CN103755031B - 薄层植物填料床与水耕植物床叠加型湿地处理污水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种薄层植物填料床与水耕植物床叠加型湿地处理污水系统，包括上层植物填料床和下层水耕植物床，上层植物填料床包括床体、填料和挺水植物，填料放置在床体内，挺水植物种植在填料上，向床体的右侧区域供水，床体的左侧区域溢水；下层水耕植物床包括集水区、植物栽培槽和水培植物，水培植物种植在植物栽培槽内，集水区收集床体的左侧区域溢水并向植物栽培槽的左侧区域供水，在植物栽培槽的右侧设置有出水口。本发明由两层人工湿地系统上下层叠而成，不仅土地面积利用率提高了约一倍，克服了传统单一型湿地占地面积大的缺点；且综合了植物和微生物的生物吸附、降解，还有填料层的物理截留过滤等处理作用，具有更高的污水处理效率。

Description

薄层植物填料床与水耕植物床叠加型湿地处理污水系统

技术领域

本发明涉及人工湿地、水体生态修复和污水处理技术，特别涉及一种薄层植物填料床与水耕植物床叠加型湿地处理污水系统，属于人工湿地污水净化技术。

背景技术

人工湿地是一种由人工建造和控制运行的特殊地面，一般包括填料、植物和微生物三个主要部分。运行时将污水有控制地投配到人工湿地上，利用填料、植物和微生物的物理、化学、生物化学的协同作用来完成污水的净化。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、残留物积累等作用。

人工湿地不仅可以有效地去除污水中的氮磷和有机污染物，促进污水中各种物质的循环和再利用；还可以输运和贮存大量的雨水，减小雨水对土地的冲刷，并可去除雨水中大部分污染物，大大减轻对后续水体的污染和压力；除此之外，人工湿地存在于自然环境中，还可以改善区域气候，为多种生物提供良好地栖息环境，构造良性的生态系统。

人工湿地作为一种处理污水的技术手段，除了具有良好的污水处理效果外，还具有投资少、工艺简单、运行费用低、管理方便等优点，但同时也存在一些制约发展的缺点：目前国内外的人工湿地多数采用平面型结构，水流较为平缓，运行时间长，基质溶氧水平低；平面型湿地还容易产生死角，水流淤堵也是一个尚待解决的问题；另外，人工湿地的污水处理水平与占地面积成正比，要形成一定的污水处理规模，就对土地的性质和面积有较高的要求，这个客观条件也限制着人工湿地的推广应用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种薄层植物填料床与水耕植物床叠加型湿地处理污水系统，是一种土地利用率高、溶氧水平高、处理效率高的人工湿地系统，特别适用于用于农村污水处理。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

薄层植物填料床与水耕植物床叠加型湿地处理污水系统，包括位于正上方的上层植物填料床和位于正下方的下层水耕植物床，所述上层植物填料床包括床体、填料和挺水植物，所述填料放置在床体内，挺水植物种植在填料上，向床体的右侧区域供水，床体的左侧区域溢水；所述下层水耕植物床包括集水区、植物栽培槽和水培植物，所述水培植物种植在植物栽培槽内，所述集水区收集床体的左侧区域溢水并向植物栽培槽的左侧区域供水，在植物栽培槽的右侧设置有出水口。

优选的，所述床体由并排间隔布置的条状填料床构成，所述条状填料床为由床底和四个侧壁围合成的第一凹槽，分别记四个侧壁为前侧壁、后侧壁、左侧壁和右侧壁，其中左侧壁为条状填料床长度方向位于左端的侧壁，右侧壁为条状填料床长度方向位于右端的侧壁，所述前侧壁、后侧壁和右侧壁的上沿高度相等且均高于左侧壁上沿高度；所述第一凹槽内设置有挡板，所述挡板的前后两侧分别与前侧壁和后侧壁相接，挡板的上沿高度高于左侧壁上沿高度、底侧与床底之间存在间隙（作为水流通道），通过挡板将第一凹槽分为左侧的出水区和右侧的填料区，所述填料放置在填料区内；设计挡板能够阻挡水流冲击，避免将填料区的填料带入下层水耕植物床。

优选的，所述床底存在左低右高的坡度α（一般为5%的坡度），以保证水的正常慢速流动；所述左侧壁与床底之间的夹角β大于90°（一般为100°），在一定程度上消除死角、改善水力条件；而前侧壁、后侧壁和右侧壁一般设计位置竖直。

优选的，所述左侧壁的上端设置有导流板，所述导流板竖直向下并与左侧壁的溢水沿连成一体，要求左侧壁的整个溢水沿都与导流板的竖直面无缝衔接；设计导流板能够能够避免水流附着于左侧壁外表面留下，带入其他杂质。

优选的，所述导流板的正下方设置有一组位置水平的散水板，所述散水板竖直间隔排布，保证水流在跌落时能够尽可能增大水流与空气的接触面积，最大限度地利用水的自由跌落进行复氧；要求位于下面的散水板能够尽可能接到所有从上方跌落的水流，即位于上方的落水面的投影完全位于下方的散水板范围内。

