產(chǎn)生污染，價格便宜等優(yōu)點。填料外形為圓柱型，在置入反應(yīng)器前切割成段(也可不切割)，每段高度50-60mm，直徑90—120mm。用軟性尼龍繩子將絲瓜絡(luò)填料串聯(lián)、固定，兩個填料之間保持0-50mm的間距，繩子末端用石塊懸垂，然后置入反應(yīng)器內(nèi)下半部分，使填料懸浮生物膜反應(yīng)器下半部分，構(gòu)成填料區(qū)，填料區(qū)域容積占反應(yīng)器總?cè)莘e的50%。生物膜反應(yīng)器柱體上縱向排列有五個并排出水口，每個相隔200mm，可以根據(jù)需要加大處理量和排放量。生物膜反應(yīng)器正下方設(shè)置直徑為20mm的ABS管穿孔曝氣，插管斜下45。交叉開孔，？L徑3.2mm，距反應(yīng)器底端5100mm。污水在生物膜反應(yīng)器內(nèi)停留612小時(具體時間可以根據(jù)進水濃度、曝氣量、出水要求等條件來確定)，經(jīng)過填料上附著的微生物和生物膜反應(yīng)器內(nèi)污泥的降解，生物膜反應(yīng)器B(BBF)的出水COD、氨氮等指標可達到一級排放A地表水環(huán)境質(zhì)量標準IV類標準，總磷、總氮等指標達到一級排放B標準。C、經(jīng)過步驟B的污水分次進入復合垂直流人工濕地C(IVCW)單元。復合垂直流人工濕地IVCW0單元由下行池和上行池構(gòu)成下行池和上行池均為360mmx420mm420mm的方形水泥池，底部填置直徑30-50mm的礫石，填充高度100mm，上層填入直徑0.54mm的細河砂，下行池砂層深300mm，上行池砂層深240mm，中間設(shè)置隔墻，底部連通；上行池砂層中設(shè)置"H"型集水管，下行池和上行池底部設(shè)有"H〃型排空管。下行池和上行池內(nèi)分別栽種美人蕉和菖蒲。進水經(jīng)配水管，依次流過復合垂直流人工濕地C(IVCW)的下行池、上行池，最終從上行池集水管排出，得到可回用的出水。所述的生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器(B)單元采用間歇的進水方式，低濃度下(COD濃度范圍在35-220mg/L)，生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器(B)單元在操作條件穩(wěn)定曝氣量為1.2mVh，每天運行3個周期每個周期8個小時，曝氣時間7個小時，靜置0.5小時，進出水0.5小時，每10天排泥一次，每次1L，中等濃度下(COD濃度為220-800mg/L)，曝氣量為1.4m3/h,每天運行2個周期，每個周期12個小時，曝氣11個小時，靜置0.5小時，進出水0.5小時，每7天排泥一次，一次1L。所述的復合垂直流人工濕地(C)單元采用間歇進水方式，每天進水次數(shù)和進水量與生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器B單元一致。整個生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器(B)和復合垂直流人工濕地(C)系統(tǒng)的環(huán)境溫度在植物生長季節(jié)，溫度在2035'C，在植物枯敗季節(jié)，溫'度在812'C。生物膜反應(yīng)器B(BBF)單元采用間歇式進水方式使用泵將水泵入反應(yīng)器內(nèi)，待水位升至最高水位控制線(反應(yīng)器高1950mm處)，關(guān)閉進水閥。然后開始曝氣，曝氣量控制在1.2~1.4m3/h，曝氣時間可控制在612小時，曝氣停止后靜置0.5h，然后出水，出水口有五個，可根據(jù)需要選擇出水量。此過程為一個周期，根據(jù)需要每天可運行24個周期。IVCW單元采用間歇進水方式，BBF出水直接進入濕地。整個生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器B(BBF)-復合垂直流人工濕地C(IVCW)系統(tǒng)的環(huán)境溫度在植物生長季節(jié)(以武漢地區(qū)為參照，每年411月)6維持在2535°C，在植物枯敗季節(jié)(每年12月~次年3月)維持在8~12°C。待處理污水設(shè)置為低、中兩種種不同的濃度，相應(yīng)的主要水質(zhì)指標見表l。表l不同濃度污水主要水質(zhì)指標<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本發(fā)明的優(yōu)點在于1、將這兩種污水處理技術(shù)有效結(jié)合，提高了單一技術(shù)處理的出水水質(zhì)，可達到污水的直接回用，作為綠化灌溉、洗車、家庭沖廁、路面清洗、景觀娛樂、游泳池等的補水。