侧向流曝气生物滤池—侧向流人工湿地组合中水处理系统

摘要

本发明公开一种针对绿色建筑生活污水处理回用的侧向流曝气生物滤池—侧向流人工湿地组合系统，该系统由侧向流曝气生物滤池和侧向流人工湿地两部分组成；所述侧向流曝气生物滤池主要包括调节池、A段填料区、过渡区、B段填料区和出水区；所述侧向流人工湿地用平行交错的分隔板将湿地内空间分隔成S形的水流沟道。组合工艺兼有两种水处理技术的优点：侧向流曝气生物滤池抗冲击负荷强，处理效能高且稳定；侧向流人工湿地运行成本低，出水效果好，且具有生态效应，可美化绿色建筑环境。同时，组合工艺可弥补各自不足：侧向流人工湿地可以弥补曝气生物滤池中氮磷去除不佳的弊端；侧向流曝气生物滤池可以弥补人工湿地易堵塞和冬季处理效果不稳定的问题。

说明书

技术领域

本发明属于污水处理、环境保护和绿色建筑技术领域，具体涉及“侧向流曝气生物滤池—侧向流人工湿地”组合工艺处理绿色建筑生活污水，处理后水质同时达到《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（GB/T18920—2002）和《城市污水再生利用 景观环境用水水质》（GB/T18921—2002）的要求。

背景技术

当水资源短缺成为全球面临的严重问题时，污水经过处理后回用已经成为全世界的共识。绿色建筑生活污水处理与回用为水资源匮乏地区提供新的“水源”，对水源丰沛的地区，可以防治污染，减轻管网和后续污水处理的压力。在绿色建筑中建设分散型污水处理回用装置不仅可解决生活污水处理问题，也有利于再生水就地回用。

按照“十一五”规划的要求，到2010年我国城市的污水处理率将达到70%，年污水处理约280亿立方米，如果有三分之一的再生水得以回用，就相当于南水北调中线总的调水量。《中国节水技术政策大纲》中指出：城市污水再生利用，宜根据城市污水来源与规模，尽可能按照就地处理就地回用的原则合理采用相应的再生水处理技术；缺水地区城市建设居住小区，达到一定建筑规模、居住人口或用水量的，应积极采用居住小区再生水利用技术。《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2006）“控制项”要求住宅建筑节水率不低于8%；“一般项”要求住宅建筑非传统水源利用率不低于10%，办公楼、商场类建筑非传统水源利用率不低于20%，旅馆类不低于15%；“优选项”要求住宅建筑非传统水源利用率不低于30%，办公楼、商场类建筑非传统水源利用率不低于40%，旅馆类不低于25%。绿色建筑生活污水处理回用是提高节水率和非传统水源利用率的主要技术措施。

对于绿色建筑生活污水处理回用，目前国内外已经有了较多成熟的经验。在天津市，仅污水回用洗车一项每年节约自来水超过500万吨。美国加利福尼亚州每年利用净化污水2.7 亿立方米，相当于 100 万人口一年的用水量。据国内专家的统计，当采用小区污水为回用水源时，人口大于1万或污水回用水量达到750m³/d以上为经济；在城市污水处理厂增设污水回用系统，主要是新建一个净水间，其投资只是新建一个净水厂投资的 30% ，发达国家的经验证明，在城市污水处理厂增设污水回用系统是可行、有效的互益工程。

但是，目前由于技术和规模问题使得污水回用的成本偏高，一些规模偏小的污水回用工程的成本甚至超过了自来水的价格。自来水是污水回用直接的替代品，致使污水回用竞争优势大大削弱。因此通过改进技术，降低生活污水回用成本，提高生活污水处理回用的可操作性，稳定回用水水质将对生活污水回用起到极大推动作用。

发明内容

本发明针对绿色建筑生活污水处理回用，污水集中处理方法的局限性，以及“就地处理就地回用，实现水平衡和水循环”的概念，提出以侧向流曝气生物滤池—侧向流人工湿地组合工艺处理绿色建筑生活污水，实现就地收集、处理与利用，既可控制水体污染，也可进行针对性的回用，节约水资源，实现简化处理工艺流程，运行管理方便，减少投资和运行成本，减少占地，提高处理效能和回用水水质的目的，符合可持续发展理念的要求。

