CN105174468B - 一种分隔式复合立体人工湿地系统及污水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种分隔式复合立体人工湿地系统及污水处理方法,该系统包括具有隔水功能的湿地床体和建造在该湿地床体内部空间的稳定表流池和潜流池,所述的稳定表流池种植有净水植物,该稳定表流池还设置有进水装置;稳定表流池和潜流池通过中间集布水装置连接;潜流池设有净水排出装置。所述的湿地床体内部空间水平设有一个隔板,该隔板将所述的空间分隔成上、下两部分,上部分作为稳定表流池,下部分作为潜流池;所述的稳定表流池和潜流池分别填充有稳定表流池基质和潜流池基质,使之分别形成稳定表流湿地和潜流湿地。本发明提供的污水处理方法是采用上述湿地,使污水得到净化。本发明具有占地面积小,出水水质好等优点。

Description

一种分隔式复合立体人工湿地系统及污水处理方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域,具体涉及一种分隔式复合立体人工湿地系统及污水处理方法。
背景技术
在我国城镇发展过程中,市政污水处理系统将指定排污范围内的污水收集后,由城市污水管网输送到污水处理厂进行集中处理。但是,在我国农村等较为偏远的地区发展还相对滞后,目前这些地方的生活污水的处理没有得到较好的解决,然而要将这些地方的生活污水全部收集到污水处理厂,将会花费高昂的污水管道建设费用。同时,当今社会面临着水资源短缺的问题,污水的回收与再利用必然会成为成为污水处理技术关注的重点。污水在管网中输送的过程会导致污水的渗漏,而未经处理的污水渗漏到自然环境中,不仅对环境造成了污染,也对水资源的回收利用和水资源的可持续发展是极为不利的。所以将污水进行就地处理和回用,是目前积极倡导的污水处理模式。
稳定塘是一种天然的低成本污水处理方式,它利用细菌和藻类的共同作用来完成净化水体的目的,具有投资运行费用小、运行维护简单等特点,但是也有一些无法避免的弊端,如占地面积大、受季节和环境的影响大、易散发恶臭和滋生蚊虫等,对周围环境造成不良影响。
地下渗滤系统是人为构造的一种土地处理系统,它利用微生物和植物之间的相互作用,通过化学物理等途径降解污染物,具有投资费用小,出水水质好等特点。但是,地下渗滤系统也有不能解决的问题,如占地面积大、维护不当污染地下水体等。
人工湿地是由人工建造的生态系统,具有处理效果好,投资费用小,技术工艺简单等特点。它利用系统中的植物、微生物和基质等相互作用,在生物-化学-物理的三重作用下达到净化水体的目的。人工湿地充分发挥了系统中各组成部分的潜力,避免造成污水的二次污染,达到了环境和经济的双重效益。但是人工湿地也有占地面积大、进水负荷小、容易堵塞、运行周期短、处理效果不稳定等缺点,同时容易受到温度和季节的影响。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足,本发明的目的在于提供一种占地面积小、不易淤堵的的分隔式复合立体人工湿地系统及污水处理方法,能够有效解决稳定塘存在的有机负荷低、地下渗滤系统可能会污染地下水体的问题,也解决了人工湿地占地面积大、容易堵塞、运行周期短和运行不稳定的问题。达到了人工湿地占地面积小,出水水质好的效果。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种分隔式复合立体人工湿地系统,包括具有隔水功能的湿地床体和建造在该湿地床体内部空间的稳定表流池和潜流池,所述的稳定表流池种植有净水植物,该稳定表流池还设置有进水装置,用于引入污水;所述的稳定表流池和潜流池通过中间集布水装置连接;潜流池设有净水排出装置,用于将处理后的净水排出,其特征在于,所述的湿地床体内部空间水平设有一个隔板,该隔板将所述的空间分隔成上、下两部分,上部分作为稳定表流池,下部分作为潜流池;所述的稳定表流池和潜流池分别填充有稳定表流池基质和潜流池基质,其中,稳定表流池基质用于固定所述净水植物的根系及附着好氧、兼氧微生物,使稳定表流池形成稳定表流湿地,潜流池基质用于附着缺氧、厌氧微生物以及反硝化细菌,使潜流池形成潜流湿地。
