專利名稱：一種利用水葫蘆凈化生活污水的小型周年復(fù)合凈化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生活污水凈化與無害化排放系統(tǒng)，也可作為城市污水處理廠二級處理排放出水的深度處理，具體地說是一種利用水葫蘆凈化生活污水的小型周年復(fù)合凈化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著城鎮(zhèn)化進展持續(xù)發(fā)展，城市規(guī)模快速擴張，新的小城鎮(zhèn)不斷涌現(xiàn)，給市政污水處理帶來很大難題。一些小城鎮(zhèn)由于規(guī)模小，財政壓力大，難以被污水處理管網(wǎng)所覆蓋，生活污水隨意排入河道的現(xiàn)象比較普遍；大型城市雖然在污水處理方面不斷加大投入，但往往僅能夠?qū)κ姓鬯_到二級處理排放的標(biāo)準(zhǔn)，污水的深度處理由于技術(shù)要求和成本高， 目前尚難被普及。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，市政污水處理廠二級處理的污水中，仍含有0.5-1 mg廠1 的全磷，30 mg L—1的硝酸鹽，營養(yǎng)物質(zhì)的含量仍較高。這一現(xiàn)狀給我國脆弱的水生態(tài)系統(tǒng)帶來很大威脅。由于我國人口數(shù)量大，居住集中，對環(huán)境的壓力大，使得水生態(tài)系統(tǒng)的環(huán)境容量小，對以養(yǎng)分原素如N、P等物質(zhì)的輸入比較敏感。據(jù)報道，在湖泊中，全磷含量達到0.05 mg L—1就足以引發(fā)水華的爆發(fā)。據(jù)國家環(huán)保部的統(tǒng)計，我國與城鎮(zhèn)相鄰的小型湖泊污染嚴(yán)重， 大型湖泊如滇池、太湖等水質(zhì)也不容樂觀，湖泊富營養(yǎng)化面積仍有增加趨勢。這些湖泊的水質(zhì)惡化，給當(dāng)?shù)厮Y源安全帶來威脅，水華爆發(fā)甚至給一些地區(qū)的飲用水供應(yīng)造成恐慌。針對市政污水二級處理廠出水的深度處理技術(shù)和成本要求高、小城鎮(zhèn)的市政污水處理難的問題，國內(nèi)外已經(jīng)開展了大量的研究，其中，人工濕地技術(shù)被認(rèn)為是一種低成本、 高效的市政污水處理系統(tǒng)，被聯(lián)合國所推薦。限制該技術(shù)普及的一個很大原因在于，該技術(shù)主要依靠濕地植物及土壤微生物的作用凈化污水中的氮，并通過植物吸收和沉淀作用除磷，這些過程依賴于當(dāng)?shù)貧夂驐l件；另外，對于表面流型人工濕地，易滋生蚊蠅等問題；而對于潛流型人工濕地，則易導(dǎo)致堵塞。我國在人工濕地方面也開展了大量的研究，并建立了一些示范性的人工濕地系統(tǒng)，并曾對浮床技術(shù)-一種利用浮材承載植物，使植物漂浮在污水水面，利用植物的吸收和根表微生物凈化污水的技術(shù)-進行過大量的研究，對以上問題有一定程度的克服，但是，如何克服氣候條件的限制，提高濕地系統(tǒng)的凈化效率方面，仍報道的較少?；跐竦丶夹g(shù)的市政污水凈化系統(tǒng)周年運行效果差，效率低。另一方面，濕地植物的生長是污水中營養(yǎng)鹽高效去除的重要機制，因此如何處理大量生長收獲的濕地植物體，也是限制濕地系統(tǒng)的一大因素。我國研究者試圖通過利用經(jīng)濟作物水培模式，引市政污水作為水培營養(yǎng)源，實現(xiàn)污水的凈化和資源化相結(jié)合，解決如何處理大量生長收獲的濕地植物體的問題。