CN103663710B - 一种垂直流自动增氧环形人工湿地系统 - Google Patents

一种垂直流自动增氧环形人工湿地系统 Download PDF

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Abstract

一种垂直流自动增氧环形人工湿地系统，其包括分流凹槽、下行流环形池、上行流环形池、集水池、回流泵、自动充氧回流装置和浅调节池；分流凹槽位于下行流环形池的外壁上，上行流环形池位于下行流环形池的内侧，集水池设于上行流环形池的内侧；回流泵的入水口与集水池相连，其出水口通过回流管路与设置在所述浅调节池上方、内部或池壁上的自动充氧回流装置相连；浅调节池的污水出口通过管道或水槽与所述分流凹槽相通。本发明加大了与空气的接触时间，增加了污水中的溶解并提高了控制污水的净化效果，既可减少基建投资又可有效控制蚊蝇孳生。本发明可以收集出水并作为中水回用，有效的节约了水资源。

Description

一种垂直流自动增氧环形人工湿地系统
技术领域
本发明属于环境工程污水处理技术领域，更具体涉及一种垂直流自动充氧环形人工湿地系统的简单高效均匀布水充氧系统，适用于生活污水、受污染地表水、面源污水、成分较复杂废水的处理，同时适用于家庭污水以及温差变化较大的污水处理。
背景技术
人工湿地是20世纪七八十年代发展起来的一种新型废水处理工艺，由于该方法具有高效率、低投资、低转运费用技术。已经广泛应用于含油废水、生活污水、养殖地污水以及湖泊污染防治等领域的处理。
目前，根据废水径流方式的不同来划分，人工湿地废水处理工艺的类型按照系统布水方式或在系统中流动方式的不同一般可分为表面流(SFW)工艺、水平潜流(SSFW)、垂直流湿地(VFW)工艺。由于表面流湿地与自然湿地极为类似，且运行受气候影响较大，夏季还有滋生蚊蝇的可能，故设计运行难度较高。潜流湿地以砂石土壤为填料，可设为水自然渗透过滤的人造景，但是这种湿地的操控性相对复杂，且脱N、除P效果不如垂直流湿地。
垂直流人工湿地处理系统对N的去除作用包括基质的吸附、过滤、沉淀以及氨的挥发，植物的吸收和湿地中微生物作用下经硝化、反硝化作用。其中硝化、反硝化占主要地位，传统的垂直流人工湿地处理系统通过定时落干与淹水交替运行，从而创造出好氧和厌氧的交替环境来进行硝化/反硝化，但是传统工艺操作控制也比较复杂，建造要求相对较高。
当前人工湿地的增氧方式有：一是在湿地系统内安装开孔通气管，进行自然通气；二是用空气压缩机连续或间歇向湿地系统中的开孔管进行强化通气；三是利用风能向湿地系统中的开孔管通入空气。这三种增氧方式有以下不足：
1、通气管是空气自流换气，空气传递效率不高；且多层通气管的铺设，增加了湿地系统的基建投资。
2、风能增氧方式受地域及气候限制很大，造成湿地系统处理效果不稳定。
3、三种增氧方式都没有创造硝化、反硝化反应所需最优的好氧、厌氧交替变化的环境条件，导致湿地出水中NO3 ―的浓度增加，氮的去除率下降。
4、三种增氧方式都是直接将开孔通气管埋在湿地系统的基质中，细小的沙砾极易堵塞通气管的开孔。
发明内容
本发明的目的是为了弥补上述现有技术所存在的不足之处，提供一种垂直流自动增氧环形人工湿地系统，其包括均匀布水和增氧系统，该系统简单，利用延长环形流人工湿地污水接触时间以及自动增氧设备系统；不仅创造硝化、反硝化反应所需的好氧、厌氧交替进行的环境条件，大大提高了脱氮效果，而且通过延长污水在湿地中的停留时间及增加回流系统提高有机物的去除率。
本发明的目的可以通过以下措施达到：
