CN104591490A - 多介质潮汐流人工湿地装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多介质潮汐流人工湿地装置及方法。该人工湿地装置包括：防渗层；配水池，其由该防渗层在所述池体中分隔形成，该配水池内设置有多孔聚氨酯材料，并在该配水池的上游侧设置有进水管；以及过滤池，其上游侧通过若干连通管与配水池的下游侧连通，该过滤池内的上游空间设置有多介质滤料层，该过滤池内的下游空间形成有集水池。该多介质潮汐流人工湿地装置通过多介质填料、湿地植物和高效微生物相互协调的物理、化学和生物作用，将介质吸附、离子交换、共沉淀、高效微生物吸附还原、固定和生物提取有机结合，使得微污染水体中的重金属得到有效去除，避免了重金属的二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及水环境修复领域，特别涉及一种多介质潮汐流人工湿地装置及方法。
背景技术
人工湿地是通过植物和介质的物理、化学和生物的相互作用实现对受污染水体的修复，不仅能有效去除受污染水体中的悬浮物、有机物、氮和磷等，而且对病原微生物、藻毒素、重金属等均能有效去除。随着工业和社会经济的持续发展，我国水体重金属污染已经威胁了人民群众的生命安全。与重金属治理的传统技术相比，人工湿地技术具有运行管理方便和运行成本低等优点，不仅能对重金属具有很好的去除效果，而且能够避免二次污染，因而具有很好的发展前景。人工湿地已经被用于处理含各种重金属污水，包括垃圾渗滤液、工业污水、城市污水、暴雨径流和矿山排水等。
然而，传统的人工湿地污水技术中的介质主要为碎石和沙土等，由于孔隙率低和吸附容量小等特征，在运行中出现水力负荷低、易堵塞和处理效率低等技术问题。因此，开发经济高效、不易堵塞和长期有效运行的生态湿地新技术，对我国日益严重的水体重金属污染的治理具有广泛需求和重大的社会意义。
公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种结构简单合理的多介质潮汐流人工湿地装置及方法，该多介质潮汐流人工湿地装置通过多介质填料、湿地植物和高效微生物相互协调的物理、化学和生物作用，将介质吸附、离子交换、共沉淀、高效微生物吸附还原、固定和生物提取有机结合，使得微污染水体中的重金属得到有效去除，避免了重金属的二次污染；填充的改性聚醚树脂，增加微生物固定数量，深度去除重金属；配水池中的多孔聚氨酯材料和分层式多介质填料，即增加了水力停留时间又可防止多介质填料堵塞，保障人工湿地系统长期高效运行不堵塞。在无动力或微动力运行下，能够实现重金属微污染水体的深度处理，非常适用于未达到地表水标准的工业尾水和河水的深度处理。
为实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种多介质潮汐流人工湿地装置，其设置在地面开挖的池体中，包括：防渗层，其布设在该长方形池体底部及四壁；配水池，其由该防渗层在所述池体中分隔形成，该配水池内设置有多孔聚氨酯材料，并在该配水池的上游侧设置有进水管；以及过滤池，其上游侧通过若干连通管与配水池的下游侧连通，该过滤池内的上游空间设置有多介质滤料层，该过滤池内的下游空间形成有集水池，用块状砾石与多介质滤料层分隔开，该集水池的下游设置有出水管；该多介质滤料层具有分层结构，从下向上依次为：20-40mm粒径多介质滤料层、10-20mm粒径多介质滤料层、5-10mm粒径多介质滤料层和3-5mm粒径多介质滤料层；其中，20-40mm粒径多介质滤料层，滤料由20-40mm砾石、3-5mm改性凹凸棒和3-5mm改性火山岩组成，厚度为35cm，体