CN105906156A - 一种强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统，该系统包括该系统包括带有筛网的沉淀池、前集水缓冲池、垂直流人工湿地系统、平流人工湿地系统、后集水缓冲池，污水经筛网去除污水中的水藻及悬浮污染物，然后在沉淀池内完成初次沉淀，通过溢流堰进入前集水缓冲池中，之后经进水口进入垂直流人工湿地系统中，通过微曝气装置向垂直流人工湿地系统中提供充足的氧，经过微生物、植物、基质吸附作用后，进入平流人工湿地系统中，经平流人工湿地系统处理后，排入后集水缓冲池中，经出水管排出系统。本发明能够强化脱氮除磷效果，有效地去除污水中的悬浮颗粒、有机污染物以及重金属离子等污染物质。

Description

一种强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统
技术领域
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及一种强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统。
背景技术
潜流人工湿地可分为垂直流人工湿地和平流人工湿地两种，水力负荷大和污染负荷大，对BOD、COD、SS、重金属等污染指标的去除效果好，且很少有恶臭和滋生蚊蝇现象，可用于处理氨氮含量较高的污水，但是传统潜流人工湿地脱氮除磷效率往往不高，且填料层容易堵塞。
人工湿地脱氮主要机理是微生物的硝化和反硝化作用，传统潜流人工湿地溶解氧含量不高，反硝化作用缺乏碳源，导致硝化反应、反硝化反应效率较低，氮的去除率较低。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统，能够有效地去除污水中的悬浮颗粒、有机污染物以及重金属离子等污染物质。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统，该系统包括沉淀池、前集水缓冲池、垂直流人工湿地系统、平流人工湿地系统、后集水缓冲池，在所述沉淀池的进水端设有筛网，所述沉淀池与前集水缓冲池之间设有溢流堰，在垂直流人工湿地系统上分布有水生植物层，所述垂直流人工湿地系统的迎水面的下部设有进水口、垂直流人工湿地系统的背水面的上部设有出水管，所述进水口位于前集水缓冲池和垂直流人工湿地系统之间，所述出水管位于垂直流人工湿地系统和平流人工湿地系统之间，所述后集水缓冲池的底部设有出水管；污水经筛网去除污水中的水藻及悬浮污染物，然后在沉淀池内完成初次沉淀，通过溢流堰进入前集水缓冲池中，之后经进水口进入垂直流人工湿地系统中，通过微曝气装置向垂直流人工湿地系统中提供充足的氧，经过微生物、植物、基质吸附作用后，进入平流人工湿地系统中，经平流人工湿地系统处理后，排入后集水缓冲池中，经出水管排出系统。
所述平流人工湿地系统包括多个相同的平流人工湿地单元，所述平流人工湿地单元依次串联分布，所述相邻平流人工湿地单元高程按照系统水流的方向依次递减呈阶梯分布，所述每个平流人工湿地单元的进水端均设有布水器，布水器的设置使进水均匀，且为反硝化反应提供碳源。布水器，确保每个单元进水分布均匀，布水器应比湿地床高出500mm，布水器的进水时间受微电脑即时控制器控制。
所述沉淀池、前集水缓冲池、垂直流人工湿地系统、平流人工湿地系统、后集水缓冲池均为钢砼结构。
所述垂直流人工湿地系统和平流人工湿地系统中的基质层均是从下至上分为五层，由上至下分别是大砾石层、小砾石层、沸石和活性氧化铝混合层、粗砂石层和生态土壤层。在好氧条件下除磷菌会过量摄取磷，在厌氧条件下，除磷菌释磷，在沸石和活性氧化铝层中，活性氧化铝含量越高，其固定形成的磷酸铝盐数量越多，基质净化磷的能力越强。
所述垂直流人工湿地系统中沸石和活性氧化铝的混合比例为8：2；平流人工湿地系统中沸石和活性氧化铝的混合比例为2：8。
所述大砾石层的粒径为30~45mm、厚度为10cm，小砾石层的粒径为8~16mm、厚度为20cm，沸石和活性氧化铝混合层的粒径为8~10mm、厚度为20~30cm，粗砂石层的粒径为3~5mm、厚度为20~30cm，生态土壤层的厚度为15~20cm。
