CN103588362B - 一种复合垂直流人工湿地系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种复合垂直流人工湿地系统，所述人工湿地系统包括至少三级串联并逐级水平降低的第一垂直流处理池、第二垂直流处理池和第三垂直流处理池，所述第一垂直流处理池与第二垂直流处理池的底部相连通，所述第二垂直流处理池上部的出水口与所述第三垂直流处理池上部的入水口相连通；其中，每个垂直流处理池均包括距离地表0～20cm的生态滤层、位于所述生态滤层下方的吸附层及底部碎石层，所述生态滤层包括园林废弃物堆肥产品、当地土壤或客土以及水生植物的混合物。本发明可以有效地解决湿地基质表层堵塞问题，滞留并分解污水中的颗粒状有机物污染物，显著增加湿地系统中氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌及脲酶的数量及活性。

Description

一种复合垂直流人工湿地系统
技术领域
本发明涉及一种人工湿地系统，特别是涉及一种复合垂直流人工湿地系统。
背景技术
人工湿地作为一种低投资、低能耗的污水生态处理技术现早已逐渐被世界各国所接受并广泛使用，其对污水中存在的有机污染物、以及氮和磷具有良好的去除功能和作用。并且，人工湿地处理的对象广泛，例如生活污水、河流和湖泊富营养化水体等。
但是，在实际工程中，人工湿地的运行过程也往往存在至少三个方面的问题：
（1）湿地基质表层易堵塞；
（2）有限的人工湿地基质对污染物的吸附作用易饱和；
（3）基质单一。
因此，寻求一种能够解决以上三个问题的新型复合人工湿地生态系统来治理河流污染已刻不容缓。
发明内容
本发明的目的是提出一种可以有效解决湿地基质表层堵塞问题的复合垂直流人工湿地系统。
为实现上述目的，本发明提供了一种复合垂直流人工湿地系统，所述人工湿地系统包括至少三级串联并逐级水平降低的第一垂直流处理池、第二垂直流处理池和第三垂直流处理池，所述第一垂直流处理池与第二垂直流处理池的底部相连通，所述第二垂直流处理池上部的出水口与所述第三垂直流处理池上部的入水口相连通；其中，每个垂直流处理池均包括距离地表0～20cm的生态滤层、位于所述生态滤层下方的吸附层及底部碎石层，所述生态滤层包括园林废弃物堆肥产品、当地土壤或客土以及水生植物的混合物优选地，相邻的垂直流处理池之间设有隔离层。
优选地，在所述生态滤层中，将园林废弃物堆肥产品与当地土壤或客土按照体积比20:1～10:1混合后附于每级垂直流处理池表层0～20cm中，并在地表按照每方5～20条的投放量加入环带清晰、反应灵敏的赤子爱胜蚓。
优选地，所述第一垂直流处理池为内部流体流动方向向下的下行池，所述第二垂直流处理池为内部流体流动方向向上的上行池，所述第三垂直流处理池为内部流体流动方向向下的下行池，且所述第二垂直流处理池的出水口比第一垂直流处理池的进水口低0.1～0.3m。
优选地，所述吸附层自上而下依次包括沸石层和粉煤灰层。
优选地，在人工湿地系统的底部设有防渗层。
优选地，所述吸附层和防渗层之间设有碎石层。
优选地，所述第一垂直流处理池与第二垂直流处理池之间的隔离层与所述碎石层相连接或至少部分位于碎石层中。
优选地，在第一垂直流处理池、第二垂直流处理池和第三垂直流处理池中，所述沸石层和粉煤灰层的厚度分别依次降低。
优选地，在三级串联的垂直流处理池中，所述碎石层的厚度相同，且第三垂直流处理池的出水口位于碎石层中。
基于上述技术方案，本发明的优点是：
本发明的复合垂直流人工湿地系统的生态滤层可以有效地解决湿地基质表层堵塞问题，滞留与分解污水中的颗粒状有机物污染物，显著增加湿地系统中氨化细菌、硝化细菌、反硝化细菌及脲酶的数量及活性；基质床采用两种高性能填料可以有效去除污水中的有机污染物、氮和磷。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
