CN100469712C - 富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统 - Google Patents

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Abstract

富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统，包括垂向流处理单元、斜向流处理单元和污泥收集单元三个部分，垂向流处理单元和斜向流处理单元串联在一起，通过挡板隔开形成双流态，挡板下端与湿地底部之间留有间隙用于过水，污泥收集单元位于斜向流处理单元后端底部。富营养化水体通过水泵抽取首先经过穿孔管布水进入垂向流处理单元、然后从底部进入斜向流处理单元，最后从斜向流处理单元后端上部出水。污泥被污泥收集单元收集，在系统排空时，污泥与水流一起通过阀门直接排入水体，可以去除系统积累的污泥、老化生物膜，有效地防止填料的堵塞。本系统较单一流态的人工湿地有更好的处理效果，而且结构简单、运行管理方便。

Description

富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统
技术领域
本发明涉及一种污水处理工艺，尤其涉及到一种同时具有垂向流、斜向流两种水流状态用以处理富营养化水体的并具有较好防堵塞能力的人工湿地系统，属于环境工程技术领域。
背景技术
人工湿地具有的独特的净化水污染物的能力日益受到重视，人工湿地在我国的河流、湖泊水体污染防治方面具有广阔发展前景。
人工湿地处理水污染物的基本原理为：人工湿地系统运行稳定后，基质表面和植物根系生长了大量微生物并形成了生物膜，污水流经湿地时，大量污染物质被基质和植物根系截留，有机物则通过生物膜的吸附、吸收、同化及异化作用而得到去除，同时，通过植物的收割，也将部分污染物质从水中去除。湿地系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的环境依次呈现好氧、缺氧及厌氧状态，通过硝化、反硝化作用可有效地提高湿地系统的脱氮能力。
近十年来我国在湿地技术理论探讨和模拟实验方面开展了许多研究工作，研究表明，多流态对污染物质的处理效果优于单一流态(贺锋等复合垂直流人工湿地对氮的净化效果中国给水排水2004)。为此研究人员将不同的流态组合在一起，取得了一定的效果。如下行流湿地+上行流湿地+推流床湿地对TSS(总悬浮物)、COD(化学需氧量)、BOD5(五日生化需氧量)的去除效果较好；下行流湿地+氧化塘对NH4 +-N(氨氮)的去除效果较好(陈德强吴振斌成水平等，不同湿地组合工艺净化污水效果的比较，中国给水排水，2003，19)。氧化塘+潜流+表面流对NO3 --N(硝态氮)和NH4 +-N都有很好的处理效果(陈源高等，云南抚仙湖窖泥沟复合湿地的除磷效果，湖泊科学，2004，16(4))。
总结国内外人工湿地技术的处理方法及研究结果，我们针对富营养化河、湖水体的水质特点，开展了一系列研究工作，以去除水体中的氮、磷等营养物质为目标，对人工湿地技术进行了全方位的研究与改进。为了克服人工湿地单一流态处理效果有限的局限性、人工湿地堵塞问题、以及如何提高人工湿地对氮、磷等营养物质的去除效率等问题，我们对普通的人工湿地技术进行了革新。工艺上把垂向流与斜向流相结合，并考虑了防堵塞设计，同时结合易于操作和易于运行管理以及人工湿地的景观要求，开发了富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统。
发明内容
本发明的目的是为净化富营养化河、湖水体的污染问题，开发了富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统，解决普通人工湿地单一流态处理效果不高和易堵塞等问题，同时还考虑了易于操作和运行管理方便以及考虑了人工湿地的景观要求。
为了达到上述目的，本发明将垂向流与斜向流两种流态相结合，开发了富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统，其采用以下技术方案：
本发明提供一种富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统，其特征在于，所述人工湿地系统包括垂向流处理单元、斜向流处理单元和污泥收集单元三个部分，所述垂向流处理单元和所述斜向流处理单元串联在一起，通过挡板隔开形成双流态，所述污泥收集单元位于所述斜向流处理单元底部，富营养化水体由所述垂向流处理单元进入，从所述斜向流处理单元出水。
在本发明的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统中，所述挡板的上端高于所述垂向流处理单元表面或与所述垂向流处理单元表面平齐，所述挡板的下端与湿地底部之间留有10～15cm高的空隙用于过水。
在本发明的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统中，所述人工湿地系统的底部从所述垂向流处理单元到所述斜向流处理单元是向下倾斜的，形成3～6‰的坡度。
在本发明的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统中，所述垂向流处理单元的进水采用穿孔管布水，单元内水流状态为垂向流。
在本发明的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统中，所述垂向流处理单元内填充50～80cm厚的砾石填料，填料分为上下两层，上层高度为30～60cm，砾石平均粒径为1～3cm，下层高度为20～30cm，砾石平均粒径为3～8cm。
在本发明的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统中，所述斜向流处理单元内填充40～70cm厚的砾石填料，填料分为上下两层，上层高度为20～50cm，砾石平均粒径为1～3cm，下层高度为20～30cm，砾石平均粒径为3～8cm，填料表面比垂向流处理单元的填料表面低10～20cm。
在本发明的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统中，在所述斜向流处理单元中，由所述垂向流处理单元底部来的水沿所述斜向流处理单元的对角线方向斜向流到所述斜向流处理单元的后端，在后端的上部出水，单元内水流状态为斜向流。
在本发明的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统中，所述垂向流处理单元和所述斜向流处理单元内种植当年可以反复收割、生长的水生植物。
