CN103910472A

CN103910472A - 一种复合型人工湿地处理系统

Info

Publication number: CN103910472A
Application number: CN201410150093.6A
Authority: CN
Inventors: 莫德清; 段钧元; 张倩; 伍婵翠; 郑婷; 李天煜
Original assignee: Guilin University of Electronic Technology
Current assignee: Guilin University of Electronic Technology
Priority date: 2014-04-15
Filing date: 2014-04-15
Publication date: 2014-07-09
Anticipated expiration: 2034-04-15
Also published as: CN103910472B

Abstract

本发明公开了一种复合型人工湿地处理系统，包括相互串联的垂直流人工湿地处理池和潜流人工湿地处理池，其中：垂直流人工湿地处理池设置于系统的进水端，潜流人工湿地处理池设置于系统的出水端，该系统还包括一个配水箱，配水箱内设置导流墙，该配水箱位于系统的进水端，其出水口与垂直流人工湿地处理池的进水管连通；垂直流人工湿地处理池中的填料由下至上依次为粗粒径填料层、中粒径填料层和细粒径填料层；所述潜流人工湿地处理池设有排水口，该潜流人工湿地处理池中的填料由左至右依次为粗料层、中料层和粗料层，在此三种填料层的上方还设有一层细料层。本发明所述人工湿地处理系统的总磷去除效果较好，且出水的pH值碱性低，约为7～9。

Description

一种复合型人工湿地处理系统

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种以钾长石为填料的复合型人工湿地处理系统。

背景技术

污水处理中的人工湿地技术因具有处理效果好、建设和运行费用低、易于维护管理等优点，受到世界各国的普遍重视。近年来，人工湿地基础作为一种污水处理新技术得到了较快的发展，并被广泛应用。

人工湿地通过基质(填料)截留、过滤、吸附及生物降解作用共同完成。传统的人工湿地在使用中会存在水力高差大，SS（Suspended Solid，污水中的悬浮物）负荷高，氨氮和总磷去除率差的问题。究其原因主要是人工湿地的设计和填料的使用。为了提高人工湿地的处理能力及氮磷去除效果，从人工湿地设计方面考虑，通常会将垂直流人工湿地与潜流人工湿地组合形成复合人工湿地。但不管是垂直流人工湿地、潜流人工湿地还是复合人工湿地，基质都是人工湿地的重要组成部分，它为湿地植物、微生物提供了生长环境，自身也参与人工湿地净化污水的物理化学过程，特别是对引起水体富营养化的磷的吸附发挥着重要作用。因此，选择何种材料作为人工湿地基质，直接决定处理系统的除磷效率，具有十分重要的意义。

现有的人工湿地处理系统中，基质在单独使用时存在两方面的问题：一方面，一些基质材料对磷的去除率低，如传统的土壤、砂、砾石等，为了提高去除率，必须加大工湿地面积；另一方面，基质的除磷效率料高，但出水的碱性大，如钢渣等，其出水pH值高达10～12，不利于填料上植入的水生植物生长和微生物的繁殖。

钾长石(K₂O·Al₂O₃·6SiO₂)是由钾的铝硅酸盐组成的一种矿物，是一种呈架状结构连接的硅酸盐，硅和铝为四面体配位，形成较大的空位(即点阵位置)。钾长石的主要成分为SiO₂、Al₂O₃、K₂O，同时还含少量的铁的氧化物、钙的氧化物和钛的氧化物。钾长石通常也称正长石，属单斜晶系，通常呈肉红色、呈白色或灰色，密度2.54～2.57g/cm³。它具有熔点低(1150±20℃)，熔融间隔时间长，熔融粘度高等特点。目前，钾长石广泛应用于陶瓷坯料、陶瓷釉料、玻璃、电瓷、研磨材料等工业部门及制钾肥用，质量较好的钾长石用于制造电视显像玻壳等。但至今还尚未见有以钾长石为填料的复合型人工湿地处理系统的相关报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种以钾长石为填料的复合型人工湿地处理系统。该人工湿地处理系统的总磷去除效果较好，且出水的pH值碱性低，约为7～9。

本发明所述的复合型人工湿地处理系统，包括相互串联的垂直流人工湿地处理池和潜流人工湿地处理池，其中：

所述的垂直流人工湿地处理池设置于系统的进水端，潜流人工湿地处理池设置于系统的出水端，该系统还包括一个配水箱，配水箱具有一进水口和一出水口，配水箱内设置导流墙，该配水箱位于系统的进水端，其出水口与垂直流人工湿地处理池的入水口连通；