一种垂直流自动增氧环形人工湿地系统，其包括分流凹槽、下行流环形池、上行流环形池、集水池、回流泵、自动充氧回流装置和浅调节池；所述分流凹槽设置在所述下行流环形池的外壁上，所述上行流环形池位于下行流环形池的内侧，下行流环形池和上行流环形池内均设有填充物且二者之间通过池底部相连通；所述集水池设于上行流环形池的内侧，集水池用以从上行流环形池的上部溢出或导出水并收集于集水池内；所述回流泵的入水口与集水池相连，其出水口通过回流管路与设置在所述浅调节池上方、内部或池壁上的自动充氧回流装置相连；所述浅调节池设有污水入口和污水出口，该污水出口通过管道或水槽与所述分流凹槽相通。
本系统中，分流凹槽设置在下行流环形池外壁的顶端，分流凹槽为具有溢流边或溢流孔的凹槽结构，而溢流边或溢流孔均位于同一水平面上，不论下行流环形池为何种形状，分流凹槽均设置在下行流环形池外壁上。分流凹槽内的污水通过下行流环形池的外壁可均匀流入下行流环形池内。
本发明中对下行流环形池的形状并没有具体要求，只要在水平方面上能够形成环流的池子皆可，常采用的形式有矩形池、两端为弧形的类矩形池、椭圆形池或环形池。上行流环形池与下行流环形池之间设有上沿高出两池内填充物的隔墙，隔墙不透水，为了使上行流环形池与下行流环形池之间通过底部相连通，在隔墙的下部设有通道、缺口或间隙。
一种优选方案为下行流环形池和上行流环形池均采用圆形环流池，二者之间设有隔墙并通过隔墙底部的间隙相通。
下行流环形池的填充物自下而上依次设置砾石层、陶粒层和煤渣层，其顶层设置半粘土层作为植物基质层；所述上行流环形池的填充物自下而上依次设置有鹅卵石层和细砂层等，其顶层设置半粘土层作为植物基质层。进一步的，下行流环形池的植物基质层可比上行流环形池的植物基质层高20～30cm；两个植物基质层上分别种植耐污的挺水植物，所述挺水植物选自黄菖蒲、芦苇、大香菇草、红莲子草、香蒲中的一种或几种组合。
本系统中的集水池可设置在上行流环形池内的任何位置，只要不影响到下行流环形池与上行流环形池的结构即可，一般会将集水池设置在上行流环形池的中央位置，例如当上行流环形池为圆形时设置在其圆心位置。本集水池与上行流环形池之间也可设有不透水的隔墙，该隔墙一般需高于上行流环形池内的填充物，防止上行流环形池内的污水在未充分处理前流入集水池。该隔墙的上沿低于所述下行流环形池与上行流环形池之间的隔墙或者在该隔墙的上部设有水流通道，这样可以收集适量的回流水，延长污水在湿地系统内的停留时间。
本系统还包括回流系统，具体包括回流泵、回流管道、自动充氧回流装置等。回流泵的出水口与浅调节池相通；自动充氧回流装置包括回流水喷嘴、进气管和文丘里管，所述文丘里管自上而下依次包括直管、吸气室、喉管、扩散管和尾管，所述回流水喷嘴连接在回流管路的出水口处并设置在所述文丘里管的直管内，进气管也位于直管内且进气管的出气口与回流水喷嘴相对，使回流道（或回流水）与增氧气流成180°，以更好地补充氧气。
自动充氧回流装置设置在浅调节池上方或内部，可以使经过回流泵和回流管路的回流水更好地重新导入在浅调节池内。浅调节池可采用小池体，其可操作性强，只需满足污水和清水的混合即可。回流后的水经自动充氧回流装置进入浅调节池与污水进行充分混合，再导入湿地系统中。
本系统具有如下优点：
1、本发明可以在不使用额外动力的情况下，运用水力自重流使废水均匀分布到模拟系统，并加大了与空气的接触时间，有效的增加了污水中的溶解氧。
2、本发明采用圆形环流人工湿地形式，根据不同阶段污水的特性，采用不同的环境来对其进行处理，充分有效的利用了资源。
3、本发明通过射流器自动增氧装置加以回流再处理可以人为有效的控制污水的去除效果，并有效地控制污水的净化效果。
4、本发明通过射流器自动增氧装置创造好氧条件，无需传统的垂直流湿地控制落干/淹水时间，既可减少基建投资又可有效控制蚊蝇孳生。
5、本发明可以收集出水并作为中水回用，有效的节约了水资源。
附图说明
图1为本发明垂直流自动充氧人工湿地系统结构示意图。
