CN101863596A - 二级厌氧水平折流复合型人工湿地污水处理系统及其处理污水方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了水平折流复合型人工湿地污水处理系统，其特征在于：包括有依次串接的多级表面流型人工湿地格室以及多级潜流型人工湿地格室，各个格室之间设有隔离墙和不同的过水构造。串接的各类型各级人工湿地格室呈水平折流式排布，湿地格室的底面保持1％左右的纵坡。该实用新型可根据污水特点和处理要求灵活地进行不同类型湿地的多级组合，处理流程长，不易堵塞，具有广泛的适应性。污水可通过自流形式依次流经水平折流复合型人工湿地的各个处理格室，自行完成全部处理过程后排出。

Description

二级厌氧水平折流复合型人工湿地污水处理系统及其处理污水方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体属于二级厌氧水平折流复合型人工湿地污水处理系统及其处理污水方法。

背景技术

目前，我国市政污水的集中处理技术已经比较成熟，污水处理效率逐年增加。但是在广大的农村地区及城乡结合部，除了某些水源保护区的城镇式小区有简单的污水处理装置外，绝大部分处于放任自流的状态，未经任何处理就直接排入附近河流，对附近水体造成了严重的污染。

上述分散型污水有如下特点：1)污水水量日变化系数大：由于分散型污水的来源面积小，排水规律相近，导致污水的排放量日变化系数大，并且季节性变化明显。2)一般以生活污水为主要来源，污水的可生化性好，适宜采用生物法处理。上述分散型废水由于离城市市政管网较远，又由于污水排放量很小，如果接人市政管网，管道或提升设备的投资相当大，在广大的农村村镇几乎没有完善的排水管网。另外，村镇经济条件相对较差和技术力量也很薄弱。因此，对这类污水的处理不能沿用和照搬大中型规模城市污水处理工艺及设计参数。对于分散污水适宜采用分散型污水处理方式，近处理后排放或回用，可以节省大量的管道投资，而且运行方式灵活。

根据分散污水的特点，其处理工艺应具有以下特点：1)由于分散污水的水质水量变化大，处理工艺应具有较强的耐冲击负荷的能力。2)资金是制约污水处理的重要因素，要求所用处理工艺占地面积少、基建投资和运行费用低、能耗低；减少污水处理的附属设备，不需要投加药剂或投加药剂量少。3)由于从业人员的经验欠缺以及检测设备的缺乏，处理工艺应简便易行、运行稳定、维护管理方便。4)为保护周围生活环境，特别是对于生活小区和对旅游区的污水处理设施，还要求污水处理设施与周围景观协调。厌氧工艺、稳定塘和人工湿地是常用的污水生态处理工艺，具有基建和运行费用低、管理方便、还能产生一定的经济效益等优点。但现有的具体工艺在设计和运行方面还有很多缺点，如简单的厌氧处理不能达到排放要求、普通表面流人工湿地的短流问题、普通潜流型人工湿地的阻塞问题等使得处理效率难以保证。

发明内容

本发明的目的是提供一种二级厌氧水平折流复合型人工湿地污水处理系统及其处理污水方法，解决了常规生态处理工艺存在的问题，将厌氧处理工艺和人工湿地处理工艺相结合，其中厌氧单元采用二级厌氧处理，人工湿地系统采用水平折流复合型人工湿地，提高系统的处理效率，保证处理水水质。

本发明采用的技术方案如下：

二级厌氧水平折流复合型人工湿地污水处理系统，包括有依次串接的一级厌氧反应池、二级厌氧反应池、水平折流复合型人工湿地。一级厌氧反应池、二级厌氧反应池底部呈锥形，一级厌氧反应池的侧壁上分别开有进水口、出水口，进水口高于出水口至少10cm，一级厌氧反应池内设有隔墙，隔墙的下部开有数个花格状的过水孔；所述二级厌氧反应池的进水口与一级厌氧反应池的出水口连接，二级厌氧反应池的出水口与水平折流复合型人工湿地的污水进口连接，其有依次串接的多级表面流型人工湿地格室以及多级潜流型人工湿地格室，各个格室之间设有隔离墙和不同的过水构造，第一级表面流型湿地格室的首端开有污水进口，其与污水的排出口或其他污水处理单元的末端相连接，各级表面流型湿地格室之间的隔离墙过水处顶部设有溢流堰，其对应中下部设有多排过水孔，最后一级表面流型湿地格室与第一级潜流型湿地格室的隔离墙过水处顶部设有溢流堰，各级潜流型湿地格室之间的隔离墙过水处的中下部设有多排过水孔，末级的潜流型湿地格室开有排水口；串接的各级人工湿地格室呈水平折流式排布，湿地格室的底面保持1％左右的纵坡；各级表面流型人工湿地格室的水面上种植吸收污染物能力强并具有一定经济价值的浮水植物；各级潜流型人工湿地格室可根据季节变化、污水水质特征等分别选择栽种不同的湿地植物。