其中，被廣泛采用的主要是黑麥草，但是，以市政污水為營養(yǎng)源水培的農(nóng)產(chǎn)品供應(yīng)市場，即使不存在污染物超標(biāo)問題，在消費者心理上往往也難以接受，該途徑并未真正走通。陸生植物相對于水生植物生長量的不足，也使得陸生植物在處理效率方面不如水生植物。而濕地植物，尤其是如水葫蘆、水浮蓮這些植物，對營養(yǎng)鹽濃度需求低，生長迅速， 是一種理想的營養(yǎng)鹽吸收去除植物，但是也正由于生長迅速，植物體處理難，更擔(dān)心流入環(huán)境而被人們有意回避。因此，人工濕地技術(shù)的普及，很大程度上受兩個技術(shù)難題的影響1 如何克服低溫季節(jié)如深秋、早春、冬季的氣候條件限制；2如何克服濕地植物體處理難題。市政污水富含營養(yǎng)鹽這一點一直受人關(guān)注，然而，由于城鎮(zhèn)衛(wèi)浴設(shè)施的普及，使得市政污水中即使有害物質(zhì)含量很低，也由于營養(yǎng)鹽濃度過低，農(nóng)用價值小，而難以真正被農(nóng)業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用。國內(nèi)外針對市政二級處理過程中磷素的回收，已經(jīng)開展大量研究，其中通過制取鳥糞石回收磷素，已經(jīng)在理論上建立了技術(shù)路線，獲得成功試驗規(guī)模的成功，但是對如何在相對濃度較低的市政二級出水，及普通生活污水中磷素的回收方面，目前沒有報道。這類污水的磷回收，理論上可以采用陰離子交換樹脂進行，但是在成本上往往有困難，這也是市政三級處理難普及的原因。綜上所述，目前在市政污水處理方面，尤其是城市污水處理廠二級處理的深度凈化問題、未被市政污水管網(wǎng)覆蓋地區(qū)的生活污水處理、污水中營養(yǎng)鹽的資源化回收等方面， 缺乏經(jīng)濟與技術(shù)上均可行的解決技術(shù)方案。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用水葫蘆凈化生活污水的小型周年復(fù)合凈化系統(tǒng)，集市政污水處理、沼氣生產(chǎn)、磷回收、加熱保溫系統(tǒng)綜合系統(tǒng)的技術(shù)方案，以解決市政污水深度凈化、營養(yǎng)鹽資源回收、濕地植物處理與資源化、系統(tǒng)周年高效運行等方面的問題。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是一種利用水葫蘆凈化生活污水的小型周年復(fù)合凈化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括緩沖池、曝氣池、厭氧發(fā)酵池、水葫蘆養(yǎng)殖池、小型人工濕地、沼氣池和溫棚，曝氣池、厭氧發(fā)酵池、水葫蘆養(yǎng)殖池、小型人工濕地、沼氣池設(shè)置在溫棚內(nèi)，溫棚下方設(shè)有供熱管網(wǎng)；所述的小型人工濕地以0.5-1 mm石灰石顆粒為基質(zhì)，其上種植空心菜；
緩沖池內(nèi)的污水通過PH調(diào)節(jié)后通過管網(wǎng)引入曝氣池內(nèi)，曝氣池去除污水中的可沉淀物及漂浮物后將污水通入?yún)捬醢l(fā)酵池內(nèi)，厭氧發(fā)酵池對污水進行厭氧發(fā)酵和脫氮，厭氧發(fā)酵池排出的污水依次流經(jīng)水葫蘆養(yǎng)殖池和小型人工濕地，除去污水中的磷素、硝酸鹽及雜質(zhì)后，排放進入河網(wǎng)系統(tǒng)；
