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用于处理污水的强化型生态湿地处理设施及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于处理污水的强化型生态湿地处理设施及其方法，由沉淀池对污水中的漂浮物和可沉降悬浮物进行去除处理，沉淀池处理后的水体通过输配水系统均匀分布到垂直流水平流组合滤床的垂直流滤床上，出水通过集水管道进入垂直流水平流组合滤床的水平流滤床；污染水体通过垂直流滤床和水平流滤床的生化处理后，水体通过集水管道进入二级生态湿地，净化后排入自然水体；沉淀池中的沉积污泥排入到污泥干化床进行稳定化处置，渗滤液回流至沉淀池进行再处理。采用沉淀池、垂直流和水平流滤床、污泥干化床组合的方法处理污染水体，不仅有效处理污染水体，而且低成本解决了污泥处置问题；适用于农村生活污水、城市景观水和河湖污染水体等的处理。

Description

用于处理污水的强化型生态湿地处理设施及其方法
技术领域
本发明涉及一种用于处理污水的强化型生态湿地处理设施及其方法，属于环保工程与水处理技术领域。
背景技术
随着社会经济的快速发展，自然资源过度消耗，生态环境不断恶化，特别是水体污染与富营养化现象日趋严重。为了适应可持续发展的要求，急需寻找科学安全、维护方便、经济可行、生态环保的手段处理污水。
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。滤床表面种植去污能力强又具有景观性的植物。
利用人工湿地对污染水体生态修复通常采用自由水面人工滤床或潜流型人工滤床。潜流型系统具体分为水平滤床和垂直滤床两种。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。
垂直滤床指污水从沉淀池间歇性配水到滤床表面，然后向下纵向重力自流，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。滤床中的基质填料为微生物细菌提供了一个非常适宜的环境，有机氮经氨化作用矿化为氨氮，在好氧条件下，氨氮经硝化作用转变为硝酸盐和亚硝酸盐，然后在厌氧和有机碳源的条件下，经反硝化作用部分被还原为氮气，释放到大气中。含磷化合物主要是在基质填料中反应、富集、沉淀，从而从污水中去除。污水下渗过程中，通过填料砂层中一个一个好氧、厌氧反应微单元，生化降解沉淀，污染物浓度降低。水平滤床指污水流进滤床一端，然后横向水平流向另一端，水平流滤床相对垂直流滤床，除氮除磷效果较弱，但反硝化作用更明显，对BOD、COD等有机物和重金属去除效果较垂直流滤床效果好。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种用于处理污水的强化型生态湿地处理设施及其方法，旨在有效提高处理污水污泥的能力，消除二次污染。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
用于处理污水的强化型生态湿地处理设施，特点是：包括沉淀池、垂直流水平流组合滤床、污泥干化床和二级生态湿地，所述沉淀池的污水口连接至垂直流水平流组合滤床，垂直流水平流组合滤床的出水口连通至二级生态湿地，二级生态湿地排出自然水体；所述沉淀池的排污泥口连通至污泥干化床，污泥干化床的渗滤液口接入到沉淀池。
进一步地，上述的用于处理污水的强化型生态湿地处理设施，所述垂直流水平流组合滤床包含垂直流滤床和水平流滤床，所述沉淀池的污水口通过污水泵连接垂直流水平流组合滤床的垂直流滤床，垂直流滤床的出水口通过集水管连接配水井，配水井连通垂直流水平流组合滤床的水平流滤床，水平流滤床的出水口通过集水管连通至二级生态湿地，其中配水井的出水口还通过回流管连通沉淀池；所述沉淀池通过污泥泵和污泥管连通污泥干化床，污泥干化床渗滤液口连接检查井，检查井通过渗滤液管连通至沉淀池。