利用污水处理系统处理污水的方法，包括以下步骤：

1)、将一级厌氧反应池的进水口与污水排出口相连接，一级厌氧反应池的进水口处设置格栅，以去除粗大悬浮物。一级厌氧反应池内有厌氧性微生物，保持污水的停留时间为5～7天，以产酸阶段为主；

2)、污水通过管道从一级厌氧反应池引入到二级厌氧反应池的污水水面以下直至二级厌氧反应池底部的变坡点处，保持污水的停留时间为3～5天，以碱性消化阶段为主；

3)、经厌氧处理后的污水依次进入水平折流复合型人工湿地各格室内，首先进入表面流型人工湿地各级格室，其水面上种植吸收污染物能力强并具有一定经济价值的浮水植物；然后进入潜流型人工湿地各级格室，可根据季节变化、污水水质特征等分别选择栽种不同的湿地植物，水平折流复合型人工湿地的水力停留时间一般为2～3天，其中基质材料的组成多为复合型材料，基质采用分层填筑。

与已有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、前置厌氧预处理单元不仅能够承受较高的有机负荷，而且动力消耗少，污泥产率低，可以极大地降低有机物浓度和节省费用。二级厌氧分设在不同的反应器内，可保证各反应阶段的优势微生物种属和相应的反应条件。

2、后置人工湿地处理单元保证出水水质。人工湿地处理工艺是一种生态处理技术，其基质和植物根系上富集了大量微生物，通过微生物、植物和基质的共同作用可以进一步处理净化水质，是高效的终端处理工艺。

3、水平折流复合型人工湿地将传统单一的人工湿地分割成首尾相连的格室串联式结构，水流在湿地内整体上呈水平折流式推流形式，可以占用较少的土地面积，最大限度地延长污水在人工湿地的处理流程，同时可根据各格室污染负荷的特点有针对性地分段选填基质和选种不同的湿地植物，达到最优化处理效果。

4、水平折流复合型人工湿地将传统单一的人工湿地模式改造设计成了在同一人工湿地中同时包含表面流型和潜流型两种类型的复合型模式，即前部分为表面流型人工湿地，其第1级格室前端直接与污水的排出口或者其他污水处理单元的末端相连接，后部分为潜流型人工湿地，这样一方面避免了常规湿地的进水端由于悬浮物含量高，非常容易产生堵塞的问题，另一方面可以种植吸污能力强并具有一定经济价值的浮水植物如浮萍、水葫芦，后端格室的潜流型湿地，发挥基质的吸附和作物的吸收作用进一步去除污染物，达到精深处理的目的。

5、整个工艺系统设计灵活性、适应性广：可以根据各阶段污水的水质特点和实际场地情况，灵活地设置厌氧处理单元中厌氧池尺寸和人工湿地处理单元中人工湿地的类型、表面流型人工湿地部分和潜流型人工湿地部分的大小、格室的个数、大小以及各格室选填基质和选种植物，达到最佳组合，实现最佳处理效果。

6、根据地势，整个污水处理系统可建成自流式无动力系统，或坡度不允许的情况下，仅需通过水泵一次提升，然后通过自流形式完成整个处理过程；在前期投资建设方面花费、占用面积少，在使用运行阶段运行、维护费用低，耗能低、效率高，在全国中小城镇及农村地区具有重大的推广价值。

