CN101314512B

CN101314512B - 利用人工湿地处理富营养化水体的方法及其设施

Info

Publication number: CN101314512B
Application number: CN2008101243306A
Authority: CN
Inventors: 潘涛
Original assignee: SUZHOU DEHUA ECOLOGICAL ENVIRONMENT TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Suzhou Edward ecological environment Polytron Technologies Inc
Priority date: 2008-06-26
Filing date: 2008-06-26
Publication date: 2010-11-03
Anticipated expiration: 2028-06-26
Also published as: CN101314512A

Abstract

本发明提供一种利用人工湿地处理富营养化水体的方法及设施，由抽集管道将待处理的富营养化水体送入上流式粗滤床，上流式粗滤床对富营养化水体中的悬浮物和藻类物质进行去除处理，上流式粗滤床处理后的水体再通过输配水系统均匀分布到垂直流生态滤床，由垂直流生态滤床进行二级生化处理，其出水循环回用；而上流式粗滤床中的沉积污泥排入到污泥干化滤床进行稳定化处置，湿污泥滤液回流至上流式粗滤床再处理。此方案采用上流式粗滤床、垂直流生态滤床和污泥干化床组合的方法处理富营养化水体，不仅能有效去除悬浮物和水藻类物质，而且低成本解决了蓝藻污泥处置问题，具有除藻效果好、处理水量大等特点，广泛适用于富营养化水体的长期水质净化。

Description

利用人工湿地处理富营养化水体的方法及其设施

技术领域

本发明涉及富营养化水的处理方法，尤其涉及一种利用人工湿地处理富营养化水体的方法及设施，属于环保工程与水处理技术领域。

背景技术

水体的富营养化是自养型生物在富含氮、磷、有机物等营养物质的水体中异常繁殖的结果。氮磷污染造成水体富营养化是世界性的环境问题。

富营养水体通常流动性差、净能力差，且人为污染日益加剧。在我国，地表水富营养化已经威胁到亿万人民的饮用水安全。目前主要采用污染源控制和生态修复方法进行治理，而人工湿地是重要的科学手段之一。人工湿地是一种不断进化的污水土地处理技术，人工湿地生态系统水质净化技术的基本原理是：在一定的填料上种植特定的植物，将污水投加到人工建造的类似于沼泽的湿地上，当污水流过人工湿地时，经砂石、土壤过滤，通过基质填料砂层中一个个好氧、厌氧反应微单元和植物根际的多种微生物活动，生化降解沉淀，将污染物浓度降低，使水质得到净化，直至达标排放。处理过程包括生化反应，如分解和合成代谢、植物吸收；物理化学反应，如沉淀吸附等。悬浮颗粒物的去除主要是过滤和重力沉积。滤床表面种植的芦苇，其发达的根系不仅能够把氧气带入滤床，而且能够有效加大水力疏导性，防止滤床板结。

目前利用人工湿地对富营养化水体生态修复通常采用无动力表面流人工湿地，该人工湿地工艺简单，通过湿地表面水漫流同水生植物和土壤相互作用，水体逐步得到净化。由于表面流人工湿地处理效率不高，故需要大量水域和土地以保证净化效果。且一旦有面源污染输入，其净化效果很不明显。

垂直流生态滤床技术是人工湿地中的一种高效工艺，结合物理过滤和生化反应有效处理各类污水。根据试验研究和大量的工程实践证明，生态滤床能够很好地去除BOD、TSS、N、P，而且对病原细菌、难降解有机化合物以及金属离子的去除，其效果也十分有效。通常用于分散式处理生活污水，但是富营养化水体的净化回用受到限制，仅用于小规模的水体净化。主要原因是富营养化水体内富含水藻，悬浮物含量高，会引起滤床堵塞，一旦加大处理负荷水量，运行三个月以上就造成高效垂直流湿地退化成为表面流湿地。

小型物理沉淀预处理装置有多格污水沉淀池和沉淀塘，当水力停留时间超过两天时，污水中的固体物会由于重力的作用沉淀到池底成为污泥(初沉污泥)，对水藻类悬浮物的沉淀效果不佳。

普通粗滤床由不同粒径石分层构成，水重力过滤，固体悬浮物在滤床表面颗粒被截留下来。由于不具备反冲洗功能，必须采用多个滤床交替进水的方式，滤床表面污泥才能在闲置期被进一步干化。该装置缺点是占地较大，去除水藻的效率较低。

通常小型水处理的配套并不完善，对于初沉和二沉污泥不当处置，会造成环境二次污染。同时一般工程类污泥处置需要机械脱水和干化，属高能耗工艺，即使配套处置设施，也常常处于不运行状态。

