CN106007181A - 一种潮汐混合流人工湿地系统及污水处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种潮汐混合流人工湿地系统及其污水处理方法，所述人工湿地系统包括湿地池和循环过滤系统，湿地池包括填料床体、填料床体中的微生物以及上方的水生植物；填料床体包括潜流生物接触层和其上方的基质层，潜流生物接触层和基质层之间设有分隔网，所述循环过滤系统包括循环过滤泵、进水管、出水管和电磁控制设备。污水处理的厌氧以及好氧过程通过过滤泵在池一和池二内交替进行,形成潮汐流，水在循环系统内循环时，基质层3过滤污水颗粒，污水颗粒物聚集，生物膜吸附颗粒物形成颗粒物团块,团块和聚磷菌等形成的大颗粒经过滤系统过滤后排出，同时被分解为可溶性成分的污染物则通过生物膜和水生植物根系去除，具有良好的脱氮除磷效果。

Description

一种潮汐混合流人工湿地系统及污水处理方法
技术领域
本发明涉及生物生态工程领域，尤其涉及人工湿地和水溶液相变分离系统前处理，具体涉及一种潮汐混合流人工湿地系统及污水处理方法。
背景技术
人工湿地是一种通过人工设计、改造而成的半生态型污水处理系统，主要由(各种透水性)土壤基质、(在饱和水和厌氧基质中生长的)植物和微生物(好氧或厌氧等微生物种群)三部分组成。目前人工湿地按水流特征，可分为表面流\潜流\垂直流人工湿地，其中表面流人工湿地建造费用较省，但占地面积大于潜流和垂直流人工湿地，且冬季表面易结冰，夏季易繁殖蚊虫，并有臭味。潜流型湿地的优点在于其充分利用了湿地的空间，发挥了系统间的协同作用，且卫生条件好，但建设费用较高。垂直流人工湿地因其具有占地面积较其它形式湿地小、处理效率高、整个系统可以完全建在地下等优点，被广泛使用。在垂直流人工湿地中，污水自表层向下(或自下层向上)垂直渗滤，在向下流(或向上流)的过程中依次经过不同的介质层，达到净化的目的。
但现有的潜流\垂直流人工湿地经实践证明仍存在以下缺点: 1)现有人工湿地技术对总氮\氨氮\磷的去除能力有限，出水中氮磷不稳定、易超标；2)管道易堵塞。
发明内容
本发明的目的在于提供一种潮汐混合流人工湿地系统及污水处理方法，所述污水处理方法是一种强化脱氮和强化除磷功能的污水处理工艺，特别是为水溶液相变分离系统提供前处理的工艺。
本发明的污水处理过程中，生物处理技术采用生物接触法等工艺，去除大部分有机物和部分氮磷；采用人工湿地，利用土壤和植物去除氮磷。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种潮汐混合流人工湿地系统，其包括湿地池和循环过滤系统，所述湿地池包括填料床体、填料床体中的微生物以及填料床体上方的水生植物；所述填料床体包括潜流生物接触层和其上方的基质层，所述潜流生物接触层和基质层之间设有分隔网。
所述基质层从上往下依次包括基质层1和基质层2，所述潜流生物接触层从上往下依次包括基质层3和基质层4，4个基质层的材料粒径从上往下依次增大。
所述湿地池至少包括池一和池二两个池体，所述循环过滤系统包括循环过滤泵、进水管、出水管和电磁控制设备，所述进水管和出水管设在池一和池二内，所述电磁控制设备设在进水管和出水管上，所述出水管上设有稳压装置，所述循环过滤泵的出口端与池一的进水管、池二的进水管均连接，循环过滤泵的进口端与池一的出水管、池二的出水管均连接；其中，池一或池二的进水管还连接污水进水管；所述池一设有通向池一底部的通气管，所述池二设有通向池二底部的通气管。