在本发明的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统中，所述污泥收集单元包括一个深15～30cm的集泥斗，位于所述斜向流处理单元的后端底部，集泥斗底部装有阀门，用于排空污泥和水。
在本发明的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统中，所述垂向流处理单元与所述斜向流处理单元的底部用粘土防渗。
本发明与现有的技术相比，具有以下优点和效果：a、系统建于河边或湖边，以处理低浓度的富营养化河、湖水体为目的，水中的氮、磷浓度高而有机物含量低。b、垂向流和斜向流复合在一个池体内，通过挡板分隔和通过穿孔管布水方式形成两种流态，比单一流态的人工湿地有更好的处理效果，而且结构简单、运行管理方便。c、系统后端设有集泥斗，通过阀门进行排放控制，定期将池内的水体排空，池内的污泥随水流一起被带出，排入水体，可以去除系统累积的污泥、老化生物膜，有效地防止了填料的堵塞。d、系统内种植的水生植物能在当年内多次收割与生长，进一步提高了污染物的去除能力，同时还具有很高的景观价值。
附图说明
图1为根据本发明的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统的示意图。
具体实施方式
根据本发明的双流态、防堵塞人工湿地复合系统建在湖泊、河流岸边，形状可因地制宜，依河或湖岸线而建，可按景观设计要求设计，主要用于处理受污染的河、湖水体。
如图1所示，本发明的双流态、防堵塞人工湿地系统包括垂向流处理单元1、斜向流处理单元2和污泥收集单元3三个部分。垂向流处理单元1和斜向流处理单元2串联、合并在一起，中间通过挡板4隔开而形成双流态。
本发明人工湿地系统的底部从垂向流处理单元1到斜向流处理单元2是向下倾斜的，形成一定的坡度，该坡度的范围为3～6‰，优选为5‰。挡板4上端高于垂向流处理单元1表面或与垂向流处理单元1表面填料平齐，下端与湿地底部之间留有约10～15cm高的空隙用于过水。
富营养化水体通过水泵(图中未示出)抽取进入布水管5(例如，穿孔管)喷淋布水，分配到垂向流处理单元1，然后再由底部进入斜向流处理单元2，最后从斜向流处理单元2后端上部出水。从图中可以看出系统中水流呈两种状态：在垂向流处理单元1中呈垂向的流动状态(图中小箭头所示)；水流通过挡板4底部流入斜向流处理单元2，在斜向流处理单元2中，由于是前端底部进水，后端上部出水，使得水流呈斜向流状态(图中粗箭头所示)。
垂向流处理单元1内填充50～80cm厚的填料6，填料为砾石，分为上下两层，上层高度为30～60cm，砾石平均粒径为1～3cm，下层高度为20～30cm，砾石平均粒径为3～8cm。单元1内种植当年可以反复收割、生长的水生植物7，如茭草或香蒲等。垂向流处理单元1的填料层比斜向流处理单元2的填料层高约10～20cm，使得垂向流处理单元1的上部填料层的水流呈垂向的滴滤状态。
斜向流处理单元2内填充40～70cm厚的填料，填料表面比垂向流处理单元1的填料表面低约10～20cm。填料为砾石，分为上下两层，上层高度为20～50cm，砾石平均粒径为1～3cm，下层高度为20～30cm，砾石平均粒径为3～8cm。单元内种植与垂向流处理单元1相同的水生植物7，如茭草或香蒲等。从垂向流处理单元1底部来的水，沿池体(斜向流处理单元2)对角线方向斜向流到单元后端(图中粗箭头所示)，最后从斜向流处理单元2后端上部出水。
污泥收集单元3位于斜向流处理单元2的后端底部。如图所示，污泥收集单元3包括一个深约15～30cm的集泥斗，在本发明的实施例中，集泥斗的深度约为20cm。集泥斗底部装有阀门8，打开阀门8可将污泥直接排入水体。通过定期排空池内的水体，将池中的污泥一起带出，从而起到防堵塞的作用。
在本发明的系统中，各单元的尺寸没有限制，可根据具体的地形而变。垂向流处理单元1的池体占地面积约占总池体面积的四分之一到二分之一，在本发明的一个实施例中，优选垂向流处理单元1的池体占地面积约占总池体面积的三分之一，斜向流处理单元2的池体占地面积占总池体面积的三分之二。
在本发明的系统中，垂向流处理单元1和斜向流处理单元2的底部可以做防渗处理，例如都可以用粘土防渗。
在本发明的系统内种植的水生植物能在当年内多次收割后再生，进一步提高了污染物的去除能力，同时所种植物具有很高的景观价值。
实施例
根据本发明的一个具体实例，富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统建在湖泊的岸边，受污染湖水用潜水泵提升，通过穿孔管布水进入垂向流处理单元，然后从垂向流处理单元底部进入斜向流处理单元，最后在斜向流处理单元的后端上部出水，出水通过管道收集，排入湖泊。
在本实施例中，系统主体部分为长方体砖混结构，底部粘土防渗，长、宽的尺寸为：20m×1.5m，垂向流处理单元和斜向流处理单元合并在一起，在约7m处通过挡板隔开，挡板厚约20cm，上端与垂向流单元表面平齐，下端与湿地底部之间留有约10cm高空隙用于过水，垂向流处理单元高约1m，斜向流处理单元高约0.7m。整个池体底部有一定的坡度，坡度为5‰。在斜向流处理单元的后端底部布设有集泥斗，污泥在定期排空时随水流一起带出。
垂向流处理单元内填充80cm厚的填料，填料为砾石，分为上下两层，上层高度为60cm，砾石平均粒径为约1.5cm，下层高度为20cm，砾石平均粒径为约6cm。单元内种植香蒲。单元内水流状态为垂向流。处理过的水从后端挡板下面的空隙流入斜向流处理单元。
斜向流处理单元内填充70cm厚的填料，比垂向流处理单元的填料表面低10cm。填料为砾石，分为上下两层，上层高度为50cm，砾石平均粒径为约1.5cm，下层高度为20cm，砾石平均粒径为约6cm。单元内种植与垂向流处理单元相同的水生植物香蒲。从垂向流处理单元底部来的水，沿池体对角线方向流到单元后端，后端设出水收集管，直接排入湖泊水体。
污泥收集单元位于斜向流处理单元后端底部。为一个深约20cm的集泥斗，集泥斗底部装有阀门。
系统内种植的水生植物能在当年内3次收割，提高了污染物的去除能力，同时还具有很高的景观价值。
根据本发明的系统运行管理方便，湖水提升采用潜水泵，一用一备，并对进水进行计量，进水负荷例如控制在0.8立方米/天平方米。系统出水指标较好，可作为景观用水，有较好的透明度，出水口附近有大量沉水植物恢复。系统运行1年时间，其平均处理效果如下表1所示，在0.8立方米/天平方米的水力负荷下，污染物的去除效率在55％以上。
表1 系统各指标进出水浓度及处理效率
 