更进一步地，上述的用于处理污水的强化型生态湿地处理设施，所述垂直流滤床自下而上由粗砾石排水层、中砾石过渡层和生态填料处理层构成，滤床表面栽植有矮蒲苇、鸢尾和美人蕉，矮蒲苇的栽植密度为50支/m2，鸢尾的栽植密度为15株/m2，美人蕉的栽植密度为15株/m2。
再进一步地，上述的用于处理污水的强化型生态湿地处理设施，所述水平流滤床自下而上由粗砾石排水层、中砾石过渡层和生态填料处理层构成，滤床表面种植有鸢尾，种植密度为15株/m2。
再进一步地，上述的用于处理污水的强化型生态湿地处理设施，所述二级生态湿地的底部垫土壤层和10cm厚的中砂层，表面种植有鸢尾、黄菖蒲和芦竹。
本发明用于处理污水的强化型生态湿地处理方法，特点是：由沉淀池对污水中的漂浮物和可沉降悬浮物进行去除处理，沉淀池处理后的水体通过输配水系统均匀分布到垂直流水平流组合滤床的垂直流滤床上，出水通过集水管道进入垂直流水平流组合滤床的水平流滤床；污染水体通过垂直流滤床和水平流滤床的生化处理后，水体通过集水管道进入二级生态湿地，净化后排入自然水体；另外，沉淀池中的沉积污泥排入到污泥干化床进行稳定化处置，渗滤液回流至沉淀池进行再处理。
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本发明垂直流滤床和水平流滤床的组合运用，一方面可以提高有机氮的矿化作用以及无机氮的硝化和反硝化作用，改善系统脱氮效率；另一方面后续再配以二级生态湿地，进一步净化水质并形成一定的湿地生态景观；
②采用沉淀池、垂直流和水平流滤床、污泥干化床组合的方法处理污染水体，不仅能有效处理污染水体，而且低成本解决了污泥处置问题；
③该设施适用于农村生活污水、城市景观水和河湖污染水体等的处理，具有处理效率高、见效快、稳定性好、无二次污染、操作灵活、适用范围广等特点，具有广阔的应用前景。
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
  1   集水井   2   阀门井   3   沉淀池
  4   污泥泵   5   污水泵   6   垂直流滤床
  7   布水管   8   集水管   9   配水井
  10   水平流滤床   11   二级生态湿地   12   回流管
  13   污泥管   14   渗滤液管   15   检查井
  16   污泥干化床   A   进水流向   B   出水流向
具体实施方式
本发明设计一种更加高效的人工湿地污水污泥处理系统，解决单独使用一种滤床所造成的处理不够完善问题。该设施适用于农村生活污水、城市景观水和湖泊污水等的处理，具有处理效率高、见效快、稳定性好、无二次污染、操作灵活、适用范围广等特点。
如图1所示，用于处理污水的强化型生态湿地处理设施，包括沉淀池、垂直流水平流组合滤床、污泥干化床和二级生态湿地，沉淀池的污水口连接至垂直流水平流组合滤床，垂直流水平流组合滤床的出水口连通至二级生态湿地，二级生态湿地排出自然水体；沉淀池的排污泥口连通至污泥干化床，污泥干化床的渗滤液口接入到沉淀池。该设施用于处理污水时，由沉淀池对污水中的漂浮物和可沉降悬浮物进行去除处理，沉淀池处理后的水体通过输配水系统均匀分布到垂直流水平流组合滤床的垂直流滤床上，出水通过集水管道进入垂直流水平流组合滤床的水平流滤床；污染水体通过垂直流滤床和水平流滤床的生化处理后，水体通过集水管道进入二级生态湿地，净化后排入自然水体；另外，沉淀池中的沉积污泥排入到污泥干化床进行稳定化处置，渗滤液回流至沉淀池进行再处理。
图2示意了强化型生态湿地处理设施，垂直流水平流组合滤床包含垂直流滤床6和水平流滤床10，垂直流滤床6和水平流滤床10用于污水处理，污水沿进水流向A被收集至集水井1，集水井1与沉淀池3之间配置有阀门井2；沉淀池3总面积为24m2，沉淀池3用于有效去除漂浮物和可沉降悬浮物质，沉淀池3的污水口通过两个17L/s污水泵5连接垂直流滤床6，污水通过布水管7均匀分布在垂直流滤床6，垂直流滤床6的出水口通过集水管8连接配水井9，配水井9连通垂直流水平流组合滤床的水平流滤床10，水平流滤床10的出水口通过集水管连通至二级生态湿地11，二级生态湿地11用于对水平流滤床的出水进一步净化水质，出水沿出水流向B排入自然水体；其中配水井9的出水口还通过回流管12连通沉淀池3；沉淀池3通过1个14L/s污泥泵4和污泥管13连通污泥干化床16，污泥干化床16用于对沉淀池输出的污泥进行干化处置，污泥干化床16渗滤液口连接检查井15，检查井15通过渗滤液管14连通至沉淀池3。污泥干化床16的污泥5～7年进行一次清理。
