CN104129857A - 一种高寒地区中水深度净化人工湿地系统 - Google Patents

一种高寒地区中水深度净化人工湿地系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种适用于青藏高原高寒缺氧地区城乡生活污水处理的中水深度净化人工湿地系统,包括配水调节池、潜流人工湿地单元、潜流单元布水系统、潜流出水井、表面流人工湿地、系统末端出水井,所述前端配水调节池兼具曝气功能,并设置回流装置;所述潜流人工湿地单元为复合流式潜流人工湿地,对污水进行一级净化处理;所述潜流人工湿地单元池体内设有防渗层、基质填料层、种植土层,表面栽植水生植物;所述潜流单元布水系统包括:池体前端布设单元配水系统,池体后端设置单元集水系统、单元倒膜系统,池体末端设置集水渠;所述表面流人工湿地对污水进行二级净化处理。

Description

一种高寒地区中水深度净化人工湿地系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种高寒地区中水深度净化人工湿地系统,属于污水处理技术领域。
背景技术
[0002] 人工湿地是通过模拟自然湿地,人为设计、建造与调控的由基质(石、砂、土壤、煤渣等)、湿地植物、微生物和水体组成的复合体污水处理生态系统,其人工建设的具有仿自然湿地功能和特点的湿地构筑物或湿地区域,对污水净化处理、湿地生态功能和景观功能都有极大的强化作用。其净化原理主要是利用“基质-水生植物-微生物-水体”四位一体复合生态系统的物理、化学和生物的三重协同效应,通过过滤、吸附、共沉、离子交换、化学降解、植物吸收和微生物分解等作用来实现对污水的高效净化,同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环,在促进植物生长的同时,实现废水的无害化与资源化。人工湿地是一种节能、经济、简便和高效的生态化污水处理技术。
[0003] 中国专利ZL2012201166788.9(授权公告号CN202658144U)公开了“一种用于寒冷地区中小城镇污水处理的双层潜流人工湿地系统”,包括池体一侧设有预曝气系统的配水调节池、池体另一侧内置有内循环泵的出水集节池、池体内部的上层湿地和下层湿地、为上/下层湿地供水的布水管和处理后的出水收集管,其特征在于:上、下层湿地均为潜流式人工湿地,且上、下层湿地间由不透水的隔层分开;布水管分别置于上、下层湿地前端的顶部连通配水调节池,出水收集管分别置于上、下层湿地末端的底部连通出水集节池,上层湿地的布水管和出水收集管、下层湿地的布水管和出水收集管为二套独立的运行装置。该方法采用双层潜流湿地系统,通过夏季运行上层人工湿地、冬季运行下层人工湿地,实现东北寒冷地区经济基础薄弱的小城镇分散型生活污水处理在冰封期和全年稳定运行。但该工艺仅对污水进行了一级处理,出水仅能满足GB18918-2002的一级B标准,且只适用于东北平原寒冷地区小城镇散型生活污水处理,无法满足青藏高原高海拔寒冷缺氧地区城镇和农村生活污水处理的深度净化和常规污水处理厂的提标改造。
[0004] 中国专利ZL2012201166788.9(授权公告号CN203382567U)公开了一种“中水深度净化人工湿地结构”,包括通过管道顺序连接的高位水池、人工湿地和出水井,人工湿地有顺序连接的两级;第一级为下行流潜流人工湿地,包括一级介质层、位于一级介质层的上部并均匀分布其中的一级布水系统、位于一级介质层的底部并均匀分布其中的一级集水系统以及种植的一级水生植物;第二级为上行流人工湿地,包括二级介质层、位于二级介质层的底部并均匀分布其中的二级布水系统、位于二级介质层的上部并均匀分布其中的二级集水系统及种植的二级水生植物;人工湿地的挡墙及四壁均设有防渗层。该工艺结构采用两级潜流人工湿地针对污水处理厂中水进行深度净化,出水可达到GB3838-2002的地表水III类或IV类标准。但该工艺结构采用的两级潜流人工湿地均是垂直潜流人工湿地,该工艺只能适用于南方和北方平原区非冰冻期的污水处理运行,且该工艺无防冻结构的设计,无法满足青藏高原高寒缺氧地区的运行要求。
