CN101177317A - 强化复合填料多级交替人工湿地污水处理工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

一种强化复合填料多级交替人工湿地污水处理工艺，处理步骤为：污水先进入沉沙池单元后，除去水体中的杂物和悬浮物，再进入湿地单元组净化处理，最后流出，所述湿地单元组为多个垂直流湿地单元串连组成，净化处理时，污水顺序进过各个湿地单元，当一个湿地单元在处理污水时，其余各湿地单元保持空床状态。该工艺在时间和空间上实现缺氧/好氧交替，大大提高了湿地系统脱氮能力，而且控制了填料载体上生物膜生长过剩堵塞床体地弊端。出水水质较好，对氮、磷的去除能力高达95％以上，处理生活污水出水可达到中水回用标准。且系统抗冲击负荷能力强，占地面积小，不仅用于城市生活污水、高浓度氮、磷废水而且还可以处理富营养化严重的湖泊、河流水体。

Description

强化复合填料多级交替人工湿地污水处理工艺及其装置

一、技术领域

本发明属于污/废水处理技术领域，特别涉及一种强化复合填料多级交替人工湿地污水处理工艺及其装置。

二、背景技术

现有技术：人工湿地技术是近20年发展起来的污水处理新技术，该技术以其低能耗、低投资、低维修技术等有点而广泛应用于污水处理、地表水体污染控制等很多领域，同时人工湿地技术又能够绿化土地，改善生态环境，适合散居地区以及中、小城镇地污水处理。但该技术仍然存在氮、磷去除效果不理想，占地面积大，填料容易堵塞造成过滤能力和氧传质水平降低，硝化/反硝化能力差，填料介质容易吸附饱和等问题。

以往申请的专利中多以砂、砾石、碎石、沸石、高炉渣、石灰石、土壤等作为人工湿地除磷填料，但是这些填料都不同程度上存在除磷效率低、易饱和、不方便获得、耐冲击负荷能力差、不能有效地改善湿地土壤肥效，长时间运行还会造成湿地堵塞。特别是现有人工湿地运行方式对水体脱氮能力较差。

自来水污泥是饮用水处理厂中混凝、絮凝等水处理工艺的副产物，我国目前的大部分自来水厂都采用铝盐或铁盐去除原水中的天然有机物、浊度、胶体物质等。对于水处理规模为150000m³/d的饮用水厂，脱水铝污泥排放量为10t/d。由于自来水厂污泥处理费用昂贵，会大大增加水厂的投资和制水成本。因而，使污泥无害化、资源化利用已成为全世界环境界深为关注的问题之一。

三、发明内容

技术问题：本发明针对上述技术问题，提供一种强化复合填料多级交替人工湿地污水处理工艺及其装置。该人工湿地能有效地克服现有技术中脱氮除磷能力差，水力停留时间长，占地面积大，耐冲击负荷能力差等缺点。

技术方案：一种强化复合填料多级交替人工湿地污水处理工艺，处理步骤为：污水先进入沉沙池单元后，除去水体中的杂物和悬浮物，再进入湿地单元组净化处理，上部进水下部出水，最后流出，所述湿地单元组为多个湿地单元串连组成，净化处理时，污水顺序进过各个湿地单元，当一个湿地单元在处理污水时，其余各湿地单元保持空床状态。一种实现强化复合填料多级交替人工湿地污水处理工艺的装置，该装置由沉沙池单元和湿地单元组构成，沉沙池单元的出水口与湿地单元组进水口通过水泵相连，所述湿地单元组由4-6个或多个串联的湿地处理单元组成，每个湿地处理单元设有布水系统，抽吸泵和电磁阀，抽吸泵将相邻两个湿地处理单元连通，所有电磁阀均与PLC可编程序控制器连接。各湿地单元中填充有自来水厂脱水污泥、砾石、碎石和土壤，湿地填充厚度为45-65cm，床体顶层覆盖土壤，土壤上种植芦苇或当地优势植物，土壤层下为交替装填的污泥层和砾石层，底层为防渗层，所述污泥层的粒径级由上至下递减。。

本发明是利用间隔成五个湿地单元，各个单元间顺次使用抽吸泵连通，通过各个湿地单元交替进出水，造成填料内部厌氧/好氧的运行状态，实现系统内部的脱氮功能，五个湿地单元进出水采用泵抽吸，系统通过PLC可编程序控制器控制完全自动运转，可以通过程序更新改变系统运行模式。

五个湿地单元中填充填料采用反粒度装填，大粒径脱水给水污泥至于最上层，小粒径污泥装填下部，而且装填方式采用一层给水污泥一层砾石，充分增大填料层空隙率有效地防止填料堵塞和增加氧传质能力。

有益效果：采用脱水自来水污泥为湿地主要填料，对磷等有机物具有很强的吸附能力且不易饱和，并可有效改善土壤环境，促进植物生长，脱水自来水污泥结构发达，适合作为微生物载体，此外，所用的填料为自来水厂的副产物，解决了饮用水污泥处理处理处置难的问题，使其变废为宝，重复使用，符合工程上的需要。此外由于自来水污泥对磷高效吸附结合能力，可有效的减少人工湿地占地面积，节省了基建投资和处理成本，可用于小区域、小城镇污水处理。填料的装填方式采用反粒度装填，并配合砾石使用，增加了填料的气水传质能力，促进微生物繁殖降解有机物能力，还可有效防止系统内部的堵塞和死区现象。该工艺技术通过五个湿地单元运行/歇息交替运行，在时间和空间上实现缺氧/好氧交替，大大提高了湿地系统脱氮能力，而且控制了填料载体上生物膜生长过剩堵塞床体地弊端。出水水质较好，对氮、磷的去除能力高达95％以上，处理生活污水出水可达到中水回用标准。且系统抗冲击负荷能力强，不仅用于城市生活污水、高浓度氮、磷废水而且还可以处理富营养化严重的湖泊、河流水体。

