CN102897980A - 组合式城镇污水处理人工湿地系统及城镇污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种组合式城镇污水处理人工湿地系统及城镇污水处理方法。该系统包括依次串联的生物调节池单元、好氧降解与微生物培养池、潜流湿地、表流湿地，所述包括并联的预处理池A1、预处理池A2和串联在两者之后的混合调节池，且放养有浮水型水生植物；在好氧降解与微生物培养池的底部铺有蛭石矿物层，潜流湿地中的基质由下至上依次为砾石层、细沙层、蛭石与细沙混合层、细沙与红壤混合层。本发明系统不仅可实现各单元之间处理效果的优势互补，还可实现各季节处理效果的优势互补，从而使TN、TP和CODcr均可达到较好的去除效果；最终达到大大降低湿地面积，达到在节约建设成本和维护成本的情况下增强去污效果的目的。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种组合式城镇污水处理人工湿地系统及城镇污水处理方法。
背景技术
我国沿江河流域村镇和小城市生活污水无组织排放是造成地表水体污染和富营养化的重要因素之一，也是我国水体污染治理的一项重要而艰巨的任务。随着城镇规模的不断扩大，城镇的用水量和排水量都在不断增加，进一步加剧了用水的紧张和水质的污染，环境问题日益突出，水危机已经成为社会经济发展的重要制约因素。解决广大村镇及小城市水污染的根本出路只能是开发使用低成本、高效率的污水处理技术。人工湿地污水处理技术的迅速发展，为解决这一问题提供了一种可能的途径。近年来，该技术被世界各国广泛用来改善水质，修复湖泊、水库的营养性污染物质，控制农业污水的氮、磷污染，已是一项正在不断得到研究应用和发展的廉价污水处理实用技术。
人工湿地污水处理技术虽然具有高效率、低能耗的特点，但湿地技术也具有很强的地域性特点和局限性，因此有必要结合区域特点开发新式的人工湿地系统，为构建新的城镇污水处理系统和处理系统增容开辟新的途径。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种可克服单一工艺的缺陷、实现优势互补的且具有投资与运行费用低、维护管理简便、耐冲击负荷能力强、生态景观改善效果明显等优点的组合式城镇污水处理人工湿地系统，并公开了一种高效的城镇污水处理方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
设计一种组合式城镇污水处理人工湿地系统，包括依次串联的生物调节池单元、好氧降解与微生物培养池、潜流湿地、表流湿地，所述生物调节池单元包括并联的预处理池A1、预处理池A2和串联在两者之后的混合调节池，该生物调节池单元设置有效水深1.30～1.60m，且放养有浮水型水生植物，并使其在池中的盖度达95%以上，将植物、动物、微生物引入试验废水调节池，强化了预处理的降解转化作用；
在所述好氧降解与微生物培养池的底部铺有用以构建微生物与有机养分缓冲库的25～35cm厚的蛭石矿物层，利用该载体技术在该单元筛选和培养有效微生物群，将培养的菌群扩散到生物调节池和湿地单元，增大处理系统的微生物浓度，放大微生物降解效应，提高整个系统的生物降解能力；
所述潜流湿地中的基质由下至上依次为25～35cm厚的砾石层、15～25cm厚的细沙层、35～45cm厚的蛭石与细沙混合层、15～25cm 厚的细沙与红壤混合层，其地表上种植常绿型陆生植物；所述表流湿地由浅至深配置各种挺水型、浮叶型、浮水型、沉水型水生植物；利用潜流湿地吸附、过滤、沉淀功能截留无机和有机有毒物质、增强去N除P效果，利用表流湿地中和、调节、稳定出水水质。
基于好氧反应初期降解与转化速率高的原理，采用快速好氧降解将有机污染物转化为速效养分供湿地植物生长，这一组合设计成倍地缩减了生化反应时间、有效地降低了有机负荷、相应也成倍地缩小了湿地的面积。配置不同微生物、植物、动物种类，利用生物共生、竞争、食物链(网)、营养级、生态位等原理，建立稳定微生态环境促进生物间物质能量交换。
在所述好氧降解与微生物培养池与所述生物调节池单元、潜流湿地、表流湿地之间分别设有相应的污泥调控管道。
在所述生物调节池单元与所述潜流湿地、表流湿地之间分别设有相应的污水调控管道。
所述浮水型水生植物为凤眼莲、满江红、浮萍中的至少一种。
所述常绿型陆生植物为黄花美人蕉、红花美人蕉、姜草、香蒲、矮象草、水芋、梭鱼草中的至少一种。
所述沉水型水生植物为黑藻、金鱼藻、皇竹草、水花生中的至少一种。
所述挺水型水生植物为菖蒲、水芹菜、茭白中的至少一种。
所述蛭石与细沙混合层由蛭石、细沙按1：0.8～1.2的重量比组成；所述细沙与红壤混合层由细沙、红壤按1：1～1.5的重量比组成。
配置不同种类草本、木本植物，利用不同种植物根系的分布特点，形成多层次水环境好氧区(根系周围)、兼氧区和厌氧区(无根系或少根系区)，好氧微生物将有机物分解，兼性微生物和厌氧微生物降解有机物，好氧区和厌氧区的同时存在，十分有利于氮的硝化和反硝化反应的进行，达到高效除氮效果。
利用上述组合式城镇污水处理人工湿地系统进行城镇污水处理方法，包括以下步骤：
（1）首先将城镇污水引入上述生物调节池单元，进行沉淀、生物吸收净化，水力停留时间5～7h；
（2）将上步处理结束后的城镇污水引至所述好氧降解与微生物培养池中进行快速曝气反应，水力停留时间在2～6h；
