CN101314511B - 折流型水平潜流人工湿地处理生活污水方法及其系统 - Google Patents

折流型水平潜流人工湿地处理生活污水方法及其系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种折流型水平潜流人工湿地处理生活污水方法,化粪池出水首先经过沉淀池除去污水中的砂粒和悬浮颗粒物质,用水泵提升进入高位水箱,再沿着污水管进入水平潜流人工湿地处理后流出,其特征在于在水平潜流人工湿地设置挡板将湿地填料床分隔为隔室,水流沿挡板设置产生的方向流经各个隔室至出水口。本发明同时公开了实现所述方法的系统。本发明挡板的设计强化了污水净化效能,增加了流程和与基质的接触机会,尤其是采用复合折流的水流途径,使上下水层混合交换,同时使污水不断经历好氧区和厌氧区,可以提高对总氮的去除率;本发明还采用用高孔隙率的高炉渣和煤渣、碎石复合基质替代砾石填充床体,既使床体的孔隙率得到了提高,又提高了其对磷的去除效果。

Description

折流型水平潜流人工湿地处理生活污水方法及其系统
技术领域
[0001] 本发明属于污水处理技术领域,具体涉及一种折流型水平潜流人工湿地处理生活污水的方法及其系统。
背景技术
[0002] 传统的水平潜流人工湿地由一个或多个填料床组成,污水从一端水平流过填料床,床体填充基质,床底设有防渗层。水平潜流人工湿地对B0D、C0D、SS、重金属等污染指标的去除效果好,而且很少有恶臭和孽生蚊蝇现象。但是控制相对复杂。传统潜流湿地构型存在湿地床体利用率不高,去除氮、磷效率不高等的问题。因此近年来研究出现了新型的潜流湿地构造,以期达到提高处理效果的目的。
[0003]波式潜流人工湿地(Wavy Subsurface Flow ConstructedWetland,简称W-SFCW), 是一种在垂直方向折流型的工艺,其在污染物去除效果方面明显优于水平潜流(推流型) 人工湿地(HorizontalSubsurface Flow Constructed Wetland,简称 SFCW),在相同试验条件下W-SFCW出水C0D、NH3-N和TP浓度分别为47. 1、10. 4和0. 42mg/L,去除率分别比SFCW 提高8. 2、13. 1和6. 6%。但W-SFCW系统水流阻力大于SFCW系统,在该试验条件下,W-SFCW 湿地床体的水头损失为220mm,而SFCW的水头损失为70mm。
[0004] 在低、中、高水力负荷分别为0. 2,0. 4,0. 8m3/(m2. d)下,研究波形潜流人工湿地对低浓度生活污水中有机物、氮和磷的去除效果及其影响因素表明:水力负荷对CODcr和TP 的去除率有一定的影响,都是随着水力负荷的增大而下降;对NH3-N和TN的去除效果几乎没有影响。
[0005] 采用复合塑料薄板胶合制成螺旋波式潜流人工湿地模型,模型为边长40cm的正方体型,对生活污水的NH3-N、NO3-N, TN的去除效果进行研究。试验通过对湿地土壤和水样中氮含量的测定分析,研究了螺旋波式潜流人工湿地模型主要组成部分截留氮的优势所在,为优化人工湿地模型内部构造及分析除氮机理提供了可靠的依据。
[0006] 现有技术存在的不足之处:(1)布水分配点和出水收集点不多或者不均勻时容易出现死区;(¾水流路途不长,只有床体的长度长;C3)上下分层明显,上下层水体不进行混合与交换,即不能先后流经上层好氧区和底层厌氧区,从而导致对总氮的去除效果不佳; (4)传统的碎石基质除磷效率不高。
发明内容