优选的，所述植物栽培槽由并排零间隔布置的条状水培槽构成，所述条状水培槽为由底壁和四个侧壁围合成的第二凹槽，所述底壁位置水平，所述四个侧壁位置竖直。一般设计植物栽培槽的整体长宽与床体的整体长宽相同，以提高空间的利用率，设计第二凹槽的深度在20cm左右，底部的积水层深度在10cm左右，该深度较为适合水培植物的生长。

优选的，所述填料为煤渣，所述煤渣的粒径为5～10mm，填料的堆积厚度为20～25cm。

优选的，所述挺水植物为芦苇和西伯利亚鸢尾，其中芦苇夏秋季植物，西伯利亚鸢尾为冬春季植物。

优选的，所述水培植物为水芹、空心菜等经济植物，其中空心菜为夏秋季植物，水芹为冬春季植物。

有益效果：本发明提供的薄层植物填料床与水耕植物床叠加型湿地处理污水系统，相对于现有技术，具有如下优点：

1、与传统的单层人工湿地相比，土地面积利用率提高了约一倍，克服了传统单一型湿地占地面积大的缺点；

2、综合了挺水植物和水培植物的根系吸附吸收作用，植物和根系附着微生物群的生物代谢降解作用，还有填料层的物理截留过滤等多种作用，比传统单一型人工湿地具有更高的污水处理效率；

特别的是，上层植物填料床采用薄层填料，由于空间胁迫作用，挺水植物根系过量生长，形成高密度根系，根际效应也随之增强；在填料层高度降低的前提下，仍能具有与深填料型湿地相当的污水净化能力；

同时，污水在流经上层植物填料床的过程中，挺水植物及其根系微生物群会吸附降解部分的COD，同时将部分有机态氮、磷转化为无机形态；当污水到达下层水耕植物床后，水培植物可以充分吸收由上层植物填料床初步分解得到的无机态氮、磷进行生长，使得污水净化更加彻底；

另外，污水通过自由跌落复氧后进入下层水耕植物床，携带的溶解氧能够提高下层水耕植物床中的根系好氧微生物菌群的活性，使得污水处理效率更高；

3、本发明结构简单，可根据实际地形特征与限制，由基本的条状填料床单元组装搭建，建设灵活；

4、由于上层植物填料床采用薄层填料，总重量得以减轻，总填料用量得以减少，因此虽然需要架空，也并不显著增加工程造价；

5、该人工湿地净化系统中，全部能耗仅为将待处理污水泵入上层人工湿地所耗电能，由于上层湿地存在微小坡度，所以污水在上层湿地中可以自发流动，随之污水通过自由跌落的方式进入下层湿地，携带一定动能，使得在下层湿地的流动也能顺利进行，具有一定的节能优势，运行费用低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示为一种薄层植物填料床与水耕植物床叠加型湿地处理污水系统，包括位于正上方的上层植物填料床和位于正下方的下层水耕植物床，上层植物填料床和下层水耕植物床之间的净高度为60cm；下面就各部分加以具体介绍。

所述上层植物填料床包括床体1、填料2、挺水植物3和进水分配区4，所述床体1由并排间隔布置的条状填料床5构成，所述条状填料床5的宽度为35cm，相邻条状填料床5之间的间隔为15cm，以保证下层水耕植物床有足够的光照。

所述条状填料床5为由床底6和四个侧壁围合成的第一凹槽，分别记四个侧壁为前侧壁、后侧壁、左侧壁7和右侧壁，其中左侧壁7为条状填料床5长度方向位于左端的侧壁，右侧壁为条状填料床5长度方向位于右端的侧壁，所述前侧壁、后侧壁和右侧壁的位置竖直且上沿高度相等并均高于左侧壁7上沿高度；所述床底6存在左低右高的坡度α，且坡度α为5%；所述左侧壁7与床底6之间的夹角β为100°。

所述第一凹槽内设置有挡板8，所述挡板8的前后两侧分别与前侧壁和后侧壁相接，挡板8的上沿高度高于左侧壁7上沿高度、底侧与床底6之间存在间隙，通过挡板8将第一凹槽分为左侧的出水区10和右侧的填料区9，所述填料2放置在填料区9内，所述挺水植物3种植在填料2上；所述进水分配区4设置在条状填料床5的右端，以第一凹槽的右端作为进水区域向第一凹槽供水。

通过进水分配区4能够使得污水进入处理系统进行处理时能保持稳定均匀分布；所述填料2为煤渣，所述煤渣的粒径为5～10mm，填料2的堆积厚度为20～25cm；所述挺水植物3为芦苇和西伯利亚鸢尾，其中芦苇为夏秋季植物，西伯利亚鸢尾为冬春季植物。