2、BBF-IVCW組合工藝可針對不同的進水濃度及水量要求選擇不同的組合形式及參數(shù)控制，使兩個單元達到工藝的優(yōu)化配置，有效地降低了同等污水處理及回用的成本，成本低廉。3、BBF-IVCW組合工藝不僅適合集中式污水處理模式也適合分散式污水處理模式，兼具景觀綠化效果。尤適用于生活小區(qū)等人口集中，同時對綠化率有一定要求的地域。另外，填料取材方便，工藝操作簡單，管理方便，基建和管理費用低，也適用于用農(nóng)村污水的處理。4、BBF-IVCW組合工藝具有污泥產(chǎn)量低，填料處理無二次污染的優(yōu)點，使得生物-生態(tài)型組合^化工藝更符合綠色、健康的環(huán)保理念。圖1為一種用于污水凈化的生物生態(tài)組合方法的方框示意圖；圖2為BBF-IVCW組合系統(tǒng)流程其中A-調(diào)節(jié)池，B-生物膜反應(yīng)器(BBF)，C-復合垂直流人工濕地(IVCW),1-污水，2-隔板，3-污水泵，4-水閥，5-懸掛填料的支架，6-軟繩，7-BBF出水閥，8-填料，9-穿孔曝氣管，10-止回閥，11-排空管，12-BBF底座，13-氣體轉(zhuǎn)子流量計，14-進氣閥，15-真空泵，16-下行池及砂層填料，17-濕地植物美人蕉，18-濕地植物菖蒲，19-濕地出水管，20-上行池及砂層填料，21-濕地底層基質(zhì)礫石，22-放空管具體實施例方式實施例1(如圖1、2所示)采用該種生物生態(tài)組合的方法處理低、中濃度污水(主要水質(zhì)指標見表l)，其歩驟是一.待處理的污水1經(jīng)過隔板2進入調(diào)節(jié)池A。如污水濃度或水量變化較大或者pH值在5或6.5或7或7.6或8.2或9范圍之外時最好設(shè)置調(diào)節(jié)池；可將粗大顆粒的物質(zhì)除去，污水的pH調(diào)節(jié)到6或6.6或7或7.8或8.4或9之間。二.通過污水泵將調(diào)節(jié)池A中的污水輸送到生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器(BBF)B單元，生物膜反應(yīng)器B單元的出水口與C單元進水口直接相連，形成生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器B(BBF)-復合垂直流人工濕地C(IVCW)串聯(lián)組合模式。生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器(BBF)主體結(jié)構(gòu)為圓柱形，有機玻璃材料制作。內(nèi)徑150mm，外徑160mm，高2000mm，有效容積35L。生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器(BBF)的填料選擇天然植物纖維——絲瓜絡(luò)(絲瓜瓤，絲瓜纖維)，絲瓜絡(luò)填料具有很好的生物多樣性和生物相容性，與傳統(tǒng)的有機高分子填料相比具有掛膜快，停機曝氣7-10天后在厭氧環(huán)境內(nèi)后可自行分解，填料處理不產(chǎn)生污染，絲瓜絡(luò)價格便宜，取材方便等優(yōu)點。在構(gòu)建生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器(BBF)時，選用直徑在90—150mm的絲瓜絡(luò)填料，切割成段(也可不切割)，每段高度50-60mm。再用軟性尼龍繩子(其他軟性不易生物降解的繩子也可)將絲瓜絡(luò)填料串聯(lián)、固定，兩個絲瓜絡(luò)填料之間保持0-50mm的間距'。繩子總長度不低于2米，串聯(lián)填料部分的長度約1米，繩子末端系一石塊或其他重物，當將串有絲瓜填料的繩子置入反應(yīng)器內(nèi)后，系有絲瓜絡(luò)填料的繩子一端處于反應(yīng)器下半部分，構(gòu)成填料區(qū)，填料區(qū)容積占反應(yīng)器總?cè)莘e的50%。當開始曝氣時，在生物膜反應(yīng)器內(nèi)，填料在浮力和底部石塊重力作用下，處于懸浮狀態(tài)。在生物膜反應(yīng)器圓柱體的底部設(shè)置直徑為20mm的ABS管穿孔曝氣管，插管斜下45。交叉開孔，孔徑3.2mm,距反應(yīng)器底端100mm。生物膜反應(yīng)器最底部設(shè)有排空管，用來放空和排泥。進入生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器的污水在反應(yīng)器內(nèi)停留612小時(具體時間可以根據(jù)進水濃度、曝氣量、出水要求等條件8來確定)可以出水，在低濃度進水時，曝氣量為1.2m3/h，處理量最大可達96L/d;在中等濃度進水時，曝氣量為1.4m3/h，最大處理量72L/d。