[0007] 本发明的目的是克服现有技术的不足,提供一种新型的折流型水平潜流湿地处理生活污水的方法,通过不同的折流挡板(水平折流、复合折流)设计,改变传统水平潜流湿地的水流条件,增加水流在其中流动的曲折性,延长污水所经路程,增加湿地床体的利用效率。
[0008] 本发明的另一个目的是提供实现所述方法的系统。
[0009] 为了实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
[0010] 提供一种折流型水平潜流人工湿地处理生活污水方法,化粪池出水首先经过沉淀池除去污水中的砂粒和悬浮颗粒物质,用水泵提升进入高位水箱,再沿着污水管进入水平潜流人工湿地处理后流出,在水平潜流人工湿地设置挡板将湿地填料床分隔为隔室,水流沿挡板设置产生的方向流经各个隔室至出水口。
[0011] 在水平潜流人工湿地设置挡板,化粪池出水首先经过沉淀池除去污水中的砂粒和悬浮颗粒物质,用水泵提升进入高位水箱,再沿着污水管进入水平潜流人工湿地,水流沿挡板设置产生的方向流动至出水口。
[0012] 所述湿地填料为高炉渣或煤渣、碎石和高炉渣复合基质。
[0013] 本发明同时提供一种实现所述折流型水平潜流人工湿地处理生活污水方法的系统,包括通过管道相连接的沉淀池、高位水箱和水平潜流人工湿地,所述水平潜流人工湿地池由一个或多个填料床和布水管组成,污水从一端水平流过填料床,床体填充基质,床底设有防渗层,其特征在于在折流型湿地中设置有挡板。
[0014] 作为方案一,所述挡板为4〜8块长、宽、高尺寸分别相同的挡板,依次安装于填料床相对的两壁,把整个床体平均分为5〜9个隔室,挡板这样设置迫使水流沿挡板方向水平 (左右)流动,为水平折流型。
[0015] 作为方案二,所述挡板为4〜8块长、宽尺寸分别相同、高度不同的挡板,排列顺序为排列顺序为低-高-低-高,依次安装于填料床相对的两壁,把整个床体平均分为5〜9 个隔室;所述高挡板的下方等距设有若干个孔,孔的数量根据常规技术和具体需要进行选择,例如等距设有若干个孔,这样设置水流既有水平(左右)方向的流动,又有垂直(上下) 方向的流动,为复合折流型。
[0016] 也可以采用方案一和方案二并行的设计。
[0017] 在进水的第一隔室内,沿水流方向依次填充煤渣、碎石和高炉渣;各隔室间折流拐弯处填充煤渣;其余隔室都填充高炉渣。
[0018] 所述第一隔室内填充的煤渣、碎石和高炉渣的宽度分别为25cm、25cm和50cm。
[0019] 所述水平潜流人工湿地最上层铺厚3cm细沙。池底为IOcm厚的石灰岩,石灰岩直径(!为km;石灰岩上铺4cm厚的碎石,碎石直径d为lcm。表层种植黄色美人蕉,平均种植密度为每个隔室3株。
[0020] 本发明方法设计思想:
[0021] (1)增加导流的水平折流挡板,使污水沿着水平方向曲折流动,形成水平折流型湿地;另外,在水平折流挡板上再开孔,使水流既能沿水平方向又能沿垂直方向折流运动,形成复合折流型湿地。
[0022] (2)因采用水平折流的水流途径,增加了流程和与基质的接触机会;
[0023] (3)因采用复合折流的水流途径,使上下水层混合交换,同时使污水不断经历好氧区和厌氧区,可以提高对总氮的去除率;
[0024] (4)用高孔隙率的高炉渣和煤渣、碎石复合基质替代砾石填充床体,既使床体的孔隙率得到了提高,又提高了其对磷的去除效果。
[0025] 按照不同的水力停留时间(Hydraulic Retention Time,HRT)运行,期间按照现有常规要求让系统适当地放干和恢复,进水时采用慢速进水,出水时采用快速排放方式。污水在进入人工湿地处理之前,先经沉淀池去除砂粒和较大颗粒的悬浮物,然后抽入高水位箱,再自流进入人工湿地进行处理。