[0005] 此外,上述两种工艺均没有防堵和倒膜清淤、以及不同季节运行的水位调控的结构设计,对于青藏高原高寒地区的污水处理存在海拔高、常年缺氧、气温低、冰冻期长、不同季节气候条件差异大的特点,均不适用。目前现有人工湿地的技术均无法满足青藏高原高寒地区的全年稳定运行要求。
发明内容
[0006] 本发明的目的是:针对青藏高原高寒缺氧地区,开发一种建设成本和运行成本低、处理效果好、管理和维护简单、可全年稳定运行并兼具生态环境效益的污水处理厂中水深度净化人工湿地系统。
[0007] 本发明的技术方案是:
[0008] 一种适用于青藏高原高寒缺氧地区城乡生活污水处理的中水深度净化人工湿地系统,包括前端配水调节池、潜流人工湿地单元、潜流单元布水系统、潜流出水井、表面流人工湿地、系统末端出水井,其特征在于:所述前端配水调节池兼具曝气功能,并设置回流装置;所述潜流人工湿地单元为复合流式潜流人工湿地,对污水进行一级净化处理;所述潜流人工湿地单元池体内设有防渗层、基质填料层、种植土层,表面栽植水生植物;所述潜流单元布水系统包括:池体前端布设单元配水系统,池体后端设置单元集水系统、单元倒膜系统,池体末端设置集水渠;所述表面流人工湿地对污水进行二级净化处理,湿地内根据地形设置浅水区和深水区,并镶嵌设置净化区、稳定滞留区、净化稳定区、鱼塘、生态景观区和生态沟渠等多个功能单元,各功能单元内种植水生植物。该系统利用“基质-水生植物-微生物-水体”所构建的复合生态系统通过物理-化学-生物三重协同效应实现对污水的高效净化。暖季、春秋非冰冻期和冷季冰冻期运行时,分别打开潜流集水管末端口的高位、中位、低位阀控集水管阀控排放口,并在冬季通过潜流湿地实施表面覆盖收割植物保温、表面流湿地实施最短生态沟渠路径出水从而加快表面流水体流速和缩短停留时间等措施,保证系统全年正常和冬季安全运行。此外,定期开启倒模系统对潜流湿地实施倒膜清淤,保证湿地系统的闻效稳定运行。
[0009] 所述配水调节池内设置安装潜水曝气机和潜水排污泵,并连接配水总管,配水总管上设置配水总阀、回流管和止回阀;通过潜水曝气机对污水进行前期曝气供氧以强化湿地系统的净化处理效果;通过潜水排污泵和配水总管对潜流人工湿地进行总量配水,并通过配水总阀和止回阀调控配水总量。
[0010] 所述潜流人工湿地单元可设置多个单元以并联方式连接,在青藏高原高寒缺氧地区,潜流人工湿地总面积按照水量/湿地面积为1: 3-1: 5的比例确定为宜,潜流人工湿地单元长度以20-50m为宜,潜流人工湿地单元长宽比宜控制在3: I以下。
[0011] 所述潜流人工湿地单元池体内防渗层包括底部10mm厚的粘土夯实层和铺设于粘土夯实层及挡墙四壁的复合防水土工膜;防渗层之上的基质填料层按自下而上顺序填充粗砂层10Omm厚、80_120mm碌石层300mm厚、30_80mm碌石层200mm厚、10_30mm碌石层150mm厚、5-10mm碌石层150mm厚和粗砂层10mm厚;表层铺置无污染物种植土层200mm厚,并栽植适宜于高寒地区良好生长的驯化芦苇、香蒲和水葱等水生植物。
