CN105753166B - 水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种水平潜流‑两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理系统及方法，用于处理高氮、磷城市生活污水。系统包括：两组同结构并联设置的水平潜流‑两级充氧垂直潜流人工湿地；其中，每组人工湿地由依次连接的进水池、水平潜流人工湿地、一级充氧池、一级垂直潜流人工湿地、二级充氧池、二级垂直潜流人工湿地、空气管和出水池组成，进水池设有进水管，空气管分别与一、二级充氧池和二级垂直潜流人工湿地连接，出水池设有出水管。该系统将水平潜流人工湿地和两级垂直潜流人工湿地组合，同时增加了两级充氧池，并在二级垂直潜流人工湿地底部设曝气管，两级垂直流人工湿地曝气量不同，有效提升了对高氮、磷城市生活污水的处理效果。
Description
技术领域
本发明涉及污水处理领域，特别是涉及一种主要适用于处理高氮、磷城市生活污水的水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理系统及方法。
背景技术
人工湿地污水处理系统借助于基质、微生物以及湿生植物三者对污染物质进行吸附、吸收、转化，不仅能有效去除污水中的悬浮物、有机污染物、氮、磷等；而且能有效的去除病原微生物、重金属、藻毒素等外源生物活性物质；同时还能吸收如SO2、CO2等气体，起到净化空气的作用。
表面流湿地和潜流湿地是人工湿地的两种主要类型，表流人工湿地设计简单，投资少；而潜流湿地没有暴露的自由水面，污水在填料表面下渗流，高效、卫生。
复合垂直流人工湿地改变了表面流湿地、潜流湿地和单一垂直流湿地的水流方式，有效地解决了其他类型湿地易出现的“短路”现象，使得湿地中污水能够充分利用处理基质，提高了湿地的处理效果；同时好氧、厌氧的复合水处理结构，加强了硝化、反硝化作用，提高了系统整体的除氮效果。
但是传统的潜流人工湿地充氧能力差，只能通过植物和大气复氧途径向基质充氧，而当湿地处理生活污水时，由于污染物负荷明显高于植物及大气复氧充氧能力的上限，植物泌氧和大气复氧对基质的溶解氧浓度几乎没有影响，这样基质内则容易形成典型的缺氧-厌氧环境，而其中主要优势菌种为氨化细菌，对氨氮的去除能力很低；且缺氧-厌氧环境下微生物降解有机质的速度较慢，如果微生物的分解速度小于进入系统的污染物的速度，基质就会发生堵塞。
发明内容
本发明针对现存复合人工湿地的缺点，提出一种水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理系统及方法，可以解决潜流人工湿地充氧能力差，易造成基质发生堵塞的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理系统，该系统包括：两组相同结构并联设置的水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地；其中，每组水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地由依次连接的进水池、水平潜流人工湿地、一级充氧池、一级垂直潜流人工湿地、二级充氧池、二级垂直潜流人工湿地、空气管和出水池组成，所述进水池设有进水管，所述空气管分别与所述一、二级充氧池和二级垂直潜流人工湿地内的曝气组件连接，所述出水池设有出水管。
本发明实施例还提供一种水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理方法，采用本发明所述的处理系统，包括以下步骤：
使所处理的污水分别进入所述处理系统的并联设置的两组水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地分别进行处理，在每组水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地内污水依次经进水池进入水平潜流人工湿地、一级充氧池、一级垂直潜流人工湿地、二级充氧池、二级垂直潜流人工湿地处理后，经出水池排出，完成污水的处理。