[0026] 折流型人工湿地去除有机物和氮污染物的方法是:污水进入湿地后,由于里面的挡板不同,会使污水历经不同的厌氧-兼氧-好氧基质层的变化,这正好有利于硝化和反硝化反应的进行,从而去除有机物和氮。
[0027] 折流型人工湿地去除磷的方法是:折流型湿地系统采用高效除磷基质高炉渣,能有效去除污水中的磷,同时湿地表层都种植美人蕉,也可去除部分的磷。
[0028] 本发明具有如下有益效果:
[0029] (1)水平折流和复合折流对NH3-N的去除率比现有不设挡板的对照水平推流分别高出0. 27和6. 75% ;复合折流对TP的去除率比对照水平推流高出6. 24% ;水平折流和复合折流对COD的去除率比对照水平推流分别高出3. 72%和6. 05% ;复合折流对BOD5的去除率比对照水平推流高出8.67%。由以上结果可知,折流型的设计比传统水平推流在对污染物的去除上或多或少都有所增加,挡板的加入强化了污水净化效能。
[0030] (¾在维持试验运行状况的条件下,选择复合折流系统为最佳的构型设计系统。运行的整个过程中,复合折流系统在HRT = 2d的条件下,对NH3_N、TN、TP、C0D、B0D5的平均去除率分别是 77. 60,53. 75,95. 88,83. 25,83. 69% ;平均出水浓度分别是洸.32,75. 43,0. 53、 57. 58、20. 76mg/L。
[0031] (3)在三个湿地系统中,各污染物平均浓度随沿程都呈下降规律,表明污水中的污染物随经过的湿地床的延长而减少。这三个系统NH3-N、TP、cod、BOD5的平均出水浓度都达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-20(^) 二级标准或优于二级标准。
[0032] (4)各系统酶活性的空间变化表明,酶活性都是上层>中层>下层,随基质深度的增加而减弱。三个系统的磷酸酶活性与TP、可溶性TP、可溶性IP的去除率之间都不存在显著相关性;而脲酶活性与TN、NH3-N的去除率都存在显著正相关性。
附图说明
[0033] 图1本发明实施例系统示意图
[0034] 图2折流型水平潜流人工湿地平面图
[0035] 图3复合折流人工湿地基质填充剖面图
[0036] 图4水平折流人工湿地结构图(左,中,右各部分)
[0037] 图5图4所示水平折流人工湿地基质填充剖面图(左部分)
[0038] 图6图4所示水平折流人工湿地基质填充剖面图(中部分)
[0039] 图7图4所示水平折流人工湿地基质填充剖面图(右部分)
具体实施方式
[0040] 下面结合附图和具体实施例来进一步详细说明本发明。
[0041] 实施例1
[0042] 折流型水平潜流人工湿地处理生活污水的方法,包括将污水经过两个不同的折流型,水平折流型和复合折流型人工湿地处理,同时与传统的水平潜流湿地(推流型)相比较,三个湿地内部都填充处理基质。在两种折流型湿地中,通过加设不同类型的挡板,对传统水平潜流的水流条件加以改进,增加水流的曲折性,延长污水所经路程,增加湿地床体的利用效率,使污水多次经过湿地内部具有不同处理特性的构造层,以期达到增强污水处理效果的目的。比较高效除磷基质在三种水平潜流系统中不同的处理效果,探讨新型水平潜流构造湿地的运行参数及沿程各点污染物浓度变化规律,各湿地系统中酶活性的空间变化规律,以及酶活性与污水水质净化效果的相关关系。
[0043] 生活污水折流型水平潜流人工湿地处理系统中的沉淀池、水平折流、复合折流等单元结构是由管道连接而成的。化粪池出水首先经过沉淀池除去污水中的砂粒和悬浮颗粒物质,然后用水泵提升进入高位水箱,再沿着污水管进入三个处理湿地,水流沿不同的挡板方向流动,然后出水。
