CN103395949B - 利用人工湿地处理污水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于人工湿地的利用,特别是指利用人工湿地处理污水的方法。主要采用污水的预处理、污水的曝气处理、污水的净化等工艺步骤,本发明解决了现有技术存在的湿地系统易堵塞、自我恢复能力差等问题,具有工艺设计合理,湿地系统不易堵塞,对于污染物的去除效果好、系统自我恢复能力强等优点。
Description
技术领域
本发明属于人工湿地的利用,特别是指利用人工湿地处理污水的方法。
背景技术
人工湿地技术是近年来发展起来的一项污水处理工艺,由于其具有低投资、低能耗、低处理成本等特点,逐渐被广泛接受。人工湿地是一个人为构建的复杂的生态系统,其各部分相互作用,通过植物、基质和微生物的综合作用来去除污染物质。实际运行中,人工湿地运行较长时间后,系统容易发生堵塞,湿地功能下降,对污染物的净化能力降低,出水不能达标排放。究其原因主要是:
1、污水进入湿地系统前未经过预处理,直接进入,导致大量悬浮物质逐步累积。
2、湿地系统溶解氧较低,导致对污染物的去除率降低,使污水中的有机质、悬浮物等在湿地系统滞留、累积。
3、系统自我恢复性能差,经过长时间运行,湿地基质吸附饱和,而且随着污染物的累计,运行功能下降。
申请号为201010517728.3的发明专利申请中公开了垂直流潜流式人工湿地污水处理系统及其处理污水的方法。该专利申请在湿地系统中设置上行流系统和下行流系统,通过采用上行流或下行流两种进水方式以一定的时间间隔交替进行,以预防和延缓湿地淤堵。上述专利申请存在的问题在于:一方面,进水未进行预处理;另一方面,上行流系统和下行流系统均采用布水管布水,布水管铺设在湿地系统内部,随着人工湿地的运行,极容易发生堵塞,而且维修不便,运行成本较高。另外,没有从根本上解决湿地系统溶解氧较低、自我恢复性能差的问题。污染物分解不彻底,逐步累计,发生堵塞,难以很快恢复,系统运行功能下降,难以保证出水达标排放。
发明内容
本发明的目的在于提供一种系统不易堵塞、溶解氧较高、具有较强系统恢复功能的利用人工湿地处理污水的方法。
本发明的整体技术构思是:
利用人工湿地处理污水的方法,包括如下工艺步骤:
A、污水预处理
污水进入预处理区,经过滤料的过滤去除污水中的杂物及大颗粒悬浮物,经给水管及阀门输出到多功能区;
B、污水曝气处理
污水在多功能区内进行曝气后输出至湿地单元;
C、污水的净化
污水进入湿地单元后,经过基质层行过滤吸附,并在湿地植物、微生物的作用下进行净化后排出湿地单元,排出湿地单元的净化水经收集后接下一处理单元或回用,基质层采用改性钢渣。
可以显而易见的是,多功能区和湿地单元数量和布置方式可以根据需要进行灵活的选择,并不脱离本发明的实质。
湿地单元的最上部为土壤层,土壤层可优选种植处理性好、抗水性能强、成活率高、成长周期长、美观及具有经济价值的水生植物,如芦苇、香蒲、灯心草、水葱等。
本发明的具体技术方案还有:
为对预处理区产生的污物进行及时的排放,优选的技术方案是,所述的步骤A中的预处理区还包括一路排污输出,需要排放的污物经预处理区的管路输出后通过排污阀排出。
为节省占地,同时便于实现布水和控制,优选的技术方案是,所述的步骤A、B中所述的湿地单元与多功能区间隔设置,多功能区的底部采用弧形结构。
为有效预防和延缓人工湿地淤堵,维持良好的水力传导性及稳定出水,延长湿地系统的使用寿命,相邻的湿地单元侧壁上开设的过水孔采用高低间隔错落分布,过水孔开设于基质层一侧。通过交替改变湿地内污水水流流向,其水流在湿地内部可形成反冲洗;可充分利用湿地系统,极大限度的发挥湿地系统的功能,对污染物进行有效去除。优选的实施方案是,还包括一反冲洗步骤,即通过控制与预处理区输出端相连阀门的开启或关闭,控制污水在湿地单元以及多功能区内的流向改变。
湿地单元中各结构层优选的实施方式是,步骤C中基质层的下部依次为过渡层、砾石层,砾石层中的砾石粒径为8-16mm,厚度为100-300mm,过渡层为粒径4-8mm的砾石,厚度为100mm,基质层中改性钢渣的粒径为2-5mm,厚度为200-500mm。优选的技术方案是,所述的步骤C中的改性钢渣采用高温改性钢渣。更为优选的是,高温改性钢渣是钢渣在700℃条件下恒温活化至少4小时制成。
