CN105645677A - 一种水平流和垂直流一体化人工湿地及其运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水平流和垂直流一体化人工湿地及其运行方法,属于污水处理领域。它包括进水厌氧渗滤调节池、水平潜流人工湿地、垂直流人工湿地和出水除磷脱氮池,进水厌氧渗滤调节池被厌氧渗滤层I垂直分割成调节池I和调节池II两部分,出水除磷脱氮池被厌氧渗滤层II垂直分割成出水池I和出水池II两部分;调节池I的侧面设置有进水管I,调节池II通过进水管II与水平潜流人工湿地连接,水平潜流人工湿地通过出水管I与出水池I连接,出水池II内设置回流泵。本方法解决了传统人工湿地易堵塞的问题;将水平流人工湿地与垂直流人工湿地竖向叠加解决了潜流式水平流人工湿地富氧的问题,还提高了复合人工湿地整体的污染物去除率。

Description

一种水平流和垂直流一体化人工湿地及其运行方法
技术领域
[0001] 本发明涉及污水处理领域,尤其涉及一种水平流和垂直流一体化人工湿地及其运 行方法。
背景技术
[0002] 人工湿地是由人工建造和控制运行的与天然湿地功能相似的污水处理技术。当污 水投配到人工构建的湿地上时,污水在沿一定方向流过湿地的过程中,主要利用人工填充 介质及附着生长的微生物、植物根系吸收以及根际微生物的物理、化学、生物三重协同作 用,对污水进行处理的一种技术。其作用机理包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物 分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用。它是一个综合 的人工强化生态处理系统,它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理,结构与功能协 调原则,促进废水中污染物质截留、吸附、积累以及生物降解的生态过程。
[0003] 人工湿地去除的污染物范围广泛,包括氮、磷、SS、有机物、微量元素、病原体等。有 关研究结果表明,在进水浓度较低的条件下,人工湿地对B0D 5的去除率可达85%-95%,C0D 去除率可达80%以上,处理出水中如05的浓度在10mg/L左右,SS小于20mg/L。废水中大部分 有机物作为异养微生物的有机养分,最终被转化为微生物体、〇) 2和出0。
[0004] 国内外学者从工程设计的角度出发,按照系统布水方式的不同或水在系统中流动 方式的不同将人工湿地划分为以下几种类型:表面流人工湿地、潜流人工湿地和垂直流人 工湿地。
[0005] 表面流人工湿地(Surface Flow Constructed Wetland),是一种污水从湿地表面 漫流而过的长方形构筑物,结构简单,工程造价低;但由于污水在填料表面漫流,易滋生蚊 蝇,对周围环境会产生不良影响,而且其处理效率较低。水深一般0.3~0.5米,水流呈推流 式前进。近水面部分为好氧生物区,较深部分及底部通常为厌氧生物区。表面流人工湿地中 氧的来源主要依靠水体表面扩散、植物根系的传输和植物的光合作用,但氧传质效率较低。
[0006] 潜流人工湿地(Subsurface Flow Constructed Wetland),污水在填料缝隙之间 渗流,一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的根系及表层土和填料截留等作 用,以提高其处理效果和处理能力;另一方面由于水流在地表以下流动,具有保温性能好、 处理效果受气候影响小、卫生条件较好的特点,故被广泛采用。与表面流人工湿地相比,水 平潜流人工湿地的水力负荷大,对B0D 5、COD、SS、TP、TN、藻类、石油类等有显著的去除效率。 潜流湿地一般设计成有一定底面坡降的、长宽比大于3且长大于20m的构筑物,污水流程较 长,有利于硝化和反硝化作用的发生,脱氮效果较好。但由于污水与空气接触面积变小,充 氧效率较差,污染物去除效率不高。
[0007] 垂直流人工湿地(Vertical Flow Constructed Wetland),污水沿垂直方向流动, 床体处于不饱和状态,氧通过大气扩散与植物根传输进入湿地,氧供应能力较强,硝化作用 较充分,占地面积较小,可实现较大的水力负荷长期运行。垂直流人工湿地的硝化能力高于 水平潜流人工湿地,对于氨氮含量较高的污水有较好的处理效果。垂直流人工湿地一般设 计成高约lm左右的圆形或方形构筑物,污水的流程较短,反硝化作用较弱,且工程技术要求 较高。由于垂直流人工湿地可方便地采用工程手段来改善系统的供氧状况,提高布水均匀 性,营造更加有利于硝化和反硝化发生的系统环境。垂直流人工湿地的缺点是对于污水中 的有机物的处理能力不足,控制相对复杂,夏季有滋生蚊蝇的现象。
