CN101913730A - 人工湿地污水处理方法及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种人工湿地污水处理方法及其系统。该人工湿地污水处理系统，包括依序连通的格栅调节池、串联式生化池及垂直流人工湿地；该格栅调节池，用于过滤悬浮物和隔离浮油；该串联式生化池，包括串联设置的至少一个曝气池和沉淀池；该垂直流人工湿地包括混合介质及植物根系。该人工湿地污水处理方法，包括：预处理步骤、曝气沉淀处理步骤及垂直流人工湿地处理步骤。本发明不仅能够更好的去除污水中的有机物、无机物、氨氮、氮、磷等污染物质，而且占地面积小、处理效率高、运行费用低，具有景观效果。

Description

人工湿地污水处理方法及其系统

技术领域

本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种人工湿地污水处理方法及其系统。

背景技术

现有的人工湿地污水处理技术有复合垂直流人工湿地增氧系统，潜流式人工湿地自动增氧系统，这些技术的主要目的就是为了解决人工湿地的溶解氧含量低的问题，同时加强污水中氨氮的去除率。

潜流型湿地污水处理工艺，具有好氧不足，氨氮处理不完全的缺点，容易造成潜流型湿地出水有味道。

现有的垂直流人工湿地布水形式是从湿地表面均匀分布靠重力流流入湿地底部，垂直流湿地表面属于富氧区，但是垂直流湿地填料中间区和底部属于厌氧区，所以硝化反应进行不完全。现有的垂直流人工湿污水处理工艺，一般采用预处理后垂直流人工湿地处理的方法，处理后的出水检测结果为，DO值(溶解氧，即溶解在水里氧的量)：0.22mg/L，COD值(化学需氧量，表示水中还原性物质多少的一个指标。)：62.46mg/L，氨氮值：37.34mg/L，检测结果可以看出DO值低，COD值和氨氮值偏高。

对于中小规模生活污水处理中，单使用人工湿地工艺有占地面积大的局限性。中国专利说明书CN1333190公开一种污水处理方法和装置，该方法主要特征是污水首先进入沉淀池、然后进入一个推流床，再进入一个特殊的下行一上行流湿地床。这种方法虽然较以前的方法有很大改进，但是占地面积仍然较大。

发明内容

有鉴于上述现有技术所存在的缺陷，本发明的目的在于，提供一种人工湿地污水处理方法及其系统，使其处理效率高。

为了实现上述目的，依据本发明提出的一种人工湿地污水处理方法及其系统，其包括依序连通的格栅调节池、串联式生化池及垂直流人工湿地；该格栅调节池，用于过滤悬浮物和隔离浮油；该串联式生化池，包括串联设置的至少一个曝气池和沉淀池；该垂直流人工湿地包括混合介质及植物根系。

本发明还可采用以下技术措施进一步实现。

前述的人工湿地污水处理系统，其中所述的曝气池进水侧设置有进水夹池，进水夹池底部与曝气池池体连通；该曝气池底部安装有穿孔排泥支管，穿孔排泥支管上部安装有曝气支管，曝气支管上部安装生物填料。

前述的人工湿地污水处理系统，其中所述的生物填料主要包括火山岩生物滤料，该火山岩生物滤料为天然蜂窝多孔材料，无尖粒状，表面粗糙。

前述的人工湿地污水处理系统，其中所述的沉淀池底部安装有穿孔排泥支管，沉淀池中部安装有斜管填料。

前述的人工湿地污水处理系统，其中所述的穿孔排泥支管与串联式生化池外部的排泥主管连通并延伸至格栅调节池的调节池内。

前述的人工湿地污水处理系统，其中所述的布水石笼和集水石笼主要由钙石组成，含钙量优选为70％以上，粒径在16～32mm。

前述的人工湿地污水处理系统，其中所述的混合介质包括多孔生物滤料、白云石、钙石、有机根脉介质及细河沙。

前述的人工湿地污水处理系统，其中所述的垂直流人工湿地，包括湿地池体、在湿地池体内由下而上依次布设有集水石笼、集水花管、混合介质、布水石笼、布水花管以及水生植物。

前述的人工湿地污水处理系统，其中所述的集水花管上安装有通气管，用于充入空气。

本发明还提出的一种人工湿地污水处理方法，其包括以下步骤：预处理步骤：将污水过滤和隔油，去除悬浮物和浮油；曝气沉淀处理步骤：将上述预处理后的污水，多次曝气生化处理、沉淀处理后排出；以及垂直流人工湿地处理步骤；将上述曝气沉淀处理后的污水，经包括混合介质、微生物及植物根系的垂直流人工湿地，去除有机物、无机物、氨氮和磷。

