CN101386451B

CN101386451B - 一种利用复合垂直流人工湿地处理城镇生活污水的方法及其装置

Info

Publication number: CN101386451B
Application number: CN2008101990111A
Authority: CN
Inventors: 崔理华; 余志敏; 朱夕珍; 刘蜀治; 朱文玲
Original assignee: South China Agricultural University
Current assignee: South China Agricultural University
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2008-10-07
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2028-10-07
Also published as: CN101386451A

Abstract

本发明公开一种利用复合垂直流人工湿地处理城镇生活污水的方法及其装置，该方法是将两级垂直上行流人工湿地串联起来处理城镇生活污水，首先城镇生活污水进入初沉池，经过沉淀预处理后依次进入第一级垂直上行流人工湿地和第二级垂直上行流人工湿地处理，最后的流出水即可作为农灌用水或排入河道。本发明将两级垂直上行流串联起来处理城镇生活污水，去污力高，硝化能力与反硝化能力强，而且水势损失小，能耗需求不大，所以预处理池与第一级人工湿地之间以及两级人工湿地之间的水位落差需要小。本发明的方法利用复合垂直上行流可以有效提高其抗外界温度影响能力，在冬季仍可保持很好的污染物去除效果。本发明的装置结构简单，有利于大规模推广。

Description

一种利用复合垂直流人工湿地处理城镇生活污水的方法及其装置

技术领域

本发明涉及一种生活污水处理方法及其装置，具体涉及一种利用复合垂直流人工湿地处理城镇生活污水的方法及其装置。

背景技术

目前城镇生活污水复合垂直流人工湿地处理方法主要为下行流与上行流的复合系统以及下行流与下行流复合系统。

下行流与上行流复合系统：由下行池和上行池组成，两池中间设有隔墙，底部连通，床体高50-60cm，污水从下行流经底部通道流向上行流。下行池表面中央为一根下半部钻有小孔的穿孔布水管，使进水均匀分布到湿地表面，两池底部为相连的连通管，下钻小孔，以收集下行池出水并均匀分布上行池的进水，上行池利用“H”型管道收集系统出水。下行池和上行池均填有一定粒径的砂和砾石作为处理介质，上行流和下行流都种有植物，如芦苇、风车草、美人蕉和香根草等。

下行流与下行流复合系统：由下行池和下行池组成，两池中间设有隔墙，池高110-130cm，高差大约于20cm。下行池表面中央为一根下半部钻有小孔的穿孔布水管，使进水均匀分布到湿地表面污水，第一池底部与第二池表面采用连通管，污水从第一个下行流湿地经底部收集管流向第二个下行流表面的布水，经过下渗处理后收集出水。下行池和下行池均填有一定粒径的砂和砾石以及高炉渣作为处理介质，下行流和下行流都种有植物，如芦苇、风车草、美人蕉和香根草等。

存在的不足之处有：(1)下行流-上行流和下行流-下行流都有较大的水头损失；(2)预处理池与下行流池之间的水位差达不到要求时，就不能采用下行流-上行流和下行-下行流复合系统；(3)在两个复合系统中，人为地安排第一个池的承担硝化作用，第二个池承担反硝化作用，使得在下行流-上行流复合系统中，第二池反硝化作用缺乏碳源，从而影响了整个系统的脱氮效率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种处理成本低，占地面积小，脱氮除磷效果好的利用复合垂直流人工湿地处理城镇生活污水的方法。

本发明的另一个目的在于提供上述方法实施中所采用的装置。

本发明的上述目的是通过如下方案予以实现的：

一种利用复合垂直流人工湿地处理城镇生活污水的方法，该方法是将城镇生活污水经过两级串联的垂直上行流人工湿地处理后作为农灌用水或排入河道。

上述利用复合垂直流人工湿地处理城镇生活污水的方法，其具体步骤为：

将污水经泵房提升进入初沉池，经过沉淀预处理后进入第一级垂直上行流人工湿地，污水上行经过处理后，进入第二级垂直上行流人工湿地，经过处理后流出作为农灌用水或排入河道。

