CN104098181A - 一种再生水补给河道的组合人工湿地生态处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种再生水补给河道的组合人工湿地生态处理方法，该生态处理方法是将垂直流人工湿地(1)、表面流人工湿地(6)及水生植物塘(10)进行整合，构建成组合人工湿地，对尾水进行深度处理。与现有技术相比，本发明利用湿地中填料、水生植物和微生物之间的相互作用，对有污水处理厂的再生水进行深度处理，使河道水体主要水质指标从一级A排放标准提升到地表水V类标准，并具有很好的景观效果。
Description
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，涉及一种人工湿地生态处理方法，尤其是涉及一种再生水补给河道的组合人工湿地生态处理方法。
背景技术
伴随社会发展、城市化进程加剧，生活生产行为以及在城市化进程中对河道河流的整治，违背了自然的规律，造成了河流生态系统的功能逐渐退化。当下，城市河道水质与景观的恶化已严重影响了周边民众的正常生活，而人们的生活理念随着生活水平的提高也得到提升，人们对周边水环境的要求越来越高，河流污染亟待解决。
影响河流系统的因素有很多，污水处理厂的尾水就是其中之一。目前污水厂的尾水大多是采用直接排入近河道的方法，而对比《GB3838-2002地表水环境质量标准》，若按最高排放要求的一级A标准，城镇处理污水厂尾水仍属于劣V类水集中式排放，污染负荷远超受纳河流的纳污能力，即会对河流水文环境造成了一定的冲击，水生态系统将会受到破坏，因此需要对污水处理厂的尾水进行一定处理。
河道治理常用的技术包括有：清淤、调水、截污、人工增氧等工程措施；混凝沉淀、药剂杀藻等物理和化学方法；微生物修复、水生植物净化、河道曝气、人工湿地、生物膜、生物操纵、氧化塘等生态修复方法。当下生态修复技术治理城市河道越来越受到人们的重视，较之传统的工程措施以及物理、化学方法，具有成本低、能耗小、治理效果较好，对环境没有二次污染，有利于整体生态环境的改善，同时具有一定的景观功能和生态美学价值，发挥美化、绿化环境的作用。
对污水处理厂的尾水进行生态处理是当下较为常见的方式。目前河道治理主要技术的开展主要集中在岸边带，人工湿地技术就是充分利用河流岸边带，且可满足河流水质的改善和生态系统功能的恢复的众多生态修复方法中较为常见的方法之一。人工湿地的类型主要有表面流人工湿地和潜流湿地，这些都已被应用在河道治理中，并有很好的效果。
传统的污水处理厂尾水处理湿地工艺多选取的湿地类型较为单一，由于每种湿地有其缺点，例如硝化能力强反硝化能力弱，因此单一的选取一种湿地类型并不能有效的去除尾水中的有机物、氮和磷，而难以达到预期效果。所以应当将多种修复手段进行合理组合，以生态修复技术为主，集成多种治理措施分步骤、分层次对污水厂再生水进行处理，从而改善河道生态系统功能。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种再生水补给河道的组合人工湿地生态修复方法。通过本发明，在河道岸边和近岸布置河岸垂直流人工湿地、岸边表面流人工湿地、河口植物塘，形成组合人工湿地。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种再生水补给河道的组合人工湿地生态处理方法，其特征在于，该生态处理方法是将垂直流人工湿地、表面流人工湿地及水生植物塘进行整合，构建成组合人工湿地，对尾水进行深度处理，具体包括以下步骤：
(1)选取河道，该河道是以污水处理厂再生水作为其补水；
