污水自然净化生态工程方法

1环境问题的生态学审视1

11面临的环境问题1

12生态学审视9

参考文献11

2生态工程方法的缘起与演变13

21生态工程方法概念13

22生态工程方法的演进17

23生态工程方法遵循的原则20

24问题讨论21

参考文献22

3生态工程方法的生态学基础24

31生态系统24

32生态学基本规律与观点36

33生态工程方法的设计40

参考文献43

4生态工程方法的科技组成44

4 1生态工程方法的内涵44

42基本设计原则47

43生态工程的科技组成49

44生态技术50

45环境技术（河流净化）58

46生态环境监测69

47小结73

参考文献73

5水质自然净化生态工程方法75

51水质自然净化原理与机制75

52水质自然净化方法77

53水质自然净化计划的执行92

参考文献96

6人工湿地生态工程方法及应用97

61湿地与人工湿地97

62湿地多样性的功能98

63人工湿地的类型101

64湿地运作机制与原理103

65人工湿地规划原则与流程107

66人工湿地系统设计原理和方法114

67人工湿地应用案例121

68结语123

参考文献124

7生活污水土壤渗滤生态处理系统125

71土壤渗滤处理系统工艺与设计125

72应用案例分析131

参考文献137

8城市污水生态处理工程案例139

81概述139

82示范工程概况140

83技术方案的选择与确定142

84方案工艺与初步设计146

85示范工程运行情况148

参考文献148

9地面径流管理与雨水回用生态 工程方法149

91城市雨水利用综述149

92水库集水区最佳管理作业158

93非农用地的绿色最佳管理作业163

94植被与生态最佳管理作业166

95径流最佳管理作业167

96水质净化最佳管理作业183

参考文献188

10河流湖泊植被净化生态工程方法189

101概述189

102植被净化的计划和管理192

103植被净化设施的设计思路197

104关于植被净化设施的维护管理199 2100433B

《污水自然净化生态工程方法》主要论述在污水自然净化和回用领域生态工程方法的意义、缘起、演变、原理、技术、设计和实施步骤，着重介绍构造湿地、土壤渗滤、植被处理和地面径流处理等水污染控制生态工程方法及案例。

《污水自然净化生态工程方法》具有较强的系统性和实用性，可供环境科学与工程、生态工程等领域的工程技术人员、科研人员和管理人员参考，也可供高等院校相关专业师生参阅。

自然处理系统分为稳定塘系统和土地处理系统。稳定塘系统通过水——水生生物系统（菌藻共生系统和水生生物系统）对污水进行自然处理。土地处理系统利用土壤——微生物——植物系统的陆地生态系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能，对污水进行净化。

污水自然处理系统的净化作用主要是利用土壤浅层表土中的物理作用、化学作用和微生物的生化作用。与常规处理技术相比，前者具有工艺简便、操作管理方便、建设投资和运转成本低的特点。建设投资仅为常规处理技术的1/2—1/3，运转费用仅为常规处理技术的1/2—1/10，可大幅度降低污水处理成本。而且净化效果良好，净化水质可达二级以上处理水平。

《一种用于污水净化和回用的生物生态组合的方法及装置》属于水处理技术领域，更具体涉及一种用于污水净化和回用的生物生态组合的方法，同时还涉及一种污水净化和回用的生物生态组合方法的装置，适用于污水的处理与直接回用。

一种用于污水净化和回用的生物生态组合的方法及装置专利目的

《一种用于污水净化和回用的生物生态组合的方法及装置》的目的是在于提供了一种用于污水净化和回用的生物生态组合的方法，该方法简单易行，操作简便，实现了污水的高效净化、处理后污水的直接回用，有效降低了常规污水处理及回用的成本，成本低廉。

《一种用于污水净化和回用的生物生态组合的方法及装置》的另一个目的是在于提供了一种用于污水净化和回用的生物生态组合装置，该装置将生物处理装置和生态净化装置组合在一起，和预处理单元及回用单元一起形成一套完整的污水处理及回用系统装置。该装置通过阀门调节生物处理装置和生态处理装置的组合结构来针对性处理不同水质水量的污水，避免了常规污水处理后的中水直接排放，可回用作为冲厕、绿化用水，有效节约了水资源，降低了常规污水处理及回用成本。