上述两级垂直上行流人工湿地中填充的处理介质为砾石、煤渣砖、高炉渣、高炉渣与细砂子按一定比例配比的混合基质等，填料中层设有土工布滤层，详细描述如下：两级垂直上行流人工湿地其底部均填充为粒径较大的砾石，在布水层为透水性能较好的煤渣砖，砖上覆盖小粒径砾石，再设置土工布滤层，土工布上层填充粒径较小的高炉渣、细砂、人工土混合基质；基质的粒径组合能够有效的增强对污染物的去除作用，减少堵塞及壅水现象，土工布层能够高效地拦截悬浮物，形成有效的生物膜层，提高垂直上行流人工湿地的污染物去除能力。

上述第二级垂直上行流人工湿地填料厚度比第一级垂直上行流人工湿地低30cm。

在上述方法中，表层种植有景观效果较好的湿地植物，在第一级垂直上行流人工湿地中种植美人蕉、香蒲、黄菖蒲等，在第二级垂直上行流人工湿地中种植水葱、美人蕉、菖蒲等。利用湿地植物吸收作用去除部分的氮和磷，利用植物的景观效果美化环境。

在上述方法中，污水在进入复合垂直上行流人工湿地处理之前，先经初沉池去除砂粒和较大颗粒的悬浮物，然后进入复合垂直上行流人工湿地处理系统进行处理。

上述利用复合垂直流人工湿地处理城镇生活污水的方法，其实施时可采用如下装置：该装置主要包括初沉池、第一级垂直上行流人工湿地和第二级垂直上行流人工湿地。初沉池和第一级级垂直上行流人工湿地是由管道连接而成的，第一级垂直上行流人工湿地与第二级垂直上行流人工湿地是由中间集水布水槽结构连接而成。

上述两级垂直上行流人工湿地由床体和布水系统组成，布水系统中的布水管网设置在系统底部，呈“井”字状，布水管均由主布水管和多条支布水管组成。

城镇生活污水经泵房提升进入初沉池，经过沉淀预处理后在第一级垂直上行流的底部经由网状布水管均匀进入第一级垂直上行流人工湿地，污水上行经过处理后流入两池中间集水布水槽，通过底部布水管网进入第二级垂直上行流人工湿地，经过处理后流出作为农灌用水或排入河道。

本发明利用上述复合垂直上行流人工湿地系统去除城镇生活污水中有机物和脱氮的方法是：将两级垂直上行流人工湿地进行串联，城镇生活污水先进入初沉池去除部分SS(砂粒和较大颗粒的悬浮物)后，然后自流进入第一级垂直上行流人工湿地通过“井”字形的布水管进行均匀布水，经过第一级垂直上行流人工湿地处理后，去除大部分SS、COD(COD为化学需氧量，是衡量水中有机物质含量多少的指标)、BOD₅(BOD₅是生化需氧量)，并进行废水的硝化作用，利用第二级垂直上行流人工湿地完成对有机物的大部分去除，在主体填料层通过反硝化作用和水生植物等的吸收完成对氮的部分去除。

本发明利用上述复合垂直上行流人工湿地系统去除城镇生活污水中磷方法是：利用上述有机物和脱氮方法的工艺流程，在去除有机物和脱氮的同时完成对废水中磷的去除。其具体方法为：在两级垂直上行流人工湿地系统中填充对磷有一定吸附作用的基质，所述基质为粒径相对较大的砾石、煤渣砖、高炉渣与细砂子按一定比例配比的混合基质等，利用两级垂直上行流人工湿地系统中基质的作用以及湿地植物的吸收作用即可以有效的去除污水中的磷。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明的方法，采用将两级垂直上行流串联起来，因为水流上行阻力大，可以更好地截留生活污水中的污染物，过滤效果更好。

2、现有技术中，垂直上行流因为耗供氧能力不够会影响硝化能力作用，但是本发明将两级垂直上行流串联起来，去污力却很高，硝化能力与反硝化能力也增强，本发明利用第一级垂直上行流人工湿地去除部分TN(总氮)、TP(总磷)、COD、SS，利用第二级垂直上行流人工湿地强化TN、TP、COD、SS的去除效果，在水力负荷为0.65m³/m².d，1.96m³/m².d时，经过复合垂直上行流人工湿地系统处理的城镇生活污水出水TN、COD、NH₃-N浓度均达到城市污水处理厂一级排放标准。

