CN102627376A - 分散式污水一体化人工湿地处理设施及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供分散式污水一体化人工湿地处理设施及方法，本设施包括高位水箱筛滤区、生物膜处理区、浮水植物区、主湿地区、沙滤沉水植物区、集中出水区六部份，并依次形成完整的处理水路；其中浮水植物区、主湿地区、沙滤沉水植物区由隔板分离为左右两个并联区域，并形成左右两条处理水路。本发明的方法包括去除悬浮污物、生物膜处理、湿地处理、沙滤处理、潜流与表流切换处理、主湿地区植物配置。本发明的设施占地仅2～3m2，净化效率达标，并且可车间集成化生产，不易堵塞，管理容易，维护方便，运行成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种分散式污水人工湿地处理设施及方法，尤其是一种一体化的人工湿地处理设施及方法，属污水处理技术领域。
背景技术
我国自1999年生活污水污染负荷首次超过了工业废水污染负荷以来，2006～2009年生活污水排放量均超过排放总量的55％，2010年生活污水排放总量达到379.8亿吨，占排放总量的61.5％。379.8亿吨生活污水中，有71％左右是我国村镇生活污水，由于经济、地理等问题，这些污水基本上未经处理就直接排放，大多以分散式直排为主。针对我国实际情况，要解决分散式污水处理问题，采用人工湿地处理技术是经济有效的措施之一。
按植物类型划分人工湿地，可分为浮水植物系统、挺水植物系统和沉水植物系统；根据系统布水方式或水流方式，分为自由表面流人工湿地、潜流人工湿地和垂直流人工湿地。在实际应用中，潜流人工湿地占主要地位，不足之处是容易堵塞、冬季处理效果下降、占地面积仍较大等，除此之外，人工湿地基础建设，提高了投资成本，且退耕困难，不适于分散直排生活污水水处理应用。因此，发明者对成本低、占地面积小、实际处理效果好、运行管理退耕方便的人工湿地作了大量的探索与实践。
专利02134344.6公开了一种自上而下重叠而成的阶梯状多子级人工湿地水处理装置，由于该装置呈立体型，因此可有效的减少了湿地的占地面积，但该装置为钢筋混凝土或混砖结构，需进行大量的基建工作，而且随着子级湿地的增加，会增加由水泵送至储水池的动力。
专利200720156287.2公开了一种可拆卸人工湿地，该装置由若干独立筐体的湿地单元组合而成，成本低，退耕容易，但该装置湿地单元采用的是塑料箱(容积200L)，经过其他发明者的实际应用，构成湿地单元的塑料箱由于材料承压能力较低，难以在实际污水处理中应用。
专利200810140288.7公开了一种环流式表面流人工湿地，由于采用了半地埋式螺旋槽环流式床体，在一定占地面积内增加了污水处理能力，并可在寒冷天气条件下运行，但该系统为表面流人工湿地，仍存在水力负荷率较小，去污能力有限，水面冬季易结冰，夏季易生蚊蝇，散发臭气等缺点。
专利200710015996.3公开了一种潜-表面流复合人工湿地，可节省一定的占地面积，并可通过水泵实现不同类型人工湿地的转换，但该系统需进行基建，使用过多的管道，存在管道堵塞、潜表面流转换需动力等不足之处。
专利200310111813.X公开了一种城市污水复合人工湿地脱氮除磷方法，该技术采用了水平流-垂直流人工湿地，虽然占地有所减少，但仍占地约19m2，其处理效果在专利说明书中仅提供了一年中气温最高时段(7～8月)湿地的处理效率，对COD、TN、TP的处理效率分别为35.7％～96.7％、2.1％～67％、2.8％～99.5％，变化幅度大，湿地处理效果稳定性有待提高，并缺少冬季低温条件下湿地的处理效果。
与专利200310111813.X类似，200620022790.4公开了一种复合人工湿地，构建了垂直流人工湿地与水平流人工湿地通过上下串联的复合人工湿地，面积进一步减少至约10m2，但处理效果也仅在专利说明书中提供了一年中气温最高时段(5～9月)的运行结果，对COD、NH4+N、TP、TN去除率分别为56％～97.8％、34.9％～97.4％、56.7％～91.4％、17.4％～90.4％，变化幅度同样很大，未对冬季低温条件下湿地的处理效果作说明。
