CN101792231A - 复合人工湿地污水处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合人工湿地污水处理方法，污水先经过预处理池处理，然后顺序流经垂直流人工湿地池与水平潜流人工湿地池，其关键技术在于：在污水经过水平潜流人工湿地池处理后再通过设置的集水池进行回流二次处理，集水池内设置污水泵，污水泵通过阀门连通设于垂直流人工湿地池上部的布水管，集水池通过管路连通水平潜流人工湿地池的出水口；经过二次处理后的中水分两路，一路回收循环利用，另一路再流入尾水净水剂投料池进行生态恢复性处理后达标排放，尾水净水剂投料池内投放有生态环保复合水处理剂。采用本发明方法污水处理效率高、单位面积污水净化效率高、出水水质好。

Description

复合人工湿地污水处理方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，尤其是一种复合人工湿地污水处理方法。

背景技术

随着我国社会经济的高速发展以及城市化进程的加快，一方面城镇用水供需矛盾日益突出，另一方面巨量废水污水的大量排放又使得供水水源不断地受到污染，进而使水质环境不断恶化。目前我国城市每年污水排放量达414亿吨，这些巨量的污水进入地表水体后，对我国有限的地表水体造成日益严重的危害，全国七大水系流域中50％以上的河段均存在着不同程度的污染问题，江苏、上海、广州等地一大批省市已经面临严重的水质污染型缺水问题。不管是原始资源型缺水还是水质污染型缺水均已严重影响和制约了我国社会经济的可持续发展。如何解决这个问题已经成为我国社会经济发展中的一个十分重要的研究课题，在“十五”计划纲要中，提出的污水资源化战略构思无疑是一个有效地手段之一，污水资源化不仅可以大幅度减少污水排放量，改善地表水体生态环境，减少排水工程投资及运行费用，而且也可以大幅度增加可供水量、降低给水处理和供水费用，降低因缺水而造成的经济损失，提高人民的生存环境，促进工业、旅游业和水产业的发展。然而我国污水资源化战略的实施却一直举步维艰，目前我国污水净化回用率依然很低。造成这种状况的原因虽然是多方面的，但是主要原因还是污水净化回用技术，还不能适应污水资源市场化的要求。过去传统的生物曝气池技术虽然较能有效地去除污水中的有机物，但对氮磷的去除能力较低，出水水质并不能达到中水回用标准；膜生物反应器技术出水水质虽然较高，但投资运行费用较高，限制了该技术的广泛应用，其他化学物理处理技术也均存在着投资运行费用高、出水水质不稳定和二次污染等问题。

现在正在运行的人工湿地污水处理技术具有高效率、低投资、低运转费用、低维持技术的特点，在全世界范围内受到越来越广泛的关注。但同时也存在着：不能直接处理污水，适应性差，只能针对初级或二级处理后的污水进行深度处理；对于重金属污染物吸收效率低；技术受环境温度影响大；夏季易孳生蚊虫等缺点。现有的人工湿地污水处理技术基本可分为表面流式、垂直流式和潜流式。表面流人工湿地是最原始的人工湿地，与自然湿地类似，水深较浅，一般在0.2～0.4米左右，废水从湿地表面流过。这种类型的人工湿地占地面积大，水力负荷率小，去污能力有限，氧气传输能力有限，受气候影响很大，夏季易孳生蚊蝇。垂直流湿人工地对于有机物的去除能力不足，夏季也有孳生蚊蝇的现象。潜流式人工湿地氧气供应不足，硝化作用不良。近几年发展起来的复合人工湿地技术应用越来越广泛，但是也存在着一定的不足，对于一些污水的净化效果不好，排处后还会造成不同程度的二次污染。因此为了使我国污水资源化战略实施有长足的发展，开发和研究新型的生态污水净化回用技术具有十分重要的意义。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种污水处理效率高、出水水质好、无二次污染的复合人工湿地污水处理方法。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种复合人工湿地污水处理方法，污水先经过预处理池处理，然后顺序流经垂直流人工湿地池与水平潜流人工湿地池，其关键在于在污水经过水平潜流人工湿地池处理后再通过设置的集水池进行回流二次处理，集水池内设置污水泵，污水泵通过阀门连通设于垂直流人工湿地池上部的布水管，集水池通过管路连通水平潜流人工湿地池的出水口；经过二次处理后的中水分两路，一路回收循环利用，另一路再流入尾水净水剂投料池进行生态恢复性处理后达标排放，尾水净水剂投料池内投放有生态环保复合水处理剂。