所述生态土壤层上分布有水生植物层，所述水生植物层中包括的水生植物为芦苇、香蒲、美人蕉、茭草、茭白、灯心草、菖蒲、苔草、藤草中的一种或多种，通过设计使其形成一定的植物群落，具有一定的生态美学价值。水生植物的作用有：去除污染物、维持人工湿地环境、生态美学价值、经济价值、传输氧气，植物通过吸收、吸附和富集等作用消除水体中的污染物，主要是植物根系能从污水中吸收营养物质并加以利用、吸附和富集重金属和一些有毒有害物质；另一方面是植物根系释放到土壤中的酶等物质可直接降解污染物，且降解速度非常快。植物在人工湿地系统中起固定床体表面、提供良好过滤条件、防止湿地被淤泥淤塞、为微生物提供良好根区环境等作用。植物通过吸收同化作用，能直接从污水中吸收可利用的营养物质，如水体中的氮和磷等。
所述微曝气装置安装在大砾石层中，为硝化反应提供充足的氧。
所述垂直流人工湿地系统、平流人工湿地系统、后集水缓冲池中均安装有对基质层进行反冲洗的反冲洗装置，定期对基质层进行反冲洗。
所述微曝气装置、布水器和反冲洗装置均由微电脑即时控制装置控制，微曝气装置包括设置在大砾石层中铺设的曝气管道，所述的曝气管道平行铺设于垂直流人工湿地系统底部，通过微电脑即时控制装置设定曝气时间，通过设置微电脑即时控制装置的一个周期的运行时间，包括进水时间、曝气时间、反冲洗时间（反冲洗时进水和曝气过程均停止），在设定好的时间内，连接的电源才会供电，并进行相应的反应，实现整个湿地处理系统的自动运行。
本发明垂直流人工湿地系统，底部进行防渗处理，防止污染地下水，基质是植物的载体，是微生物生长介质，它将湿地中发生的所有处理过程连成一个整体，通过沉淀、过滤和吸附等作用去除污染物。
本发明湿地处理系统每运行一段时间后，对基质层进行一次反冲洗，反冲洗时，关闭进水布水器和微曝气装置，由后集水缓冲池中的水，反向喷向基质层，使基质层膨松，上面覆盖的污染物冲洗掉，湿地恢复处理功能。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
①当污水依次通过沉淀池、前集水缓冲池、垂直流人工湿地处理系统、平流人工湿地处理系统和后集水缓冲池后通过沉淀、吸附、拦截、微生物降解，能够有效地去除污水中的悬浮颗粒、有机污染物以及重金属离子等污染物；②采用微曝气装置向垂直流人工湿地系统间歇曝气，有效提高硝化反应速率，将有机氮转化为硝态氮，为脱氮做好充分准备；③平流人工湿地系统，通过在每个进水口设置布水器，使湿地系统进水均匀，并补充了反硝化反应所需的碳源，强化了脱氮的效果；④组合式人工湿地，基质填料层使用了活性氧化铝，强化了除磷效率；反冲洗装置对组合式人工湿地系统定期进行反冲洗，可有效减轻基质的堵塞状况；⑤本装置净化水质，保护生态环境，投资成本小，维护管理方便，改善区域环境气候，形成一定的景观。
本发明由微电脑即时控制曝气时间，实现间歇曝气。本发明平流人工湿地由多个相同的单元组成，每个单元高程依次递减。分别在每个单元进水处设置布水器，实现进水均匀，并为反硝化过程提供碳源。布水器同样由微电脑即时控制进水时间，当湿地床填料堵塞时，或湿地系统出水水质较差时，由微电电脑即时控制器联接反冲洗装置，实现湿地床填料的反冲洗，提高整个装置的效率。本发明通过曝气装置、布水器、投加活性氧化铝等强化了硝化作用、反硝化作用，能够强化脱氮除磷效果，有效地去除污水中的悬浮颗粒、有机污染物以及重金属离子等污染物质。
附图说明
图1为本发明立面布置的示意图。
附图标记：
1-筛网；2-沉淀池；3-前集水缓冲池；4-垂直流人工湿地系统；5-水生植物层；6-溢流堰；7-平流人工湿地系统；8-后集水缓冲池；9-曝气管；10-布水器；11-进水口；12-出水管；13-出水管；14-大砾石层；15-小砾石层；16-沸石和活性氧化铝混合层；17-粗砂石层；18-生态土壤层；19-反冲洗装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案进行说明：
实施例 1