[0008] 中国发明专利,申请号:CN 200410027422.4;公开日:2005年2月23日,该发明公开 了生活污水垂直流-水平流复合人工湿地脱氮除磷方法,该方法涉及环保治理技术领域,利 用垂直流人工湿地与水平流人工湿地串联组成复合系统处理生活污水,垂直流人工湿地采 用干湿交替方式运行,水平流人工湿地采用连续运行方式,部分未经处理的污水直接进入 水平流人工湿地补充碳源,提高水平流人工湿地对氮的去除效果。垂直流人工湿地填充富 含铁、钙、硅和铝等氧化物的高炉渣,水平流人工湿地填充富含钙的大理石或石灰石和煤 渣。垂直流人工湿地栽种的花卉为陆生花卉为美人蕉、月季和鲜切花卉一玫瑰、非洲菊,水 平流人工湿地所栽种的蔬菜为西洋菜、蕹(通)菜、韭菜、生菜、黄瓜、西红柿(樱桃番茄)、慈 姑和茭白。其不足之处是:污水是先经过垂直流、再经过水平流,容易形成臭气二次污染,而 不考虑循环处理,当污水出现冲击负荷时污染物浓度可能会超标。
[0009] 中国实用新型专利,公开号:204727740U,公开日:2015-10-28,公开了一种基于腐 殖填料生物滤池技术的生活污水一体化设备,属于环境工程水处理技术领域。它包括进水 调节池、生物滤池、出水池、人工湿地,设备沿长度方向被垂直分割成左右两部分,左部为生 物滤池和人工湿地,人工湿地垂直设置在生物滤池上面,右部沿长度方向被垂直分割成前 后两部分,前部为出水池,后部为进水调节池,进水调节池被垂直分割成调节池 I和调节池 II两部分,厌氧渗滤层设置在调节池 I和调节池 II之间,调节池 I的侧面上设置有进水管I, 调节池 II通过进水管II与生物滤池连接,生物滤池通过出水管I与出水池连接,出水池与人 工湿地连接,人工湿地内设置有出水管II。它能够防范滤池堵塞,实现设备一体化。其不足 之处是:该厌氧渗滤层是一个中空的长方体结构外壳,能够拆卸,结构仍不够简单,且所装 填的颗粒填料仅可去除悬浮颗粒。
[0010] 中国发明专利,申请号:CN 201410434090.5,公开日:2014年12月17日,该发明公 开了一种回流立式湿地污水处理工艺和装置及应用。该发明是自上而下将垂直流人工湿 地、水平潜流人工湿地和储水池组合成立式结构,通过布设水位监控器以控制循环栗的运 行工况,实现污水的循环处理,并搭配继电器以控制调节每批次污水处理量和处理时间。该 发明与传统的人工湿地相比,具有占地面积小、水力负荷大、低能耗、易操作和快速去除污 染物的优点,其常规水质出水指标〇» &、55311^4+-1^远低于城市污水处理一级厶标准所限 定的浓度阈值(GB18918-2002),出水农药含量符合生活饮用水卫生标准(GB5749-2006),出 水重金属含量达到地表水Π 类水标准(GB3838-2002)。该发明还实现了人工湿地类污水的 自动化处理,解决了污水中有机物和氮污染物单次通过人工湿地去除效果差的问题。其不 足之处是:立式结构不可避免地增加了整套装置的埋深,从而增加建设投资,且因为不排放 剩余污泥必然影响磷的有效去除。
发明内容
[0011] 1.发明要解决的技术问题
[0012]针对现有人工湿地技术占地面积大、施工周期长、投资成本高,并且氮磷元素去除 效果不佳的问题,本发明提供了一种水平流和垂直流一体化人工湿地及其运行方法,它通 过厌氧渗滤截留污水中的悬浮物,减小人工湿地堵塞的风险,通过水平潜流和垂直流人工 湿地串联组合的双重处理有效去除污水中的有机物和总氮,再利用硫铁矿的自氧脱氮和化 学除磷作用,进一步降低出水中的氮和磷含量,既可采用一体化设备的形式用于设计规模 较小的污水处理设施,也可采用构筑物形式用于设计规模较大的污水处理设施。
[0013] 2.技术方案
[0014]为解决上述问题,本发明提供的技术方案为:
[0015] -种水平流和垂直流一体化人工湿地,水平潜流人工湿地、垂直流人工湿地、进水 厌氧渗滤调节池和出水除磷脱氮池;其中,进水厌氧渗滤调节池与水平潜流人工湿地连通, 所述的垂直流人工湿地设置在水平潜流人工湿地正上方,水平潜流人工湿地与出水除磷脱 氮池连通,出水除磷脱氮池内的水通过管道输送到垂直流人工湿地的表面,出水除磷脱氮 池上设有出水管II。
[0016] 本发明兼顾各功能单元的平面和高程要求,相邻单元之间均共用边壁,进行一体 化布置,垂直流人工湿地设置于水平潜流人工湿地正上方,以减少一体化设备的占地面积 并充分利用设备的有效高度,形成工艺单元合理衔接,实现平面布置和空间利用的最优化, 吨水占地面积小。
[0017] 优选地,所述的进水厌氧渗滤调节池被厌氧渗滤层I垂直分割成调节池 I和调节池 II两部分;所述的调节池 I的侧面设置有进水管I,所述的调节池 II通过进水管II与水平潜 流人工湿地连接,利用碎石表面的生物膜进行污染物的降解。