附图说明

图1为本发明二级厌氧水平折流复合型人工湿地污水处理系统的结构示意图。

图2为本发明二级厌氧水平折流复合型人工湿地污水处理系统的俯视图。

图3为本发明的一级厌氧反应池的结构示意图。

图4为本发明的一级厌氧反应池的隔墙的结构示意图。

图5为本发明的二级厌氧反应池的结构示意图。

图6为本发明的各级表面流型人工湿地格室间的隔离墙示意图。

图7为本发明的表面流型人工湿地格室和潜流型人工湿地格室的隔离墙示意图。

图8为本发明的各级潜流型人工湿地格室间的隔离墙示意图。

具体实施方式

参见附图，二级厌氧水平折流复合型人工湿地污水处理系统，包括有依次串接的一级厌氧反应池1、二级厌氧反应池2、水平折流复合型人工湿地3，一级厌氧反应池1、二级厌氧反应池2底部呈锥形，一级厌氧反应池1的侧壁上分别开有进水口4、出水口5，进水口4高于出水口5至少10cm，进水口处设格栅6，一级厌氧反应池1内设有隔墙7，隔墙7的下部开有数个花格状的过水孔8；二级厌氧反应池2的进水口9与一级厌氧反应池的出水口5连接，二级厌氧反应池2的出水口与人工湿地3的污水进口连接，水平折流复合型人工湿地3包括有依次串接的多级表面流型湿地格室10以及多级潜流型湿地格室11，各个格室之间隔有隔离墙12，第1级表面流型湿地格室的首端开有污水进口13，污水进口13与二级厌氧处理单元的末端相连接。各级表面流型人工湿地格室间的隔离墙过水处的顶部设有溢流堰14，其对应中下部开有多排过水孔15；表面流型人工湿地格室和潜流型人工湿地格室间的隔离墙过水处的顶部设有溢流堰14；各级潜流型人工湿地格室间的隔离墙过水处中下部开有多排过水孔15。最后一级的潜流型湿地格室设有排水口16；串接的各级人工湿地格室在整体上呈水平折流式排布，湿地格室的底面保持1％左右的纵坡。各级表面流型人工湿地格室的水面上种植吸收污染物能力强并具有一定经济价值的浮水植物，如浮萍、水葫芦等。各级潜流型人工湿地格室可根据季节变化、污水水质特征等分别选择栽种不同的湿地植物，如香根草、风车草、黑麦草、美人蕉等。

依据权利要求1所述污水处理系统处理污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、将一级厌氧反应池的进水口与污水排出口相连接，一级厌氧反应池的进水口处设置格栅，以去除粗大悬浮物。一级厌氧反应池内有厌氧性微生物，保持污水的停留时间为5～7天，以产酸阶段为主；

2)、污水通过管道从一级厌氧反应池引入到二级厌氧反应池的污水水面以下直至二级厌氧反应池底部的变坡点处，保持污水的停留时间为3～5天，以碱性消化阶段为主；

3)、污水依次进入水平折流复合型人工湿地各格室内，首先进入表面流型人工湿地各级格室，然后进入潜流型人工湿地各级格室，各级表面流型人工湿地格室的水面上种植吸收污染物能力强并具有一定经济价值的浮水植物，如浮萍、水葫芦等。各级潜流型人工湿地格室可根据季节变化、污水水质特征等分别选择栽种不同的湿地植物，如香根草、风车草、黑麦草、美人蕉等，人工湿地保持水力停留时间一般为2～3天，人工湿地处理单元中基质材料的组成多为复合型材料，基质采用分层填筑。

二级厌氧水平折流复合型人工湿地污水处理工艺系统(图1、图2)包括格栅、厌氧处理单元、人工湿地处理单元等几个部分组成，其中主体处理部分，即厌氧处理单元和人工湿地处理单元，都在常规工艺设计的基础上进行了改进。

厌氧处理单元：该单元的作用是厌氧的条件下利用兼性细菌与厌氧菌降解有机物，同时还具有去除污水中大量的悬浮物质、调节水量、均化水质的作用，增强系统耐冲击负荷的能力。该处理单元设计了两座厌氧反应池，这样有利于在不同的厌氧池内控制不同的工况条件，形成不同的微生物优势种属，达到最佳处理效果。

人工湿地处理单元：首先，与传统的人工湿地的平面水流径直从进水口流到出水口的平面水流形式不同，该发明中人工湿地内平面水流整体上呈水平折流式推流形式，这是通过将人工湿地处理单元分割成多个格室，相邻格室首尾串联的构造设计来实现的(图2)。与传统的人工湿地相比，该设计可以占用较少的土地面积，最大限度地延长污水在人工湿地的处理进程，避免水的短流，同时可根据各格室污染负荷的特点分段选填基质和选种不同的湿地植物，达到最优化处理效果。

其次，将传统单一的人工湿地模式改造设计成了在同一人工湿地处理单元中同时包含表面流型和潜流型两种类型的复合型模式即人工湿地处理单元中前端格室为表面流型人工湿地，直接与厌氧处理单元相连接，后端格室为潜流型人工湿地，与前部分的表面流型人工湿地的尾部相连接。这样一方面避免了常规潜流湿地的进水端由于悬浮物含量高，非常容易产生堵塞的问题，另一方面可以种植吸污能力强的浮水植物如水葫芦；后端格室设计为潜流型湿地，发挥基质的吸附和作物的吸收作用去除污染物。