所述垂直流人工湿地处理池中的填料由下至上依次为粗粒径填料层、中粒径填料层和细粒径填料层，其中，粗粒径填料层的填料为粒径为40～60mm的钾长石，中粒径填料层的填料为粒径为20～40mm的钾长石，细粒径填料层的填料为粒径为5～10mm的钾长石和粒径为2～6mm的石英砂的组合；

所述潜流人工湿地处理池设有排水口，该潜流人工湿地处理池中的填料由左至右依次为粗料层、中料层和粗料层，在此三种填料层的上方还设有一层细料层，其中，粗料层的填料为粒径为40～60mm的钾长石，中料层的填料为粒径为20～40mm的钾长石，细料层的填料为粒径为5～10mm的钾长石和粒径为2～6mm的石英砂的组合。

上述技术方案中，所述垂直流人工湿池处理池和潜流人工湿池处理池之间有实体墙间隔，所述的垂直流人工湿池处理池和潜流人工湿池处理池可以是长方体或其它不规划形状，优选呈长方体形，更优选人工湿地处理池的长宽比大于等于2:1。所述的垂直流人工湿地处理池中还设有布水管A、集水管A和空气连通管，其中，集水管A的一端与空气连通管连通，另一端与潜流人工湿地处理池中的布水管B连通。优选地，将布水管A设置于垂直流人工湿地处理池的上部，将集水管A设置于垂直流人工湿地处理池的中下部；更优选地，是将布水管A设置于垂直流人工湿地处理池中的细粒径填料中，将集水管A设置于垂直流人工湿地处理池中的粗粒径填料层中。优选地，将布水管B设置于潜流人工湿地处理池最左端的粗料层的中下部，排水口优选设置于潜流人工湿池处理池的上部；更优选地，是将布水管B设置于潜流人工湿地处理池最左端的粗料层中靠近底部的位置，将排水口设置于潜流人工湿池处理池中的细料层中；在潜流人工湿地处理池中，还设有用于收集经过处理的水的集水管B，该集水管B设置于最右端的粗料层中，该集水管B的一端与排水口连通。本申请中，垂直流人工湿地优选采用低扬头水压自动旋转布水。所述的集水管A优选采用主管两边分支线管的形式，各分支线管为穿孔管，各分支线管与主管的分布优选呈“丰”字型，用于复氧，同时收集水汇入主管；由于主管的一端与空气管连通，另一端穿过垂直流人工湿池处理池和潜流人工湿池处理池之间的实体墙与潜流人工湿池处理池中的布水管B连通，因而实现垂直流人工湿池处理池的集水层、潜流人工湿池处理池的配水层均与大气连通，有效补集氧气，使整个系统形成不同的溶解氧梯度。所述的集水管B同样采用主管两边分支线管的形式，各分支线管为穿孔管，各分支线管与主管的分布优选呈“T”字型，有利于收集经过中料层除磷后的水，其中主管与排水口连通，将收集的经过系统处理的水由排水口排出。在垂直流人工湿池处理池和潜流人工湿池处理池的最上层的填料层中均种有挺水植物，植物种类可根据当地气候特征进行选择，优选种植再力花、芦荻等当地水生植物，可种植一种或多种混种，间距以每平方米不超过9株为宜。

上述技术方案中，所述垂直流人工湿池处理池的细粒径填料层的填料组成中，粒径为5～10mm的钾长石和粒径为2～6mm的石英砂的重量比可以是任意配比，优选为50～70：30～50；所述潜流人工湿池处理池的细料层的填料组成中，粒径为5～10mm的钾长石和粒径为2～6mm的石英砂的重量比可以是任意配比，优选为50～70：30～50。

上述技术方案中，在垂直流人工湿地处理池中，粗粒径填料层的高度优选为200～250mm，中粒径填料层的高度优选为400～500mm，细粒径填料层的高度优选为100～150mm；更优选粗粒径填料层的高度为200mm，中粒径填料层的高度为450mm，细粒径填料层的高度为180mm。在潜流人工湿地处理池中，粗料层从左至右跨越的距离优选为250～350mm；所述粗料层、中料层和粗料层的高度相同，均为600～750mm，所述细料层的高度优选为100～150mm；更优选粗料层从左至右跨越的距离为300mm；所述粗料层、中料层和粗料层的高度相同，均为650mm，所述细料层的高度优选为180mm。

