CN102030443A - 梯田式复合垂直流森林湿地及其处理生活污水的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生活污水处理方法，尤其是涉及一种在坡地上实现梯田式复合垂直流森林湿地并将其运用于农村生活污水处理的方法。其特征在于：将山丘坡地改造为梯田，并将梯田构造为梯田式复合垂直流人工湿地3；梯田湿地3的植物及填料与常规人工湿地相同，但上下两级梯田湿地3之间以森林表面流湿地4相连通，污水通过上一级梯田湿地3的下向流湿地31及上向流湿地32后溢流进入森林表面流湿地4，然后由表面流湿地4再进入下一级梯田湿地3进一步处理。本发明实施简单、净化率高、适应性强、管理方便、费用低廉，特别适用于山丘区农村生活污水处理。

Description

梯田式复合垂直流森林湿地及其处理生活污水的方法
技术领域
本发明涉及一种生活污水处理方法，尤其是涉及一种梯田式复合垂直流森林湿地及其处理农村生活污水的方法。
背景技术
饮用水源污染是我国面临的重大环境与公共安全问题之一，水源库区生活污水大多未经任何处理便直接排入入库溪流是导致水源污染的重要原因。发展经济有效、简单适用的适应于水源库区的生活污水处理方法，对于饮用水源保护具有重要现实意义。与城市生活污水比较，水源区生活污水处理具有以下特点：(1)点多、面广、量小、分散，难以实现集中处理；(2)因位于饮用水源保护区，其出水水质要求较高，特别是脱氮除磷要求更高；(3)因位于农村地区，其管理应更为简单，投资与运行费用应更为低廉；(4)容易获得较大面积的处理土地；(5)通常有可资利用的水源地生态防护林资源。以上特点，决定了以人工湿地处理生活污水成为理所当然的考虑。但与常规人工湿地系统相比，水源地人工湿地的构建将面临以下问题：
(1)人工湿地通常占地面积较大，但因水源库区大多位于山丘区，可资利用的土地多为坡地，以森林表面流形式出现的人工湿地难以满足污水处理所需水力停留时间，因此设法延长水力停留时间是水源地人工湿地面临的首要问题；
(2)人工湿地脱N的主要途径是微生物的硝化与反硝化作用，但人工湿地常因缺氧导致硝化过程不完全，且因可资利用的C源不足而至反硝化过程不完全，从而影响脱N效率。因此提高污水中的溶解氧(DO)及湿地中的C:N也是必须考虑的重要因素。
人工湿地系统中氮的存在形式包括有机氮、氨氮、硝态氮、业硝态氮等，通过氧化还原相互转化。通常认为，氮的去除作用包括基质的吸附、过滤、沉淀以及氮的挥发，植物的吸收和微生物的硝化-反硝化作用，其中微生物的硝化-反硝化起主要作用；污水中DO的含量对硝化作用至关重要，处理氨氮含量高的污水时往往因为DO不足导致硝化作用不足，不能将氨氮充分转化为反硝化作用的原料硝酸盐氮和业硝酸盐氮而限制了湿地的除氮能力。为提高人工湿地的供氧能力，通常采用复合垂直流人工湿地结构或多种结构的杂合体。垂直流湿地的下行流表层具有最强的硝化作用，也是硝化作用作为氮素主要作用途径的基质层。但此后沿水流进程，随着氨氮含量的降低和DO的不足，硝化作用迅速降低，反硝化作用成为主要作用途径。所以，为提高污水中的DO浓度以有利于硝化过程，最近国内出现了跌水充氧接触氧化与人工湿地相结合的方法，国外则出现了以湿地的出水充气后重新进入湿地循环处理的方法。
氧的供给是硝化作用的限制因子，而C:N则是反硝化作用的限制因子。反硝化过程一般发生在缺氧或厌氧条件下的腐殖层和湿地土壤中，但并不要求严格的厌氧环境，因而在湿地各层都能保持较高的作用强度。研究表明，腐败的植物残体是湿地土壤中有机质的主要来源，微生物反硝化时所利用的主要碳源是植物残体腐败时所释放出来的有机物，而不是随污水进入湿地中的有机物质。为有利于反硝化过程，出现了在湿地中投放植物枯落物以提高C:N的方法，并证明此法可以明显提高反硝化脱氮效率。人工湿地对磷的去除是基质吸附、植物吸收和微生物去除3条途径共同作用的结果，而基质吸附通常起主要作用，特别是湿地中的腐殖质可积累大量的磷。在湿地中投放植物枯落物的方法可以增加湿地腐殖质，因而对磷的去除也有一定作用。
发明内容
本发明的目的：提供一种适应于山丘坡地且脱氮除磷效果好的生活污水人工湿地处理方法。
本发明的技术方案：一种基于森林生态系统的生活污水梯田式复合垂直流森林湿地处理方法，其特征在于：将山丘坡地改造为梯田，并将梯田构造为由下向流与上向流相结合的复合式垂直流人工湿地，垂直流湿地植物及填料与常规人工湿地相同；但上下两级梯田之间以森林表面流湿地相连通，污水通过上一级梯田的下向流及上向流湿地后溢流进入森林表面流湿地，然后由表面流湿地再进入下一级梯田湿地进一步处理。
本发明的技术效果：
(1)实施简单：只需依山就势地将坡地改造为梯田式垂直流湿地，其填料可就地取材；通过增加梯田级数及延长梯田长度等简单手段，可方便地实现理想的水力停留时间，并获得较高的水质处理效果；
(2)净化率高：垂直流湿地主要处于缺氧环境，经森林表面流湿地自然曝气充氧后(类似于跌水充氧)，进入下一级梯田湿地的污水DO含量将会有所提高，有利于强化硝化过程；森林表面流湿地中大量枯落物及土壤腐殖质层为反硝化过程提供了充足碳源，自然地提高了C:N，因而有利于强化反硝化过程；此外，经林地土壤胶体的吸附与离子交换以及微生物活动和植物吸收，污水水质也将得到进一步改善；通过梯田式湿地与林地表面流的多次缺氧与好氧的交替处理，有望达到较高的水质处理效果；
(3)适应性强：通过实现污水的梯级净化而使其具有较强的耐冲击负荷能力；其处理能力可根据水力负荷要求而变化，既适应于单家独院也适应于相对集中的村镇污水处理；其种植的植物可根据“适地适树”原则进行选择；
(4)管理方便：只需将污水引入最上一级梯田湿地；其管理与普通人工湿地相同；
(5)费用低廉：其工程投资与常规人工湿地相同；运行费用仅为污水引入梯田的电费；且地形条件有利时(如建在山腰的农户或度假村等)，可望实现生活污水无动力净化。
附图说明
图1为所述梯田式复合垂直流森林湿地剖面结构示意图。
图2为所述梯田式复合垂直流森林湿地平面结构投影示意图。
1为集水沟，2为布水堰，3为梯田式复合垂直流人工湿地(31为下向流人式湿地，32为上向流人式湿地，33为隔流堰)，4为林地(表面流湿地)，5为林地植物，6为柔性缓冲材料，7为排水沟或挡水墙。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明作具体说明。
实施例
参照图1及图2，一种梯田式复合垂直流森林湿地及其处理生活污水的方法，包括集水沟1，布水堰2，梯田式复合垂直流人工湿地3，林地(表面流湿地)4，林地植物5，柔性缓冲材料6，排水沟7。
其具体实施方法是：
(1)将经过预处理(如常规厌氧消化)的生活污水引入邻近的山丘坡地，在坡地上沿按等高线开挖水平集水沟1，生活污水引入集水沟1。
(2)将坡地改造为梯田式复合垂直流人工湿地3。单个的梯田式复合垂直流人工湿地3与现有公知的复合垂直流人工湿地相同，分为下向流31和上向流32两部份，中间以隔流堰33相隔，其填料与普通人工湿地相同或就地取材。湿地内种植耐水植物，如芦苇、菖蒲等。
(3)集水沟布水堰2以溢流方式布水，其出水进入梯田式复合垂直流人工湿地3。
(4)梯田式复合垂直流人工湿地3的出水均匀进入林地系统4。森林生态系统中的土壤及林下枯落物层对污水中的污染物具有吸附和降解能力；而林地植被5对污水中的营养性污染物则有吸收作用；表层土壤及枯落物层可形成好氧型生物膜，可实现好氧降解及大气复氧过程。
(5)根据地形条件及以上系统的处理效果，可在以上林地系统4的下方重复设置类似系统，使污水多次交替进行厌氧-好氧过程及吸附降解过程，从而实现净化处理。
(6)实际工程中，可建立两套相对独立的系统，两套系统交替运行。为避免大气降水对污水处理场的影响，可在处理场四围设置挡水墙或排水沟7。
(7)为防止污水漫灌条件下可能造成林地表面的土壤侵蚀，可采用以下措施：一是在梯田湿地3与林地4结合处设置柔性缓冲材料6，以尽可能降低滴水对林地土壤的冲击；二是在林地遍植耐水植被5，以降低水流对土壤的侵蚀。