（3）经上步处理后的污水再引至所述潜流湿地中，利用其中所填充的基质、栽植的植物及湿地附着的微生物对污水的各种物质进行吸附、吸收、分解以达到截留、净化之目的；
（4）上步处理后的污水引至所述表流湿地，利用表流湿地中所存在的各种水生生物的进行进一步的综合处理净化，最后达标排放；
（5）定期（当污水在生物调节池的水力停留时间6.4h，平均水温达到18～22℃）将所述好氧降解与微生物培养池中所产生的活性污泥按85%、10%、5%的比例分别转移接种到所述生物调节池单元、潜流湿地、表流湿地。定量回流好氧降解与微生物培养池的污泥至调节池，用以提高废水可生化度，降低好氧处理单元有机负荷。
（6）运行过程中，根据各单元的水力负荷、污水容积负荷的调控生物调节池单元、好氧降解与微生物培养池、潜流湿地、表流湿地中的污水通量，目的是：通过调控，实现各单元的组合增效，组合处理单元功能的加成效应，组合不同技术与工艺，发挥各自的优点，实现优势互补。
在上述污水运行处理过程中还可以按好氧降解与微生物培养池中活性污泥量的8～12%向其中投加具有较强吸附氨氮能力的蛭石矿物作为生物膜载体。
本发明具有积极有益的效果：
1.本发明系统不仅可实现各单元之间处理效果的优势互补，还可实现各季节处理效果的优势互补，从而使TN、TP和CODcr均可达到较好的去除效果；可弥补单一常规生化处理(去除有机污染物效果好而对氮、磷去除效果较差)和单一常规人工湿地处理(去除氮、磷效果较好)的不足，同时还解决了冬季处理效果差的问题，最终达到组合增效、优势互补的目的，见表1。
表1 系统各处理单元去污能力比较
2.在保证处理后出水水质达标的前提下，组合系统无论是建设成本还是运行成本都低于国内外常规的处理工艺，见表2。
表2 系统建设和运行成本及用地面积
3.本发明系统将生化处理技术与人工湿地处理技术加以组合后，能大大降低湿地面积，最终达到在节约建设成本和维护成本的情况下增强去污效果的目的。
4.组合工艺能大大减少生化反应的能耗，利用潜流与表流湿地的组合，实现了水生与陆生、夏季与冬季、一年生与多年生植物的搭配，从而扩大了不同季节植物种类的选择范围。
5.本组合湿地处理系统可引入大量的景观植物，形成多层次的景观，丰富景观层次，使人工湿地接近自然生态系统。同时将湿地的景观功能融入到休闲娱乐体系中，不仅能够净化水体，还提供了钓鱼休闲地和增加美学感受，系兼具环保、观景、休闲多重功效。
附图说明
图1为组合式人工湿地污水净化系统流程示意图。
具体实施方式
以下结合具体实施例进一步阐述本发明。下述实施例中所涉及的系统结构如无特别说明，则为常规的系统结构；所涉及的具体方法步骤如无特别说明，则均为常规方法步骤。
实施例1 广州市某区组合式污水处理人工湿地系统，参见图1，包括依次串联的生物调节池单元（A单元）、好氧降解与微生物培养池（B单元）、潜流湿地（C单元）、表流湿地（D单元），有关构筑物设计参数见表3；所述生物调节池单元包括并联的预处理池A1、预处理池A2和串联在两者之后的混合调节池，该生物调节池单元单元面积182m2,有效水深1.45m，其中预处理池A1、混合调节池中均放养凤眼莲等水生植物，盖度达95%以上，生物量达21.59kg/m2，预处理池A2内放养满江红等植物，盖度达95%以上，生物量达 26kg/m2；污水流入混合调节池的最大流量 800m3/d，日平均流量为540m3/d，水力停留时间6.4h，平均水温维持20℃左右；
在所述好氧降解与微生物培养池的底部铺有用以构建微生物与有机养分缓冲库的30cm厚的蛭石矿物层；运行过程中投加一定量（一般按活性污泥量的10%）具有较强吸附氨氮能力的蛭石矿物作为生物膜载体。HRr(水力停留时间)设计为2小时。生化反应的前期效率很高，可有效地降低有机污染物浓度以减轻湿地单元的有机负荷。另外生化反应可将有机质迅速转化成为速效养分供湿地植物吸收利用。设置生化单元另一目的是培养和驯化有效微生物群，作为整个系统的有效微生物菌种源。因此，B单元的作用是降解和转化有机污染物、培养微生物菌种、缓冲系统有机养分流。
所述潜流湿地中的基质由下至上依次为30cm厚的砾石层、20cm厚的细沙层、40cm厚的蛭石与细沙混合层（两物料按1：1的重量比混合）、20cm 厚的细沙与红壤混合层（两物料按1：1的重量比混合），其地表上种植常绿型陆生植物；用红壤去除磷和微量元素，用蛭石吸附氨态氮。单元截留积累的养分供植物、土壤微生物和动物吸收利用；C单元为间歇启动单元，主要作用是:首先，作为养分缓冲库调节系统处理能力，在进水流量和污染物浓度增大、污染物组成复杂时减缓表流湿地单元的污染物负荷；其次，利用单元的吸附能力去除有毒与有害物质，防止这些物质破坏表流湿地的生态系统；第三，在水生植物换季，以及在冬季水生植物去污能力较弱时期，能相对独立运行一段时间，保证排放水质达标；主要引种植物包括：挺水植物有：菖蒲、水芹菜、茭白；浮水植物有：满江红、凤眼莲、浮萍等；沉水植物有：黑藻、金鱼藻、皇竹草等。
所述表流湿地由浅至深配置各种挺水型、浮叶型、浮水型、沉水型水生植物。物，通过生物吸收、利用和转化进一步降低有机污染物浓度，稳定出水水质。
利用上述组合式城镇污水处理人工湿地系统进行城镇污水处理方法，包括以下步骤，有关工艺参数见表3：