(2)在上述选取的河道两岸沿程设置垂直流人工湿地，污水处理厂的尾水采用下向流间歇进水方式，流经垂直流人工湿地进行处理后进入下一级表面流人工湿地单元或者直接进入水生植物塘；
(3)在上述垂直流人工湿地的后端设置表面流人工湿地，该表面流人工湿地的进水是垂直流人工湿地的出水；
(4)在上述表面流人工湿地的末端设置水生植物塘，用于接纳经过垂直流人工湿地和表面流人工湿地处理后的出水。
所述的垂直流人工湿地由至少一个垂直流人工湿地单元组成，该垂直流人工湿地单元包括自上而下设置的填料层a、其厚度为0.7～1.3m，砂垫层、其厚度为0.03～0.06m，防渗层a，以及填料层上种植的挺水植物a。
所述的填料层a中的填料为砾石填料，该砾石填料的粒径为4～50mm，孔隙率为30％～40％，填料粒径分布由上而下逐渐变大。
所述的表面流人工湿地由至少一个表面流人工湿地单元组成，该表面流人工湿地单元包括设置的填料层b、其厚度为0.2～0.4m，防渗层b，以及填料层上种植的挺水植物b。
所述的填料层b中的填料为砾石填料，该砾石填料的粒径为5～80mm，孔隙率为30％～40％。填料起到支撑挺水植物b的作用，并为微生物提供生活场所，微生物是去除N、P的主要承担者，若缺失填料，微生物将缺乏生长的载体，从而导致整个系统失效。
所述的防渗层a和防渗层b可以采用不透水材料，如果湿地范围底部为透水率很低的黏土层，亦可作为防渗层。
所述的挺水植物a和挺水植物b为水生鸢尾、菖蒲、再力花、梭鱼草、美人蕉中的一种或多种，种植密度分别为15株/m2、15株/m2，10株/m2，10芽/丛、2丛/m2、20丛/m2，均采用间歇带状种植方式。
所述的水生植物塘种植有沉水植物和浮叶植物，种植密度均为20芽/丛，均采用直接种植技术进行种植。
所述的沉水植物为菹草、苦草、狐尾藻及金鱼藻的一种或多种，所述的浮叶植物为睡莲、萍蓬草、芡实、眼子菜、荇菜、菱、金银莲花及荷花中的一种或多种。
水生植物除了可以直接吸收去除各种污染物，还有下列作用：通过光合作用为净化作用提供能量来源；植物庞大的根系可以增强和维持介质的水力传输，为各种微生物提供了多样的生存环境，根区的细菌群落可以降解许多污染物质；植物根部具有泌氧功能，可为好氧微生物提供一个较为有利的生长环境；具有美学价值，可作为景观。
本发明中，污水处理厂的再生水是满足国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A标准。
本发明所述生态处理方法是在河道岸边和近岸布置垂直流人工湿地-表面流1人工湿地-水生植物塘构建成组合人工湿地，用于深度处理污水处理厂的尾水。垂直流人工湿地处于组合工艺的最前端，各个单元并联运行，作为硝化作用的主体；通过物理、化学、植物、微生物的共同作用净化水体。表面流人工湿地充分利用有利地形布设，接受垂直流人工湿地的出水，作为反硝化作用的主体；通过物理、化学以及生物的反应过程净化水质。水生植物塘位于组合工艺的最末端，作为组合湿地工艺最后的屏障，通过植物、藻类、微生物的共同作用保障河口水质。
组合人工湿地在处理尾水过程中，不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快地被截留而被微生物利用；可溶性有机物则通过湿地植物根系生物膜的吸附、吸收及湿地内微生物的代谢去除。氮类的去除主要是通过垂直流人工湿地硝化作用和表面流人工湿地的反硝化作用去除。磷通过植物的吸收作用、生物除磷作用、介质物化存贮去除。
本发明中，人工湿地的建设符合施工技术标准。
与现有技术相比，本发明利用湿地中填料、水生植物和微生物之间的相互作用，对有污水处理厂的再生水进行深度处理，使河道水体主要水质指标从一级A排放标准提升到地表水V类标准，并具有很好的景观效果。