[0018] 本发明在进水厌氧渗滤调节池中设置可更换填料的厌氧渗滤层I,能够简单有效 地控制人工湿地进水的悬浮物浓度,减小人工湿地堵塞风险。
[0019] 优选地,所述的出水除磷脱氮池被厌氧渗滤层II垂直分割成出水池 I和出水池 II 两部分,所述的水平潜流人工湿地通过出水管I与出水池 I连接,出水池 II设置有回流栗。
[0020] 优选地,按照进水量100%回流比即将50%出水回流至垂直流人工湿地,再下渗到 水平潜流人工湿地进行循环处理,另外50%出水则通过设置在回流栗三通出口的射流增氧 器为出水增加溶解氧,出水通过出水管Π 排放。
[0021] 本发明在出水除磷脱氮池中设置可更换填料的厌氧渗滤层II,实现自氧反硝化脱 氮和化学除磷,运行维护简单,无需专人值守管理;
[0022] 优选地,所述的水平潜流人工湿地被隔板平均划分为3条廊道,加大流道的长宽 比,改善水力条件,增加污水流程,防止形成短流,提高生化反应效率,强化脱氮效果,廊道I 与预留在填料层中的进水管II连通,廊道III与预留在填料层中的出水管I连通,连通处均 为管帽封口且梅花形分布的穿孔短管,孔径为l〇-15mm,可防止碎石进入短管阻塞进水通 道。
[0023 ]优选地,所述的水平潜流人工湿地中装填粒径范围为2 0 - 4 0m m的碎石构成填料 层,,污水在间隙内流动,有机物被附着的生物膜吸附并降解,填料层顶部设通气层可补充 生物降解需要的部分氧气,顶部的通气层由下往上依次装填3种不同级配的碎石,粒径范围 分别为10-30mm、5-10mm和3-5_,可防止上方的腐殖化基质进入通气层中影响通气效果; [0024]所述的厌氧渗滤层I和厌氧渗滤层II都是以袋装填料的形式交错堆叠而起,其高 度高于水面0.3-0.5m,厌氧渗滤层I中装填10-20mm碎石填料,过滤去除污水中的悬浮颗粒 物,减小人工湿地堵塞风险,厌氧渗滤层II中装填5-10mm硫铁矿颗粒填料,实现自氧反硝化 脱氮和化学除磷,强化除磷脱氮效果。
[0025] 当运行一段时间,过滤墙中的碎石填料层堵塞,能够方便地将构成厌氧渗滤层I的 填料袋取出,对其中的碎石填料进行清洗后重复利用或直接更换新的填料袋。
[0026] 优选地,所述的调节池 II和出水除磷脱氮池与水平潜流人工湿地中的通气层分别 通过通气管连通,通气管与通气层中的碎石接触处为底部穿孔的短管,末端用管帽封口,可 防止垂直流人工湿地下渗的污水进入通气管。
[0027] 优选地,所述的垂直流人工湿地中装填腐殖化基质,为微生物生长提供了良好的 环境条件,表层种植美人蕉、菖蒲、芦苇等湿地植物。
[0028] -种水平流和垂直流一体化人工湿地的运行方法,其步骤为:
[0029] A、根据以上所述的一种水平流和垂直流一体化人工湿地;
[0030] B、污水从进水管I进入调节池 I内;
[0031] C、污水从调节池 I内进入厌氧渗滤层I中,滤除悬浮物,进入到调节池 II内;
[0032] D、污水从调节池 II中通过进水管II进入水平潜流人工湿地内;
[0033] E、进入水平潜流人工湿地的污水通过出水管I进入出水池 I内;
[0034] F、污水从出水池 I内进入厌氧渗滤层II中,自氧脱氮和化学除磷,进入到出水池 II 内;
[0035] G、出水池 II中50%污水被回流栗栗入垂直流人工湿地表面,另外50%污水通过射 流增氧器为出水增加溶解氧,出水通过出水管II排放;
[0036] H、回流栗栗入垂直流人工湿地表面的污水,通过直流人工湿地上的管道均匀分 布,下渗到水平潜流人工湿地;
[0037] I、下渗到水平潜流人工湿地的污水和从调节池进来的污水一起,重复步骤E、F、G 和H〇
[0038] 优选地,所述的回流栗依靠太阳能光伏电站供电,控制垂直流人工湿地的淹灌/落 干时间比,维持在1:1-2之间,使微生物的生长与消亡处于动态平衡,不至于其过量繁殖引 起垂直流人工湿地的堵塞,而且落干期空气进入腐殖化基质的间隙,利于好氧微生物进行 硝化反应。出水池 II底部的回流栗,依靠太阳能光伏电站供电,在农村地区处理生活污水 时,无须传统电网供电,可实现无外部动力接入的自动运行。
[0039]本发明将厌氧过滤、人工湿地、自氧脱氮和化学除磷处理技术有机组合在一起,共 同作用实现污水的高效处理,原污水经过厌氧渗滤层I对悬浮物进行过滤,当污水通过厌氧 渗滤层I间的孔隙流过碎石填料时,污水中的悬浮物被截留下来,减小人工湿地堵塞风险, 污水进入水平潜流人工湿地后,其中的有机物和氮被碎石表面的生物膜吸附并去除,在流 经厌氧渗滤层II时,硫铁矿颗粒填料实现自氧反硝化脱氮和化学除磷,按照进水量100 %回 流比即将50%出水由回流栗通过穿孔管回流并均匀分布于整个垂直流人工湿地表面,由湿 地植物根系和腐殖化基质表面附着生长的丰富微生物在厌氧和好氧交替的环境中进一步 去除有机物和氮磷营养元素,下渗的处理水在水平潜流人工湿地中补充碳源后发生反硝化 脱氮过程,最终出水水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》中一级 B标准。