Claims (7)

1.一种梯田式复合垂直流森林湿地及其处理生活污水的方法，其特征在于：将山丘坡地改造为梯田，并将梯田构造为梯田式复合垂直流人工湿地3；梯田湿地3的植物及填料与常规人工湿地相同，但上下两级梯田湿地3之间以森林表面流湿地4相连通，污水通过上一级梯田湿地3的下向流湿地31及上向流湿地32后溢流进入森林表面流湿地4，然后由表面流湿地4再进入下一级梯田湿地3进一步处理。
2.权利要求1所述的梯田式复合垂直流森林湿地及其处理生活污水的方法，其特征在于：所述梯田湿地3由下向流湿地31与上向流湿地32构成。
3.权利要求1所述的梯田式复合垂直流森林湿地及其处理生活污水的方法，其特征在于：所述梯田式复合垂直流森林湿地包括与梯田湿地3相连接的林地4。
4.权利要求1所述的梯田式复合垂直流森林湿地及其处理生活污水的方法，其特征在于：生活污水进入集水沟1，并由集水沟1经布水堰2以溢流方式进入梯田式复合垂直流森林湿地。
5.权利要求1所述的梯田式复合垂直流森林湿地及其处理生活污水的方法，其特征在于：在梯田湿地3与林地4结合处设置柔性缓冲材料6。
6.权利要求1所述的梯田式复合垂直流森林湿地及其处理生活污水的方法，其特征在于：在林地4植有耐水植被5。
7.权利要求1所述的梯田式复合垂直流森林湿地及其处理生活污水的方法，其特征在于：在梯田式复合垂直流森林湿地处理场四围设置有挡水墙或排水沟7。
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