CN101643278A - 利用跌水曝气充氧的潜流人工湿地污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用跌水曝气充氧的潜流人工湿地污水处理系统，由一级或多级串联的跌水曝气潜流人工湿地构成。每级跌水曝气潜流人工湿地包括床体、进水挡墙、出水挡墙和跌水挡板，在进水挡墙和出水挡墙之间的床体内设有若干导流板、碎石填料和挺水植物。本发明布水均匀、死水区小、水力冲击均匀，污水在床体中的停留时间延长，不易堵塞，有利于提高出水水质和微生物对污水中氮、磷等营养物质的生物降解，建设运行费用低。本系统在上述效果的联合作用下，可以有效降解城市、城镇生活污水、少量工业废水以及农田排水的污染物质，适用于具有一定坡度的山地和丘陵地区。

Description

利用跌水曝气充氧的潜流人工湿地污水处理系统

技术领域

本发明涉及一种污水净化处理技术，具体涉及一种利用跌水曝气充氧的潜流人工湿地污水处理系统，属于环境保护水处理技术领域。

背景技术

人工湿地是20世纪七八十年代发展起来的一种新型污水生态处理技术。根据污水在湿地内流动方式的不同，人工湿地污水处理工艺可以分为三种类型：表面流人工湿地、潜流人工湿地和垂直流人工湿地，其中以潜流人工湿地应用最为广泛。人工湿地的净化原理是通过湿地生态系统中的物理、化学和生物三者的协同作用来处理污水，具有运行费用低、维护管理简单、对周边环境影响小、可以分散化和小型化建设的特点。目前，人工湿地在废水处理和富营养化水体治理中显现出极大的优势，具有相当广阔的发展前景。但由于人们对人工湿地的研究时间较短，在实际应用过程中仍存在很多不足，如污水停留时间短、湿地易堵塞、内部溶解氧较低、易形成死水区及占地面积大等。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种不易堵塞、水力停留时间长、溶解氧高、操作维护简便、运行管理费用低的利用跌水曝气充氧的潜流人工湿地污水处理系统。

本发明的目的是这样实现的：利用跌水曝气充氧的潜流人工湿地污水处理系统，由一级或多级串联的跌水曝气潜流人工湿地构成。每级跌水曝气潜流人工湿地包括床体，床体前端设有进水挡墙，进水挡墙与床体底部形成的过流通道为进水口，床体尾端设有出水挡墙，出水挡墙的顶端为用于出水的倾斜溢流坝；在出水挡墙外侧不同高度设置不少于两级的由上到下突出长度依次增加的跌水挡板，跌水挡板与水平面的夹角为5～10°。在进水挡墙和出水挡墙之间的床体内设有若干导流板、碎石填料和挺水植物，导流板横向立在床体内，导流板与床体上下形成过流通道，且上下过流通道交错设置；最尾端导流板与床体形成下过流通道，该最尾端导流板与出水挡墙之间形成集水区。

进一步地，所述碎石填料在每两个导流板分隔成的床体内分为三层，分别为中等粒径碎石填料、中-小粒径碎石填料和小粒径碎石填料，在不同粒径碎石填料交界处错落布置多层平面竹网，沿水流方向三层填料粒径由大到小等厚布置。

所述挺水植物通过碎石填料固定在床体内，挺水植物为一种挺水植物或多种挺水植物混种而成。

更进一步地，所述中等粒径碎石填料粒径为1.5～2.0cm，中-小粒径碎石填料粒径为1.0～1.5cm，小粒径碎石填料粒径为0.5～1.0cm。相邻两层填料交界处错落布置三层孔径为2cm×2cm的平面竹网。

本发明具有结构简单、操作方便、布水均匀、死水区小、水力冲击均匀，不易堵塞、运行维护方便等特点。根据水质情况和地形情况，采用多级串联方式处理污水，由于导流板的阻挡作用，使污水在床体中的停留时间延长，增强了处理效果，有利于提高出水水质；并且由于采用跌水的形式进行曝气和多级湿地串联，相当于多个好氧/厌氧环境的串联，有利于微生物对污水中氮、磷等营养物质的生物降解。在上述效果的联合作用下，本系统可以有效降解城市、城镇生活污水、少量工业废水以及农田排水的污染物质。