[0040] 3.有益效果
[0041] 采用本发明提供的技术方案,与现有技术相比,具有如下有益效果:
[0042] (1)本发明在进水厌氧渗滤调节池中设置可更换填料的厌氧渗滤层I,能够简单有 效地控制人工湿地进水的悬浮物浓度,减小人工湿地堵塞风险,当运行一段时间,过滤墙中 的碎石填料层堵塞,能够方便地将构成厌氧渗滤层I的填料袋取出,对其中的碎石填料进行 清洗后重复利用或直接更换新的填料袋;在出水除磷脱氮池中设置可更换填料的厌氧渗滤 层II,实现自氧反硝化脱氮和化学除磷,本发明运行维护简单,无需专人值守管理;
[0043] (2)本发明兼顾各功能单元的平面和高程要求,相邻单元之间均共用边壁,进行一 体化布置,垂直流人工湿地设置于水平潜流人工湿地正上方,以减少一体化设备的占地面 积并充分利用设备的有效高度,形成工艺单元合理衔接,实现平面布置和空间利用的最优 化,吨水占地面积小;
[0044] (3)本发明出水池 II底部的回流栗,依靠太阳能光伏电站供电,在农村地区处理生 活污水时,无须传统电网供电,可实现无外部动力接入的自动运行;
[0045] (4)本发明将厌氧过滤、人工湿地、自氧脱氮和化学除磷处理技术有机组合在一 起,共同作用实现污水的高效处理,原污水经过厌氧渗滤层I对悬浮物进行过滤,当污水通 过厌氧渗滤层I间的孔隙流过碎石填料时,污水中的悬浮物被截留下来,减小人工湿地堵塞 风险,污水进入水平潜流人工湿地后,其中的有机物和氮被碎石表面的生物膜吸附并去除, 在流经厌氧渗滤层II时,硫铁矿颗粒填料实现自氧反硝化脱氮和化学除磷,按照进水量 100%回流比即将50%出水由回流栗通过穿孔管回流并均匀分布于整个垂直流人工湿地表 面,由湿地植物根系和腐殖化基质表面附着生长的丰富微生物在厌氧和好氧交替的环境中 进一步去除有机物和氮磷营养元素,下渗的处理水在水平潜流人工湿地中补充碳源后发生 反硝化脱氮过程,最终出水水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》 中一级B标准。
附图说明
[0046] 图1为本发明的侧视图;
[0047] 图2为本发明图1的1_1首I』视图;
[0048]图3为本发明图1的2-2剖视图;
[0049] 图4为本发明图1的3-3剖视图。
[0050] 图中:
[0051] 1、进水厌氧渗滤调节池;11、进水管I; 12、调节池 I; 13、调节池 II; 14、厌氧渗滤层 I ;2、水平潜流人工湿地;21、进水管II ;22、填料层;23、通气层;24、通气管;25、出水管I; 26、 廊道I; 27、廊道II; 28、廊道III; 3、垂直流人工湿地;31、腐殖化基质;32、湿地植物;33、穿孔 管;4、出水除磷脱氮池;41、回流栗;42、出水管II;43、出水池 I;44、出水池 II;45、厌氧渗滤 层II; 47、射流增氧器。
具体实施方式
[0052]为进一步了解本发明的内容,结合附图及实施例对本发明作详细描述。
[0053] 实施例1
[0054] 一种水平流和垂直流一体化人工湿地,水平潜流人工湿地2、垂直流人工湿地3、进 水厌氧渗滤调节池1和出水除磷脱氮池4;其中,进水厌氧渗滤调节池1与水平潜流人工湿地 2连通,所述的垂直流人工湿地3设置在水平潜流人工湿地2正上方,水平潜流人工湿地2与 出水除磷脱氮池4连通,出水除磷脱氮池4内的水通过管道输送到垂直流人工湿地3的表面, 出水除磷脱氮池4上设有出水管II42。
[0055] 本发明兼顾各功能单元的平面和高程要求,相邻单元之间均共用边壁,进行一体 化布置,垂直流人工湿地3设置于水平潜流人工湿地2正上方,以减少一体化设备的占地面 积并充分利用设备的有效高度,形成工艺单元合理衔接,实现平面布置和空间利用的最优 化,吨水占地面积小。
[0056] 进水厌氧渗滤调节池1被厌氧渗滤层114垂直分割成调节池112和调节池1113两部 分;所述的调节池 II的侧面设置有进水管111,调节池 II13通过进水管II21与水平潜流人工 湿地2连接。
[0057] 本发明在进水厌氧渗滤调节池1中设置可更换填料的厌氧渗滤层114,能够简单有 效地控制人工湿地进水的悬浮物浓度,减小人工湿地堵塞风险。
[0058]出水除磷脱氮池4被厌氧渗滤层1145垂直分割成出水池143和出水池1144两部分, 水平潜流人工湿地2通过出水管125与出水池143连接,出水池1144设置有回流栗41,按照进 水量100%回流比即将50%出水回流至垂直流人工湿地3,再下渗到水平潜流人工湿地2进 行循环处理,另外50%出水则通过设置在回流栗41三通出口的射流增氧器47为出水增加溶 解氧,出水通过出水管Π 42排放。回流栗41依靠太阳能光伏电站供电,控制垂直流人工湿地 3的淹灌/落干时间比,维持在1:1-2之间。出水池1144底部的回流栗41,依靠太阳能光伏电 站供电,在农村地区处理生活污水时,无须传统电网供电,可实现无外部动力接入的自动运 行。