水葫蘆養(yǎng)殖池內(nèi)的水葫蘆和小型人工濕地的空心菜送入沼氣池內(nèi)進行發(fā)酵，沼氣池內(nèi)產(chǎn)生的沼液通入裝有石灰和硫酸鋁絮凝劑的磷素回收模塊中，沼氣池產(chǎn)生的沼氣通入燒制熱水鍋爐，燒制熱水鍋爐燒制的熱水通入供熱管網(wǎng)，供熱管網(wǎng)產(chǎn)生的熱量提供給溫棚。所述的沼氣池的出氣管與生產(chǎn)照明系統(tǒng)的氣體燃燒裝置連接。本發(fā)明的有益效果是
1、提供了一種低耗高效的市政污水處理系統(tǒng)，既可用于市政污水二級處理出水的深度處理，也可作為尚未納入市政污水管網(wǎng)地區(qū)的污水處理；該系統(tǒng)技術(shù)要求低、成本低，利于推廣。2、系統(tǒng)對二級處理的污水中含有的磷、硝酸鹽和雜質(zhì)進行徹底處理，防止水循環(huán)系統(tǒng)負擔(dān)。3、該系統(tǒng)能夠抵御不利氣候條件影響，實現(xiàn)周年高效運轉(zhuǎn)，保證整個系統(tǒng)的溫度穩(wěn)定，具有人工濕地的特點，運行管理成本低廉，而克服了傳統(tǒng)人工濕地的不足。
4、集污水處理、營養(yǎng)鹽富集與資源化回收、沼氣生產(chǎn)等功能于一體，最大限度地使污水資源化、無害化。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2為本發(fā)明的溫棚與供熱管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)示意1、緩沖池，201、曝氣池，202、厭養(yǎng)發(fā)酵池，301、水葫蘆養(yǎng)殖池，302、小型人工濕地，401、 沼氣池，402、生產(chǎn)照明系統(tǒng)，501、溫棚，502、供熱管網(wǎng)，503、燒制熱水鍋爐，6、磷素回收模塊。
具體實施例方式如圖所示，一種利用水葫蘆凈化生活污水的小型周年復(fù)合凈化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括緩沖池1、曝氣池201、厭氧發(fā)酵池202、水葫蘆養(yǎng)殖池301、小型人工濕地302、沼氣池401和溫棚501，曝氣池201、厭氧發(fā)酵池202、水葫蘆養(yǎng)殖池301、小型人工濕地302、沼氣池401設(shè)置在溫棚501內(nèi)，溫棚501下方設(shè)有供熱管網(wǎng)502 ；所述的小型人工濕地302以0.5-1 mm石灰石顆粒為基質(zhì)，其上種植空心菜；
緩沖池1內(nèi)的污水通過PH調(diào)節(jié)后通過管網(wǎng)引入曝氣池201內(nèi)，曝氣池201去除污水中的可沉淀物及漂浮物后將污水通入?yún)捬醢l(fā)酵池202內(nèi)，厭氧發(fā)酵池202對污水進行厭氧發(fā)酵和脫氮，厭氧發(fā)酵池202排出的污水依次流經(jīng)水葫蘆養(yǎng)殖池301和小型人工濕地302，除去污水中的磷素、硝酸鹽及雜質(zhì)后，排放進入河網(wǎng)系統(tǒng)；
水葫蘆養(yǎng)殖池301內(nèi)的水葫蘆和小型人工濕地302的空心菜送入沼氣池401內(nèi)進行發(fā)酵，沼氣池401內(nèi)產(chǎn)生的沼液通入裝有石灰和硫酸鋁絮凝劑的磷素回收模塊6中，沼氣池 401產(chǎn)生的沼氣通入燒制熱水鍋爐503，燒制熱水鍋爐503燒制的熱水通入供熱管網(wǎng)502，供熱管網(wǎng)502產(chǎn)生的熱量提供給溫棚501。所述的沼氣池401的出氣管與生產(chǎn)照明系統(tǒng)402的氣體燃燒裝置連接。