如图1所示，本实施例强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统，该系统包括沉淀池2、前集水缓冲池3、垂直流人工湿地系统4、平流人工湿地系统7、后集水缓冲池8，在所述沉淀池2的进水端设有筛网1，所述沉淀池2与前集水缓冲池3之间设有溢流堰6，在垂直流人工湿地系统4上分布有水生植物层5，所述垂直流人工湿地系统4的迎水面的下部设有进水口11、垂直流人工湿地系统4的背水面的上部设有出水管12，所述进水口11位于前集水缓冲池3和垂直流人工湿地系统4之间，所述出水管12位于垂直流人工湿地系统4和平流人工湿地系统7之间，所述后集水缓冲池8的底部设有出水管13；污水经筛网1去除污水中的水藻及悬浮污染物，然后在沉淀池2内完成初次沉淀，通过溢流堰6进入前集水缓冲池3中，之后经进水口11进入垂直流人工湿地系统4中，微曝气装置安装在大砾石层中，通过微曝气装置的曝气管9向垂直流人工湿地系统4中提供充足的氧，经过微生物、植物、基质吸附作用后，进入平流人工湿地系统7中，经平流人工湿地系统7处理后，排入后集水缓冲池8中，经出水管13排出系统。
作为优选，本实施例平流人工湿地系统7包括两个相同的平流人工湿地单元，该两个平流人工湿地单元依次串联分布，相邻平流人工湿地单元高程按照系统水流的方向依次递减呈阶梯分布，为了增加布水的均匀性，在每个平流人工湿地单元的进水端均设有布水器10。
作为进一步优选，本实施例沉淀池、前集水缓冲池、垂直流人工湿地系统、平流人工湿地系统、后集水缓冲池均为钢砼结构。
作为更进一步优选，本实施例垂直流人工湿地系统和平流人工湿地系统中的基质层均是从下至上分为五层，由上至下分别是大砾石层14、小砾石层15、沸石和活性氧化铝混合层16、粗砂石层17和生态土壤层18，所述垂直流人工湿地系统中沸石和活性氧化铝的混合比例为8：2；平流人工湿地系统中沸石和活性氧化铝的混合比例为2：8，其中，大砾石层的粒径为30mm、厚度为10cm，小砾石层的粒径为8mm、厚度为20cm，沸石和活性氧化铝混合层的粒径为8mm、厚度为20cm，粗砂石层的粒径为3mm、厚度为20cm，生态土壤层的厚度为15cm；所述生态土壤层上分布有水生植物层，水生植物层中包括的水生植物为芦苇、香蒲、美人蕉、茭草、茭白、灯心草、菖蒲、苔草、藤草中的一种或多种。
作为更进一步优选，本实施例在垂直流人工湿地系统、平流人工湿地系统、后集水缓冲池中均安装有对基质层进行反冲洗的反冲洗装置19。
本实施例中微曝气装置、布水器和反冲洗装置均由微电脑即时控制装置控制，微曝气装置包括设置在大砾石层中铺设的曝气管道，所述的曝气管道平行铺设于垂直流人工湿地系统底部，通过微电脑即时控制装置设定曝气时间，通过设置微电脑即时控制装置的一个周期的运行时间，包括进水时间、曝气时间、反冲洗时间（反冲洗时进水和曝气过程均停止），在设定好的时间内，连接的电源才会供电，并进行相应的反应，实现整个湿地处理系统的自动运行。
本实施例总氮、总磷去除率范围分别为63%~78%和56%~67%，COD去除率为55%~65%。
实施例 2
如图1所示，本实施例强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统，该系统包括沉淀池2、前集水缓冲池3、垂直流人工湿地系统4、平流人工湿地系统7、后集水缓冲池8，在所述沉淀池2的进水端设有筛网1，所述沉淀池2与前集水缓冲池3之间设有溢流堰6，在垂直流人工湿地系统4上分布有水生植物层5，所述垂直流人工湿地系统4的迎水面的下部设有进水口11、垂直流人工湿地系统4的背水面的上部设有出水管12，所述进水口11位于前集水缓冲池3和垂直流人工湿地系统4之间，所述出水管12位于垂直流人工湿地系统4和平流人工湿地系统7之间，所述后集水缓冲池8的底部设有出水管13；污水经筛网1去除污水中的水藻及悬浮污染物，然后在沉淀池2内完成初次沉淀，将污水中的悬浮物沉淀到池底，以减轻后续处理构筑物的负荷，然后通过溢流堰6进入前集水缓冲池3中，可以缓解水力负荷变化过大，有助于后续处理工艺的稳定运行，之后经进水口11进入垂直流人工湿地系统4中，微曝气装置安装在大砾石层中，通过微曝气装置的曝气管9向垂直流人工湿地系统4中提供充足的氧，经过微生物、植物、基质吸附作用后，进入平流人工湿地系统7中，经平流人工湿地系统7处理后，排入后集水缓冲池8中，经出水管13排出系统。
