CN102249488B - 一种处理农村生活污水的复合花园式人工湿地 - Google Patents

一种处理农村生活污水的复合花园式人工湿地 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种处理农村生活污水的复合花园式人工湿地，是按照水流方向依次由初次过滤段、第一厌氧生化段、第二厌氧生化段、第一缺氧生化段、第二缺氧生化段、第一过滤段和第二过滤段构成。本发明将普通的分离式污水处理单元植入人工湿地当中，利用人工湿地的内部环境条件，实现各项功能单元的有机结合。与此同时，内部水流采用折流方式，同时依据各单元的功能需求配置不同材质的滤料，从而有效提升了复合式人工湿地的治理功能和处理效果。

Description

一种处理农村生活污水的复合花园式人工湿地
一、技术领域
本发明涉及农村生活污水的处理，具体地说是一种处理农村生活污水的复合花园式人工湿地。
二、背景技术
农村的生活污水主要来自于三个方面，一是厨房炊事用水、沐浴、洗涤用水和冲洗厕所用水；二是农村养殖及畜禽养殖产生的粪尿废水；三是生活垃圾粪肥堆置渗滤而产生的污水。据统计，我国农村每年产生生活污水超过80亿m3，但大部分地区都没有相应完善的水处理系统。大量的生活污水直接排放，使农村地区的河、湖等水体受到污染，居住环境愈加恶劣，并导致饮用水水质的安全受到严重威胁，直接危害农民的身体健康，严重影响农村地区的环境卫生，极易导致一些流行性疾病的发生与传播。我国农村环境与生态状况令人担忧，因此研究一种可行性的农村生活污水处理技术变得至关重要。
目前，用于农村生活污水处理的技术主要包括：人工湿地处理技术、土壤渗滤技术、稳定塘技术、生物膜技术等，其中人工湿地处理系统一般由人工基质(多为碎石)和生长在其上的沼生植物(芦苇、香蒲、灯心草和大麻等)组成，是一种独特的“土壤-植物-微生物”生态系统，利用各种植物、动物、微生物和土壤的共同作用，逐级过滤和吸收污水中的污染物，达到净化污水的目的。该技术在农村生活污水处理领域应用广泛，且应用形式也在不断推陈出新，其中以厌氧-好氧-人工湿地为主体的联合工艺比较常见。
三、发明内容
本发明旨在提供一种处理农村生活污水的复合花园式人工湿地，所要解决的技术问题是利用人工湿地的内部环境条件以及不同功能单元的滤料配置，将普通的分离式污水处理单元植入人工湿地当中，开发出一种处理农村生活污水的复合花园式人工湿地，从而解决或缓解农村生活污水污染的方法，为新农村的污水配套设施建设提供了新的思路，达到了污染治理与景观协调的双重功效。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明一种处理农村生活污水的复合花园式人工湿地的特点在于：所述人工湿地按照水流方向依次由初次过滤段(2)、第一厌氧生化段(3)、第二厌氧生化段(4)、第一缺氧生化段(5)、第二缺氧生化段(6)、第一过滤段(7)和第二过滤段(8)构成，并在初次过滤段(2)和第二过滤段(8)的上部分别设置进水口(1)和出水口(9)；所述初次过滤段(2)与第一厌氧生化段(3)的底部连通，第一厌氧生化段(3)和第二厌氧生化段(4)之间、第二厌氧生化段(4)和第一缺氧生化段(5)之间以及第一缺氧生化段(5)和第二缺氧生化段(6)之间设置有布水墙(10)，第二缺氧生化段(6)的上部与第一过滤段(7)连通，第一过滤段(7)的底部和第二过滤段(8)连通；
所述初次过滤段(2)中布有粒径45-60mm的青石子；
所述第一厌氧生化段(3)和第二厌氧生化段(4)的底部布有球形复合填料，中间层为粒径10-30mm的青石子，上层为高度20-30cm的粘性土壤；
所述第一缺氧生化段(5)和第二缺氧生化段(6)的底部布有火山岩生物填料，中间层为粒径20-40mm的青石子，上层为高度10-15cm的砂质土壤；
所述第一过滤段(7)和第二过滤段(8)的底部铺设粒径2-8mm、厚度30cm的天然卵石垫料层，中间层铺设水淬渣填料，上层为高度70-100mm的石英砂。
本发明处理农村生活污水的复合花园式人工湿地的特点也在于：所述第一厌氧生化段(3)和第二厌氧生化段(4)内种植浅根散生型植物；所述第一缺氧生化段(5)和第二缺氧生化段(6)内种植深根散生型植物；所述第一过滤段(7)和第二过滤段(8)内种植芦苇。
本发明公开了一种处理农村生活污水的复合花园式人工湿地，将普通的分离式污水处理单元植入人工湿地当中，利用人工湿地的内部环境条件，实现各项功能单元的有机结合。与此同时，内部水流采用折流方式，从而有效提升了复合式人工湿地的治理功能和处理效果。
本发明利用人工湿地的内部环境条件，通过人为改造，使其内部不同阶段分别实现厌氧、缺氧、好氧的环境条件。与此同时，内部水流采用折流方式，同时依据各单元的功能需求配置不同材质的滤料，从而有效提升复合式人工湿地的治理功能和处理效果。
(1)厌氧生化段包括第一厌氧生化段3和第二厌氧生化段4，底部滤料采用具有较大比表面积的球形复合填料，上部覆有20-30cm的粘性土壤，以隔绝空气的进入。中间采用粒径为10-30cm的青石子，一方面可以防止粘性土壤进入球形复合填料中，降低生物膜覆盖的比表面积；另一方面青石子中的Ca2+可与水中的含磷离子结合沉淀，从而降低了水中磷的含量。粘性土壤内种植美人蕉、芦苇、荸荠、慈姑、莲藕等浅根散生型植物，其根系分布一般都在5-20cm之间。
