CN100537452C - 人工湿地污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及环境保护技术领域，特别是一种用于处理工业废水和村镇生活污水的人工湿地污水处理方法。本发明针对现有的复合人工湿地所存在的由于污水在表面流人工湿地和水平潜流人工湿地中呈水平流动，不能够充分利用基质的截留、过滤、吸附等作用，使人工湿地污水处理方法的处理效果受到限制的缺陷，提供一种人工湿地污水处理方法。本发明人工湿地污水处理方法的技术方案是：处理污水的人工湿地采用垂直流-多孔隔板潜流复合结构，其人工湿地包括格栅池、垂直流人工湿地、调节池、多孔隔板潜流人工湿地和集水池，各单元结构由管道连接而成；垂直流人工湿地设在地表面上，多孔隔板潜流人工湿地设在地表面下；每个湿地床的床壁和底部采用防水结构。
Description
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，特别是一种用于处理工业废水和村镇生活污水的人工湿地污水处理方法。
背景技术
人工湿地是20世纪70年代末发展起来的一种废水处理技术，它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化作用。人工湿地污水处理技术具有处理效果好、氮磷去除能力强、运转维护管理方便、工程基建和运转费用低以及对于负荷变化适应能力强等主要特点，因而被广泛地用于处理生活污水、工业废水、矿山及石油开采废水、农业点源污染和面源污染以及水体富营养化问题的治理。
现有的人工湿地污水处理方法可分为：表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、垂直流人工湿地。其中，表面流人工湿地中污水在地表呈水平流动，由于它占地面积较大、水力负荷率较小、需要较高的溶解氧等，因而存在着去污能力有限的不足之处；水平潜流人工湿地中污水在地表下呈水平流动，它虽能很好地去除SS(悬浮物)，也能去除一部分BOD(生化需氧量)，但对去除氨氮的效果不好，不能完成大部分废水的硝化过程，不能单独完成废水的硝化和反硝化两个处理过程；垂直流人工湿地中污水自表层向下垂直渗滤，它对废水中的好氧有机物的处理能力和硝化能力较强，但是反硝化能力较差，因而也不能单独完成废水的硝化和反硝化两个处理过程。
近年来有人提出了复合人工湿地污水处理方法。如专利号为ZL03157161.1的中国发明专利说明书，介绍了一种污水的组合人工湿地处理的系统和方法，其要点是：污水首先经过预处理单元处理，然后流入垂直流人工湿地床，进行初步降解，最后流入水平潜流人工湿地床，使污染物得到进一步去除。又如申请号为200510011497.8的专利说明书，申请公开了垂直流—表面流复合人工湿地处理生活污水的方法，该方法按垂直流人工湿地在前，表面流人工湿地在后的顺序串连组成复合人工湿地，生活污水先经沉淀池去除砂砾和较大颗粒的悬浮物后，接着自流进入垂直流人工湿地经过渗滤处理，然后再经表面流人工湿地进行处理。
上述方法能够综合表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地的优点，具有一定的处理效果，但是存在着污水在表面流人工湿地和水平潜流人工湿地中呈水平流动，不能够充分利用基质的截留、过滤、吸附等作用，使人工湿地污水处理方法的处理效果受到限制的缺点。
发明内容
本发明针对现有的复合人工湿地所存在的由于污水在表面流人工湿地和水平潜流人工湿地中呈水平流动，不能够充分利用基质的截留、过滤、吸附等作用，使人工湿地污水处理方法的处理效果受到限制的不足之处，提供一种采用垂直流—多孔隔板潜流复合结构的人工湿地污水处理方法，以达到增强人工湿地污水处理效果的目的。
本发明人工湿地污水处理方法的技术方案是：处理污水的人工湿地采用垂直流—多孔隔板潜流复合结构，其人工湿地包括格栅池、垂直流人工湿地、调节池、多孔隔板潜流人工湿地和集水池，各单元结构由管道连接而成。
