一種公路附屬設施污水多介質生物生態協同處理系統及方法
【專利摘要】本發明公開一種公路附屬設施污水多介質生物生態協同處理系統及方法，該系統是由多介質固定生物床和多介質潮汐流生態濕地構成。所述系統處理方法的步驟如下：污水由提升泵提升進入多介質固定生物床，在微動力通風的條件下，多介質固定生物床將有機物和氨氮得到有效降解，多介質固定生物床出水進入潮汐流人工濕地，進一步去除總氮和總磷。本發明的優點是將多介質固定生物床與潮汐流人工濕地有機組合，發揮各自的功能優勢，達到同時高效率去除污水中有機物、氨氮、總氮和總磷的目的。該系統投資少，運行成本低，基本不產生剩余污泥、低維護、無人值守，可實現公路附屬設施污水的深度脫氮除磷及資源化回用。
【專利說明】一種公路附屬設施污水多介質生物生態協同處理系統及方 法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于環境保護【技術領域】，具體涉及一種服務區、收費站、養護工區、管理所 等公路附屬設施污水多介質生物生態協同處理系統及方法。
【背景技術】
[0002] 目前公路服務區采用的污水處理技術主要有化糞池處理、生物處理和生態處理 等。由于化糞池處理出水水質較差，目前已經很少直接應用于新建的服務區。而具有耐沖 擊負荷、處理效率高的二級處理技術成為主流，其中生物處理法以接觸氧化、SBR和MBR等 方法為主，生態處理法常用的是人工濕地和土壤滲濾技術等。
[0003] 2009年交通運輸部科學研究院的公路污水處理調研結果顯示，以接觸氧化工藝為 核心的地埋式一體化污水處理設備占調查設備總數的81. 1 %。接觸氧化法在公路附屬設施 污水處理領域得到廣泛應用的同時也發現其存在運行成本高、處理水質一般、設備易發生 故障、污泥產生量大、北方地區冬季處理不達標等問題，導致很多公路附屬設施污水處理設 備無法正常運轉。
[0004] 生物膜法的主要形式有：生物濾池、生物轉盤、生物接觸氧化法。生物膜法工藝簡 單、投資少、運行費用低、操作簡單、適應性強，多用于中小型污水處理。生物滴濾池是生物 濾池的一種，且依靠自然通風供氧，運行費用低，運行穩定、易于管理，適用于小城鎮、農村 生活污水等中小型污水處理。但采用單一的生物濾池處理污水，對C0D有較好的去除效果， 對N和P的去除效果不佳。
[0005] 人工濕地技術具有出水水質好、景觀效果好、運行維護簡單等優點，在南方有一定 場地空間的服務區具有很好的推廣應用前景。國內學者已經對人工濕地技術應用于服務區 污水處理進行了一些初步的嘗試，取得了一定的成績，如肖冬燕、李向陽、李紅艷、李虹等對 人工濕地技術應用于服務區污水處理及回用領域進行了技術適宜性分析和科學論證，錢鴻 等在安徽六潛高速潛山服務區采用了水平潛流人工濕地的處理方法，陳偉莉在廣梧高速建 城服務區、虎巖服務區，黃小云等在湖北某服務區采用了接觸氧化+人工濕地的處理方法， 均取得了理想的處理效果。但在部分工程應用過程中，發現該技術存在啟動調試滯后、建設 成本偏高、易堵塞、場地受限等問題。
【發明內容】
[0006] 本發明的意義在于克服現有技術中的不足之處，提供一種公路附屬設施污水多介 質生物生態協同處理系統及方法。
[0007] 本發明的技術方案如下：一種公路附屬設施污水多介質生物生態協同處理系統及 方法，系統是由多介質固定生物床和潮汐流生態濕地構成。其步驟如下：污水經過格柵去 除較大固體雜質，進入污水調節池，均化水質、水量，由提升泵提升進入多介質固定生物床， 在微無動力通風的條件下，多介質固定生物床內形成交替的好氧區、兼氧區、缺氧區和厭氧 區，從而有機物和氮磷得到有效降解，多介質固定生物床出水進入潮汐流人工濕地進行深 度處理，濕地出水達標排放或資源化回用。