各处理单元结构物均可采用砖砌结构，内外墙体涂刷防渗水泥，各处理单元间采用塑料PVC管相连并配备阀门调节流量。各处理单元在高程布置上可依地势逐渐降低，这样整个系统均不需要动力费用。如果自然的坡度不够，可通过水泵将经过格栅过滤后的源污水抽入一级厌氧池，或将一级厌氧池水通过水泵抽入二级厌氧池，后续的过程均采用自流的形式完成处理过程。人工湿地处理单元中各格室的坡底一般设计成1％的纵坡，相互连接，这样在无需外界动力的情况下，依靠水体自身重力，自动依次流经各个格室，完成整个人工湿地处理过程。

一级厌氧反应池(如图3)中各种微生物(产酸菌、产氢气乙酸菌、产甲烷菌等)通过水解酸化等反应分解和降解污水中的有机物、小分子的氨基酸降解为甲烷、大分子的蛋白质降解为小分子有机酸和沼气，以产酸阶段为主。一级厌氧反应池直接与污水的排出口相接，在其入口处安装孔径＜1cm的钢制筛网，过滤去除较大悬浮物，保证后续处理单元能正常运行。一级厌氧反应池厌氧停留时间(HRT)一般为5～7天。一级厌氧反应池长宽比例要适中，以4∶3或5∶3为最合适比例，一般不要超过2∶1，深度大于2m，从池底呈呈锥状结构(便于储积污泥)，在其中间位置采用砌砖的方法，将厌氧池一平均一分为二，在底部向上0.5m处平均每间隔一砖的长度空留一砖大小的花格过水孔(如图4)，这样可以防止短流，保证污水在厌氧池中的停留时间，充分进行厌氧反应，部分悬浮物也可以沉淀下来。如果全系统采用自流形式，一级厌氧反应池中的进水和出水口在高程上至少相差10cm，形成水位高差，便于污水在无需外动力的情况下，可以依靠自身重力自动地从一级厌氧反应池进入到二级厌氧反应池。

二级厌氧反应池(如图5)主要进行进一步厌氧反应，主要是厌氧反应的第二阶段即：产乙酸产甲烷阶段。二级厌氧反应池的HRT一般为3～5天，其结构与一级厌氧反应池结构类似。从一级厌氧反应池引入二级厌氧反应池的PVC直接伸入到厌氧池二的污水水面下至二级厌氧反应池的变坡点处，这样可以让进入的污水与池底的污泥充分混合接触，增强处理效果。

厌氧处理池根据具体情况，可全部或部分埋在地下，便于冬季保温。厌氧池内污泥要定期清理，一般半年左右排一次污泥。这些污泥都是优质的肥料，可以回收利用，在农村有广阔的应用天地。在每个厌氧反应池顶部要预留一直径约为60～80cm左右的孔，供维修时使用，平时盖好窨井盖。

人工湿地处理单元是由基质、植物和微生物构成的的综合污水处理系统，通过物理沉积和截留、化学反应、生化反应等作用可以有效地去除污水中的悬浮物、有机物、氮、磷和重金属等，是整个处理系统的最后终端，在整个污水处理工艺系统中发挥着重要作用。

在本工艺系统中将传统单一人工湿地模式改造设计成了水平折流复合型人工湿地。首先，将传统单一人工湿地模式改造设计成了在同一人工湿地中同时包含表面流型和潜流型两种类型的复合型模式人工湿地，即前部分为表面流型人工湿地，直接与污水的排出口或者其他污水处理单元的末端相连接(直接与污水的排出口相连接时，注意设置格栅装置，过滤去除较大的悬浮物)，后部分为潜流型人工湿地，与前部分的表面流型人工湿地的尾段相连接。其次，两种类型的人工湿地部分又分别分隔成多个格室(根据污水的水质特点和实际场地情况，调整格室个数、宽度和长度)，格室呈长形(长宽比大于2，宽1～5米，深1～1.5米)，各个格室之间设有隔离墙，隔离墙过水部分设在上一级格室末端，其宽度为W/2～W/3(W：格室宽度)，包括溢流堰和过水孔两种形式。溢流堰设在隔离墙过水部分的顶部，溢流堰高度为湿地高度的h/2～2h/3；过水孔设在隔离墙过水部分的中下部，均匀布设于距池底h/5～h/2(h：格室隔离墙高度)范围内，过水孔穿孔大小、间距及排数取决于处理流量、水质情况和水力停留时间等因素，建议过水孔总面积为过水断面面积(即隔离墙末端设置过水孔部分的断面面积)的20％左右。过水孔可采用墙体内埋设PVC管或在墙体内直接开设穿孔等形式。在表面流型人工湿地处理部分污水通过隔离墙的过水孔和溢流堰从上一级格室进入下一级格室；然后，污水通过隔离墙过水处的溢流堰从最后一级的表面流型人工湿地格室进入第1级潜流型人工湿地处理格室；在潜流型人工湿地处理部分污水通过隔离墙过水处的过水孔从上一级格室进入下一级格室。各格室首尾连通、顺次连接，因此整体上呈现水平折流式推流结构。人工湿地处理单元每一格室按水流方向保持1％的纵坡，污水可通过自流形式，流经各个格室，直至完成整个处理过程。待处理的污水经PVC管进入系统中的表面流型人工湿地部分，PVC管埋至深度距人工湿地反应池池底h/3～h/2(h：人工湿地反应池墙体高度)，出水端PVC管埋至深度距人工湿地反应池池底h/6～h/5。