优选的，上述垂直流人工湿地池从上到下依次设有粗砂层、人工混合层、砾石层，人工混合层栽植有浅根系植物，同时兼具景观效果，浅根系植物有灯芯草、睡莲、千屈菜、花叶美人蕉；所述水平潜流人工湿地池两侧设有砾石区，中间为基质区，基质区从上到下依次设有粗砂层、人工复合层、粗砂层，人工混合层栽植有深根系植物，深根系植物有芦苇、桃金娘、菖蒲、水葱；水平潜流湿地池的基质区内设置的导流隔板形成蛇形的水流通道；垂直流人工湿地池在上，水平潜流人工湿地池在下。

优选的，上述垂直流湿地池与水平潜流人工湿地池的人工混合层均由蛭石、沸石、煤渣按体积比比1～1.2∶1.4～1.8∶2.5～3.5混配而成，人工混合层厚度至少为20cm。

优选的，上述垂直流人工湿地池流出的污水流入回流池，然后再通过污水泵的作用再流入水平潜流人工湿地池；垂直流人工湿地池下部设有泄流槽，泄流槽顶部设有透水板，泄流槽底部设有防水层，水平潜流人工湿地池底部设有泄流槽，泄流槽底部设有防水层，泄流槽顶部位于水流末端的砾石区部位设有透水板。

优选的，上述回流池内设有潜水曝气机，潜水曝气机借助微孔曝气管为水平潜流人工湿地池供氧。

优选的，上述潜水曝气机借助保温动力系统供能；保温动力系统包括太阳能温室、设于太阳能温室外壁的太阳能电池板。

优选的，上述生态环保复合水处理剂由纯天然物料硅藻土、海泡石、荷叶、芦苇、沸石研磨混配制成。

优选的，上述布水管包括布水主管与布水支管，布水支管沿布水主管对称布置。

优选的，上述预处理池内部设有格栅。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：1、本发明中的集水池可以监控污水处理效果，可使不合格污水回流进行二次处理；本发明可用于生活污水或工业污水净化深度处理，经处理合格的污水可作为中水回收循环使用，也可以通过尾水净水剂投料池进行生态复原性处理后排入自然水系中，不会造成污染。

2、本发明综合各种人工湿地处理方式的优点，不仅可以对污水中的无机富营养化元素进行高效清除，还可以对污水中的有机物及重金属污染物进行有效分解吸附，使单位面积污水净化效率大幅度提高，从而让净化后出水水质达到深度处理标准；本发明综合利用了人工湿地的各类形式，使污水多方向多次流动净化，净化时间充足，更好的利用基质的截留、过滤、吸附等作用，同时也容易克服垂直流易堵塞问题。

3、通过设置的微孔曝气管可解决水平潜流池氧补偿量小的问题，增加系统的氧含量。

4、通过设置的太阳能集热供电，使本发明处理方法不受季节温度的影响，不仅可以在春夏温度较高时运行，而且可以在秋冬季温度较低时正常运行，解决了北方冬季人工湿地处理效率降低的问题；还可以大幅降低成本，同时提高污水处理效率。

5、本发明与传统的人工湿地处理技术相比，采用上下式垂直复合结构，占地面积可以节约50％以上，单位面积处理效率可以提高60％以上，出水水质稳定。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是水平潜流湿地池的示意图；