緩沖模塊主要由緩沖池構(gòu)成，主要用于接收市政污水管網(wǎng)所輸送過來的市政污水，并對污水PH進行調(diào)節(jié)，同時起到一個沉淀池的作用，以去除污水中的可沉淀物及漂浮物；緩沖池深度為1. 5 m，長度和寬度根據(jù)服務(wù)區(qū)域的大小設(shè)計。傳統(tǒng)污水處理模塊由曝氣池和厭氧發(fā)酵池組成，曝氣池主要用于污染物的耗氧分解；厭氧池則主要進行厭氧發(fā)酵和脫氮作用，其設(shè)計參照傳統(tǒng)污水處理技術(shù)；該模塊主要在缺乏污水處理廠的地區(qū)采用。人工濕地復(fù)合處理模塊主要包括水葫蘆養(yǎng)殖池和小型潛流型人工濕地組成，水葫蘆養(yǎng)殖池深度為50 cm，寬度3 m，長度根據(jù)需要具體確定，用于放養(yǎng)水葫蘆；小型潛流型人工濕地以0. 5-1 mm石灰石顆粒為基質(zhì)，其上種植空心菜，在此主要起到控制過濾作用，以濾去養(yǎng)殖池處理后所殘留的部分磷素，以及一些雜質(zhì)；人工濕地處理完成的出水可以安全排放進入河網(wǎng)系統(tǒng)；濕地上收獲的空心菜可送入沼氣發(fā)酵池。沼氣發(fā)酵模塊主要由沼氣池及生產(chǎn)照明系統(tǒng)構(gòu)成，接受來之水葫蘆養(yǎng)殖池和小型人工濕地上收割的植物，進行發(fā)酵，生產(chǎn)沼氣；所產(chǎn)沼氣可供照明、附近居民生活燃氣、及系統(tǒng)自身需熱保溫能源；其具體技術(shù)參考成熟的沼氣發(fā)酵技術(shù)。
供熱與保溫模塊主要由溫棚、供熱管網(wǎng)組成，溫棚為雙層塑料大棚，結(jié)構(gòu)與蔬菜種植棚一致，主要起到保溫的作用；供熱管網(wǎng)為分布于整個溫棚底下的加熱管網(wǎng)，并由以沼氣為燃氣的鍋爐供應(yīng)熱水，維持低溫季節(jié)的氣溫、水溫等不低于20°C，避免凍害的發(fā)生。磷素回收模塊主要用于接受沼氣池輸出的沼液中磷素的回收問題，在接收沼氣池沼液后，往沼液中投入石灰以調(diào)節(jié)PH至7左右，并投入硫酸鋁作為絮凝劑，經(jīng)沉淀制得濃縮磷素。各模塊組分間的組合及連接方法如下首先由市政污水管網(wǎng)系統(tǒng)收集到的污水輸入到緩沖池，經(jīng)過PH調(diào)節(jié)，等待處理；緩沖池中的污水通過管網(wǎng)引入曝氣池，經(jīng)曝氣處理加速污水中耗氧物質(zhì)的分解，并促使銨根轉(zhuǎn)化為硝酸根；曝氣池處理后的出水引入?yún)捬醢l(fā)酵池，以進一步去除耗氧物質(zhì)，并促進硝酸根的脫氮；厭氧發(fā)酵池出水引入水葫蘆養(yǎng)殖池，在養(yǎng)殖池中，水中的營養(yǎng)鹽為水葫蘆所吸收，水中的雜質(zhì)可吸附于水葫蘆的根系上，加速分解礦化，可沉淀物則在該池中沉淀去除；水葫蘆養(yǎng)殖池出水中耗氧物質(zhì)及氮素往往含量很低， 而磷素往往較高，有時可能會高于0.5 mg L—1這一水平，因此其出水進一步引入小型人工濕地進行處理，在此水中的營養(yǎng)鹽被空心菜進一步吸收、濕地基質(zhì)進一步吸附去除；水葫蘆養(yǎng)殖池和人工濕地上收獲的植物體送入沼氣池，發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣一部分留作系統(tǒng)供熱用， 另一部分可作為產(chǎn)出供應(yīng)鄰近居民的燃氣和照明；沼渣內(nèi)富含營養(yǎng)物質(zhì)，可作為農(nóng)用肥料； 沼氣池中的沼液也可作為農(nóng)用，但考慮到其不便運輸，因此引入除磷沉淀池，在這里首先以石灰調(diào)節(jié)PH，最后以硫酸鋁絮凝劑進一步沉淀沼液中的磷，進行富集回收；在這個處理過程中，把沼氣池、厭氧發(fā)酵池、水葫蘆養(yǎng)殖池、小型人工濕地、沼氣池、除磷沉淀池等系統(tǒng)均集中建在大型溫棚內(nèi)，其下布置供熱管網(wǎng)系統(tǒng)，由引之沼氣池的沼氣為燃氣的鍋爐統(tǒng)一供熱進行保溫，以保障系統(tǒng)周年運行。具體實施方法
