CN102153234A - 一种处理面源污染的串联跌水复合湿地系统 - Google Patents

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Abstract

一种处理面源污染的串联跌水复合湿地系统，其构造为一长方体板材箱，由湿地装置构造、湿地基质和湿地植物组成，由2组同样的流程线（1号常温适用流程线和2号低温适用流程线）并联而成，每组流程线由6个小格和一个集水槽构成；湿地基质共分为四层，第一层即最上层为粘土层，第二层基质为细沙层，第三层基质为煤渣和石灰石的混合层，第四层基质为鹅卵石层。该装置具有高效污水净化功能。

Description

一种处理面源污染的串联跌水复合湿地系统
技术领域
本发明涉及环境工程技术设备，尤其涉及一种农村面源污染废水的处理设备。
背景技术
农村面源污染对水环境的恶化有着十分显著的贡献，主要包括化肥污染、农药污染、畜禽养殖污染，其起因于土壤扰动引起农田中的土粒、氮磷、农药及其他有机或无机污染物质，在降雨或灌溉过程中，借助农田地表径流、农田排水和地下渗漏等途径大量地进入水体，或因畜禽养殖业的任意排污直接造成水体污染。
人工湿地(constructed wetland)是人为创造的一个适宜于水生植物或湿生植物生长的、根据自然湿地模拟的人工生态系统。主要利用基质—微生物—植物这个复合生态系统的物理、化学和生物三重协调作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化，同时人工湿地形式多样，污水与不同类型湿地以不同构型组成，不同类型人工湿地对特征污染物的去除效果不同，具有各自特点。
发明内容
本发明的目的是针对传统的人工湿地工艺设备直接处理汇集后的高浓度农村面源污染废水，净化效果差、受季节性影响大、出水不稳定的缺点，提供一种处理高浓度农村面源污染废水的串联式多级跌水复合垂直流人工湿地(Multiple-stage Series Hydraulic drop Integrated Vertical Flow Constructed Wetland)（MSHIVFCW）。高浓废水在经过处理后，其排放废水达到GB5084-92《农田灌溉水质标准》。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本系统大体构造为一长方体板材箱，由湿地装置构造、湿地基质和湿地植物组成。
湿地装置构造：
本系统由2组同样的流程线（1号常温适用流程线和2号低温适用流程线）并联而成。每组流程线由6个小格和一个集水槽构成。每组流程线的6个小格尺寸相同，每个小格的尺寸可以是0.4m×0.5m×1.2m，每两个相连的小格组成一个上、下行池单元（即第一个和第二个小格组成一个单元，第三个和第四个小格组成一个单元，第五个和第六个组成一个单元），则共有3个上、下行池单元，组成每个单元的2个箱体由下部（可在离底层0.15m处）开设缺口相连通，每两个单元由基质上方设计的跌水口连通。集水槽的尺寸可以是0.1m×0.5m×1.2m。总板材箱的长×宽×高可以是2.5 m×1 m×1.2m。
为方便观测运行状况，将湿地床两侧面用具有一定强度的透明玻璃制成。
并联的1、2号流程线进水均设计为2个独立的穿孔布水管均匀布水，由蝶阀控制开关。两组流程线的进水管是并联的，每组的进水管在第一格基质上方穿过外壁，在末端垂直接上一根穿孔的布水管。
为增加富氧强度，在每个上行池上壁开口设计带有三角槽的跌水口，即为每个单元之间的连接，为保证水流在设备里流动，根据水流方向依次降低跌水口的开口高度以形成高程差，每个跌水口设计1个穿孔布水管槽。
为方便相关药剂的加入，在每个单元的下行池跌水口壁中间位置焊接连通管固定孔，在固定孔安装可通到箱底的连通管，连通管下部开口并可上下移动。
为方便检测，在每层基质分隔的相应位置设置水样的取样管。
第三个单元的出水由溢流口进入集水槽，集水槽底部装一个排空管（管径可为DN20），利用虹吸原理，连接一根带止水夹的橡胶管，使用橡皮管和止水夹进行控制装置内部水位高度。对整个系统定期进行清理沉淀物和杂草等，湿地床底坡为3%。
湿地基质：
本系统6个小格均采用同种基质，共分为四层基质，第一层即最上层为粘土层，其中的三个下行池和三个上行池粘土层的高度均不相同，可以这样设置：第一下行池粘土层高度0.6m，第二上行池粘土层高度0.5m，第三下行池粘土层高度0.4m，第四上行池粘土层高度0.3m，第五下行池粘土层高度0.2m，第六上行池粘土层高度0.1m；第二层基质为细沙层，厚度可以是0.1m；第三层基质为煤渣和石灰石的混合层，厚度可以是0.25m；第四层基质为鹅卵石层，厚度可以是0.15m。
湿地植物：
MSHIVFCW系统的两组常/低温流程线和每个单元上、下行池都栽种有湿地植物，两组常/低温装置分别选种适合在常温和低温天气状况下生长的湿地植物，而每个单元上、下行池具体根据不同处理效果湿地植物的根系长度而定。
本发明有益效果是：
(1)MSHIVFCW系统是IVFCW系统的改进，其废水处理主要是利用基质—微生物—植物这个复合生态系统的物理、化学和生物三重协调作用，通过多级反复的过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净化。
(2)复养能力强、生物量多、占地面积小，设备处理能力大。设计的MSHIVFCW系统，经过多级跌水复养和不同基质层与不同处理能力植物之间的搭配，在基质上固定大量生物膜，且在其上栖息较多高营养水平的微生物，从而大大增加了污染负荷和出水稳定性，降低了维护费用。同时，由于不同气温环境适应能力的湿地植物床交替生长，大大解决了传统人工湿地受天气影响而导致处理效果不稳定或下降的弊端，因此该装置具有较大且稳定的处理能力。
附图说明
图1为本发明主视图；
图2为本发明俯视图；
图中：1鹅卵石层  2煤渣和石灰石混合层  3细砂层  4粘土层  5穿孔布水进口管  6湿地植物  7跌水口  8取样管  9连通管  10隔板  11溢流出水口  12集水槽  13虹吸排水管
A为1号进水   B为1号出水   C为2号进水  D为2号出水。
具体实施方式
汇集后的高浓度农村面源污染废水通过采用设计的MSHIVFCW装置进行处理，MSHIVFCW系统结构的尺寸为长×宽×高=2.5m×1m×1.2m。废水通过进水口流入装置后经过复合生态系统的物理、化学和生物三重协调反应后，进一步地去除废水的COD、氨氮和磷等污染物。高浓废水在经过处理后，其排放废水达到GB5084-92《农田灌溉水质标准》。
具体实施过程如下：
(1)农村面源污染废水经汇集后,可先经过格栅的截留，去除污水中的大颗粒污染物质和漂浮物，废水再进入MSHIVFCW装置。
(2)废水通过MSHIVFCW装置进口的穿孔布水管进水,反复经过装置上、下行池的好氧、缺氧、和厌氧过程，并配合植物吸收和微生物的作用实现复合生态系统良好的处理效果。
(3)经过装置多级生态系统的处理出水基本能保持稳定，同时也可通过在设计的通气管里加入碳源等辅助药剂，增加针对性废水的处理效果。
(4)在装置末端利用虹吸原理设计的通气管可上下调节，从而有效控制集水槽及湿地床的高度，进而达到调节水质净化效果的目的。

