污水自然凈化生態(tài)工程方法

1環(huán)境問(wèn)題的生態(tài)學(xué)審視1

11面臨的環(huán)境問(wèn)題1

12生態(tài)學(xué)審視9

參考文獻(xiàn)11

2生態(tài)工程方法的緣起與演變13

21生態(tài)工程方法概念13

22生態(tài)工程方法的演進(jìn)17

23生態(tài)工程方法遵循的原則20

24問(wèn)題討論21

參考文獻(xiàn)22

3生態(tài)工程方法的生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)24

31生態(tài)系統(tǒng)24

32生態(tài)學(xué)基本規(guī)律與觀點(diǎn)36

33生態(tài)工程方法的設(shè)計(jì)40

參考文獻(xiàn)43

4生態(tài)工程方法的科技組成44

4 1生態(tài)工程方法的內(nèi)涵44

42基本設(shè)計(jì)原則47

43生態(tài)工程的科技組成49

44生態(tài)技術(shù)50

45環(huán)境技術(shù)（河流凈化）58

46生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)69

47小結(jié)73

參考文獻(xiàn)73

5水質(zhì)自然凈化生態(tài)工程方法75

51水質(zhì)自然凈化原理與機(jī)制75

52水質(zhì)自然凈化方法77

53水質(zhì)自然凈化計(jì)劃的執(zhí)行92

參考文獻(xiàn)96

6人工濕地生態(tài)工程方法及應(yīng)用97

61濕地與人工濕地97

62濕地多樣性的功能98

63人工濕地的類型101

64濕地運(yùn)作機(jī)制與原理103

65人工濕地規(guī)劃原則與流程107

66人工濕地系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和方法114

67人工濕地應(yīng)用案例121

68結(jié)語(yǔ)123

參考文獻(xiàn)124

7生活污水土壤滲濾生態(tài)處理系統(tǒng)125

71土壤滲濾處理系統(tǒng)工藝與設(shè)計(jì)125

72應(yīng)用案例分析131

參考文獻(xiàn)137

8城市污水生態(tài)處理工程案例139

81概述139

82示范工程概況140

83技術(shù)方案的選擇與確定142

84方案工藝與初步設(shè)計(jì)146

85示范工程運(yùn)行情況148

參考文獻(xiàn)148

9地面徑流管理與雨水回用生態(tài) 工程方法149

91城市雨水利用綜述149

92水庫(kù)集水區(qū)最佳管理作業(yè)158

93非農(nóng)用地的綠色最佳管理作業(yè)163

94植被與生態(tài)最佳管理作業(yè)166

95徑流最佳管理作業(yè)167

96水質(zhì)凈化最佳管理作業(yè)183

參考文獻(xiàn)188

10河流湖泊植被凈化生態(tài)工程方法189

101概述189

102植被凈化的計(jì)劃和管理192

103植被凈化設(shè)施的設(shè)計(jì)思路197

104關(guān)于植被凈化設(shè)施的維護(hù)管理199 2100433B

《污水自然凈化生態(tài)工程方法》主要論述在污水自然凈化和回用領(lǐng)域生態(tài)工程方法的意義、緣起、演變、原理、技術(shù)、設(shè)計(jì)和實(shí)施步驟，著重介紹構(gòu)造濕地、土壤滲濾、植被處理和地面徑流處理等水污染控制生態(tài)工程方法及案例。

《污水自然凈化生態(tài)工程方法》具有較強(qiáng)的系統(tǒng)性和實(shí)用性，可供環(huán)境科學(xué)與工程、生態(tài)工程等領(lǐng)域的工程技術(shù)人員、科研人員和管理人員參考，也可供高等院校相關(guān)專業(yè)師生參閱。

自然處理系統(tǒng)分為穩(wěn)定塘系統(tǒng)和土地處理系統(tǒng)。穩(wěn)定塘系統(tǒng)通過(guò)水——水生生物系統(tǒng)（菌藻共生系統(tǒng)和水生生物系統(tǒng)）對(duì)污水進(jìn)行自然處理。土地處理系統(tǒng)利用土壤——微生物——植物系統(tǒng)的陸地生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)控機(jī)制和對(duì)污染物的綜合凈化功能，對(duì)污水進(jìn)行凈化。