[0044] 在本实施例中,污水同时进入三个湿地系统,见附图1所示。经过不同的水力停留时间后,排出系统,比较三个系统的出水水质的情况。
[0045] 在本实施例中,三个系统都种植黄色美人蕉,只是其中挡板的类型不同。
[0046] 在本实施例中,按照不同的水力停留时间(Hydraulic RetentionTime,HRT)运行, 期间按照现有常规要求让系统适当地放干和恢复,进水时采用慢速进水,出水时采用快速排放方式。污水在进入三个人工湿地处理之前,先经沉淀池去除砂粒和较大颗粒的悬浮物, 然后抽入高水位箱,再自流进入三个人工湿地进行处理。
[0047] 折流型水平潜流湿地由床体和布水管组成。为三个相连的水泥试验池,长X宽X 高为2mX ImXO. 75m。整个床体为水泥结构,三个池分别是水平折流、复合折流和对照水平推流,在前两个池内设置不同类型的挡板,分别把每个床体分为五个隔室,如附图2所示。 水平折流人工湿地结构和基质填充示例如附图4〜附图7所示。
[0048] 池底为IOcm厚的石灰岩(d = 4cm),其上铺4cm厚的碎石(d = Icm)。在进水的第一格内,沿水流方向依次填充煤渣、碎石和高炉渣,三者的体积比优选为 25% : 25% : 50%。在水平折流和复合折流中它们的宽度分别为25、25和50cm,对照推流中它们的宽度分别为10、10和20cm。在折流的拐弯处填充煤渣以防堵塞。其余隔室都填充高炉渣,见附图〜7所示。最后在湿地的最上层铺一层3cm的细沙。三个池的表层都种植黄色美人蕉,平均种植密度为每个隔室3株。
[0049] 如附图2所示,在水平折流中,设置四个尺寸相同的挡板,长X宽X高为 0. 88mX0. 067mX0. 69m,挡板的具体位置见附图2所示,把整个床体平均分为五个隔室。迫使水流沿挡板方向水平(左右)流动。
[0050] 如附图2所示,在复合折流中,设置四个不同尺寸的挡板,排列顺序为低-高-低-高。低挡板的尺寸长X宽X高为0. 88mX0. 067mX0. 65m,高挡板的尺寸长X宽X高为0.88mX0.067mX0. 70m,在高挡板的下方等距设有六个钻孔。此复合折流中,水流既有水平(左右)方向的流动,又有垂直(上下)方向的流动。
[0051] 如附图2所示,在对照推流中,不设置任何的挡板,使水流沿床体呈推流形式前进。
[0052] 在进水口上安装污水管,在污水管上设有阀门和水表,以控制污水的进水速度。
[0053] 设计参数:
[0054] 格栅:采用2cmX2cm铁丝网,直立于化粪池出水口与地下引水管相接的检查井中。
[0055] 沉淀池:设计尺寸为2. OmXl. 8mX 2. 0m,有效水深1. 0m,有效容积3. 6m3,砖结构水泥抹面。
[0056] 整个池体长X宽X高为2mX ImXO. 75m,池底为IOcm厚的石灰岩(d = 4cm),其上铺4cm厚的碎石(d= 1cm)。在进水的第一格内,沿水流方向依次填充煤渣、碎石和高炉渣,在水平折流和复合折流中它们的宽度分别为25、25和50cm,对照推流中它们的宽度分别为10、10和20cm。在折流的拐弯处填充煤渣以防堵塞。其余隔室都填充高炉渣,最后在湿地的最上层铺一层3cm的细沙。
[0057] 水平折流和复合折流中挡板的设计如上所述。
[0058] 运行方式:按照不同的水力停留时间(HRT = 1,2,3d)运行,期间让系统适当地放干和恢复,进水时采用慢速进水,出水时采用快速排放方式。每个季度收割一次植物。在水力停留时间为2天时,从进水口到出水口 0、50、100、150、200cm处分别打孔,用虹吸方式取水,监测了系统沿程变化情况;同时监测了基质脲酶和磷酸酶活性与水质净化效率之间的相关关系。试验结束时,在基质在各个系统中填料的上层(0〜IOcm)、中层(30〜40cm)、 下层(60〜70cm)分别取样,从进水口到出水口分三处取样(每个样由三点所取的样均勻混合而成),检测其磷酸酶和脲酶活性的空间变化。