[0008] 所述多介質生物生態協同處理系統由多介質固定生物床和多介質潮汐流人工濕 地構成。
[0009] 所述多介質固定生物床為封閉塔層結構，采用模塊化設計，由布水系統（11)、封閉 式塔層筐（4)、布孔載體填料筐（7)、多介質功能載體填料（8)及集水系統（10)構成。封 閉式塔層筐（4)內鋪設增溫支撐網格柵（6)，增溫支撐網格柵（6)上放置布孔載體填料筐 (7)，布孔載體填料筐（7)內裝填多介質功能載體填料（8)，多介質功能載體填料（8)分層裝 填，層與層之間安裝增氧分散器（9)。
[0010] 所述多介質固定生物床的多介質功能載體填料（8)為改性火山巖、大孔聚醚生物 載體和/或微孔聚醚載體，根據功能、按照級配一種或幾種組合裝填。
[0011] 所述增溫支撐網格柵（6)為水熱交換裝置，北方季凍區冬季運行時采用暖氣換熱 器為多介質固定生物床增溫，其實水溫保持在12_20°C之間，保障多介質固定生物床中微生 物的活性。
[0012] 所述多介質固定生物床的布孔載體填料筐（7)為底部透氣的安全無毒塑料筐，塑 料筐通孔率為10 %?90 %，載體填料級配自上而下順次、交替布置不同通孔率的布孔載體 填料筐，控制調節通風量，構建缺氧、厭氧、兼氧、好氧的凈化環境。
[0013] 所述多介質潮汐流人工濕地是由濕地植物（12)、透氣基質層（15)、布水層（16)、 濕地布水系統（13)，多介質濾層（17)，集水層（18)、濕地出水系統（14)，池底防滲層（19)、 濕地復氧系統（20)、控制系統組成。
[0014] 所述多介質潮汐流人工濕地為地面開挖一個長方池體，池體四周與池底防滲層 (19)鋪設粘土或土工布，透氣基質層（15)位于布水層（16)上方，填充原生介質，其上栽種 濕地植物（20)，布水層（16)位于多介質濾層（17)上方，其中鋪設濕地布水系統（13)，多 介質濾層（17)置于布水層（16)與集水層（18)之間，濕地出水系統（14)位于集水層（18) 中，池底防滲層（19)位于集水層（18)下方，多介質濾層（17)中橫向、縱向鋪設、安插通氣 管路，構成濕地復氧系統（20)。
[0015] 所述多介質潮汐流人工濕地的集水層（18)填充2?10cm礫石，多介質濾層（17) 從上而下依次填充多層濾料，由1?3mm沸石、粒徑1?3mm火山巖陶粒、3?5mm火山巖陶 粒、3?5mm天然火山巖組合填充，層厚60?100cm。
[0016] 所述多介質潮汐流人工濕地采用序批式操作方式，模擬潮汐流控制進水、淹水、排 水、復氧時間，實現系統淹水反應，排空復氧功能。進水與淹水階段：通過自動控制系統，通 過濕地布水系統（13)均勻布水，重力作用下由上而下均勻通過多介質濾層（17)，系統液位 逐步上升至系統運行水位時，停止布水。系統進入淹水階段，污水在多介質濾層（17)內通 過物理、化學、生物的協同作用得以凈化。排水與復氧階段：淹水時間結束，排水系統開啟， 人工濕地瞬間排水，系統內水位迅速下降，集水層（18)收集并通過出水系統（14)排出。人 工濕地系統內水位迅速下降的同時，系統進入排空復氧階段，大氣中的氧通過濕地復氧系 統（20)與基質孔隙迅速進入濕地系統，供系統內微生物利用。排空復氧結束后，系統重新 進水，開始運行下一周期。