进一步地,所述的稳定表流池中设置有若干块相互平行且与进水方向垂直的折流板,该折流板的一端与稳定表流池的池壁相连,另一端与对应的池壁之间有一空隙,形成过流通道;相邻两折流板分别与不同侧的池壁相连,使相邻两折流板形成的过流通道位置相反,从而使若干个过流通道和折流板之间形成的折流区共同形成蛇型水路,能够使污水沿折流板所形成的空间曲折流动以延长污水通过路径和停留时间。
进一步地,所述的进水装置由进水管和与之连通的布水管组成,所述的布水管上开设有若干个布水孔,能够将污水均匀地引入稳定表流湿地。
进一步地,所述的中间集布水装置包括表流集水管和污水输送管,所述的表流集水管设置在稳定表流池与布水管相对的一端,该表流集水管上开有若干个用于收集经稳定表流湿地处理过的污水的集水孔,该集水孔的水平位置低于所述的布水管上开设的布水孔的位置;所述的表流集水管通过污水输送管与潜流池连通。
进一步地,所述的污水输送管上开有一个取水口,在该取水口上方的污水输送管上还设置有调节阀,所述的取水口还设置有能够封闭取水口的密封阀。
进一步地,所述的净水排出装置是设置在潜流池的底部的净水集水管,该净水集水管上开有若干净水收集口,用于收集经潜流湿地处理后的净水;所述的净水集水管的一端穿过湿地床体,并能够通过开设于其上的净水出口将净水排出;在所述净水出口设置有动力泵,能够将净水或自来水反向泵入潜流池。
进一步地,所述的稳定表流池基质和潜流池基质为碎石、石英砂、粉煤灰、高炉渣、鹅卵石中的一种或任意两种以上组合。
进一步地,所述的净水植物为芦苇、水葱、香蒲中的一种或任意两种以上组合。
进一步地,所述的稳定表流池基质和潜流池基质均为碎石,其填充厚度之比为1:2。
一种污水处理方法,利用上述分隔式复合立体人工湿地系统对污水进行处理,包括如下步骤:
1)将预处理后的污水导入稳定表流湿地,让污水沿蛇型水路流动,使污水中的固体悬浮物被稳定表流池基质和净水植物截留;所述的稳定表流池基质和净水植物根系上负载的微生物通过发生厌氧反应、兼氧和好氧反应、植物降解反应以及植物根系和稳定表流池基质之间形成的生物膜发生的降解反应来去除污水中的有机物、氮和磷;
2)调节输送到潜流湿地的经稳定表流处理湿地处理过的污水量,以实现对污水在稳定表流湿地停留时间的调整和对进入潜流湿地的污水中污染物含量的调节,在潜流池的厌氧和缺氧环境中,潜流池基质表面上负载的缺氧和厌氧的微生物通过厌氧呼吸作用去除有机物;潜流池中的反硝化细菌通过反硝化作用将氮降解;潜流池基质吸附并沉淀污水中的磷和固体悬浮物;净水外排。
与现有的技术相比,本发明具有如下有益效果:
1、本发明作为一种实用高效的污水处理和再利用技术,有机负荷高,出水SS低,占地面积大大减小,解决了传统人工湿地占地面积大,淤泥堵塞等部分问题,延长了人工湿地的运行周期,提高了人工湿地去除效率。
2、本发明结构简单,投资费用小,处理效果好,处理能耗低,运行方便,能美化环境,是一种高效低成本的污水处理技术。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明的俯视示意图;
图3为本发明的侧视示意图。
附图中:1—布水管;2—折流板;3—净水植物;4—表流集水管;5—取水口;6—污水输送管;7—净水集水管;8—净水出口;9—潜流池基质;10—隔板;11—稳定表流池基质;12—集水孔;13—布水孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