本发明的有益效果是：通过将两组水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地并联设置构成该处理系统，每组水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地由依次连接的进水池、水平潜流人工湿地、一级充氧池、一级垂直潜流人工湿地、二级充氧池、二级垂直潜流人工湿地、空气管和出水池组成，这样每组水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地中水平潜流人工湿地设在两级垂直潜流人工湿地前端，最大限度截留悬浮物，减少后续垂直流人工湿地的堵塞和淤积；水平潜流人工湿地作为厌氧处理区，污水在填料表面下渗流，卫生条件好，具有抑臭效果，同时采用吸磷能力比较强的生物陶粒滤料，种植菖蒲、千屈菜、水烛、宽叶香蒲等除磷效果好的湿地植物，针对性去除水体中的磷；一级垂直潜流人工湿地作为缺氧处理区，前端设置一级充氧池进行预充氧，对水体采取直接曝气充氧效率高，所需风压较小，同时采用孔隙率大的生物陶粒滤料，种植芦苇、茭白、香蒲等脱氮效果好的湿地植物，增强氨氮的去除效果；二级垂直潜流人工湿地作为好氧处理区，前端设置二级充氧池进行预充氧，池体中设置曝气组件，保证池体中的溶解氧水平，促进碳化反应，有利于BOD的去除。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例提供的处理系统平面示意图；
图2为本发明实施例提供的处理系统剖面示意图；
图中：1-进水池，2-水平潜流人工湿地，3-一级充氧池，4-一级垂直潜流人工湿地，5-二级充氧池，6-二级垂直潜流人工湿地，7-出水池，8-进水管，9-穿孔配水墙，10-出水收集管，11、111、112、113-曝气管，12、121、122-管式微孔曝气器，13-出水堰，14-穿孔布水管一，141-穿孔布水管二，15-穿孔集水管一，151-穿孔集水管二，16-出水管，17-布水层，171、172、173-排水层，18、181-过渡层，19、191、192-填料层，20、201-覆盖层，21、211、212-湿地植物，22-空气管。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
如图1、2所示，本发明实施例提供一种水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理系统，主要适用于处理高氮、磷城市生活污水，该系统包括：两组相同结构并联设置的水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地；其中，每组水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地由依次连接的进水池、水平潜流人工湿地、一级充氧池、一级垂直潜流人工湿地、二级充氧池、二级垂直潜流人工湿地、空气管和出水池组成，进水池设有进水管，进气口与鼓风机连接的空气管分别与一、二级充氧池和二级垂直潜流人工湿地内的曝气组件连接，出水池设有出水管，进、出水管上均设有控制阀。
上述处理系统中，水平潜流人工湿地水力坡度为1％，长宽比为3:1，BOD5负荷40～50g/(m2·d)，水力停留时间为1～1.5d；
水平潜流人工湿地包括：池体、穿孔配水墙、湿地填料、出水收集管和湿地植物；其中，池体的进水端设置穿孔配水墙，池体内填充湿地填料，湿地填料的出水端设置出水收集管，出水收集管的出水口伸出到池体外连接至一级充氧池，湿地填料上种植湿地植物。
上述处理系统中，水平潜流人工湿地的穿孔配水墙的孔径为50mm；出水收集管采用孔径为20mm，斜下45°角两边分别开孔的穿孔管；
湿地填料由填料层、填料层的进水端设置的布水层、填料层的出水端设置的排水层以及填料层顶面设置的覆盖层组成；其中，布水层为截面呈直角梯形的结构体，排水层为截面呈三角形的结构体，排水层设在填料层的出水端的底角处；布水层及排水层均由粒径为60～80mm的卵石或砾石组成；填料层高度为1600mm，由4mm～10mm的生物陶粒滤料组成；覆盖层为200mm的土壤；湿地植物为菖蒲、千屈菜、水烛、宽叶香蒲中的一种或几种。
上述处理系统中，一级垂直潜流人工湿地水力坡度为1％，长宽比为3:1，BOD5负荷50～60g/(m2·d)，水力停留时间2.5～4d；
一级垂直潜流人工湿地包括：池体、湿地填料、穿孔布水管一、穿孔集水管一和湿地植物；其中，池体内填充湿地填料，穿孔布水管一铺设在湿地填料顶面上，湿地填料上种植湿地植物，穿孔集水管一埋设在湿地填料底部，穿孔布水管一的进水口伸出到池体外与一级充氧池的出水堰连接，穿孔集水管一出水口伸出到池体外与二级充氧池连接。
上述处理系统的一级垂直潜流人工湿地中，
穿孔布水管一和穿孔集水管一均采用孔径为10mm，斜下45°角两边分别开孔的穿孔管；
湿地填料由从上至下依次设置的覆盖层、填料层、过渡层和排水层组成，其中，覆盖层厚度为150mm，由10～18mm粒径的砾石组成；
填料层厚度为900mm，由4～10mm粒径的生物陶粒滤料组成；
过渡层厚度为200mm，由10～18mm粒径的砾石组成；