[0059] 本发明在出水除磷脱氮池4中设置可更换填料的厌氧渗滤层1145,实现自氧反硝 化脱氮和化学除磷,运行维护简单,无需专人值守管理;厌氧渗滤层114和厌氧渗滤层1145 都是以袋装填料的形式交错堆叠而起,其高度高于水面0.3-0.5m,厌氧渗滤层114中装填 10-20mm碎石填料,过滤去除污水中的悬浮颗粒物,减小人工湿地堵塞风险,厌氧渗滤层 1145中装填5-10mm硫铁矿颗粒填料,实现自氧反硝化脱氮和化学除磷,强化除磷脱氮效果。 当运行一段时间,过滤墙中的碎石填料层堵塞,能够方便地将构成厌氧渗滤层114的填料袋 取出,对其中的碎石填料进行清洗后重复利用或直接更换新的填料袋。
[0060] 水平潜流人工湿地2被隔板平均划分为3条廊道,加大流道的长宽比,改善水力条 件,增加污水流程,防止形成短流,提高生化反应效率,强化脱氮效果,廊道126与预留在填 料层22中的进水管1121连通,廊道III28与预留在填料层22中的出水管125连通,连通处均 为管帽封口且梅花形分布的穿孔短管,孔径为l〇-15mm,可防止碎石进入短管阻塞进水通 道。
[0061 ]水平潜流人工湿地2中装填粒径范围为20-40_的碎石构成填料层22,顶部的通气 层23由下往上依次装填3种不同级配的碎石,粒径范围分别为10-30mm、5-10mm和3-5mm,可 防止上方的腐殖化基质31进入通气层23中影响通气效果。
[0062]调节池1113和出水除磷脱氮池4与水平潜流人工湿地2中的通气层23分别通过通 气管24连通,通气管24与通气层23中的碎石接触处为底部穿孔的短管,末端用管帽封口。
[0063]垂直流人工湿地3中装填腐殖化基质31,表层种植美人蕉、菖蒲、芦苇等湿地植物 32〇
[0064] -种水平流和垂直流一体化人工湿地的运行方法,其步骤为:
[0065] Α、根据以上所述的一种水平流和垂直流一体化人工湿地;
[0066] Β、污水从进水管111进入调节池112内;
[0067] C、污水从调节池112内进入厌氧渗滤层114中,滤除悬浮物,进入到调节池1113内;
[0068] D、污水从调节池1113中通过进水管1121进入水平潜流人工湿地2内;
[0069] E、进入水平潜流人工湿地2的污水通过出水管125进入出水池143内;
[0070] F、污水从出水池143内进入厌氧渗滤层1145中,自氧脱氮和化学除磷,进入到出水 池1144内;
[0071] G、出水池1144中50%污水被回流栗41栗入垂直流人工湿地3表面,另外50%污水 通过射流增氧器47为出水增加溶解氧,出水通过出水管II42排放;
[0072] H、回流栗41栗入垂直流人工湿地3表面的污水,通过直流人工湿地3上的管道均匀 分布,下渗到水平潜流人工湿地2;
[0073] I、下渗到水平潜流人工湿地2的污水和从调节池1进来的污水一起,重复步骤E、F、 G和Η。
[0074] 污水是先经过水平流、再经过垂直流,不容易形成臭气二次污染,而循环处理则可 提高抗冲击负荷能力,并强化除磷脱氮效果,保证出水水质。
[0075]本发明将厌氧过滤、人工湿地、自氧脱氮和化学除磷处理技术有机组合在一起,共 同作用实现污水的高效处理,原污水经过厌氧渗滤层114对悬浮物进行过滤,当污水通过厌 氧渗滤层114间的孔隙流过碎石填料时,污水中的悬浮物被截留下来,减小人工湿地堵塞风 险,污水进入水平潜流人工湿地后,其中的有机物和氮被碎石表面的生物膜吸附并去除,在 流经厌氧渗滤层1145时,硫铁矿颗粒填料实现自氧反硝化脱氮和化学除磷,按照进水量 100%回流比即将50%出水由回流栗41通过穿孔管33回流并均匀分布于整个垂直流人工湿 地3表面,由湿地植物根系和腐殖化基质31表面附着生长的丰富微生物在厌氧和好氧交替 的环境中进一步去除有机物和氮磷营养元素,下渗的处理水在水平潜流人工湿地2中补充 碳源后发生反硝化脱氮过程,最终出水水质可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准 (GBl 89l8_2〇〇2)》中一级 Β 标准。
[0076] 实施例2