一、一种分隔式复合立体人工湿地系统, 如图1-3所示,包括具有隔水功能的湿地床体和建造在该湿地床体内部空间的稳定表流池和潜流池,所述的稳定表流池种植有净水植物3,该稳定表流池还设置有进水装置,用于引入污水;所述的稳定表流池和潜流池通过中间集布水装置连接;潜流池设有净水排出装置,用于将处理后的净水排出,其特征在于,所述的湿地床体内部空间水平设有一个隔板10,该隔板10将所述的空间分隔成上、下两部分,上部分作为稳定表流池,下部分作为潜流池;所述的稳定表流池和潜流池分别填充有稳定表流池基质11和潜流池基质9,其中,稳定表流池基质11用于固定所述净水植物的根系及附着好氧、兼氧微生物,使稳定表流池形成稳定表流湿地,潜流池基质9用于附着缺氧、厌氧微生物以及反硝化细菌,使潜流池形成潜流湿地。
如图2所示,作为一种优选的实施方式,所述的稳定表流池中设置有若干块相互平行且与进水方向垂直的折流板2,该折流板2的一端与稳定表流池的池壁相连,另一端与对应的池壁之间有一空隙,形成过流通道;相邻两折流板2分别与不同侧的池壁相连,使相邻两折流板2形成的过流通道位置相反,从而使若干个过流通道和折流板之间形成的折流区共同形成蛇型水路,能够使污水沿折流板2所形成的空间曲折流动以延长污水通过路径和停留时间。
作为一种优选的实施方式,所述的进水装置由进水管和与之连通的布水管1组成,所述的布水管1上开设有若干个布水孔13,能够将污水均匀地引入稳定表流湿地。
作为一种优选的实施方式,所述的中间集布水装置包括表流集水管4和污水输送管6,所述的表流集水管4设置在稳定表流池与布水管相对的一端,该表流集水管4上开有若干个用于收集经稳定表流湿地处理过的污水的集水孔12,该集水孔12的水平位置低于所述的布水管1上开设的布水孔13的位置;所述的表流集水管4通过污水输送管6与潜流池连通。
作为一种优选的实施方式,所述的污水输送管6上开有一个取水口5,在该取水口5上方的污水输送管6上还设置有调节阀,所述的取水口还设置有能够封闭取水口的密封阀。
中间集布水装置取水口5的设置方式一方面是为了方便对稳定表流湿地处理后的污水进行取样,另一方面,则可以通过调整调节阀的开度来调整污水在稳定表流湿地停留的时间,该时间的长短直接影响稳定表流湿地处理后污水的污染物含量及成分,通过对其调整实现对污水可控、高效的处理。
作为一种优选的实施方式,所述的净水排出装置是设置在潜流池的底部的净水集水管7,该净水集水管7上开有若干净水收集口,用于收集经潜流湿地处理后的净水;所述的净水集水管的一端穿过湿地床体,并能够通过开设于其上的净水出口8将净水排出。
其中,在所述净水出口设置有动力泵,能够将净水或自来水反向泵入潜流池。当分隔式复合立体人工湿地系统运行一段时间后,需要对该系统进行清洗时,则可通过动力泵将自来水或净水泵入潜流池,泵入的水流可以将潜流池基质表面上和基质空隙之间的淤堵物冲洗掉,并由取水口5排出;当把取水口5封闭之后,利用泵提供的压力能将经过潜流池的水流送入到表流池内,延长系统的运行周期并减少堵塞的情况。
作为一种优选的实施方式,根据具体情况不同,所述的稳定表流池基质11和潜流池基质9可以有多种选择,可以为碎石、石英砂、粉煤灰、高炉渣、鹅卵石中的一种或任意两种以上组合。从施工方便和节省材料的角度考虑,稳定表流池基质11和潜流池基质9可以均为碎石,其填充厚度之比为1:2。通常潜流池基质9形成的孔隙大于稳定表流池基质11,这样能有效防止潜流池堵塞。
作为一种优选的实施方式,根据具体情况不同,所述的净水植物3为芦苇、水葱、香蒲中的一种或任意两种以上组合。
本发明采用减小占地面积的分隔式复合立体人工湿地VHCW(Vertical HybridConstructed Wetland,缩写为VHCW),所述的潜流湿地和表流湿地为土石结构,建造于床体之上。分隔式复合立体人工湿地内设置一个隔板将分隔式复合立体人工湿地分为上下两部分,上部分为表流池,下部分为潜流池,根据功能不同铺设不同基质。上部分的表流湿地采用折流式稳定表流湿地,并在每级折流区种植植物,潜流湿地不种植任何植物。分隔式复合立体人工湿地池采用上进水下出水方式来处理污水,上部分的折流式稳定表流湿地可以适当延长水力停留时间。通过隔板,有机地将潜流湿地和表流湿地结合起来,组成一个复合立体人工湿地,将大大减小湿地的占地面积。同时上部分的折流式稳定表流湿地将提高微生物的附着量和沉淀大部分固体悬浮物,将减小潜流湿地的堵塞情况,延长分隔式复合立体人工湿地的运行时间和提高出水水质,降低成本。分隔式复合立体人工湿地池可以采用下进水上出水方式来实现反向清洁,从而延长系统的运行周期和减少堵塞的情况。