污水中的固体颗粒与基质颗粒之间会发生作用，水流中的固体颗粒直接碰到基质颗粒表面被拦截，水中颗粒迁移到基质颗粒表面时，在范德华力和静电力作用下以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用下，被粘附与基质颗粒上，也可能因为存在絮凝颗粒的架桥作用而被吸附，此外，由于湿地床体长时间处于浸水状态，床体很多区域内基质形成土壤胶体，土壤胶体本身具有极大的吸附性能，也能够截留和吸附进水中的悬浮颗粒。物理过滤和吸附作用是湿地系统对污水中的污染物进行拦截从而达到净化污水的目的的重要途径之一。
本实施例中人工湿地由垂直流人工湿地和多级串联平流人工湿地系统组成，其中，垂直流人工湿地处理系统，具有较高的氧传递能力，系统的硝化能力有了很大的提高，而反硝化能力不足，从而影响了系统的脱氮的效能在垂直流人工湿地完成氨氮的硝化，平流人工湿地系统完成反硝化，明显提高了系统的脱氮效果。污水中大部分易降解有机物在垂直流人工湿地被降解，导致平流人工湿地进水有机物含量低，导致碳源含量不足，从而削弱了平流人工湿地的反硝化能力，导致系统出水氨氮偏高，平流人工湿地系统中，通过在每个进水口设置布水器，使湿地系统进水均匀，并补充了反硝化反应所需的碳源，强化了脱氮的效果。
作为优选，本实施例平流人工湿地系统7包括两个相同的平流人工湿地单元，该两个平流人工湿地单元依次串联分布，相邻平流人工湿地单元高程按照系统水流的方向依次递减呈阶梯分布，为了增加布水的均匀性，在每个平流人工湿地单元的进水端均设有布水器10。
作为进一步优选，本实施例沉淀池、前集水缓冲池、垂直流人工湿地系统、平流人工湿地系统、后集水缓冲池均为钢砼结构。
作为更进一步优选，本实施例垂直流人工湿地系统和平流人工湿地系统中的基质层均是从下至上分为五层，由上至下分别是大砾石层14、小砾石层15、沸石和活性氧化铝混合层16、粗砂石层17和生态土壤层18，所述垂直流人工湿地系统中沸石和活性氧化铝的混合比例为8：2；平流人工湿地系统中沸石和活性氧化铝的混合比例为2：8，其中，大砾石层的粒径为45mm、厚度为10cm，小砾石层的粒径为16mm、厚度为20cm，沸石和活性氧化铝混合层的粒径为10mm、厚度为30cm，粗砂石层的粒径为5mm、厚度为30cm，生态土壤层的厚度为20cm；所述生态土壤层上分布有水生植物层，水生植物层中包括的水生植物为芦苇、香蒲、美人蕉、茭草、茭白、灯心草、菖蒲、苔草、藤草中的一种或多种。植物的根系能吸附和富集重金属和有毒有害物质。植物的根茎叶都有吸收富集重金属的作用，其中根部的吸收能力最强。根系密集发达交织在一起的植物亦能对固体颗粒起到拦截吸附作用。再次，植物为微生物的吸附生长提供了更大的表面积。植物的根系是微生物重要的栖息、附着和繁殖的场所。相关文献表明，植物根际的微生物数量比非根际微生物数量多得多，而微生物能起到重要的降解水中污染物的作用。最后，植物还能够为水体输送氧气，增加水体的活性。
作为更进一步优选，本实施例在垂直流人工湿地系统、平流人工湿地系统、后集水缓冲池中均安装有对基质层进行反冲洗的反冲洗装置19。
本实施例微曝气装置、布水器和反冲洗装置均由微电脑即时控制装置控制，微曝气装置包括设置在大砾石层中铺设的曝气管道，所述的曝气管道平行铺设于垂直流人工湿地系统底部，通过微电脑即时控制装置设定曝气时间，通过设置微电脑即时控制装置的一个周期的运行时间，包括进水时间、曝气时间、反冲洗时间（反冲洗时进水和曝气过程均停止），在设定好的时间内，连接的电源才会供电，并进行相应的反应，实现整个湿地处理系统的自动运行。
本实施例总氮、总磷去除率范围分别为55%~70%和40%~45%，COD去除率为45%~60%。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所述的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在保护范围内。

Claims (10)