所述左侧壁7的上端设置有导流板11，所述导流板11竖直向下并与左侧壁7的溢水沿连成一体；所述导流板11的正下方设置有一组位置水平的散水板12，所述散水板12竖直间隔排布；所述导流板11、散水板12和床底6的宽度相同。

所述下层水耕植物床包括集水区16、植物栽培槽13和水培植物15，所述植物栽培槽13由并排零间隔布置的条状水培槽构成，所述条状水培槽为由底壁和四个侧壁围合成的第二凹槽，所述底壁位置水平，所述四个侧壁位置竖直；所述第二凹槽的深度为20cm，其内设置有深度为10cm的积水层14，所述水培植物15种植在积水层14上；所述集水区16位于植物栽培槽13的左侧，以第二凹槽的左端作为进水区域向第二凹槽供水。

集水区16为二次配水区，用于收集上层溢水并均匀布水，以使后续处理能继续顺利进行；所述水培植物15为水芹和空心菜，其中水芹为冬春季水生经济植物，空心菜为夏秋季水生经济植物。

该污水处理系统的工作过程如下：

待处理污水首先进入上层植物填料床的进水分配区4，经均匀布水后，通过溢流堰溢流进入条状填料床5；由于床底6存在微小坡度，待处理污水在重力作用下缓慢通过填料区9，并沿途得到初步净化；从出水区10流出的污水沿导流板11自上而下跌落到散水板12上，得到充分复氧并携带一定的动能，然后跌落到下层水耕植物床的集水区16（二次配水区）中，再进入植物栽培槽13进行进一步处理，最后出水由排水口17排出。整个系统采用水平流流动，经过上下两层不同类型湿地系统的强化处理，能显著提高污水的处理效率。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.薄层植物填料床与水耕植物床叠加型湿地处理污水系统，其特征在于：包括位于正上方的上层植物填料床和位于正下方的下层水耕植物床，所述上层植物填料床包括床体(1)、填料(2)和挺水植物(3)，所述填料(2)放置在床体(1)内，挺水植物(3)种植在填料(2)上，向床体(1)的右侧区域供水，床体(1)的左侧区域溢水；所述下层水耕植物床包括集水区(16)、植物栽培槽(13)和水培植物(15)，所述水培植物(15)种植在植物栽培槽(13)内，所述集水区(16)收集床体(1)的左侧区域溢水并向植物栽培槽(13)的左侧区域供水，在植物栽培槽(13)的右侧设置有出水口(17)；

所述床体(1)由并排间隔布置的条状填料床(5)构成，所述条状填料床(5)为由床底(6)和四个侧壁围合成的第一凹槽，分别记四个侧壁为前侧壁、后侧壁、左侧壁(7)和右侧壁，其中左侧壁(7)为条状填料床(5)长度方向位于左端的侧壁，右侧壁为条状填料床(5)长度方向位于右端的侧壁，所述前侧壁、后侧壁和右侧壁的上沿高度相等且均高于左侧壁(7)上沿高度；所述第一凹槽内设置有挡板(8)，所述挡板(8)的前后两侧分别与前侧壁和后侧壁相接，挡板(8)的上沿高度高于左侧壁(7)上沿高度、底侧与床底(6)之间存在间隙，通过挡板(8)将第一凹槽分为左侧的出水区(10)和右侧的填料区(9)，所述填料(2)放置在填料区(9)内；所述床底(6)存在左低右高的坡度α；所述左侧壁(7)与床底(6)之间的夹角β大于90°。

2.根据权利要求1所述的薄层植物填料床与水耕植物床叠加型湿地处理污水系统，其特征在于：所述左侧壁(7)的上端设置有导流板(11)，所述导流板(11)竖直向下并与左侧壁(7)的溢水沿连成一体。

3.根据权利要求2所述的薄层植物填料床与水耕植物床叠加型湿地处理污水系统，其特征在于：所述导流板(11)的正下方设置有一组位置水平的散水板(12)，所述散水板(12)竖直间隔排布。

4.根据权利要求1所述的薄层植物填料床与水耕植物床叠加型湿地处理污水系统，其特征在于：所述植物栽培槽(13)由并排零间隔布置的条状水培槽构成，所述条状水培槽为由底壁和四个侧壁围合成的第二凹槽，所述底壁位置水平，所述四个侧壁位置竖直。

5.根据权利要求1所述的薄层植物填料床与水耕植物床叠加型湿地处理污水系统，其特征在于：所述填料(2)为煤渣，所述煤渣的粒径为5～10mm，填料(2)的堆积厚度为20～25cm。

6.根据权利要求1所述的薄层植物填料床与水耕植物床叠加型湿地处理污水系统，其特征在于：所述挺水植物(3)为芦苇和西伯利亚鸢尾，其中芦苇为夏秋季植物，西伯利亚鸢尾为冬春季植物。

7.根据权利要求1所述的薄层植物填料床与水耕植物床叠加型湿地处理污水系统，其特征在于：所述水培植物(15)为水芹和空心菜，其中空心菜为夏秋季植物，水芹为冬春季植物。