钢渣是良好的吸附剂,钢渣经高温改性后,质地变疏松,表面积变大,吸附能力更强,对污染物的去除率明显提高。
为防止污水通过湿地系统深入地下,使湿地系统最大限度的发挥作用和功能,优选的技术方案是,所述的步骤A、B、C中的预处理区、多功能区、湿地单元的底部及侧壁设置防渗层,防渗层的渗透系数不大于10-8m/s。
优选的实施方式是,所述的防渗层采用黏土层、聚乙烯薄膜或建筑防水材料中的一种或其结合制成。
为便于实现对滤料的清洗,避免系统堵塞,优选的实施方式是,还包括一清洗步骤,污水经进水管、清洗阀、清洗管输出至滤料的底部,对滤料进行清洗;清洗管上开设有布水孔。
为便于湿地单元处理后的水输出,优选的实施方式是,步骤C中的排出湿地单元的净化水经多功能区内的集水管收集后,通过出水管接排放或回收。更进一步的是,优选的管路布置及设计是,湿地单元的输出依次通过设于多功能区内的集水管、出水管排出。为实现分路控制,最优选的实施方式是,集水管分别通过第一出水阀门、第二出水阀门、第三出水阀门与出水管相连。
曝气装置优选的实施方式是选用设于多功能区内的曝气管以及设于管路上的曝气阀。
为便于实现对系统的自我维护及稳定运行,保证系统不易堵塞。优选的实施方案是,还包括一反冲洗步骤,即通过控制预处理区及多功能区的输出以及曝气阀的开启或关闭,控制污水在湿地单元以及多功能区内的流向改变。
本发明所具备的实质性特点和取得的显著技术进步在于:
1、设置多功能区。曝气、集水均在多功能区进行,代替在湿地内部设置布水管及曝气管,有效解决布水管及曝气管堵塞,维修难的问题。同时也省去单独设置布水井和集水井,减小占地面积,降低投资经费。
2、设置了预处理区,预处理区设置滤料,同时设置清洗工序。对进水进行初步预处理,以防止杂物及较大粒径的悬浮物进入湿地系统,对系统造成堵塞。
3、进水进入湿地单元前进行预曝气,以增加湿地内部的DO,从而保持湿地系统内良好的好氧-缺氧-厌氧环境,保持高效的污染物去除率,预防湿地的污染物累计,造成淤堵,保证湿地系统出水稳定,确保达标排放。
4、系统采用两种不同的运行方式交替运行。通过交替改变湿地内污水水流流向,其水流在湿地内部可形成反冲洗;可充分利用湿地系统,极大限度的发挥湿地系统的功能,对污染物进行有效去除;利于湿地系统的自我恢复,有效解决基质吸附饱和后更换难、系统堵塞的问题(传统的恢复方法为间歇进水和系统停运),极大的方便了生产。通过两种方式的交替运行,可以有效预防和延缓人工湿地淤堵,维持良好的水力传导性及稳定出水,延长湿地系统的使用寿命。
5、湿地的基质采用改性钢渣,钢渣是良好的吸附剂,有文献资料可证明,钢渣经高温改性后,质地变疏松,表面积变大,吸附能力更强,对污染物的去除率明显提高。而且,钢渣对重金属离子、氨氮、P等吸附能力很强,尤其是P。因此,本湿地系统尤其适于处理此类废水。
附图说明
图1是本发明中湿地系统的整体结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是预处理单元的结构示意图。
图4是两相邻多功能区的结构示意图。
图5是两相邻湿地单元的结构示意图。
附图中的附图标记如下:
1、第一阀门;2、第二阀门;3、第三阀门;4、给水管;5、第四阀门;6、多功能区;7、第三出水阀门;8、出水管;9、湿地单元;10、第二出水阀门;11、集水管;12、曝气管;13、第一出水阀门;14、进水阀;15、清洗管;16;预处理区;17、进水管;18、过水孔;19、清洗阀;20、滤料;21、排污阀;22、土壤层;23、基质层;24、过渡层;25、砾石层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作进一步描述,但不应理解为对本发明的限定,本发明的保护范围以权利要求记载的内容为准,任何依据说明书作出的等效技术手段替换,均不脱离本发明的保护范围。
本实施例中的湿地系统整体结构如图示,其中包括进水管路、曝气装置以及湿地单元9;还包括预处理区16以及自左向右分布的三个多功能区6,曝气装置设于多功能区6内,位于左、右两侧的两个湿地单元9与三个多功能区6横向间隔分布,湿地单元9与相邻的多功能区6之间经过水孔18连通;进水管17接预处理区16的输入,预处理区16的输出分别通过第一阀门1、第二阀门2、第三阀门3、第四阀门5以及给水管4分别接左、中、右三个多功能区6的输入,预处理区16的输入和输出端之间设有滤料20,在滤料20与预处理区16的输入端之间设有清洗装置。
