CN101880089A

CN101880089A - 一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置

Info

Publication number: CN101880089A
Application number: CN2010102299594A
Authority: CN
Inventors: 王艳; 马邕文; 舒朝会; 万金泉; 郭文杰
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2010-11-10

Abstract

本发明涉及一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置，包括池体(2)、置于池体内的填料、种植于填料表层的挺水植物以及将池体分隔成多个单元的导流墙(6)，导流墙(6)设有过水孔。使上下水层得以混合交换，改变了传统人工湿地的水流条件，增加水流在湿地床内的流动曲折性，延长了污水流程，增加了污水与基质的接触时间，同时也可防止湿地床内的“短流现象”，提高了湿地床的利用效率；本发明还采用了对氮、磷降解效率比较高的高炉渣和石灰石、碎石等基质替代砾石填充床体，根据各填料的不同级配配置，既能使床体的孔隙率提高，防止湿地的堵塞问题，又实现了氮、磷的高效率去除。

Description

一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置。

背景技术

随经济发展和社会进步，点源污染已得到有效控制和治理，但随城市规模进一步扩大的同时，城市降雨径流污染已成为仅次于农业非点源污染的第二大非点源污染，由其所带来的面源污染导致的城市周围水体水质恶化的现象越来越突出。由于我国城市化水平发展进程的加快，透水的面积比例也越来越小，由暴雨径流产生的突发性、冲击性强的城市面源污染已成为受纳水体水环境污染的主要来源之一。城市降雨径流中含有大量污染物，初期径流产生的污染负荷远高于城市生活污水。

目前降雨径流的处理方法主要为采用多种形式的初期雨水弃流装置弃流初期雨水，再经过筛网格栅后，进行混凝沉淀及过滤等处理。需单独修建占地设施、加剧用地压力，还存在技术要求高，能耗大、运行管理复杂等诸多问题。

利用人工湿地处理雨水径流是近年来发展起来的新型雨水处理技术。至20世纪70年代第一个完整的人工湿地(Constructed Wetland)在西德建成后，人工湿地技术在欧洲、美国及世界各国得到了迅速发展，主要用于处理市政、工业和农业废水。对于农业面源污染、城市或公路径流等非点源污染的治理方面近年来也大量采用该技术，在美国、德国、英国等发达国家，人工湿地技术得到政府的大力支持，并已成为国际上解决暴雨径流污染的主要手段。目前国内虽然对人工湿地技术有一定的试验研究，但针对该技术应用于雨水径流的处理上还相对较少。

人工湿地去除污染物的机理是极其复杂的，利用系统中基质、植物、微生物的物理、化学、生物的三者协同作用，主要通过基质的过滤、吸附、沉淀和离子交换，植物的拦截吸收，以及微生物的吸附降解等作用实现对污水的高效净化。

人工湿地技术投资少、运行费用低、管理简便，起到改善生态环境的耐冲击负荷强和具有美学价值等优点。目前使用的人工湿地主要分为三类：表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地。三类湿地均有各自突出的优点，但同时也存在不足之处，如表面流湿地充氧能力强，且具有较好的硝化效果，但占地面积较大，水力负荷较小，污染物去除能力有限，系统的运行受气候影响较大，夏季易滋生蚊蝇；水平潜流人工湿地能承受较大的水力负荷，受气温影响较小，卫生条件好，但造价较高，且控制相对复杂；垂直潜流人工湿地充氧效果最强，硝化能力强，适合处理氨氮含量高的污水，但处理有机物能力欠佳，建造要求高，控制复杂，且极易发生填料的堵塞现象。针对传统人工湿地技术中存在的上述问题，本发明提出了一种折流式人工湿地处理低浓度面源污染的方法，以期解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置，该折流式人工湿地在现有潜流人工湿地的基础上，为了克服现有技术中湿地床利用率不高、对氮磷去除率不高等方面的不足，试图增加湿地床的利用率，提高人工湿地的污水处理率，从而达到减少占地面积和降低水力停留时间，同时减少堵塞的目的。

本发明目的通过以下技术方案来实现：

一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置，包括池体2、置于池体内的填料、种植于填料表层的挺水植物以及将池体分隔成多个单元的导流墙6，所述导流墙6设有过水孔。

所述过水孔设在相邻导流墙6的对角位置。

例如；过水孔设置在导流墙的左下角，相邻倒流墙就要在右上角设置过水孔；

如果过水孔设置在导流墙的右下角，相邻导流墙就要在左上角设置过水孔。

所述过水孔的长为导流墙底面的长的1/2，过水孔的的高与导流墙高之比例为1∶7。本发明过水孔的尺寸可以保证水流的流向是沿左-右-左交替进行的，折流效果好。

所述填料自上至下依次为粘土层3、高炉渣和石灰石的混合层4以及碎石层5。

所述挺水植物为风车草、菖蒲和春芋，平均种植密度为10株/m²。

所述粘土层3、高炉渣和石灰石混合层4和碎石层5的厚度比为3∶5∶2，碎石粒径为20～30mm，高炉渣粒径为10～20mm，石灰石粒径为15～20mm。

所述单元的长宽比为2∶1～4∶1，深度为0.7～1.1m。

所述低浓度面源污染为城市降雨径流、COD浓度低于300mg/L的低浓度生活污水或农业面源污染。利用本发明折流式人工湿地装置处理低浓度面源污染的方法，包括以下步骤：