污水自然處理系統(tǒng)的凈化作用主要是利用土壤淺層表土中的物理作用、化學(xué)作用和微生物的生化作用。與常規(guī)處理技術(shù)相比，前者具有工藝簡(jiǎn)便、操作管理方便、建設(shè)投資和運(yùn)轉(zhuǎn)成本低的特點(diǎn)。建設(shè)投資僅為常規(guī)處理技術(shù)的1/2—1/3，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用僅為常規(guī)處理技術(shù)的1/2—1/10，可大幅度降低污水處理成本。而且凈化效果良好，凈化水質(zhì)可達(dá)二級(jí)以上處理水平。

《一種用于污水凈化和回用的生物生態(tài)組合的方法及裝置》屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，更具體涉及一種用于污水凈化和回用的生物生態(tài)組合的方法，同時(shí)還涉及一種污水凈化和回用的生物生態(tài)組合方法的裝置，適用于污水的處理與直接回用。

一種用于污水凈化和回用的生物生態(tài)組合的方法及裝置專利目的

《一種用于污水凈化和回用的生物生態(tài)組合的方法及裝置》的目的是在于提供了一種用于污水凈化和回用的生物生態(tài)組合的方法，該方法簡(jiǎn)單易行，操作簡(jiǎn)便，實(shí)現(xiàn)了污水的高效凈化、處理后污水的直接回用，有效降低了常規(guī)污水處理及回用的成本，成本低廉。

《一種用于污水凈化和回用的生物生態(tài)組合的方法及裝置》的另一個(gè)目的是在于提供了一種用于污水凈化和回用的生物生態(tài)組合裝置，該裝置將生物處理裝置和生態(tài)凈化裝置組合在一起，和預(yù)處理單元及回用單元一起形成一套完整的污水處理及回用系統(tǒng)裝置。該裝置通過(guò)閥門(mén)調(diào)節(jié)生物處理裝置和生態(tài)處理裝置的組合結(jié)構(gòu)來(lái)針對(duì)性處理不同水質(zhì)水量的污水，避免了常規(guī)污水處理后的中水直接排放，可回用作為沖廁、綠化用水，有效節(jié)約了水資源，降低了常規(guī)污水處理及回用成本。

一種用于污水凈化和回用的生物生態(tài)組合的方法及裝置技術(shù)方案

《一種用于污水凈化和回用的生物生態(tài)組合的方法及裝置》核心由一種污水生物處理方式和一種生態(tài)凈化方式組合而成。這種污水生物處理方式以一體式膜生物反應(yīng)器（英文為：SubmergedMembraneBioreactor，縮寫(xiě)為SMBR）為代表，生態(tài)凈化方式以復(fù)合垂直流人工濕地（英文為：IntegratedVertical-flowConstructedWetland，縮寫(xiě)為IVCW）為代表。這兩者通過(guò)不同連接方式組合而成，形成SMBR-IVCW組合系統(tǒng)。為提高單個(gè)污水處理技術(shù)的處理效果，采用生物-生態(tài)組合工藝模式，相互取長(zhǎng)補(bǔ)短，來(lái)達(dá)到工藝優(yōu)化配置，降低同等污水的處理成本。