所述的垂直流人工湿地设在地表面上，床体从下至上依次为砾石层、人工混合基质层和砂土覆盖层，在垂直流人工湿地床表面设有由布水主管和布水支管组成的布水系统。其中，布水主管分布在床体的中间，其长度与床体长度相当，布水主管一端密封，布水主管另一端连接于格栅池的出水口并在上面装有阀门，以控制污水进水速度；布水支管固定在布水主管的两侧，布水支管的一端密封，其长度为床体宽度的一半；布水主管和布水支管每隔5cm～15cm向上部位开有孔径为3mm～10mm的圆孔，使布水均匀；垂直流人工湿地床底部设有排水系统，由多孔排水支管和排水主管组成，布水主管和布水支管可采用PVC管。
所述的多孔隔板潜流人工湿地设在地表面下，床体从进水口到污水口依次设置砾石配水区、基质区和砾石集水区。其中，砾石配水区和砾石集水区各占床体总长度的15％～25％，填充粒径为3cm～5cm的砾石；基质区占床体总长度的55％～65％，从下至上分为砂土垫层、人工混合基质层和砂土覆盖层；在基质区中每隔80cm～120cm设有多孔隔板，隔板高度与基质区的高度相一致，宽度与湿地床宽度相一致。
所述的每个湿地床的人工混合基质层可以是沸石、煤渣、碎石、石灰石等一种或几种按不同的比例混合而成。
所述的每个湿地床的砂土覆盖层上种植净化污水能力强并具有一定观赏性的水生植物，如芦苇、香蒲、茭白、水葫芦、美人蕉、睡莲、水葱等。
所述的每个湿地床的床壁和底部为防水结构，以防止污水渗漏污染地下水。其中，床壁可采用水泥抹面的砖结构，底部可采用混凝土结构。
本发明人工湿地污水处理方法，包括以下步骤：
1、污水经格栅池去除大颗粒的悬浮物和杂物；
2、经预处理后的污水进入采用垂直流—多孔隔板潜流复合结构的处理污水的人工湿地进行进一步处理；
3、污水经采用垂直流—多孔隔板潜流复合结构的处理污水的人工湿地处理后被收集到集水池，然后达标排放或回收利用。
本发明与单一的水平潜流人工湿地或垂直流人工湿地相比，本发明对污水中的SS(悬浮物)、TN(总氮)、COD(化学需氧量)和BOD(生化需氧量)的去除效果和出水水质都优于单一的水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地，同时解决了垂直流人工湿地易堵塞和水平潜流人工湿地处理时好氧不足等缺点。
本发明与普通复合人工湿地相比，本发明采用垂直流—多孔隔板潜流复合结构的人工湿地污水处理方法，克服了普通复合人工湿地中污水在系统内呈水平流动，不能够充分利用基质的截留、过滤、吸附等作用的缺陷，增强了复合人工湿地污水处理的效果。
本发明不仅广泛适用于治理村镇生活污水，而且也适用于工业废水的治理，尤其是能够处理含有重金属的难处理的工业废水。
附图说明
图1为采用垂直流—多孔隔板潜流复合结构处理污水的人工湿地的结构示意图。
图2为垂直流人工湿地床的剖面图。
图3为多孔隔板潜流人工湿地的剖面图。
图4为多孔隔板的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步说明，以处理电镀废水为例，但本发明并不限于这个实施例。
本发明所采用的垂直流—多孔隔板潜流复合结构处理污水的人工湿地由格栅池2、垂直流人工湿地床5、调节池11、多孔隔板潜流人工湿地和集水池18组成，各单元结构由管道连接而成。其中：
格栅池2的尺寸为3.24m×2.5m×1.75m，有效面积为7.5m2，有效水深1.05m，池底的中间设有一个由铁丝制成的0.5m×0.5m的格栅网1。
垂直流人工湿地建在地表面上，垂直流人工湿地床5的床体的尺寸为9.48m×2.98m×1.25m，有效面积为22.5m2。床体从下而上依次分布：砾石层8、人工混合基质层9、砂土覆盖层10，其中砾石层8的厚度为20cm，由下而上分布粒径3cm～5cm的大砾石10cm和粒径为1cm～2cm的小砾石10cm；人工混合基质层9的厚度为60cm，由煤渣和沸石按体积比1∶1混合而成；砂土覆盖层10由粒径1mm～5mm的粗细砂组成，在砂土覆盖层10上面种植空心莲子草、水葫芦、水芹菜等去除重金属效果好的水生植物。