(2)缺氧生化段包括第一缺氧生化段5和第二缺氧生化段6，底部滤料采用火山岩生物填料，该填料表面粗糙多微孔，特别适合微生物在其表面生长、繁殖，形成生物膜。此外，火山岩生物滤料表面带有正电荷，有利于微生物固着生长，亲水性强，附着的生物膜量多且速度快。作为生物膜载体，火山岩生物滤料对所固定的微生物无抑制性作用，不影响微生物的活性。缺氧段上部覆有10-15cm的砂质土壤，一方面便于利用土壤中的微生物降解水中污染物，另一方面可使少量空气流通进入内部，供兼性厌氧微生物使用。中间采用粒径为20-40cm的青石子，作用同(1)中所述。砂质土壤内种植香蒲、菖蒲、水葱、藨草、水莎草、野山姜等深根散生型植物，根系一般分布于20-30cm之间，植株分散。
(3)过滤段包括第一过滤段7和第二过滤段8，底部铺设粒度为2-8mm、厚度为30cm的天然卵石垫料层，以防止滤料流失和提高配水的均匀性。上部铺设水淬渣填料，电解质的化学吸附和颗料的物理吸附特性使水淬渣具有良好的水性过滤效果。水淬渣是高炉熔炼生铁过程中所产生的浮在铁水表面的熔融物经过水淬冷处理后形成的一种具有高度潜在活性的玻璃体结构的多孔质硅酸盐材料，该材料对水中杂质具有较强的吸附性能。由于水淬渣中所富含的电解质元素可水解形成多种多核的络合物，这些络合物在连续不断的缩聚作用下逐渐形成高分子聚合物，并随着缩聚反应的持续进行，缩聚作用形成的聚合物所附带的电荷不断升高，这有利于吸附水中悬浮物胶体杂质。水淬渣上部覆有70-100mm厚石英砂，一方面能阻止水淬渣的流失，另一方面还能起到二次过滤的效果。由于芦苇根系发达，生长量大，营养生长与生殖生长并存，对N和P、K的吸收都比较丰富，所以此段种植芦苇，其根系位于天然卵石垫料层。
(4)人工湿地内部利用布水墙10形成折流，既使得布水均匀，又增加了水力停留时间。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明利用人工湿地的内部环境条件，依据各单元的功能需求配置不同材质的滤料，将普通的分离式污水处理单元植入人工湿地当中。
2、本发明厌氧生化段和缺氧生化段的生物填料分别采用球形复合填料和火山岩生物滤料，利于生物膜的生长和附着。
3、本发明厌氧生化段上部覆粘性土壤，利于厌氧环境的形成。
4、本发明缺氧生化段上部覆砂质土壤，利于缺氧环境的形成。
5、本发明过滤段采用水淬渣为滤料，利用电解质的化学吸附和颗料的物理吸附特性，具有良好的水性过滤效果。
6、本发明人工湿地内部利用布水墙形成折流，既使得布水均匀，又增加了水力停留时间。
四、附图说明
图1是本发明复合花园式人工湿地设置为圆形时的平面示意图。
图2是本发明的纵向结构示意图。
图中标号：1进水口，2初次过滤段，3第一厌氧生化段，4第二厌氧生化段，5第一缺氧生化段，6第二缺氧生化段，7第一过滤段，8第二过滤段，9出水口；图中虚线剪头表示水流方向。
五、具体实施方式
本发明处理农村生活污水的复合花园式人工湿地按照水流方向依次由初次过滤段2、第一厌氧生化段3、第二厌氧生化段4、第一缺氧生化段5、第二缺氧生化段6、第一过滤段7和第二过滤段8构成，并在初次过滤段2和第二过滤段8的上部分别设置进水口1和出水口9；初次过滤段2与第一厌氧生化段3的底部连通，第一厌氧生化段3和第二厌氧生化段4之间、第二厌氧生化段4和第一缺氧生化段5之间以及第一缺氧生化段5和第二缺氧生化段6之间设置有布水墙10，第二缺氧生化段6的上部与第一过滤段7连通，第一过滤段7的底部和第二过滤段8连通；
初次过滤段2中布有粒径45-60mm的青石子；
第一厌氧生化段3和第二厌氧生化段4的底部布有球形复合填料，中间层为粒径10-30mm的青石子，上层为高度20-30cm的粘性土壤，粘性土壤内种植浅根散生型植物，如美人蕉、芦苇、荸荠、慈姑、莲藕等，其根系分布一般都在5-20cm之间。
第一缺氧生化段5和第二缺氧生化段6的底部布有火山岩生物填料，中间层为粒径20-40mm的青石子，上层为高度10-15cm的砂质土壤；砂质土壤内种植香蒲、菖蒲、水葱、藨草、水莎草、野山姜等深根散生型植物，根系一般分布于20-30cm之间，植株分散。
第一过滤段7和第二过滤段8的底部铺设粒径2-8mm、厚度30cm的天然卵石垫料层，中间层铺设水淬渣填料，上层为高度70-100mm的石英砂；第一过滤段7和第二过滤段8内种植芦苇。
工作过程：
如图1和图2所示，农村生活污水经进水口1进入初次过滤段2去除水体中较粗大的悬浮物及杂质，然后出水在底部进入第一厌氧生化段3，继而经布水墙10均匀布水后进入第二厌氧生化段4，厌氧生化段微生物可以生化降解去除一部分COD及N、P等；厌氧生化段出水依次经布水墙10进入第一缺氧生化段5、第二缺氧生化段6，在此继续生化降解水中污染物，进水初期，污水与生物填料相互接触，水中的微生物逐渐富集在填料上，并以水中的污染物为食进行繁殖继而形成具有较大表面积的生物膜，此时生物膜具有较强的生化降解能力，可大幅度降低污水中的COD、N、P等污染物；厌氧生化段出水从上部进入第一过滤段7，并由第一过滤段7的底部进入第二过滤段8，经水淬渣填料中电解质的化学吸附和颗料的物理吸附作用，以及石英砂的二次过滤作用进一步除去水中的污染物后从出水口9排出。