当然，还有其它很多已公开类似技术，虽占地面积能适当有所减少，但仍然较大，大多需进行基建，不可集成化生产，运行时需外加大量动力，加大投资运行成本，且大多技术回避冬季低湿条件下湿地处理效果这一问题，限制了设施及系统在分散式污水处理的应用与推广。
为了解决以上技术问题，我们需要一种可集成化生产，安装即用，操作简单，管理容易，不易堵塞，冬季也能正常运行的，多工艺组合的一体化人工湿地处理装置及方法。
发明内容
为了克服以上所述现有技术的不足，本发明提供一种占地仅2～3平方米，净化效率能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，并且可集成化生产，即安即用、操作简单、管理容易、不易堵塞、不使用外设动力、多工艺组合的一体化人工湿地处理设施及方法。为了降低成本及便于规模化生产，本发明所有主体材料为耐酸碱、耐光照，厚10～15mm的聚丙烯(PP)板制作。其他高分子材料板材或金属板材或按此结构修建的均在保护范围内。
本发明所述设施如下：
分散式污水一体化人工湿地处理设施，由主箱体1通过隔离板2经隔离后，依次形成包括高位水箱筛滤区7、生物膜处理区3、浮水植物区4、主湿地区5、沙滤沉水植物区6、集中出水区17六部份，并依次形成完整的污水处理水路；其中浮水植物区4、主湿地区5、沙滤沉水植物区6再经隔离板2分离为左右两个并联区域，并形成左右两条处理水路。
高位水箱筛滤区7底部与生物膜处理区3底部通过管道8连接，管道8上设置有流量调节阀9；生物膜处理区3上侧距主箱体底部70～80cm处，设与浮水植物区4相通的出水口；浮水植物区4底部设与主湿地区5相通的出水口；主湿地区5底部设与沙滤沉水植物区6相通的出水口；沙滤沉水植物区6上侧距主箱体底部60～70cm处设与集中出水区17相通的出水口。
在集中出水区17内设置有回流循环泵12，回流循环泵12出水口设置在生物膜处理区3内；主箱体1四周壁缘设置有加强筋，主箱体1四周各箱体箱底均设置有落干出水孔13，并在落干出水孔13管口设置有水阀，所述的主箱体1长200～300cm、宽80～120cm、主箱体1占地面积为2～3m2。
如以上所述的本发明，更进一步说明为：
其中高位水箱筛滤区7箱体长30～40cm，宽100cm，高50～70cm，固定于生物膜处理区3上方，高位水箱筛滤区7箱体与污水管相连，高位水箱筛滤区7内置筛网；高位水箱筛滤区7通过管道8与生物膜处理区3底部相连，管道上还设置有流量调节阀9。
生物膜处理区3长30～40cm、高80cm，在箱体顶部设有四通布水管14与回流循环泵12相连；生物膜处理区3内间隔悬挂废弃无纺布边角余料及棕条、麻条、丝瓜布，共同构成的生物膜载体15，生物膜载体15高70cm；生物膜处理区3右上方有左右两个出水口，分别对应主湿地区5左右两个独立的区域。
浮水植物区4长15～20cm，由高80～100cm的纵向隔板分为左右两个并联区域，底部均匀布设与主湿地区5相通的10～12个出水口，浮水植物夏季为浮萍、凤眼莲之一或其组合，冬季通过浮床方式种植白车轴草、狐尾藻之一或其组合。
主湿地区5长125～200cm、高80～100cm，中部设置高60～80cm的隔板；将主湿地区分为前后两个部份，主湿地区5底部均匀布设与沙滤沉水植物区相通的10～12个出水口，主湿地区基质16布设由下至上分别为：大卵石25cm，中卵石15cm，瓦砾约3cm，废砖或建渣30cm，带多孔无纺布一层、泥土15～20cm，泥土上种植植物；包括大型植物和小型植物共同组成，大型植物选择香蒲、黄菖蒲、芦苇、美人蕉或其组合，小型植物为耐寒植物狐尾藻和白车轴草或其组合；主湿地区5箱体两侧边缘设置有保温薄膜安装插口。
沙滤沉水植物区6长30～40cm，高80～100cm，该区域基质16由废砖层15cm，无孔无纺布层和沙层20cm组成，并在沙层种植沉水植物如睡莲、黑藻、金鱼藻之一或其组合。
