景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置及凈化方法
【專利摘要】本發(fā)明是景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置，其結(jié)構(gòu)是塔型結(jié)構(gòu)，包括出水孔1，溢流池2，出水渠5，其中溢流池2的中央是出水孔1，出水渠5與出水孔1相通；所述的溢流池2的外圍設(shè)有若干層功能層，每個功能層內(nèi)包括生物球凈化區(qū)3、景觀水生植物區(qū)4，其中景觀水生植物區(qū)4設(shè)在生物球凈化區(qū)3的外圍，溢流池2的一端連接輸水管7，輸水管7的另一端上安裝水泵6。優(yōu)點：不僅通過自由跌水提高了污水中溶氧濃度，而且增加了生物強(qiáng)化處理的功能，明顯提高人工濕地的處理效率、污水廠出水的水質(zhì)。與現(xiàn)行的一些技術(shù)相比，不僅沒有破壞人工濕地的景觀功能，而且還增加了人工濕地及污水廠的景觀效果。5）結(jié)構(gòu)簡單、建設(shè)成本低、維修方便。
【專利說明】景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置及凈化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置及凈化方法，屬于污水凈化處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]人工濕地具有投資低、耗能少、緩沖容量大、工藝簡單等特點，在國內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用，但由于植物吸附過程中根區(qū)吸收和微生物降解等生化過程都需要溶氧，而目前國內(nèi)外的人工濕地多采用的平面型結(jié)構(gòu)，污水在濕地中停留時間長、水流較為平緩、植物根系和填料長期浸泡在水中，導(dǎo)致人工濕地基質(zhì)溶氧水平低，限制了濕地污水處理的效果，增加了人工濕地占地面積。目前人工濕地曝氣充氧主要通過梯級跌水充氧、底部布置曝氣管道及表面設(shè)置曝氣裝置等方式實現(xiàn)，現(xiàn)有的這些人工濕地曝氣裝置運行成本高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，維修困難，且大都影響了人工濕地的景觀功能，破壞人們的視覺享受。
[0003]污水處理廠尾水處置主要有三種途徑:一是處理達(dá)標(biāo)后直接排放，二是深度處理后回用，三是建設(shè)尾水凈化裝置對尾水進(jìn)一步處理，達(dá)到預(yù)定水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，減輕對排入水體的水環(huán)境壓力，并多渠道加以回用。尾水凈化技術(shù)主要分為物理技術(shù)、生物——生態(tài)技術(shù)和生態(tài)水工學(xué)技術(shù)三類。物理技術(shù)包括引水稀釋與曝氣復(fù)氧，引水稀釋就是通過水利工程的調(diào)控引入上游或附近的清潔水源對尾水進(jìn)行稀釋，使尾水在短時間內(nèi)得到稀釋，達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。由于引水稀釋不能減少尾水中的污染物總量，因此只能作為尾水凈化的一種輔助手段。曝氣是人為地向尾水中充入空氣(或氧氣)，使空氣與尾水強(qiáng)烈接觸，將氧溶于尾水中，加速尾水的復(fù)氧過 程，促使尾水中好氧微生物大量繁殖快速消耗水體中的有機(jī)物，提高對污染物的凈化能力，改善水質(zhì)狀況。近年來，以人工濕地為主的生物一生態(tài)處理技術(shù)以其成熟的工藝、廉價的成本迅速得到推廣運用。這類方法將污水處理廠尾水有控制地投配到土地上，通過土壤、植物、水系統(tǒng)中物理、化學(xué)和生物過程，凈化污染物，使水資源得到再次利用。生物——生態(tài)處理技術(shù)的優(yōu)點是投資較低、抗沖擊力強(qiáng)，操作簡單，結(jié)合必要的景觀設(shè)計，可以美化環(huán)境。但生物——生態(tài)工程也存在一定的局限性，不適用于重金屬含量偏高、酸堿度過高、以及可生化性差的尾水，而且占地面積較大系統(tǒng)的長期運行能力有待進(jìn)一步探索和完善等。