在垂直流人工湿地的砂土覆盖层10上设有H字型布水系统，由布水主管3和布水支管4组成，均采用直径为50mm的PVC管。布水主管3分布在床体的中间，其长度与床体长度相当，其中一端密封，另一端连接于格栅池2的出水口上并在上面装有阀门，以控制污水进水速度。布水支管4固定在布水主管3的两侧，另一段密封，其长度为床体宽度的一半。布水主管3和布水支管4每隔10cm向上部位开有孔径为5mm的孔，使布水均匀。
多孔隔板潜流人工湿地设在地表面下，其中床体的尺寸为10m×2.5m，有效容积为25m3。床体从进水口到污水口依次设置砾石配水区13、基质区14和砾石集水区15，其中砾石配水区13和砾石集水区15各占床体总长度的20％，填充粒径为3cm～5cm的砾石，厚度为80cm；基质区14占床体总长度的60％，厚度为70cm，从下到上分为砂土垫层19、人工混合基质层20和砂土覆盖层21，砂土垫层19填充粒径为1mm～5mm的粗细砂，厚度为20cm；人工混合基质层20由煤渣和沸石按体积比1∶1混合而成，厚度为50cm；砂土覆盖层21上填充粒径为1mm～5mm的粗细砂，厚度为10cm，上面种植芦苇、睡莲、美人蕉、黄花鸢尾、藨草、水葱等去除重金属效果好的水生植物。
在基质区14中每隔1m设有多孔隔板16，多孔隔板的尺寸为2.5m×0.8m，上面15cm间距打有孔径为5mm的小孔23。
在砾石配水区13上部设有一级处理出水进水管12，上面设有阀门，以控制进水速度；砾石集水区15底部设有集水管17，上面设有阀门，以控制出水速度。砾石集水区15的池壁上方设有溢流管22，防止下雨天湿地床表面积水。
用本发明处理电镀废水的过程是：电镀废水进入格栅池2，去除杂物和大颗粒的悬浮物；格栅池2出水沿布水主管3和布水支管4进入垂直流人工湿地，依次经过砂土覆盖层10、人工混合基质层9、砾石层8，通过基质的吸附过滤作用和植物根系的摄取作用完成污水的一级处理；然后，污水自垂直流人工湿地床表面向下渗滤后，流入床底的多孔排水支管6，由多孔排水支管6收集然后汇集到排水主管7，借助阀门和静水压力流入调节池11；调节池11的污水利用垂直流人工湿地和潜流人工湿地的落差，经过一级处理出水进水管12进入多孔隔板潜流人工湿地，依次经过砾石配水区13、基质区14和砾石集水区15，借助多孔隔板16的上下阻挡作用和多孔隔板上的小孔23的滤过作用使污水在水平和垂直方向上多次经过基质区14的砂土垫层19、人工混合基质层20和砂土覆盖层21，从而使污染物质被基质和植物充分过滤、吸附，最后由砾石集水区底部的集水管17收集排入集水池18，然后达标排放或回收利用。
经测定，电镀废水通过本发明的垂直流—多孔隔板潜流复合结构处理污水的人工湿地处理后，电镀废水中COD(化学需氧量)去除率最高可达92％，重金属去除率可达25％～65％。电镀废水中的主要重金属在处理前与处理后的数值见下表：
| 处理前(mg/L) | 处理后(mg/L) | 去除率(％) | |
| Cu | 0.1515 | 0.0898 | 40.7 |
| Cd | 0.0170 | 0.0073 | 57.1 |
| Mn | 0.9215 | 0.6633 | 28 |
| Fe | 106.7 | 40.69 | 61.7 |
| Ni | 0.1678 | 0.0724 | 56.9 |
Claims (6)
1、一种人工湿地污水处理方法，其特征在于：
处理污水的人工湿地是采用垂直流—多孔隔板潜流复合结构的人工湿地，该人工湿地由格栅池(2)、垂直流人工湿地床(5)、调节池(11)、多孔隔板潜流人工湿地和集水池(18)组成，各单元结构由管道连接而成，其中：垂直流人工湿地建在地表面上，床体从下而上依次分布：砾石层(8)、人工混合基质层(9)、砂土覆盖层(10)；在垂直流人工湿地的砂土覆盖层(10)上设有由布水主管(3)和布水支管(4)组成的布水系统，多孔隔板潜流人工湿地设在地表面下，床体从进水口到污水口依次设置砾石配水区(13)、基质区(14)和砾石集水区(15)；在基质区(14)中每隔80cm～120cm设有一块多孔隔板(16)，多孔隔板(16)上按10cm～20cm间距打有孔径为3mm～10mm的小孔(23)；
