一种分散式生活污水生物-生态组合处理装置及方法与流程

本发明涉及污水生物、生态处理，具体为一种分散式生活污水生物-生态组合处理装置及方法。

背景技术：

1、高速公路服务区污水、农村生活污水均呈现分散式排放的特点，难以有效地集中收集与处理，直接排放易造成周边水体富营养化，引起水生生物的死亡，破坏水域的生态平衡，严重影响服务区或农村的生态环境、服务区过往人员或农村居民的身体健康。因此，亟需开展针对分散式生活污水的经济绿色的治理工作。

2、目前，对分散式生活污水处理的工艺主要包括地埋式一体化处理技术、sbr、mbr、稳定塘、生态处理技术等。其中地埋式一体化技术、sbr、mbr为生物处理，具有抗冲击负荷性能，高效去除氮污染物等优点，但存在建设、运维成本高，管理维护繁琐，污泥产量大等不足，经营者为节省开支，经常关停处理设施，致使出水最终达不到排放要求。稳定塘、人工湿地为生态处理，具有节能、成本低及易运维等优点，但其存在氨氮、总氮去除效果差，受温度影响大，出水不达标，占地面积大等不足。单一的废水处理技术已难以满足更加严格的排放标准，采用生物-生态组合处理可实现分散式生活污水的最终达标排放。

3、生物-生态组合处理装置（构筑物）是功能微生物、植物、人工（自然）介质等降解污染物的功能实施主体，是完成生活污水低耗、高效、达标处理的核心组成部分，其构型设计、功能空间的优化组合及合理配置对提高分散式生活污水处理效率至关重要。本发明将生物处理与生态处理优化组合，在生物处理单元引入改性生物载体填料、固定化好氧反硝化菌球，实现在好氧环境下do全域范围的充分利用，且无需营造厌氧环境即可实现废水的全程脱氮；兼纳生物、生态处理的优势，可在减少占地、降低能耗、易于运维等的要求下，实现分散式污水的达标排放；优化生物单元、生态单元的结构匹配，最大化发挥各自功能；采用重力流、水位差等实现污水的自输送，减少耗能设备的数量。据此发明的分散式生活污水生物-生态组合处理装置占地面积少、抗温度及负荷冲击能力强、建设维护成本低、易于运维、可达标排放，出水经消毒处理后可直接回用。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种分散式生活污水生物-生态组合处理装置及方法，解决了单一分散式污水处理方法存在建设运维成本高、管理维护繁琐、污泥产量大、占地面积较大、低温脱氮效率差等问题。

2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种分散式生活污水生物-生态组合处理装置，包括生物处理区和生态处理区，所述生态处理区位于生物处理区的右侧，所述的生物处理区由分区挡板分隔为两个好氧生物反应区，其中位于下面的为下部好氧生物反应区，而位于上面的为上部好氧生物反应区，所述上部好氧生物反应区由挡板和左隔板组成，所述下部好氧生物反应区和上部好氧生物反应区由分区挡板和生物处理区内壁左侧所形成的通道连通，所述下部好氧生物反应区的内壁底面由第一垫板和第二垫板形成具有不同坡度的封闭斜面，所述生物处理区底部分别设有进水管、第一布气管和第二布气管，所述进水管内连接有布水导流板；所述下部好氧生物反应区内依次设置有改性悬浮填料和好氧活性污泥，所述上部好氧生物反应区与左隔板和分区挡板之间所形成的通道相连，所述上部好氧生物反应区的底部设置有第一布水板，且第一布水板的上方设置有堆叠的固定化好氧反硝化菌球；所述上部好氧生物反应区通过生物处理区右侧和右隔板之间所形成的通道与生态处理区连通。

3、优选的，所述生态处理区的底部设有第二布水板，所述生态处理区的顶部右侧设有出水管；

4、所述第二布水板与生态处理区的底面距离和长度的比值为0.005，所述第一布水板的上方均匀开设有圆孔，且孔径为5mm，孔隙率为0.4-0.5；所述第二布水板的上方均匀开设有缝隙，且缝隙长度5cm、宽度2cm和孔隙率为0.3-0.4。

5、优选的，所述第二布水板由下至上分别设置有砾石、煤渣和土壤介质，所述煤渣与土壤介质的接触面上方铺设有阻隔板，且土壤介质内种有挺水植物。

6、优选的，所述下部好氧生物反应区中的第一垫板、第二垫板单边对接封合，且紧贴下部好氧生物反应区内壁底面，所述第一垫板和第二垫板的其他边分别与下部好氧生物反应区墙体紧贴封合，所述第一垫板与下部好氧生物反应区底面形成夹角为10°，所述第二垫板与下部好氧生物反应区底面形成夹角为20°-30°。

7、优选的，所述布水导流板的上板面与生物处理区左侧墙体连接、下板面与第一垫板平行设置；

8、所述第一布气管置于第一垫板、第二垫板的封合线上，所述第二布气管置于第二垫板与生物处理区的右侧墙体贴合处，所述第一布气管、第二布气管均设有曝气圆孔且成直线排列，所述第一布气管的曝气孔方向与第二垫板平行，且第二布气管的曝气孔方向垂直向上。