上述技术方案中，所述的配水管最好还具有一个排污口，可以将沉积的污泥从此口排出。所述配水管中的导流墙现有技术中常用的导流墙(通常为一导流板)，在安装时，优选导流墙的底端面与配水箱底面所在的平面形成大于60°的夹角(通常为60～70°的夹角)。所述配水箱的进水口与输送生活污水的管道连通。

与现有技术相比，本发明的特点在于：

1、加设配水箱，使污水进入人工湿地的SS降低，避免因SS造成的填料堵塞问题，可有效延长湿地使用寿命；

2、在垂直流人工湿地处理池中设置空气连通管，可提高水中溶解氧，提高COD与总氮的去除率；

3、垂直流人工湿地处理池和潜流人工湿地处理池的结合方式解决了传统单纯垂直流人工湿地和潜流人工湿地存在的水力落差大等不足，管理方便，特别适合丘陵地区广泛使用；

4、采用钾长石作为填料，由于钾长石呈架状结构，可以形成较多的空位，达到吸磷效率高的目的；另外，钾长石比表面积大，为微生物附着提供了良好的生长界面，钾长石中所含的钾元素还有利于植物的生长，有效促进植物对氮的吸收。

以下是申请人通过用不同基质对总磷的等温吸附试验对本申请中钾长石吸磷效果的说明：

供试基质：钢渣(100～200目)、钾长石(粒度为100～200目)、石灰石(粒度为100～200目)

选用的钾长石为正长石，通过检测该钾长石成分如下述表1所示。

表1：

试验方法：称取供试基质2.0g，置于容积为100mL的离心管中，分别准确加入含磷浓度为2.5、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0、150.0、300.0mg/L的KH₂PO₄溶液50mL，使基质与溶液体积比为1:25。在振荡器上连续振荡24h(200r/min)，振荡完成后，4000r/min转速下离心5min，取上清液测定吸光度。试验在24℃下进行。每个供试基质样品分析3次，取均值做为测试结果，同时做2个平行样。

试验结果：钢渣的吸附等湿曲线如图1所示，钾长石的吸附等湿曲线如图2所示，石灰石的吸附等湿曲线如图3所示。

由上述试验可知，在同等条件下，钢渣、钾长石和石灰石吸附磷的效果如下：钢渣的吸附量为1864mg/kg,出水pH值为11.5；钾长石的吸附量为1298mg/kg,出水pH值为8.5；石灰石吸附量为460mg/kg,出水pH值为8.5。由此可见，钾长石对磷具有较大的吸附量，并且出水pH值达到标排放。因此用钾长石作为人工湿地的基质，在保证较好的除磷效果的同时能使出水pH值达标；另外，钾长石中所含的钾元素对植物的生长十分有利，还可促进植物对N的吸收。

附图说明

图1为钢渣的吸附等温曲线；

图2为钾长石的吸附等温曲线；

图3为石灰石的吸附等温曲线；

图4为本发明所述复合型人工湿地处理系统一种实施方式的结构示意图，图中标号为：1配水箱；11进水口；12排污口；13出水口；14导流墙；2垂直流人工湿地处理池；21粗粒径填料层；22中粒径填料层；23细粒径填料层；24进水管；25布水管A；26集水管A；27空气连通管；3潜流人工湿地处理池；31粗料层；32中料层；33细料层；34排水口；35布水管B；36集水管B；4挺水植物。

具体实施方式

如图4所示，本发明所述的复合型人工湿地处理系统主要由配水箱1、垂直流人工湿地处理池2和潜流人工湿地处理池3组成，所述的垂直流人工湿池处理池和潜流人工湿池处理池之间有实体墙间隔，垂直流人工湿地处理池2和潜流人工湿地处理池3呈串联结构，所述的垂直流人工湿地处理池2设置于系统(即本发明所述的复合型人工湿地处理系统，下同)的进水端，潜流人工湿地处理池3设置于系统的出水端，配水箱1也位于系统的进水端，其出水成为垂直流人工湿地处理池2的进水，其中：

配水箱1具有一个进水口11、一出水口13和一个排污口12，所述进入进水口11的水为经前端厌氧处理后的污水，配水箱1的出水口13与垂直流人工湿地处理池2的进水管24连通，所述排污口12用于污泥的排出；在配水箱1内设置有导流墙14，优选安装好的导流墙14的底端面与配水箱1底面所在的平面形成大于60°的夹角(通常为60～70°的夹角)；