[0012] 所述池体前端的单元配水系统由配水管检查井、配水支管和配水穿孔管组成,检查井内的配水支管上设有配水蝶阀;所述池体后端的单元集水系统由集水穿孔管、集水管和集水管检查井组成,检查井内的集水管垂直设有高位、中位、低位三个等径阀控集水管排放口,用以不同季节和倒膜清淤时控制池体内不同水位;所述池体后端的单元倒膜系统由倒膜穿孔管、倒膜集水管和倒模管检查井组成,检查井内倒膜集水管末端设有阀控倒膜管排放口 ;所述池体末端的集水渠用于收集和中转排放潜流出水,同时集水渠内设置集水管检查井和倒膜管检查井,便于检查、操作潜流湿地单元干湿交替和不同季节运行时的水位调控。
[0013] 所述配水总管、回流管、配水支管、配水穿孔管、集水管、集水穿孔管、倒膜穿孔管和倒膜集水管均由UPVC管制成。
[0014] 所述潜流出水井通过输水管道与集水渠和表面流人工湿地入水口连接,井内设有潜流出水控制阀。
[0015] 所述表面流人工湿地内不铺置填料,其基质主要采用土壤,底部土基夯实后铺设300mm厚粘土夯实层,上面再铺设200mm厚种植土层,湿地内镶嵌栽植适宜于高寒地区良好生长的驯化芦苇、香蒲、水葱菖蒲、杉叶藻、莎草、睡莲、荷花和慈姑等水生植物。
[0016] 所述表面流人工湿地浅水区和深水区均应水流畅通,避免形成死水区,总体水力坡度宜小于5% ;所述净化区、净化稳定区、生态沟渠和部分生态景观区设计为浅水区,水深300mm-1000mm ;所述稳定滞留区、鱼塘和部分生态景观区设计为深水区,水深1000mm-2000mm;湿地出水通过末端生态沟渠引入系统出水井后达标排放。
[0017] 本发明高寒地区中水深度净化人工湿地系统的优点在于:
[0018] (I)已由实际工程证明,所述工艺可在青藏高原高寒缺氧地区全年稳定运行,保温效果好,能有效解决高寒地区的越冬防冻问题。
[0019] (2)所述工艺系统投资建设及运行成本低、维护简单易行、动力消耗较小、节能高效。
[0020] (3)所述工艺系统水力分配均匀、水力负荷大、去污效果强、深度净化处理效果好,最后出水可达到GB3838-2002的地表水III类或IV类标准。
[0021] (4)具有较好的环境协调性,兼具仿真自然湿地、污水治理、生态建设和景观休闲等功能。
附图说明
[0022] 通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例,本发明的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚,在附图中:
[0023] 图1为本发明的整体系统流程结构示意图。
[0024] 图2为本发明潜流人工湿地单元结构平面示意图。
[0025] 图3为本发明潜流人工湿地单元剖面结构示意图。
[0026] 图4为本发明表面流人工湿地实施例平面布置示意图。
[0027] 图5为本发明表面流人工湿地剖面构造示意图。
[0028] 附图标记说明:
[0029] 1、污水处理厂尾水;2、配水调节池;3、潜流人工湿地单元;4、潜流出水井;5、表面流人工湿地;6、系统末端出水井;7、潜水曝气机;8、潜水排污泵;9、配水总管;10、配水总阀;11、回流管;12、止回阀;13、潜流单元池体;14、防渗层;15、基质填料层;16、种植层;17、潜流水生植物;18、集水渠;19、表面流入水口 ;20、浅水区;21、深水区;22、表面流水生植物;23、生态沟渠;24、系统末端出水口 ;25、配水管检查井;26、配水支管;27、配水穿孔管;28、配水蝶阀;29、集水管;30、集水穿孔管;31、集水管检查井;32、高位阀控集水管排放口 ;33、中位阀控集水管排放口 ;34、低位阀控集水管排放口 ;35、倒膜集水管;36、倒膜穿孔管;37、倒膜管检查井;38、阀控倒膜管排放口 ;39、配水管穿孔;40、集水管穿孔;41、倒膜管穿孔;42、溢流槽;43、潜流出水控制阀;44、潜流出水井出口 ;45防腐木盖板或钢筋混凝土盖板;46、输水管道;47、表面流入水口 ;