图3是图2的俯视图；

图4是垂直流湿地池的示意图；

图5是布水管的示意图；

图6是微孔曝气管的示意图；

图7是垂直流湿地池的示意图；

图8是格栅的示意图；

图9是图8的俯视图；

其中，1、地坪面；2、预处理池；3、格栅；4、太阳能电池板；5、浅根系植物；6、布水管；7、垂直流人工湿地池的粗砂层；8、垂直流人工湿地池的人工混合层；9、砾石层；10、垂直流人工湿地池的泄流槽；11、尾水净水剂投料池；12、集水池；13、集水池内的污水泵；14、回流池内的污水泵；15、污水泵；16、潜水曝气机；17、回流池；18、水平潜流人工湿地池的泄流槽；19、水平潜流人工湿地池的粗砂层；21、水平潜流人工湿地池的人工混合层；22、粗砂层；23、导流隔板；24、污水泵；25、温室透光外壁；26、栅条；27、横向肋条；28、筛网；29、垂直流人工湿地池；30、水平潜流人工湿地池；31、布水主管；32、布水支管；33、入水处砾石区；34、出水处砾石区；35、微孔曝气管；36、水平潜流人工湿地池泄流槽底部的防水层；37、水平潜流人工湿地池泄流槽顶部的防水层；38、垂直流人工湿地池的防水层；39、垂直流人工湿地池的透水板；40、预置穴孔；41、柔性可塑防水填料。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见附图1，待处理的污水先流入预处理池2，预处理池2安置格栅3，以便过滤大块的漂浮物和悬浮物，减少后续处理产生的浮渣，保证污水处理设备的正常运行，还可以采取投放净水剂或重力沉淀法进一步对其进行预处理。经过预处理的污水通过污水泵24经布水管6流入垂直流人工湿地池29，通过阀门控制流速。布水管6设于垂直流人工湿地池表面，由布水主管31和布水支管32组成，呈“王”字结构，可使布水均匀。垂直流人工湿地池29基质从上到下由粗砂层7、人工混合层8和砾石层9组成，人工混合层8由沸石、蛭石、煤渣混配而成，配填入湿地池中时，按照上面密实下面疏松，上面颗粒细小，下面颗粒粗大的原则。其中优选粒径为蛭石0.2～1.5cm，沸石1.4～2.5cm，煤渣3～7cm，粗砂层粒径2～7mm，底层砾石直径为4～8cm。污水通过层层基质垂直渗透吸附一部分重金属污染物，生长于基质中的植物根系及微生物菌群的硝化能力重点去除氮氨类无机物，经过垂直流人工湿地池29处理后的污水中悬浮颗粒物含量急剧降低，但污水中的各有机污染物和重金属污染物无大量降低。

污水通过垂直流人工湿地池29后，通过池底的泄水槽10流入回流池17，回流池17为经过垂直流人工湿地池29处理后的污水汇集处，之后通过污水泵14将污水流入水平潜流人工湿地池30，以阀门控制流入速度。水平潜流人工湿地池设有地坪面下，这样有利于冬季保温，提高北方冬季工作效率。水平潜流池中主要配置多种富集植物，如芦苇、桃金娘、菖蒲、水葱等等，综合配置超富集植物，通过各类富集植物对于重金属污染物的强力吸收功能实现污水中重金属污染物的去除目的，同时在水平潜流人工湿地池中，会形成植物——微生物群生态系统，在基质与根系中会出现大量的优势微生物群，依靠微生物菌群可以进一步分解有机污染物与重金属污染物。水平潜流人工湿地池30中布设有基质和微孔曝气管35，由潜水曝气机16通过微孔曝气管33向水平潜流人工湿地池供氧进行微曝气。通常的水平潜流湿地主要依靠植物运输作用实现竖向氧气补偿，补偿量小，而本发明中垂直流湿地池本身已经可以增加氧气垂直渗透量，再利用回流池17与微曝气装置可以更加有效增加系统含氧量，提高植物根系及微生物菌群的反应净化效率，高效处理吸收重金属污染物、分解有机污染物。污水经过水平潜流人工湿地池30后，有机污染物和重金属污染物会大量降低，无机污染物也会进一步降低，经处理后的水会流入集水池12，集水池12可以监控污水处理效果，并设有污水泵13及管道，可使污水回流进行二次处理，处理后的中水可以循环使用，还可以利用尾水净水剂投料系统对集水池中中水进行生态恢复性处理后排放。尾水净水剂投料系统，采用由硅藻土、海泡石、荷叶、芦苇、沸石等纯天然物料研磨混配制成的生态环保复合水处理剂，具有沉淀污染物，还原水体自然性成分的特点，对经过处理且不回收利用的中水进行生态复原性处理，排入自然水系中不造成生态负担，可参见公开号CN101003401A《一种生态环保复合水处理剂》的专利。