所述垂直流人工湿地处理池2中填充有填料，填料由上、中、下三层构成，填料由下至上依次为粗粒径填料层21(集水层)、中粒径填料层22(除磷层)和细粒径填料层23(植物种植层及配水层)，其中，粗粒径填料层21的填料为粒径为40～60mm的钾长石，中粒径填料层22的填料为粒径为20～40mm的钾长石，细粒径填料层23的填料为粒径为5～10mm的钾长石和粒径为2～6mm的石英砂的组合；所述粗粒径填料层21的高度通常为200～250mm，中粒径填料层22的高度通常为400～500mm，细粒径填料层23的高度通常为100～150mm；在垂直流人工湿地处理池2中设置有布水管A25、集水管A26和空气连通管27，其中，集水管A26设置于垂直流人工湿地处理池2中的粗粒径填料层21中，集水管A26采用主管两边分支线管的形式，各分支线管为穿孔管(主管不开孔)，各分支线管与主管的分布优选呈“丰”字型，构成集水管A26的主管的一端与所述的空气管连通，另一端穿过垂直流人工湿池处理池和潜流人工湿池处理池之间的实体墙与潜流人工湿池处理池中的布水管B35连通，从而实现垂直流人工湿池处理池的集水层、潜流人工湿池处理池的配水层均与大气连通，有效补集氧气，使整个系统形成不同的溶解氧梯度；布水管A25设置于垂直流人工湿地处理池2上部的细粒径填料中，与垂直流人工湿地处理池2的进水管24相连通，布水管A25采用低扬头水压自动旋转布水；

所述潜流人工湿地处理池3中填充有填料，填料总体来说分为上、下两层，其中上层为细料层33(植物种植层)，下层填料由左至右又可依次分为粗料层31、中料层32和粗料层31三层，其中最左端的粗料层31为配水层，最右端的粗料层31为集水层，中间的中料层32为除磷层；所述粗料层31的填料为粒径为40～60mm的钾长石，中料层32的填料为粒径为20～40mm的钾长石，细料层33的填料为粒径为5～10mm的钾长石和粒径为2～6mm的石英砂的组合；所述最左端的粗料层31和最右端的粗料层31它们从左至右跨越的距离相同，优选为250～350mm，最左端的粗料层31和最右端的粗料层31之间的距离则为填充中料层32所占的跨度；所述构成整个下层的粗料层31、中料层32和粗料层31的高度应相同，一般情况下均为600～750mm，而所述细料层33的高度通常为100～150mm；在潜流人工湿地处理池3的中上部设置有排水口34，，优选设置在潜流人工湿地处理池3中的细料层33中。在潜流人工湿地处理池3最左端的粗料层31中设置有布水管B35，该布水管B35与垂直流人工湿地处理池2中的集水管A26的主管连通，该布水管B35采用总管两边分支线管的形式，各支线管为穿孔管，各支线管与总管的分布优选呈“王”字型；在潜流人工湿地处理池3中最右端的粗料层31中设置有集水管B36，该集水管B36同样采用主管两边分支线管的形式，各分支线管为穿孔管(主管不开孔)，各分支线管与主管的分布优选呈“T”字型，以有利于收集经过中料层32除磷后的水，其中集水管B36的主管与排水口34连通，将收集的经过系统处理的水由排水口34排出。

上述实施方式中，所述的垂直流人工湿池处理池和潜流人工湿池处理池可以是长方体或其它不规划形状，优选呈长方体形，更优选人工湿地处理池的长宽比大于等于2:1。所述垂直流人工湿池处理池的细粒径填料层23的填料组成中，粒径为5～10mm的钾长石和粒径为2～6mm的石英砂的重量比优选为50～70：30～50；所述潜流人工湿池处理池的细料层33的填料组成中，粒径为5～10mm的钾长石和粒径为2～6mm的石英砂的重量比优选为50～70：30～50。在垂直流人工湿池处理池和潜流人工湿池处理池的最上层的填料层中均种有挺水植物4，植物种类可根据当地气候特征进行选择，优选种植再力花、芦荻等当地水生植物，可种植一种或多种混种，间距以每平方米不超过9株为宜。