9、优选的，所述第一布水板与分区挡板之间形成了通道；所述分区挡板与生物处理区左侧墙体之间的通道、分区挡板与左隔板之间的通道、第一布水板与分区挡板之间的通道、生物处理区右侧墙体与右隔板之间的通道均与生物处理区和生态处理区等宽；所述生物处理区与生态处理区等宽，长度比为1：（2-3），高度比为（2-3）：1。

10、优选的，所述固定化好氧反硝化菌球由聚乙烯醇、海藻酸钠、固态碳源粉为固定化材料包埋分离、筛选并复配的好氧反硝化复合菌剂，固定化材料最佳配比为聚乙烯醇10.103%、海藻酸钠1.548%、固态碳源粉0.732%，所述固定化好氧反硝化菌球直径为5-10mm，密度为1.09×103 g/cm3，且固定化好氧反硝化菌球在上部好氧生物反应区的堆叠厚度为3-5cm。

11、优选的，所述生态处理区中砾石、煤渣、土壤介质的填充高度相等；

12、所述下部好氧生物反应区内填充有负载活性炭和fe3o4，且负载活性炭和fe3o4最优负载配比为2:1，改性悬浮填料为圆片状，直径为1-3cm，厚度为0.5-1cm，改性悬浮填料在下部好氧生物反应区的堆积密度为0.5-2.5kg/m3。

13、优选的，一种分散式生活污水生物-生态组合处理方法，包括以下步骤：

14、s1.生物处理区的下部好氧反应区为充足好氧环境，通过经活性炭、fe3o4改性悬浮填料可实现对好氧微生物的富集附着，在改性悬浮填料和附着好氧微生物的作用下通过物理、化学、微生物过程对水中污染物进行过滤、吸附、降解，废水中大部分cod被异养好氧微生物降解，废水中nh4+-n被改性悬浮填料上附着的自养硝化菌群转化为no3--n，从而实现污水的前级净化；

15、s2.经前级净化的污水进入上部好氧反应区后与固定化好氧反硝化菌球“床层”充分接触，因床层厚度较薄，且上部好氧反应区为“敞口式”，可进行自然复氧，从而维持低好氧环境，废水中剩余cod及在下部好氧反应区生成的no3--n均通过固定化好氧反硝化菌球孔隙通道进入菌球内部，从而与好氧反硝化菌剂充分接触，好氧反硝化菌在低好氧环境下，利用废水中剩余cod作为碳源，将还原为n2逸出，从而实现废水的中级除碳脱氮净化；

16、s3.经中级净化后的废水进一步进入生态处理区，在砾石、煤渣、土壤介质的物理吸附、化学沉淀作用下，可去除部分磷污染物；进而废水通过阻隔板的缝隙进入挺水植物的根系区，在阻隔板的物理围挡下，植物丰富的根系仅能横向生长成“根系墙”，厚实且密集交错的“根系墙”及其上附着的丰富的微生物菌群会充分的吸收废水中残存的氮磷污染物作为生长过程的营养物质，从而实现污水的终极净化并最终达标排放。

17、优选的，所述s1中好氧环境的氧气浓度＞5mg/l；所述s2中好氧反硝化菌在低好氧环境的氧气浓度为2-5mg/l。

18、本发明提供了一种分散式生活污水生物-生态组合处理装置及方法。具备以下有益效果：

19、本发明抗冲击负荷能力强，污泥产量低，生物处理区中改性悬浮填料的加入可将下部好氧反应区内污泥浓度由2-4gmlss/l提升至10-20gmlss/l，同时活性炭、fe3o4改性悬浮填料还可加速降解过程中的电子传递效率，实现对cod、nh4+-n的高效稳定去除；上部好氧反应区采用固定化微生物技术，可有效持留好氧反硝化菌剂，避免其严重流失，从而显著提升反硝化能力；活性炭、fe3o4改性悬浮填料可提高活性污泥性能的同时加强污泥还原，可将污泥产量降低1/2-2/3，实现污泥减量。

20、本发明装置运维成本低，占地面积小。上部好氧反应区敞口设计及采用固定化好氧反硝化菌球的薄层堆叠，可实现废水的自然复氧，无需进行二次曝气，即可实现好氧反硝化过程；固定化材料中采用废秸秆粉、废茶渣粉等，其可作为反硝化过程的碳源，无需外加有机碳源；生态处理单元充分利用水头高度差，无需动力泵，且生态处理区也无需曝气设备，因此组合装置运维成本相对较低。因生物处理区内高污泥浓度、高污染物降解速率，提高了单位体积污染物去除量，从而可有效降低组合装置的占地面积。

21、本发明提高了反应区整体污染物去除效能，第一布气管与布气管的位置及其曝气角度的特定设置、第一垫板与第二垫板组合成的坡度可有效改善下部好氧反应区内水流的流态及大幅降低因填料角落堆积所造成的反应“死区”，可实现废水在下部好氧反应内的内循环，从而保证填料中微生物与废水的充分、有效的接触，显著提高反应器对污染物的去除效能。

22、本发明处理后废水可实现全季节达标排放，生物处理区的高污泥浓度、好氧反硝化菌的有效持留，生物处理区全季节内对污染物的降解率均可达98%以上，有效减轻生态处理区的污染负荷；生态处理区设有根系发达的耐寒挺水植物，且通过阻隔板的设置可形成厚实且密集交错的“根系墙”及附着丰富的功能微生物，可充分发挥根系、功能微生物对残余氮磷污染物的吸收、降解，最终实现废水的全季节达标排放。