本发明提出一种针对绿色建筑生活污水处理回用的侧向流曝气生物滤池—侧向流人工湿地组合系统，其技术方案如下：

它由侧向流曝气生物滤池和侧向流人工湿地组成。

所述侧向流曝气生物滤池（Lateral Biological Aerated Filter）处理装置由调节池、A段填料区、过渡区、B段填料区和出水区依次连接组成；A段调料区内交错填装粒径为10-15mm的沸石，在池体内交错布置填料框，形成S型的水流通道，B段填料区装填粒径为3-6mm的沸石，目的是为了增加生物量浓度，提高出水质量；填料层自下而上的构造：碎石垫层 、反冲洗进水管、曝气管、反冲洗进气管、沸石填料。

所述侧向流人工湿地（Lateral Constructed Wetlands）处理装置内设置平行交错的分隔板，将湿地内空间分隔成S形的水流沟道，在沟道中装填20-80mm级配的卵石，填料厚度0.5-0.9m，并栽种水生植物。

本组合系统的工况匹配关系如下：

系统在常温下，侧向流曝气生物滤池处理装置HRT=9h，水力负荷为0.75m/h，气水比为3:1；侧向流人工湿地处理装置HRT＝24h，水力负荷为0.5m³/m²·d；

系统在冬季（5-15℃）运行时，侧向流曝气生物滤池处理装置HRT=12h，水力负荷为0.6m/h，气水比为4:1；侧向流人工湿地处理装置HRT＝36h，水力负荷为0.33m³/m²·d。

本组合处理系统中，侧向流曝气生物滤池主要进行前处理，侧向流人工湿地主要进行深度处理，出水同时满足《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（GB/T18920—2002）和《城市污水再生利用 景观环境用水水质》（GB/T18921—2002）的要求。

侧向流曝气生物滤池主要去除污水中的悬浮物、有机物和氨氮，并实现硝化；侧向流人工湿地主要去除总磷和剩下的悬浮物，并实现生物反硝化脱氮；其中侧向流人工湿地对总磷的去除效果尤为明显。低温下，组合处理系统中侧向流曝气生物滤池对有机物和氨氮的降解，起到主要作用；侧向流人工湿地在低温情况下，对有机物和氨氮的降解贡献率较低。两者协调配合，总体上提升该系统的处理效能与出水效果，实现侧向流曝气生物滤池—侧向流人工湿地的水质水量联合优化调控。

本发明的主要优点如下：

将侧向流曝气生物滤池与侧向流人工湿地组合，兼有两种水处理技术的优点。

①  侧向流曝气生物滤池抗冲击负荷强，处理效能高，处理效果好且稳定；

② 侧向流人工湿地处理曝气生物滤池出水效果好，运行成本低；

③ 侧向流人工湿地具有生态效应，可美化环境，同时与绿色建筑的绿化景观相结合，抵消用地的消极影响。

同时，可以弥补两种技术各自的不足。

① 侧向流人工湿地可以弥补曝气生物滤池处理污水氮磷去除效果不佳的弊端；

② 前置侧向流曝气生物滤池因去除悬浮物效果高可有效防止后续侧向流人工湿地堵塞；

③ 前置侧向流曝气生物滤池的处理可以大幅度减小侧向流人工湿地的占地面积。

针对绿色建筑提高节水率和非传统水源利用率的要求，该组合工艺充分利用了各自的优点，并弥补相互的不足，可以同时实现保障出水水质，运行管理简单方便，降低工程投资和运行成本的特点。

