一种利用水葫芦净化生活污水的小型周年复合净化系统

摘要

一种利用水葫芦净化生活污水的小型周年复合净化系统，该系统包括缓冲池、曝气池、厌氧发酵池、水葫芦养殖池、小型人工湿地、沼气池和温棚，曝气池、厌氧发酵池、水葫芦养殖池、小型人工湿地、沼气池设置在温棚内，温棚下方设有供热管网；集市政污水处理、沼气生产、磷回收、加热保温系统综合系统的技术方案，以解决市政污水深度净化、营养盐资源回收、湿地植物处理与资源化、系统周年高效运行等方面的问题。

权利要求

1.一种利用水葫芦净化生活污水的小型周年复合净化系统，其特征在于：该系统包括缓冲池（1）、曝气池（201）、厌氧发酵池（202）、水葫芦养殖池（301）、小型人工湿地（302）、沼气池（401）和温棚（501），曝气池（201）、厌氧发酵池（202）、水葫芦养殖池（301）、小型人工湿地（302）、沼气池（401）设置在温棚（501）内，温棚（501）下方设有供热管网（502）；所述的小型人工湿地（302）以0.5-1 mm石灰石颗粒为基质，其上种植空心菜；

缓冲池（1）内的污水通过pH调节后通过管网引入曝气池（201）内，曝气池（201）去除污水中的可沉淀物及漂浮物后将污水通入厌氧发酵池（202）内，厌氧发酵池（202）对污水进行厌氧发酵和脱氮，厌氧发酵池（202）排出的污水依次流经水葫芦养殖池（301）和小型人工湿地（302），除去污水中的磷素、硝酸盐及杂质后，排放进入河网系统；

水葫芦养殖池（301）内的水葫芦和小型人工湿地（302）的空心菜送入沼气池（401）内进行发酵，沼气池（401）内产生的沼液通入装有石灰和硫酸铝絮凝剂的磷素回收模块（6）中，沼气池（401）产生的沼气通入烧制热水锅炉（503），烧制热水锅炉（503）烧制的热水通入供热管网（502），供热管网（502）产生的热量提供给温棚（501）。

2.根据权利要求1所述的一种利用水葫芦净化生活污水的小型周年复合净化系统，其特征在于：所述的沼气池（401）的出气管与生产照明系统（402）的气体燃烧装置连接。

说明书

一种利用水葫芦净化生活污水的小型周年复合净化系统

技术领域

[0001] 本发明涉及一种生活污水净化与无害化排放系统，也可作为城市污水处理厂二级处理排放出水的深度处理，具体地说是一种利用水葫芦净化生活污水的小型周年复合净化系统。

背景技术

[0002] 随着城镇化进展持续发展，城市规模快速扩张，新的小城镇不断涌现，给市政污水处理带来很大难题。一些小城镇由于规模小，财政压力大，难以被污水处理管网所覆盖，生活污水随意排入河道的现象比较普遍；大型城市虽然在污水处理方面不断加大投入，但往往仅能够对市政污水达到二级处理排放的标准，污水的深度处理由于技术要求和成本高，-1目前尚难被普及。根据国家标准，市政污水处理厂二级处理的污水中，仍含有0.5-1 mg L-1
的全磷，30 mg L 的硝酸盐，营养物质的含量仍较高。这一现状给我国脆弱的水生态系统带来很大威胁。

[0003] 由于我国人口数量大，居住集中，对环境的压力大，使得水生态系统的环境容量小，对以养分原素如N、P等物质的输入比较敏感。据报道，在湖泊中，全磷含量达到0.05 mg -1L 就足以引发水华的爆发。据国家环保部的统计，我国与城镇相邻的小型湖泊污染严重，大型湖泊如滇池、太湖等水质也不容乐观，湖泊富营养化面积仍有增加趋势。这些湖泊的水质恶化，给当地水资源安全带来威胁，水华爆发甚至给一些地区的饮用水供应造成恐慌。