附图说明
图1为本发明中工艺流程图；
图2为本发明中组合人工湿地平面布置示意图；
图中标记说明：
1-垂直流人工湿地、2-防渗层a、3-砂垫层、4-填料层a、5-挺水植物a、6-表面流人工湿地、7-防渗层b、8-填料层b、9-挺水植物b、10-水生植物塘。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
本发明实施的前提条件是河道两岸基本完成截污，再生水或者更为清洁的水体为河段的主要补给水源。
图1所示为本发明一种再生水补给河道的组合人工湿地生态处理方法的工艺流程图。首先污水处理厂尾水流经设置在河道左右两岸的垂直流人工湿地。由于垂直流人工湿地种植有挺水植物，这些水生植物根区的细菌群落能够有效降解尾水中的污染物质，并进行硝化反应，使得尾水得到初步净化处理；尾水通过垂直流人工湿地流入下一级表面流人工湿地(或根据实际情况直接接入水生植物塘)；尾水进入表面流人工湿地后，尾水中的部分污染物会吸附在可沉降颗粒上，通过颗粒的沉降作用或过滤在尾水中被截留下来，并被湿地中的微生物加以利用，实现反硝化反应，使污染物得到分解消除，从而完成尾水的进一步净化处理，并流入河口处的水生植物塘中。水生植物塘中种植有沉水植物和浮叶植物，通过两种水生植物的协同净化作用，并流入湖泊水体，最终完成污水处理厂尾水的深度净化处理。
图2所示为本发明一种再生水补给河道的组合人工湿地平面布置示意图。该组合人工湿地包括垂直流人工湿地1、表面流人工湿地6及水生植物塘10。
所述的垂直流人工湿地1由至少一个垂直流人工湿地单元组成，该垂直流人工湿地单元包括自上而下设置的填料层a4、砂垫层3、防渗层a2，以及填料层上种植的挺水植物a5。所述的填料层a4中的填料为砾石填料，该砾石填料的粒径为4～50mm，孔隙率为30％～40％，填料粒径分布由上而下逐渐变大。
所述的表面流人工湿地6由至少一个表面流人工湿地单元组成，该表面流人工湿地单元包括设置的填料层b8、防渗层b7，以及填料层上种植的挺水植物b9。所述的填料层b8中的填料为砾石填料，该砾石填料的粒径为5～80mm，孔隙率为30％～40％。
所述的挺水植物a5和挺水植物b9为水生鸢尾、菖蒲、再力花、梭鱼草、美人蕉中的一种或多种。
所述的水生植物塘10种植有沉水植物11和浮叶植物12。所述的沉水植物11为菹草、苦草、狐尾藻及金鱼藻的一种或多种，所述的浮叶植物12为睡莲、萍蓬草、芡实、眼子菜、荇菜、菱、金银莲花及荷花中的一种或多种。
下面具体举例进行说明，选取某市某河流自污水处理厂排口到其入湖口处，河岸有40～60m纵深，河口开敞，缓流。污水处理厂尾水排入河道，排口距离河口约1.1km。该河段截污完成，无污水排入。
在污水处理厂排口与河口之间河道岸带设置旁道垂直流人工湿地，处理污水处理厂尾水。河道左侧设置16个垂直流人工湿地单元，每个单元面积约4000m2；河道右侧共设置21个垂直流人工湿地单元，每个单元面积约为2000m2(5个)或4000m2(16个)。砾石填料的粒径分布为4～50mm，孔隙率为30～40％。每个垂直流人工湿地单元，选取一种挺水植物，挺水植物可选取水生鸢尾、菖蒲、再力花、梭鱼草、美人蕉，种植密度分别为15株/m2，15株/m2，10株/m2，10芽/丛、2丛/m2，20丛/m2。河道两岸垂直流人工湿地单元皆并联运行，进水直接取污水处理厂出水，经过垂直流人工湿地处理后，或进入表面流人工湿地或就近排入河道，作为再生水补充河道。