因此，研究一种除藻效果好、处理水量大的人工湿地水处理工艺和设施，非常有必要，是一项值得期待的重大技术课题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种利用人工湿地处理富营养化水体的方法及设施，旨在有效提高除藻效果和水处理量，消除污泥的二次污染。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

利用人工湿地处理富营养化水体的方法，特点是：采用上流式粗滤床、垂直流生态滤床和污泥干化床组合的方法处理富营养化水体，即先由抽集管道将待处理的富营养化水体送入上流式粗滤床，由上流式粗滤床对富营养化水体中的悬浮物和藻类物质进行去除处理，上流式粗滤床处理后的水体再通过输配水系统均匀分布到垂直流生态滤床，由垂直流生态滤床进行二级生化处理，其出水循环回用；另外，上流式粗滤床中的沉积污泥排入到污泥干化滤床进行稳定化处置，湿污泥滤液回流至上流式粗滤床进行再处理。

进一步地，上述的利用人工湿地处理富营养化水体的方法，进入上流式粗滤床的待处理富营养化水体带有压力，在上流式粗滤床中从下往上流进行悬浮物和藻类物质的物理性逐层过滤去除。上流式粗滤床中的沉积污泥定期排入到污泥干化滤床中，自然脱水干化；所述的污泥干化滤床有两块，每隔一段时间轮换投加污泥，使其中一块滤床有充分时间更好的干化稳定，待滤床的污泥积厚后，进行一次清理。

更进一步地，利用人工湿地处理富营养化水体的设施，特点是：包括有上流式粗滤床、垂直流生态滤床及污泥干化滤床，抽集富营养化水体的管道连接至上流式粗滤床的进水口，上流式粗滤床的排水口通向配水池，配水池通过布水管连通垂直流生态滤床，由垂直流生态滤床的排水口向外供水；还有，上流式粗滤床的排污泥口连通至污泥干化滤床，污泥干化滤床的滤液出口接入到上流式粗滤床。

再进一步地，上述的利用人工湿地处理富营养化水体的设施，所述上流式粗滤床的填料由不同粒径的鹅卵石构成，根据鹅卵石的大小其上下共分五层，从下向上每层鹅卵石的粒径分别为64～128mm、32～64mm、16～32mm、8～16mm、4～8mm。

再进一步地，上述的利用人工湿地处理富营养化水体的设施，所述的垂直流生态滤床由两块以粗砂填料和砾石排水层为主要基质的滤床平行构成，处理时每周一轮换，确保滤床内微生物反应器活性恢复，其上栽植有芦苇。其中，每块滤床的面积为150m²、粗砂填料深度为50cm，芦苇的栽植密度为每平米4棵。

再进一步地，上述的利用人工湿地处理富营养化水体的设施，所述污泥干化滤床由两块以中砂填料和砾石排水层为主要基质的滤床构成，其上栽植有芦苇。其中，每块滤床的面积为30m²、中砂填料深度为10cm，芦苇的栽植密度为每平米4棵。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

①采用上流式粗滤床-垂直流生态滤床组合人工湿地工艺处理富营养化水体，上流式粗滤床有效去除悬浮物和水藻类物质，人工湿地垂直流生态滤床进行生化水处理，生态型污泥干化床低成本有效解决了蓝藻污泥处置问题，污泥定期排入到污泥滤床中，自然脱水干化，两块滤床轮换投加污泥，使其中一块有充分时间更好的干化稳定，污泥积厚后进行一次清理，降解成熟的污泥机械开挖后进行资源化利用；滤床内种植水生芦竹，发达根系优化淤泥沉淀结构，配置通风管，减少污泥底部厌氧反应产生的恶臭；全过程除了污泥投放需要动力外，完全自然无动力；在干化过程中，表面保持干燥，避免蚊蝇孳生等卫生问题；

②高效去除水藻，大大降低因水藻负荷高导致人工湿地堵塞的风险，在保证出水品质的前提下，系统水力负荷可达100～200cm/d；系统占地仅需300～600平方米，日处理水量可达500立方米以上，用于10000平方米以上无大型污染源的景观水体和湖泊的循环净化，主要水质指标长期保持地表水III类水；

③不仅具有良好的除藻效果和较高的水处理量，而且还能避免滤床的堵塞板结，有效消除污泥二次污染，因此可广泛适用于藻类滋生的富营养化水体的长期水质净化，应用前景十分看好。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明的工艺流程示意图；

图2：本发明设施的平面示意图。

图中各附图标记的含义见下表：

附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义
附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义	1	集水池	2	阀门井	3	上流式粗滤床
4	配水池	5	布水管	6	垂直流生态滤床	1	集水池	2	阀门井	3	上流式粗滤床
4	配水池	5	布水管	6	垂直流生态滤床	7	检查井	8	排水管	9	集水井
10	取水泵	11	污泥管	12	污泥干化滤床	7	检查井	8	排水管	9	集水井
10	取水泵	11	污泥管	12	污泥干化滤床	A	进水流向	B	出水流向	C	污泥流向