前述的人工湿地污水处理方法，其中所述的曝气生化处理包括曝气和生化处理，生化处理使用火山岩生物滤料；该沉淀处理使用斜管填料。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案，本发明的人工湿地污水处理方法及其系统，至少具有下列优点：

一、本发明的人工湿地污水处理方法及其系统，污水处理效果高。

二、本发明的人工湿地污水处理系统及处理方法，整个工艺运行的动力设备只包括一台潜水泵、一台鼓风机，相对其他活性污泥法、膜反应器、生物滤池动力设备少，运行费用低。

三、本发明的人工湿地污水处理系统及处理方法，工艺流程简单，操作管理方便，只需保证动力设备正常运行，人工湿地水生植物养护好即可，其他活性污泥法工艺流程复杂，动力设备多，操作管理不便。

四、本发明的人工湿地污水处理系统及处理方法，曝气沉淀处理工艺产生的污泥量少，回流到调节池后沉淀，可以定期通过环卫车清走即可，垂直流人工湿地不产生污泥；相对其他活性污泥法部分剩余回流到二沉池，部分剩余污泥需进行处理，通过污泥消化池、污泥脱水间、最后焚烧或填埋进行处理，不仅产生臭味、处理成本高，而且用于填埋的土地造成资源浪费。

五、本发明的人工湿地污水处理系统及处理方法，填料均采用天然材料，成本低，处理效率高，调试运行后无需添加化学药剂，无二次污染，而其他活性污泥法或者物理方法需要投加絮凝剂或者硅藻晶土。

六、本发明的人工湿地污水处理系统及处理方法，该垂直流人工湿地中栽种芦苇等水生植物，芦苇的根系吸收部分氮、磷转化为自身的营养物质，部分被人工混合介质吸附、反应去除，去除能力达到90％以上。

七、本发明的人工湿地污水处理系统及处理方法，其不仅能够更好的去除污水中的有机物、无机物、氨氮、氮、磷等污染物质，而且占地面积小、处理效率高、运行费用低，具有景观效果。

附图说明

图1是本发明人工湿地污水处理系统较佳实施例的示意图。

图2是本发明的格栅池的示意图。

图3是本发明的串联式生化池的结构示意图。

图4是本发明的串联式生化池的曝气管布置示意图。

图5是本发明的串联式生化池的排泥管布置示意图。

图6是本发明的垂直流人工湿地的剖面示意图。

图7是本发明的垂直流人工湿地的平面示意图。

1：格栅调节池        2：串联式生化池

3：进水阀门井        4：垂直流人工湿地

5：出水调节井        6：格栅隔油室

7：格栅              8：竖直连通管

9：调节池            10：泵机平台

11：污泥槽           12：管道

13：曝气池           14：沉淀池

15：进水夹池         16：出水池

17：生物填料         18：斜管填料

19：穿孔排泥支管     20：曝气支管

21：出水管           22：曝气主管

23：排泥主管         P：潜水泵

25：排泥阀门         26：布水花管

27：集水花管        28：布水石笼

29：混合介质        30：集水石笼

31：水生植物        32：保护层

33：复合土工膜      34：湿地池体

35：防渗层          36：通气管

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的人工湿地污水处理方法及其系统其具体实施方式、步骤、结构、特征及其功效详细说明。

请参阅图1所示，是本发明人工湿地污水处理系统较佳实施例的示意图。本发明较佳实施例的人工湿地污水处理系统，包括格栅调节池1、串联式生化池2、进水阀门井3、垂直流人工湿地4以及出水调节井5。