Claims (4)

1.一种处理面源污染的串联跌水复合湿地系统，其特征是：
（1）所述系统为构造为一长方体板材箱；
（2）所述系统由2组同样的流程线（1号常温适用流程线和2号低温适用流程线）并联而成，每组流程线由6个小格和一个集水槽构成，每组流程线的6个小格尺寸相同，每两个相连的小格组成一个上、下行池单元（即第一个和第二个小格组成一个单元，第三个和第四个小格组成一个单元，第五个和第六个组成一个单元），则共有3个上、下行池单元，组成每个单元的2个箱体由下部开设缺口相连通，每两个单元由基质上方设计的跌水口连通；并联的1、2号流程线进水为2个独立的穿孔布水管均匀布水，由蝶阀控制开关，两组流程线的进水管是并联的，每组的进水管在第一格基质上方穿过外壁，在末端垂直接上一根穿孔的布水管；每个上行池上壁开口设计带有三角槽的跌水口，即为每个单元之间的连接，每个跌水口设计1个穿孔布水管槽；在每个单元的下行池跌水口壁中间位置焊接连通管固定孔，在固定孔安装可通到箱底的连通管，连通管下部开口并可上下移动；在每层基质分隔的相应位置设置水样的取样管；第三个单元的出水由溢流口进入集水槽，集水槽底部装一个排空管，利用虹吸原理，连接一根带止水夹的橡胶管； 
（3）所述系统的6个小格均采用同种基质，共分为四层基质，第一层即最上层为粘土层，其中的三个下行池和三个上行池粘土层的高度均不相同，第二层基质为细沙层；第三层基质为煤渣和石灰石的混合层；第四层基质为鹅卵石层；
（4）所述系统的两组常/低温流程线和每个单元上、下行池都栽种有湿地植物。
2.根据权利要求1所述的一种处理面源污染的串联跌水复合湿地系统，其特征是：所述系统板材箱的长×宽×高是2.5 m×1 m×1.2m。
3.根据权利要求1所述的一种处理面源污染的串联跌水复合湿地系统，其特征是：集水槽的尺寸是0.1m×0.5m×1.2m。
4.根据权利要求1所述的一种处理面源污染的串联跌水复合湿地系统，其特征是：所述系统6个小格的四层基质，第一层基质中第一下行池粘土层高度0.6m，第二上行池粘土层高度0.5m，第三下行池粘土层高度0.4m，第四上行池粘土层高度0.3m，第五下行池粘土层高度0.2m，第六上行池粘土层高度0.1m；第二层基质为细沙层，厚度是0.1m；第三层基质为煤渣和石灰石的混合层，厚度是0.25m；第四层基质为鹅卵石层，厚度是0.15m。
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