积配比为砾石：改性凹凸棒：改性火山岩为80-90：5-10：5-10；10-20mm粒径多介质滤料层，滤料由10-20mm砾石、零价铁和颗粒活性炭组成，厚度10cm，体积配比为砾石：零价铁：颗粒活性碳为10-20：1-2：1-2；5-10mm粒径多介质滤料层，滤料由5-10mm砾石、改性聚醚树脂和颗粒活性炭组成，厚度为35cm，体积配比为砾石：改性聚酯树脂：颗粒活性炭为80-90：80-90：1-5；3-5mm粒径多介质滤料层，滤料由3-5mm砾石和种植土组成，厚度为20cm，体积配比为砾石：种植土为1：1，种植土上种植湿地植物。
优选地，上述技术方案中，5-10mm多介质滤料层中均匀投撒有高效微生物菌。
优选地，上述技术方案中，池体为长方形，其长比宽为2-3:1，高度为140cm。
优选地，上述技术方案中，连通管四周打孔。
优选地，上述技术方案中，出水管安装自动控水器。
优选地，上述技术方案中，集水池的宽×高为100cm×55cm。
优选地，上述技术方案中，多介质滤料层的总厚度为100cm。
根据本发明的另一个方面，提供了一种应用上述的多介质潮汐流人工湿地装置的方法，包括以下步骤：
首先，将重金属微污染水体经进水管引入配水池，通过配水池去除砂石和较大颗粒的悬浮物；
然后，通过连通管均匀布水至多介质滤料层，逐次通过多介质滤料层的净化，流至集水池；
当系统水位逐渐上升至高出多介质滤料层20cm时，排水系统开启，并通过出水管将净化水外排，系统内水位迅速下降，排水至集水池底部时，停止排水。
优选地，上述技术方案中，该多介质潮汐流人工湿地装置的方法采用慢进快排方式，模拟潮汐流控制进水、淹水、排水、复氧时间，实现系统的淹水反应，排空复氧功能。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：该多介质潮汐流人工湿地装置通过多介质填料、湿地植物和高效微生物相互协调的物理、化学和生物作用，将介质吸附、离子交换、共沉淀、高效微生物吸附还原、固定和生物提取有机结合，使得微污染水体中的重金属得到有效去除，避免了重金属的二次污染；当多介质人工湿地淹水吸附时，以腐殖质结合、不溶性硫化物、碳酸盐及氢氧化物形成沉淀的金属离子，最终被掩埋在厌氧环境的20-40mm粒径多介质滤料层中；当人工湿地排水复氧阶段时，螯合的金属可能氧化再次释放，释放的金属离子可以被植物吸收利用；填充的改性聚醚树脂，增加微生物固定数量，深度去除重金属；配水池中的多孔聚氨酯材料和分层式多介质填料，即增加了水力停留时间又可防止多介质填料堵塞，保障人工湿地系统长期高效运行不堵塞。在无动力或微动力运行下，能够实现重金属微污染水体的深度处理，非常适用于未达到地表水标准的工业尾水和河水的深度处理。
附图说明
图1是本发明的多介质潮汐流人工湿地装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
如图1所示，根据本发明具体实施方式的多介质潮汐流人工湿地装置设计为水平潮汐流湿地，其选择了改性多介质滤料、湿地植物和高效微生物配置人工湿地，为重金属污染水体处理提供了一种长期高效的、低成本运行的新型人工湿地系统的装置。特别适用于处理达到《铅、锌工业污染物排放标准》(GB25466-2010)的排放标准，但未达到地表水标准的工业尾水，重金属污染的河流、湖泊、水库及其他饮用水水源。该多介质潮汐流人工湿地装置设置在地面开挖的一长方形池体中，其具体包括：布设在该长方形池体底部及四壁的防渗层12，由该防渗层12分隔形成的配水池2和过滤池，设置在该配水池2内的多孔聚氨酯材料4，以及设置在该过滤池内的湿地植物7、多介质滤料层和集水池5。重金属微污染水体经进水管引入配水池2，通过配水池2去除砂石和较大颗粒的悬浮物后，通过连通管3均匀布水至多介质滤料层，然后逐次通过多介质滤料层的净化，当系统水位逐渐上升至高出多介质滤料层20cm时，排水系统开启，并通过出水管将净化水外排，系统内水位迅速下降，排水至集水池5底部时，停止排水。