1、市政污水處理廠二級處理出水的深度處理引市政污水處理廠二級出水進入緩沖池，經(jīng)過PH調(diào)節(jié)，等待處理；緩沖池出水引入水葫蘆養(yǎng)殖池，在養(yǎng)殖池中，水中的營養(yǎng)鹽為水葫蘆所吸收，水中的雜質(zhì)可吸附于水葫蘆的根系上，加速分解礦化，可沉淀物則在該池中沉淀去除；水葫蘆養(yǎng)殖池排出的水中耗氧物質(zhì)及氮素往往含量很低，而磷素往往較高，有時可能會高于0.5 mg廠1這一水平，因此其出水進一步引入小型人工濕地進行處理，在此水中的營養(yǎng)鹽被空心菜進一步吸收、濕地基質(zhì)進一步吸附去除；水葫蘆養(yǎng)殖池和人工濕地上收獲的植物體送入沼氣池，發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣一部分留作系統(tǒng)供熱用，另一部分可作為產(chǎn)出供應(yīng)鄰近居民的燃氣和照明；沼渣內(nèi)富含營養(yǎng)物質(zhì)，可作為農(nóng)用肥料；沼氣池中的沼液也可作為農(nóng)用，但考慮到其不便運輸，因此引入除磷沉淀池，在這里首先以石灰調(diào)節(jié)PH，最后以硫酸鋁絮凝劑進一步沉淀沼液中的磷，進行富集回收；在這個處理過程中，把沼氣池、厭氧發(fā)酵池、水葫蘆養(yǎng)殖池、小型人工濕地、沼氣池、除磷沉淀池等系統(tǒng)均集中建在大型溫棚內(nèi)， 其下布置供熱管網(wǎng)系統(tǒng)，由引之沼氣池的沼氣為燃氣的鍋爐統(tǒng)一供熱進行保溫，以保障系統(tǒng)周年運行。2、未被市政污水處理系統(tǒng)覆蓋地區(qū)生活污水的處理首先由市政污水管網(wǎng)系統(tǒng)收集到的污水輸入到緩沖池，經(jīng)過PH調(diào)節(jié)，等待處理；緩沖池中的污水通過管網(wǎng)引入曝氣池， 經(jīng)曝氣處理加速污水中耗氧物質(zhì)的分解，并促使銨根轉(zhuǎn)化為硝酸根；曝氣池處理后的出水引入?yún)捬醢l(fā)酵池，以進一步去除耗氧物質(zhì)，并促進硝酸根的脫氮；厭氧發(fā)酵池出水引入水葫蘆養(yǎng)殖池，在養(yǎng)殖池中，水中的營養(yǎng)鹽為水葫蘆所吸收，水中的雜質(zhì)可吸附于水葫蘆的根系上，加速分解礦化，可沉淀物則在該池中沉淀去除；水葫蘆養(yǎng)殖池排出的水中耗氧物質(zhì)及氮素往往含量很低，而磷素往往較高，有時可能會高于0.5 mg L—1這一水平，因此其出水進一步引入小型人工濕地進行處理，在此水中的營養(yǎng)鹽被空心菜進一步吸收、濕地基質(zhì)進一步吸附去除；水葫蘆養(yǎng)殖池和人工濕地上收獲的植物體送入沼氣池，發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣一部分留作系統(tǒng)供熱用，另一部分可作為產(chǎn)出供應(yīng)鄰近居民的燃氣和照明；沼渣內(nèi)富含營養(yǎng)物質(zhì)， 可作為農(nóng)用肥料；沼氣池中的沼液也可作為農(nóng)用，但考慮到其不便運輸，因此引入除磷沉淀池，在這里首先以石灰調(diào)節(jié)PH，最后以硫酸鋁絮凝劑進一步沉淀沼液中的磷，進行富集回收；在這個處理過程中，把沼氣池、厭氧發(fā)酵池、水葫蘆養(yǎng)殖池、小型人工濕地、沼氣池、除磷沉淀池等系統(tǒng)均集中建在大型溫棚內(nèi)，其下布置供熱管網(wǎng)系統(tǒng)，由引之沼氣池的沼氣為燃氣的鍋爐統(tǒng)一供熱進行保溫，以保障系統(tǒng)周年運行。