其中，垂直流滤床6面积为490m2，采用复合土工布防渗膜进行防渗处理，上铺设集水管、基质层，基质层底层铺设厚度20cm的直径16-32mm粗砾石排水层，保证排水通畅，中层铺设厚度10cm的直径8-16mm中砾石过渡层，上层铺设50cm厚的生态填料处理层。滤床表面安装布水系统并种植去污能力强且具有景观性的植物，栽植植物有矮蒲苇、鸢尾和美人蕉，矮蒲苇的栽植密度为50支/m2，鸢尾的栽植密度为15株/m2，美人蕉的栽植密度为15株/m2，由自动控制系统对滤床进行间歇式供水。
水平流滤床10面积为100m2，采用复合土工布防渗膜进行防渗处理，基质层结构与垂直流滤床一致，底层铺设厚度14cm的直径16-32mm粗砾石排水层，中层铺设厚度6cm的直径8-16mm中砾石过渡层，上层铺设35cm厚的生态填料处理层。滤床表面安装布水系统并种植植物，滤床表面种植有鸢尾，种植密度为15株/m2。
二级生态湿地11的底部垫土壤和10cm厚的中砂层，表面种植有鸢尾、黄菖蒲和芦竹。
污泥干化床16面积为100m2，底部采用PE复合土工布防渗膜进行防渗处理，防渗膜上铺设30cm厚的粗砾石，其上铺设20cm厚的中砾石，表面栽植花叶芦竹，栽植密度为15株/m2。
具体应用时，集水井中的污水通过重力进入沉淀池3从下往上流完成悬浮物的物理性去除；当水位到达控制位时，污水泵5开启，污水间歇性输配到垂直流滤床6的表面；水从布水管7的布水孔中喷洒出，然后在垂直流滤床中重力下渗；水污染物在基质、微生物、植物等协同作用下生化降解，氮、磷等主要污染物得到消减；水在垂直流滤床6的底部排水层汇集，由集水管8排出进入水平流滤床做氮磷和有机物的进一步去除处理。而沉淀池3中的沉积污泥定期排入污泥干化床16进行稳定化处置，湿污泥滤液回流至沉淀池3再处理。
本设施采用沉淀池、垂直流和水平流滤床、污泥干化床和二级生态湿地组合的方法处理污染水体，低成本有效解决了生活污水处理不够彻底和污泥处理的问题。污水通过此设施处理，净化效果达到国家污水一级A类排放标准(表1)。污泥排入到污泥干化床中，自然脱水干化，待积累约1m厚的污泥时(5～7年)，进行一次清理。此外，滤床内种植花叶芦竹，发达根系能够优化淤泥沉淀结构，且配置的通风管能够减少污泥底部厌氧反应产生的气味。
通过对监测数据的分析，出水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》一级A类排放标准。其处理效果监测指标如表1。
表1处理系统进出水水质监测数据
项目   pH(无量纲)   CODCr(mg/L)   SS(mg/L)   NH3-N(mg/L) TP(mg/L)
  进水   7.86   300   36   71.3   2.26
项目   pH(无量纲)   CODCr(mg/L)   SS(mg/L)   NH3-N(mg/L) TP(mg/L)
  出水   7.32   31.5   9.7   4.0   0.32
垂直流滤床和水平流滤床的组合运用，一方面可提高有机氮的矿化作用以及无机氮的硝化和反硝化作用，改善系统脱氮效率；另一方面后续再配以二级生态湿地，进一步净化水质并形成一定的湿地生态景观。污泥干化床均匀设置喷泉式排泥口，使污泥在干化床分布均匀，从而避免污泥局部累积造成滤床堵塞；同时，自动化控制系统从沉淀池排泥到污泥干化床，避免沉淀池污泥累积，充分发挥污泥干化床的作用。垂直流滤床布水更加均匀，具有更好的去污效果和景观效果；并通过自动化控制系统控制系统的间歇性进水。人工湿地所用基质层滤料通过格兰特(Grant)滤料渗透试验和筛分试验的两步实验方法确定，选择满足特定级配曲线的滤料，保证人工湿地长期稳定运行，脱氮除磷效果稳定。
