CN101905944B - 复合型人工湿地污水污泥处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种复合型人工湿地污水污泥处理系统，它由三级池串联组成系统，一级为湿地沉淀池，二级为曝气池，三级为水平流湿地处理池。采用一级湿地沉淀池对污泥进行预处理，通过滤料对污泥中的SS进行截留、过滤、吸附、分解，减少污泥处理的臭味；增加二级曝气池主要是提供一个氨氮硝化的环境，曝气池降解有机物，进行硝化反应，同时给污水进行充氧；三级水平流湿地处理池是一个完全厌氧系统，进行过硝化反应的污水在水平流湿地系统中得到充分的厌氧处理，完成反硝化的过程，三级池串联组成系统共同作用，相辅相成。用生态、经济，使用天然的介质达到处理污水、污泥。

Description

复合型人工湿地污水污泥处理系统

技术领域

本发明涉及污水、污泥处理技术领域。 

背景技术

国内对污泥处理的方法主要是对污泥进行浓缩、消化、机械脱水、最终采用填埋或焚烧处置的一个过程。污泥浓缩主要是降低污泥中的空隙水，通常采用的是物理处理方法，包括重力浓缩法、气浮浓缩法、离心浓缩法等；污泥的消化有厌氧消化和好氧消化等；脱水主要使用机械脱水，污泥干化因为干化场受到地区、气候条件的限制很少被采用。也有人发明一种人工湿地污泥生物矿化生态系统，它是以一种单一的垂直流型湿地为基础的，而且布泥管分布在湿地表面，污泥系统表面会截留出污泥散发臭味、容易滋生蚊蝇，被截流的污泥剩余的污水不能得到很好处理而被排放。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种复合型人工湿地污水污泥处理系统，为了使剩余污泥处理无害化、生态化，而且剩余污泥中的污水同时也得到净化而达标排放，采用一级湿地沉淀池对污泥进行预处理，通过滤料对污泥中的SS进行截留、过滤、吸附、分解，减少污泥处理的臭味；增加二级曝气池主要是提供一个氨氮硝化的环境，曝气池降解有机物，进行硝化反应，同时给污水进行充氧；三级水平流湿地处理池是一个完全厌氧系统，进行过硝化反应的污水在水平流湿地系统中得到充分的厌氧处理，完成反硝化的过程，三级池串联组成系统共同作用，相辅相成。采用人工湿地池与瀑气池相结合的复合型污水污泥处理系统达到更佳效果，解决了污水处理只使用潜流型湿地处理时好氧不足，氨氮处理不完全的缺点。用生态、经济，使用天然的介质达 到处理污水、污泥。 

它还能减少污泥处理的程序，减少填埋污泥的占地面积，减少污泥处理添加化学药剂的使用，减少污泥处理的能耗。 

本发明的目的是这样实现的： 

一种复合型人工湿地污水污泥处理系统，它包括：湿地沉淀池、曝气池、湿地处理池，它由三级池串联组成系统，一级为湿地沉淀池，二级为曝气池，三级为水平流湿地处理池；一级为湿地沉淀池，首先将通常含水率98％-99％的污泥通过湿地沉淀池布水管分配到湿地沉淀池，湿地沉淀池布水管安装在湿地沉淀池底部，湿地沉淀池内分层回填填料A；集水区按照一定间距安装湿地沉淀池集水管，污水从湿地沉淀池底部上升流到顶部后被湿地沉淀池集水管进行收集，通过管道排入曝气池的底部；二级为曝气池，曝气池底部安装曝气系统，包括有风管、曝气管或者曝气头，曝气池中间段安装拦截网和填料B，曝气池的水自流到水平流湿地床体；三级为水平流湿地处理池，水平流湿地床体内布置填料C，填料C按水流方向分五段布置，分别为：布水段、核心处理段第一段、核心处理段第二段、核心处理段第三段、集水段，最后通过水平流湿地集水管排出去，水平流湿地集水管上安装通气管，水平流湿地床体内栽种湿地植物。 