污水在水平折流复合型人工湿地的水力停留时间一般为2～3天。人工湿地中基质对废水处理效果也有很大的影响，一般基质材料的组成多为复合型材料。基质是分层填筑的，每层填筑时的纵坡与人工湿地池底纵坡保持一致。在潜流型湿地的首末端、第1级表面流型湿地的首段及最后一级表面流型湿地的末端约20cm宽的垂直面上铺设粒径2～5cm的砾石，主要起拦截填料和悬浮物的作用。

水平折流复合型人工湿地中所选种的植物对污水处理效果有较大的影响。在水平折流复合型人工湿地中可以根据季节变化、污水水质的特征，分别在各隔室中选种不同的植物。在前部分的潜流型人工湿地部分可以选种吸收污染物能力强并具有一定经济价值的浮水植物如浮萍、水葫芦等，在后部分的表面流型人工湿地部分可以选种香蒲、风车草、黑麦草、美人蕉等。

水平折流复合型人工湿地采用砖砌结构，并进行防渗处理。

在本明改造后的水平折流复合型人工湿地中可以根据污水的水质特征和实际场地情况，灵活地设置人工湿地的类型、表面流型人工湿地部分和潜流型人工湿地部分的大小、潜流型人工湿地部分中各格室的个数、大小以及各部分选填的基质和选种的植物。

Claims (2)

1.二级厌氧水平折流复合型人工湿地污水处理系统，其特征在于：包括有依次串接的一级厌氧反应池、二级厌氧反应池、水平折流复合型人工湿地。一级厌氧反应池、二级厌氧反应池底部呈锥形，一级厌氧反应池的侧壁上分别开有进水口、出水口，进水口高于出水口至少10cm，一级厌氧反应池内设有隔墙，隔墙的下部开有数个花格状的过水孔；所述二级厌氧反应池的进水口与一级厌氧反应池的出水口连接，二级厌氧反应池的出水口与水平折流复合型人工湿地的污水进口连接，其有依次串接的多级表面流型人工湿地格室以及多级潜流型人工湿地格室，各个格室之间设有隔离墙和不同的过水构造，第一级表面流型湿地格室的首端开有污水进口，其与污水的排出口或其他污水处理单元的末端相连接，各级表面流型湿地格室之间的隔离墙过水处顶部设有溢流堰，其对应中下部设有多排过水孔，最后一级表面流型湿地格室与第一级潜流型湿地格室的隔离墙过水处顶部设有溢流堰，各级潜流型湿地格室之间的隔离墙过水处的中下部设有多排过水孔，末级的潜流型湿地格室开有排水口；串接的各级人工湿地格室呈水平折流式排布，湿地格室的底面保持1％左右的纵坡；各级表面流型人工湿地格室的水面上种植吸收污染物能力强并具有一定经济价值的浮水植物；各级潜流型人工湿地格室可根据季节变化、污水水质特征等分别选择栽种不同的湿地植物。

2.依据权利要求1所述污水处理系统处理污水的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)、将一级厌氧反应池的进水口与污水排出口相连接，一级厌氧反应池的进水口处设置格栅，以去除粗大悬浮物。一级厌氧反应池内有厌氧性微生物，保持污水的停留时间为5～7天，以产酸阶段为主；

2)、污水通过管道从一级厌氧反应池引入到二级厌氧反应池的污水水面以下直至二级厌氧反应池底部的变坡点处，保持污水的停留时间为3～5天，以碱性消化阶段为主；

3)、经厌氧处理后的污水依次进入水平折流复合型人工湿地各格室内，首先进入表面流型人工湿地各级格室，其水面上种植吸收污染物能力强并具有一定经济价值的浮水植物；然后进入潜流型人工湿地各级格室，可根据季节变化、污水水质特征等分别选择栽种不同的湿地植物，水平折流复合型人工湿地的水力停留时间一般为2～3天，其中基质材料的组成多为复合型材料，基质采用分层填筑。

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