排水层厚度为240～300mm，由20～30mm粒径的砾石组成；
穿孔集水管埋设在湿地填料底部的排水层内；
湿地植物为芦苇、茭白、香蒲中的一种或几种。
上述处理系统中，二级垂直潜流人工湿地水力坡度为1％，长宽比为3:1，BOD5负荷60～70g/(m2·d)，水力停留时间3.5～5d；
二级垂直潜流人工湿地包括：池体、湿地填料、穿孔布水管二、穿孔集水管二、曝气组件和湿地植物；其中，池体内填充湿地填料，穿孔布水管二铺设在湿地填料顶面上，湿地填料上种植湿地植物，曝气组件由竖直设置的曝气管和与所述曝气管连接的水平设置的管式微孔曝气器构成，曝气管和管式微孔曝气器均为均匀分布设置的多个，曝气管与外部的空气管连接，管式微孔曝气器和穿孔集水管按从上至下的设置方式埋设在湿地填料底部，穿孔布水管二的进水口伸出到池体外与二级充氧池的出水堰连接，穿孔集水管二的出水口伸出到池体外与出水池连接。
上述处理系统的二级垂直潜流人工湿地中，
穿孔布水管二和穿孔集水管二均采用孔径为10mm，斜下45°角两边分别开孔的穿孔管；
湿地填料由从上至下依次设置的覆盖层、填料层、过渡层和排水层组成，其中，覆盖层厚度为150mm，由10～18mm粒径的砾石组成；
填料层厚度为700mm，由4～10mm粒径的生物陶粒滤料组成；
过渡层厚度为200mm，由10～18mm粒径的砾石组成；
排水层厚度为420～480mm，由20～30mm粒径的砾石组成；
穿孔集水管埋设在湿地填料底部的排水层内；
湿地植物为香蒲、水烛、芦苇、美人蕉中的一种或几种。
上述处理系统中，一、二级充氧池的水力停留时间均为1.5～2h，一级充氧池溶解氧量控制在0.5～1mg/L，二级充氧池溶解氧量控制在1～2mg/L；
二级充氧池结构与一级充氧池相同；一级充氧池包括：池体、曝气装置和调节式出水堰；其中，曝气装置由竖直设置的曝气管和与曝气管连接的水平设置的管式微孔曝气器构成，曝气管和管式微孔曝气器均为均匀分布设置的多个，曝气管与空气管连接，管式微孔曝气器设在池体内底部，调节式出水堰设在池体上部的出水口处。
本发明实施例还提供一种水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理方法，采用上述的处理系统，包括以下步骤：
使所处理的污水分别进入处理系统的并联设置的两组水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地分别进行处理，在每组水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地内污水依次经进水池进入水平潜流人工湿地、一级充氧池、一级垂直潜流人工湿地、二级充氧池、二级垂直潜流人工湿地处理后，经出水池排出，完成污水的处理。
上述处理方法中，在每组水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地内污水处理时，
水平潜流人工湿地水力坡度为1％，长宽比为3:1，BOD5负荷40～50g/(m2·d)，水力停留时间为1～1.5d；
一级充氧池的水力停留时间均为1.5～2h，一级充氧池溶解氧量控制在0.5～1mg/L；
一级垂直潜流人工湿地水力坡度为1％，长宽比为3:1，BOD5负荷50～60g/(m2·d)，水力停留时间2.5～4d，为缺氧状态；
二级充氧池的水力停留时间均为1.5～2h，二级充氧池溶解氧量控制在1～2mg/L，为好氧状态；
二级垂直潜流人工湿地水力坡度为1％，长宽比为3:1，BOD5负荷60～70g/(m2·d)，水力停留时间3.5～5d。
本发明在每组水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地中，对水平潜流人工湿地和两级垂直潜流人工湿地进行组合，同时在两级垂直潜流人工湿地前均设置了充氧池，进行预充氧，并在二级垂直潜流人工湿地中设置曝气装置，通过进水、出水、布配水、集水装置等将系统进行串联，形成完整的AAO脱氮除磷人工湿地系统。上述处理系统中，布水、集水装置均采用穿孔管，且均匀设置，曝气装置采用微孔曝气管，充氧效率高。
下面结合具体实施例对本发明的处理系统及方法作进一步说明。
本发明提出一种水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理系统，具体实施例如附图所示，包括两组并联设置的水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地，每组水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地包括依次连接的进水池、水平潜流人工湿地、一级充氧池、一级垂直潜流人工湿地、二级充氧池、二级垂直潜流人工湿地、出水池。