一种用于污水净化和回用的生物生态组合的方法及装置技术方案

《一种用于污水净化和回用的生物生态组合的方法及装置》核心由一种污水生物处理方式和一种生态净化方式组合而成。这种污水生物处理方式以一体式膜生物反应器（英文为：SubmergedMembraneBioreactor，缩写为SMBR）为代表，生态净化方式以复合垂直流人工湿地（英文为：IntegratedVertical-flowConstructedWetland，缩写为IVCW）为代表。这两者通过不同连接方式组合而成，形成SMBR-IVCW组合系统。为提高单个污水处理技术的处理效果，采用生物-生态组合工艺模式，相互取长补短，来达到工艺优化配置，降低同等污水的处理成本。

其中，SMBR单元为一立方体生物反应器，其规模为：长×宽×高＝800×400×1400（毫米×毫米×毫米），有效容积为0.320立方米。反应器主体采用有机玻璃材料制作。反应器正中部悬挂膜组件，膜组件为聚偏氟乙烯材料的中空纤维帘式膜，其外形尺寸为长×宽＝300×420（毫米×毫米）。膜组件距反应器底端400毫米；垂直放置，纵向排列，其上、下端通过ABS管连接到出水管并固定于反应器内壁。膜组件上下端垂直距离为400毫米（小于膜组件自然悬垂长度，可保证膜丝的松弛状态，利于膜丝自由摆动）。膜组件由四片膜构成，单片膜面积为4平方米，膜孔径为0.2微米，内径为0.6毫米，外径为1.0毫米，膜截留分子量为500ku，膜片间隔50毫米，两端集水管用ABS管连接至抽吸泵进口。膜组件正下方设置穿孔曝气管，管下方开孔，孔径5毫米，距反应器底端180毫米。反应器中设置PVC挡板，两片挡板分别等距位于膜组件的两侧，高700毫米，距反应器底端250毫米。反应器中填充活性污泥（取自常规二级污水处理厂回流污泥）。

IVCW单元由下行流池和上行流池构成：两池均为1米×1米的方形水泥池，均填入直径0.5～2毫米的细河砂，下行池砂层深550毫米，上行流池砂层深450毫米，中间设置隔墙，底部连通；上行流池砂层中设置“H”型集水管，两池底部设有“H”型排空管。下行流池和上行流池内分别栽种美人蕉和菖蒲。

一种用于污水净化和回用的生物生态组合方法，其步骤是：

A、首先，待处理的污水经过格栅/调节池A（如污水浓度或水量变化较大或者pH值在5～9范围之外时最好设置调节池）；可将粗大颗粒的物质除去，污水的pH调节到6～9之间。

B、其次，将经过步骤A处理的污水泵入一体式膜生物反应器（SMBR）B中，在反应器内停留5～15小时，经过活性污泥降解，在泵抽吸下渗透过膜；经过一体式膜生物反应器（SMBR）B后得到的污水COD、氨氮、总磷、总氮等指标可达到一级排放A标准（GB18918-2002），COD、氨氮指标甚至可达地表水环境质量标准V～IV类标准（GB3838-2002）。

C、接着，经过步骤B处理的污水流入贮水池C；

D、然后，经过步骤C的污水分次进入复合垂直流人工湿地（IVCW）D单元中的进水配水管，依次经过复合垂直流人工湿地（IVCW）D的下行流池、上行流池，最终从上行流池出水集水管排出，得到可回用的出水。