權(quán)利要求
1.一種利用水葫蘆凈化生活污水的小型周年復(fù)合凈化系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括緩沖池(1)、曝氣池(201)、厭氧發(fā)酵池(202 )、水葫蘆養(yǎng)殖池(301)、小型人工濕地(302 )、沼氣池(401)和溫棚(501)，曝氣池(201)、厭氧發(fā)酵池(202 )、水葫蘆養(yǎng)殖池(301)、小型人工濕地(302)、沼氣池(401)設(shè)置在溫棚(501)內(nèi)，溫棚(501)下方設(shè)有供熱管網(wǎng)(502)；所述的小型人工濕地(302)以0. 5-1 mm石灰石顆粒為基質(zhì)，其上種植空心菜；緩沖池(1)內(nèi)的污水通過PH調(diào)節(jié)后通過管網(wǎng)引入曝氣池(201)內(nèi)，曝氣池(201)去除污水中的可沉淀物及漂浮物后將污水通入?yún)捬醢l(fā)酵池(202)內(nèi)，厭氧發(fā)酵池(202)對污水進行厭氧發(fā)酵和脫氮，厭氧發(fā)酵池(202)排出的污水依次流經(jīng)水葫蘆養(yǎng)殖池(301)和小型人工濕地(302)，除去污水中的磷素、硝酸鹽及雜質(zhì)后，排放進入河網(wǎng)系統(tǒng)；水葫蘆養(yǎng)殖池(301)內(nèi)的水葫蘆和小型人工濕地(302)的空心菜送入沼氣池(401)內(nèi)進行發(fā)酵，沼氣池(401)內(nèi)產(chǎn)生的沼液通入裝有石灰和硫酸鋁絮凝劑的磷素回收模塊(6) 中，沼氣池(401)產(chǎn)生的沼氣通入燒制熱水鍋爐(503)，燒制熱水鍋爐(503)燒制的熱水通入供熱管網(wǎng)(502 )，供熱管網(wǎng)(502 )產(chǎn)生的熱量提供給溫棚(501)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用水葫蘆凈化生活污水的小型周年復(fù)合凈化系統(tǒng)，其特征在于所述的沼氣池(401)的出氣管與生產(chǎn)照明系統(tǒng)(402)的氣體燃燒裝置連接。
全文摘要
一種利用水葫蘆凈化生活污水的小型周年復(fù)合凈化系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括緩沖池、曝氣池、厭氧發(fā)酵池、水葫蘆養(yǎng)殖池、小型人工濕地、沼氣池和溫棚，曝氣池、厭氧發(fā)酵池、水葫蘆養(yǎng)殖池、小型人工濕地、沼氣池設(shè)置在溫棚內(nèi)，溫棚下方設(shè)有供熱管網(wǎng)；集市政污水處理、沼氣生產(chǎn)、磷回收、加熱保溫系統(tǒng)綜合系統(tǒng)的技術(shù)方案，以解決市政污水深度凈化、營養(yǎng)鹽資源回收、濕地植物處理與資源化、系統(tǒng)周年高效運行等方面的問題。
文檔編號C02F9/14GK102503038SQ20111035190
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月9日
發(fā)明者孫麗蓉, 常會慶, 徐曉峰, 王旭剛, 陶士鋒 申請人:河南科技大學(xué)