进一步，所述进水管设在基质层3上，出水管设在基质层4底部，且交错排列。
所述基质层1的材料为土壤，基质层2的材料为小粒径材料,如大颗粒砂，，基质层3的材料为适于长期侵入污水环境的弹性填料、软性填料、轻质多孔填料或陶粒滤料，基质层4的材料为大粒径材料，如碎石。
所述分隔网(如:土工网)设在在基质层3顶部，分隔网上水流为垂直流，分隔网下为混合流，池一和池二之间水流交替形成潮汐流。网将生物滤池和生态滤池分隔和连通，生物滤池为横向人工填料形成的微生物滤池系统,生态滤池为纵向水生植物形成的微型生态系统。
所述湿地池的池子个数为2的倍数，且运行水流互为反冲洗系统。
本发明还提供了潮汐混合流人工湿地系统的污水处理方法，污水处理的厌氧以及好氧过程通过过滤泵在池一和池二内交替进行,形成潮汐流，最后实现达标排放，污水经过滤系统送进池一后，按以下方法处理：
1）池一进水：污水通过池一的基质层3上的进水管送到池一内,当池一中的污水水压达到0.1-30米H2O柱时,停止送水，池一内的水在水压作用下，向湿地表面流动；
2）池一抽滤：循环过滤泵将池一内的水通过池一基质层4底部的出水管抽出，然后通过池一基质层3上的进水管再送入池一内，形成内系统循环；
3）池一水处理：池一的水在循环过滤系统内循环时，池一基质层3过滤污水颗粒，污水颗粒物聚集，生物膜吸附颗粒物，形成颗粒物团块, 团块和聚磷菌等形成的大颗粒经过滤系统过滤后排出，同时被分解为可溶性成分的污染物，则通过生物膜和水生植物根系去除；
4）池一的水停止循环，静置；
5）池一的水抽送至池二：循环过滤泵将池一中的水抽送至池二，由于池一内水位下降形成负压，池一通气管进气曝氧，池一在负压作用下生物膜吸附的颗粒物团块脱落,池二进水曝氧排出池内的空气,所述进水是指池一的水抽送至池二，池二同时利用进水反冲清洗池二,同时，池二内的空气通过池二的通气管排出；池一水在重力作用下，从湿地表面向内部流动，清洗基质层1和基质层2内的污染物团块，使其与基质脱离，掉落到基质层3和基质层4；。
6）池二抽滤：循环过滤泵将池二内的水通过池二基质层4底部的出水管抽出，然后通过池二基质层3上的进水管再送入池二内，形成内系统循环；
7）池二水处理：池二的水在循环过滤系统内循环时，池二基质层3过滤污水颗粒，污水颗粒物聚集，生物膜吸附颗粒物，形成颗粒物团块, 团块和聚磷菌等形成的大颗粒经过滤系统过滤后排出，同时被分解为可溶性成分的污染物，则通过生物膜和水生植物根系去除；
8）池二的水停止循环，静置；
9）池二的水抽送至池一：循环过滤泵将池二中的水抽送至池一，由于池二内水位下降形成负压，池二通气管进气曝氧，池二在负压作用下生物膜吸附的颗粒物团块脱落,池一进水曝氧排出池内的空气,所述进水是指池二的水抽送至池一，池一同时利用进水反冲清洗池一,同时，池一内的空气通过池一的通气管排出；池二水在重力作用下，从湿地表面向内部流动，清洗基质层1和基质层2内的污染物团块，使其与基质脱离，掉落到基质层3和基质层4；
10）重复步骤2）-9），水在池一与池二之间循环处理，直至水处理达标后，排放出去。
本发明,池一（二）内污水充满时,在内压作用下从下而上的过滤污水,经池一（二）表面流曝氧部分流至池二（一）,池一表面的污水从上往下渗透反冲过滤。
进一步，所述步骤1）的污水进入池一或池二前，污水要经过预处理单元处理，所述步骤1）的污水经预处理单元处理后，进入池一或池二前通过调节池进行浓度调整。
所述池一和池二内形成的的颗粒物团块（污泥等），一部分直接排出系统，一部分送至人工湿地池内继续参与污水处理过程。