其中，SMBR單元為一立方體生物反應(yīng)器，其規(guī)模為：長(zhǎng)×寬×高＝800×400×1400（毫米×毫米×毫米），有效容積為0.320立方米。反應(yīng)器主體采用有機(jī)玻璃材料制作。反應(yīng)器正中部懸掛膜組件，膜組件為聚偏氟乙烯材料的中空纖維簾式膜，其外形尺寸為長(zhǎng)×寬＝300×420（毫米×毫米）。膜組件距反應(yīng)器底端400毫米；垂直放置，縱向排列，其上、下端通過(guò)ABS管連接到出水管并固定于反應(yīng)器內(nèi)壁。膜組件上下端垂直距離為400毫米（小于膜組件自然懸垂長(zhǎng)度，可保證膜絲的松弛狀態(tài)，利于膜絲自由擺動(dòng)）。膜組件由四片膜構(gòu)成，單片膜面積為4平方米，膜孔徑為0.2微米，內(nèi)徑為0.6毫米，外徑為1.0毫米，膜截留分子量為500ku，膜片間隔50毫米，兩端集水管用ABS管連接至抽吸泵進(jìn)口。膜組件正下方設(shè)置穿孔曝氣管，管下方開(kāi)孔，孔徑5毫米，距反應(yīng)器底端180毫米。反應(yīng)器中設(shè)置PVC擋板，兩片擋板分別等距位于膜組件的兩側(cè)，高700毫米，距反應(yīng)器底端250毫米。反應(yīng)器中填充活性污泥（取自常規(guī)二級(jí)污水處理廠回流污泥）。

IVCW單元由下行流池和上行流池構(gòu)成：兩池均為1米×1米的方形水泥池，均填入直徑0.5～2毫米的細(xì)河砂，下行池砂層深550毫米，上行流池砂層深450毫米，中間設(shè)置隔墻，底部連通；上行流池砂層中設(shè)置“H”型集水管，兩池底部設(shè)有“H”型排空管。下行流池和上行流池內(nèi)分別栽種美人蕉和菖蒲。

一種用于污水凈化和回用的生物生態(tài)組合方法，其步驟是：

A、首先，待處理的污水經(jīng)過(guò)格柵/調(diào)節(jié)池A（如污水濃度或水量變化較大或者pH值在5～9范圍之外時(shí)最好設(shè)置調(diào)節(jié)池）；可將粗大顆粒的物質(zhì)除去，污水的pH調(diào)節(jié)到6～9之間。

B、其次，將經(jīng)過(guò)步驟A處理的污水泵入一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B中，在反應(yīng)器內(nèi)停留5～15小時(shí)，經(jīng)過(guò)活性污泥降解，在泵抽吸下滲透過(guò)膜；經(jīng)過(guò)一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B后得到的污水COD、氨氮、總磷、總氮等指標(biāo)可達(dá)到一級(jí)排放A標(biāo)準(zhǔn)（GB18918-2002），COD、氨氮指標(biāo)甚至可達(dá)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)V～I(xiàn)V類標(biāo)準(zhǔn)（GB3838-2002）。

C、接著，經(jīng)過(guò)步驟B處理的污水流入貯水池C；

D、然后，經(jīng)過(guò)步驟C的污水分次進(jìn)入復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D單元中的進(jìn)水配水管，依次經(jīng)過(guò)復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D的下行流池、上行流池，最終從上行流池出水集水管排出，得到可回用的出水。

一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B單元采用連續(xù)和間歇結(jié)合的進(jìn)水方式：待反應(yīng)器內(nèi)水位升至最高水位控制線（反應(yīng)器高1200毫米處），關(guān)閉進(jìn)水閥，等水位自然下降至擋板下150毫米后，開(kāi)啟進(jìn)水閥，水位又緩慢上升至最高水位線，再次關(guān)閉水閥。2次關(guān)閉水閥的時(shí)間間隔約2～4小時(shí)（依據(jù)出水水量而變化），每天運(yùn)行3個(gè)周期，其余時(shí)間為連續(xù)進(jìn)水。SMBR單元維持在相對(duì)穩(wěn)定的操作條件：活性污泥濃度為（10.0±0.5）克/升；底部采用間歇曝氣方式，曝氣2小時(shí)，停曝0.5小時(shí)，曝氣量為（6±0.5）立方米/小時(shí)；泵抽吸/暫停時(shí)間為4分鐘:1分鐘；上升流區(qū)與下降流區(qū)面積比為1.7:1，污泥停留時(shí)間為25～30天。IVCW單元采用間歇進(jìn)水方式，每天分4次進(jìn)水。整個(gè)一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B-復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D系統(tǒng)的環(huán)境溫度在植物生長(zhǎng)季節(jié)（以武漢地區(qū)為參照，每年4～11月）維持在25～35℃，在植物枯敗季節(jié)（每年12月～次年3月）維持在8～12℃。待處理污水設(shè)置為高、中、低三種不同的濃度，相應(yīng)的主要水質(zhì)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1不同濃度污水主要水質(zhì)指標(biāo)