和目前国内外普遍使用的人工湿地污水处理系统相比，本发明具有以下特点：

(1)设有上下过流通道交错的导流板，可延长水力停留时间，有效减少死水区面积，减少占地面积；

(2)通过在不同层填料交界面处交错设置平面竹网和取消土壤层，有效减少堵塞现象的发生；

(3)充氧方式为跌水曝气，不另外消耗电能；

(4)结构简单，操作、维护方便，运行管理费用低；

(5)可多级串联，提高出水水质，适用于具有一定坡度的山地和丘陵地区。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图中箭头表示水流方向；其中，1-进水口；2-导流板；3-挺水植物；4-下过流通道：5-平面竹网；6-碎石填料；6-1-中等粒径碎石填料；6-2-中-小粒径碎石填料；6-3-小粒径碎石填料；7-集水区；8-跌水挡板；9-床体；10-进水挡墙；11-出水挡墙。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1和图2，从图上可以看出，本发明利用跌水曝气充氧的潜流人工湿地污水处理系统，由一级或多级串联的跌水曝气潜流人工湿地构成。每级跌水曝气潜流人工湿地包括床体9，床体9前端设有进水挡墙10，进水挡墙10与床体9底部形成的过流通道为进水口1。床体9尾端设有出水挡墙11，出水挡墙的顶端为倾斜溢流坝，即本发明出水方式为顶部倾斜溢流坝溢流出水。在出水挡墙11外侧不同高度设置不少于两级的由上到下突出长度依次增加的跌水挡板8，跌水挡板8与水平面的夹角为5～10°。

在进水挡墙10和出水挡墙11之间的床体9内设有若干导流板2、碎石填料6和挺水植物3。导流板2横向立在床体9内，导流板2与床体9上下形成过流通道，且上下过流通道交错设置。碎石填料6在每两个导流板分隔成的床体内分为上、中、下三层，三层分别为(并非一定是上、中、下顺序，也可能是下、中、上顺序)中等粒径碎石填料6-1、中-小粒径碎石填料6-2和小粒径碎石填料6-3，其中中-小粒径碎石填料6-2一定在中等粒径碎石填料6-1和小粒径碎石填料6-3之间。中等粒径碎石填料粒径为1.5～2.0cm，中-小粒径碎石填料粒径为1.0～1.5cm，小粒径碎石填料粒径为0.5～1.0cm。在两层不同粒径碎石填料交界处错落布置多层平面竹网5，沿水流方向(向上或向下)三层填料粒径由大到小等厚布置。作为一个较好的实施例，相邻两层填料交界处错落布置三层孔径为2cm×2cm的平面竹网5。多层平面竹网5可以起到强化挂膜和防止不同层的填料相互掺混的作用。

本发明为了有效防止湿地的堵塞现象，湿地表层不铺设土壤层，挺水植物3通过碎石填料6固定在床体内。挺水植物3为对无土环境有较强适应能力的菖蒲、灯心草、茭白、慈姑、美人蕉等，每级湿地可种植一种湿地植物或多种植物混种。

最尾端导流板2与床体9形成下过流通道4，该最尾端导流板2与出水挡墙11之间形成集水区7。

本发明床体两侧为砖混结构，床体底层为混凝土防渗结构，导流板和跌水挡板为砖混结构。

运行时，污水由进水口1进入，在导流板2的阻挡作用下波状流动，污水中的有机污染物、营养物质、重金属离子、无机污染物等在挺水植物3、微生物、碎石填料6的综合作用下得到去除，净化后的水经由集水区7收集，通过倾斜溢流坝溢流，沿多级跌水挡板8，跌落进入下一级人工湿地。

以下给出一个实施例：

人工湿地位于渠底坡度为14％的排水沟渠内部，总共为4级，每级长5.0m，宽0.7m，深度为0.1～0.7m，第一级人工湿地前有一格栅沉砂池。每级人工湿地的碎石填料总共分为3层，三层填料粒径分别为1.5～2.0cm，1.0～1.5cm，0.5～1.0cm，相邻导流板间的填料反向布置，使污水总是由大粒径填料向小粒径处流动，相邻两层填料交界处错落布置3层孔径为2cm×2cm的平面竹网，四级人工湿地的挺水植物分别为菖蒲、灯心草、茭白、美人蕉，出水跌水挡板为2级，倾斜角度为8°。