[0030] A、粘土夯实层;B、土工膜;C、粗砂层;D、80-120mm粒径碌石层;E、30-80mm粒径石乐石层;F、10-30mm粒径碌石层;G、5-10mm粒径碌石层;H、粗砂层;1、潜流种植土层;J、基层粘土 ;K、表流粘土夯实层;L、表流种植土层;M、净化区;N、生态景观区;0、净化稳定区、;P、稳定滞留区;Q、鱼塘。
具体实施方式
[0031] 在下文中,现在将参照附图更充分地描述本发明,在附图中标示出了各种实施例。然而,本发明可以多种不同的形式来实施,且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反,提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的,并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
[0032] 如图1所示,本发明高寒地区中水深度净化人工湿地系统,用以处理青藏高原高寒缺氧地区污水处理厂尾水1,整体结构包括:前端配水调节池2、潜流人工湿地单元3、潜流出水井4、表面流人工湿地5以及系统末端出水井6 ;所述配水调节池2内污水通过配水总管9输入潜流人工湿地单元3 ;污水经潜流人工湿地单元3的一级净化处理后输入集水渠18,再经由潜流出水井4输入表面流人工湿地5进行二级净化,最后有生态沟渠23汇集于系统出水井6从系统末端出水口 24排出。
[0033] 所述配水调节池2池体内污水中设置安装潜水曝气机7和潜水排污泵8,由潜水排污泵连接配水总管9对湿地进行总量配水;配水总管9上设置配水总阀10,并在配水总阀10后设置回流管11,回流管11上设有止回阀12,用于调控配水总量。
[0034] 结合图2和图3所不:(图中所不位直标闻均以土工I旲B计为基础标闻Omm)
[0035] 本发明的潜流人工湿地单元3池体深度为1300_,可设置多个单元以并联方式连接;为适应青藏高原高寒缺氧地区的气候条件,潜流人工湿地总面积按照水量/湿地面积为1: 3-1: 5的比例确定为宜;潜流人工湿地单元3长度以20m-50m为宜,以有利于水位调节和避免造成潜流湿地床的死区;潜流人工湿地单元3长宽比宜控制在3: I以下,以有利于减少水流短路、使池体内水流更趋近于平推流,也有利于工程应用中的布水分配、收集和倒膜清淤;同时,应尽量减少湿地单元数量,以降低建设成本。
[0036] 所述防渗层14由铺置于池体底部的粘土夯实层A和铺设于粘土夯实层A之上及池体挡墙23四壁的土工膜B组成;所述粘土夯实层A厚10cm,密实度> 95% ;所述土工膜B为≥700g的复合防水土工膜。
[0037] 所述基质填料层15按自下而上顺序铺设粗砂层C厚100mm、80-120mm粒径碌石层D平均厚300mm.3O-8Omm粒径碌石层E平均厚200mm、10-30mm粒径碌石层F平均厚150mm、5-1Omm粒径碌石层G平均厚150mm厚、粗砂层H厚100mm。
[0038] 所述种植层16铺设适于植物生长的潜流种植土层I厚200mm,表面栽植适宜于高寒地区良好生长的驯化芦苇、香蒲、水葱等潜流水生植物17。
[0039] 本发明的潜流单元池体前端设置有配水管检查井25,配水管检查井25内通过横向布设的配水支管26将配水总管9与潜流单元池体13内纵向水平布设的配水穿孔管27垂直连接,并在配水支管26上设置配水蝶阀28,共同组成单元配水系统,用以调控潜流单元进水。
[0040] 所述配水支管25与配水穿孔管27的标高为800mm,其下部及周边500mm范围内均铺设粒径80-100mm的大头卵石。