参见附图1，本发明整个系统处于太阳能温室25中，太阳能电池板4挂于太阳能温室25外侧。环境温度较低时，太阳能温室25可以捕获太阳热能，提高室内温度，以保证水生植物在一年四季的正常生长，为微生物菌团提供良好的生存繁育环境；另一方面还可以转化太阳能，为潜水曝气机16提供工作动力，节约能源。如此可以解决通人工湿地污水处理技术在北方冬季寒冷情况下效率低下的问题。

参见附图2、附图3，水平潜流人工湿地池30的两侧为砾石区，其中一侧为入水处，另一侧为出水处，入水处砾石直径为8～15mm，出水处砾石直径为2～4cm，出水处砾石区34未填满由导水隔板23所围成的区域，出水处添加部分砾石可以有效的防制堵塞，便于水更好的排出。基质自上而下由粗砂层22、人工混合层21、粗砂层19组成，人工混合层21由沸石、蛭石、煤渣混配而成，配填入湿地池中时，按照上面密实下面疏松，上面颗粒细小，下面颗粒粗大的原则。其中优选粒径为蛭石0.2～1.5cm，沸石1.4～2.5cm，煤渣3～7cm，粗砂层粒径2～7mm。设置的导流隔板23使水流形成类似蛇形的通道，可以增加污水的处理效果。

参见附图4，垂直流湿地池29内栽植有浅根系植物5，该植物有富集作用，垂直流湿地池因在地表之上，所以选用的植物以浅根系或浮水植物为主，无机污染物处理能力强，同时兼具景观效果，如灯芯草、睡莲、千屈菜、花叶美人蕉等。污水经布水管6均匀流入垂直流人工湿地池29，最后通过垂直流人工湿地池29的泄流槽10上壁的透水板39汇入泄流槽，经过泄水管流入回流池17。垂直流人工湿地池的防水层38与透水板39均为方形蜂窝状结构，上面预留有穴孔以便使水平潜流湿地池的深根系植物的茎杆通过。其中防水层38为了防止正在处理的水直接流入水平潜流湿地池，同时为了保证植物正常的生长，应在穴孔和植物茎秆间敷设柔性可塑防水填料如塑胶等，不仅防止污水串池流通，还可尽量保证植物正常生长，不影响效率。透水板38因为上层有多层渗透过滤且直接接触的为大粒径的砾石，悬浮物少且直接接触的基质本身块大，不易堵塞，不需要特殊处理。

参见附图5，布水管6为类似于“王”字形的布水管，设有布水主管31与布水支管32。参见附图6，微孔曝气管优选为多孔PVC曝气管，其形状也类似于“王”字形。

参见附图7，垂直流人工湿地池的防水层为经过特殊处理的橡胶或塑胶类材料。预置孔穴40使深根系富集植物茎秆通过。

参见附图8、附图9，格栅由栅条26、横向肋条27、框架、筛网28组成，栅条可以预先阻挡过滤大块的悬浮物，如树枝、食品袋等，然后通过格栅后面的筛网进行进一步过滤。

在本发明的原理性试验中，曾分别针对保定市河道生活污水，某造纸厂污水和某电镀厂工业废水进行实验，获得实验数据如下：下述实施例中COD为化学需氧量，BOD为生化需氧量，SS为悬浮物，TP总磷。

表1

河道生活污水(单位mg/L)

	COD	BOD	SS	氮氨	TP	硫化物
							入水口	157	125	73.7	27.8	3.9	2.7
尾水投料后	19	7.8	3.3	6.1	0.21	0.18
							净化比率	87.90％	93.76％	98.93％	78.06％	94.62％	93.33％

表2

造纸厂污水(单位mg/L)

	COD	SS	硫化物	色度	挥发酚
						入水口	4800	1077	15.1	96	1.7
尾水投料后	58	27.7	0.4	12	0.16
						净化比率	98.79％	97.43％	97.35％	87.5％	90.59％

在造纸厂污水处理实验中因为污水中含的污染物水平太高，在第一次集水池抽检中，残留量很高，开启了回流再次处理功能之后，重复两次处理，使尾水达到了国家污水二级排放标准。表2中的单位位mg/L不包括色度的单位。

表3

电镀厂工业废水(单位mg/L)