本发明采用以上技术方案，在生物生态池体中填充填料，污水浸没全部填料， 氧气、污水和填料三相接触过程中，通过生态池缺氧和好氧交替运行,潮汐循环\潜流\垂直流\表面流的综合工艺流程,用过滤泵\填料及其上附着生长的生物膜与水生植物一起去除污水中的悬浮物、有机物、氨氮、总氮磷等污染物,是一种过滤与缺氧\好氧生物综合处理技术。
1)利用人工填料形成的生物膜和水生植物形成的微型生态系统来进行污水净化。
2)生物脱氮磷工艺—采用单一生态池缺氧和好氧交替运行,潜流\垂直流\表面流组合工艺流程，可有效去除废水中的有机物和氨氮，使出水 CODcr、BOD5、SS 和NH4+-N \TN与TP等达标。
3)生物滤池中，颗粒物的过滤主要由填料完成，可溶性污染物则通过生物膜和水生植物根系去除。生态滤池的植物以挺水植物为主，本质上是一个微型人工湿地系统，属于生态工程措施。生态滤池与环境工程处理合二为一，经过生物处理后的水在池内通过内循环进行深度处理。生态滤池进水与循环水经过滤泵过滤处理，在去除较大的颗粒物同时,通过水流冲力清洗过滤层避免填料层堵塞。
4)污水进入生物滤池前，经过预处理降低浓度，以防堵塞滤料。内循环时生物滤池滤料上的生物膜不断脱落更新，聚磷菌随循环处理水流出，经过滤泵过滤悬浮及颗粒物。
5)在生物生态污水处理池中，P的释放通常是在厌氧条件下发生，而P的去除则通常在好氧条件下发生。
6)生物池采用两套并行的湿地系统，缺氧\好氧轮换使其落干期为进水期的两倍以使系统得到充分的休息;布设通气管，为系统下层基质输送空气，改善人工湿地脱氮能力的外部充氧措施(人工湿地前端曝气处理)。
7)厌氧-好氧联合处理，既克服了好氧处理能耗大与土地面积紧缺的不足，又克服了厌氧处理达不到要求的缺陷，具有投资少、运行费用低、净化效果好、能源环境综合效益高等优点。
本发明采用以上技术方案，人工湿地池为双池，厌氧、缺氧以及好氧过程可交替进行，具备理想的推流过程，生化反应推动力大，具有以下显著的优点：1、具有良好的脱氮除磷效果，通过控制运行方式，可以实现厌氧、缺氧以及好氧过程的交替进行； 2、运行灵活，可根据水质、水量对工艺过程的各工序进行调整；3、泥水在理想的静止状态下分离沉淀，分离过程时间短、效果好； 4、操作和维护管理方便，处理使用设备少且简单；5、应用工程手段改善系统供氧状况，提高系统布水均匀性，强化污水处理效果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：
图1为本发明人工湿地系统的示意图之一；
图2为本发明人工湿地系统的示意图之二；
图3为本发明人工湿地系统的污水处理流程示意图。
具体实施方式
如图1至3之一所示，本发明的潮汐混合流人工湿地系统，包括湿地池和循环过滤系统，所述湿地池包括填料床体、填料床体中的微生物以及填料床体上方的水生植物；所述填料床体包括潜流生物接触层和其上方的基质层，所述潜流生物接触层和基质层之间设有分隔网。
所述基质层从上往下依次包括基质层1和基质层2，所述潜流生物接触层从上往下依次包括基质层3和基质层4，4个基质层的材料粒径从上往下依次增大。
如图2所示，本实施例的湿地池包括池一和池二两个池体，循环过滤系统包括循环过滤泵、进水管、出水管和电磁控制设备，所述进水管和出水管设在池一和池二内，所述电磁控制设备设在进水管和出水管上；出水管上设有稳压装置。所述循环过滤泵的出口端与池一的进水管、池二的进水管均连接，循环过滤泵的进口端与池一的出水管、池二的出水管均连接；其中，池一或池二的进水管还连接污水进水管；所述池一设有通向池一底部的通气管，所述池二设有通向池二底部的通气管。
