CN101333029A - 人工增氧型复合潜流湿地污水净化工艺 - Google Patents

人工增氧型复合潜流湿地污水净化工艺 Download PDF

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潘继征
李文朝
柯凡
冯慕华
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Abstract

本发明涉及人工增氧型复合潜流湿地污水净化工艺属于水污染控制领域，针对人工湿地易堵塞、净化能力低且季节性波动大的缺点，开发了“生物强化沉淀池+微曝气垂直流湿地+水平潜流湿地”污水净化工艺。生物强化沉淀池可降低悬浮物浓度，微曝气垂直流湿地可以提高有机物氧化分解和硝化效果，并最大限度的减少湿地系统内的有机物残留，延长湿地的使用寿命。水平潜流湿地为微曝气垂直流的出水创造了缺氧－厌氧的环境，让反硝化作用进行的比较彻底。该技术可应用于村镇、旅游景区的生活污水和混合有城市生活污水的入湖河道污水处理，以及污水处理厂尾水的深度净化。

Description

人工增氧型复合潜流湿地污水净化工艺
(一)技术领域
本项技术属于水污染控制领域，可应用于村镇、旅游景区的生活污水和混合有城市生活污水的入湖河道污水处理，以及污水处理厂尾水的深度净化。
(二)背景技术
人工湿地作为水污染控制的一项技术，这一概念自60年代从欧洲起源，已经在世界各地得到了广泛的应用与发展，其形式也由最初的单一水平表面流湿地，发展成目前以潜流湿地和表层流湿地为主体，多种布设方式相结合的一项水污染控制工艺。但如同其它的净化工艺一样，人工湿地技术优点固然明显，缺点也同样突出。在大家被它的投资运行成本低、生态安全性好、规模适用性强等优点吸引的同时，占地广、易堵塞、净化能力有限且季节性波动大等缺点让人们常常对它望而却步。我国目前正在运行的人工湿地污水处理工程中水力负荷大多在0.025-0.2m3/m2.d之间，CODCr表面负荷也只有0.007-0.01kg/m2.d[1-3]。而据美国环保局对100多个运行中人工湿地的调查，有将近一半的湿地系统在投入使用后的5年内形成了堵塞[4]，
如何才能提高湿地系统的处理能力和净化效果，并延长其使用寿命呢？许多研究学者发现低的氧利用率是构造湿地净化效率较低的主要原因，缺氧条件下，生物不能进行正常的有氧呼吸，还原态的某些元素和有机物的浓度可达到有毒的水平。较低的氧浓度导致湿地系统内有机质氧化分解速率降低，硝化反应不彻底，限制了湿地系统氮的去除[5-6]，而湿地系统的堵塞大多是由于污水中的悬浮物和有机质在湿地系统中的滞留、累积造成的[7-8]。因此充足地供氧和减少悬浮物和有机质在湿地中的积累是提高湿地系统净化能力、延长使用寿命的关键。
本项发明开发的生物强化沉淀预处理+微曝气垂直流湿地+水平潜流湿地工艺就可以较好的解决以上两个问题，工艺中使用的生物强化沉淀预处理系统可以有效的降低进入湿地系统的悬浮物浓度，而微曝气垂直流湿地较高的氧化效率又可以提高湿地系统的净化能力并最大限度的减少湿地系统内的有机物残留，而且曝气对湿地填料有一定的冲刷效果，从而可以大大延长湿地的使用寿命。
此工艺已在云南省昆明市滇池北岸国家十五863水专项“滇池入湖河流污染治理技术研究与工程示范”中的“高负荷人工湿地污水净化技术示范工程”中得到了运用。该项工程处理能力为4000m3/d，水力负荷为0.33m3/m2.d，CODCr表面负荷为0.05kg/m2.d，现已连续运行9个月，系统稳定，操作正常，效果显著。在对滇池北岸临湖村镇和旅游景区的混合污水处理中，主要污染物去除率分别达到了：CODCr76.26％、TN 83.57％、TP 90.43％、BOD566.64％、SS 85.23％。
(三)发明内容
人工增氧型复合潜流湿地污水净化工艺主要由生物强化沉淀池、微曝气垂直流湿地和水平潜流湿地三个单元组成。其中生物强化沉淀池通过植物和拦滤网的作用，可以减缓流速、促进颗粒物的沉降，有效降低进入湿地系统内的悬浮物浓度；微曝气垂直流湿地通过人工低强度曝气的方式改善湿地系统内部的氧化条件，可以提高有机物氧化分解和硝化效果，最大限度的减少湿地系统内的有机物残留，而且曝气对填料表面具有一定的冲刷作用；水平潜流湿地作为微曝气垂直流湿地的下一单元，不仅可以通过生物降解和吸附等作用进一步降低污染物浓度，而且由于它的水流都在地表下，基本没有大气复氧，可以为微曝气垂直流湿地的出水创造一个缺氧-厌氧的环境，让反硝化作用进行的比较彻底，达到高效脱氮除磷的目的；通过三个单元的有机结合，可以有效地提高湿地系统的处理能力和净化效果，并能减缓湿地系统内的污染物积累速率，延长湿地的使用寿命。
(四)附图说明
图1为“人工增氧型复合潜流湿地”工艺流程图，主要由生物强化沉淀池(图例2)、微曝气垂直流湿地(图例3)、水平潜流湿地(图例4)组成；图2为生物强化沉淀池平面示意图；图3为生物强化沉淀池剖面示意图；图4为微曝气垂直流湿地平面示意图；图5为微曝气垂直流湿地剖面示意图；图6为水平潜流湿地平面示意图；图7为水平潜流湿地剖平面示意图。
图例说明如下：
  序号   名称   序号   名称
  1   格栅   10   微曝气垂直流湿地出水堰
  2   生物强化沉淀池   11   微曝气垂直流湿地进水管
  3   微曝气垂直流湿地   12   微曝气垂直流湿地曝气支管
  4   水平潜流湿地   13   微曝气垂直流湿地曝气主管
  5   鼓风机房   14   微曝气垂直流湿地布水沟
  6   生物强化沉淀池出水堰   15   湿地上种植的水生植物
  7   漂浮植物   16   填料
  8   拦滤网   17   水平潜流湿地布水沟
  9   生物强化沉淀池布水沟   18   水平潜流湿地出水收集沟
(五)具体实施方式
按照图1所示的工艺流程，进水首先经过格栅(图例1)拦截去除漂浮垃圾和杂物后，进入生物强化沉淀池(图例2)，经过拦滤网(图例8)和漂浮植物(图例7)的吸附和促进沉降作用，绝大部分悬浮颗粒物得到了有效去除，然后通过出水堰(图例6)收集进入微曝气垂直流湿地的布水沟(图例14)，由湿地底部的布水管均匀的自下而上流入湿地，同时高压鼓风机通过布设在进水管中的曝气管(图例12)向湿地系统曝气充氧，提高有机物氧化分解和硝化效果，微曝气垂直流湿地的出水通过堰收集后进入水平潜流湿地的布水沟(图例17)，在最高水面低于填料表面15cm左右的湿地内均匀的水平推流至出水收集沟(图例18)经管道排出。本套工艺需要定期抽吸清理生物强化沉淀池中的沉积物(工程实例中，一年清理2次)，并对系统内的植物进行打捞收割。
参考资料：
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2.和丽萍，et al.，抚仙湖马料河人工湿地水质净化效果评估研究.环境科学导刊，2007.26(1)：p.58-61.
3.陈韫真，叶纪良，深圳白泥坑、雁田人工湿地污水处理场.电力环境保护，1996.12(1).
4.于涛，吴振斌，徐栋，等1潜流型人工湿地堵塞机制及其模型化.环境科学与技术，2006，29(6)
5.Ouellet-Plamondon，C.，et al.，Artificial aeration to increase pollutant removal efficiencyof constructed wetlands in cold climate.Ecological Engineering，2006.27：p.258-264.
6.Cottingham，P.D.，T.H.Davies，and B.T.Hart，Aeration to promote nitrification inconstructed wetland.Environ.Technol.，1999.20：p.69-75.
7.詹德昊，吴振斌，徐光来，复合垂直流构建湿地中有机质积累与基质堵塞.中国环境科学，2003.23(5)：p.457-461.
8.李雪娟，和树庄，杨海华，人工湿地堵塞机制及其模型化的研究进展.环境科学导刊，2008.27(1)：p.1-4.