总悬浮物(mg/l)    总氮(mg/l) 总磷(mg/l) CODmn(mg/l)
进水 52.0 4.37 0.15 8.47
出水 4.60 1.7 0.05 3.61
去除率(％) 91.2 61 67 55.8

Claims (10)

1.一种富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统，其特征在于，所述人工湿地系统包括垂向流处理单元、斜向流处理单元和污泥收集单元三个部分，所述垂向流处理单元和所述斜向流处理单元串联在一起，通过挡板隔开形成双流态，所述污泥收集单元位于所述斜向流处理单元底部，富营养化水体由所述垂向流处理单元进入，从所述斜向流处理单元出水。
2.根据权利要求1所述的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统，其特征在于，所述挡板的上端高于所述垂向流处理单元表面或与所述垂向流处理单元表面平齐，所述挡板的下端与湿地底部之间留有10～15cm高的空隙用于过水。
3.根据权利要求1所述的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统，其特征在于，所述人工湿地系统的底部从所述垂向流处理单元到所述斜向流处理单元是向下倾斜的，形成3～6‰的坡度。
4.根据权利要求1所述的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统，其特征在于，所述垂向流处理单元的进水采用穿孔管布水，单元内水流状态为垂向流。
5.根据权利要求1所述的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统，其特征在于，所述垂向流处理单元内填充50～80cm厚的砾石填料，填料分为上下两层，上层高度为30～60cm，砾石平均粒径为1～3cm，下层高度为20～30cm，砾石平均粒径为3～8cm。
6.根据权利要求1所述的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统，其特征在于，所述斜向流处理单元内填充40～70cm厚的砾石填料，填料分为上下两层，上层高度为20～50cm，砾石平均粒径为1～3cm，下层高度为20～30cm，砾石平均粒径为3～8cm，填料表面比垂向流处理单元的填料表面低10～20cm。
7.根据权利要求1所述的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统，其特征在于，在所述斜向流处理单元中，由所述垂向流处理单元底部来的水沿所述斜向流处理单元的对角线方向斜向流到所述斜向流处理单元的后端，在后端的上部出水，单元内水流状态为斜向流。
8.根据权利要求1所述的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统，其特征在于，所述垂向流处理单元和所述斜向流处理单元内种植当年可以反复收割、生长的水生植物。
9.根据权利要求1所述的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统，其特征在于，所述污泥收集单元包括一个深15～30cm的集泥斗，位于所述斜向流处理单元的后端底部，集泥斗底部装有阀门，用于排空污泥和水。
10.根据权利要求1所述的富营养化水体双流态、防堵塞人工湿地系统，其特征在于，所述垂向流处理单元与所述斜向流处理单元的底部用粘土防渗。
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