[0041] 所述配水穿孔管27与潜流单元池体13前端挡墙的间距为260_,配水穿孔管27两端与潜流单元池体13两侧挡墙的间距为400mm ;配水穿孔管27上沿直线设置孔径为8mm的配水管穿孔39,配水管穿孔39的间距为23mm,配水管穿孔39中轴线与水平面呈45°角。
[0042] 本发明的潜流单元池体末端横向水平布设集水管29,并与潜流单元池体13内纵向水平布设的集水穿孔管30和设置于集水渠18内的集水管检查井31垂直连接,集水管检查井31内垂向设置三个不同高度的高位阀控集水管排放口 32、中位阀控集水管排放口 33和低位阀控集水管排放口 34,共同组成单元集水系统,用以调控潜流单元内水位及排水量。
[0043] 所述集水管29与集水穿孔管30的标高为500mm,其下部及周边500mm范围内均铺设粒径80_100mm的大头卵石。
[0044] 所述集水穿孔管30与潜流单元池体13末端墙面的间距为260mm,集水穿孔管30两端与潜流单元池体1 3两侧挡墙的间距为400mm ;集水穿孔管30上沿直线设置孔径为15mm的集水管穿孔40,集水管穿孔40的间距为25mm,集水管穿孔40中轴线与水平面呈45。角。
[0045] 本发明的潜流单元池体末端与集水管不同位置处横向水布设倒膜集水管35,与潜流单元池体13内与纵向水平布设的倒膜穿孔管36和设置于集水渠18内的倒膜管检查井37垂直连接,倒膜管检查井37内的倒膜集水管35末端设置阀控倒膜管排放口 38,共同组成单元倒膜系统,用以对潜流人工湿地单元内基质进行倒膜清淤。
[0046] 所述倒膜集水管35与倒膜穿孔管36的标高为250mm,其下部及周边500mm范围内均铺设粒径80-100mm的大头卵石。
[0047] 所述倒膜穿孔管36与潜流单元池体13末端挡墙的间距为1000mm,倒膜穿孔管36两端与潜流单元池体13两侧挡墙的间距为400mm ;倒膜穿孔管36上沿直线设置孔径为20mm的倒膜管穿孔41,倒膜管穿孔41的间距为24mm,集水管穿孔40中轴线与水平面呈45。角。
[0048] 所述潜流单元池体13末端挡墙顶部设置三个溢流槽42,用于夏季系统运行时潜流人工湿地单元3内表层水面水体溢流排入集水渠18,溢流槽42的设计尺寸为宽120mm、高 60mm。
[0049] 本发明的集水渠18深度为1300mm,宽度800mm,集水渠18顶部覆盖防腐木盖板或钢筋混凝土盖板45,集水渠18末端通过管道与潜流出水井4连接。
[0050] 结合图4和图5所示:
[0051] 本发明的潜流出水井4由潜流出水井出口 44和输水管道46与表面流入水口 47连接,将潜流人工湿地出水输入表面流人工湿地5。
[0052] 本发明的表面流人工湿地5不铺置基质填料,底部基层粘土 J之上铺设表流粘土夯实层K,厚300mm,密实度> 95 % ;表流粘土夯实层K之上铺置表流种植土层L,厚200mm ;表面流人工湿地5内根据地形设置浅水区20和深水区21。
[0053] 所述浅水区20水深为300mm-1000mm,坡度为1: 1,根据地形实际情况设置净化区M、生态景观区N、净化稳定区O和生态沟渠23等功能单元,浅水区内栽植适用于高寒缺氧地区生长的驯化芦苇、香蒲、水葱、菖蒲、杉叶藻、莎草、睡莲、荷花和慈姑等表流水生植物22 ;
[0054] 所述深水区21水深为1000mm-2000mm,根据地形实际情况设置稳定滞留区P、鱼塘Q和生态景观区N等功能单元,深水区内栽植适用于高寒缺氧地区的驯化荷花、睡莲等水生植物22。
[0055] 本发明设计的高寒地区中水深度净化人工湿地系统的工作原理是:
[0056] 由污水处理厂尾水进入配水调节池的污水,通过潜水曝气机的曝气供氧,增加污水中溶解氧含量,以缓解高寒地区污水水体中缺氧状况引起的人工湿地系统内基质和水生植物的缺氧环境,增强生物膜的活性,提高微生物活性和生化反应的进行,从而强化本发明人工湿地系统对污染物的净化能力。
[0057] 打开配水总阀和潜水排污泵,将配水调节池内经曝气富氧后的污水,经由配水总管输送至配水支管进入潜流人工湿地单元,可通过配水总阀、止回阀和配水蝶阀调控进水量。
[0058] 进入潜流人工湿地单元的污水,经池体前端配水穿孔管上的穿孔渗出,以水平流和垂直流的方式流入潜流湿地内的填料基质及种植土层中,在潜流人工湿地单元内“基质-微生物-水生植物-水体”所构建复合生态系统的物理、化学和生物的三重协同效应下,通过过滤、吸附、共沉、离子交换、生物化学降解、植物吸收和微生物分解等作用,在促进池体表面水生植物生长的同时,实现对污水的高效深度净化。
[0059] 在潜流人工湿地单元内净化后的水体,经由潜流单元池体内集水穿孔管上的穿孔渗入出水集水管,并通过集水管检查井内垂直设置的三个不同高度的阀控集水管排放口,有效控制湿地内部的水位和排放至集水渠的水量。
[0060] 潜流人工湿地排出的水体通过自然流淌进入表面流人工湿地,经由净化区、稳定滞留区、鱼塘、生态景观区以及输水生态沟渠等多个功能单元,与较大面积的土壤、水生植物以及水体浮游生物和微生物的充分接触,延长停留时间,通过再次吸收、生物化学降解和微生物分解等作用,增强人工湿地系统的净化能力,从而达到对水体中残余污染物的进一步净化。
[0061] 本发明高寒地区中水深度净化人工湿地系统适用于全年连续稳定运行,能够保证冬季的正常运行。在青藏高原高寒缺氧地区各季节期的运行方法包括:
[0062] (I)暖季运行方法:
[0063] 春、夏、秋季水生植物生长期运行时,关闭设置于集水管检查井31内的中位阀控集水管排放口 33和低位阀控集水管排放口 34,打开高位阀控集水管排放口 32,使潜流单元池体13内水位上升至种植层16以上形成10mm的水面,潜流单元池体13内净化后水体经由高位阀控集水管排放口 32和潜流单元池体13末端顶部的溢流槽42排入集水渠,再通过潜流出水井4内的潜流出水控制阀43调控流入表面流人工湿地,净化达标后的水体最后经表流末端的输水生态沟渠23汇入系统末端出水井6排放。
[0064] (2)春秋非冰冻期运行方法:
[0065] 秋季水生植物枯黄后至冬季冰冻期之前和春季冰冻期结束后至水生植物返青期之前,水生植物地上部分处于停止生长期,不需要吸收养分和水分,对污水的净化作用主要依靠潜流单元池体内中下部的植物根系、微生物、填料层基质以及所形成的生物膜。因此,在此期间人工湿地系统运行,需关闭设置于集水管检查井31内的高位阀控集水管排放口32和低位阀控集水管排放口 34,打开中位阀控集水管排放口 33,使潜流单元池体13内水位下落至基质填料层15的砾石层G位置,可充分利用单元池体中下部的生物膜和微生态根际环境,同时可防止冬季冰冻期之前表层的潜流种植土层I和粗砂层H因淹水而导致潜流湿地系统在冰冻期冻结,保护布水管道和生物膜活性;潜流人工湿地单元3出水输入表面流人工湿地,利用其面积大、功能单元多和停留时间长的优点,保证污水进一步净化后达标排放。
[0066] (3)杂草控制的干湿交替运行方法:
[0067] 暖季水生植物生长期运行时,为了防治潜流人工湿地单元3内生长杂草影响水生植物发育,可按照所述(I)暖季运行方法和所述(2)春秋非冻结期运行方法进行交替运行,使表层的潜流种植土层I和粗砂层H处于干湿交替状态,从而有效控制潜流湿地内杂草的生长,促进潜流水生植物17的良好生长发育和保证污水的高效净化效果。
[0068] (4)冷季冰冻期运行方法:
