專利名稱：缺水城市污水處理系統及污、雨水的貯存及深度處理方法
技術領域：
本發明屬于水處理技術領域，是一種污水處理系統，以及利用這種污水處理系統 凈化污水的方法。
背景技術：
近年來，隨著我國人民生活水平的提高，對水的需求量也大大增加，進而水污染也 更加嚴重，使得更多城市面臨著缺水問題也逐漸顯現出來。污水是城市穩定的淡水資源， 國內外污水資源化的實踐表明，再生水利用是節水減污，保持健康水循環不可缺少的措施， 是達標污水的主要出路之一。近幾年來，穩定塘和人工濕地，慢慢的成為治理城市污水的新 型工藝。穩定塘是一種利用天然凈化能力的生物處理構筑物的總稱。主要利用菌藻的共同 作用處理廢水中的有機污染物，其污水處理系統具有基建投資和運轉費用低、維護和維修 簡單、便于操作、能有效去除污水中的有機物和病原體、無需污泥處理等優點，特別是在缺 水干旱的地區，是實施污水的資源化利用的有效方法。人工濕地污水處理技術具有處理效 果好、出水水質穩定、氮、磷去除能力強、運轉維護管理方便、工程基建和運轉費用低、對負 荷變化適應能力強、適于處理間歇排放的污水等主要特點。人工濕地能夠利用基質_微生 物-植物這個復合生態系統的物理、化學和生物的三重協調作用，通過過濾、吸附、沉淀、離 子交換、植物吸收和微生物分解來實現對廢水的高效凈化，同時，通過營養物質和水分的生 物地球化學循環，促進綠色植物生長并使其增產，實現廢水的資源化與無害化。同時，人工 濕地對保護野生動物和提高局部地區景觀的美學價值也有益處。因此，大力開發人工濕地 污水處理技術，對水環境污染的治理具有重大的意義。然而，單獨利用穩定塘或人工濕地對 污水進行凈化，效果都不理想。
發明內容
本發明要解決的技術問題是為周邊缺少受水體的缺水城市提供對污雨水的貯存 和凈化處理系統。本發明同時提供了利用這種系統對污水進行處理的方法。本發明系統由預處理站房、穩定塘、排灌站房和人工濕地構成，穩定塘分為厭氧 塘、兼氧塘、一級水生植物塘、二級水生植物塘、一級水生動物塘和二級水生動物塘，人工濕 地建在穩定塘周圍，并且將每個穩定塘分隔開，人工濕地的寬度為3至7米，每個穩定塘的 寬度為5至10米，長度為10至20米，穩定塘和人工濕地的底部覆蓋有上土層、砂石層、 防水層和下土層，上土層、砂石層、防水層和下土層從上到下鋪設，上土層厚度150-250mm， 砂石層厚度250-350mm，防水層由防水材料的防滲膜制成，厚度250-350mm，下土層厚度 150-250mm，厭氧塘、兼氧塘一級水生植物塘和二級水生植物塘底部表面高度低于地面高度 9至11米，一級水生動物塘底部表面高度低于地面高度7至9米，二級水生動物塘底部表面 高度低于地面高度6至8米，人工濕地表面高度低于地面高度4至5米，穩定塘與人工濕地 之間背水面坡度1 0. 2，迎水面坡度1 0.1，預處理站房、穩定塘和排灌站房通過涵管連接，涵管從預處理站房、穩定塘和排灌站房之間的人工濕地下面穿過，使預處理站房、厭氧 塘、兼氧塘、一級水生植物塘、二級水生植物塘、一級水生動物塘、二級水生動物塘和排灌站 房依次串聯，人工濕地下面鋪設有給水管，給水管連接二級水生動物塘，給水管上每間隔30 至50米安裝有噴頭，噴頭在人工濕地表面上方。相鄰二級水生動物塘處有蓄水池，二級水生動物塘與蓄水池之間通過涵管連接， 凈化處理后的水如果不需要通過排灌站房輸出，可以暫時存放在蓄水池中。處理污水的方法是在厭氧塘中投放厭氧微生物菌群、兼氧塘中投放兼氧微生物菌 群、一級水生植物塘和二級水生植物塘種植水生植物，一級水生動物塘和二級水生動物塘 養殖水生動物，污水經過前期預處理通過預處理站房排入厭氧塘，再依次進入兼氧塘、一級 水生植物塘、二級水生植物塘、一級水生動物塘和二級水生動物塘，每個穩定塘停留時間為 7至15天，水面與地面距離差為4至5米時是標準高度，當水面低于地面超過5米，通過給 水管和噴頭向人工濕地供水。