在河道河口敞开的浅水位地段，用于布置表面流人工湿地。近岸处种植挺水植物，充分利用其地形水深，设置表面流人工湿地。表面流人工湿地所用砾石填料的粒径分布为5～80mm，孔隙率为30～40％，采用间歇带状种植方式种植挺水植物，每个表面流人工湿地单元选取一种挺水植物，可选取水生鸢尾、菖蒲、再力花、梭鱼草、美人蕉，种植密度分别为15株/m2，15株/m2，10株/m2，10芽/丛、2丛/m2，20丛/m2。
最后，在河道河口处，布置水生植物塘，采用直接种植技术种植菹草、苦草、狐尾藻、金鱼藻等沉水植物，并镶嵌睡莲和荷花等浮叶植物，其中睡莲和荷花的种植密度均为20芽/丛。
尾水经垂直流人工湿地-表面流人工湿地-水生植物塘多级处理后，最终排入湖泊。通过本发明的组合人工湿地生态处理方法，可将再生水补水的河水提升到地表水V类标准，化学需氧量(COD)＜30mg/L、氨氮＜4mg/L、总磷＜0.3mg/L，其中，化学需氧量(COD)去除率＞65％、氨氮去除率＞80％、总磷去除率＞80％。
Claims (8)
1.一种再生水补给河道的组合人工湿地生态处理方法，其特征在于，该生态处理方法是将垂直流人工湿地(1)、表面流人工湿地(6)及水生植物塘(10)进行整合，构建成组合人工湿地，对尾水进行深度处理，具体包括以下步骤：
(1)选取河道，该河道是以污水处理厂再生水作为其补水；
(2)在上述选取的河道两岸沿程设置垂直流人工湿地(1)，污水处理厂的尾水采用下向流间歇进水方式，流经垂直流人工湿地(1)进行处理后进入下一级表面流人工湿地(6)单元或者直接进入水生植物塘(10)；
(3)在上述垂直流人工湿地(1)的后端设置表面流人工湿地(6)，该表面流人工湿地(6)的进水是垂直流人工湿地(1)的出水；
(4)在上述表面流人工湿地(6)的末端设置水生植物塘(10)，用于接纳经过垂直流人工湿地(1)和表面流人工湿地(6)处理后的出水。
2.根据权利要求1所述的一种再生水补给河道的组合人工湿地生态处理方法，其特征在于，所述的垂直流人工湿地(1)由至少一个垂直流人工湿地单元组成，该垂直流人工湿地单元包括自上而下设置的填料层a(4)、砂垫层(3)、防渗层a(2)，以及填料层上种植的挺水植物a(5)。
3.根据权利要求2所述的一种再生水补给河道的组合人工湿地生态处理方法，其特征在于，所述的填料层a(4)中的填料为砾石填料，该砾石填料的粒径为4～50mm，孔隙率为30％～40％，填料粒径分布由上而下逐渐变大。
4.根据权利要求1所述的一种再生水补给河道的组合人工湿地生态处理方法，其特征在于，所述的表面流人工湿地(6)由至少一个表面流人工湿地单元组成，该表面流人工湿地单元包括设置的填料层b(8)、防渗层b(7)，以及填料层上种植的挺水植物b(9)。
5.根据权利要求4所述的一种再生水补给河道的组合人工湿地生态处理方法，其特征在于，所述的填料层b(8)中的填料为砾石填料，该砾石填料的粒径为5～80mm，孔隙率为30％～40％。
6.根据权利要求2或4所述的一种再生水补给河道的组合人工湿地生态处理方法，其特征在于，所述的挺水植物a(5)和挺水植物b(9)为水生鸢尾、菖蒲、再力花、梭鱼草、美人蕉中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种再生水补给河道的组合人工湿地生态处理方法，其特征在于，所述的水生植物塘(10)种植有沉水植物(11)和浮叶植物(12)。
8.根据权利要求7所述的一种再生水补给河道的组合人工湿地生态处理方法，其特征在于，所述的沉水植物(11)为菹草、苦草、狐尾藻及金鱼藻的一种或多种，所述的浮叶植物(12)为睡莲、萍蓬草、芡实、眼子菜、荇菜、菱、金银莲花及荷花中的一种或多种。
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