请参阅图2所示，是本发明的格栅池的示意图。上述的格栅池1包括格栅隔油室6和调节池9。该格栅隔油室6为池体结构，一侧为入水侧，另一侧为出水侧，该入水侧与出水侧之间的污水流经路径上设置有格栅7，该格栅7由钢筋制作而成，用于拦截粒径较大的悬浮物；该格栅隔油室6的出水侧设置有连通管8以使格栅隔油室6与调节池9相互连通，该连通管8为三通结构，第一端伸至调节池9，第二端伸向格栅隔油室6的底部，第三端伸向格栅隔油室6的上部，该连通管8可以将污水面的浮油隔离在格栅隔油室6内。该调节池9为池体结构，在该调节池9池底设置有泵机平台10，泵机平台10上安装潜水泵P，该调节池9池底放坡并设置有污泥槽11，该调节池9的污水沉淀的污泥汇集于污泥槽11中。

工作时，生活污水首先流入格栅隔油室6，通过格栅7过滤粒径较大的悬浮物并借由连通管8隔离浮油，然后流入调节池9内初步沉淀，经过滤隔油初沉的污水通过潜水泵P经由管道12提升流入至串联式生化池2。

请参阅图3至图5所示，分别是本发明的串联式生化池的结构示意图、曝气管布置示意图以及排泥管布置示意图。上述的串联式生化池2包括，依次串联设置的曝气池13、沉淀池14及出水池16。

本实施例中串联式生化池2包括串联设置的三个曝气池13，在其他实施例中可以为两个或四个以上的曝气池13。每一曝气池13进水侧设置有进水夹池15，进水夹池15底部与曝气池13池体连通；该曝气池13底部安装有穿孔排泥支管19，穿孔排泥支管19上部安装有曝气支管20，曝气支管20上部安装生物填料17；该曝气支管20与曝气池13外的曝气主管22连通，该曝气主管22连接鼓风机(图未示出)，该曝气支管20主要是采用U PVC给水管材，在管道上开孔，鼓风机将空气经曝气主管22及曝气支管20提供至曝气池13内对污水进行曝气。该生物填料17，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，粒径优选为10mm～16mm，是菌胶团适宜的生长环境，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，有机物去除率75％以上，COD的去除率70％以上，BOD₅(五日生化需氧量，表示水中有机物等需氧污染物质含量的一个综合指标。)的去除率80％以上，氨氮的去除率达70％以上。该沉淀池14底部安装有穿孔排泥支管18，沉淀池14中部安装有斜管填料18。斜管填料18为市场购得，其湿周大，水力半径小，层流状态好，颗粒沉淀不受絮凝水流干扰，有助于污水沉淀。该穿孔排泥支管19与串联式生化池2外部的排泥主管23连通，该排泥主管23延伸至调节池9。串联式生化池2内产生的污泥通过穿孔排泥支管19汇总到排泥主管23回流到调节池9内的污泥槽11，回流的污泥携带部分微生物菌群，对整个工艺起到推助的作用，同时节省污泥清理的程序，穿孔排泥支管19与排泥主管23之间还设置有排泥阀门25。

工作时，格栅调节池1的污水，经由管道12进入第一曝气池13的进水夹池15，从进水夹池15底部流入第一曝气池13，并经曝气支管20曝气，再由第一曝气池13底部上升流入第二曝气池13的进水夹池15，再依次流入第二曝气池13、第三曝气池13、沉淀池14、出水池16；在串联式生化池2中污水流态呈折流形式，污水经多次曝气生化处理及沉淀处理后排出。

上述的进水阀门井3设置于该出水池16底部，进水阀门井3内设置手动蝶阀，用于控制由串联式生化池2排出的污水流入垂直流人工湿地4的进水量。

请参阅图6、图7所示，分别是本发明的垂直流人工湿地的剖面示意图及平面示意图。上述的垂直流人工湿地4包括：湿地池体34、在湿地池体34内由下而上依次布设有集水石笼30、集水花管27、混合介质29、布水石笼28、布水花管26以及水生植物31。该湿地池体34可以是圆形或方形，该湿地池体34，墙体采用页岩砖砌筑，底面做砼垫层，墙体和底面上铺设防渗层35；该布水石笼28和集水石笼30主要由钙石组成，含钙量优选为70％以上，粒径在16～32mm；该混合介质29主要由多孔生物滤料、白云石、钙石、有机根脉介质、细河沙混合而成，其体积比优选为1∶1∶3∶2∶3，但不限于此；该布水花管26和集水花管27为PVC管材，该布水管26上开设有方孔，该集水花管27上开设有圆孔，使布水和集水更均匀。该垂直流人工湿地4还包括通气管36，安装在集水花管27上，用于再次充空气(主要为氧气)，有助于垂直流人工湿地4的排水。