3.在本发明的方法中，利用两级垂直上行流人工湿地系统中的基质对磷的吸附固定作用以及两级垂直上行流人工湿地系统中所种植湿地植物的吸收作用，可以使复合垂直上行流人工湿地系统对磷的去除率在水力负荷为1.96m³/m².d时达到90％以上。且处理出水中的TP浓度均小于0.5mg/L，达到了城市污水处理厂一级A类排放标准，并且本发明创造技术对磷的使用寿命达到10年以上。

4.本发明的方法利用复合垂直上行流可以有效提高其抗外界温度影响能力，在冬季仍然可以保持很好污染物去除效果。

5.本发明的方法，其水势损失小，能耗需求不大，所以预处理池与第一级人工湿地之间以及两级人工湿地之间的水位落差需要小。

6.本发明的装置，其组成简单，具有较好的脱氮脱磷效果，有利于大规模推广使用。

附图说明

图1为复合垂直上行流人工湿地系统工艺流程图；

图2为复合垂直上行流人工湿地系统平面图；

图3为复合垂直上行流人工湿地系统剖面图；

图中，1为城镇生活污水，2为泵房，3为污水管，4为初沉池，5为水表，6为阀门，7为第一级垂直上行流人工湿地配水池，8为第一级垂直上行流人工湿地主布水管，9为第一级垂直上行流人工湿地支布水管，10为第一级垂直上行流人工湿地，11为第一级垂直上行流人工湿地出水收集池，12为第二级直上行流人工湿地主布水管，13为第二级垂直上行流人工湿地支布水管，14为第二级垂直上行流人工湿地，15为出水收集池，16为出水排放管；17为砾石垫层，18为煤渣渣砖层，19为复合基质层，20为人工土基质层。

具体实施方式

本实施例利用复合垂直流人工湿地处理城镇生活污水，其工艺流程如图1所示，城镇生活污水经泵房提升进入初沉池除去污水中的砂粒和悬浮颗粒物质，然后进入第一级垂直上行流人工湿地，污水垂直向上渗流，通过第一级垂直上行流人工湿地内填料及滤布层的过滤截留和吸附作用以及植物根系的摄取作用，城镇生活污水中的大部分污染物被去除，接着利用两级垂直上行流人工湿地间的落差，第一级垂直上行流人工湿地池体的出水进入第二级垂直上行流人工湿地，第二级垂直上行流人工湿地与第一级垂直上行流人工湿地的污水处理过程基本相同，从而对第一级人工湿地的出水进行了一定的强化处理，有效的提高污染物的去除效果，从第二级垂直上行流人工湿地流出的水作为农灌用水或排入河道。

本实施例的复合垂直上行流人工湿地试验系统位于云南省昆明市官渡区六甲乡。

如图2、3所示，城镇生活污水1经泵房2提升通过污水管3进入初沉池4，在初沉池4中经预处理除去污水中的砂粒和悬浮颗粒物质后，污水进入第一级垂直上行流人工湿地10和第二级垂直上行流人工湿地14。

本实施例的复合垂直上行流人工湿地处理系统，其第一级垂直上行流人工湿地设计尺寸长×宽×高为18cm×8m×1.1cm，第二级垂直上行流设计尺寸长×宽×高为18cm×8cm×0.8cm，整套系统都为砖结构水泥抹面。该复合垂直上行流人工湿地系统由床体和布水系统组成，床壁为掺混防水剂水泥抹面的砖结构，底部为黏土打底，两级垂直上行流人工湿地其底部为砾石垫层17填充有粒径较大的砾石，在布水层为透水性能较好的煤渣砖层18，砖上覆盖小粒径砾石，再设置复合基质层19(土工布滤层)，土工布上层为人工土基质层20(填充有粒径较小的高炉渣、细砂、人工土)。第一级垂直上行流人工湿地系统床体高度为110cm，底部填充10cm高的直径为3～5cm的砾石层17，基质层厚度为100cm；第二级垂直上行流人工湿地床体

本实施例的复合垂直上行流人工湿地系统，其布水管网均设置在系统底层10cm处，由主布水管和多条支布水管组成，主布水管设置有两根，均分布在床体的中间，其长度与床体长度相当，其中一端密封。支布水管固定连接在布水主管的两侧，另一端密封，管两侧部位均开有小孔。系统中间部分可设置一定量观察孔。第一级垂直上行流的出水在系统表层高度，通过床体高度上设置的溢流孔流出，第一级垂直上行流的出水进入中间水槽后成为第二级垂直上行流人工湿地的进水。