Claims (1)

  1. 针对人工湿地易堵塞、净化能力低且季节性波动大的缺点，开发的人工增氧型复合潜流湿地污水净化工艺主要由生物强化沉淀池、微曝气垂直流湿地和水平潜流湿地三个单元组成。其中生物强化沉淀池通过植物和拦滤网的作用，可以减缓流速、促进颗粒物的沉降，有效降低进入湿地系统内的悬浮物浓度；微曝气垂直流湿地通过人工低强度曝气的方式改善湿地系统内部的氧化条件，可以提高有机物氧化分解和硝化效果，最大限度的减少湿地系统内的有机物残留，而且曝气对填料表面具有一定的冲刷作用；水平潜流湿地作为微曝气垂直流湿地的下一单元，不仅可以通过生物降解和吸附等作用进一步降低污染物浓度，而且由于它的水流都在地表下，基本没有大气复氧，可以为微曝气垂直流湿地的出水创造一个缺氧-厌氧的环境，让反硝化作用进行的比较彻底，达到高效脱氮除磷的目的；通过三个单元的有机结合，可以有效地提高湿地系统的处理能力和净化效果，并能减缓湿地系统内的污染物积累速率，延长湿地的使用寿命。
    请求保护的内容有：
    1、“人工增氧型复合潜流湿地”工艺流程
    人工增氧型复合潜流湿地污水净化工艺由生物强化沉淀池、微曝气垂直流湿地、水平潜流湿地三个单元串联而成。
    2、生物强化沉淀池布设方式
    生物强化沉淀池由池体、布水沟、集水堰槽、拦滤网、漂浮植物等组成，下层沿水流方向上下交错布设拦滤网，间隔1.5米，上层种植漂浮植物，覆盖度在90％以上。
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