该垂直流人工湿地4的防渗层35包括复合土工膜33及保护层32，复合土工膜33的膜上膜下均铺设细沙保护层32，以防止复合土工膜33被损坏；该集水石笼30按照一定间距铺设于防渗层35上，该集水石笼30中间安装集水花管27，集水花管27上安装通气管36；该混合介质29铺设于集水石笼30上；该布水石笼28铺设于混合介质29上，布水石笼28中间安装布水花管26；该水生植物31(如，芦苇)栽种于混合介质29中。

前述的出水调节井5安装于垂直流人工湿地4的出水口，用于调节垂直流人工湿地4的水位，刚栽种完水生植物时，可以将湿地水位提高高出垂直流人工湿地4表面5cm，用来控制杂草的生长，等植物占主导优势的时候，将垂直流人工湿地4中的水位下调到底部；同样可以控制湿地中污水的停留时间。

上述的人工湿地污水处理系统，还包括鼓风机，与串联式生化池2外的曝气主管22及垂直流人工湿地4的通气管36连通，以提供所需空气。

本发明的人工湿地污水处理方法，包括：预处理步骤、曝气沉淀处理步骤及垂直流人工湿地处理步骤。

上述的预处理步骤：将污水过滤和隔油，除去悬浮物和浮油。预处理步骤可以用将格栅池和调节池合成一体的格栅调节池，去除大颗粒的悬浮物和杂物，去除污水中的油脂，将污水进行水量和水质的调节。用于处理中小规模的污水项目，具有占地面积小，清淤方便的特点。

上述的曝气沉淀处理步骤：将上述预处理后的污水，多次曝气生化处理、沉淀处理后排出，去除有机物和氨氮；该曝气生化处理包括曝气和生化处理，生化处理使用火山岩生物滤料；该沉淀处理使用斜管填料。所述曝气沉淀处理步骤中，可以使用串联式生化池，具有串联设置的三个曝气池、沉淀池及出水池；根据污水量，曝气池的数量可以增减，曝气池采用火山岩生物滤料，火山岩生物滤是一种天然蜂窝多孔材料，是菌胶团最佳的生长环境，有机物去除率75％以上，COD的去除率70％以上，BOD₅(五日生化需氧量)的去除率80％以上，氨氮的去除率达70％以上；沉淀池采用蜂窝斜管填料，主要特点是湿周大，水力半径小，层流状态好，颗粒沉淀不受絮凝水流干扰，有助于污水沉淀；曝气池和沉淀池底部设置有排泥管，污泥通过排泥管收集回流到调节池中，回流的污泥携带部分微生物菌群，对整个工艺起到推助的作用，同时节省的污泥清理的程序。

上述的垂直流人工湿地处理步骤；将上述曝气沉淀处理后的污水，经包括混合介质、微生物及植物根系的垂直流人工湿地，去除有机物、氨氮和P，之后排出或回用。所述的垂直流人工湿地，是由混合介质、微生物、芦苇根系组成一个模拟天然的生态系统，混合介质由多孔生物滤料、白云石、钙石、有机根脉介质、细河沙按照优选体积比为1∶1∶3∶2∶3混合，垂直流人工湿地的布水石笼和集水石笼的钙石含钙量为70％以上，该垂直流人工湿地，COD的去除率70％～85％以上，BOD₅的去除率70％以上，氨氮的去除率达70％以上，P(磷)的去除率达90％以上，最后通过垂直流人工湿地的集水管收集排放或回用。

经本发明提出的人工湿地污水处理系统及处理方法处理后排出的水，经测试DO值(溶解氧，即溶解在水里氧的量)：2.30mg/L，COD值：33.61mg/L，氨氮值：14.14mg/L，处理效果高。