[0017] 一種公路附屬設施污水多介質生物生態協同處理系統及方法：污水經過格柵去除 較大固體雜質，進入污水調節池，均化水質、水量，由提升泵提升進入多介質固定生物床，多 介質固定生物床頂部載體填料層的上方設置布水系統，利用布水系統將進水均勻分布在載 體填料上，與功能載體填料表面附著生長的生物膜充分接觸凈化，由于布孔載體填料筐底 部開孔個數變化，不同區域通風條件，通風量不同，功能載體填料內自上而下交替形成好氧 區、兼氧區、缺氧區和厭氧區，從而有機物和氮磷得到有效降解。水流順次通過各功能載體 填料層，最底部功能載體填料層出水進入潮汐流人工濕地，通過濕地布水系統均勻布水，并 在重力作用下自上而下均勻進入多介質濾層，在多介質濾層內通過物理、化學、生物的協同 作用，得以深度凈化，當系統液位逐步上升至系統運行水位時，通過自控系統控制濕地進水 系統停止工作，并控制淹水時間，淹水時間結束，排水系統開啟，人工濕地瞬間排水，系統內 水位迅速下降，集水層收集并通過出水系統排出。人工濕地系統內水位迅速下降的同時，大 氣中的氧通過復氧系統與基質孔隙迅速進入潮汐流人工濕地系統，供系統內微生物利用。
[0018] 本發明的優點：本發明是將多介質固定生物床與潮汐流人工濕地技術集成發揮各 自的優勢，集成系統達到低成本、生態化、高效率、少維護的目的。多介質固定生物床采用 孔隙度高、負載量大的高效固定微生物的功能載體填料，調整改善傳統生物濾池結構，采用 敞開式框架、分層結構，控制調整通風供氧條件，并通過層間分散、加強改善氧氣利用效率， 在多介質固定生物床內構建集好氧、兼氧、缺氧以及厭氧于一體的微生物生長環境，從而達 到去除有機物和脫氮除磷的目的。通過潮汐流人工濕地對多介質固定生物床出水的深度處 理，解決了現有的公路附屬設施污水處理系統存在的脫氮除磷效果較差、出水難以穩定達 標等問題。通過增設增溫支撐網格柵水熱交換裝置，解決北方季節性冰凍地區公路附屬設 施污水冬季穩定運行及達標排放問題。該系統具有抗沖擊負荷能力強、終年運行穩定、設備 結構簡單、緊湊，操作管理方便、不需專人值守，運行維護費用低、易管理、美化環境的特點。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1發明裝置系統結構示意圖
[0020] 圖中數字說明：1為調節池、2為結構隔板、3為提升泵、4為封閉式塔層筐、5為支 撐層、6為增溫支撐網格柵、7為布孔載體填料筐、8為功能載體填料、9為增氧分散器、10為 集水系統、11為布水系統、12為濕地植物、13為濕地布水系統、14為濕地出水系統、15為透 氣基質層、16為布水層、17為多介質濾層、18為集水層、19為防滲層、20為濕地復氧系統。
【具體實施方式】
[0021] 下面列舉3個實施例，并結合附圖對本發明進一步說明，但本發明不只限于實施 例
[0022] 實施例1
[0023] 本發明的一種公路附屬設施污水多介質生物生態協同處理系統及方法是由多介 質固定生物床和潮汐流人工濕地構成。前設調節池（1)，調節池為一設有進水口、檢查口的 埋地池，調節池設有結構隔板（2)。多介質固定生物床為塔層結構，采用模塊化設計，由布 水系統（11)、封閉塔層筐（4)、布孔載體填料筐（7)、功能載體填料⑶及集水系統（10)構 成。封閉塔層筐（4)內鋪設增溫支撐網格柵（6)、增溫支撐網格柵（6)上放置布孔載體填料 筐（7)，布孔載體填料筐（7)內裝填功能載體填料（8)，功能載體填料（8)分層裝填，層與層 之間安裝增氧分散器（9)。潮汐流人工濕地是由濕地植物（12)、透氣基質層（15)、布水層 (16)、濕地布水系統（13)，多介質濾層（17)，集水層（18)、濕地出水系統（14)，池底防滲層 (19)、濕地復氧系統（20)、控制系統組成。該系統在地面開挖一個長方池體中，池體四周與 池底防滲層（19)鋪設粘土或土工布，透氣基質層（15)位于布水層（16)上方，填充原生介 質，其上栽種濕地植物（20)，布水層（16)位于多介質濾層（17)上方，其中鋪設濕地布水系 統（13)，多介質濾層（17)至于布水層（16)與集水層（18)之間，濕地出水系統（14)位于集 水層（18)中，池底防滲層（19)位于集水層（18)下方，多介質濾層（17)中橫向、縱向鋪設、 安插通氣管路，構成濕地復氧系統（20)。