第一级垂直上行流人工湿地10前的管道上装有阀门6和水表5，利用阀门6和水表5的共同作用控制第一级垂直上行流人工湿地10的进水量，进而控制整个系统的水力负荷，所采用的水力负荷分别为0.65m³/m².d、1.96m³/m².d。

经初沉池4处理后的出水通过第一级垂直上行流人工湿地配水池7进入第一级垂直上行流人工湿地10的主布水管8和分布水管9组成的布水管网，通过管网体系及底层大孔径填料实现均匀布水效果，污水经过基质层垂直向上渗流，由于基质及滤布层的过滤截留和吸附作用以及植物根系的摄取作用完成对城镇污水中污染物大部分去除。

利用两级垂直上行流人工湿地间的落差，第一级垂直上行流人工湿地池体的出水通过第一级垂直上行流人工湿地出水收集池11进入第二级垂直上行流人工湿地14的主布水管12和支部水管13，第二级垂直上行流人工湿地与第一级垂直上行流人工湿地的污水处理过程基本相同，从而对第一级人工湿地的出水进行了一定的强化处理，有效的提高污染物的去除效果，从第二级垂直上行流人工湿地14流出的水经过出水收集池15，由出水排放管16排出即可作为农灌用水或排入河道。

本实施例单组系统的日处理水量为166.7m³，其处理效果(mg/L，％)见表1、表2、表3、表4和表5所示。

表1为城镇生活污水经复合垂直上行流人工湿地系统处理后，污水中的NH₃-N浓度变化情况；

表2为城镇生活污水经复合垂直上行流人工湿地系统处理后，污水中的TN浓度变化情况；

表3为城市污水经复合垂直上行流人工湿地系统处理后，污水中的TP浓度变化情况；

表4为城镇生活污水经复合垂直上行流人工湿地系统处理后，污水中的COD浓度变化情况；

表5为复合垂直上行流人工湿地系统运行一年来对城镇生活污水的去除率(月平均值)情况。

表1不同水力负荷条件下系统NH₃-N去除效果

表2不同水力负荷条件下系统TN去除效果

表3不同水力负荷条件下系统TP去除效果

表4不同水力负荷条件下系统COD去除效果

表5复合垂直流人工湿地工程运行一年来对污染物的去除率(月平均值，％)

Claims

1.一种利用复合垂直流人工湿地处理城镇生活污水的方法，其特征在于该方法是将城镇生活污水经过两级串联的垂直上行流人工湿地处理后作为农灌用水或排入河道。

2.根据权利要求1所述的利用复合垂直流人工湿地处理城镇生活污水的方法，其特征在于该方法的具体步骤如下：将城镇生活污水经泵房提升进入初沉池，沉淀预处理后进入第一级垂直上行流人工湿地，污水上行经过处理后，进入第二级垂直上行流人工湿地，然后流出作为农灌用水或排入河道。

3.根据权利要求1所述的利用复合垂直流人工湿地处理城镇生活污水的方法，其特征在于两级垂直上行流人工湿地中填充的处理介质为砾石、煤渣砖、高炉渣、高炉渣与细砂子的混合基质，填料中层设有土工布滤层。

4.根据权利要求1所述的利用复合垂直流人工湿地处理城镇生活污水的方法，其特征在于在第一级垂直上行流人工湿地中种植美人蕉、香蒲、黄菖蒲，在第二级垂直上行流人工湿地中种植水葱、美人蕉、菖蒲。

5.一种根据权利要求1～4任一项所述利用复合垂直流人工湿地处理城镇生活污水的方法所用的装置：其特征在于包括初沉池、第一级垂直上行流人工湿地和第二级垂直上行流人工湿地，初沉池和第一级垂直上行流人工湿地由管道连接，第一级垂直上行流人工湿地与第二级垂直上行流人工湿地由中间集水布水槽结构连接。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述第一级垂直上行流人工湿地和第二级垂直上行流人工湿地均由床体和布水系统组成。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于所述布水系统由主布水管和支布水管组成。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述初沉池与第一级垂直上行流人工湿间的管道上装有阀门和水表。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述第一级垂直上行流人工湿地上设有第一级垂直上行流人工湿地配水池。

10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于所述第一级垂直上行流人工湿地上设有第一级垂直上行流人工湿地出水收集池，所述第二级垂直上行流人工湿地上设有出水收集池和出水排放管。