参见图1，其中示出本发明一种复合垂直流人工湿地系统的优选实施例，所述人工湿地系统包括至少三级串联并逐级水平降低的第一垂直流处理池1、第二垂直流处理池2和第三垂直流处理池3，优选地，相邻的垂直流处理池之间设有隔离层11，该隔离层11使得各级垂直流处理池之间的流体不能直接混合接触。本发明中所述三级串联的垂直流处理池1、2、3的水平面逐级降低，如图1所示，相应地每级垂直流处理池的深度也逐渐减小，当然，根据实际地势，每级垂直流处理池的深度也可以相同或递增。所述第一垂直流处理池1与第二垂直流处理池2的底部相连通，在局部形成U型连通器；所述第二垂直流处理池2上部的出水口与所述第三垂直流处理池3上部的入水口相连通，如图1中的箭头B所示的位置；其中，每个垂直流处理池均至少由距离地表0～20cm的生态滤层4、位于所述生态滤层4下方的吸附层5及底部的碎石层9组成，所述生态滤层4是由园林废弃物堆肥产品、当地土壤或客土和赤子爱胜蚓按照一定的比例（详见下文）混合后栽植水生植物10组成。优选地，在所述生态滤层4中，将园林废弃物堆肥产品与当地土壤或客土按照体积比20:1～10:1混合后附于每级垂直流处理池表层0～20cm中，并在地表按照每方5～20条的投放量加入环带清晰、反应灵敏的成熟赤子爱胜蚓。本发明中，所述生态滤层4中的园林废弃物堆肥产品以及湿地水生植物10的作用有：
（1）在生态滤层4中的园林废弃物堆肥产品能够显著改善土壤的理化性质，促进湿地水生植物根系的生长和发育，增强了基质的疏松度，使基质的水力传导力作用得到增强，从而防止湿地系统表层堵塞。
（2）水生植物通过光合作用将产生的碳水化合物输送到根系，输送到根系的碳水化合物大部分可释放到根际，为微生物提供碳源，从而维持根际旺盛的微生物活性。
（3）因为微生物硝化反应是人工湿地中氮去除的关键性因子，根际氧化量的多少直接影响人工湿地对氮的去除。湿地植物通过中空的组织输送氧气至根系，有利于人工湿地中有机物氧化分解和脱氮反应，从而达到去除有机物、氮和其他污染物的目的。
（4）植物在人工湿地中的生长和繁殖，可以吸收污水中大量的氮和磷等，因此，植物吸收氮、磷是人工湿地去除氮、磷的重要机理之一。
（5）为蚯蚓提供食物，促进蚯蚓的大量繁殖。
本发明在地表按照每方5～20条的投放量加入了环带清晰、反应灵敏的成熟赤子爱胜蚓，赤子爱胜蚓对湿地生态系统作用主要表现在：
1、赤子爱胜蚓在表层基质内不断地掘穴、钻洞、改善了表层基质的透气性和透水性的同时，促进了湿地系统的复氧及好氧细菌的生长和繁殖。
2、当污水进入人工湿地后，表层基质通过过滤作用与吸附作用截留了大量的颗粒性有机污染物，而赤子爱胜蚓主要活动于基质表层，能够以这些有机污染物为食物，在肠内经过微生物、酶及黏液的处理，形成可被植物吸收利用或易生物降解的有机物，最终以蚯蚓粪的形式排出体外，为氨化细菌和硝化细菌提供了有利的底物条件，促进了湿地表层中有机污染物的去除。
3、赤子爱胜蚓对污水内有机污染物的摄食及肠道消化作用，提高了有机物的可溶性及可生化性的同时也为反硝化细菌提供电子供体（碳源），其次表层强烈的消化作用为反硝化细菌提供大量的电子受体（NOx-）均有利于促进该人工湿地系统底层反硝化细菌的生长和繁殖。
4、赤子爱胜蚓的引入可以促进湿地基质脲酶的活性，可以加速对污水中尿素等含氮有机物的转化与去除。
与此同时，赤子爱胜蚓还能够以污水中的有机污染物及园林废弃物堆肥产品为食物，产生大量蚯蚓粪。蚯蚓粪对该湿地生态系统的作用主要表现在以下几个方面：
1）能够增加土壤孔隙度和团聚体的数量，改善土壤结构，防止表层堵塞。
2）蚯蚓粪中有机质含量高、富含植物生长必须的16种营养元素和具有刺激植物生长的植物激素，如赤霉素、生长素、细胞分裂素等，对植物的生长和提高作物的品质具有非常明显的作用。
3）蚯蚓粪中含有大量的细菌、氨化细菌、硝化细菌、真菌等大量多种微生物群落，且繁殖速度成倍增长，成为了土壤的分解中心,有利于水体污染物的分解转化。
另一方面，本发明的在整体结构方面使得其内部流体的流动方向为“下行—上行—下行”的模式，如图1中箭头C所示的流动方向，既所述第一垂直流处理池1为内部流体流动方向向下的下行池，所述第二垂直流处理池2为内部流体流动方向向上的上行池，所述第三垂直流处理池3为内部流体流动方向向下的下行池。所以，本发明系统由“下行—上行—下行”三级串联垂直流结构组成，其中，且所述第二垂直流处理池2的出水口B比第一垂直流处理池1的进水口A低0.1～0.3m，从而可以保证污水能够靠自重力进行流动。因此，本发明的人工湿地系统不需要任何动力，仅靠重力势差便可自动运行。优选地，本发明人工湿地系统栽植的植物选择适应当地生长条件、根系发达、易成活、对污染物具有良好去除效果的植物。