[0024] 污水經過格柵去除較大固體雜質，進入污水調節池，均化水質、水量，由提升泵（3) 提升進入多介質固定生物床，通過布水系統（11)將進水均勻分布在功能載體填料（8)上， 在重力作用下，與功能載體填料（8)表面附著生長的生物膜充分接觸凈化，并通過增溫支 撐網格柵（6)增溫，通過增氧分散器（9)增氧。水順次通過各功能載體填料（8)層，最底部 功能載體填料（8)層出來的進入潮汐流人工濕地，通過濕地布水系統（13)均勻布水，并在 重力作用下自上而下均勻進入多介質濾層（17)，當系統液位逐步上升至系統運行水位時， 通過自控系統控制濕地進水系統停止工作，并控制淹水時間，淹水時間結束，排水系統開 啟，生態濕地瞬間排水，系統內水位迅速下降，集水層（18)收集并通過出水系統（14)排放 或回用。
[0025] 實施例2
[0026] 多介質固定生物床為方形或圓形塔層結構，系統高3m，采用分層的模塊結構，共 分4層，每層高40cm，每層間距30cm，功能載體填料自上而下依次裝填：第一層為大孔網狀 聚醚載體5-8_、第二層為：天然火山巖8_、第三層為：微孔聚醚載體3-5_、第四層天然火 山巖2-3mm ：
[0027] 潮沒流人工濕地系統高lm,透氣基質層10cm、布水層10cm、生態濾層60cm、集水層 20cm,多介質濾層共4層，1?3mm火山巖陶粒：1?3mm沸石：3?5mm火山巖陶粒：3? 5mm天然火山巖=1:1 :1:1，
[0028] 多介質固定生物床水力負荷2. 0m3/m2 ·d、潮汐流人工濕地在水力負荷0· 3m3/m2 ·d 情況下，水溫12_20°C，系統進水C0D200mg/L、氨氮30mg/L、TP3mg/L時，出水C0D30mg/L、氨 氮2. Omg/L，TPO. 4mg/L，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級A標準。
[0029] 實施例3
[0030] 方法與實例2相同，多介質固定生物床為方形塔層結構，系統高3m，采用分層的模 塊結構，共分4層，每層高40cm，每層間距30cm,功能載體填料自上而下依次裝填載體填料： 第一層為大孔網狀聚醚載體5-8_、第二層為：輕質火山巖陶粒8_、第三層為：微孔聚醚載 體3_5mm、第四層為火山巖2_3mm。
[0031] 潮沒流人工濕地系統高lm,透氣基質層10cm、布水層10cm、多介質濾層60cm、集 水層20cm,多介質濾層共4層，1?3mm火山巖陶粒：1?3mm沸石：3?5mm火山巖陶粒： 3?5mm天然火山巖=1:1 :1:1，
[0032] 多介質固定生物床水力負荷4. 0m3/m2 ·d、潮汐流人工濕地在水力負荷0· 6m3/m2 ·d 情況下，水溫12_20°C系統進水C0D200mg/L、氨氮30mg/L、TP3mg/L時，出水C0D50mg/L、氨 氮7mg/L，TPO. 8mg/L，達到《城鎮污水處理廠污染物排放標準》一級B標準。
【權利要求】
1. 一種公路附屬設施污水多介質生物生態協同處理系統，其特征在于：所述多介質生 物生態協同處理系統由多介質固定生物床和多介質潮汐流人工濕地構成。
2. 根據權利要求1所述的一種公路附屬設施污水多介質生物生態協同處理系統，其 特征在于：所述多介質固定生物床為封閉塔層結構，采用模塊化設計，由布水系統（11)、封 閉式塔層筐（4)、布孔載體填料筐（7)、多介質功能載體填料（8)及集水系統（10)構成；封 閉式塔層筐（4)內鋪設增溫支撐網格柵（6)，增溫支撐網格柵（6)上放置布孔載體填料筐 (7)，布孔載體填料筐（7)內裝填多介質功能載體填料（8)，多介質功能載體填料（8)分層裝 填，層與層之間安裝增氧分散器（9)。