所述的填料A为，湿地沉淀池底部回填30cm～40cm厚粒径为25mm～64mm的砾石，湿地沉淀池中间再回填70cm～80cm厚的沙粒级配混料，混料粒径为10mm～16mm，最后回填30cm～40cm厚的粒径为25mm～64mm的砾石。所述的填料B采用火山岩生物滤料，粒径10mm～16mm。所述的填料C为：布水段回填粒径在16mm～32mm的石灰石，核心处理段第一段回填粒径在10mm～16mm的白云石、石灰石，比例6∶4；核心处理段第二段回填粒径在5mm～10mm的草炭、细河沙、秸秆，比例3∶5∶2；核心处理段第三段回填粒径在10mm～16mm陶粒、石灰石，比例6∶4；集水段是回填粒径32mm～64mm石灰石。所述的湿地沉淀池，曝气池，水平流湿地处理池都采用钢砼结构。所述的湿地植物选用芦苇，根系有效深度1.5m。出水端设置水位调节井，当栽种湿地植物时调高水平流湿地处理池的水位。所述的布水管、集水管均为PVC-U管材，按照一定间距开孔，并且按照一定间距安装而成。 

本发明有以下优点和积极效果： 

1)减少污泥容积98.5％以上； 

2)投资成本低：其初始成本可与一台带式压滤机相同；但与压滤机不同的是，本系统是一个长久性的，仅需很少维护，可使用至少10年，一个污泥处理周期； 

3)操作成本低：本系统对人力和能源的需求很小； 

4)脱水稳定的，矿物质丰富的、低固体物含量的、微生物丰富的污泥沉淀物在其被清理出湿地沉淀池之前，经过了10年的处理和存储周期；这期间不滋生蚊蝇，无异味生成。 

5)可以将污泥中的污水处理到排放标准。处理后的出水经检测COD的去除率达到80％以上，SS的去除率达到90％以上。 

6)制造了很好的硝化和反硝化环境，去除氨氮效果较一般人工湿地效果好。 

7)所述的湿地沉淀池用通过砾石、沙砾级配石对通常含水率98％-99％的污泥截留、过滤、吸附、通过微生物对原始污泥的分解，通过湿地沉淀系统对原始污泥的排泄、蒸发后将其容积减少97％至99％； 

8)曝气池中间段安装拦截网和填料，填料主要采用火山岩生物滤料，火山岩生物滤料为天然蜂窝多孔材料，是菌胶团最佳的生长环境，无尖粒状，对水流阻力小，不易堵塞，布水布气均匀，表面粗糙，挂膜速度快，节能降耗的环保型填料； 

9)芦苇具有发达的根系，通过根系把从叶子得到的氧气传送给微生物种群，反过来微生物种群可使污染物降解。 

10)本发明的水平流填料铺装方式与其他潜流型湿地不同，本发明沿水流方向分段铺装，布水、集水段以及核心处理段，核心处理段分为三种混料形式，混料的粒径和比例为：水平流湿地核心处理第三段15填料回填粒径在10-16mm的白云石、石灰石，比例6∶4；水平流湿地核心处理第三段16填料回填粒径在5mm左右的草炭、细河沙、秸秆，比例3∶5∶2；水平流湿地核心处理第三段17填料回填粒径在10-16陶粒、石灰石，比例6∶4。 

根据实验数据，水平流湿地核心处理第三段15填料，出水P的浓度0.464mg/L，COD的去除率26.67％。水平流湿地核心处理第三段16填料，COD的去除率38.73％，SS去除率39.56％，氨氮的去除率36.50％。水平流湿地核心处理第三段17填料，COD的去除率20.63％，氨氮的去除率34.67％。 

附图说明

图1为本发明的俯视图； 

图2为本发明剖面结构示意图。 

具体实施方式

下面结合附图及实施例详细说明本发明。 

如图所示，它包括：湿地沉淀床体1，湿地沉淀池布水管2，湿地沉淀池集水管3，曝气池4，水平流湿地床体5、水平流湿地布水管6，水平流湿地集水7、湿地沉淀池砾石区8、湿地沉淀池沙砾级配区9、湿地沉淀池砾石区10、曝气池进水管11、曝气池曝气系统12、曝气池填料层13、水平流湿地布水段14、水平流湿地核心处理第一段15、水平流湿地核心处理第二段16、水平流湿地核心处理第三段17、水平流湿地集水段18、水平流湿地通气系统19、芦苇植物20。 

一种复合型人工湿地污水污泥处理系统，它包括：湿地沉淀池、曝气池、湿地处理池，它由三级池串联组成系统，一级为湿地沉淀池，二级为曝气池，三级为水平流湿地处理池；一级为湿地沉淀池，首先将通常含水率98％-99％的污泥通过湿地沉淀池布水管分配到湿地沉淀池，湿地沉淀池布水管安装在湿地沉淀池底部，湿地沉淀池内分层回填填料A；集水区按照一定间距安装湿地沉淀池集水管，污水从湿地沉淀池底部上升流到顶部后被湿地沉淀池集水管进行收集，通过管道排入曝气池的底部；二级为曝气池，曝气池底部安装曝气系统，包括有风管、曝气管或者曝气头，曝气池中间段安装拦截网和填料B，曝气池的水自流到水平流湿地床体；三级为水平流湿地处理池，水平流湿地床体内布置填料C，填料C按水流方向分五段布置，分别为：布水段、核心处理段第一段、核心处理段第二段、核心处理段第三段、集水段，最后通过水平流湿地集水管排出去，水平流湿地集水管上安装通气管，水平流湿地床体内栽种湿地植物。 