生物膜反應(yīng)器柱體中部位置設(shè)置五個并排出水口，每個相隔200mm，可以根據(jù)需要加大處理量和排放量。經(jīng)過生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器(BBF)B單元的處理，所處理的污水全部進入復合垂直流人工濕地C(IVCW)中，進行再次處理。三.經(jīng)生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器(BBF)B單元的處理后，污水進入復合垂直流人工濕地(IVCW)C單元。IVCW單元由下行池和上行池構(gòu)成兩池均為360mmx420mm420mm的方形水泥池，底部填置直徑30-50mm的粗礫，填充高度100mm，上層填入直徑0.5~4mm的細河砂，下行池砂層深300mm,上行池砂層深240mm，中間設(shè)置隔墻，底部連通；上行池砂層中設(shè)置"H〃型集水管，兩池底部設(shè)有、、H"型排空管。下行池和上行池內(nèi)分別栽種美人蕉17和菖蒲18。進水經(jīng)配水管，依次流過復合垂直流人工濕地C(IVCW)的下行池、連通層、上行池，最終從上行池集水管排出，得到可回用的出水。四.維持生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器B(BBF)、復合垂直流人工濕地C(IVCW)兩單元的環(huán)境溫度在植物生長季節(jié)為25~35°C，植物非生長季節(jié)為8~12°C。復合垂直流人工濕地C(IVCW)處理后的出水COD、TP、NH3均達到地表水環(huán)境質(zhì)量標準V類。污水經(jīng)過上述A-B-C組合系統(tǒng)的詳細過程是(如圖2):污水1經(jīng)過隔板2進入調(diào)節(jié)池A，經(jīng)污水泵3由進水閥4進入到生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器B(BBF)中。在反應(yīng)器內(nèi)部，當污水進水反應(yīng)器內(nèi)，填料8上附著的微生物對水中的污染物進行降解，填料是用軟繩.6串聯(lián)起來，懸掛于填料支架5，使其處于懸浮狀態(tài)。同時，真空泵15'通過穿孔曝氣管9向反應(yīng)器內(nèi)曝氣，從氣體轉(zhuǎn)子流量計12可以測出曝氣量，進氣閥14可以中控氣體流量。在突然停電的情況下，止回閥10可以防止水倒灌。底部的放空管11具有排泥和放空反應(yīng)器內(nèi)水的作用。反映停止靜置30分鐘后，出水經(jīng)出水閥7流入復合垂直流人工濕地(IVCW)C單元，該單元由下行池及其砂層填料16和上行池及其砂層填料21兩個部分構(gòu)成，兩池中間設(shè)隔墻，底層用粗礫填料21相通，此外底部還設(shè)置放空管22。下行池基質(zhì)表面種植美人蕉n，上行池基質(zhì)表面種植菖蒲18。在復合垂直流人工濕地C單元，布水管將水均勻的分布到下行池，經(jīng)過下行池及其砂層填料16，在重力作用下水流下滲到有連通作用的底層礫石填料21后，進入上行池及砂層填料20,然后通過上行池基質(zhì)表面的集水管收集，再經(jīng)過濕地出水管19流出，最后得到出水回用。生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器(BBF)-復合垂直流人工濕地(IVCW)組合工藝分別進行了低濃度和中等濃度污水處理的試驗，試驗的控制條件如表2和表3:表2組合工藝試驗運行參數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>實驗結(jié)果表明:1)在低濃度條件下，BBF單元水力復合為0.175m3/m2'd，IVCW單元的水力負荷為240mm/d;出水主要指標COD、NH3-N、TN、TP的平均出水分別為15mg/L，0.58mg/L，0.90mg/L，0.39mg/L,檢測指標達到再生水回用于景觀水體水質(zhì)標準。2)在中等濃度條件下，BBF單元水力復合為0.117m3/m2'd，IVCW單元的水力負荷為158mm/d;出水主要指標COD、NH3-N、TN、TP的平均出水分別為15mg/L,0.40mg/L，1.2mg/L，0.25mg/L，檢測指標達到再生水回用于景觀水體水質(zhì)標準，檢測指標達到再生水回用于景觀水體水質(zhì)標準。3)生物質(zhì)-生物膜反應(yīng)器(BBF)反應(yīng)停止10天后，絲瓜填料分解成為碎末，說明該填料可被降解，不污染環(huán)境，屬環(huán)境友好性填料。權(quán)利要求1.