具体实施方式

本发明将上流式粗滤床、垂直流生态滤床和污泥干化滤床相组合的方法来处理回用富营养化水体，如图1所示，首先，由抽集管道将待处理的富营养化水体送入上流式粗滤床，进入上流式粗滤床的待处理富营养化水体带有压力，在上流式粗滤床中从下往上流进行悬浮物和藻类物质的物理性逐层过滤去除，上流式粗滤床处理后的水体再通过输配水系统均匀分布到垂直流生态滤床，由垂直流生态滤床进行二级生化处理，出水循环回用；另外，上流式粗滤床中的沉积污泥排入到污泥干化滤床进行稳定化处置，湿污泥滤液回流至上流式粗滤床进行再处理。

图2示意了利用人工湿地处理富营养化水体的设施，包括有上流式粗滤床3、垂直流生态滤床6及污泥干化滤床12，上流式粗滤床3用于有效去除悬浮物和水藻类物质，人工湿地垂直流生态滤床6用于生化水处理，污泥生态型干化滤床12用于对上流式粗滤床反冲洗出的有机污泥干化处置。进水段，采用三段50米长DN200PE管分别伸入湖底部，抽取富营养化水，以A流向汇集至集水池1，通过50立方米/小时流量泵泵入上流式粗滤床3，中间配置有阀门井2；上流式粗滤床3总面积为30m²，有三个完全相同构造的滤床平列组成，上流式粗滤床3的填料由不同粒径的鹅卵石构成，根据鹅卵石的大小其上下共分五层，从下向上每层鹅卵石的粒径分别为64～128mm、32～64mm、16～32mm、8～16mm、4～8mm；上流式粗滤床3的排水口通向配水系统，其配水系统由25m³容积的配水池4、水位泵控制和多孔布水系统构成；配水池4通过布水管5连通垂直流生态滤床6，垂直流生态滤床6由两块以粗砂填料和砾石排水层为主要基质的滤床平行构成，每块滤床的面积为150m²、粗砂填料深度为50cm，其上栽植有芦苇，芦苇的栽植密度为每平米4棵，处理时每周一轮换，确保滤床内微生物反应器活性恢复。通过垂直流生态滤床6的排水口向外供水，其出水段由检查井7、排水管8和25m³容积的集水井9构成，以B流向通向涌泉排水口。还有，上流式粗滤床3的排污泥口通过污泥管11连通至污泥干化滤床12，污泥干化滤床12由两块以中砂填料和砾石排水层为主要基质的滤床构成，每块滤床的面积为30m²、中砂填料深度为10cm，其上栽植有芦苇，芦苇的栽植密度为每平米4棵，每隔一段时间轮换投加污泥，使其中一块滤床有充分时间更好的干化稳定，待滤床的污泥积厚后，进行一次清理；污泥干化滤床12的滤液出口接入到上流式粗滤床，干污泥以C流向排入河塘。上流式粗滤床内蓝藻污泥可重力或动力排空，并可反冲洗；垂直流生态滤床填料粒径符合特殊级配曲线的要求。

具体应用时，先将收集管伸入湖体底部，通过泵间歇性抽吸蓝藻污泥含量高的湖水，压力进入上流式粗滤床3从下往上流完成悬浮物和藻类物质的物理性逐层过滤去除；水在上流式粗滤床3表面的环切孔排水管汇集，通向配水池4，在配水池4内，当水位到达控制位时，水泵开启，水通过布水管5间歇性输配到垂直流生态滤床6的表面；水从布水管5中喷洒出，然后在生态滤床中重力下渗；水污染物在基质内微生物作用下生化降解，氮、磷等主要污染物得到消减；水在垂直流生态滤床6的底部排水层汇集，由环切孔排水管7排出，出水抽回到湖体，循环回用。而上流式粗滤床3中的沉积污泥定期排入污泥干化滤床12进行稳定化处置，湿污泥滤液回流至上流式粗滤床处理单元再处理。

利用人工湿地处理回用富营养化水体，高效去除水藻，大大降低因为水藻负荷高导致人工湿地堵塞的风险，从而在保证出水品质的前提下，系统水力负荷达100cm/d，系统占地仅需500平方米，日处理水量500立方米。应用于10000平方米无大型外部污染源的景观水体的循环净化，主要水质指标长期保持地表水III类水。通过2007年全年监测数据分析，在富营养化最严重的3月份，处理各项指标均达到设计要求，其处理效果监测指标如表1(取2007年全年水富营养程度最严重的3月份平均值)。