所述的填料A为，湿地沉淀池底部回填30cm～40cm厚粒径为25mm～64mm的砾石，湿地沉淀池中间再回填70cm～80cm厚的沙粒级配混料，混料粒径为10mm～16mm，最后回填30cm～40cm 厚的粒径为25mm～64mm的砾石。所述的填料B采用火山岩生物滤料，粒径10mm～16mm。所述的填料C为：布水段回填粒径在16mm～32mm的石灰石，核心处理段第一段回填粒径在10mm～16mm的白云石、石灰石，比例6∶4；核心处理段第二段回填粒径在5mm～10mm的草炭、细河沙、秸秆，比例3∶5∶2；核心处理段第三段回填粒径在10mm～16mm陶粒、石灰石，比例6∶4；集水段是回填粒径32mm～64mm石灰石。所述的湿地沉淀池，曝气池，水平流湿地处理池都采用钢砼结构。所述的湿地植物选用芦苇，根系有效深度1.5m。出水端设置水位调节井，当栽种湿地植物时调高水平流湿地处理池的水位。所述的布水管、集水管均为PVC-U管材，按照一定间距开孔，并且按照一定间距安装而成。 

填料的粒径和配比是经大量实验中优选来的：通过对不同比例的实验数据对比筛选，选出效果最显著的一组。 

实验数据如下： 

水平流湿地核心处理第一段15填料不同配比实验数据表 

序号	检测样品比例	出水P的浓度mg/L	COD的去除率％
				1	1∶9	2.415	17.56
2	2∶8	2.023	18.69
				3	3∶7	1.800	19.86
4	4∶6	1.382	21.57
				5	5∶5	0.782	24.25
6	6∶4	0.464	26.67
				7	7∶3	0.463	22.50
8	8∶2	0.463	21.90
				10	9∶1	0.462	21.50

综合数据分析，水平流湿地核心处理第一段15填料，第6组检测样品比例6∶4，出水P的浓度0.464mg/L，COD的去除率26.67％，去除效果优于其他比例。

水平流湿地核心处理第二段16填料段不同配比实验数据表 

综合数据分析，水平流湿地核心处理第二段16填料，第2组检测样品比例3∶5∶2，COD的去除率42.50％，SS去除率45.87％，氨氮的去除率40.30％，去除效果优于其他比例。 

水平流湿地核心处理第三段17填料不同配比实验数据表 

序号	检测样品比例	COD的去除率％	氨氮的去除率％
				1	1∶9	16.98	12.50
2	2∶8	17.50	13.36
				3	3∶7	17.28	19.68
4	4∶6	19.68	25.80
				5	5∶5	18.96	30.75
6	6∶4	20.63	34.67
				7	7∶3	20.62	29.58
8	8∶2	20.54	28.69
				10	9∶1	20.56	27.65

