一种基于食物链原理的污水自然处理系统

摘要

本发明公开了一种基于食物链原理的自然污水处理系统，沿污水水流方向，设有依次连通的藻类塘、食藻生物塘、挺水植物生态渠和沉水植物塘；所述的挺水植物生态渠采用蜿蜒曲折形态并在渠底设有0.4～0.6m厚的碎石填料；所述碎石填料的粒径10～25mm；所述碎石填料上种植有挺水植物。本发明充分利用“藻类+鱼类+挺水植物+沉水植物”等食物链不同层级生物的水质净化能力，实现水域生态系统中生产者(水生植物)、消费者(鱼类等)、分解者(微生物)的合理配置，具有低能耗、处理效果好、景观效果好的特点。

说明书

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种基于食物链原理的污水自然处理系统。

背景技术

自然处理法是指使污水通过一定的构筑物，利用水生生物以及微生物的作用达到降解污水中有机物目的的一种处理污水方法。自然处理系统分为稳定塘系统、人工湿地系统和土地处理系统，其中稳定塘系统和人工湿地系统较为常用。

稳定塘按水中溶解氧含量，分为好氧塘、兼性塘和厌氧塘；采用机械充氧的塘为曝气塘；以水生植物为主要生物种群的塘为水生植物塘。稳定塘以太阳能为初始能量，通过在塘中种植水生植物，进行水产养殖，形成人工生态系统，在太阳能(日光辐射提供能量)作为初始能量的推动下，通过稳定塘中多条食物链的物质迁移、转化和能量的逐级传递、转化，将进入塘中污水的有机污染物进行降解和转化。

藻类塘通过藻类和细菌的协同作用去除水中的有机物、氨氮和总磷，显著提高水体溶解氧含量。其主要机制为好氧细菌氧化有机物，产生的CO

例如，公开号为CN201520983520.9的实用新型专利公开了一种全天候运行净化农村生活污水的控温藻类塘系统，设置了绳式生物膜载体和内置式LED防水照明灯，显著增加了藻类塘的运行效率和处理效果。但由于藻类繁殖速度快，出水悬浮固体(SS)和含藻量较高，影响下游水体水质，如果只考虑藻类塘的去除效率，而不考虑藻类塘出水藻类的去除，可能带来下游水体藻类泛滥的风险。

公开号为CN104944711A的中国发明专利申请公开了一种基于水生态系统的水处理方法及其装置，污水经预处理后，导入藻类反应器进行反应；反应后的混合液导入食藻虫反应器进行反应；分离混合液中的食藻虫后，再将水导入人工湿地系统，或，将反应后的混合液导入包含水生动物、水生植物以及微生物的生态处理系统，处理后出水即可。

沉水植物是湖泊、河流较为常见的生态系统初级生产者，具有良好的输氧能力，对水体净化效果显著。COD、TN、TP等物质的去除方式主要包括氨氮挥发、生物吸收、硝化反硝化、死生物量的沉降和淤泥层的积聚。

公开号为CN201810363473.6的发明专利公开了一种适用于微污染水源水的生态工程净化系统，该系统由表流湿地、沉水植物塘和生态塘组成，所述沉水植物塘纵向上依次包括土壤基质和沉水植物，解决饮用水原水浊度高以及氨氮、耗氧量超标问题，可有效改善微污染原水水质，具有工艺简单、成本低、易维护的优点。

人工湿地按水流情况可划分为表流湿地和潜流湿地，目前应用较为广泛。现有技术中，公开号为CN200610036318.0的发明专利公开了一种垂直流与水平流一体化复合人工湿地处理城市污水的方法，通过分别填充高炉渣/草炭混合基质和砾石/煤渣混合基质，具有处理成本低，占地面积小，去除磷氮效果好的优点。

公开号为CN201620515423.1的实用新型专利公开了一种污水生态处理系统，包括水平潜流人工湿地单元、表面流人工湿地单元和垂直潜流人工湿地单元，污水经沉淀溢流池初步的处理后溢流至水平潜流人工湿地单元配水渠，该专利利用多种人工湿地系统的有机结合，有效的脱氮除磷，既节约能源，又能够美化环境。

综上，以上自然处理系统均已广泛应用于污水处理领域，在实践中发现稳定塘、表流人工湿地处理效率低，占地面积大等缺点；潜流人工湿地则存在运行维护费用相对较高、对布水均匀性要求较高、填料堵塞等问题。