1.一种强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统，其特征在于：该系统包括沉淀池（2）、前集水缓冲池（3）、垂直流人工湿地系统（4）、平流人工湿地系统（7）、后集水缓冲池（8），在所述沉淀池（2）的进水端设有筛网（1），所述沉淀池（2）与前集水缓冲池（3）之间设有溢流堰（6），在垂直流人工湿地系统（4）上分布有水生植物层（5），所述垂直流人工湿地系统（4）的迎水面的下部设有进水口（11）、垂直流人工湿地系统（4）的背水面的上部设有出水管（12），所述进水口（11）位于前集水缓冲池（3）和垂直流人工湿地系统（4）之间，所述出水管（12）位于垂直流人工湿地系统（4）和平流人工湿地系统（7）之间，所述后集水缓冲池（8）的底部设有出水管（13）；污水经筛网（1）去除污水中的水藻及悬浮污染物，然后在沉淀池（2）内完成初次沉淀，通过溢流堰（6）进入前集水缓冲池（3）中，之后经进水口（11）进入垂直流人工湿地系统（4）中，通过微曝气装置向垂直流人工湿地系统（4）中提供充足的氧，经过微生物、植物、基质吸附作用后，进入平流人工湿地系统（7）中，经平流人工湿地系统（7）处理后，排入后集水缓冲池（8）中，经出水管（13）排出系统。
2.根据权利要求1所述的强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统，其特征在于，所述平流人工湿地系统（7）包括多个相同的平流人工湿地单元，所述平流人工湿地单元依次串联分布，所述相邻平流人工湿地单元高程按照系统水流的方向依次递减呈阶梯分布；所述每个平流人工湿地单元的进水端均设有布水器（10）。
3. 根据权利要求1所述的强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统，其特征在于，所述沉淀池、前集水缓冲池、垂直流人工湿地系统、平流人工湿地系统、后集水缓冲池均为钢砼结构。
4. 根据权利要求1所述的强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统，其特征在于，所述垂直流人工湿地系统和平流人工湿地系统中的基质层均是从下至上分为五层，由上至下分别是大砾石层（14）、小砾石层（15）、沸石和活性氧化铝混合层（16）、粗砂石层（17）和生态土壤层（18）。
5. 根据权利要求4所述的强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统，其特征在于，所述垂直流人工湿地系统中沸石和活性氧化铝的混合比例为8：2；平流人工湿地系统中沸石和活性氧化铝的混合比例为2：8。
6. 根据权利要求4所述的强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统，其特征在于，所述大砾石层的粒径为30~45mm、厚度为10cm，小砾石层的粒径为8~16mm、厚度为20cm，沸石和活性氧化铝混合层的粒径为8~10mm、厚度为20~30cm，粗砂石层的粒径为3~5mm、厚度为20~30cm，生态土壤层的厚度为15~20cm。
7. 根据权利要求6所述的强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统，其特征在于，所述生态土壤层上分布有水生植物层，所述水生植物层中包括的水生植物为芦苇、香蒲、美人蕉、茭草、茭白、灯心草、菖蒲、苔草、藤草中的一种或多种。
8. 根据权利要求1所述的强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统，其特征在于，所述微曝气装置安装在大砾石层中。
9. 根据权利要求1所述的强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统，其特征在于，所述垂直流人工湿地系统、平流人工湿地系统、后集水缓冲池中均安装有对基质层进行反冲洗的反冲洗装置（19）。
10. 根据权利要求1所述的强化脱氮除磷组合式人工潜流湿地处理系统，其特征在于，所述微曝气装置、布水器和反冲洗装置均由微电脑即时控制装置控制，通过设置微电脑即时控制装置的一个周期的运行时间，包括进水时间、曝气时间、反冲洗时间，在设定好的时间内，连接的电源供电，并进行相应的反应，实现整个湿地处理系统的自动运行。
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