综上所述，本发明强化型生态湿地处理设施，通过对已有技术改进和运行工艺优化，改善系统缺氧问题，强化硝化作用，提高氨氮去除效率；防止系统堵塞，滤床板结；通过运行调控，有效保护和恢复滤床生化反应器功能等三大方面提高了污水处理效率和长期稳定性。该设施适用于农村生活污水、城市景观水体和河湖污染水体等处理。本设施具有处理效率高、见效快、稳定性好、无二次污染、操作灵活、适用范围广等特点，应用前景广阔，值得在业内广泛推广。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.用于处理污水的强化型生态湿地处理设施，其特征在于：包括沉淀池、垂直流水平流组合滤床、污泥干化床和二级生态湿地，所述沉淀池的污水口连接至垂直流水平流组合滤床，垂直流水平流组合滤床的出水口连通至二级生态湿地，二级生态湿地排出自然水体；所述沉淀池的排污泥口连通至污泥干化床，污泥干化床的渗滤液口接入到沉淀池。
2.根据权利要求1所述的用于处理污水的强化型生态湿地处理设施，其特征在于：所述垂直流水平流组合滤床包含垂直流滤床和水平流滤床，所述沉淀池的污水口通过污水泵连接垂直流水平流组合滤床的垂直流滤床，垂直流滤床的出水口通过集水管连接配水井，配水井连通垂直流水平流组合滤床的水平流滤床，水平流滤床的出水口通过集水管连通至二级生态湿地，其中配水井的出水口还通过回流管连通沉淀池；所述沉淀池通过污泥泵和污泥管连通污泥干化床，污泥干化床渗滤液口连接检查井，检查井通过渗滤液管连通至沉淀池。
3.根据权利要求2所述的用于处理污水的强化型生态湿地处理设施，其特征在于：所述垂直流滤床自下而上由排水层、过渡层和生态填料处理层构成，滤床表面栽植有矮蒲苇、鸢尾和美人蕉，矮蒲苇的栽植密度为50支/m2，鸢尾的栽植密度为15株/m2，美人蕉的栽植密度为15株/m2。
4.根据权利要求2所述的用于处理污水的强化型生态湿地处理设施，其特征在于：所述水平流滤床自下而上由排水层、过渡层和生态填料处理层构成，滤床表面种植有鸢尾，种植密度为15株/m2。
5.根据权利要求1或2所述的用于处理污水的强化型生态湿地处理设施，其特征在于：所述二级生态湿地的底部垫土壤层和10cm厚的中砂层，表面种植有鸢尾、黄菖蒲和芦竹。
6.用于处理污水的强化型生态湿地处理方法，其特征在于：由沉淀池对污水中的漂浮物和可沉降悬浮物进行去除处理，沉淀池处理后的水体通过输配水系统均匀分布到垂直流水平流组合滤床的垂直流滤床上，出水通过集水管道进入垂直流水平流组合滤床的水平流滤床；污染水体通过垂直流滤床和水平流滤床的生化处理后，水体通过集水管道进入二级生态湿地，净化后排入自然水体；另外，沉淀池中的沉积污泥排入到污泥干化床进行稳定化处置，渗滤液回流至沉淀池进行再处理。
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Patentee before: Suzhou Dehua Ecological Environment Technology Co., Ltd.

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Denomination of invention: Enhanced ecological wetland treatment facility for treating sewage and method thereof

Effective date of registration: 20191211

Granted publication date: 20120404

Pledgee: Suzhou Rongfeng Technology Microfinance Co., Ltd.

Pledgor: Suzhou Edward ecological environment Polytron Technologies Inc

Registration number: Y2019320010041