Claims (1)

1.一种处理农村生活污水的复合花园式人工湿地，其特征在于：所述人工湿地按照水流方向依次由初次过滤段(2)、第一厌氧生化段(3)、第二厌氧生化段(4)、第一缺氧生化段(5)、第二缺氧生化段(6)、第一过滤段(7)和第二过滤段(8)构成，并在初次过滤段(2)和第二过滤段(8)的上部分别设置进水口(1)和出水口(9)；所述初次过滤段(2)与第一厌氧生化段(3)的底部连通，第一厌氧生化段(3)和第二厌氧生化段(4)之间、第二厌氧生化段(4)和第一缺氧生化段(5)之间以及第一缺氧生化段(5)和第二缺氧生化段(6)之间设置有布水墙(10)，第二缺氧生化段(6)的上部与第一过滤段(7)连通，第一过滤段(7)的底部和第二过滤段(8)连通；
所述初次过滤段(2)中布有粒径45-60mm的青石子；
所述第一厌氧生化段(3)和第二厌氧生化段(4)的底部布有球形复合填料，中间层为粒径10-30mm的青石子，上层为高度20-30cm的粘性土壤；
所述第一缺氧生化段(5)和第二缺氧生化段(6)的底部布有火山岩生物填料，中间层为粒径20-40mm的青石子，上层为高度10-15cm的砂质土壤；
所述第一过滤段(7)和第二过滤段(8)的底部铺设粒径2-8mm、厚度30cm的天然卵石垫料层，中间层铺设水淬渣填料，上层为高度70-100mm的石英砂；
所述第一厌氧生化段(3)和第二厌氧生化段(4)内种植浅根散生型植物；所述第一缺氧生化段(5)和第二缺氧生化段(6)内种植深根散生型植物；所述第一过滤段(7)和第二过滤段(8)内种植芦苇。
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