四、附图说明

图1为湿地填料装填图，图中有：不同粒度的自来水脱水污泥(22)，砾石(26)，碎石垫层(24)，表面土壤(27)，芦苇(23)，防渗层(25)。

图2为本发明五个湿地单元工艺示意图。图中有：进水沉砂池(20)，进水泵(18)，布水系统(12)，第一湿地单元(1)，第二湿地单元(2)，第三湿地单元(3)，第四湿地单元(4)，第五湿地单元(5)，进水泵电磁阀(6)，第一抽吸泵(7)电磁阀(13)，第二抽吸泵(8)电磁阀(14)，第三抽吸泵(9)电磁阀(15)，第四抽吸泵(10)电磁阀(16)，第五抽吸泵(11)电磁阀(17)，PLC可编程序控制器(19)，出水系统(21)。

五、具体实施方式

实施例1：

多级交替人工湿地主要组成部分有：五个矩形垂直流湿地单元，PLC可编程控制器、进水/出水电磁阀、抽吸泵、布水系统和连接管道组成。五个湿地单元床壁用不渗透材料做成，每个单元为混合填料层，厚度为55cm，填充不同粒径的脱水污泥和砾石，按照反粒度装填方式(见图1所示)。布水管分布在复合填料表面5-10cm处，且分布均匀。选用芦苇等当地优势植物作为湿地植物。

图2为本发明运行工况图，阶段运行时间和停留时间可以根据不同的水质、水量要求调整。第一湿地单元1进水，第二湿地单元2、第三湿地单元3、第四湿地单元4、第五湿地单元5处于空床状态，在给定时间间隔内进水泵18停止，第一抽吸泵7启动将第一湿地单元1中出水在规定时间内全部抽吸到第二湿地单元2后停止，此时第一湿地单元1，第三湿地单元3、第四湿地单元4、第五湿地单元5处于空床状态，随后第二抽吸泵8启动将第二湿地单元2中出水全部抽至第三湿地单元3后停止，间歇一定的时间后，第三抽吸泵9启动将第三湿地单元3中出水抽吸至第四湿地单元4，间歇一定时间后，第四抽吸泵10启动将第四湿地单元4中出水抽吸至第五湿地单元5，以此类推，五个湿地单元周期交替运行，从而实现五个湿地单元内部“湿/干”循环往复运行方式。

采用自来水厂脱水污泥作为人工湿地主要材料是本发明地特色。充分利用脱水给水污泥对磷高吸附能力，实现除磷过程，同时也能改善土壤性质并拓展了自来水厂污泥处理处置方式。另一方面给水污泥作为载体可大量生长微生物，强化生物硝化反硝化能力。

填充给水污泥和砾石交替和反粒度填充也是本发明的另一个特色，这样充分发挥了湿地过滤性能，加强了氧传质能力，提高了整个体统有机物去除效率。而且不易发生填料堵塞，保证人工湿地高效出水能力。

每个湿地单元在不同过程中分别保持缺氧/好氧状态，有利于填料内部实现硝化/反硝化能力，通过设定好地周期，每个湿地单元交替处理“湿/干”状态，从而实现生物脱氮除磷能力，而且也增加了氧传质速率，维持湿地系统高效运行，从而出水水质易得到保证。

实施例2

投加COD、氨氮、总氮、总磷平均浓度为130mg/L、16.7mg/L、17.6mg/L、1.75mg/L的生活污水，强化复合填料多级交替湿地系统对COD、氨氮、总氮、总磷的去除率分别为95％、90％、89％、98％，处理出水COD、氨氮、总氮、总磷平均浓度为6.5mg/L、1.67mg/L、1.94mg/L、0.04mg/L，达到污水回用标准。

实施例3

各湿地单元中填充有自来水厂脱水污泥、砾石、碎石和土壤，湿地填充厚度为45-65cm，床体顶层覆盖土壤，土壤上种植芦苇或当地优势植物，土壤层下为交替装填的污泥层和砾石层，底层为防渗层，所述污泥层的粒径级由上至下递减。

Claims (3)

1.一种强化复合填料多级交替人工湿地污水处理工艺，其特征在于处理步骤为：污水先进入沉沙池单元后，除去水体中的杂物和悬浮物，再进入湿地单元组净化处理，最后流出，所述湿地单元组为多个湿地单元串连组成，净化处理时，污水顺序进过各个湿地单元，当一个湿地单元在处理污水时，其余各湿地单元保持空床状态。

2.一种实现权利要求1所述强化复合填料多级交替人工湿地污水处理工艺的装置，其特征在于该装置由沉沙池单元和湿地单元组构成，沉沙池单元的出水口与湿地单元组进水口通过水泵(18)相连，所述湿地单元组由4-6个或多个串联的湿地处理单元组成，每个湿地处理单元设有布水系统，抽吸泵和电磁阀，抽吸泵将相邻两个湿地处理单元连通，所有电磁阀均与PLC可编程序控制器(19)连接。

3.根据权利2所述的实现强化复合填料多级交替人工湿地污水处理工艺的装置，其特征在于各湿地单元中填充有自来水厂脱水污泥、砾石、碎石和土壤，湿地填充厚度为40-65cm，床体顶层覆盖土壤，土壤上种植芦苇或当地优势植物，土壤层下为交替装填的污泥层和砾石层，底层为防渗层，所述污泥层的粒径级由上至下递减。

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