发明内容

本发明提供了一种基于食物链原理的污水自然处理系统，将不同自然处理系统进行有机结合，实现水域生态系统中生产者(水生植物)、消费者(鱼类等)、分解者(微生物)的合理配置，具有低能耗、处理效果好、景观效果好的特点。

本发明解决上述技术问题所提供的技术方案为：

一种基于食物链原理的污水自然处理系统，沿污水水流方向，设有依次连通的藻类塘、食藻生物塘、挺水植物生态渠和沉水植物塘；所述的挺水植物生态渠采用蜿蜒曲折形态并在渠底设有0.4～0.6m厚的碎石填料区；所述碎石填料的粒径10～25mm；所述碎石填料上种植有挺水植物。

本发明所述的基于食物链原理的污水自然处理系统充分利用“藻类+鱼类+挺水植物+沉水植物”等食物链不同层级生物的水质净化能力，实现水域生态系统中生产者(水生植物)、消费者(鱼类等)、分解者(微生物)的合理配置。通过植物吸收、微生物分解、沉淀、过滤等作用，达到污染物削减和水质提升的目的。

所述挺水植物生态渠的渠道长宽比20:1～80:1。

所述的挺水植物为芦苇、菖蒲、美人蕉、千屈菜。

所述的藻类塘的平均水深为0.3～0.5m；所述藻类塘内优势藻种为衣藻属、栅藻属和小球藻属。

所述的食藻生物塘的深水区水深1～2m，食藻生物塘内放养食藻鱼；在所述深水区四周设置种植凤眼莲的挺水植物种植区，所述挺水植物种植区的水深为0.2～0.5m。

所述食藻鱼为鲢鱼和鳙鱼，鲢鱼放养密度为40～200g/m

所述的沉水植物塘的水深为1～2m；所述的沉水植物金鱼藻、苦草或狐尾藻。

为促进污水的完全混合，调节塘内O

本发明还提供了一种基于食物链原理的污水自然处理方法，所述污水自然处理方法使用本发明所述的基于食物链原理的污水自然处理系统对污水进行处理。

所述的污水为达到一级A标准的生活污水厂尾水或微污染河道水。

所述的污水自然处理方法包括如下步骤：

(1)将污水进入藻类塘，启动垂直于水流方向的连续搅拌装置将污水混合均匀，污水在藻类塘内停留3～10天后导出；

(2)将步骤(1)的出水导入食藻生物塘，停留1～2天后导出；

(3)将步骤(2)的出水导入挺水植物生态渠，流速控制在0.08～0.12m/s范围内，处理后导出；

(4)将步骤(3)的出水导入沉水植物塘并停留1～2天，处理后出水。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)模拟了天然环境中污染物削减的过程，大大减少钢砼材料的使用，生态友好，兼具水质提升和景观游憩的功能。整体工艺结构设计灵活，抗冲击能力强，净化效率高，养护简单，充分利用已有水塘进行建设，征地面积小，适用于尾水深度处理、重污染河道旁路处理以及农业面源污染前置库处理。其中通过藻类塘与食藻生物塘的结合，在保证较高的氮磷去除效率的基础上，基本消除了下游水体藻类泛滥的风险。

(2)挺水植物生态渠结合了潜流湿地和表流湿地的特点，相对于潜流湿地采用更大粒径的碎石，增加该单元的应对水力冲击的能力，同时降低了湿地堵塞的风险；相对于表流湿地，由于在植物根系和碎石缝隙形成生物膜，处理效率更高。

附图说明：

图1为污水处理系统结构平面示意图。

图2为污水处理系统结构剖面示意图。

其中：

1代表搅拌桨； 2代表藻类塘； 3代表溢流堰；

4代表食藻生物塘； 5代表挺水植物种植区； 6代表挺水植物生态渠；

7代表碎石填料区； 8代表沉水植物塘。

具体实施方式：

本发明所述的基于食物链原理的污水自然处理系统如图1所示，剖面示意图如图2所示。沿污水水流方向，依次布置藻类塘2、食藻生物塘4、挺水植物生态渠6、沉水植物塘8。各功能单元通过管道、沟渠或溢流堰3连通。