采用本发明所述的复合型人工湿地处理系统的处理方法为：

前端经厌氧处理后的污水通过配水箱1的进水口11进入配水箱1，经过导流墙14(由导流墙14阻隔的自沉的SS可定期通过配水箱1底部的排污口12定期排放)，然后从配水箱1的出水口13流出并由垂直流人工湿地处理池2的进水管24进入布水管A25，布水管A25接低扬头水压自动旋转布水器对垂直流人工湿地处理池2进行布水，从低扬头水压自动旋转布水器出来的污水浇淋植物后，依次经过垂直流人工湿地处理池2的上层、中层和下层，流入集水管A26的分支线管再汇集到集水管A26的主管；污水沿集水管A26的主管进入潜流人工湿地处理池3中的布水管B35，水流沿水平及上向流经过中料层32后由集水管B36的各分支线管收集进入集水管B36的主管，最后经由潜流人工湿地处理池3的排水口34进行排放。

将本发明所述系统应用于农村的生活污水处理，具体设计的污水处理系统中小阻力配水箱1的大小为1m×0.5m×1m(长×宽×高)，垂直流人工湿地单元2m×1m×1m(长×宽×高)，潜流人工湿地单元2m×1m×1m(长×宽×高)，处理水量为2m³/d，经厌氧处理后进入处理系统的污水水质为：CODcr：250mg/L；NH₃-N：25mg/L；TP：3.5mg/L；TN：35mg/L；SS：200mg/L；pH：7.4；出水水质的参数：CODcr：48mg/L；NH₃-N：5mg/L；TP：0.4mg/L；TN：7mg/L；SS：5mg/L；pH：7.8。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均应属于本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims

1.一种复合型人工湿地处理系统，包括相互串联的垂直流人工湿地处理池（2）和潜流人工湿地处理池（3），其特征在于：

所述的垂直流人工湿地处理池（2）设置于系统的进水端，潜流人工湿地处理池（3）设置于系统的出水端，该系统还包括一个配水箱（1），配水箱（1）具有一进水口（11）和一出水口（13），其内设置导流墙（14），该配水箱（1）位于系统的进水端，其出水口（13）与垂直流人工湿地处理池（2）的进水管（24）连通；

所述垂直流人工湿地处理池（2）中的填料由下至上依次为粗粒径填料层（21）、中粒径填料层（22）和细粒径填料层（23），其中，粗粒径填料层（21）的填料为粒径为40～60mm的钾长石，中粒径填料层（22）的填料为粒径为20～40mm的钾长石，细粒径填料层（23）的填料为粒径为5～10mm的钾长石和粒径为2～6mm的石英砂的组合；

所述潜流人工湿地处理池（3）设有排水口（34），该潜流人工湿地处理池（3）中的填料由左至右依次为粗料层（31）、中料层（32）和粗料层（31），在此三种填料层的上方还设有一层细料层（33），其中，粗料层（31）的填料为粒径为40～60mm的钾长石，中料层（32）的填料为粒径为20～40mm的钾长石，细料层（33）的填料为粒径为5～10mm的钾长石和粒径为2～6mm的石英砂的组合。

2.根据权利要求1所述的复合型人工湿地处理系统，其特征在于：所述垂直流人工湿地处理池（2）中还设有布水管A（25）、集水管A（26）和空气连通管（27），所述集水管A（26）的一端与空气连通管（27）连通，另一端与潜流人工湿地处理池（3）中的布水管B（35）连通。

3.根据权利要求2所述的复合型人工湿地处理系统，其特征在于：所述的集水管A（26）位于垂直流人工湿地处理池（2）的中下部。

4.根据权利要求2所述的复合型人工湿地处理系统，其特征在于：所述的布水管B（35）位于潜流人工湿地处理池（3）的中下部。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的复合型人工湿地处理系统，其特征在于：所述垂直流人工湿地处理池（2）中，粗粒径填料层（21）的高度为200～250mm，中粒径填料层（22）的高度为400～500mm，细粒径填料层（23）的高度为100～150mm。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的复合型人工湿地处理系统，其特征在于：所述潜流人工湿地处理池（3）中，粗料层（31）从左至右跨越的距离为250～350mm；所述粗料层（31）、中料层（32）和粗料层（31）的高度相同，均为600～750mm，所述细料层（33）的高度为100～150mm。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的复合型人工湿地处理系统，其特征在于：所述的配水管还具有一个排污口（12）。