一体式膜生物反应器（SMBR）B单元采用连续和间歇结合的进水方式：待反应器内水位升至最高水位控制线（反应器高1200毫米处），关闭进水阀，等水位自然下降至挡板下150毫米后，开启进水阀，水位又缓慢上升至最高水位线，再次关闭水阀。2次关闭水阀的时间间隔约2～4小时（依据出水水量而变化），每天运行3个周期，其余时间为连续进水。SMBR单元维持在相对稳定的操作条件：活性污泥浓度为（10.0±0.5）克/升；底部采用间歇曝气方式，曝气2小时，停曝0.5小时，曝气量为（6±0.5）立方米/小时；泵抽吸/暂停时间为4分钟:1分钟；上升流区与下降流区面积比为1.7:1，污泥停留时间为25～30天。IVCW单元采用间歇进水方式，每天分4次进水。整个一体式膜生物反应器（SMBR）B-复合垂直流人工湿地（IVCW）D系统的环境温度在植物生长季节（以武汉地区为参照，每年4～11月）维持在25～35℃，在植物枯败季节（每年12月～次年3月）维持在8～12℃。待处理污水设置为高、中、低三种不同的浓度，相应的主要水质指标见表1。

表1不同浓度污水主要水质指标

一种实现用于污水净化和回用的生物生态组合方法的装置结构如下（图2）：装置由四个子单元组成，分别为格栅/调节池A、一体式膜生物反应器（SMBR）B、贮水池C、复合垂直流人工湿地（IVCW）D。格栅/调节池A为一立方体水泥池，容积0.2立方米，分为容积相等的格栅单池和调节单池。格栅/调节池A的格栅单池侧壁设置污水进水口2，连接待处理污水0的污水进水管道1，格栅单池上部设置细格栅3，格栅/调节池A的调节单池底部设置潜污泵4，潜污泵4出口通过管道与调节单池上侧壁的格栅/调节池出水口5一侧相连接。格栅/调节池出水口5另一侧连接一体式膜生物反应器（SMBR）B的进水管道6，一体式膜生物反应器（SMBR）B的进水管道6上依次安装格栅/调节池出水流量计7、格栅/调节池出水阀门8和一体式膜生物反应器（SMBR）B的进水阀门9。一体式膜生物反应器（SMBR）B为有效容积为320L的有机玻璃立方体，内部有活性污泥10。一体式膜生物反应器（SMBR）B的正中央悬挂聚偏氟乙烯中空纤维帘式膜组件11，该膜组件11由四片膜片12纵向平行排列、悬垂放置而成，膜片12之间间隔50毫米。膜组件11上下端垂直距离为400毫米，膜组件11的上、下集水管13通过ABS管连接到一体式膜生物反应器（SMBR）B的出水管20上，并通过反应器器壁上的卡槽固定于一体式膜生物反应器（SMBR）B的正中央（膜组件上端距离反应器顶端400毫米，膜组件下端距离反应器底部400毫米）。膜组件11的两侧等距设置两片挡板14，高700毫米，距反应器底端250毫米，通过侧壁卡槽固定于一体式膜生物反应器（SMBR）B中。膜组件11正下方距一体式膜生物反应器（SMBR）B的底端180毫米处设置穿孔曝气管15，通过侧壁卡槽固定，管下部60度斜开孔，孔径5毫米。穿孔曝气管15为活性污泥10提供必需的氧气16，并冲刷膜表面以防止膜污染，穿孔曝气管15一侧通过软管与曝气泵17出口相连，中间依次连接进气阀门18和气体流量计19。一体式膜生物反应器（SMBR）B的出水管道20与贮水池C的进水口25相接，中间依次安装一体式膜生物反应器（SMBR）B的出水阀门21、一体式膜生物反应器（SMBR）B的出水流量计22、抽吸泵23。贮水池C为0.3立方米的方形水泥池，贮水池出水口26与复合垂直流人工湿地（IVCW）D的进水管道34相接，中间设置贮水池出水流量计27和贮水池出水阀门28、复合垂直流人工湿地（IVCW）D的进水阀门35。贮水池出水阀门28与复合垂直流人工湿地（IVCW）D的进水阀门35之间的管道上连接贮水池出水旁路管道32，通过格栅/调节池旁路出水阀门33和一体式膜生物反应器（SMBR）B的进水管道6相连。贮水池出水旁路管道32上依次设置贮水池出水旁路阀门29、贮水池出水旁路液体流量计30、贮水池出水旁路管道泵31、通过格栅/调节池旁路出水阀门33。复合垂直流人工湿地（IVCW）D由隔墙分隔的下行流池36和上行流池37构成。上行流池37和下行流池36的底部连通形成水流通畅的连通层38，并设置“H”型排空管39。下行流池填入0-2毫米基质河砂40，砂层厚550毫米，砂层上种植湿地植物美人蕉41。上行流池也填入0-2毫米细河砂40，砂层厚450毫米，砂层上种植湿地植物菖蒲42。上行流池砂层表面埋设进水配水管43，该进水配水管43与复合垂直流人工湿地（IVCW）D的进水管34相接；下行流池砂层表面埋设“H”型出水收集管44，与复合垂直流人工湿地（IVCW）D的出水管道45相接。复合垂直流人工湿地（IVCW）D的出水管45与出水回用管道51连接，其间安装出水回用泵50。出水回用管道51上连接复合垂直流人工湿地（IVCW）D的出水旁路管道47，复合垂直流人工湿地（IVCW）D的旁路管道47上依次安装复合垂直流人工湿地（IVCW）D的出水旁路管道泵46、复合垂直流人工湿地（IVCW）D的出水旁路液体流量计48、复合垂直流人工湿地（IVCW）D的出水旁路阀门49，并通过复合垂直流人工湿地（IVCW）D的出水旁路阀门49与复合垂直流人工湿地（IVCW）D的进水管道34连接，形成闭路循环。在出水回用管道51上与贮水池出水阀门28间设置出水回用旁路管道53，该管道上依次设置出水回用旁路管道阀门54、出水回用旁路管道液体流量计55。整个装置的电动PLC自控系统52设置10个控制点，分别为：一体式膜生物反应器（SMBR）B的进水阀门9、格栅/调节池旁路阀门33、一体式膜生物反应器（SMBR）中液位24高度、一体式膜生物反应器（SMBR）B的出水抽吸泵23的抽/停时间、一体式膜生物反应器（SMBR）B的曝气泵17曝气/停止时间、贮水池C的出水阀门28、贮水池出水旁路管道32上的管道泵31、复合垂直流人工湿地（IVCW）D的进水阀门35、复合垂直流人工湿地D的出水旁路管道47上管道泵46、出水回用水泵50。电动PLC自控系统52实现各单元运行条件的独立控制与统一协调，为出水回用、或回流进一步处理提供智能化管理。