(1)藻类塘2：平均水深0.3～0.5m，面积根据具体的污水量设定，内部设置垂直于水流方向的搅拌桨1，常见优势藻种为衣藻属、栅藻属和小球藻属等淡水绿藻，通过藻类和自然环境中存在的细菌的协同作用去除水中的有机物、氨氮和总磷，显著提高水体溶解氧含量。其主要机制为好氧细菌氧化有机物，产生的CO

(2)食藻生物塘4：食藻生物塘4的深水区水深1～2m，优选地，水深为1.5～2m。深水区放养鲢鱼和鳙鱼等食藻鱼，吞食水体中的藻类，鲢鱼放养密度为40～200g/m

在深水区的四周设置挺水植物种植区5，挺水植物种植区5的水深为0.2～0.5m，种植凤眼莲等高等挺水植物，凤眼莲分泌的化学物质有助于抑制藻类繁殖，同时浅水区高等植物的种植也为鱼类提供了生境。

(3)挺水植物生态渠6：挺水植物生态渠6采用蜿蜒曲折形态，长宽比20:1～80:1，优选地，长宽比为30:1～60:1；水体流速不大于0.1m/s，优选地，流速控制在0.05～0.08m/s。挺水植物生态渠6渠底设有碎石填料区7铺设0.5m厚度碎石，碎石粒径为10～25mm，优选地，碎石粒径控制在15～20mm。在碎石上种植芦苇、菖蒲、美人蕉、千屈菜等挺水植物。通过植物吸收、碎石床过滤以及微生物分解等一系列物理、化学和生物作用，进一步削减水中SS、氮磷等污染物。

(4)沉水植物塘8：停留时间1～2天，水深1～2m，在深水区种植金鱼藻、苦草、狐尾藻等沉水植物，形成水下森林，提升水体透明度，削减氮磷等营养物质。

实施例1

运用本发明所述的基于食物链原理的污水自然处理系统处理城市生活污水厂尾水，水量为6000m

该废水首先进入藻类塘2，启动垂直于水流方向的搅拌桨1，将污水混合均匀，停留时间4天，平均水深0.5m，面积48000m

经藻类塘2处理后进入食藻生物塘4停留1天，最深处2m，总面积12000m

然后进入挺水植物生态渠6，流速控制在0.1m/s范围内，渠长度200m，宽度为4m。采用蜿蜒曲折形态，渠底设有0.5m厚度碎石填料区7，碎石粒径为20mm，在填料上混合种植芦苇、菖蒲、美人蕉，种植面积比为4:1:1。

最后进入沉水植物塘8，停留时间为1天，池塘最深处2m，在水深大于1m区域种植金鱼藻和苦草，进一步提升水体溶解氧含量，削减氮磷等物质。

经过本污水处理系统处理后，水质明显好转，出水水质为：COD 32mg/L，NH

实施例2

运用本发明处理微污染河道水，水量为2000m

该废水首先进入藻类塘2，启动垂直于水流方向的搅拌桨1，将污水混合均匀，停留时间5天，水深0.5m，面积20000m

经藻类塘2处理后进入食藻生物塘4并停留一天，最深处2m，总面积4000m

然后进入挺水植物生态渠6，采用蜿蜒曲折形态，流速控制在0.1m/s范围内，长度100m，宽度2米，渠底设有0.5m厚度碎石填料区7，碎石粒径为15mm，在填料上种植芦苇。

最后进入沉水植物塘8，停留时间为1天，池塘最深处2m，在水深大于1m区域种植金鱼藻，进一步提升水体溶解氧含量，削减氮磷等物质。

经过本污水处理系统处理后，透明度明显提升，水质明显好转，出水水质为：COD26mg/L，NH

对比例

运用本发明处理微污染河道水，水量为1800m

该废水首先进入藻类塘2，启动垂直于水流方向的搅拌桨1，将污水混合均匀，停留时间5天，水深0.5m，面积18000m

经藻类塘2处理后进入食藻生物塘4并停留1天，最深处2m，总面积3600m

然后进入不铺设碎石的挺水植物生态渠，采用蜿蜒曲折形态，流速控制在0.1m/s范围内，长度90m，宽度2米，直接种植芦苇，水深控制在0.5m以内。

最后进入沉水植物塘8，停留时间1天，池塘最深处2m，在水深大于1m区域种植金鱼藻，进一步提升水体溶解氧含量，削减氮磷等物质。

经过本污水处理系统处理后，透明度明显提升，水质明显好转，出水水质为：COD29mg/L，NH