所述的清洗装置包括一端与进水管17相连,另一端为盲端且设于预处理区16的输入和滤料20之间底部的清洗管15,设置于清洗管15上的清洗阀19,清洗管15上开设有布水孔。
给水管4预处理区16的连接处设有排污阀21,进水管17通过进水阀14接预处理区的输入端。
湿地单元9自上至下由叠置的土壤层22、基质层23、过渡层24、砾石层25组成。砾石层中的砾石粒径为8-16mm,厚度为100-300mm,过渡层为粒径4-8mm的砾石,厚度为100mm,基质层中改性钢渣的粒径为2-5mm,厚度为200-500mm。优选的技术方案是,所述的步骤C中的改性钢渣采用高温改性钢渣。更为优选的是,高温改性钢渣是钢渣在700℃条件下恒温活化至少4小时制成。
曝气装置为一端与风机相连,另一端设于多功能区6内的曝气管12。曝气管上设有曝气孔。
位于左、中、右三个多功能区6内的集水管11处于多功能区6内,集水管11的另一端分别通过第一出水阀门13、第二出水阀门10、第三出水阀门7以及出水管8开口于多功能区6外,集水管11上开设有集水孔,湿地单元9输出的净化水通过集水孔由集水管11经出水管8排出接下一功能单元或回用。
位于左侧的湿地单元9左侧壁上开设的过水孔18低于其右侧开设的过水孔,位于右侧的湿地单元9左侧壁上开设的过水孔18高于其右侧开设的过水孔,过水孔18开设于基质层23一侧。通过交替改变湿地内污水水流流向,其水流在湿地内部可形成反冲洗;反冲洗步骤即通过通过控制预处理区16及多功能区6的输出以及曝气阀的开启或关闭,控制污水在湿地单元9以及多功能区6内的流向改变。
基质层23采用高温改性钢渣作为制作材质。
预处理区16、多功能区6、湿地单元9的底部及侧壁设置防渗层,防渗层的渗透系数不大于10-8m/s。所述的防渗层采用黏土层、聚乙烯薄膜或建筑防水材料中的一种或其结合制成。
本实施例方法如下:
A、污水预处理
进水在预处理区16经过滤后,一部分悬浮物被去除,而后可在预处理区16内对进水水质、水量进行调节。当预处理区16运行一段时间后,为防止其过滤的污染物堆积,需对滤料20进行清洗。清洗时关闭进水阀14,打开清洗阀19,同时打开排污阀21,排放清洗水即可。
B、污水曝气处理
进水自预处理区输出至给水管4。实际运行时,控制第一阀门1、第二阀门2、第四阀门5开启,控制第三阀门3关闭。进水通过给水管4分别进入左、右两侧的两个多功能区6,同时打开风机,并控制与左、右两侧的两个多功能区6内曝气管12相连的曝气阀门开启,保持第二出水阀门10的开启,控制第一出水阀门13及第三出水阀门7的关闭,保持与中部多功能区6内曝气管12相连的曝气阀门关闭。
C、污水净化
污水经过曝气,分别通过左侧湿地单元9左侧的过水孔18、右侧湿地单元9右侧的过水孔18分别进入湿地单元9。湿地单元9通过基质、植物、微生物等的综合作用,实现对污水污染物的净化。在一定的水力条件下,污水经过左侧湿地单元9右侧的过水孔18以及右侧湿地单元9左侧的过水孔18分别进入位于中部的多功能区6,多功能区6底部设有集水管11,经过湿地单元9输出的净化水通过集水管11及出水管8排至下一处理单元或回用。
当湿地运行一段时间后,为防止湿地堵塞,延长其使用寿命可改变其运行方式。具体操作如下:
打开进水阀门14,同时控制第一阀门1、第三阀门3开启,控制第二阀门2、第四阀门5关闭。进水曝气后通过中部多功能区6两侧的过水孔18分别进入左、右两个湿地单元9,对湿地单元9而言,此时的过水孔18功能由之前的出水孔变为进水孔,水流流向也与之前相异,水力条件的改变,对湿地内部积聚的污染物形成逆向反冲,而后进水通过湿地单元9的过水孔18分别进入左、右两个多功能区6。左、右两个多功能区6底部设有集水管11,湿地单元输出的净化水经出水管8进入下一处理单元或回用。
本实施例的具体使用效果如下:
生活污水处理量为50m3/d,后端采用传统潜流湿地处理,长时间运行后,出水不能达标。而且系统经常发生淤堵,修理维护极为麻烦,而且发生堵塞后,需停运系统,更换基质或相关管路,给生产带来极大不便。
相关数据具体如下:
指标 | CODcr | BOD | SS | NH4 +-N | TP |
进水(mg/L) | 190 | 95 | 75 | 25 | 4 |
出水(mg/L) | 65 | 33.3 | 33 | 10.5 | 1.6 |