3. 根據權利要求1所述的一種公路附屬設施污水多介質生物生態協同處理系統，其特 征在于：所述多介質固定生物床的多介質功能載體填料（8)為改性火山巖、大孔聚醚生物 載體和/或微孔聚醚載體，中的一種或幾種組合。
4. 根據權利要求1所述的一種公路附屬設施污水多介質生物生態協同處理系統，其特 征在于：所述增溫支撐網格柵（6)為水熱交換裝置。
5. 根據權利要求1所述的一種公路附屬設施污水多介質生物生態協同處理系統，其特 征在于：所述多介質固定生物床的布孔載體填料筐（7)為底部透氣的安全無毒塑料筐，塑 料筐通孔率為10%?90%，載體填料級配自上而下順次、交替布置不同通孔率的布孔載體 填料。
6. 根據權利要求1所述的一種公路附屬設施污水多介質生物生態協同處理系統，其特 征在于：所述多介質潮汐流人工濕地是由濕地植物（12)、透氣基質層（15)、布水層（16)、濕 地布水系統（13)，多介質濾層（17)，集水層（18)、濕地出水系統（14)，池底防滲層（19)、濕 地復氧系統（20)、控制系統組成。
7. 根據權利要求1所述的一種公路附屬設施污水多介質生物生態協同處理系統，其 特征在于：所述多介質潮汐流人工濕地為地面開挖一個長方池體，池體四周與池底防滲層 (19)鋪設粘土或土工布，透氣基質層（15)位于布水層（16)上方，填充原生介質，其上栽種 濕地植物（12)，布水層（16)位于多介質濾層（17)上方，其中鋪設濕地布水系統（13)，多 介質濾層（17)置于布水層（16)與集水層（18)之間，濕地出水系統（14)位于集水層（18) 中，池底防滲層（19)位于集水層（18)下方，多介質濾層（17)中橫向、縱向鋪設、安插通氣 管路，構成濕地復氧系統（20)。
8. 根據權利要求1所述的一種公路附屬設施污水多介質生物生態協同處理系統，其特 征在于：所述多介質潮汐流人工濕地的集水層（18)填充2?10cm礫石，多介質濾層（17) 填充多層濾料，由1?3mm沸石、粒徑1?3mm火山巖陶粒、3?5mm火山巖陶粒、3?5mm 天然火山巖從上至下依次組合填充，層厚60?100cm。
9. 利用權利要求1所述的一種公路附屬設施污水多介質生物生態協同處理系統進行 生物生態協同處理的方法，其特征在于：所述多介質潮汐流人工濕地采用序批式操作方式， 模擬潮汐流控制進水、淹水、排水、復氧時間，實現系統淹水反應，排空復氧功能； 其中，進水與淹水階段：通過自動控制系統，通過濕地布水系統（13)均勻布水，重力作 用下由上而下均勻通過多介質濾層（17)，系統液位逐步上升至系統運行水位時，停止布水， 系統進入淹水階段，污水在多介質濾層（17)內通過物理、化學、生物的協同作用得以凈化； 排水與復氧階段：淹水時間結束，排水系統開啟，人工濕地瞬間排水，系統內水位迅速 下降，集水層（18)收集并通過濕地出水系統（14)排出，人工濕地系統內水位迅速下降的同 時，系統進入排空復氧階段，大氣中的氧通過濕地復氧系統（20)與基質孔隙迅速進入濕地 系統，供系統內微生物利用； 排空復氧結束后，系統重新進水，開始運行下一周期。
【文檔編號】C02F3/30GK104085990SQ201410341340
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月17日 優先權日:2014年7月17日
【發明者】劉學欣, 籍國東, 魯亞義, 白雪原, 孔亞平, 高碩晗, 薛鑄 申請人:交通運輸部科學研究院, 北京大學