发明提出的人工湿地污水处理系统及处理方法，具有以下优点：

一、本发明提出的人工湿地污水处理系统及处理方法，整个工艺运行的动力设备只包括一台潜水泵、一台鼓风机，相对其他活性污泥法、膜反应器、生物滤池动力设备少，运行费用低。

二、本发明提出的人工湿地污水处理系统及处理方法，工艺流程简单，操作管理方便，只需保证动力设备正常运行，人工湿地水生植物养护好即可，其他活性污泥法工艺流程复杂，动力设备多，操作管理不便。

三、本发明提出的人工湿地污水处理系统及处理方法，曝气沉淀处理工艺产生的污泥量少，回流到调节池后沉淀，可以定期通过环卫车清走即可，垂直流人工湿地不产生污泥；相对其他活性污泥法部分剩余回流到二沉池，部分剩余污泥需进行处理，通过污泥消化池、污泥脱水间、最后焚烧或填埋进行处理，不仅产生臭味、处理成本高，而且用于填埋的土地造成资源浪费。

四、本发明提出的人工湿地污水处理系统及处理方法，填料均采用天然材料，成本低，处理效率高，调试运行后无需添加化学药剂，无二次污染，而其他活性污泥法或者物理方法需要投加絮凝剂或者硅藻晶土。

五、本发明提出的人工湿地污水处理系统及处理方法，该垂直流人工湿地中栽种芦苇等水生植物，芦苇的根系吸收部分氮、磷转化为自身的营养物质，部分被人工混合介质吸附、反应去除，去除能力达到90％以上。

六、本发明提出的人工湿地污水处理系统及处理方法，因为栽种水生植物，夏天一片绿色盎然，具有较好的景观效益，还能吸收空气中的污染物质。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然并非用以限定本发明实施的范围，依据本发明的权利要求书及说明内容所作的简单的等效变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种人工湿地污水处理系统，其特征在于包括依序连通的格栅调节池、串联式生化池及垂直流人工湿地；该格栅调节池，用于过滤悬浮物和隔离浮油；该串联式生化池，包括串联设置的至少一个曝气池和沉淀池；该垂直流人工湿地包括混合介质及植物根系，用于去除污水中有机物、氨氮和磷。

2.如权利要求1所述的人工湿地污水处理系统，其特征在于其中所述的曝气池进水侧设置有进水夹池，进水夹池底部与曝气池池体连通；该曝气池底部安装有穿孔排泥支管，穿孔排泥支管上部安装有曝气支管，曝气支管上部安装生物填料。

3.如权利要求2所述的人工湿地污水处理系统，其特征在于其中所述的生物填料主要包括火山岩生物滤料，该火山岩生物滤料为天然蜂窝多孔材料，无尖粒状，表面粗糙。

4.如权利要求1所述的人工湿地污水处理系统，其特征在于其中所述的沉淀池底部安装有穿孔排泥支管，沉淀池中部安装有斜管填料。

5.如权利要求2至4中任一项所述的人工湿地污水处理系统，其特征在于其中所述的穿孔排泥支管与串联式生化池外部的排泥主管连通并延伸至格栅调节池的调节池内。

6.如权利要求1所述的人工湿地污水处理系统，其特征在于其中所述的混合介质包括多孔生物滤料、白云石、钙石、有机根脉介质及细河沙。

7.如权利要求1所述的人工湿地污水处理系统，其特征在于其中所述的垂直流人工湿地，包括湿地池体、在湿地池体内由下而上依次布设有集水石笼、集水花管、混合介质、布水石笼、布水花管以及水生植物。

8.如权利要求7所述的人工湿地污水处理系统，其特征在于其中所述的集水花管上安装有通气管。

9.一种人工湿地污水处理方法，其特征在于其包括以下步骤：

预处理步骤：将污水过滤和隔油，去除悬浮物和浮油；

曝气沉淀处理步骤：将上述预处理后的污水，多次曝气生化处理、沉淀处理后排出；以及

垂直流人工湿地处理步骤；将上述曝气沉淀处理后的污水，经包括混合介质、微生物及植物根系的垂直流人工湿地，去除有机物、氨氮和磷。

10.根据权利要求9所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于其中所述的曝气生化处理包括曝气和生化处理，生化处理使用火山岩生物滤料。

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