去除率% | 66% | 65% | 56% | 58% | 60% |
由以上数据可发现,湿地经长时间运行,运行效率明显下降,难以保证出水达到<<城镇污水厂污染物排放标准>>中的一级A排放标准。
为保证出水达标,对湿地系统进行改造。改造后的系统处理效果如下:
指标 | CODcr | BOD | SS | NH4 +-N | TP |
进水(mg/L) | 205 | 92 | 81 | 21 | 4 |
出水(mg/L) | 39 | 8.3 | 8.9 | 3.75 | 0.36 |
去除率% | 81% | 91% | 89% | 85% | 91% |
由以上数据可以发现:改造后,湿地系统对污染物去除率明显提高,各指标均达到一级A排放标准,满足工艺需求。与传统湿地系统相比,运行相同时间,改造后的湿地系统处理效果更好,出水更趋于稳定,而且很少发生淤堵,使用寿命更长,极大方便了生产,降低了运行费用。
Claims (11)
1.利用人工湿地处理污水的方法,其特征在于包括如下工艺步骤:
A、污水预处理
污水进入预处理区(16),经过滤料(20)的过滤去除污水中的杂物及大颗粒悬浮物,经给水管(4)及阀门输出到多功能区(6);
B、污水曝气处理
污水在多功能区(6)内进行曝气后输出至湿地单元(9);湿地单元(9)与多功能区(6)间隔设置,多功能区(6)的底部采用弧形结构;
步骤B中的曝气装置选用设于多功能区(6)内的曝气管(12)以及设于管路上的曝气阀;
C、污水的净化
污水进入湿地单元(9)后,经过基质层(23)过滤吸附,并在湿地植物、微生物的作用下进行净化后排出湿地单元(9),排出湿地单元(9)的净化水经收集后接下一处理单元或回用,基质层(23)采用改性钢渣;
还包括一清洗步骤,污水经进水管(17)、清洗阀(19)、清洗管(15)输出至滤料(20)的底部,对滤料(20)进行清洗;清洗管(15)上开设有布水孔;
还包括一反冲洗步骤,即通过控制预处理区(16)及多功能区(6)的输出以及曝气阀的开启或关闭,控制污水在湿地单元(9)以及多功能区(6)内的流向改变。
2.根据权利要求1所述的利用人工湿地处理污水的方法,其特征在于所述的步骤A中的预处理区(16)还包括一路排污输出,需要排放的污物经预处理区(16)的管路输出后通过排污阀(21)排出。
3.根据权利要求1所述的利用人工湿地处理污水的方法,其特征在于相邻的湿地单元(9)侧壁上开设的过水孔(18)采用高低间隔错落分布,过水孔(18)开设于基质层(23)一侧。
4.根据权利要求1所述的利用人工湿地处理污水的方法,其特征在于所述步骤C中基质层(23)的下部依次为过渡层(24)、砾石层(25),砾石层(25)中的砾石粒径为8-16mm,厚度为100-300mm,过渡层(24)为粒径4-8mm的砾石,厚度为100mm,基质层(23)中改性钢渣的粒径为2-5mm,厚度为200-500mm。
5.根据权利要求1或4所述的利用人工湿地处理污水的方法,其特征在于所述的步骤C中的改性钢渣采用高温改性钢渣。
6.根据权利要求5所述的利用人工湿地处理污水的方法,其特征在于所述步骤C中的高温改性钢渣是钢渣在700℃条件下恒温活化至少4小时制成。
7.根据权利要求1所述的利用人工湿地处理污水的方法,其特征在于所述的步骤A、B、C中的预处理区(16)、多功能区(6)、湿地单元(9)的底部及侧壁设置防渗层,防渗层的渗透系数不大于10-8m/s。
8.根据权利要求7所述的利用人工湿地处理污水的方法,其特征在于所述的防渗层采用黏土层、聚乙烯薄膜或建筑防水材料中的一种或其结合制成。
9.根据权利要求1所述的利用人工湿地处理污水的方法,其特征在于步骤C中的排出湿地单元(9)的净化水经多功能区(6)内的集水管(11)收集后,通过出水管(8)排放或回收。
10.根据权利要求1中所述的利用人工湿地处理污水的方法,其特征在于所述的步骤C中湿地单元(9)的净化水输出依次通过设于多功能区(6)内的集水管(11)、出水管(8)排出。
11.根据权利要求10所述的利用人工湿地处理污水的方法,其特征在于所述的集水管(11)分别通过第一出水阀门(13)、第二出水阀门(10)、第三出水阀门(7)与出水管(8)相连。
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