[0059] 处理效果:如表1、表2、表3、表4、表5所示。
[0060] 表1为城市污水经三个湿地处理后,污水中的NH3-N浓度变化情况;
[0061] 表2为城市污水经三个湿地处理后,污水中的TN浓度变化情况;
[0062] 表3为城市污水经三个湿地处理后,污水中的TP浓度变化情况;
[0063] 表4为城市污水经三个湿地处理后,污水中的COD浓度变化情况;
[0064] 表5为城市污水经三个湿地处理后,污水中的BOD5浓度变化情况;
[0065] 表1生活污水经三个湿地处理后,污水中的NH3-N浓度变化情况
[0066]
Figure CN101314511BD00081
[0067] 表2生活污水经三个湿地处理后,污水中的TN浓度变化情况
[0068]
Figure CN101314511BD00091
[0069] 表3生活污水经三个湿地处理后,污水中的TP浓度变化情况
[0070]
Figure CN101314511BD00101
Figure CN101314511BD00111
[0073] 表5生活污水经三个湿地处理后,污水中的BOD5浓度变化情况
[0074]
Figure CN101314511BD00121

Claims (9)

1. 一种折流型水平潜流人工湿地处理生活污水方法,化粪池出水首先经过沉淀池除去污水中的砂粒和悬浮颗粒物质,用水泵提升进入高位水箱,再沿着污水管进入水平潜流人工湿地处理后流出,在水平潜流人工湿地设置挡板将湿地填料床分隔为隔室,水流沿挡板设置产生的方向流经各个隔室至出水口 ;其特征在于所述挡板上开孔,使水流既能沿水平方向又能沿垂直方向折流运动。
2.根据权利要求1所述折流型水平潜流人工湿地处理生活污水方法,其特征在于所述湿地填料为高炉渣。
3.根据权利要求1所述折流型水平潜流人工湿地处理生活污水方法,其特征在于所述湿地填料为煤渣、碎石和高炉渣复合基质。
4. 一种实现权利要求1所述折流型水平潜流人工湿地处理生活污水方法的系统,包括通过管道相连接的沉淀池、高位水箱和水平潜流人工湿地,其特征在于所述水平潜流人工湿地由一个或多个填料床和布水管组成,污水从一端水平流过填料床,床体填充基质,床底设有防渗层;所述折流型水平潜流人工湿地中设置有挡板;所述挡板长、宽尺寸分别相同、 高度不同,排列顺序为低、高相间,低挡板安装于填料床一壁,高挡板安装于填料床另一壁; 高挡板的下方等距设有若干个孔。
5.根据权利要求3所述的系统,其特征在于所述挡板为4〜8块,把整个床体平均分为 5〜9个隔室。
6.根据权利要求5所述的系统,其特征在于所述隔室的进水的第一隔室内,沿水流方向依次填充煤渣、碎石和高炉渣;各隔室间折流拐弯处填充煤渣;其余隔室填充高炉渣。
7.根据权利要求6所述的系统,其特征在于所述第一隔室内填充的煤渣、碎石和高炉 渣的宽度分别为25cm、25cm和50cm。
8.根据权利要求4所述的系统,其特征在于所述水平潜流人工湿地最上层铺厚3cm细沙;所述水平潜流人工湿地池底为IOcm厚的石灰岩,石灰岩直径为km;石灰岩上铺4cm厚的碎石,碎石直径为1cm。
9.根据权利要求4所述的系统,其特征在于所述水平潜流人工湿地表层种植黄色美人蕉,平均种植密度为每个隔室3株。
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