布设该多介质潮汐流人工湿地装置的上述长方形池体的长比宽为2-3:1，高度为140cm；防渗层12布设在该长方形池体底部及四壁，铺设有粘土或土工布。所述配水池2的左侧为进水管1，所述进水管1距离地表60-70cm；所述配水池2的右侧设置若干连通管3与过滤池连通，所述连通管3距离地表110-120cm，连通管四周打孔保证均匀布水；多孔聚氨酯材料4装填在配水池2中。
多介质滤料层设置在过滤池内的上游空间。该多介质滤料层具有分层结构，填充4层不同的滤料，总厚度100cm；所述多介质滤料层从下向上依次为：20-40mm粒径多介质滤料层8、10-20mm粒径多介质滤料层9、5-10mm粒径多介质滤料层10和3-5mm粒径多介质滤料层11。其中，20-40mm粒径多介质滤料层，滤料由20-40mm砾石、3-5mm改性凹凸棒和3-5mm改性火山岩组成，厚度为35cm，体积配比为砾石：改性凹凸棒：改性火山岩为80-90：5-10：5-10；10-20mm粒径多介质滤料层，滤料由10-20mm砾石、零价铁和颗粒活性炭组成，厚度10cm，体积配比为砾石：零价铁：颗粒活性碳为10-20：1-2：1-2；5-10mm粒径多介质滤料层，滤料由5-10mm砾石、改性聚醚树脂和颗粒活性炭组成，厚度为35cm，体积配比为砾石：改性聚酯树脂：颗粒活性炭为80-90：80-90：1-5，5-10mm多介质滤料层中均匀投撒有高效微生物菌；3-5mm粒径多介质滤料层，滤料由3-5mm砾石和种植土组成，厚度为20cm，体积配比为砾石：种植土为1：1，种植土上种植湿地植物7。
集水池5形成于过滤池内的下游空间，用块状砾石与多介质滤料层分隔开；集水池的下游设置有出水管6，经多介质滤料层过滤的净化水进入集水池，再由出水管排出。该出水管6安装自动控水器，距离地表高度为95-105cm。集水池5的宽×高为100cm×55cm。
该多介质潮汐流人工湿地装置的应用方法采用慢进快排方式，模拟潮汐流控制进水、淹水、排水、复氧时间，实现系统的淹水反应，排空复氧功能。淹水吸附阶段：通过连通管均匀布水，使水均匀通过多介质滤料层，系统水位逐渐上升至高出多介质滤料层20cm，在此过程中，污水充分与基质及微生物充分接触，污水在多介质滤料层内通过物理、化学、生物的协同作用，深度净化重金属。排水复氧阶段：淹水时间结束，排水系统开启，人工湿地瞬间排水，系统内水位迅速下降，排水至集水井底部。人工湿地水位下降的同时，系统进入排水复氧阶段，大气中的氧通过湿地多介质滤料空隙进入湿地系统，同时供微生物氧化有机物，提高微生物活性。排水复氧结束后，开始运行下一周期。
该多介质潮汐流人工湿地装置修复重金属污染水环境的方法：重金属微污染水体经进水管引入配水池，通过配水池去除砂石和较大颗粒的悬浮物后，通过连通管均匀布水至多介质滤料层，然后逐次通过多介质滤料层的净化，流至集水池，当系统水位逐渐上升至高出多介质滤料层20cm时，排水系统开启，并通过出水管将净化水外排，系统内水位迅速下降，排水至集水池5底部时，停止排水。