表1

	叶绿素Chl-a(μg/L)	溶解氧DO(mg/L)	生物需氧量BOD5(mg/L)	总磷TP(mg/L)
	叶绿素Chl-a(μg/L)	溶解氧DO(mg/L)	生物需氧量BOD5(mg/L)	总磷TP(mg/L)	进水区	34.6	3.2	8.7	0.38

	叶绿素Chl-a(μg/L)	溶解氧DO(mg/L)	生物需氧量BOD5(mg/L)	总磷TP(mg/L)
	叶绿素Chl-a(μg/L)	溶解氧DO(mg/L)	生物需氧量BOD5(mg/L)	总磷TP(mg/L)	出水区	5.52	5.0	2.9	0.02
污染物去除率	84％	--	67％	95％	出水区	5.52	5.0	2.9	0.02
污染物去除率	84％	--	67％	95％	III类水标准GB3838-2002	--	5	4	0.2

本发明采用上流式粗滤床、垂直流生态滤床和污泥干化床组合的方法处理富营养化水体，生态型污泥干化床低成本有效解决了蓝藻污泥处置问题，污泥定期排入到污泥滤床中，自然脱水干化，两块滤床每两个月轮换投加污泥，使其中一块有充分时间更好的干化稳定。待积累约1m厚的污泥时(约5～7年)，进行一次清理，降解成熟的污泥机械开挖后，可进行资源化利用。滤床内种植水生芦竹，发达根系能够优化淤泥沉淀结构，且配置通风管，减少污泥底部厌氧反应产生的恶臭。全过程除了污泥投放需要动力外，完全自然无动力；在干化过程中，表面能够保持干燥，避免蚊蝇孳生等卫生问题。

综上可见，该技术方案可高效去除水藻，能大大降低因水藻负荷高导致人工湿地堵塞的风险，从而在保证出水品质的前提下，系统水力负荷可达100～200cm/d。系统占地仅需300～600平方米，日处理水量在500立方米以上，理想运用于10000平方米以上无大污染源的景观水体和湖泊的循环净化，主要水质指标长期保持地表水III类水。不仅具有良好的除藻效果和较高的水处理量，而且还能避免滤床的堵塞板结，有效消除污泥二次污染，可适用于藻类滋生的富营养化水体的长期水质净化，值得在业内广泛推广。

以上仅是本发明的具体应用范例，对本发明的保护范围不构成任何限制。凡采用等同变换或者等效替换而形成的技术方案，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims

1.利用人工湿地处理富营养化水体的方法，其特征在于：由抽集管道将待处理的富营养化水体送入上流式粗滤床，上流式粗滤床对富营养化水体中的悬浮物和藻类物质进行去除处理，上流式粗滤床处理后的水体再通过输配水系统均匀分布到垂直流生态滤床，由垂直流生态滤床进行二级生化处理，其出水循环回用；另外，上流式粗滤床中的沉积污泥排入到污泥干化滤床进行稳定化处置，湿污泥滤液又回流至上流式粗滤床进行再处理。

2.根据权利要求1所述的利用人工湿地处理富营养化水体的方法，其特征在于：所述进入上流式粗滤床的待处理的富营养化水体带有压力，在上流式粗滤床中从下往上流进行悬浮物和藻类物质的物理性逐层过滤去除。

3.根据权利要求1所述的利用人工湿地处理富营养化水体的方法，其特征在于：所述上流式粗滤床中的沉积污泥定期排入到污泥干化滤床中，自然脱水干化；所述的污泥干化滤床有两块，每隔一段时间轮换投加污泥，使其中一块滤床有充分时间更好的干化稳定，待滤床的污泥积厚后，进行一次清理。

4.利用人工湿地处理富营养化水体的设施，其特征在于：包括上流式粗滤床、垂直流生态滤床及污泥干化滤床，抽集富营养化水体的管道连接至上流式粗滤床的进水口，上流式粗滤床的排水口通向配水池，配水池通过布水管连通垂直流生态滤床，由垂直流生态滤床的排水口向外供水；还有，上流式粗滤床的排污泥口连通至污泥干化滤床，污泥干化滤床的滤液出口接入到上流式粗滤床。

5.根据权利要求4所述的利用人工湿地处理富营养化水体的设施，其特征在于：所述上流式粗滤床的填料由不同粒径的鹅卵石构成，根据鹅卵石的大小其上下共分五层，从下向上每层鹅卵石的粒径分别为64～128mm、32～64mm、16～32mm、8～16mm、4～8mm。

6.根据权利要求4所述的利用人工湿地处理富营养化水体的设施，其特征在于：所述的垂直流生态滤床由两块以粗砂填料和砾石排水层为主要基质的滤床平行构成，其上栽植有芦苇。

7.根据权利要求4所述的利用人工湿地处理富营养化水体的设施，其特征在于：所述污泥干化滤床由两块以中砂填料和砾石排水层为主要基质的滤床构成，其上栽植有芦苇。