人工湿地污水处理方法处理污水的过程包括以下步骤：
a、污水进入格栅池(2)进行预处理，去除杂物和大颗粒的悬浮物；
b、经预处理后的污水进入垂直流人工湿地床(5)进行进一步处理，通过基质的吸附过滤作用和植物根系的摄取作用完成污水的一级处理；
c、经一级处理后的污水流入床底的多孔排水支管(6)，由多孔排水支管(6)收集然后汇集到排水主管(7)，借助阀门和静水压力流入调节池(11)；
d、流入调节池(11)的污水利用垂直流人工湿地和潜流人工湿地的落差，经过一级处理出水进水管(12)进入多孔隔板潜流人工湿地，依次经过砾石配水区(13)、基质区(14)和砾石集水区(15)，借助多孔隔板(16)的上下阻挡作用和多孔隔板上的小孔(23)的滤过作用使污水在水平和垂直方向上多次经过基质区(14)，从而使污染物质被基质和植物充分过滤、吸附，最后流入集水池(18)，然后达标排放或回收利用。
2、根据权利要求1所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于在格栅池(2)的池底中间设有一个由铁丝制成的格栅网(1)。
3、根据权利要求1或2所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于设在垂直流人工湿地的砂土覆盖层(10)上的由布水主管(3)和布水支管(4)组成的布水系统呈H型，布水主管(3)和布水支管(4)均采用PVC管，布水主管(3)分布在床体的中间，其长度与床体长度相当，其中一端密封，另一端连接于格栅池(2)的出水口上并在上面装有阀门，布水支管(4)固定在布水主管(3)的两侧，布水支管(4)的一端密封，其长度为床体宽度的一半，布水主管(3)和布水支管(4)每隔5cm～15cm向上部位开有孔径为3mm～10mm的孔，使布水均匀。
4、根据权利要求1或2所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于砾石层(8)的下层由粒径3cm～5cm的大砾石组成，砾石层(8)的上层由粒径为1cm～2cm的小砾石组成；人工混合基质层(9)由煤渣和沸石按体积比1∶1混合而成；砂土覆盖层(10)由粒径1mm～5mm的粗细砂组成，在砂土覆盖层(10)上面种植去除重金属效果好的水生植物。
5、根据权利要求1或2所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于多孔隔板潜流人工湿地床体的砾石配水区(13)和砾石集水区(15)各占床体总长度的15％～25％，填充粒径为3cm～5cm的砾石；基质区(14)占床体总长度的55％～65％，从下到上分为砂土垫层(19)、人工混合基质层(20)和砂土覆盖层(21)，砂土垫层(19)填充粒径为1mm～5mm的粗细砂，人工混合基质层(20)由煤渣和沸石按体积比1∶1混合而成，砂土覆盖层(21)上填充粒径为1mm～5mm的粗细砂，上面种植除重金属效果好的水生植物；在砾石配水区(13)上部设有一级处理出水进水管(12)，在一级处理出水进水管(12)上设有阀门；砾石集水区(15)底部设有集水管(17)，在集水管(17)上面设有阀门；砾石集水区(15)的池壁上方设有溢流管(22)。
6、根据权利要求1或2所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于每个湿地床的床壁和底部采用防水结构，其中床壁采用水泥抹面的砖结构，底部采用混凝土结构。
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