综上，该多介质潮汐流人工湿地装置通过多介质填料、湿地植物和高效微生物相互协调的物理、化学和生物作用，将介质吸附、离子交换、共沉淀、高效微生物吸附还原、固定和生物提取有机结合，使得微污染水体中的重金属得到有效去除，避免了重金属的二次污染；填充的改性聚醚树脂，增加微生物固定数量，深度去除重金属；配水池中的多孔聚氨酯材料和分层式多介质填料，即增加了水力停留时间又可防止多介质填料堵塞，保障人工湿地系统长期高效运行不堵塞。在无动力或微动力运行下，能够实现重金属微污染水体的深度处理，非常适用于未达到地表水标准的工业尾水和河水的深度处理。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。
Claims (10)
1.一种多介质潮汐流人工湿地装置，其设置在地面开挖的池体中，其特征在于，包括：
防渗层，其布设在所述池体的底部及四壁；
配水池，其由该防渗层在所述池体中分隔形成，该配水池内设置有多孔聚氨酯材料，并在该配水池的上游侧设置有进水管；以及
过滤池，其上游侧通过若干连通管与所述配水池的下游侧连通，该过滤池内的上游空间设置有多介质滤料层，该过滤池内的下游空间形成有集水池，用块状砾石与多介质滤料层分隔开，该集水池的下游设置有出水管；该多介质滤料层具有分层结构，从下向上依次为：20-40mm粒径多介质滤料层、10-20mm粒径多介质滤料层、5-10mm粒径多介质滤料层和3-5mm粒径多介质滤料层。
2.根据权利要求1所述的多介质潮汐流人工湿地装置，其特征在于，
所述20-40mm粒径多介质滤料层中，滤料由20-40mm砾石、3-5mm改性凹凸棒和3-5mm改性火山岩组成，厚度为35cm，体积配比为砾石：改性凹凸棒：改性火山岩为80-90：5-10：5-10；
所述10-20mm粒径多介质滤料层中，滤料由10-20mm砾石、零价铁和颗粒活性炭组成，厚度10cm，体积配比为砾石：零价铁：颗粒活性碳为10-20：1-2：1-2；
所述5-10mm粒径多介质滤料层中，滤料由5-10mm砾石、改性聚醚树脂和颗粒活性炭组成，厚度为35cm，体积配比为砾石：改性聚酯树脂：颗粒活性炭为80-90：80-90：1-5；
所述3-5mm粒径多介质滤料层中，滤料由3-5mm砾石和种植土组成，厚度为20cm，体积配比为砾石：种植土为1：1，种植土上种植湿地植物。
3.根据权利要求1所述的多介质潮汐流人工湿地装置，其特征在于，所述5-10mm多介质滤料层中均匀投撒有高效微生物菌。
4.根据权利要求1所述的多介质潮汐流人工湿地装置，其特征在于，所述池体为长方形，其长比宽为2-3:1，高度为140cm。
5.根据权利要求1所述的多介质潮汐流人工湿地装置，其特征在于，所述连通管四周打孔。
6.根据权利要求1所述的多介质潮汐流人工湿地装置，其特征在于，所述出水管安装自动控水器。
7.根据权利要求1所述的多介质潮汐流人工湿地装置，其特征在于，所述集水池的宽×高为100cm×55cm。
8.根据权利要求1所述的多介质潮汐流人工湿地装置，其特征在于，所述多介质滤料层的总厚度为100cm。
9.一种应用如权利要求1至8中任一项所述的多介质潮汐流人工湿地装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
首先，将重金属微污染水体经进水管引入配水池，通过配水池去除砂石和较大颗粒的悬浮物；
然后，通过连通管均匀布水至多介质滤料层，逐次通过多介质滤料层的净化，流至集水池；
当系统水位逐渐上升至高出多介质滤料层20cm时，排水系统开启，并通过出水管将净化水外排，系统内水位迅速下降，排水至集水池底部时，停止排水。
10.根据权利要求9所述的多介质潮汐流人工湿地装置的方法，其特征在于，该多介质潮汐流人工湿地装置的方法采用慢进快排方式，模拟潮汐流控制进水、淹水、排水、复氧时间，实现系统的淹水反应，排空复氧功能。
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