一种用于污水净化和回用的生物生态组合的方法及装置改善效果

1、将一体式膜生物反应器（SMBR）B和IVCW这两种污水处理技术有效结合，提高了单一技术处理的出水水质，可达到污水的直接回用，回用作为绿化灌溉、洗车、家庭冲厕、路面清洗、景观娱乐、游泳池等的补水。

2、该SMBR-IVCW生物生态组合工艺可针对不同的进水浓度及水量要求选择不同的组合形式，达到工艺的优化配置，有效地降低了同等污水处理及回用的成本，成本低廉。

3、该SMBR-IVCW生物生态组合工艺不仅适合集中式污水处理模式也适合分散式污水处理模式，兼具景观绿化效果。尤适用于生活小区等人口集中，同时对绿化率有一定要求的地域。

4、生物-生态型组合净化工艺更符合绿色、健康的环保理念。

5、该生物-生态型污水净化和回用组合装置可通过阀门调节生物处理装置和生态处理装置的组合结构，针对不同水质水量的污水，采取不同组合方式。

6、该生物-生态型污水净化和回用组合装置避免了常规污水处理后的中水直接排放，可直接回用作为冲厕、绿化用水，有效节约了水资源，降低了常规污水处理及回用成本。

7、该生物-生态型污水净化和回用组合装置对一体式膜生物反应器（SMBR）B单元采用间歇进水和间歇曝气、间歇抽水等运行方式，对复合垂直流人工湿地（IVCW）D单元采用间歇进水运行方式，有利于创造好氧、缺氧、厌氧的交替环境，提高系统脱氮除磷能力。