一種實(shí)現(xiàn)用于污水凈化和回用的生物生態(tài)組合方法的裝置結(jié)構(gòu)如下（圖2）：裝置由四個(gè)子單元組成，分別為格柵/調(diào)節(jié)池A、一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B、貯水池C、復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D。格柵/調(diào)節(jié)池A為一立方體水泥池，容積0.2立方米，分為容積相等的格柵單池和調(diào)節(jié)單池。格柵/調(diào)節(jié)池A的格柵單池側(cè)壁設(shè)置污水進(jìn)水口2，連接待處理污水0的污水進(jìn)水管道1，格柵單池上部設(shè)置細(xì)格柵3，格柵/調(diào)節(jié)池A的調(diào)節(jié)單池底部設(shè)置潛污泵4，潛污泵4出口通過(guò)管道與調(diào)節(jié)單池上側(cè)壁的格柵/調(diào)節(jié)池出水口5一側(cè)相連接。格柵/調(diào)節(jié)池出水口5另一側(cè)連接一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B的進(jìn)水管道6，一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B的進(jìn)水管道6上依次安裝格柵/調(diào)節(jié)池出水流量計(jì)7、格柵/調(diào)節(jié)池出水閥門(mén)8和一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B的進(jìn)水閥門(mén)9。一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B為有效容積為320L的有機(jī)玻璃立方體，內(nèi)部有活性污泥10。一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B的正中央懸掛聚偏氟乙烯中空纖維簾式膜組件11，該膜組件11由四片膜片12縱向平行排列、懸垂放置而成，膜片12之間間隔50毫米。膜組件11上下端垂直距離為400毫米，膜組件11的上、下集水管13通過(guò)ABS管連接到一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B的出水管20上，并通過(guò)反應(yīng)器器壁上的卡槽固定于一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B的正中央（膜組件上端距離反應(yīng)器頂端400毫米，膜組件下端距離反應(yīng)器底部400毫米）。膜組件11的兩側(cè)等距設(shè)置兩片擋板14，高700毫米，距反應(yīng)器底端250毫米，通過(guò)側(cè)壁卡槽固定于一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B中。膜組件11正下方距一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B的底端180毫米處設(shè)置穿孔曝氣管15，通過(guò)側(cè)壁卡槽固定，管下部60度斜開(kāi)孔，孔徑5毫米。穿孔曝氣管15為活性污泥10提供必需的氧氣16，并沖刷膜表面以防止膜污染，穿孔曝氣管15一側(cè)通過(guò)軟管與曝氣泵17出口相連，中間依次連接進(jìn)氣閥門(mén)18和氣體流量計(jì)19。一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B的出水管道20與貯水池C的進(jìn)水口25相接，中間依次安裝一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B的出水閥門(mén)21、一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B的出水流量計(jì)22、抽吸泵23。貯水池C為0.3立方米的方形水泥池，貯水池出水口26與復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D的進(jìn)水管道34相接，中間設(shè)置貯水池出水流量計(jì)27和貯水池出水閥門(mén)28、復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D的進(jìn)水閥門(mén)35。貯水池出水閥門(mén)28與復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D的進(jìn)水閥門(mén)35之間的管道上連接貯水池出水旁路管道32，通過(guò)格柵/調(diào)節(jié)池旁路出水閥門(mén)33和一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B的進(jìn)水管道6相連。貯水池出水旁路管道32上依次設(shè)置貯水池出水旁路閥門(mén)29、貯水池出水旁路液體流量計(jì)30、貯水池出水旁路管道泵31、通過(guò)格柵/調(diào)節(jié)池旁路出水閥門(mén)33。復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D由隔墻分隔的下行流池36和上行流池37構(gòu)成。上行流池37和下行流池36的底部連通形成水流通暢的連通層38，并設(shè)置“H”型排空管39。下行流池填入0-2毫米基質(zhì)河砂40，砂層厚550毫米，砂層上種植濕地植物美人蕉41。上行流池也填入0-2毫米細(xì)河砂40，砂層厚450毫米，砂層上種植濕地植物菖蒲42。上行流池砂層表面埋設(shè)進(jìn)水配水管43，該進(jìn)水配水管43與復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D的進(jìn)水管34相接；下行流池砂層表面埋設(shè)“H”型出水收集管44，與復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D的出水管道45相接。復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D的出水管45與出水回用管道51連接，其間安裝出水回用泵50。出水回用管道51上連接復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D的出水旁路管道47，復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D的旁路管道47上依次安裝復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D的出水旁路管道泵46、復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D的出水旁路液體流量計(jì)48、復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D的出水旁路閥門(mén)49，并通過(guò)復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D的出水旁路閥門(mén)49與復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D的進(jìn)水管道34連接，形成閉路循環(huán)。在出水回用管道51上與貯水池出水閥門(mén)28間設(shè)置出水回用旁路管道53，該管道上依次設(shè)置出水回用旁路管道閥門(mén)54、出水回用旁路管道液體流量計(jì)55。整個(gè)裝置的電動(dòng)PLC自控系統(tǒng)52設(shè)置10個(gè)控制點(diǎn)，分別為：一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B的進(jìn)水閥門(mén)9、格柵/調(diào)節(jié)池旁路閥門(mén)33、一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）中液位24高度、一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B的出水抽吸泵23的抽/停時(shí)間、一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B的曝氣泵17曝氣/停止時(shí)間、貯水池C的出水閥門(mén)28、貯水池出水旁路管道32上的管道泵31、復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D的進(jìn)水閥門(mén)35、復(fù)合垂直流人工濕地D的出水旁路管道47上管道泵46、出水回用水泵50。電動(dòng)PLC自控系統(tǒng)52實(shí)現(xiàn)各單元運(yùn)行條件的獨(dú)立控制與統(tǒng)一協(xié)調(diào)，為出水回用、或回流進(jìn)一步處理提供智能化管理。