[0004] 针对市政污水二级处理厂出水的深度处理技术和成本要求高、小城镇的市政污水处理难的问题，国内外已经开展了大量的研究，其中，人工湿地技术被认为是一种低成本、高效的市政污水处理系统，被联合国所推荐。限制该技术普及的一个很大原因在于，该技术主要依靠湿地植物及土壤微生物的作用净化污水中的氮，并通过植物吸收和沉淀作用除磷，这些过程依赖于当地气候条件；另外，对于表面流型人工湿地，易滋生蚊蝇等问题；而对于潜流型人工湿地，则易导致堵塞。我国在人工湿地方面也开展了大量的研究，并建立了一些示范性的人工湿地系统，并曾对浮床技术-一种利用浮材承载植物，使植物漂浮在污水水面，利用植物的吸收和根表微生物净化污水的技术-进行过大量的研究，对以上问题有一定程度的克服，但是，如何克服气候条件的限制，提高湿地系统的净化效率方面，仍报道的较少。基于湿地技术的市政污水净化系统周年运行效果差，效率低。另一方面，湿地植物的生长是污水中营养盐高效去除的重要机制，因此如何处理大量生长收获的湿地植物体，也是限制湿地系统的一大因素。我国研究者试图通过利用经济作物水培模式，引市政污水作为水培营养源，实现污水的净化和资源化相结合，解决如何处理大量生长收获的湿地植物体的问题。其中，被广泛采用的主要是黑麦草，但是，以市政污水为营养源水培的农产品供应市场，即使不存在污染物超标问题，在消费者心理上往往也难以接受，该途径并未真正走通。陆生植物相对于水生植物生长量的不足，也使得陆生植物在处理效率方面不如水生植物。而湿地植物，尤其是如水葫芦、水浮莲这些植物，对营养盐浓度需求低，生长迅速，是一种理想的营养盐吸收去除植物，但是也正由于生长迅速，植物体处理难，更担心流入环境而被人们有意回避。因此，人工湿地技术的普及，很大程度上受两个技术难题的影响：1如何克服低温季节如深秋、早春、冬季的气候条件限制；2如何克服湿地植物体处理难题。

[0005] 市政污水富含营养盐这一点一直受人关注，然而，由于城镇卫浴设施的普及，使得市政污水中即使有害物质含量很低，也由于营养盐浓度过低，农用价值小，而难以真正被农业领域应用。国内外针对市政二级处理过程中磷素的回收，已经开展大量研究，其中通过制取鸟粪石回收磷素，已经在理论上建立了技术路线，获得成功试验规模的成功，但是对如何在相对浓度较低的市政二级出水，及普通生活污水中磷素的回收方面，目前没有报道。这类污水的磷回收，理论上可以采用阴离子交换树脂进行，但是在成本上往往有困难，这也是市政三级处理难普及的原因。

[0006] 综上所述，目前在市政污水处理方面，尤其是城市污水处理厂二级处理的深度净化问题、未被市政污水管网覆盖地区的生活污水处理、污水中营养盐的资源化回收等方面，缺乏经济与技术上均可行的解决技术方案。

发明内容

[0007] 本发明所要解决的技术问题是提供一种利用水葫芦净化生活污水的小型周年复合净化系统，集市政污水处理、沼气生产、磷回收、加热保温系统综合系统的技术方案，以解决市政污水深度净化、营养盐资源回收、湿地植物处理与资源化、系统周年高效运行等方面的问题。

[0008] 本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种利用水葫芦净化生活污水的小型周年复合净化系统，该系统包括缓冲池、曝气池、厌氧发酵池、水葫芦养殖池、小型人工湿地、沼气池和温棚，曝气池、厌氧发酵池、水葫芦养殖池、小型人工湿地、沼气池设置在温棚内，温棚下方设有供热管网；所述的小型人工湿地以0.5-1 mm石灰石颗粒为基质，其上种植空心菜；

[0009] 缓冲池内的污水通过PH调节后通过管网引入曝气池内，曝气池去除污水中的可沉淀物及漂浮物后将污水通入厌氧发酵池内，厌氧发酵池对污水进行厌氧发酵和脱氮，厌氧发酵池排出的污水依次流经水葫芦养殖池和小型人工湿地，除去污水中的磷素、硝酸盐及杂质后，排放进入河网系统；

[0010] 水葫芦养殖池内的水葫芦和小型人工湿地的空心菜送入沼气池内进行发酵，沼气池内产生的沼液通入装有石灰和硫酸铝絮凝剂的磷素回收模块中，沼气池产生的沼气通入烧制热水锅炉，烧制热水锅炉烧制的热水通入供热管网，供热管网产生的热量提供给温棚。

[0011] 所述的沼气池的出气管与生产照明系统的气体燃烧装置连接。

[0012] 本发明的有益效果是：

[0013] 1、提供了一种低耗高效的市政污水处理系统，既可用于市政污水二级处理出水的深度处理，也可作为尚未纳入市政污水管网地区的污水处理；该系统技术要求低、成本低，利于推广。