[0077] 一个自然村生活污水每天排放量为10m3,进水水质见表1。为处理该村的生活污 水,提出一种水平流和垂直流一体化人工湿地技术,采用一体化设备的形式,施工周期可缩 短至2天,与传统人工湿地施工周期至少节省一半时间,从而可节约相应的人工及施工机具 费用。如图1所示,设备整体结构为长方体,总长度为8.8m,总宽度为2.4m,总高度为1.5m,它 包括进水厌氧渗滤调节池1、水平潜流人工湿地2、垂直流人工湿地3和出水除磷脱氮池4;其 中,该设备在长度方向被垂直分割为三个部分,左侧为进水厌氧渗滤调节池1,长1.8m,高 1.3m,中间为水平潜流人工湿地2和垂直流人工湿地3,且垂直流人工湿地3设置在水平潜流 人工湿地2正上方,长6.0m,高1.3m,右侧为出水除磷脱氮池4,长1.0m,高1.5m;这样设置能 够兼顾各功能单元的平面和高程要求,相邻单元之间均共用边壁,进行设备一体化布置,实 现平面布置和空间利用的最优化,吨水占地面积小于2.2m 2。
[0078] 进水厌氧渗滤调节池 1被垂直分割成调节池 112和调节池 II13两部分,长均为 0.75m,宽均为2.4m,厌氧渗滤层114设置在调节池112和调节池1113之间,如图1所示,厌氧 渗滤层114是由袋装碎石填料交替堆叠而成,便于取出清洗,有效过滤除去污水中的悬浮物 减小人工湿地堵塞风险,其中,碎石填料粒径可取10_20_,碎石填料价格低廉。厌氧渗滤层 114长0.3m,宽2.4m,由于污水每天排放量为10m 3,设计进水厌氧渗滤调节池1的水力停留时 间为2h时,进水厌氧渗滤调节池1需要的有效容积为0.83m3,设计厌氧渗滤层114里面的碎 石填料的高度为0.8m,水面高度为0.4m,则进水厌氧渗滤调节池1的有效容积为1.44m 3,满 足设计要求。
[0079] 结合图1和图3,水平潜流人工湿地2长6.0m,宽2.4m,高0.5m,其中,填料层22高 0.3m,通气层23高0.2m,填料层22装填粒径范围为20-40mm的碎石,污水在间隙内流动,有机 物被附着的生物膜吸附并降解,通气层23由下往上依次装填3种不同级配的碎石,粒径范围 分别为10-30mm、5-10mm和3-5_,可防止上方垂直流人工湿地3中的腐殖化基质进入填料层 22中。水平潜流人工湿地2被隔板平均划分为3条廊道,廊道间的隔板高0.6m,改善了水流流 态,廊道126与预留在填料层22中的进水管1121连通,廊道III27与预留在填料层22中的出 水管125连通,连通处均为管帽封口且梅花形分布的穿孔短管,孔径为15mm,可防止碎石进 入短管阻塞进水通道。水平潜流人工湿地2与调节池1113和出水除磷脱氮池4中的通气层23 分别通过3根通气管24连通,可不断给污水进行表面富氧,有利于硝化反应,通气管24与通 气层23中的碎石接触处为底部穿孔的短管,穿孔孔径为15_,末端用管帽封口,可防止垂直 流人工湿地3下渗的污水进入通气管24。
[0080] 结合图1和图3,出水除磷脱氮池4被垂直分割成出水池143和出水池1144两部分, 长均为0.7m,宽均为1. Om,厌氧渗滤层1145设置在出水池143和出水池1144之间,厌氧渗滤 层1145是由袋装硫铁矿交替堆叠而成,便于取出更换,实现自氧反硝化脱氮和化学除磷。厌 氧渗滤层1145长1 .Om,宽1 .Om,由于污水每天排放量为10m3,设计出水除磷脱氮池4的水力 停留时间为lh时,出水除磷脱氮池4需要的有效容积为0.42m 3,设计厌氧渗滤层1145里面的 硫铁矿的高度为0.8m,水面高度为0.4m,则出水除磷脱氮池4的有效容积为0.56m 3,满足设 计要求。
[0081 ] 结合图1和图2,出水池1144中的回流栗41功率为0.55kW,太阳能光伏电站面积为 4m2,处理水回流的穿孔管33设计为环状管网,穿孔孔径为5mm。垂直流人工湿地3长6.0m,宽 2.4m,高为0.8m,内部装填腐殖化基质31,表层种植美人蕉、菖蒲、芦苇等湿地植物32。垂直 流人工湿地3的淹灌/落干时间比为1:1,使微生物的生长与消亡处于动态平衡,不至于其过 量繁殖引起垂直流人工湿地的堵塞,而且落干期空气进入腐殖化基质31的间隙,利于好氧 微生物进行硝化反应。
[0082] -种水平流和垂直流一体化人工湿地的使用方法,即运行方法,原污水经过厌氧 渗滤层114对悬浮物进行过滤,当污水通过厌氧渗滤层114上的开孔流过碎石填料时,污水 中的悬浮物被截留下来,减小人工湿地堵塞风险,之后污水流入水平潜流人工湿地2,利用 碎石表面丰富的生物膜进行污染物的降解,再流经厌氧渗滤层1145中的硫铁矿时实现自氧 反硝化脱氮和化学除磷,出水除磷脱氮池114中50%出水回流至垂直流人工湿地3,向下流 过腐殖化基质31以及其中大量的植物根系区,其中,污水中的有机物、氮磷营养元素、难溶 磷酸盐,进一步被丰富的好氧、缺氧微环境中的微生物去除,再下渗到水平潜流人工湿地2 进行循环处理,利用进水中补充的碳源进行反硝化脱氮过程,另外50%出水则通过射流增 氧器47为出水增氧,出水通过出水管II442直接排放。