采用本实施例的处理系统处理规模为200m3/d的村镇污水，原水水质：CODCr＝324.3mg/L、BOD5＝164.5mg/L、SS＝220mg/L、TP＝5.42mg/L、TN＝45.2mg/L、NH3-N＝25.7mg/L。原水经过粗格栅、精细格栅、曝气沉砂池、初沉池后进入本湿地系统。
水平潜流人工湿地的BOD5负荷为40g/(m2·d)，水力停留时间1.5d，湿地填料采用生物陶粒滤料，层高度为1600mm，污水层深度为1500mm，土壤层厚200mm，分区种植菖蒲、水烛。
一级垂直潜流人工湿地的BOD5负荷为55g/(m2·d)，水力停留时间3.5d，湿地排水层厚度为250mm，过渡层厚度为200mm，填料层厚度为900mm，主要为6mm粒径的生物陶粒滤料，覆盖层厚度为150mm，间套种植芦苇、茭白。
二级垂直潜流人工湿地的BOD5负荷为60g/(m2·d)，水力停留时间5d，湿地排水层厚度为420mm，过渡层厚度为200mm，填料层厚度为700mm，主要为6mm粒径的生物陶粒滤料，覆盖层厚度为150mm，间套种植香蒲、美人蕉。
本实施例中系统处理效果(mg/L，％)如表1所示。表1对实施例村镇污水经预处理和水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理工艺处理后，污水中CODCr、BOD5、SS、TP、TN、NH3-N的去除效果。
表1 村镇污水经预处理和水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理工艺处理后的去除效果
通过上表可以看出，采用本发明的处理系统及方法很好的去除了污水中的污染物，保证了处理效果。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理系统，其特征在于，该系统包括：两组相同结构并联设置的水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地；其中，每组水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地由依次连接的进水池、水平潜流人工湿地、一级充氧池、一级垂直潜流人工湿地、二级充氧池、二级垂直潜流人工湿地、空气管和出水池组成，所述进水池设有进水管，所述空气管分别与所述一、二级充氧池和二级垂直潜流人工湿地内的曝气组件连接，所述出水池设有出水管；
所述水平潜流人工湿地水力坡度为1％，长宽比为3:1，BOD5负荷40～50g/(m2·d)，水力停留时间为1～1.5d；
所述一级垂直潜流人工湿地水力坡度为1％，长宽比为3:1，BOD5负荷50～60g/(m2·d)，水力停留时间2.5～4d；
所述二级垂直潜流人工湿地水力坡度为1％，长宽比为3:1，BOD5负荷60～70g/(m2·d)，水力停留时间3.5～5d；
所述一、二级充氧池的水力停留时间均为1.5～2h，所述一级充氧池溶解氧量控制在0.5～1mg/L，所述二级充氧池溶解氧量控制在1～2mg/L；
所述二级充氧池结构与所述一级充氧池相同；所述一级充氧池包括：池体、曝气组件和调节式出水堰；其中，所述曝气组件由竖直设置的曝气管和与所述曝气管连接的水平设置的管式微孔曝气器构成，所述曝气管与所述空气管连接，所述管式微孔曝气器设在池体内底部，所述调节式出水堰设在所述池体上部的出水口处。
2.根据权利要求1所述的水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理系统，其特征在于，
所述水平潜流人工湿地包括：池体、穿孔配水墙、湿地填料、出水收集管和湿地植物；其中，池体的进水端设置穿孔配水墙，池体内填充湿地填料，湿地填料的出水端设置出水收集管，出水收集管的出水口伸出到池体外连接至一级充氧池，所述湿地填料上种植湿地植物。
3.根据权利要求2所述的水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理系统，其特征在于，所述的水平潜流人工湿地的穿孔配水墙的孔径为50mm；出水收集管采用孔径为20mm，斜下45°角两边分别开孔的穿孔管；
所述湿地填料由填料层、填料层的进水端设置的布水层、填料层的出水端设置的排水层以及填料层顶面设置的覆盖层组成；其中，所述布水层为截面呈直角梯形的结构体，排水层为截面呈三角形的结构体，排水层设在填料层的出水端的底角处；所述布水层及排水层均由粒径为60～80mm的卵石或砾石组成；所述填料层高度为1600mm，由4mm～10mm的生物陶粒滤料组成；覆盖层为200mm的土壤；所述湿地植物为菖蒲、千屈菜、水烛、宽叶香蒲中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理系统，其特征在于，