综合数据分析，水平流湿地核心处理第三段17填料，第6组检测样品比例6∶4，COD的去除率20.63％，氨氮的去除率34.67％，去除效果优于其他比例。

实施例1 

构建三个池体，见附图1、附图2，本发明包括湿地沉淀系统1、曝气池4、水平流湿地处理系统5。三个池体均采用钢砼结构，一级为湿地沉淀系统，用于沉淀污水处理过程中所产生的污泥，通过湿地沉淀系统排泄、蒸发、微生物分解将原始污泥的容积减少97％至99％，使用一定年限后，将湿地沉淀池的填料更换即可。首先将通常含水率98％-99％的污泥通过湿地沉淀池布水管2分配到湿地沉淀池，湿地沉淀池布水管2安装在湿地沉淀池1底部，湿地沉淀池底部回填30cm厚粒径为32mm左右的砾石8，湿地沉淀池中间再回填70cm厚的沙粒级配混料9，混料粒径为10-16mm，最后回填30mm厚的粒径为32mm左右的砾石10，集水区按照一定间距安装湿地沉淀池集水管3，所以污泥通过砾石层7、8、9进行截留、过滤、吸附、分解，污水从湿地沉淀池底部7上升流到顶部9后被湿地沉淀池集水管3进行收集，通过曝气池进水管11排入曝气池4的底部，曝气池底部安装曝 气系统12，包括风管、曝气管或者曝气头，曝气池中间段安装拦截网和填料13，填料主要采用火山岩生物滤料，粒径10mm-16mm范围内的，火山岩生物滤料为天然蜂窝多孔材料，是菌胶团最佳的生长环境，无尖粒状，对水流阻力小，不易堵塞，布水布气均匀，表面粗糙，挂膜速度快，节能降耗的环保型填料。曝气池的水在填料层停留3.5小时自流到水平流湿地床体5，通过水平流湿地布水管6均匀分布在床体内布水段14，布水段主要回填粒径在16-32mm的石灰石，水平流湿地为完全厌氧形式，污水在水平流湿地中的流态呈水平推流形式，流经水平流湿地核心处理第一段15、水平流湿地核心处理第二段16、水平流湿地核心处理第三段17，水平流湿地核心处理第一段15回填粒径在10-16mm的白云石、石灰石，比例6∶4；水平流湿地核心处理第二段16回填粒径在5mm左右的草炭、细河沙、秸秆，比例3∶5∶2；水平流湿地核心处理第三段17回填粒径在10-16陶粒、石灰石，比例6∶4；最后污水通过回填粒径32mm石灰石的集水段18进行收集，进入水平流湿地集水管7排出去，出水端设置水位调节井，用于栽种植物时调高水平流湿地的水位。水平流湿地集水管上安装通气管19，水平流湿地床体5内栽种芦苇20。水平流湿地的填料按照粗、稍粗、细、稍粗、粗的方式布置，布水段和集水段使用大粒径的石灰石，较好的布水和收集水，核心处理段白云石、石灰石都是含有大量的钙离子，能够沉淀去除污水中的磷元素，芦苇的根系亦可吸收一部分的磷元素转化为自身的营养物质；核心处理段陶粒比表面积大，容易挂膜，而且草炭秸秆和沙粒混料附着的大量的微生物可以分解掉污水中较大的有机污染物和COD。 

布水段主要是均匀布水，核心处理段主要是净化污水，集水段主要是均匀集水。 

本系统是处理污泥和污泥中的污水的系统；本系统采用曝气池+水平流湿地去除污水中的污染物；本系统不需要地势高差；本系统在湿地沉淀池表面采用的砾石，卵石的表面积光滑，挂膜难，我们不采用，活性碳造价高，反冲击成本昂贵，我们也不采用；本系统利用曝气池实现硝化，利用水平流实现反硝化。 

实施例2 

一种用于城镇污水处理厂的人工湿地污水污泥处理系统。 

该污水处理厂采用工艺生化预处理与潜流型人工湿地技术的组合工艺，生化预处理定一个星期排泥一次，排出的泥通过管道分配到 人工湿地污水污泥处理系统。 

该系统中湿地沉淀池设计尺寸长×宽×高为10m×50m×1.6m，曝气池设计尺寸长×宽×高为10m×1.5m×1.6m，水平流湿地处理系统设计尺寸长×宽×高为10m×50m×1.6m。 

湿地沉淀池底部回填40cm厚粒径为32mm-64mm的砾石，砾石层上部回填60cm厚的沙粒级配混料，混料粒径为10-16mm，最后回填40mm厚的粒径为32mm-64mm的砾石，布管形式为垂直流，设计水力停留时间2.1d。曝气池底部往上0.4m处安装曝气管，气水比5∶1，0.5m处安装拦截网，填料回填到1.0m处位置，填料主要采用粒径10mm-16mm范围内的火山岩生物滤料，出水管距池体1.2m；水平流湿地处理系统布水段10m×3m主要回填粒径在16-32mm的石灰石，核心处理分三段，第一段10m×10m回填粒径在10-16mm的白云石、石灰石，比例6∶4；第二段10m×24m回填粒径在5mm左右的草炭、细河沙、秸秆，比例3∶5∶2；第三段10m×10m回填粒径在10-16陶粒、石灰石，比例6∶4；最后集水段10m×3m污水通过回填粒径32mm石灰石，曝气池的出水进入水平流湿地进水端，通过推流形式，水力停留时间2.1d后通过集水端管道的收集排出，出水端设置水位调节井，用于栽种植物时调高水平流湿地的水位。 