本發明需要處理的廢水為生活污水廠出水、處理后的工業污水及雨水，本發明具 有以下幾點優點(1)具有靈活的可調性；進水可以是城市污水處理廠的出水，也可以是未經城市 污水處理廠處理的城市污水，出水都能達到相應的標準；(2)造價和運行費用低，易于維護，可進行有效可靠的污水處理；(3)可緩沖對水力和污染負荷的沖擊；(4)對于周圍沒有城市污水的受納水體，城市污水沒有去處，該系統具有存蓄城市 污、雨水和經過治理的工業廢水的功能；(5)具有農田灌溉和城市生活、生產用水的水源功能；(6)具有改善生態、保護環境的功能；(7)具有動植物產出的污水資源化功能；(8)具有休閑觀光的旅游功能；(9)具有科普教育的功能。本發明以創造完整的穩定塘_人工濕地系統、從而發展地區生態旅游為暗線，利 用各功能區植物群落對水中污染物進行充分的吸收、過濾、降解，從而貯存和凈化水質，具 有良好的生態功能。穩定塘和人工濕地的岸邊環境進行生態設計，種植濕生植物帶，建立一個水與岸 邊的過渡區，這樣可使水面與岸邊呈現一種生態的交接，有利于這一區域的水土保持，有助 于發揮穩定塘-人工濕地的生態調節功能，并為生物提供了棲息地，對于治理沙化的土地 有著極大的意義。
圖1為污水處理系統平面圖；圖2為穩定塘和人工濕地剖面圖；圖3為凈化處理流程圖。
具體實施例方式本系統由預處理站房1、穩定塘2、排灌站房3和人工濕地4構成，穩定塘2分為厭 氧塘5、兼氧塘6、一級水生植物塘7、二級水生植物塘8、一級水生動物塘9和二級水生動物 塘10，人工濕地4建在穩定塘2周圍，并且將每個穩定塘2分隔開，人工濕地4的寬度為5 米，每個穩定塘2的寬度為8米，長度為16米，穩定塘2和人工濕地4的底部覆蓋有上土層 11、砂石層12、防水層13和下土層14，上土層11、砂石層12、防水層13和下土層14從上到 下鋪設，上土層11厚度200mm，砂石層12厚度300mm，防水層13由防滲膜制成，厚度300mm， 下土層14厚度200mm，厭氧塘5、兼氧塘6、一級水生植物塘7和二級水生植物塘8底部表面 高度低于地面高度10米，一級水生動物塘9底部表面高度低于地面高度8米，二級水生動 物塘10底部表面高度低于地面高度7米，人工濕地4表面高度低于地面高度6. 5米，穩定 塘2與人工濕地4之間背水面坡度1 0.2，迎水面坡度1 0. 1，預處理站房1、穩定塘2 和排灌站房3通過涵管15連接，涵管15從預處理站房1、穩定塘2和排灌站房3之間的人 工濕地14下面穿過，使預處理站房1、厭氧塘5、兼氧塘6、一級水生植物塘7、二級水生植物 塘8、一級水生動物塘9、二級水生動物塘10和排灌站房3依次串聯，人工濕地4下面鋪設 有給水管16，給水管16連接二級水生動物塘10，給水管16上每間隔30至50米安裝有噴 頭17，噴頭17在人工濕地4表面上方，相鄰二級水生動物塘10處有蓄水池18，二級水生動 物塘10與蓄水池18之間通過涵管15連接。本項目的工藝流程是指城市污水處理廠排出的污水、處理后的工業污水和雨水， 先流入格柵、沉砂池等進行前期預處理，在進入氧化塘和人工濕地聯合系統(進水水深為 4m,出水水深為Im)，其中氧化塘包括微生物塘、水生植物塘、水生動物塘等，能夠使處理后 的污水達到《農田灌溉水質標準》(GB5084-2005)和《漁業水質標準》(GBl 1607-89)，最后通 過泵房進行農田灌溉或者是進入城市給水廠進行供給。