（1）首先将城镇污水引入上述生物调节池单元，进行沉淀、生物吸收净化；
（2）将上步处理结束后的城镇污水引至所述好氧降解与微生物培养池中进行快速曝气反应；
（3）经上步处理后的污水再引至所述潜流湿地中，利用其中所填充的基质、栽植的植物及湿地附着的微生物对污水的各种物质进行吸附、吸收、分解以达到截留、净化之目的；
（4）上步处理后的污水引至所述表流湿地，利用表流湿地中所存在的各种水生生物的进行进一步的综合处理净化，最后达标排放；
（5）定期（如在污水在生物调节池的水力停留时间5～7h，平均水温达到20℃左右时）将所述好氧降解与微生物培养池中所产生的活性污泥按85%、10%、5%的比例分别转移接种到所述生物调节池单元、潜流湿地、表流湿地。通过管道和计量器实现上述比例的调控。
（6）运行过程中，根据各单元的水力负荷、污水容积负荷（总设计流量1050m3/d，其它有关参数见表3）的调控生物调节池单元、好氧降解与微生物培养池、潜流湿地、表流湿地中的污水通量，具体可通过管道和计量器实现污水通量的调控，以实现各单元的组合增效，组合处理单元功能的加成效应。组合不同技术与工艺，发挥各自的优点，实现优势互补。
表3 组合模式构筑物设计参数
表4 A－B－C－D模式中处理单元BOD去除率参考数据
以2011年为例，以本例所述组合式人工湿地污水净化系统对当地城镇污水进行处理后系统各处理单元出水水质指标的年平均值见表5。自表5可看出，污水经组合系统处理后CODcr、BOD、TN和TP等指标的去除率均达到80%以上，NH4 + 一N去除率达到91%，系统的去N除P效果很显著，有毒元素的去除率也很高。
表5 处理后各单元出水水质分析值（2011年）
本例组合人工湿地系统示范工程三年生产效益分析(与常规处理比较，见表6)，设计为日处理污水量平均为800t/d，一年处理日为300d，则年均污水处理量为 300x800=240000t/a。
表6 组合人工湿地系统成本与效益对比分析
上表对比分析表明，采用常规处理运行费用高，投入资金回收时间慢长；而采用组合人工湿地污水处理系统，第二年便可回笼基建投入的成本，盈利空间大。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种组合式城镇污水处理人工湿地系统，包括依次串联的生物调节池单元、好氧降解与微生物培养池、潜流湿地、表流湿地，其特征在于，所述生物调节池单元包括并联的预处理池A1、预处理池A2和串联在两者之后的混合调节池，该生物调节池单元设置有效水深1.30～1.60m，且放养有浮水型水生植物，并使其在池中的盖度达95%以上；在所述好氧降解与微生物培养池的底部铺有用以构建微生物与有机养分缓冲库的25～35cm厚的蛭石矿物层；所述潜流湿地中的填充基质由下至上依次为25～35cm厚的砾石层、15～25cm厚的细沙层、35～45cm厚的蛭石与细沙混合层、15～25cm 厚的细沙与红壤混合层，其地表上种植常绿型陆生植物；所述表流湿地由浅至深配置各种挺水型、浮叶型、浮水型、沉水型水生植物。
2.根据权利要求1所述的组合式城镇污水处理人工湿地系统，其特征在于，在所述好氧降解与微生物培养池与所述生物调节池单元、潜流湿地、表流湿地之间分别设有相应的污泥调控管道。
3.根据权利要求1所述的组合式城镇污水处理人工湿地系统，其特征在于，在所述生物调节池单元与所述潜流湿地、表流湿地之间分别设有相应的污水调控管道。
4.根据权利要求1所述的组合式城镇污水处理人工湿地系统，其特征在于，所述浮水型水生植物为凤眼莲、满江红、浮萍中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的组合式城镇污水处理人工湿地系统，其特征在于，所述常绿型陆生植物为黄花美人蕉、红花美人蕉、姜草、香蒲、矮象草、水芋、梭鱼草中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的组合式城镇污水处理人工湿地系统，其特征在于，所述沉水型水生植物为黑藻、金鱼藻、皇竹草、水花生中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的组合式城镇污水处理人工湿地系统，其特征在于，所述挺水型水生植物为菖蒲、水芹菜、茭白中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的组合式城镇污水处理人工湿地系统，其特征在于，所述蛭石与细沙混合层由蛭石、细沙按1：0.8～1.2的重量比组成；所述细沙与红壤混合层由细沙、红壤按1：1～1.5的重量比组成。
9.利用权利要求1所述的组合式城镇污水处理人工湿地系统进行城镇污水处理方法，包括以下步骤：
（1）首先将城镇污水引入权利要求1所述的生物调节池单元，进行沉淀、生物吸收净化，水力停留时间5～7h；
（2）将上步处理结束后的城镇污水引至所述好氧降解与微生物培养池中进行快速曝气反应，水力停留时间在2～6h；
（3）经上步处理后的污水再引至所述潜流湿地中，利用其中所填充的基质、栽植的植物及湿地附着的微生物对污水的各种物质进行吸附、吸收、分解以达到截留、净化之目的；
（4）上步处理后的污水引至所述表流湿地，利用表流湿地中所存在的各种水生生物进一步综合处理净化，最后达标排放标准；