[0014] 2、系统对二级处理的污水中含有的磷、硝酸盐和杂质进行彻底处理，防止水循环系统负担。

[0015] 3、该系统能够抵御不利气候条件影响，实现周年高效运转，保证整个系统的温度稳定，具有人工湿地的特点，运行管理成本低廉，而克服了传统人工湿地的不足。

[0016] 4、集污水处理、营养盐富集与资源化回收、沼气生产等功能于一体，最大限度地使污水资源化、无害化。

附图说明

[0017] 图1为本发明的结构示意图；

[0018] 图2为本发明的温棚与供热管网的结构示意图；

[0019] 1、缓冲池，201、曝气池，202、厌养发酵池，301、水葫芦养殖池，302、小型人工湿地，401、沼气池，402、生产照明系统，501、温棚，502、供热管网，503、烧制热水锅炉，6、磷素回收模块。

具体实施方式

[0020] 如图所示，一种利用水葫芦净化生活污水的小型周年复合净化系统，该系统包括缓冲池1、曝气池201、厌氧发酵池202、水葫芦养殖池301、小型人工湿地302、沼气池401和温棚501，曝气池201、厌氧发酵池202、水葫芦养殖池301、小型人工湿地302、沼气池401设置在温棚501内，温棚501下方设有供热管网502；所述的小型人工湿地302以0.5-1 mm石灰石颗粒为基质，其上种植空心菜；

[0021] 缓冲池1内的污水通过PH调节后通过管网引入曝气池201内，曝气池201去除污水中的可沉淀物及漂浮物后将污水通入厌氧发酵池202内，厌氧发酵池202对污水进行厌氧发酵和脱氮，厌氧发酵池202排出的污水依次流经水葫芦养殖池301和小型人工湿地302，除去污水中的磷素、硝酸盐及杂质后，排放进入河网系统；

[0022] 水葫芦养殖池301内的水葫芦和小型人工湿地302的空心菜送入沼气池401内进行发酵，沼气池401内产生的沼液通入装有石灰和硫酸铝絮凝剂的磷素回收模块6中，沼气池401产生的沼气通入烧制热水锅炉503，烧制热水锅炉503烧制的热水通入供热管网502，供热管网502产生的热量提供给温棚501。

[0023] 所述的沼气池401的出气管与生产照明系统402的气体燃烧装置连接。

[0024] 缓冲模块主要由缓冲池构成，主要用于接收市政污水管网所输送过来的市政污水，并对污水pH进行调节，同时起到一个沉淀池的作用，以去除污水中的可沉淀物及漂浮物；缓冲池深度为1.5 m，长度和宽度根据服务区域的大小设计。

[0025] 传统污水处理模块由曝气池和厌氧发酵池组成，曝气池主要用于污染物的耗氧分解；厌氧池则主要进行厌氧发酵和脱氮作用，其设计参照传统污水处理技术；该模块主要在缺乏污水处理厂的地区采用。

[0026] 人工湿地复合处理模块主要包括水葫芦养殖池和小型潜流型人工湿地组成，水葫芦养殖池深度为50 cm，宽度3 m，长度根据需要具体确定，用于放养水葫芦；小型潜流型人工湿地以0.5-1 mm石灰石颗粒为基质，其上种植空心菜，在此主要起到控制过滤作用，以滤去养殖池处理后所残留的部分磷素，以及一些杂质；人工湿地处理完成的出水可以安全排放进入河网系统；湿地上收获的空心菜可送入沼气发酵池。

[0027] 沼气发酵模块主要由沼气池及生产照明系统构成，接受来之水葫芦养殖池和小型人工湿地上收割的植物，进行发酵，生产沼气；所产沼气可供照明、附近居民生活燃气、及系统自身需热保温能源；其具体技术参考成熟的沼气发酵技术。

[0028] 供热与保温模块主要由温棚、供热管网组成，温棚为双层塑料大棚，结构与蔬菜种植棚一致，主要起到保温的作用；供热管网为分布于整个温棚底下的加热管网，并由以沼气为燃气的锅炉供应热水，维持低温季节的气温、水温等不低于20℃，避免冻害的发生。

[0029] 磷素回收模块主要用于接受沼气池输出的沼液中磷素的回收问题，在接收沼气池沼液后，往沼液中投入石灰以调节pH至7左右，并投入硫酸铝作为絮凝剂，经沉淀制得浓缩磷素。