二、一种污水处理方法,其特征在于,利用上述分隔式复合立体人工湿地系统对污水进行处理,包括如下步骤:
1)将预处理后的污水导入稳定表流湿地,使污水沿蛇型水路流动,污水中的固体悬浮物被稳定表流池基质和净水植物截留下来;所述的稳定表流池基质和净水植物根系上负载的微生物通过发生厌氧反应、兼氧和好氧反应、植物降解反应以及植物根系和稳定表流池基质之间形成的生物膜发生的降解反应来去除污水中的有机物、氮和磷;
2)调节输送到潜流湿地的经稳定表流处理湿地处理过的污水量,以实现对污水在稳定表流湿地停留时间的调整和对进入潜流湿地的污水中污染物含量的调节,在潜流池的厌氧和缺氧环境中,潜流池基质表面上负载的缺氧和厌氧的微生物通过厌氧呼吸作用去除有机物;潜流池中的反硝化细菌通过反硝化作用将氮降解;潜流池基质吸附并沉淀污水中的磷和固体悬浮物;净水外排。
磷主要去除过程发生在表流池内的植物根系吸收以及潜流池内基质的吸附。污水通过稳定表流湿地和潜流湿地后,污染物得到较好的去除,出水水质稳定。
三、实施例
构建一个分隔式复合立体人工湿地系统,所述分隔式复合立体人工湿地整体设计为长方体型,其大小为:长4m,宽2 m,深2 m。
该分隔式复合立体人工湿地系统的床体为采用防水处理的砖混结构,在其内部空间水平设有一个隔板10,该隔板10为砖混结构,将所述的空间分隔成上、下两部分,上部分作为稳定表流池,下部分作为潜流池;所述的稳定表流池和潜流池分别填充有碎石作为稳定表流池基质11和潜流池基质9,其填充厚度分别为50cm和100cm。所述的稳定表流池种植有芦苇作为净水植物3,该稳定表流池的宽边上分别设置有布水管1和表流集水管4,布水管1和表流集水管4上分别开设有布水孔13和集水孔12,集水孔12的水平位置低于布水孔13的位置;所述的表流集水管4通过污水输送管6与潜流池连通;所述的污水输送管6上开有一个取水口5,在该取水口5上方的污水输送管6上还设置有调节阀,所述的取水口5还设置有能够封闭取水口5的密封阀;潜流池底部安装有净水集水管7,该净水集水管7上开有若干净水收集口,用于收集经潜流湿地处理后的净水;所述的净水集水管的一端穿过湿地床体,并能够通过开设于其上的净水出口8将净水排出。
其中,稳定表流池中设置有5块相互平行且与进水方向垂直的折流板2,该折流板2的一端与稳定表流池的一个长边相连,另一端与稳定表流池的另一个长边之间留有空隙,形成过流通道;相邻两折流板2分别与不同的长边相连,使相邻两折流板2形成的过流通道位置相反,从而使5个过流通道和折流板之间形成的折流区共同形成蛇型水路,能够使污水沿折流板2所形成的空间曲折流动以延长污水通过路径和停留时间。
本分隔式复合立体人工湿地可以上进水下出水方式运行来处理污水,并可以采用下进水上出水方式实现反向清洁来延长系统的运行周期和减少堵塞的情况。在污水处理过程中,污水流经过布水管1进入到稳定表流湿地,稳定表流湿地可以增加水力停留时间,让大部分固体悬浮物沉淀下来,同时让水流与稳定表流基质11和净水植物3充分接触,稳定表流基质11表面上和净水植物3根系上的微生物能够充分降解水流中的有机物,氮和磷。经过稳定表流池的污水由输送管道6流入潜流湿地。潜流湿地不种植任何植物,主要为缺氧和厌氧的条件,潜流湿地基质9表面上负载着大量缺氧和厌氧的微生物,通过厌氧呼吸能够去除部分有机物,同时反硝化细菌在缺氧和厌氧的环境下,活性较强,可以去除大部分氮。同时磷可以被基质9吸附沉淀下来。经过潜流湿地处理后的水由集水管7收集排除。