1、進水渠道根據城區污雨水泄水區治理的需要，可將進水渠道設為明渠，來水以重力流進入 格柵。2、格柵由于該發明進水為明渠，有一定量的懸浮物，因此工藝系統設置格柵，用以攔截水 中的大塊雜物等懸浮物，保證后續處理構筑物的正常運行及減輕處理負荷，為系統的長期 正常運行提供保證。柵渣需定期清理，可作垃圾處理。采用鋼筋混凝土結構，地下設置。3、沉砂池由于該發明進水為明渠，來水中會摻雜一些無機顆粒，因此工藝系統設置沉砂池。 沉砂池采用平流沉砂池。它具有截留無機顆粒效果較好、工作穩定、構造簡單、排沉砂較方 便等優點。沉砂池的停留時間t = 30s，采用鋼筋混凝土結構，地下設置。4、穩定塘_濕地聯合凈化貯存構筑物該構筑物是本發明的核心組成部分，它是集穩定塘與濕地兩種處理功效于一體。 穩定塘_人工濕地的岸邊環境進行生態設計，種植濕生植物帶，建立一個水與岸邊的過渡 區。這樣可使水面與岸邊呈現一種生態的交接，有利于這一區域的水土保持，有助于發揮穩 定塘-人工濕地的生態調節功能，并為生物提供了棲息地。從穩定塘的入口處流入水生植 物群落，群落內有大量的蘆葦、香蒲、鳳眼蓮等水生植物。水流在水生植物群落內呈曲線運動，水生植物對水質中污染物進行充分的吸收、過濾、降解，凈化了水質。經過氧化塘植物群 落凈化的水，流向濕地水面，在那里通過沙子和碎石的過濾，水生植物群落的吸收，最后流 向魚塘。至此，水經過穩定塘和人工濕地多重凈化和貯存，并且流出塘外，可以進行農田灌 溉和城市水源的供給。穩定塘-人工濕地主要影響因素包括水溫、停留時間和植物的生長情況。(1)最佳水溫為20_25°C，在冬季處理效果會相對減弱，可以通過適當減少人工濕 地注水量、增加水的停留時間、選擇冬季生長良好的草種來提高本發明污雨水的處理效果， 也適當增加構筑物深度可以起到保溫的效果；(2)最佳水力停留時間為5-7天，對于COD的去除為5天最佳，對于TP去除為7天
最佳；人工濕地植物設計的原則是以水生植物作為植物設計的重點，注重濕地植物群 落生態功能完整性和景觀效果的完美體現。(1)強調濕地植物群落的合理搭配多種濕地植物群落的合理搭配，在生態功能上能夠互相補充，有利于濕地的完全 或半完全的自我循環，對水系污染物的處理具有重要作用；而且在視覺效果上相互襯托，形 成豐富而又錯落有致的景觀。具體的說濕地植物設計，從功能上考慮，主要采用發達根系植 物以有利于吸收上水系污染物。從景觀上考慮，有挺水、浮水和沉水植物之分。將各種的植 物進行搭配設計，搖曳生姿的多層次水生植物能為濕地創造一種自然美。(2)鄉土植物為主，外來植物為輔濕地植物配植以鄉土植物為主，控制引進管理粗放、適應性強的外地植物品種和 近年來從國外進的，具有觀賞性的植物品種體現植物的多樣性原則。濕地植物品種選擇①喬灌木及地被植物品種。垂柳、水杉、連翹、迎春、紫藤、爬山虎。②水生植物品種。荷花、菖蒲、澤芹、水蔥、蘆竹、蘆葦。③草坪。冷季型早熟禾、黑麥野牛草、紫苜蓿、狗尾草、剪股穎等。人工濕地配水系統，當水位達到設計最高水位時，人工濕地配水由穩定塘內水直 接供給，形成自由水面的人工濕地。當設計水位低于最低設計水位時，由泵將水提升壩頂， 經過人工濕地形成人工潛流濕地系統。由于不同地區的冬季氣候不同，北方冬季比較寒冷，最冷月平均氣溫為-11. 2°C， 極端最低氣溫為-23. 5°C。進入穩定塘內的水會隨時結冰，考慮配水均勻性，在本工程中間 部位設置渠道多點配水系統，并設相應的調節池和提升泵。由于北方的冬天氣溫寒冷，可以將穩定塘-濕地聯合系統構筑物迎水坡面設計成 濕土處理系統種植蘆葦，最上面層覆土厚度200mm，礫石厚度300mm，防水層厚度300mm，下 層覆土厚度200mm。整個凈化處理系統防水設計成最上面層覆土厚度200mm，防水層厚度 300mm，下層覆土厚度200mm。4、集水池集水池是為提升泵房中的泵工作創造吸水條件，建在穩定塘_人工濕地處理系統 的北側。5、提升泵房