处理后的出水经检测COD的去除率达到80％以上，SS的去除率达到90％以上。 

实施例3 

一种用于一个民俗旅游村生活污水处理的人工湿地污水污泥处理系统。 

该生活污水处理站采用A/O一体化设备与人工湿地技术的组合工艺，一体化设备内设污泥池，定期排泥，污泥排至小型人工湿地污水污泥处理系统。 

该系统只包括湿地沉淀池和水平流湿地处理系统，其中湿地沉淀池设计尺寸长×宽×高为5m×15m×1.6m，水平流湿地处理系统设计尺寸长×宽×高为5m×15m×1.6m。因为该处理站水量非常小，产生的剩余污泥量相对更少。湿地沉淀池底部回填30cm厚粒径为32mm-64mm的砾石，砾石层上部回填70cm厚的沙粒级配混料，混料粒径为10-16mm，最后回填40mm厚的粒径为32mm-64mm的砾石，布管形式为垂直流；水平流湿地处理系统布水段5m×3m主要回填粒径在16-32mm的石灰石，核心处理分三段，第一段5m×2m回填粒 径在10-16mm的白云石、石灰石，比例6∶4；第二段5m×5m回填粒径在5mm左右的草炭、细河沙、秸秆，比例3∶5∶2；第三段5m×2m回填粒径在10-16陶粒、石灰石，比例6∶4；最后集水段5m×3m通过回填粒径32mm石灰石。该系统湿地沉淀池设计水力停留时间3.15d，水平流湿地系统设计停留时间3.15d。 

处理后的出水经检测COD的去除率达到75％以上，SS的去除率达到90％以上。 

Claims (7)

1.一种复合型人工湿地污水污泥处理系统，它包括：湿地沉淀池、曝气池、湿地处理池，其特征在于：它由三级池串联组成系统，一级为湿地沉淀池，二级为曝气池，三级为水平流湿地处理池；

一级为湿地沉淀池，首先将通常含水率98％-99％的污泥通过湿地沉淀池布水管分配到湿地沉淀池，湿地沉淀池布水管安装在湿地沉淀池底部，湿地沉淀池内分层回填填料A；集水区按照一定间距安装湿地沉淀池集水管，污水从湿地沉淀池底部上升流到顶部后被湿地沉淀池集水管进行收集，通过管道排入曝气池的底部；

二级为曝气池，曝气池底部安装曝气系统，包括有风管、曝气管或者曝气头，曝气池中间段安装拦截网和填料B，曝气池的水自流到水平流湿地床体；

三级为水平流湿地处理池，水平流湿地床体内布置填料C，填料C按水流方向分五段布置，分别为：布水段、核心处理段第一段、核心处理段第二段、核心处理段第三段、集水段，最后通过水平流湿地集水管排出去，水平流湿地集水管上安装通气管，水平流湿地床体内栽种湿地植物。

所述的填料A为，湿地沉淀池底部回填30cm～40cm厚粒径为25mm～64mm的砾石，湿地沉淀池中间再回填70cm～80cm厚的沙粒级配混料，混料粒径为10mm～16mm，最后回填30cm～40cm厚的粒径为25mm～64mm的砾石。

2.根据权利要求1所述的一种复合型人工湿地污水污泥处理系统，其特征在于：所述的填料B采用火山岩生物滤料，粒径10mm～16mm。

3.根据权利要求1所述的一种复合型人工湿地污水污泥处理系统，其特征在于：所述的填料C为：布水段回填粒径在16mm～32mm的石灰石，核心处理段第一段回填粒径在10mm～16mm的白云石、石灰石，比例6∶4；核心处理段第二段回填粒径在5mm～10mm的草炭、细河沙、秸秆，比例3∶5∶2；核心处理段第三段回填粒径在10mm～16mm陶粒、石灰石，比例6∶4；集水段是回填粒径32mm～64mm石灰石。

4.根据权利要求1所述的一种复合型人工湿地污水污泥处理系统，其特征在于：所述的湿地沉淀池，曝气池，水平流湿地处理池都采用钢砼结构。

5.根据权利要求1所述的一种复合型人工湿地污水污泥处理系统，其特征在于：所述的湿地植物选用芦苇，根系有效深度1.5m。

6.根据权利要求1所述的一种复合型人工湿地污水污泥处理系统，其特征在于：出水端设置水位调节井，当栽种湿地植物时调高水平流湿地处理池的水位。

7.根据权利要求1所述的一种复合型人工湿地污水污泥处理系统，其特征在于：所述的布水管、集水管均为PVC-U管材，按照一定间距开孔，并且按照一定间距安装而成。

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