[0030] 各模块组分间的组合及连接方法如下：首先由市政污水管网系统收集到的污水输入到缓冲池，经过pH调节，等待处理；缓冲池中的污水通过管网引入曝气池，经曝气处理加速污水中耗氧物质的分解，并促使铵根转化为硝酸根；曝气池处理后的出水引入厌氧发酵池，以进一步去除耗氧物质，并促进硝酸根的脱氮；厌氧发酵池出水引入水葫芦养殖池，在养殖池中，水中的营养盐为水葫芦所吸收，水中的杂质可吸附于水葫芦的根系上，加速分解矿化，可沉淀物则在该池中沉淀去除；水葫芦养殖池出水中耗氧物质及氮素往往含量很低，-1而磷素往往较高，有时可能会高于0.5 mg L 这一水平，因此其出水进一步引入小型人工湿地进行处理，在此水中的营养盐被空心菜进一步吸收、湿地基质进一步吸附去除；水葫芦养殖池和人工湿地上收获的植物体送入沼气池，发酵产生的沼气一部分留作系统供热用，另一部分可作为产出供应邻近居民的燃气和照明；沼渣内富含营养物质，可作为农用肥料；
沼气池中的沼液也可作为农用，但考虑到其不便运输，因此引入除磷沉淀池，在这里首先以石灰调节pH，最后以硫酸铝絮凝剂进一步沉淀沼液中的磷，进行富集回收；在这个处理过程中，把沼气池、厌氧发酵池、水葫芦养殖池、小型人工湿地、沼气池、除磷沉淀池等系统均集中建在大型温棚内，其下布置供热管网系统，由引之沼气池的沼气为燃气的锅炉统一供热进行保温，以保障系统周年运行。

[0031] 具体实施方法：

[0032] 1、市政污水处理厂二级处理出水的深度处理：引市政污水处理厂二级出水进入缓冲池，经过pH调节，等待处理；缓冲池出水引入水葫芦养殖池，在养殖池中，水中的营养盐为水葫芦所吸收，水中的杂质可吸附于水葫芦的根系上，加速分解矿化，可沉淀物则在该池中沉淀去除；水葫芦养殖池排出的水中耗氧物质及氮素往往含量很低，而磷素往往较高，有-1时可能会高于0.5 mg L 这一水平，因此其出水进一步引入小型人工湿地进行处理，在此水中的营养盐被空心菜进一步吸收、湿地基质进一步吸附去除；水葫芦养殖池和人工湿地上收获的植物体送入沼气池，发酵产生的沼气一部分留作系统供热用，另一部分可作为产出供应邻近居民的燃气和照明；沼渣内富含营养物质，可作为农用肥料；沼气池中的沼液也可作为农用，但考虑到其不便运输，因此引入除磷沉淀池，在这里首先以石灰调节pH，最后以硫酸铝絮凝剂进一步沉淀沼液中的磷，进行富集回收；在这个处理过程中，把沼气池、厌氧发酵池、水葫芦养殖池、小型人工湿地、沼气池、除磷沉淀池等系统均集中建在大型温棚内，其下布置供热管网系统，由引之沼气池的沼气为燃气的锅炉统一供热进行保温，以保障系统周年运行。

[0033] 2、未被市政污水处理系统覆盖地区生活污水的处理：首先由市政污水管网系统收集到的污水输入到缓冲池，经过pH调节，等待处理；缓冲池中的污水通过管网引入曝气池，经曝气处理加速污水中耗氧物质的分解，并促使铵根转化为硝酸根；曝气池处理后的出水引入厌氧发酵池，以进一步去除耗氧物质，并促进硝酸根的脱氮；厌氧发酵池出水引入水葫芦养殖池，在养殖池中，水中的营养盐为水葫芦所吸收，水中的杂质可吸附于水葫芦的根系上，加速分解矿化，可沉淀物则在该池中沉淀去除；水葫芦养殖池排出的水中耗氧物质及氮-1素往往含量很低，而磷素往往较高，有时可能会高于0.5 mg L 这一水平，因此其出水进一步引入小型人工湿地进行处理，在此水中的营养盐被空心菜进一步吸收、湿地基质进一步吸附去除；水葫芦养殖池和人工湿地上收获的植物体送入沼气池，发酵产生的沼气一部分留作系统供热用，另一部分可作为产出供应邻近居民的燃气和照明；沼渣内富含营养物质，可作为农用肥料；沼气池中的沼液也可作为农用，但考虑到其不便运输，因此引入除磷沉淀池，在这里首先以石灰调节pH，最后以硫酸铝絮凝剂进一步沉淀沼液中的磷，进行富集回收；在这个处理过程中，把沼气池、厌氧发酵池、水葫芦养殖池、小型人工湿地、沼气池、除磷沉淀池等系统均集中建在大型温棚内，其下布置供热管网系统，由引之沼气池的沼气为燃气的锅炉统一供热进行保温，以保障系统周年运行。