图2为自动射流器结构示意图。
图3为图1的俯视结构示意图
图中标号：1—分流凹槽，2—下行流环形池，3—上行流环形池，4—集水池，5—回流泵，6—回路管道，7—自动充氧回流装置，8—浅调节池。7-1—喷嘴，7-2—进气管，7-3—吸气室，7-4—喉管，7-5—扩散管，7-6—尾管。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例
如图1所示，本垂直流自动充氧人工湿地系统包括分流凹槽1、下行流环形池2、上行流环形池3、集水池4、回流泵5、回路管道6、自动充氧回流装置7和浅调节池8。分流凹槽1设置在下行流环形池的外壁上，上行流环形池位于下行流环形池的内侧。下行流环形池和上行流环形池均采用圆形环流池，二者之间设有隔墙并通过隔墙底部的间隙相通。
下行流环形池和上行流环形池内均设有填充物，下行流环形池的填充物自下而上依次设置砾石层、陶粒层和煤渣层，其顶层设置半粘土层作为植物基质层；所述上行流环形池的填充物自下而上依次设置有鹅卵石层和细砂层等，其顶层设置半粘土层作为植物基质层。进一步的，下行流环形池的植物基质层比上行流环形池的植物基质层高20～30cm；两个植物基质层上分别种植耐污的挺水植物，所述挺水植物选自黄菖蒲、芦苇、大香菇草、红莲子草、香蒲中的一种或多种组合。
集水池设于上行流环形池的内侧圆心处，集水池与上行流环形池之间设有不透水的隔墙，该隔墙高于上行流环形池内的填充物，其上沿低于下行流环形池与上行流环形池之间的隔墙。
回流泵的入水口与集水池相连，其出水口与回流管路相连，回流管路的出水口连接自动充氧回流装置。自动充氧回流装置包括回流水喷嘴、进气管和文丘里管，文丘里管自上而下依次包括直管、吸气室、喉管、扩散管和尾管，回流水喷嘴连接在回流管路的出水口处并设置在所述文丘里管的直管内，进气管也位于直管内且进气管的出气口与回流水喷嘴相对，使回流道与增氧气流成180°。
自动充氧回流装置设置在浅调节池上方，使经过回流泵和回流管路的回流水充氧后重新导入在浅调节池内。浅调节池设有污水入口和污水出口，该污水出口通过水槽与分流凹槽相通。
本垂直流自动充氧人工湿地系统可采用连续、间歇进水、自动出水的工作方式，当预处理污水经浅调节池8与回流的清水混合后，进入分流凹槽1流入下行流环形池2向下流动经过下渗向上进入下行流环形池，形成了一个好氧到厌氧的过度，促进了硝化反应的进行，因此，部分含有大量NO3-N的污水被推流至上行流环形池3时，由于上行流环形池3的厌缺氧环境条件促进了反硝化反应的发生NO3-N转化为N2，垂直流人工湿地的内部逐渐恢复厌缺氧环境条件，进一步促进了反硝化反应的发生NO3-N转化为N2，从而最终实现了对氮的彻底去除。同时，利用回流装置回流部分出水，延长污水在湿地系统中的停留时间，提高有机物的去除率。
本发明垂直流自动增氧环形人工湿地系统模拟实验：
以养猪场厌氧消化液为例进行的模拟实验。原水水质如下：化学需氧量(CODcr)为494.28mg/L，氨氮（NH3-N）为121.2mg/L，总氮（TN）为149.8mg/L，总磷（TP）为9.80mg/L。回流量是消化液进水量的两倍。
在水力负荷为0.105m3/(m2·d)，水深是500mm，水力停留时间是48h的工况下，原水经过本发明整个湿地系统后的处理水水质如下：化学需氧量(CODcr)为60.35mg/L，氨氮（NH3-N）为13.87mg/L，总氮为（TN）24.53mg/L，总磷为（TP）3.978mg/L。其去除率分别如下：化学需氧量(CODcr)为87.79%，氨氮（NH3-N）为88.56%，总氮（TN）为83.60%，总磷（TP）为59.41%。经湿地深度处理后，出水的COD、氨氮、总氮、总磷达到《畜禽养殖业污染物排放标准》。