生態(tài)水工學(xué)凈化尾水的主要內(nèi)容是在渠道縱向上構(gòu)建彎曲和蜿蜒，急流、緩流、深潭、淺灘交錯相間的格局，該方法對受水水體形態(tài)有具體的要求，使用范圍有局限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提出的是一種景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置及凈化方法，其目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的人工濕地水體中溶解氧濃度低，污水凈化處理效果不理想等缺陷，進(jìn)一步提高及增加景觀的需求，本發(fā)明利用塔型的獨特結(jié)構(gòu)，將水體曝氣及生物凈化有機(jī)結(jié)合，在有效凈化污水提高水質(zhì)的同時，增加了視覺美感。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置，其特征是塔型結(jié)構(gòu)，包括出水孔，溢流池，出水渠，其中溢流池的中央是出水孔，出水渠與出水孔相通；所述的溢流池的外圍設(shè)有若干層功能層，每個功能層內(nèi)包括生物球凈化區(qū)、景觀水生植物區(qū)，其中景觀水生植物區(qū)設(shè)在生物球凈化區(qū)的外圍，溢流池的一端連接輸水管，輸水管的另一端上安裝水泵。
[0006]本發(fā)明的優(yōu)點:不僅通過自由跌水提高了污水中溶氧濃度，而且增加了生物強(qiáng)化處理的功能，明顯提高人工濕地的處理效率、污水廠出水的水質(zhì)。與現(xiàn)行的一些技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點:1)水體增氧效率高，本發(fā)明利用塔型結(jié)構(gòu)，在層與層之間自由跌水曝氣，使水體充分增氧，為污水的進(jìn)一步處理凈化創(chuàng)造了有利條件。
[0007]2)水體凈化能力較強(qiáng)，污水在導(dǎo)流板的作用下，與裝置內(nèi)的生物球充分接觸，生物球上的微生物在此過程中一定程度去除了污水中的有機(jī)物、氮、磷等物質(zhì)。
[0008]3)景觀美感效果好，本發(fā)明不僅沒有破壞人工濕地的景觀功能，而且還增加了人工濕地及污水廠的景觀效果。
[0009]4)對水質(zhì)、水量變化適應(yīng)性強(qiáng)，若進(jìn)水水質(zhì)污染濃度較高或出水水質(zhì)要求提高可增加塔型結(jié)構(gòu)的級數(shù)，若污水水量增加較多，可構(gòu)建多個裝置以并聯(lián)的形式來滿足水量要求。
[0010]5)結(jié)構(gòu)簡單、建設(shè)成本低、維修方便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]附圖1是景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置的立體示意圖。
[0012]附圖2是景觀塔型水體曝氣 和生物凈化裝置的俯視示意圖。
[0013]附圖3是景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置的正視示意圖。
[0014]附圖4是景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置整體剖面結(jié)構(gòu)示意及水流方向圖。
[0015]附圖5是景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置局部剖面結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)圖。
[0016]圖中I是出水孔，2是溢流池，3是生物球凈化區(qū)，4是景觀水生植物區(qū)，5是出水渠，6是水泵，7是輸水管，8是水生植物，9是基質(zhì)，10是生物球，11是單層出水堰，12是a導(dǎo)流板，13是b導(dǎo)流板，14是c導(dǎo)流板，15是d導(dǎo)流板，16是單層底部出水堰。
【具體實施方式】
[0017]對照附圖1、2、3，景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置，其結(jié)構(gòu)是塔型結(jié)構(gòu)，包括出水孔1，溢流池2，出水渠5，其中溢流池2的中央是出水孔1，出水渠5與出水孔I相通；所述的溢流池2的外圍設(shè)有若干層功能層，每個功能層內(nèi)包括生物球凈化區(qū)3、景觀水生植物區(qū)4，其中景觀水生植物區(qū)4設(shè)在生物球凈化區(qū)3的外圍。
[0018]對照附圖4，水生植物區(qū)內(nèi)裝有基質(zhì)9，基質(zhì)9上有水生植物8，生物球凈化區(qū)內(nèi)裝生物球10，溢流池2的一端連接輸水管7，輸水管7的另一端上安裝水泵6。