[0083] 本实施例同实施例1,其中,厌氧渗滤层114和厌氧渗滤层1145都是以袋装填料的 形式交错堆叠而起,其高度高于水面〇. 3m,厌氧渗滤层114中装填10mm碎石填料,过滤去除 污水中的悬浮颗粒物,减小人工湿地堵塞风险,厌氧渗滤层Π 4 5中装填5 mm硫铁矿颗粒填 料,实现自氧反硝化脱氮和化学除磷,强化除磷脱氮效果。
[0084] 廊道126与预留在填料层22中的进水管1121连通,廊道III28与预留在填料层22中 的出水管125连通,连通处均为管帽封口且梅花形分布的穿孔短管,孔径为10mm,可防止碎 石进入短管阻塞进水通道。
[0085]回流栗41依靠太阳能光伏电站供电,控制垂直流人工湿地3的淹灌/落干时间比, 维持在1:1之间。
[0086]水平潜流人工湿地2中装填粒径范围为20mm的碎石构成填料层22,顶部的通气层 23由下往上依次装填3种不同级配的碎石,粒径范围分别为10mm、5mm和3mm,可防止上方的 腐殖化基质31进入通气层23中影响通气效果,。
[0087]经过处理后,出水中各项污染物平均浓度及去除率见表1,各项指标均达到《城镇 污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》中一级B标准。
[0088]表1某自然村生活污水流量为l〇m3/d的进出水水质情况
[0089]
Figure CN105645677AD00121
[0090] 实施例3
[0091 ] -个自然村生活污水每天排放量为8m3,进水水质见表2。为处理该村的生活污水, 提出一种水平流和垂直流一体化人工湿地技术,采用一体化设备的形式,设备的组成结构 和使用方法步骤同实施例1。
[0092]本实施例同实施例1,厌氧渗滤层114和厌氧渗滤层1145都是以袋装填料的形式交 错堆叠而起,其高度高于水面0.5m,厌氧渗滤层114中装填20mm碎石填料,过滤去除污水中 的悬浮颗粒物,减小人工湿地堵塞风险,厌氧渗滤层Π 45中装填10mm硫铁矿颗粒填料,实现 自氧反硝化脱氮和化学除磷,强化除磷脱氮效果。
[0093]廊道126与预留在填料层22中的进水管1121连通,廊道III28与预留在填料层22中 的出水管125连通,连通处均为管帽封口且梅花形分布的穿孔短管,孔径为15mm,可防止碎 石进入短管阻塞进水通道。
[0094]回流栗41依靠太阳能光伏电站供电,控制垂直流人工湿地3的淹灌/落干时间比, 维持在1:2之间。
[0095]水平潜流人工湿地2中装填粒径范围为40mm的碎石构成填料层22,顶部的通气层 23由下往上依次装填3种不同级配的碎石,粒径范围分别为30mm、10mm和5mm,可防止上方的 腐殖化基质31进入通气层23中影响通气效果。
[0096]经过处理,出水中各项污染物平均浓度及去除率见表2,各项指标均达到《城镇污 水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》中一级B标准。
[0097]表2某自然村生活污水流量为8m3/d的进出水水质情况
[0098]
Figure CN105645677AD00131
[0099] 实施例4
[0100] 一个自然村生活污水每天排放量为5m3,进水水质见表3。为处理该村的生活污水, 提出一种水平流和垂直流一体化人工湿地技术,采用一体化设备的形式,设备的组成结构 和使用方法步骤同实施例1。
[0101] 本实施例同实施例1,厌氧渗滤层114和厌氧渗滤层1145都是以袋装填料的形式交 错堆叠而起,其高度高于水面〇.4m,厌氧渗滤层114中装填12_碎石填料,过滤去除污水中 的悬浮颗粒物,减小人工湿地堵塞风险,厌氧渗滤层Π 45中装填9mm硫铁矿颗粒填料,实现 自氧反硝化脱氮和化学除磷,强化除磷脱氮效果。
[0102] 廊道126与预留在填料层22中的进水管1121连通,廊道III28与预留在填料层22中 的出水管125连通,连通处均为管帽封口且梅花形分布的穿孔短管,孔径为13mm,可防止碎 石进入短管阻塞进水通道。
[0103] 回流栗41依靠太阳能光伏电站供电,控制垂直流人工湿地3的淹灌/落干时间比, 维持在1:1.6之间。
[0104] 水平潜流人工湿地2中装填粒径范围为30mm的碎石构成填料层22,顶部的通气层 23由下往上依次装填3种不同级配的碎石,粒径范围分别为20mm、8mm和4mm,可防止上方的 腐殖化基质31进入通气层23中影响通气效果。
[0105] 经过处理,出水中各项污染物平均浓度及去除率见表3,各项指标均达到《城镇污 水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)》中一级B标准。
[0106] 表3某自然村生活污水流量为5m3/d的进出水水质情况
[0107]
Figure CN105645677AD00132