[0069] 秋冬季冰冻期至次年春季解冻前,水生植物根系处于休眠期,吸收能力减弱,潜流人工湿地单元的净化作用主要依靠池体下部的微生物、基质填料层以及所形成的生物膜。在此期间运行人工湿地系统,需关闭设置于集水管检查井31内的高位阀控集水管排放口32和中位阀控集水管排放口 33,打开低位阀控集水管排放口 34,使潜流单元池体13内水位继续下落至基质填料层15的砾石层E位置,充分利用潜流池体下层基质的微生物环境和生物膜活性,对污水进行净化处理。
[0070] 同时,需要进行潜流单元越冬防护:进入冷季冰冻期期之前收割水生植物枯体,覆盖于潜流人工湿地单元表面,作为潜流池体的保温层;配水管检查井25、集水管检查井31和集水渠18的防腐木盖板或钢筋混凝土盖板45上覆以塑料保温膜后再覆盖收割的水生植物枯体,以起到对配、集水管和集水渠的保温作用。
[0071] 春秋季冻结期及冬季运行时,因来自污水处理厂的尾水I经潜流人工湿地净化后温度均在5°C以上,从而使集水渠18出水输入表面流人工湿地5后不会结冰。同时,应从表面流人工湿地内水路较长的生态沟渠入水口处切断出水,只保留由水路最短的生态沟渠输水至系统出水口排放,以加快水体在表面流人工湿地内的流速和缩短停留时间,防止在大面积表流区因水体流速缓慢而导致水面结冰,从而保证人工湿地系统在冻结期的稳定运行。
[0072] (5)倒膜清淤方法:
[0073] 为保证潜流湿地单元生物膜活性和出水水质的持续稳定、并防止基质淤塞,潜流人工湿地单元运行一定时间段(一般为6个月)后,需进行系统倒膜。倒模步骤为:先关闭设置于集水管检查井31内的三个阀控集水管排放口 32、33和34,提高池体内水位,以对填料层基质表面的老化生物膜进行浸泡和冲刷,再打开设置于倒膜管检查井37内的阀控倒膜管排放口 38,潜流单元池体13内水位下降至80-120mm粒径砾石层D位置,使已老化、脱落的生物膜在高水位所产生的高水压下,随水体一起经由池体末端的倒膜穿孔管36上的倒膜管穿孔41流入倒膜集水管35排出潜流湿地单元池体,进入集水渠18,再经由潜流出水井4排出,从而实现潜流湿地单元倒膜清淤,达到清理基质和活化生物膜的效果。一般倒膜时间以倒膜集水管35排出的水体无杂质时为宜,具体可根据连续运行时间和水质净化效果的变化情况灵活确定。
[0074] 本发明高寒地区中水深度净化人工湿地系统,对青藏高原高寒地区污水处理厂中水通过潜流人工湿地的一级净化和表面流人工湿地的二级净化,从而实现生态化深度净化的目的,同时具有水力分配均匀、水力负荷大、停留时间长、去污效果强、保温效果好,夏季无恶臭和孽生蝇蚊现象,冬季能有效解决高寒地区的越冬防冻问题,可全年稳定连续运行等特点。
[0075] 本发明利用填料基质、水生植物、微生物、自然形成的生物膜、土壤水体浮游生物等所构建的复合生态系统的物理-化学-生物三重协同效应,通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收、微生物分解等作用,实现对高寒地区污水高效深度净化的目标,最后出水可达到GB3838-2002的地表水III类或IV类标准。
[0076] 上述仅对本发明中的集中具体实施例进行说明,但并不能做为本发明的保护范围,凡是依据本发明中的设计理念所做出的等效变化或修饰,均应落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高寒地区中水深度净化人工湿地系统,包括前端配水调节池、潜流人工湿地单元、潜流单元布水系统、潜流出水井、表面流人工湿地、系统末端出水井,其特征在于:所述前端配水调节池兼具曝气功能,并设置回流装置;所述潜流人工湿地单元为复合流式潜流人工湿地,对污水进行一级净化处理;所述潜流人工湿地单元池体内设有防渗层、基质填料层、种植土层,表面栽植水生植物;所述潜流单元布水系统包括:池体前端布设单元配水系统,池体后端设置单元集水系统、单元倒膜系统,池体末端设置集水渠;所述表面流人工湿地对污水进行二级净化处理,湿地内根据地形设置浅水区和深水区,并镶嵌设置净化区、稳定滞留区、净化稳定区、鱼塘、生态景观区和生态沟渠等多个功能单元,各功能单元内种植水生植物。