[0019]對照附圖5，生物球凈化區(qū)內(nèi)裝有a導(dǎo)流板12，b導(dǎo)流板13，c導(dǎo)流板14，d導(dǎo)流板15，導(dǎo)流板間是生物球。為輔助導(dǎo)流板對污水在縱向上進(jìn)行導(dǎo)流，以使污水與生物球充分接觸，單層底部出水堰16設(shè)計為斜面結(jié)構(gòu)，與水平面的夾角度數(shù)為3°~5° ；
所述的塔型結(jié)構(gòu):其四周圍墻采用礫石和水泥進(jìn)行構(gòu)建，高度為5(Tl00cm，厚度為l(Tl5cm，在圍擋污水的同時，兼具美觀效果。底部采用鋼筋混凝土進(jìn)行構(gòu)建，厚度為8~12cm。根據(jù)具體的進(jìn)水水質(zhì)及出水水質(zhì)要求設(shè)置不同的層數(shù)和尺寸，同時還可以根據(jù)景觀需要和地形條件設(shè)計為圓形、橢圓形，矩形等形狀，該處以圓形為例。
[0020]所述的溢流池2:為滿足水量調(diào)節(jié)和出水量的要求，及美觀的需要，要求半徑和高度相等(R=H);高為5(Tl00cm ;半徑為5(Tl00cm。
[0021]所述的功能層:其包括生物球凈化區(qū)3和景觀水生植物區(qū)4 ;深度為5(Tl00Cm。
[0022]所述的生物球凈化區(qū)3:其寬度為13(T230cm ;內(nèi)部設(shè)置4個縱向?qū)Я靼?，其中a導(dǎo)流板12高度高于b導(dǎo)流板13，b導(dǎo)流板13高度高于d導(dǎo)流板15，c導(dǎo)流板14的高度高于b導(dǎo)流板13和d導(dǎo)流板15的高度；d導(dǎo)流板15的高度高于單層底部出水堰16。
[0023]生物球10由聚烯烴塑料制成球形的聚烯烴塑料骨架與以醛化纖綸為材料的軟性纖維填料構(gòu)成，其比表面積范圍為250(T4000m2/m3，密度為3.5~7kg/m3，生物球凈化球直徑為5cm。
[0024]所述的景觀水生植物區(qū)4:寬度為2(T30cm ;主要種植一些觀賞性的水生植物。
[0025]所述的出水渠5:寬度為5(Tl00cm，深度為2(T50cm，其中可以喂養(yǎng)一些觀賞性的魚類，以提高整個裝置的視覺美感。
[0026]所述的水泵6和輸水管7:根據(jù)現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范和設(shè)計手冊確定具體的型號、管徑和
管材等。
[0027]景觀塔型水體曝氣和生物凈化流程，包括如下步驟:
1)污水(來自人工濕地或者污水處理廠尾水)由水泵6提升，經(jīng)輸水管7輸送至溢流池
2；
2)在溢流池2灌滿之后，污水將以跌水的方式進(jìn)入本裝置的第一功能層；
3)在a導(dǎo)流板12，b導(dǎo)流板13，c導(dǎo)流板14，d導(dǎo)流板15的作用下，污水將與生物球凈化區(qū)3的生物球10充分接觸；
4)在此接觸過程中，生物球10上附著的生物膜一定程度的去除污水中的有機(jī)物、氮、磷物質(zhì)；
5)然后污水流經(jīng)景觀水生植物區(qū)4后跌水曝氣增氧至下一功能層，以此往復(fù)，最終進(jìn)入人工濕地或出水渠中。
[0028]經(jīng)過以上過程，污水中有機(jī)物、氮、磷等物質(zhì)得到了一定去除，污水得到了充分的曝氣增氧，減輕了后續(xù)人工濕地水體凈化的負(fù)荷，同時降低了出水對自然水體的污染。
[0029]為保證出水水質(zhì)，污水在本裝置內(nèi)的水利停留時間(HRT)至少為6分鐘。
實施例
[0030]在蘇南某農(nóng)村污水處理廠進(jìn)行中試，日處理量為500噸，該景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置采用的是三層圓形塔型結(jié)構(gòu)，具體尺寸如下:溢流池高為0.25m，半徑為
0.25m，功能層的寬度為1.0m，深度為0.5m，其中生物球凈化區(qū)寬度為0.8m，景觀水生植物區(qū)寬度為0.2m，水生植物選用水蔥、千屈菜等。
[0031]在本實例的條件下，在10天的運行后，景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)出水主要污染指標(biāo)濃度見下表，由實例數(shù)據(jù)可知水體中溶解氧濃度明顯提高，基本達(dá)到對應(yīng)溫度飽和溶解氧濃度；污水廠尾水中的C0D&的去除率可達(dá)到36.4%，TN、NH3-N的去除率也可達(dá)到30%以上，TP的去除率在20%左右；出水水質(zhì)明顯優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 189182002 一級A排放標(biāo)準(zhǔn)。