在水力负荷为0.26—0.36m3/(m2/d)(每平方米湿地每天处理污水的量)时,分隔式复合立体人工湿地对污水中COD,N和NH3-N和P的平均去除率分别为:75.15%、57.08%、60.06%和66.08%。
本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例,而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (3)

1.一种分隔式复合立体人工湿地系统,包括具有隔水功能的湿地床体和建造在该湿地床体内部空间的稳定表流池和潜流池,所述的稳定表流池种植有净水植物,该稳定表流池还设置有进水装置,用于引入污水;所述的稳定表流池和潜流池通过中间集布水装置连接;潜流池设有净水排出装置,用于将处理后的净水排出,其特征在于,
所述的湿地床体内部空间水平设有一个隔板,该隔板将所述的空间分隔成上、下两部分,上部分作为稳定表流池,下部分作为潜流池;所述的稳定表流池和潜流池分别填充有稳定表流池基质和潜流池基质,其中,稳定表流池基质用于固定所述净水植物的根系及附着好氧、兼氧微生物,使稳定表流池形成稳定表流湿地,潜流池基质用于附着缺氧、厌氧微生物以及反硝化细菌,使潜流池形成潜流湿地;
所述的稳定表流池中设置有若干块相互平行且与进水方向垂直的折流板,该折流板的一端与稳定表流池的池壁相连,另一端与对应的池壁之间有一空隙,形成过流通道;相邻两折流板分别与不同侧的池壁相连,使相邻两折流板形成的过流通道位置相反,从而使若干个过流通道和折流板之间形成的折流区共同形成蛇型水路,能够使污水沿折流板所形成的空间曲折流动以延长污水通过路径和停留时间;
所述的进水装置由进水管和与之连通的布水管组成,所述的布水管上开设有若干个布水孔,能够将污水均匀地引入稳定表流湿地;
所述的中间集布水装置包括表流集水管和污水输送管,所述的表流集水管设置在稳定表流池与布水管相对的一端,该表流集水管上开有若干个用于收集经稳定表流湿地处理过的污水的集水孔,该集水孔的水平位置低于所述的布水管上开设的布水孔的位置;所述的表流集水管通过污水输送管与潜流池连通;
所述的污水输送管上开有一个取水口,在该取水口上方的污水输送管上还设置有调节阀,所述的取水口还设置有能够封闭取水口的密封阀;
所述的净水排出装置是设置在潜流池的底部的净水集水管,该净水集水管上开有若干净水收集口,用于收集经潜流湿地处理后的净水;所述的净水集水管的一端穿过湿地床体,并能够通过开设于其上的净水出口将净水排出;在所述净水出口设置有动力泵,能够将净水或自来水反向泵入潜流池;
所述的稳定表流池基质和潜流池基质均为碎石,其填充厚度之比为1:2。
2.根据权利要求1所述的分隔式复合立体人工湿地系统,其特征在于,所述的净水植物为芦苇、水葱、香蒲中的一种或任意两种以上组合。
3.一种污水处理方法,其特征在于,利用权利要求1或2所述的分隔式复合立体人工湿地系统对污水进行处理,包括如下步骤:
1)将预处理后的污水导入稳定表流湿地,让污水沿蛇型水路流动,使污水中的固体悬浮物被稳定表流池基质和净水植物截留;所述的稳定表流池基质和净水植物根系上负载的微生物通过发生厌氧反应、兼氧和好氧反应、植物降解反应以及植物根系和稳定表流池基质之间形成的生物膜发生的降解反应来去除污水中的有机物、氮和磷;
2)调节输送到潜流湿地的经稳定表流湿地处理过的污水量,以实现对污水在稳定表流湿地停留时间的调整和对进入潜流湿地的污水中污染物含量的调节,在潜流池的厌氧和缺氧环境中,潜流池基质表面上负载的缺氧和厌氧的微生物通过厌氧呼吸作用去除有机物;潜流池中的反硝化细菌通过反硝化作用将氮降解;潜流池基质吸附并沉淀污水中的磷和固体悬浮物;净水外排。
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