	COD	Cr	Zn	Fe	Mn	SS	pH
								入水口	151	23.78	14.86	43.16	24.22	145	3.53
尾水投料后	2	0.9	0.6	0.7	0.5	8	6.9
								净化比率	98.68％	96.21％	95.95％	98.37％	97.94％	94.48％	-

在电镀厂污水处理实验中，污水中所含的重金属污染物水平较高，在第一次集水池抽检中，各重金属污染物的处理率虽然达到了70％左右，但含量仍未达到国家污水二级排放标准，开启了回流再次处理功能之后，重复两次处理，使尾水达到了国家污水二级排放标准。表3中的单位mg/L不包括pH的单位。

本发明出水水质好，且不会造成二次污染，可对于一些浓度比较大的污水进行二次处理，经二次处理后的污水合格后可进行循环使用，还可以进过生态恢复性处理后排入自然水系中，不会造成污染。

对所公开的实施方式的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种复合人工湿地污水处理方法，污水先经过预处理池处理，然后顺序流经垂直流人工湿地池与水平潜流人工湿地池，其特征在于：在污水经过水平潜流人工湿地池(30)处理后再通过设置的集水池(12)进行回流二次处理，集水池(12)内设置污水泵(13)，污水泵(13)通过阀门连通设于垂直流人工湿地池(29)上部的布水管(6)，集水池(12)通过管路连通水平潜流人工湿地池(30)的出水口；经过二次处理后的中水分两路，一路回收循环利用，另一路再流入尾水净水剂投料池(11)进行生态恢复性处理后达标排放，尾水净水剂投料池内投放有生态环保复合水处理剂。

2.根据权利要求1所述的复合人工湿地污水处理方法，其特征在于：所述垂直流人工湿地池(29)从上到下依次设有粗砂层(7)、人工混合层(8)、砾石层(9)，人工混合层(8)栽植有浅根系植物(5)，所述浅根系植物(5)有灯芯草、睡莲、千屈菜、花叶美人蕉；所述水平潜流人工湿地池(30)两侧设有砾石区，中间为基质区，基质区从上到下依次设有粗砂层(22)、人工复合层(21)、粗砂层(19)，人工混合层(21)栽植有深根系植物(31)，所述深根系植物(31)有芦苇、桃金娘、菖蒲、水葱；水平潜流湿地池(30)的基质区内设置的导流隔板(23)形成蛇形的水流通道；垂直流人工湿地池在上，水平潜流人工湿地池在下。

3.根据权利要求2所述的复合人工湿地污水处理方法，其特征在于：所述垂直流湿地池(29)与水平潜流人工湿地池(30)的人工混合层均由蛭石、沸石、煤渣按体积比比1～1.2∶1.4～1.8∶2.5～3.5混配而成，人工混合层厚度至少为20cm。

4.根据权利要求1所述的复合人工湿地污水处理方法，其特征在于：所述垂直流人工湿地池(29)流出的污水流入回流池(12)，然后再通过污水泵(13)的作用再流入水平潜流人工湿地池(30)；垂直流人工湿地池(29)下部设有泄流槽(10)，泄流槽(10)顶部设有透水板，泄流槽(10)底部设有防水层，水平潜流人工湿地池(30)底部设有泄流槽(18)，泄流槽(18)底部设有防水层，泄流槽(18)顶部位于水流末端的砾石区部位设有透水板。

5.根据权利要求4所述的复合人工湿地污水处理方法，其特征在于：所述回流池(17)内设有潜水曝气机(16)，潜水曝气机(16)借助微孔曝气管(为水平潜流人工湿地池供氧。

6.根据权利要求5所述的复合人工湿地污水处理方法，其特征在于：所述潜水曝气机(16)借助保温动力系统供能；保温动力系统包括太阳能温室(25)、设于太阳能温室外壁的太阳能电池板(4)。

7.根据权利要求1所述的复合人工湿地污水处理方法，其特征在于：所述生态环保复合水处理剂由纯天然物料硅藻土、海泡石、荷叶、芦苇、沸石研磨混配制成。

8.根据权利要求1所述的复合人工湿地污水处理方法，其特征在于：所述布水管(6)包括布水主管(31)与布水支管(32)，布水支管(32)沿布水主管(31)对称布置。

9.根据权利要求1所述的复合人工湿地污水处理方法，其特征在于：所述预处理池(2)内部设有格栅(3)。

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