（5）定期将所述好氧降解与微生物培养池中所产生的活性污泥按85%、10%、5%的比例分别转移接种到所述生物调节池单元、潜流湿地、表流湿地；
（6）处理过程中根据各单元的水力负荷、污水容积负荷的调控生物调节池单元、好氧降解与微生物培养池、潜流湿地、表流湿地中的污水通量，实现各单元的组合增效、组合处理单元功能的加成效应。
10.根据权利要求9所述的城镇污水处理方法，其特征在于，还包括在污水运行处理过程中按好氧降解与微生物培养池中活性污泥量的8～12%向其中投加蛭石矿物作为生物膜载体。
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| Wu et al. | Constructed wetlands for pollution control | |
| Lu et al. | Study on method of domestic wastewater treatment through new-type multi-layer artificial wetland | |
| CN102897980A (zh) | 组合式城镇污水处理人工湿地系统及城镇污水处理方法 | |
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| Sun et al. | Effective biological nitrogen removal treatment processes for domestic wastewaters with low C/N ratios: a review | |
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| Jóźwiakowski et al. | 25 years of research and experiences about the application of constructed wetlands in southeastern Poland | |
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| Hu et al. | Design of a combined constructed wetland system and its application on swine wastewater treatment | |
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| Kumwimba et al. | Performance of various fillers in ecological floating beds planted with Myriophyllum aquaticum treating municipal wastewater | |
| Yu et al. | Increasing chemical oxygen demand and nitrogen removal efficiencies of surface-flow constructed wetlands in macrophyte-dominant seasons by adding artificial macrophytes | |
| Yang et al. | Removal efficiency of the constructed wetland wastewater treatment system at Bainikeng, Shenzhen | |
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| Ni et al. | Demonstration research project of a new three-stage bio-oxidation pond for purifying black smelly water bodies | |
| Wu et al. | Plant-biofilm oxidation ditch for in situ treatment of polluted waters | |
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| Achak et al. | Constructed Wetlands Process for Treating Sewage to Improve the Quantitative and Qualitative Management of Groundwater Resources | |
| Peng et al. | Biofilter-constructed wetland-trophic pond system: A new strategy for effective sewage treatment and agricultural irrigation in rural area |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20130130 |