本发明的潮汐混合流人工湿地系统的污水处理方法，污水处理的厌氧以及好氧过程通过过滤泵在池一和池二内交替进行,形成潮汐流，最后实现达标排放，包括以下步骤：
一、污水预处理单元：是一种利用沉淀和厌氧微生物发酵的原理，以去除粪便污水或其他生活污水中悬浮物、有机物和病原微生物为主要目的的污水初级处理设施。
经过预处理单元后的污水，一般对 CODcr、BOD5、SS 等常规性指标有较好的降解，可以高达约 50%的处理效果，但对氮、磷等指标处理效果甚微。
二、调节池:对进入厌氧\好氧循环生物池（本实施例指池一和池二）前的处理水进行浓度调整, 当进 水 水 质 很 差 时（如BOD5>200mg/L 时），开启回流泵，将处理水回流，稀释原水，降低 BOD5负荷。
三、厌氧\好氧循环处理池（人工湿地池，即本实施例的池一和池二）：
1）池一进水：污水通过池一的基质层3上的进水管送到池一内,当池一中的污水水压达到1-30米H2O柱时,停止送水，池一内的水在水压作用下，向湿地表面流动；
2）池一抽滤：循环过滤泵将池一内的水通过池一基质层4底部的出水管抽出，然后通过池一基质层3上的进水管再送入池一内，形成内系统循环；
3）池一水处理：池一的水在循环过滤系统内循环时，池一基质层3过滤污水颗粒，污水颗粒物聚集，生物膜吸附颗粒物，形成颗粒物团块, 团块和聚磷菌等形成的大颗粒经过滤系统过滤后排出，同时被分解为可溶性成分的污染物，则通过生物膜和水生植物根系去除；
4）池一的水停止循环，静置；
5）池一的水抽送至池二：循环过滤泵将池一中的水抽送至池二，由于池一内水位下降形成负压，池一通气管进气曝氧，池一在负压作用下生物膜吸附的颗粒物团块脱落,池二进水曝氧排出池内的空气,所述进水是指池一的水抽送至池二，池二同时利用进水反冲清洗池二,同时，池二内的空气通过池二的通气管排出；池一水在重力作用下，从湿地表面向内部流动，清洗基质层1和基质层2内的污染物团块，使其与基质脱离，掉落到基质层3和基质层4；。
6）池二抽滤：循环过滤泵将池二内的水通过池二基质层4底部的出水管抽出，然后通过池二基质层3上的进水管再送入池二内，形成内系统循环；
7）池二水处理：池二的水在循环过滤系统内循环时，池二基质层3过滤污水颗粒，污水颗粒物聚集，生物膜吸附颗粒物，形成颗粒物团块, 团块和聚磷菌等形成的大颗粒经过滤系统过滤后排出，同时被分解为可溶性成分的污染物，则通过生物膜和水生植物根系去除；该过程，在池一厌氧条件下进行处理；
8）池二的水停止循环，静置；
9）池二的水抽送至池一：循环过滤泵将池二中的水抽送至池一，由于池二内水位下降形成负压，池二通气管进气曝氧，池二在负压作用下生物膜吸附的颗粒物团块脱落,池一进水曝氧排出池内的空气,所述进水是指池二的水抽送至池一，池一同时利用进水反冲清洗池一,同时，池一内的空气通过池一的通气管排出；池二水在重力作用下，从湿地表面向内部流动，清洗基质层1和基质层2内的污染物团块，使其与基质脱离，掉落到基质层3和基质层4；
10）重复步骤2）-9），水在池一与池二之间循环处理，直至水处理达标后，排放出去。
本发明的厌氧\好氧循环处理池具有以下特点：
1)结构:池体底面多采用矩形或方形，长与宽之比在 1:2-1:1 之间； 池子个数或分格数一般不少于 2 个倍数。
2) 基质材料