一種用于污水凈化和回用的生物生態(tài)組合的方法及裝置改善效果

1、將一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B和IVCW這兩種污水處理技術(shù)有效結(jié)合，提高了單一技術(shù)處理的出水水質(zhì)，可達(dá)到污水的直接回用，回用作為綠化灌溉、洗車、家庭沖廁、路面清洗、景觀娛樂(lè)、游泳池等的補(bǔ)水。

2、該SMBR-IVCW生物生態(tài)組合工藝可針對(duì)不同的進(jìn)水濃度及水量要求選擇不同的組合形式，達(dá)到工藝的優(yōu)化配置，有效地降低了同等污水處理及回用的成本，成本低廉。

3、該SMBR-IVCW生物生態(tài)組合工藝不僅適合集中式污水處理模式也適合分散式污水處理模式，兼具景觀綠化效果。尤適用于生活小區(qū)等人口集中，同時(shí)對(duì)綠化率有一定要求的地域。

4、生物-生態(tài)型組合凈化工藝更符合綠色、健康的環(huán)保理念。

5、該生物-生態(tài)型污水凈化和回用組合裝置可通過(guò)閥門(mén)調(diào)節(jié)生物處理裝置和生態(tài)處理裝置的組合結(jié)構(gòu)，針對(duì)不同水質(zhì)水量的污水，采取不同組合方式。

6、該生物-生態(tài)型污水凈化和回用組合裝置避免了常規(guī)污水處理后的中水直接排放，可直接回用作為沖廁、綠化用水，有效節(jié)約了水資源，降低了常規(guī)污水處理及回用成本。

7、該生物-生態(tài)型污水凈化和回用組合裝置對(duì)一體式膜生物反應(yīng)器（SMBR）B單元采用間歇進(jìn)水和間歇曝氣、間歇抽水等運(yùn)行方式，對(duì)復(fù)合垂直流人工濕地（IVCW）D單元采用間歇進(jìn)水運(yùn)行方式，有利于創(chuàng)造好氧、缺氧、厭氧的交替環(huán)境，提高系統(tǒng)脫氮除磷能力。