集中出水区17设置有两个出水口，分别为距箱底60～80cm处的潜流出水口10；80～100cm处表面流出水口11；在该区域距底端40cm处安装回流循环泵12的吸水管。
本发明所述的分散式污水处理方法如下：
a、将生活污水通过管道或直接汇入高位水箱筛滤区7中，高位水箱筛滤区7中部设置筛网阻挡住固体污物，取出筛网，将固体污物取出。
b、通过打开并调节流量调节阀9，将污水以10～20L/h流入到生物膜处理区3，污水均匀通过生物膜区3中悬挂于隔板之间的生物膜载体15时，与生物膜载体15上形成的生物膜充分接触，进行微生物厌氧-兼氧处理。
c、经生物膜处理后的污水从生物膜处理区3上侧的两个出水口溢流到浮水植物区4，浮水植物夏季为浮萍、凤眼莲之一或其组合，冬季通过浮床方式种植白车轴草、狐尾藻之一或其组合。
d、经过到浮水植物区4下侧的潜流口流入到主湿地区5内进行处理，首先进行上行垂直潜流：污水由主湿地区5底部进入并缓慢向上推进，由底层大卵石进行均匀布水，在向上流动过程中先后通过由中卵石、瓦层、废砖建渣、多孔无纺布及泥土层，使水流分布更均匀，并对悬浮物进行过滤，并为微生物的生长提供载体；之后污水在主湿地区5横向隔板作用下作折流运动，以水平潜流方式进入下行潜流区，在向下流动过程中先后经泥土层、多孔无纺布、废砖建渣、瓦层、中卵石和大卵石层，多孔无纺布层和瓦层仅使水流分布更均匀，防止了细小颗粒随水流下行产生堵塞；污水在主湿地区经过2～3天的停留进入下一处理过程。
e、经过了主湿地区5后的水从主湿地区5下侧的潜流口注入到沙滤沉水植物区6，内种植黑藻、睡莲等沉水植物或挺水植物；在沙滤沉水植物区6内静置沉淀后，净化后的水从沙滤沉水植物区6箱体上侧溢流到集中出水区17。
f、再次经过集中出水区17的短暂沉淀，即选择从潜流出水口10或表面流出水口11流出。
g、当日处理水量低于200L或经过长时间运行需冲洗生物膜载体15时，可打开集中出水区6内的回流循环泵12，将已处理后的水泵入生物膜处理区3，补充入水及冲洗生物膜载体15。
h、当整个处理设施内污泥阻塞或处理效率下降需修整时，可直接打开各箱体箱底的落干出水孔13，排放出多余污泥并进行湿地复氧。
i、当主湿地区5左右两侧之一需要进行复氧与维修时，关闭生物膜处理区3对应的出水孔，进行落干复氧，另一侧继续处理污水。
j、根据季节需要打开或关闭潜流出水口，变换湿地类型，在夏季时，打开潜流出水口11，主湿地区5内的水位将下降到泥土表面以下，以潜流方式处理污水；在冬季时，关闭潜流出水口11，打开表面流出水口10；主湿地区5内的水位将上升到泥土表面以上，以表面流加潜流方式处理污水；在冬季时，在主湿地区箱体两侧边缘的保温薄膜安装插口安装好保温棚，以保护植物。
本发明的有益效果为：
1、处理设施一体化：
本发明集多种污水处理技术于一体的成套设施，可根据季节需要在无外加动力条件下实现表潜流湿地的转换，结构简单，有利于车间集成化生产。
2、处理效率高：
本发明充分利用有限的生态位进行植物配置，独特的双水路处理设计可实现湿地维护与污水处理同时进行，提高本发明设施对分散生活污水处理效率。在不同季节总氮、氨氮、总磷、化学需氧量的净化效果均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准。
3、占地面积小：
本发明占地面为2-3平方米，安装用地要求粗放，适合各种环境结构安装，可以选择住户周围的各个位置安装，可置于地面，也可半地埋，安装简单。
4、维护方便，运行成本低：
本发明运行过程极少用外加动力，在主湿地区不采用管道连接，不易发生阻塞现象，即使发生堵塞现象，因在箱体下部排设有落干孔，也能方便疏通，维护方便，运行成本低。
附图说明
图1本发明结构图；
图2本发明基质及植物分布图；
图3本发明水流方向示意图；
图4是图1的俯视图。
具体实施方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