附图说明

图1是侧向流曝气生物滤池平面示意图；

图2是侧向流曝气生物滤池A-A剖面图；

图3是侧向流曝气生物滤池B-B剖面图；

图4是侧向流曝气生物滤池C-C剖面图；

图5是侧向流人工湿地平面示意图；

图6是侧向流人工湿地剖面示意图。

图中：1—进水管 2—调节池  3—穿孔板  4—A段填料区（粒径10-15mm沸石）5—过渡区 6—B段填料区（粒径3-6mm沸石） 7—出水区  8—出水管9—曝气管   10—反冲洗进水管  11—反冲洗进水管  12—反冲洗出水槽  13—反冲洗出水管 14—侧向潜流湿地床  15—分隔板 16—水流通道。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明的结构及工作方式：

针对绿色建筑生活污水处理回用的侧向流曝气生物滤池—侧向流人工湿地组合系统由侧向流曝气生物滤池和侧向流人工湿地组成。

参见图1、图2、图3和图4，侧向流曝气生物滤池主要包括调节池2、A段填料区4、过渡区5、B段填料区6和出水区7。污水经进水管1进入调节池2，后经穿孔板3进入A段填料区4， A段填料区4内的填料框填装粒径为10-15mm的沸石，交错布置，填料框之间形成S型水流通道，这样大部分污水穿过填料，小部分污水会绕过填料框，通过填料框与池壁间的空隙，与穿过填料框的污水汇合进入下一填料框，后进入过渡区5，经过渡区后进入B段填料区6，填粒径为3-6mm的沸石，最后由出水区7出水，经出水管8进入侧向流人工湿地。曝气系统主要由曝气管路9组成。反冲洗系统由反冲洗进水管10、反冲洗进气管11、反冲洗出水槽12和反冲洗出水管13组成。

侧向流人工湿地处理装置如图5和图6所示：侧向流人工湿地的侧向潜流湿地床14内设置平行交错的分隔板15，将湿地内空间分隔成S形的水流沟道16，在沟道中装填20-80mm级配的卵石（填料厚度0.5-0.9m），并栽种水生植物，可以消除侧向流人工湿地中的死水区，提高池容利用率。在水生植物供氧的作用下，整个侧向流人工湿地处于兼氧和好氧状态，可以有效提高填料表面和根区的微生物量，大大提高生物作用效率，提高生物脱氮效能。

春夏气温高，侧向流人工湿地的去除效果较高，曝气生物滤池的生物活性提高，去除效果也相应较好，可缩短曝气生物滤池的水力停留时间。秋冬气温低，虽然两者的处理效能都降低，但秋冬季绿色建筑的回用水量需求减少，可以通过降低负荷的方法满足出水水质的要求，以满足回用水水质要求。在组合工艺中，侧向流曝气生物滤池相当于侧向流人工湿地的前处理池，可以去除大部分的悬浮物、有机物和氨氮，并实现硝化，减轻后续人工湿地的处理负荷。侧向流人工湿地是该组合工艺的深度处理部分，主要去除总磷和剩余悬浮物，并实现生物反硝化脱氮。

主要技术参数：

常温下：

侧向流曝气生物滤池处理装置HRT=9h，水力负荷为0.75m/h，气水比为3:1；

侧向流人工湿地处理装置HRT＝24h，水力负荷为0.5m³/m²·d；

低温下：

侧向流曝气生物滤池处理装置HRT=12h，水力负荷为0.6m/h，气水比为4:1；

侧向流人工湿地处理装置HRT＝36h，水力负荷为0.33m³/m²·d；

利用上述组合系统，绿色建筑生活污水通过集水管进入预处理系统，预处理系统出水排入侧向流曝气生物滤池进行前处理，主要去除污水中的大部分悬浮物、有机物和氨氮，并实现硝化，出水再接入侧向流人工湿地进行深度处理，主要去除污水中的总磷和剩下的悬浮物，并实现生物的反硝化脱氮；出水同时满足《城市污水再生利用 城市杂用水水质》（GB/T18920—2002）和《城市污水再生利用 景观环境用水水质》（GB/T18921—2002）的要求。该组合工艺充分利用了各自的优点，并弥补相互的不足，可以同时实现保障出水水质，运行管理简单方便，降低工程投资和运行成本的特点。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。