进一步，如图1所示，本发明所述吸附层5自上而下依次包括沸石层6和粉煤灰层7。所述吸附层5的作用包括：
沸石层6对铵态氮具有极强的选择吸附性，可快速截留污水中的铵态氮，但并不能作为氨氮去除的最终途径。由于沸石具有巨大的比表面积，是一种理想的微生物载体，且本发明生态滤层4的存在为沸石层6提供大量的溶解氧，因此在沸石层6中存在大量的硝化细菌和氨化细菌，能够促进铵态氮的硝化。其次，未经过生态滤层4拦截的有机污染物再次进入沸石层6时，经过氨化细菌和消化细菌的生化反应，会进一步促进铵态氮的消化作用。
另一方面，经过沸石层6处理过的污水含有大量的硝态氮和磷，在本发明的底层由于溶解氧浓度的逐渐降低，存在大量的反硝化细菌，促进了污水中氮的去除，其次由于粉煤灰层7对磷的吸附作用极强，能够有效地去除了污水中的磷。
优选地，在人工湿地系统的底部设有防渗层8，由此可以防止本发明复合垂直流人工湿地内的污染物产生外渗。所述吸附层5和防渗层8之间设有碎石层9。所述第一垂直流处理池1与第二垂直流处理池2之间的隔离层11与所述碎石层9相连接或至少部分位于碎石层9中，如图1所示。
更优选地，在第一垂直流处理池1、第二垂直流处理池2和第三垂直流处理池3中，所述沸石层6和粉煤灰层7的厚度分别依次降低。由此降低施工成本和原材料的用料成本。当然，也可以保持相同的厚度。在三级串联的垂直流处理池中，所述碎石层9的厚度相同，且第三垂直流处理池3的出水口位于碎石层9中。
最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种复合垂直流人工湿地系统，其特征在于：所述人工湿地系统包括至少三级串联并逐级水平降低的第一垂直流处理池(1)、第二垂直流处理池(2)和第三垂直流处理池(3)，所述第一垂直流处理池(1)与第二垂直流处理池(2)的底部相连通，所述第二垂直流处理池(2)上部的出水口与所述第三垂直流处理池(3)上部的入水口相连通；其中，每个垂直流处理池均包括距离地表0～20cm的生态滤层(4)、位于所述生态滤层(4)下方的吸附层(5)及底部碎石层(9)，所述生态滤层(4)包括园林废弃物堆肥产品、当地土壤或客土以及水生植物，并在地表按照每方5～20条的投放量加入环带清晰、反应灵敏的成熟赤子爱胜蚓。
2.根据权利要求1所述的复合垂直流人工湿地系统，其特征在于：相邻的垂直流处理池之间设有隔离层(11)。
3.根据权利要求1所述的复合垂直流人工湿地系统，其特征在于：在所述生态滤层(4)中，将园林废弃物堆肥产品与当地土壤或客土按照体积比20:1～10:1混合后附于每级垂直流处理池表层0～20cm中。
4.根据权利要求1所述的复合垂直流人工湿地系统，其特征在于：所述第一垂直流处理池(1)为内部流体流动方向向下的下行池，所述第二垂直流处理池(2)为内部流体流动方向向上的上行池，所述第三垂直流处理池(3)为内部流体流动方向向下的下行池，且所述第二垂直流处理池(2)的出水口比第一垂直流处理池(1)的进水口低0.1～0.3m。
5.根据权利要求4所述的复合垂直流人工湿地系统，其特征在于：所述吸附层(5)自上而下依次包括沸石层(6)和粉煤灰层(7)。
6.根据权利要求5所述的复合垂直流人工湿地系统，其特征在于：在人工湿地系统的底部设有防渗层(8)。
7.根据权利要求6所述的复合垂直流人工湿地系统，其特征在于：所述吸附层(5)和防渗层(8)之间设有碎石层(9)。
8.根据权利要求7所述的复合垂直流人工湿地系统，其特征在于：所述第一垂直流处理池(1)与第二垂直流处理池(2)之间的隔离层(11)与所述碎石层(9)相连接或至少部分位于碎石层(9)中。
9.根据权利要求5所述的复合垂直流人工湿地系统，其特征在于：在第一垂直流处理池(1)、第二垂直流处理池(2)和第三垂直流处理池(3)中，所述沸石层(6)和粉煤灰层(7)的厚度分别依次降低。
10.根据权利要求9所述的复合垂直流人工湿地系统，其特征在于：在三级串联的垂直流处理池中，所述碎石层(9)的厚度相同，且第三垂直流处理池(3)的出水口位于碎石层(9)中。
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