本发明实际是分为了两条水路进行污水的处理，如果其中一条水路出现问题或是需要进行维修时，可以关闭该水路所对应的生物膜处理区3右上方的出水口，即关停了该水路的水流，而另一条水路不受影响，可以正常工作。可实现落干复氧、湿地维护与污水处理同时进行，有利于湿地单元间歇运行、排干补苗、收获植物、补漏以其他维护措施，不用外加动力即可有效解决维护与湿地运行相冲突的矛盾。
将本发明用于直接生活污水或生活污水与化粪池出水合污水的处理。设计平均日处理量200～300L/d，湿地长2m，宽1m，湿地区高1m，加上高位水箱筛滤区高度1.3m，占地面积2平方米，选择闲置地或离污水排放地较近的地方安装。污水分散倒入的高位水箱筛滤区7中，调节高位水箱筛滤区7与生物膜处理箱3之间的连接管道上设置的流量调节阀9，调节流量100～150mL/min，采用间歇处理方式进行处理，处理一箱污水后进行一次回流，7天为一个周期进行分析监测。从2011年4月到2012年3月，分别对高低浓度污水和不同季节处理污水进行处理。
1、不同浓度污水处理运行情况：
实际运行水力负荷0.1～0.15m3/m2.d，用间歇处理方式进行处理，处理一箱污水后进行一次回流，7天为一个周期进行分析监测.运行时间2011年4月到2012年3月。
表1高浓度污水处理净化效果
表2低浓度污水处理净化效果
注：表中进出水水质为监测期内数据的平均值。
2、不同季节运行效果：
实际运行水力负荷0.1～0.15m3/m2.d，用间歇处理方式进行处理，处理一箱污水后进行一次回流，7天为一个周期进行分析监测.运行时间2011年4月到2012年3月。
表3不同季节污水处理净化效果
注：表中进出水水质为监测期内数据的平均值。
Claims (4)
1.分散式污水一体化人工湿地处理设施，由主箱体(1)通过隔离板(2)经隔离后，依次形成包括高位水箱筛滤区(7)、生物膜处理区(3)、浮水植物区(4)、主湿地区(5)、沙滤沉水植物区(6)、集中出水区(17)六部份，并依次形成完整的处理水路；其中浮水植物区(4)、主湿地区(5)、沙滤沉水植物区(6)由隔板分离为左右两个并联区域，并形成左右两条处理水路；
高位水箱筛滤区(7)底部与生物膜处理区(3)底部通过管道(8)连接，管道(8)上设置有流量调节阀(9)；生物膜处理区(3)上侧距主箱体底部70～80cm处，设与浮水植物区(4)相通的出水口；浮水植物区(4)底部设与主湿地区(5)相通的出水口；主湿地区(5)底部设与沙滤沉水植物区(6)相通的出水口；沙滤沉水植物区(6)上侧距主箱体底部60～70cm处设与集中出水区(17)相通的出水口；
在集中出水区(17)内设置有回流循环泵(12)，回流循环泵(12)出水口设置在生物膜处理区(3)内；主箱体(1)四周壁缘设置有加强筋，主箱体(1)四周各箱体箱底均设置有落干出水孔(13)，并在落干出水孔(13)管口设置有水阀，所述的主箱体(1)长200～300cm、宽80～12cm、主箱体(1)占地面积为2～3m2。
2.如权利要求1所述的分散式污水一体化人工湿地处理设施，其特征在于：
其中高位水箱筛滤区(7)箱体长30～40cm，宽100cm，高50～70cm，固定于生物膜处理区(3)上方，高位水箱筛滤区(7)箱体与污水管相连，高位水箱筛滤区(7)内置筛网，筛网均匀布设筛孔；高位水箱筛滤区(7)通过管道(8)与生物膜处理区(3)底部相连，管道上还设置有流量调节阀(9)；
生物膜处理区(3)长30～40cm、高80cm，在箱体顶部设有四通布水管(14)与回流循环泵(12)相连；生物膜处理区(3)内间隔悬挂废弃无纺布边角余料及棕条、麻条、丝瓜布，共同构成的生物膜载体(15)，生物膜载体(15)高70cm；生物膜处理区(3)右上方有左右两个出水口，分别对应主湿地区(5)左右两个独立的区域；
浮水植物区(4)长15～20cm、高80～100cm，的纵向隔板分为左右两个并联区域，底部均匀布设与主湿地区(5)相通的10～12个出水口，浮水植物夏季为浮萍、凤眼莲之一或其组合，冬季通过浮床方式种植白车轴草、狐尾藻之一或其组合；