(1)低浓度面源污染首先经过调节池除去悬浮颗粒物质，用水泵提升后进入水箱，

(2)再沿配水管进入所述的折流式人工湿地装置，折流式人工湿地装置的导流墙将湿地填料床分隔为多个单元，水流沿导流墙流经各个单元至出水口。

通过导流墙的设计，使得水流曲线实现交替的上向流和下向流，使上下水层得以混合交换，改变了传统人工湿地的水流条件，增加水流在湿地床内的流动曲折性，延长了污水流程，增加了污水与基质的接触时间，同时也可防止湿地床内的“短流现象”，提高了湿地床的利用效率。

本发明要点在于：该折流式人工湿地本体装填于池体例如有机玻璃容器中，采用对氮、磷吸附降解率较高的高炉渣和石灰石为填料主要成分(占填料总体积的50％以上，同时添加粘土、碎石等常见人工湿地填料)；填料床中设置导流墙，实现水流的上下折流，延长污水与基质的接触时间，提高湿地床利用效率；湿地植物选择对氮、磷去除效果较好的风车草、菖蒲、春芋等挺水植物。人工湿地单元床的长宽比为2∶1～4∶1，深度为0.7～1.1m。

导流墙垂直于填料床，将填料床平均的分成几个相同的单元床，分别在各面导流墙的左下—右上—左下部设置二分之一长度的过水孔，导流墙的该种设置形式迫使水流沿导流墙方向形成上下—水平的复合流动，形成了水流的折流式流动，延长了污水与基质的接触时间，从而提高了湿地床的利用效率。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

(1)导流墙的设置使水流沿导流墙方向分别形成交替的上向流和下向流，使上下水层得以混合交换，改变了传统人工湿地的水流条件，形成上下--水平复合型折流湿地；

(2)因采用折流式的水流途径，延长了污水流程，增加了污水与基质的接触时间，同时也可防止湿地床内的“短流现象”，提高了湿地床的利用效率；

(3)有高孔隙率的高炉渣和石灰石、碎石等基质替代传统的砾石填料，既提高了湿地床的孔隙率，又提高了对氮、磷的去除率。

附图说明

图1本发明实施例系统示意图；

图2折流式人工湿地结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例进一步详细描述本发明。

折流式人工湿地处理低浓度面源污染降雨径流的方法，如图1所示，降雨径流首先经过调节池，除去雨水中的悬浮颗粒物质，用水泵提升进入高位水箱，再沿配水管进入折流式人工湿地系统。

在本实施例中，一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置，包括池体2、置于池体内的填料、种植于填料表层的挺水植物以及3个导流墙6将池体分隔成4个单元，导流墙6设有过水孔。

如图2所示，所述导流墙6设有3个，在靠近进水的导流墙6的左下方设有过水孔，相邻导流墙的右上方设有过水孔，再下一个导流墙的左下方设有过水孔，依次交替，过水孔的长度为导流墙底边长的1/2，过水孔的高度为导流墙高的1/7。

还包括出水管7，所述出水管7设置在与进水的单元相距最远的第四个单元的池体侧壁。

所述填料自上至下依次为粘土层3、高炉渣和石灰石的混合层4、碎石层5。

池底碎石层(d＝30mm)为15cm，优选其上铺5cm厚的粗沙。再上为25cm厚的高炉渣和石灰石(d＝20mm)混合层，最上层为10cm粘土层。碎石粒径为30mm，高炉渣粒径为20mm，石灰石粒径为20mm。

在表层混合种植风车草、菖蒲、春芋等适合中国南方地区，且对氮、磷的降解效果较好的挺水植物，平均种植密度为10株/m²。

该折流式人工湿地在运行中，按照不同的水力停留时间(HRT＝1、2、3d)运行，期间让系统处于交替的放干和运行期，以模拟雨季和晴天的运行状况。该系统采用恒定流速进水，水力负荷为0.5～1m³/m²·d。

该折流式人工湿地对氮、磷的去除率可以达到80.3％和82.1％，而传统人工湿地的去除率仅有50～60％，因此，该折流式人工湿地系统提高了湿地床利用效率，在要求出水水质相同的情况下，可大大减少占地面积。折流式人工湿地系统进出水各指标及去除率指标如表1所示。

表1

Claims

1.一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置，其特征在于，包括池体(2)、置于池体内的填料、种植于填料表层的挺水植物以及将池体分隔成多个单元的导流墙(6)，所述导流墙(6)设有过水孔。

2.根据权利要求1所述的一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置，其特征在于，所述过水孔设在相邻导流墙(6)的对角位置。

3.根据权利要求1所述的一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置，其特征在于，所述过水孔的长为导流墙底面的长的1/2，过水孔的的高与导流墙高之比例为1∶7。

4.根据权利要求1-3之一所述的一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置，其特征在于，所述填料自上至下依次为粘土层(3)、高炉渣和石灰石的混合层(4)以及碎石层(5)。

5.根据权利要求1-3之一所述的一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置，其特征在于，所述挺水植物为风车草、菖蒲和春芋，平均种植密度为10株/m²。

6.根据权利要求1-3之一所述的一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置，其特征在于，所述粘土层(3)、高炉渣和石灰石混合层(4)和碎石层(5)的厚度比为3∶5∶2，碎石粒径为20～30mm，高炉渣粒径为10～20mm，石灰石粒径为15～20mm。

7.根据权利要求1-3之一所述的一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置，其特征在于，所述单元的长宽比为2∶1～4∶1，深度为0.7～1.1m。

8.根据权利要求1-3之一所述的一种处理低浓度面源污染的折流式人工湿地装置，其特征在于，所述低浓度面源污染为城市降雨径流、COD浓度低于300mg/L的低浓度生活污水或农业面源污染。