所述一级垂直潜流人工湿地包括：池体、湿地填料、穿孔布水管一、穿孔集水管一和湿地植物；其中，所述池体内填充湿地填料，穿孔布水管一铺设在所述湿地填料顶面上，所述湿地填料上种植湿地植物，穿孔集水管一埋设在所述湿地填料底部，所述穿孔布水管一的进水口伸出到所述池体外与所述一级充氧池的出水堰连接，所述穿孔集水管一的出水口伸出到所述池体外与所述二级充氧池连接。
5.根据权利要求4所述的水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理系统，其特征在于，所述一级垂直潜流人工湿地中，
所述穿孔布水管一和所述穿孔集水管一均采用孔径为10mm，斜下45°角两边分别开孔的穿孔管；
所述湿地填料由从上至下依次设置的覆盖层、填料层、过渡层和排水层组成，其中，所述覆盖层厚度为150mm，由10～18mm粒径的砾石组成；
所述填料层厚度为900mm，由4～10mm粒径的生物陶粒滤料组成；
所述过渡层厚度为200mm，由10～18mm粒径的砾石组成；
所述排水层厚度为240～300mm，由20～30mm粒径的砾石组成；
所述穿孔集水管埋设在所述湿地填料底部的排水层内；
所述湿地植物为芦苇、茭白、香蒲中的一种或几种。
6.根据权利要求1、4或5所述的水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理系统，其特征在于，
所述二级垂直潜流人工湿地包括：池体、湿地填料、穿孔布水管二、穿孔集水管二、曝气组件和湿地植物；其中，所述池体内填充湿地填料，穿孔布水管二铺设在所述湿地填料顶面上，所述湿地填料上种植湿地植物，曝气组件由竖直设置的曝气管和与所述曝气管连接的水平设置的管式微孔曝气器构成，所述曝气管与外部的所述空气管连接，所述管式微孔曝气器和穿孔集水管按从上至下的设置方式埋设在所述湿地填料底部，所述穿孔布水管二的进水口伸出到池体外与所述二级充氧池的出水堰连接，所述穿孔集水管二的出水口伸出到池体外与所述出水池连接。
7.根据权利要求6所述的水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理系统，其特征在于，所述二级垂直潜流人工湿地中，
所述穿孔布水管二和所述穿孔集水管二均采用孔径为10mm，斜下45°角两边分别开孔的穿孔管；
所述湿地填料由从上至下依次设置的覆盖层、填料层、过渡层和排水层组成，其中，所述覆盖层厚度为150mm，由10～18mm粒径的砾石组成；
所述填料层厚度为700mm，由4～10mm粒径的生物陶粒滤料组成；
所述过渡层厚度为200mm，由10～18mm粒径的砾石组成；
所述排水层厚度为420～480mm，由20～30mm粒径的砾石组成；
所述穿孔集水管埋设在所述湿地填料底部的排水层内；
所述湿地植物为香蒲、水烛、芦苇、美人蕉中的一种或几种。
8.一种水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地污水处理方法，其特征在于，采用权利要求1至7任一项所述的处理系统，包括以下步骤：
使所处理的污水分别进入所述处理系统的并联设置的两组水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地分别进行处理，在每组水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地内污水依次经进水池进入水平潜流人工湿地、一级充氧池、一级垂直潜流人工湿地、二级充氧池、二级垂直潜流人工湿地处理后，经出水池排出，完成污水的处理；
所述在每组水平潜流-两级充氧垂直潜流人工湿地内污水处理时，
所述水平潜流人工湿地水力坡度为1％，长宽比为3:1，BOD5负荷40～50g/(m2·d)，水力停留时间为1～1.5d；
所述一级充氧池的水力停留时间均为1.5～2h，所述一级充氧池溶解氧量控制在0.5～1mg/L；
所述一级垂直潜流人工湿地水力坡度为1％，长宽比为3:1，BOD5负荷50～60g/(m2·d)，水力停留时间2.5～4d，为缺氧状态；
所述二级充氧池的水力停留时间均为1.5～2h，所述二级充氧池溶解氧量控制在1～2mg/L，为好氧状态；
所述二级垂直潜流人工湿地水力坡度为1％，长宽比为3:1，BOD5负荷60～70g/(m2·d)，水力停留时间3.5～5d。
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