主湿地区(5)长125～200cm、高80～100cm，中部设置高60～80cm的隔板；将主湿地区分为前后两个部份，主湿地区(5)底部均匀布设与沙滤沉水植物区相通的10～12个出水口，主湿地区基质(16)布设由下至上分别为：大卵石25cm，中卵石15cm，瓦砾约3cm，废砖或建渣30cm，带多孔无纺布一层、泥土15～20cm，泥土上种植植物；包括大型植物和小型植物共同组成，大型植物选择香蒲、黄菖蒲、芦苇、美人蕉或其组合，小型植物为耐寒植物狐尾藻和白车轴草或其组合；主湿地区(5)箱体两侧边缘设置有保温薄膜安装插口；
沙滤沉水植物区(6)长30～40cm，高80～100cm，该区域基质(16)由废砖层15cm，无孔无纺布层和沙层20cm组成，并在沙层种植沉水植物如睡莲、黑藻、金鱼藻之一或其组合；
集中出水区(17)设置有两个出水口，分别为距箱底60～80cm处的潜流出水口(10)；80～100cm处表面流出水口(11)；在该区域距底端40cm处安装回流循环泵(12)的吸水管。
3.如权利要求1所述的分散式污水一体化人工湿地处理设施，其特征在于：箱体及隔板材料为厚10～15mm的聚丙烯(PP)板、高分子材料板材或金属板材制作。
4.分散式污水一体化人工湿地处理方法，其特征在于，本发明所述的分散式污水处理方法如下：
a、将生活污水通过管道或直接汇入高位水箱筛滤区(7)中，高位水箱筛滤区(7)中部设置隔栅阻挡住固体污物，取出隔离栅，将固体污物取出；
b、通过打开并调节流量调节阀(9)，将污水以10～20L/h流入到生物膜处理区(3)，污水均匀通过生物膜区(3)中悬挂于隔板之间的生物膜载体(15)时，与生物膜载体(15)上形成的生物膜充分接触，进行微生物厌氧-兼氧处理；
c、经生物膜处理后的污水从生物膜处理区3上侧的两个出水口溢流到浮水植物区4，浮水植物夏季为浮萍、凤眼莲之一或其组合，冬季通过浮床方式种植白车轴草、狐尾藻之一或其组合；
d、经过到浮水植物区(4)下侧的潜流口流入到主湿地区(5)内进行处理，首先进行上行垂直潜流：污水由主湿地区5底部进入并缓慢向上推进，由底层大卵石进行均匀布水，在向上流动过程中先后通过由中卵石、瓦层、废砖建渣、多孔无纺布及泥土层，使水流分布更均匀，并对悬浮物进行过滤，并为微生物的生长提供载体；之后污水在主湿地区(5)横向隔板作用下作折流运动，以水平潜流方式进入下行潜流区，在向下流动过程中先后经泥土层、多孔无纺布、废砖建渣、瓦层、中卵石和大卵石层，多孔无纺布层和瓦层仅使水流分布更均匀，防止了细小颗粒随水流下行产生堵塞；污水在主湿地区经过2～3天的停留进入下一处理过程；
e、经过了主湿地区(5)后的水从主湿地区(5)下侧的潜流口注入到沙滤沉水植物区(6)，内种植黑藻、睡莲等沉水植物或挺水植物；在沙滤沉水植物区(6)内静置沉淀后，净化后的水从沙滤沉水植物区(6)箱体上侧溢流到集中出水区(17)；
f、再次经过集中出水区(17)的短暂沉淀，即选择从潜流出水口(10)或表面流出水口(11)流出；
g、当日处理水量低于200L或经过长时间运行需冲洗生物膜载体(15)时，可打开集中出水区(6)内的回流循环泵(12)，将已处理后的水泵入生物膜处理区(3)，补充入水及冲洗生物膜载体(15)；
h、当整个处理设施内污泥阻塞或处理效率下降需修整时，可直接打开各箱体箱底的落干出水孔(13)，排放出多余污泥并进行湿地复氧；
i、当主湿地区(5)左右两侧之一需要进行复氧与维修时，关闭生物膜处理区(3)对应的出水孔，进行落干复氧，另一侧继续处理污水；
j、根据季节需要打开或关闭潜流出水口，变换湿地类型，在夏季时，打开潜流出水口(11)，主湿地区(5)内的水位将下降到泥土表面以下，以潜流方式处理污水；在冬季时，关闭潜流出水口(11)，打开表面流出水口(10)；主湿地区(5)内的水位将上升到泥土表面以上，以表面流加潜流方式处理污水；在冬季时，在主湿地区箱体两侧边缘的保温薄膜安装插口安装好保温棚，以保护植物。
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