基质材料选择：人工湿地中各层基质的选择及填充厚度，基质的选择应因地制宜、就地取材，以减少人工湿地的造价，基质厚度应根据具体水质及现场条件确定，总基质床的厚度一般为1m左右。对于缺乏养分供给的基质或者孔隙过大不利于植物固定生长的基质，需在基质上方覆盖15~25cm厚的土壤，作为植物生长的基质。
填料:生态池中，颗粒物的过滤主要由填料完成，可溶性污染物则通过生物膜和水生植物根系去除。
生物滤池填料选用适于长期侵入污水环境的弹性填料、软性填料、轻质多孔填料或陶粒滤料等，一般选用陶粒滤料或轻质多孔填料，陶粒滤料粒径宜为0.5-30mm，轻质多孔填料粒径宜控制在45mm 以下，生物滤池的布水必须均匀。
生物滤池构筑物简单，日常运行时，主要是巡检水泵等动力设备和滤料是否出现堵塞现象，通风效果是否良好；冬季水温较低时，应注意防冻,同时 降低进水水量负荷，以保证处理效果；
3)植被选择 湿地水生植物主要包括挺水植物、沉水植物和浮水植物。不同的区域，不同的生长环境，适宜生长的湿地植物种类是不同的。应选取处理性能好、 成活率高、抗污能力强且具有一定美学和经济价值的水生植物。如水生植物为香蒲、芦苇、灯心草、水麦冬等。
4)水力状况 重点考虑造成湿地堵塞的各种影响因素,湿地堵塞多发生在系统床体部分，造成堵塞的物质大部分为无机物，这表明污水中的颗粒物在湿地床中的沉淀是造成湿地堵塞的主要原因。此外，植物根系及其附着物等也是湿地堵塞的一大诱因。
5) 生物接触层处理是通过在池内填充填料和水强化厌氧处理效果的一种处理技术,污水中大分子有机物在池中厌氧被分解为小分子有机物，能有效降低后续处理单元的有机污染负荷。
生物接触层处理优点：投资省、施工简单、维护简便；其上方覆土种植植物，与植物形成人工湿地。
6)生态池好氧处理根据污水处理流程，可分为一次接触氧化、次级接触氧化和多次接触氧化。生物池中间设置中间沉淀池，用于过滤泵循环进水，过滤生物质,提高池体透水性和出水水质。
生态池好氧处理时优点：微生物量稳定丰富，对水质、水量波动的适应性强；操作简便；对污染物去除效果好。
生物池厌氧、好氧循环处理池中设置沉淀池和过滤泵等预处理设施，以防止堵塞。池中需要合理布置生物接触氧化池的曝气系统，实现均匀曝气。填料装填要合理，防止堵塞。

Claims (8)

1.一种潮汐混合流人工湿地系统，其特征在于：所述人工湿地系统包括湿地池和循环过滤系统，所述湿地池包括填料床体、填料床体中的微生物以及填料床体上方的水生植物；所述填料床体包括潜流生物接触层和其上方的基质层，所述潜流生物接触层和基质层之间设有分隔与连通用分隔网；
所述基质层从上往下依次包括基质层1和基质层2，所述潜流生物接触层从上往下依次包括基质层3和基质层4，4个基质层的材料粒径从上往下依次增大；
所述湿地池至少包括池一和池二两个池体，所述循环过滤系统包括循环过滤设备、进水管、出水管、稳压设备和电磁控制设备；
所述进水管和出水管设在池一和池二的循环过滤系统上，所述电磁控制设备设在进水管和出水管上；
所述循环过滤设备的出口端与池一的进水管、池二的进水管均连接，循环过滤设备的进口端与池一的出水管、池二的出水管均连接；其中，池一或池二的进水管还连接人工湿地系统污水进水管；
所述池一设有通向池一底部的通气管，所述池二设有通向池二底部的通气管。
2.根据权利要求1所述的潮汐混合流人工湿地系统，其特征在于：所述出水管上设有稳压装置，所述进水管设在基质层3上，出水管设在基质层4底部，且交错排列。