提升泵站為潛水泵，為農田灌溉和城市循環用水提供水量。6、循環能量在污雨水進行處理和貯存的過程中，會需要一些能量，以便污雨水能得到更好的 處理和應用。本發明中利用新型能源，例如風能、太陽能等新型能源，還可以利用污雨水在 處理過程中，通過高度差產生的動能進而轉化成其他形式的能量。
權利要求
一種缺水城市污水處理系統，其特征在于它由預處理站房、穩定塘、排灌站房和人工濕地構成，穩定塘分為厭氧塘、兼氧塘、一級水生植物塘、二級水生植物塘、一級水生動物塘和二級水生動物塘，人工濕地建在穩定塘周圍，并且將每個穩定塘分隔開，人工濕地的寬度為3至7米，每個穩定塘的寬度為5至10米，長度為10至20米，穩定塘和人工濕地的底部覆蓋有上土層、砂石層、防水層和下土層，上土層、砂石層、防水層和下土層從上到下鋪設，上土層厚度150 250mm，砂石層厚度250 350mm，防水層由防水材料的防滲膜制成，厚度250 350mm，下土層厚度150 250mm，厭氧塘、兼氧塘一級水生植物塘和二級水生植物塘底部表面高度低于地面高度9至11米，一級水生動物塘底部表面高度低于地面高度7至9米，二級水生動物塘底部表面高度低于地面高度6至8米，人工濕地表面高度低于地面高度4至5米，穩定塘與人工濕地之間背水面坡度1∶0.2，迎水面坡度1∶0.1，預處理站房、穩定塘和排灌站房通過涵管連接，涵管從預處理站房、穩定塘和排灌站房之間的人工濕地下面穿過，使預處理站房、厭氧塘、兼氧塘、一級水生植物塘、二級水生植物塘、一級水生動物塘、二級水生動物塘和排灌站房依次串聯，人工濕地下面鋪設有給水管，給水管連接二級水生動物塘，給水管上每間隔30至50米安裝有噴頭，噴頭在人工濕地表面上方。
2.根據權利要求1所述的污水處理系統，其特征在于相鄰二級水生動物塘處有蓄水 池，二級水生動物塘與蓄水池之間通過涵管連接。
3.根據權利要求1所述的缺水城市污水處理系統的污、雨水的貯存及深度處理方法， 其特征在于在厭氧塘中投放厭氧微生物菌群、兼氧塘中投放兼氧微生物菌群、一級水生植 物塘和二級水生植物塘種植水生植物，一級水生動物塘和二級水生動物塘養殖水生動物， 污水經過前期預處理通過預處理站房排入厭氧塘，再依次進入兼氧塘、一級水生植物塘、二 級水生植物塘、一級水生動物塘和二級水生動物塘，每個穩定塘停留時間為7至15天，水面 與地面距離差為4至5米時是標準高度，當水面低于地面超過5米，通過給水管和噴頭向人 工濕地供水。
全文摘要
一種缺水城市污水處理系統及污、雨水的貯存及深度處理方法，屬于水處理技術領域，系統由預處理站房、穩定塘、排灌站房和人工濕地構成，穩定塘分為厭氧塘、兼氧塘、一級水生植物塘、二級水生植物塘、一級水生動物塘和二級水生動物塘，人工濕地建在穩定塘周圍，并且將每個穩定塘分隔開，涵管從預處理站房、穩定塘和排灌站房之間的人工濕地下面穿過，使預處理站房、各穩定塘和排灌站房依次串聯。各穩定塘內分別投放生物菌群、種植水生植物或養殖水生動物，污、雨水依次進入各穩定塘進行凈化處理。本發明造價和運行費用低，易于維護，可進行有效可靠的污水處理。
文檔編號C02F9/14GK101891348SQ20101023010
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月10日 優先權日2009年12月23日
發明者潘艷秋, 田曦, 邊德軍, 霍明昕 申請人:東北師范大學