Claims (7)

1.一种垂直流自动增氧环形人工湿地系统，其特征在于其包括分流凹槽（1）、下行流环形池（2）、上行流环形池（3）、集水池（4）、回流泵（5）、自动充氧回流装置（7）和浅调节池（8）；所述分流凹槽（1）设置在下行流环形池（2）外壁的顶端，使分流凹槽（1）内的污水通过下行流环形池（2）的外壁均匀流入下行流环形池（2）内；所述上行流环形池（3）位于下行流环形池（2）的内侧，下行流环形池（2）和上行流环形池（3）内均设有填充物且二者之间通过池底部相连通；所述集水池（4）设于上行流环形池（3）的内侧，集水池（4）用以从上行流环形池（3）的上部溢出或导出水并收集于集水池（4）内；所述回流泵（5）的入水口与集水池（4）相连，其出水口通过回流管路（6）与设置在所述浅调节池（8）上方、内部或池壁上的自动充氧回流装置（7）相连并与所述浅调节池（8）相通；所述浅调节池（8）设有污水入口和污水出口，该污水出口通过管道或水槽与所述分流凹槽（1）相通；所述自动充氧回流装置（7）包括回流水喷嘴、进气管和文丘里管，所述文丘里管自上而下依次包括直管、吸气室、喉管、扩散管和尾管，所述回流水喷嘴连接在回流管路（6）的出水口处并设置在所述文丘里管的直管内，所述进气管也位于直管内且进气管的出气口与回流水喷嘴相对。
2.根据权利要求1所述的垂直流自动增氧环形人工湿地系统，其特征在于所述下行流环形池（2）为矩形池、两端为弧形的类矩形池、椭圆形池或环形池；所述上行流环形池（3）与下行流环形池（2）之间设有上沿高出两池内填充物的隔墙，该隔墙的下部设有使两池相连通的通道、缺口或间隙。
3.根据权利要求2所述的垂直流自动增氧环形人工湿地系统，其特征在于所述下行流环形池（2）和上行流环形池（3）均采用圆形环流池，二者之间设有隔墙并通过隔墙底部的间隙相通。
4.根据权利要求1所述的垂直流自动增氧环形人工湿地系统，其特征在于所述下行流环形池的填充物自下而上依次设置砾石层、陶粒层和煤渣层，其顶层设置半粘土层作为植物基质层；所述上行流环形池的填充物自下而上依次设置有鹅卵石层和细砂层，其顶层设置半粘土层作为植物基质层。
5.根据权利要求4所述的垂直流自动增氧环形人工湿地系统，其特征在于下行流环形池的植物基质层比上行流环形池的植物基质层高20~30cm；两个植物基质层上分别种植耐污的挺水植物，所述挺水植物选自黄菖蒲、芦苇、大香菇草、红莲子草、香蒲中的一种或几种组合。
6.根据权利要求1所述的垂直流自动增氧环形人工湿地系统，其特征在于所述集水池（4）与上行流环形池（3）之间设有隔墙，该隔墙高于上行流环形池（3）内的填充物，该隔墙的上沿低于所述下行流环形池（2）与上行流环形池（3）之间的隔墙或者在该隔墙的上部设有水流通道。
7.根据权利要求1所述的垂直流自动增氧环形人工湿地系统，其特征在于所述自动充氧回流装置（7）设置在浅调节池（8）上方或内部，使经过回流泵（5）和回流管路（6）的回流水重新导入在浅调节池（8）内。
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