一種用于污水凈化的生物生態(tài)組合的方法，其步驟是a、待處理的污水經(jīng)過調(diào)節(jié)池(A)，污水濃度或水量變化或者pH值在5～9范圍之外時設(shè)置調(diào)節(jié)池；將顆粒的物質(zhì)除去，污水的pH調(diào)節(jié)到6～9之間；b、將經(jīng)過步驟(a)處理的污水泵入生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器(B)中，生物膜反應(yīng)器(B)單元為一圓柱反應(yīng)器，生物膜反應(yīng)器(B)中懸掛填料，用繩子將絲瓜絡(luò)填料串聯(lián)、固定，兩個填料之間保持0-50mm的間距，繩子末端用石塊懸垂，然后置入生物膜反應(yīng)器(B)下部，污水在生物膜反應(yīng)器(B)內(nèi)停留6～12小時，經(jīng)過填料上附著的微生物和生物膜反應(yīng)器(B)內(nèi)污泥的降解；c、經(jīng)過步驟(b)的污水分次進入復合垂直流人工濕地(C)單元，復合垂直流人工濕地(C)單元由下行池和上行池構(gòu)成，下行池和上行池尺寸相同，為360mm×420mm420mm的方形水泥池，底部填置直徑30-50mm的粗礫，填充高度100mm，上層填入直徑0.5～4mm的細河砂，下行池砂層深300mm，上行池砂層深240mm，中間設(shè)置隔墻，底部連通；上行池砂層中設(shè)置H型集水管，下行池和上行池底部設(shè)有H型排空管，得到回用的出水；所述的生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器(B)單元采用間歇的進水方式，低濃度下，生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器(B)單元在操作條件穩(wěn)定曝氣量為1.2m3/h，每天運行3個周期每個周期8個小時，曝氣時間7個小時，靜置0.5小時，進出水0.5小時，每10天排泥一次，每次1L，中等濃度下，曝氣量為1.4m3/h，每天運行2個周期，每個周期12個小時，曝氣11個小時，靜置0.5小時，進出水0.5小時，每7天排泥一次，一次1L；所述的復合垂直流人工濕地(C)單元采用間歇進水方式，每天進水次數(shù)和進水量與生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器(B)單元一致，整個生物質(zhì)生物膜反應(yīng)器(B)和復合垂直流人工濕地(C)系統(tǒng)的環(huán)境溫度在植物生長季節(jié)，溫度在20～35℃，在植物枯敗季節(jié)，溫度在8～12℃。2、根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種用于污水凈化的生物生態(tài)組合的方法，其特征在于所述的生物膜反應(yīng)器(B)柱體上縱向排列有五個并排出水口，每個相隔200mm，生物膜反應(yīng)器(B)下方設(shè)置直徑為20mm的ABS管穿孔曝氣，插管斜下45。交叉開孔。3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于污水凈化的生物生態(tài)組合的方法，其特征在于所述的絲瓜絡(luò)為絲瓜瓤或絲瓜纖維。4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于污水凈化的生物生態(tài)組合的方法，其特征在于所述的下行池和上行池內(nèi)分別栽種美人蕉(17)和菖蒲(18)，進水經(jīng)配水管，依次流過復合垂直流人工濕地(C)的下行池、上行池，從上行池集水管排出。全文摘要本發(fā)明公開了一種用于污水凈化的生物生態(tài)組合的方法，其步驟是a.待處理的污水經(jīng)過調(diào)節(jié)池，將顆粒的物質(zhì)除去；b.將步驟a處理的污水泵入生IVCW由下行池和上行池構(gòu)成中間設(shè)置隔墻，底部連通；上行池砂層中設(shè)置集水管，兩池底部設(shè)有排空管。依次流過復合垂直流人工濕地下行池、上行池，從上行池集水管排出。物質(zhì)生物膜反應(yīng)器中懸掛填料，用繩子將絲瓜絡(luò)填料串聯(lián)、固定，然后置入生物膜反應(yīng)器下部，污水在生物膜反應(yīng)器內(nèi)停留，經(jīng)填料上附著的微生物和生物膜反應(yīng)器內(nèi)污泥的降解；c.經(jīng)步驟b的污水進入復合垂直流人工濕地，得到回用的出水。方法易行，操作簡便，實現(xiàn)了污水的高效凈化，出水水質(zhì)可達到再生水回用于景觀水體水質(zhì)標準。文檔編號C02F9/14GK101462814SQ20091006053公開日2009年6月24日申請日期2009年1月16日優(yōu)先權(quán)日2009年1月16日發(fā)明者吳振斌,夏世斌,棟徐,曹湛清,鋒賀申請人:中國科學院水生生物研究所