[0032]表1進(jìn)出水水質(zhì)對照表
【權(quán)利要求】
1.景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置，其特征是塔型結(jié)構(gòu)，包括出水孔，溢流池，出水渠，其中溢流池的中央是出水孔，出水渠與出水孔相通；所述的溢流池的外圍設(shè)有若干層功能層，每個功能層內(nèi)包括生物球凈化區(qū)、景觀水生植物區(qū)，其中景觀水生植物區(qū)設(shè)在生物球凈化區(qū)的外圍，溢流池的一端連接輸水管，輸水管的另一端上安裝水泵。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置，其特征是所述的水生植物區(qū)內(nèi)裝有基質(zhì)，基質(zhì)上有水生植物，生物球凈化區(qū)內(nèi)裝生物球。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置，其特征是所述的生物球凈化區(qū)內(nèi)裝有a導(dǎo)流板，b導(dǎo)流板，c導(dǎo)流板，d導(dǎo)流板，各導(dǎo)流板間是生物球。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置，其特征是所述的塔型結(jié)構(gòu):其四周圍墻采用礫石和水泥進(jìn)行構(gòu)建，高度為5(Tl00cm，厚度為l(Tl5cm，底部采用鋼筋混凝土進(jìn)行構(gòu)建，厚度為8~12cm ;同時還可以根據(jù)景觀需要和地形條件設(shè)計為圓形、橢圓形，矩形。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置，其特征是所述的導(dǎo)流板對污水在縱向上進(jìn)行導(dǎo)流，以使污水與生物球充分接觸，單層底部出水堰設(shè)計為斜面結(jié)構(gòu)，與水平面的夾角度數(shù)為3°~5°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置，其特征是所述的溢流池:半徑和高度相等，R=H ;高為5(Tl00cm ;半徑為5(Tl00cm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置，其特征是所述的生物球凈化區(qū)和景觀水生植物區(qū)；深度為5(Tl00cm，景觀水生植物區(qū)的寬度為2(T30cm，出水渠的寬度為5(Tl00cm，深度為2(T50cm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置，其特征是所述的生物球凈化區(qū):其寬度為13(T230cm;內(nèi)部設(shè)置4個縱向?qū)Я靼澹渲衋導(dǎo)流板高度高于b導(dǎo)流板，b導(dǎo)流板高度高于d導(dǎo)流板，c導(dǎo)流板的高度高于b導(dǎo)流板和d導(dǎo)流板的高度；d導(dǎo)流板的高度高于單層底部出水堰。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的景觀塔型水體曝氣和生物凈化裝置，其特征是所述的生物球由聚烯烴塑料制成球形的聚烯烴塑料骨架與以醛化纖綸為材料的軟性纖維填料構(gòu)成，其比表面積范圍為250(T4000m2/m3，密度為3.5~7kg/m3，生物球凈化球直徑為5cm。
10.如權(quán)利要求1的景觀塔型水體曝氣和生物凈化流程，其特征是包括如下步驟: 1)來自人工濕地或者污水處理廠尾水的污水由水泵提升，經(jīng)輸水管輸送至溢流池； 2)在溢流池灌滿之后，污水將以跌水的方式進(jìn)入本裝置的第一功能層； 3)在a導(dǎo)流板，b導(dǎo)流板，c導(dǎo)流板，d導(dǎo)流板的作用下，污水將與生物球凈化區(qū)的生物球分接觸； 4)在此接觸過程中，生物球上附著的生物膜去除污水中的有機(jī)物、氮、磷等物質(zhì)； 5)然后污水流經(jīng)景觀水生植物區(qū)后跌水曝氣增氧至下一功能層，以此往復(fù)，最終進(jìn)入人工濕地或出水渠中； 6)為保證出水水質(zhì),污水在本裝置內(nèi)的停留時間HRT至少為6分鐘。
【文檔編號】C02F3/34GK103833138SQ201410068263
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2014年2月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月27日
【發(fā)明者】王沛芳, 王超, 錢進(jìn), 侯俊, 范秀磊 申請人:河海大學(xué)