在进水中的COD、氨氮、总氮、总磷分别为150～160mg/L、52～60mg/L、58～63mg/L、5.0～5.4mg/L，水力负荷为4m³/(m²·d)的高水力负荷情况下，经过四级人工湿地处理后，COD、氨氮、总氮、总磷的去除率分别达到71％～75％、55％～58％、51％～57％、43％～46％、出水中的COD、氨氮、总氮、总磷浓度分别为37～47mg/L、22～27mg/L、25～31mg/L、2.6～3.1mg/L、出水中的COD达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级A标准，总氮接近一级B标准，氨氮、总磷达到二级标准。

当水温在25℃～28℃范围内波动时，各级人工湿地出水即跌落前污水中的DO平均为0.11mg/L，经两级跌水挡板跌落充氧后，DO平均为2.93mg/L，跌水充氧2.82mg/L，跌水充氧效果明显。

在进水中的COD、氨氮、总氮、总磷分别为116～140mg/L、37～42mg/L、42～47mg/L、3.8～4.3mg/L，水力负荷为1.5m³/(m²·d)的水力负荷情况下，经过四级人工湿地处理后，COD、氨氮、总氮、总磷的去除率分别达到83％～84％、74％～76％、70％～74％、85％～87％、出水中的COD、氨氮、总氮、总磷浓度分别为20～23mg/L、9～11mg/L、11～14mg/L、0.52～0.62mg/L、全部达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级B标，其中COD和总氮更是达到一级A标。

当水温在25℃～28℃范围内波动时，各级人工湿地出水即跌落前污水中的DO平均为0.13mg/L，经两级跌水挡板跌落充氧后，DO平均为3.81mg/L，跌水充氧3.68mg/L，跌水充氧效果明显。

Claims (6)

1、利用跌水曝气充氧的潜流人工湿地污水处理系统，由一级或多级串联的跌水曝气潜流人工湿地构成，其特征在于：每级跌水曝气潜流人工湿地包括床体(9)，床体(9)前端设有进水挡墙(10)，进水挡墙(10)与床体(9)底部形成的过流通道为进水口(1)，床体(9)尾端设有出水挡墙(11)，出水挡墙的顶端为用于出水的倾斜溢流坝；在进水挡墙(10)和出水挡墙(11)之间的床体(9)内设有若干导流板(2)、碎石填料(6)和挺水植物(3)，导流板(2)横向立在床体(9)内，导流板(2)与床体(9)上下形成过流通道，且上下过流通道交错设置；最尾端导流板(2)与床体(9)形成下过流通道(4)，该最尾端导流板(2)与出水挡墙(11)之间形成集水区(7)。

2、根据权利要求1所述的利用跌水曝气充氧的潜流人工湿地污水处理系统，其特征在于：所述碎石填料(6)在每两个导流板(2)分隔成的床体(9)内分为三层，分别为中等粒径碎石填料(6-1)、中-小粒径碎石填料(6-2)和小粒径碎石填料(6-3)，在不同粒径碎石填料交界处错落布置多层平面竹网(5)，沿水流方向三层填料粒径由大到小等厚布置。

3、根据权利要求1或2所述的利用跌水曝气充氧的潜流人工湿地污水处理系统，其特征在于：在出水挡墙(11)外侧不同高度设置不少于两级的由上到下突出长度依次增加的跌水挡板(8)，跌水挡板(8)与水平面的夹角为5～10°。

4、根据权利要求3所述的利用跌水曝气充氧的潜流人工湿地污水处理系统，其特征在于：所述挺水植物(3)通过碎石填料(6)固定在床体(9)内，挺水植物为一种挺水植物或多种挺水植物混种而成。

5、根据权利要求4所述的利用跌水曝气充氧的潜流人工湿地污水处理系统，其特征在于：所述中等粒径碎石填料(6-1)粒径为1.5～2.0cm，中-小粒径碎石填料(6-2)粒径为1.0～1.5cm，小粒径碎石填料(6-3)粒径为0.5～1.0cm。

6、根据权利要求4或5所述的利用跌水曝气充氧的潜流人工湿地污水处理系统，其特征在于：相邻两层填料交界处错落布置三层孔径为2cm×2cm的平面竹网(5)。

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