3.根据权利要求1所述的潮汐混合流人工湿地系统，其特征在于：所述基质层1的材料为土壤，基质层2的材料为小粒径材料，基质层3的材料为适于长期侵入污水环境的弹性填料、软性填料、轻质多孔填料或陶粒滤料，基质层4的材料为大粒径材料。
4.根据权利要求1所述的潮汐混合流人工湿地系统，其特征在于：所述分隔网设在基质层3顶部，分隔网上水流为垂直流，分隔网下为混合流，池一和池二之间水流交替形成潮汐流。
5.根据权利要求1所述的潮汐混合流人工湿地系统，其特征在于：所述湿地池的池子个数为2的倍数，且运行水流互为反冲洗系统。
6.一种潮汐混合流人工湿地系统的污水处理方法，其特征在于: 凝聚过滤和分解吸收同步进行，即潜流生物接触层过滤污水颗粒，污水颗粒物聚集，生物膜吸附颗粒物，形成颗粒物团块, 团块和聚磷菌等形成的大颗粒经过滤系统过滤后排出，同时被分解为可溶性成分的污染物，则通过生物膜和水生植物根系去除。
7.根据权利要求6所述的一种潮汐混合流人工湿地系统的污水处理方法，其特征在于：污水经过滤系统送进池一后，按以下方法处理：
1）池一进水：污水通过池一的基质层3上的进水管送到池一内,当池一中的污水水压达到0.1-30米H2O柱时,停止送水，池一内的水在水压作用下，向湿地表面流动；
2）池一抽滤：循环过滤泵将池一内的水通过池一基质层4底部的出水管抽出，然后通过池一基质层3上的进水管再送入池一内，形成内系统循环；
3）池一水处理：池一的水在循环过滤系统内循环时，池一基质层3过滤污水颗粒，污水颗粒物聚集，生物膜吸附颗粒物，形成颗粒物团块, 团块和聚磷菌等形成的大颗粒经过滤系统过滤后排出，同时被分解为可溶性成分的污染物，则通过生物膜和水生植物根系去除；
4）池一的水停止循环，静置；
5）池一的水抽送至池二：循环过滤泵将池一中的水抽送至池二，由于池一内水位下降形成负压，池一通气管进气曝氧，池一在负压作用下生物膜吸附的颗粒物团块脱落,池二进水曝氧排出池内的空气,所述进水是指池一的水抽送至池二，池二同时利用进水反冲清洗池二,同时，池二内的空气通过池二的通气管排出；池一水在重力作用下，从湿地表面向内部流动，清洗基质层1和基质层2内的污染物团块，使其与基质脱离，掉落到基质层3和基质层4；。
6）池二抽滤：循环过滤泵将池二内的水通过池二基质层4底部的出水管抽出，然后通过池二基质层3上的进水管再送入池二内，形成内系统循环；
7）池二水处理：池二的水在循环过滤系统内循环时，池二基质层3过滤污水颗粒，污水颗粒物聚集，生物膜吸附颗粒物，形成颗粒物团块, 团块和聚磷菌等形成的大颗粒经过滤系统过滤后排出，同时被分解为可溶性成分的污染物，则通过生物膜和水生植物根系去除；
8）池二的水停止循环，静置；
9）池二的水抽送至池一：循环过滤泵将池二中的水抽送至池一，由于池二内水位下降形成负压，池二通气管进气曝氧，池二在负压作用下生物膜吸附的颗粒物团块脱落,池一进水曝氧排出池内的空气,所述进水是指池二的水抽送至池一，池一同时利用进水反冲清洗池一,同时，池一内的空气通过池一的通气管排出；池二水在重力作用下，从湿地表面向内部流动，清洗基质层1和基质层2内的污染物团块，使其与基质脱离，掉落到基质层3和基质层4；
10）重复步骤2）-9），水在池一与池二之间循环处理，直至水处理达标后，排放出去。
8.根据权利要求7所述的潮汐混合流人工湿地系统的污水处理方法，其特征在于：所述步骤1）的污水先经过预处理单元处理，经预处理单元处理后的水在进入池一前通过调节池进行浓度调整。
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