2.根据权利要求1所述的高寒地区中水深度净化人工湿地系统,其特征在于:所述配水调节池内设置安装潜水曝气机和潜水排污泵,并连接配水总管,配水总管上设置配水总阀、回流管和止回阀;通过潜水曝气机对污水进行前期曝气供氧以强化湿地系统的净化处理效果;通过潜水排污泵和配水总管对潜流人工湿地进行总量配水,并通过配水总阀和止回阀调控配水总量。
3.根据权利要求1所述的高寒地区中水深度净化人工湿地系统,其特征在于:所述潜流人工湿地单元可设置多个单元以并联方式连接,在青藏高原高寒缺氧地区,潜流人工湿地总面积按照水量/湿地面积为1: 3-1: 5的比例确定为宜,潜流人工湿地单元长度以20-50m为宜,潜流人工湿地单元长宽比宜控制在3: I以下。
4.根据权利要求1所述的高寒地区中水深度净化人工湿地系统,其特征在于:所述潜流人工湿地单元池体内防渗层包括底部10mm厚的粘土夯实层和铺设于粘土夯实层及挡墙四壁的复合防水土工膜;防渗层之上的基质填料层按自下而上顺序填充粗砂层100mm、80_120mm 碌石层 300mm 厚、30_80mm 碌石层 200mm 厚、10_30mm 碌石层 150mm 厚、5_10mm 石乐石层150mm厚和粗砂层10mm厚;表层铺置无污染物种植土层200mm厚,并栽植适宜于高寒地区良好生长的驯化芦苇、香蒲和水葱等水生植物。
5.根据权利要求1所述的高寒地区中水深度净化人工湿地系统,其特征在于:所述池体前端的单元配水系统由配水管检查井、配水支管和配水穿孔管组成,检查井内的配水支管上设有配水蝶阀;所述池体后端的单元集水系统由集水穿孔管、集水管和集水管检查井组成,检查井内的集水管垂直设有高位、中位、低位三个等径阀控集水管排放口,用以不同季节和倒膜清淤时控制池体内不同水位;所述池体后端的单元倒膜系统由倒膜穿孔管、倒膜集水管和倒模管检查井组成,检查井内倒膜集水管末端设有阀控倒膜管排放口 ;所述池体末端的集水渠用于收集和中转排放潜流出水,同时集水渠内设置集水管检查井和倒膜检查井,便于检查、操作潜流湿地单元干湿交替和不同季节运行时的水位调控。
6.根据权利要求1或权利要求5所述的高寒地区中水深度净化人工湿地系统,其特征在于:所述配水总管、回流管、配水支管、配水穿孔管、集水管、集水穿孔管、倒膜穿孔管和倒膜集水管均由UPVC管制成。
7.根据权利要求1所述的高寒地区中水深度净化人工湿地系统,其特征在于:所述表面流人工湿地内不铺置填料,其基质主要采用土壤,底部土基夯实后铺设300_厚粘土夯实层,上面再铺设200mm厚种植土层,湿地内镶嵌栽植适宜于高寒地区良好生长的驯化芦苇、香蒲、水葱菖蒲、杉叶藻、莎草、睡莲、荷花和慈姑等水生植物。
8.根据权利要求1所述的高寒地区中水深度净化人工湿地系统,其特征在于:所述表面流人工湿地浅水区和深水区均应水流畅通,避免形成死水区,总体水力坡度宜小于5 % ;所述净化区、净化稳定区、生态沟渠和部分生态景观区设计为浅水区,水深300mm-1000mm ;所述稳定滞留区、鱼塘和部分生态景观区设计为深水区,水深1000mm-2000mm ;湿地出水通过末端生态沟渠引入系统出水井后达标排放。
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