[0108] 以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述,该描述没有限制性,附图中所 示的也只是本发明的实施方式之一,实际的结构并不局限于此。所以,如果本领域的普通技 术人员受其启示,在不脱离本发明创造宗旨的情况下,不经创造性的设计出与该技术方案 相似的结构方式及实施例,均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1. 一种水平流和垂直流一体化人工湿地,水平潜流人工湿地(2)和垂直流人工湿地 (3),其特征在于,还包括进水厌氧渗滤调节池(1)和出水除磷脱氮池(4);其中,进水厌氧渗 滤调节池(1)与水平潜流人工湿地(2)连通,所述的垂直流人工湿地(3)设置在水平潜流人 工湿地(2)正上方,水平潜流人工湿地(2)与出水除磷脱氮池(4)连通,出水除磷脱氮池(4) 内的水通过管道输送到垂直流人工湿地(3)的表面,出水除磷脱氮池(4)上设有出水管II (42)。
2. 根据权利要求1所述的一种水平流和垂直流一体化人工湿地,其特征在于,所述的进 水厌氧渗滤调节池(1)被厌氧渗滤层1(14)垂直分割成调节池1(12)和调节池11(13)两部 分;所述的调节池1(1)的侧面设置有进水管1(11),所述的调节池11(13)通过进水管11(21) 与水平潜流人工湿地(2)连接。
3. 根据权利要求2所述的一种水平流和垂直流一体化人工湿地,其特征在于,所述的出 水除磷脱氮池(4)被厌氧渗滤层11(45)垂直分割成出水池1(43)和出水池11(44)两部分,所 述的水平潜流人工湿地(2)通过出水管I(25)与出水池 I(43)连接,出水池 II (44)设置有回 流栗(41)。
4. 根据权利要求2所述的一种水平流和垂直流一体化人工湿地,其特征在于,按照进水 量100%回流比即将50%出水回流至垂直流人工湿地(3),再下渗到水平潜流人工湿地(2) 进行循环处理,另外50%出水则通过设置在回流栗(41)三通出口的射流增氧器(47)为出水 增加溶解氧,出水通过出水管Π (42)排放。
5. 根据权利要求2所述的一种水平流和垂直流一体化人工湿地,其特征在于,所述的水 平潜流人工湿地(2)被隔板平均划分为3条廊道,廊道1(26)与预留在填料层(22)中的进水 管11(21)连通,廊道111(28)与预留在填料层(22)中的出水管1(25)连通,连通处均为管帽 封口且梅花形分布的穿孔短管。
6. 根据权利要求3所述的一种水平流和垂直流一体化人工湿地,其特征在于,所述的水 平潜流人工湿地(2)中装填粒径范围为20-40mm的碎石构成填料层(22),顶部的通气层(23) 由下往上依次装填3种不同级配的碎石,粒径范围分别为10-30mm、5-10mm和3-5_。
7. 根据权利要求1所述的一种水平流和垂直流一体化人工湿地,其特征在于,所述的调 节池11(13)和出水除磷脱氮池(4)与水平潜流人工湿地(2)中的通气层(23)分别通过通气 管(24)连通,通气管(24)与通气层(23)中的碎石接触处为底部穿孔的短管,末端用管帽封 □ 〇
8. 根据权利要求1所述的一种水平流和垂直流一体化人工湿地,其特征在于,所述的垂 直流人工湿地(3)中装填腐殖化基质(31 ),表层种植美人蕉、菖蒲、芦苇等湿地植物(32)。
9. 一种水平流和垂直流一体化人工湿地的运行方法,其特征在于: A、 根据权利要求1构建所述的一种水平流和垂直流一体化人工湿地; B、 污水从进水管1(11)进入调节池1(12)内; C、 污水从调节池1(12)内进入厌氧渗滤层1(14)中,滤除悬浮物,进入到调节池11(13) 内; D、 污水从调节池11(13)中通过进水管11(21)进入水平潜流人工湿地(2)内; E、 进入水平潜流人工湿地(2)的污水通过出水管1(25)进入出水池1(43)内; F、 污水从出水池1(43)内进入厌氧渗滤层11(45)中,自氧脱氮和化学除磷,进入到出水 池 11(44)内; G、 出水池 II (44)中50%污水被回流栗(41)栗入垂直流人工湿地(3)表面,另外50%污 水通过射流增氧器(47)为出水增加溶解氧,出水通过出水管II (42)排放; H、 回流栗(41)栗入垂直流人工湿地(3)表面的污水,通过直流人工湿地(3)上的管道均 匀分布,下渗到水平潜流人工湿地(2); I、 下渗到水平潜流人工湿地(2)的污水和从调节池(1)进来的污水一起,重复步骤E、F、 G和Η。
10.根据权利要求9所述的一种水平流和垂直流一体化人工湿地的运行方法,其特征在 于,所述的回流栗(41)依靠太阳能光伏电站供电,控制垂直流人工湿地(3)的淹灌/落干时 间比,维持在1:1-2之间。
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