CN106115924B - 垂直流人工湿地分散式污水处理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于处理污水的人工湿地。目的是提供一种垂直流人工湿地分散式污水处理设备。该系统装置包括布水系统、处理系统、出水集水系统；所述处理系统主要包括人工陶粒填料和具有净水功能的植物，填料位于下部，植物位于上部；所述的布水系统用于将待处理污水向处理系统均匀分布，且待处理污水在处理系统的水流方向为由下往上垂直流动；所述出水集水系统采用辐流式出水，用于收集和排出处理后的水。本发明工艺先进，结构精炼，规模大小适应性强，方便采用设备化加工和运营管理模式，减少管道投入、方便运行管理。更加适合处理分散式污水，尤其适合农村、宾馆、农家乐等这样的污水来源分散的场合使用。

Description

垂直流人工湿地分散式污水处理设备
技术领域
本发明属于污水处理技术，具体涉及用于处理污水的人工湿地。
背景技术
人工湿地(constructed wetalnds)是指通过模拟天然湿地的结构与功能，选择一定的地理位置与地形，根据人们的需要人为设计与建造的湿地。绝大多数自然和人工湿地由五部分组成：1)具有各种透水性的基质，如土壤、砂、砾石、卵石等；2)适于在饱和水和厌氧基质中生长的植物，如芦苇；3)水体(在基质表面下或上流动的水；4)无脊椎或脊椎动物；5)好氧或厌氧微生物种群。
人工湿地结构上通常是在一定长宽比及底面有坡度的洼地中，由土壤或填料(如卵石等)组成填料床，污染水可以在床体的填料缝隙中曲折地流动，或在床体表面流动。同时，在床体表面种植具有耐污性能好、易成活的水生植物(如芦苇等)，形成一个独特的动植物生态环境，对污染水进行处理。
人工湿地的显著特点之一是其对有机污染物有较强的降解能力。废水中的不溶性有机物通过湿地的沉淀、过滤作用，可以很快地被截留进而被微生物利用；废水中可溶性有机物则可通过植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代谢降解过程而被分解去除。随着处理过程的不断进行，湿地床中的微生物也繁殖生长，通过对湿地床填料的定期更换及对湿地植物的收割而将新生的有机体从系统中去除。
作为一种新兴的生态废水处理工艺，与别的废水处理工艺相比，人工湿地具有其明显的优点：出水稳定、建造及运转费用低、维护简单、效果好，适用面广、对负荷变化的适用能力强。
人工湿地的水流的形式主要分为表面流、潜流、垂直流。其中表面流湿地由于处理负荷偏低、占地大，已经越来越少被使用。相对于潜流湿地，垂直流湿地具有更高的污水处理负荷，更小的占地面积，仅由于工艺设计及运行上需要更高的要求，土建工程一般无法满足，而未被广泛使用。所以现阶段实践中人工湿地的建设仍然主要采用潜流湿地，而潜流湿地占地也比较大，建设和运行维护成本也比较高，不适合农村、宾馆、农家乐等分散式的污水处理。
并且现有人工湿地一般采用工程建设的模式，建设与运营都不太适合处理分散式污水。同时特别是针对农村、宾馆、农家乐等分散式生活污水，大量的管道投入让湿地工艺性价比严重降低。因此，本领域亟待开发一种适合农村、宾馆、农家乐等分散式污水处理的人工湿地设备，并达到高效、低成本、运行维护简单的效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种垂直流人工湿地分散式污水处理设备，该处理设备利用垂直流人工湿地技术，能高效、低成本处理污水，且运行维护简便；特别适合污水比较分散的场合使用。
为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：垂直流人工湿地分散式污水处理设备，包括设备箱体、预处理系统、布水系统、处理系统、出水集水系统和冲洗系统；
所述处理系统主要包括填料和具有净水功能的植物，填料位于设备箱体下部，植物位于设备箱体上部；
所述的布水系统用于将待处理污水向处理系统均匀分布，且待处理污水在处理系统的水流方向为由下往上垂直流动；
所述出水集水系统用于收集和排出处理后的水。
优选的，所述填料的粒径下层粗、上层细。
优选的，所述填料为陶粒基质，填料分层设置，越向上层陶粒基质的粒径越细；填料上方设置植物支撑板，所述植物布置在植物支撑板上。
优选的，所述布水系统包括进水管、配水管、填料防漏板；进水管连接配水管，配水管包括沿设备箱体底部均匀分布的多个支管，配水管上均匀分布有若干配水孔，配水孔上方设置的填料防漏板上均匀分布有孔径小于装置所用填料粒径的透水孔；所述填料位于填料防漏板上。
优选的，所述填料防漏板呈倒V形布置，所述进水管下端沿填料防漏板中间位置布置，所述配水管的各支管沿进水管两侧对称布置，并呈与填料防漏板吻合的倒V形。
优选的，所述的填料防漏板上的透水孔为腰形孔，腰形孔分布在配水管的两两支管之间的位置；所述配水孔孔径一致且孔朝上。
优选的，还包括冲洗系统，所述冲洗系统包括水泵进水管，水泵进水管下端伸入水箱内、上端与水箱上方的水泵连接，水泵出水管接入到进水管上。
优选的，所述出水集水系统位于处理系统的上部，包括与填料区域相通的出水堰，出水堰上部边缘均匀设置出水口，出水口的出水流入设置在出水堰周边的环形集水槽内，集水槽内的水经溢出口流入所述水箱内，水箱上部设置用于排水的排水口。
优选的，还包括预处理系统，所述预处理系统包括隔渣器和滤筒，所述隔渣器的上端为待处理污水的进水口，下端连接滤筒，滤筒出口连接进水管。
优选的，所述水箱设置在设备箱体一侧，水箱上部设置盖板，盖板上方区域内安装隔渣器、水泵及适配管道；所述滤筒布置在水箱内，所述进水管经由水箱通入设备箱体内。
本发明工艺先进，结构精炼，规模大小适应性强，方便采用设备化加工和运营管理模式，减少管道投入、方便运行管理。本发明设备出水可满足《城镇污水厂污染物排放标准》(GB18918-2002)中的一级B要求。且更加适合处理分散式污水，尤其适合农村、宾馆、农家乐等这样的污水来源分散的场合使用。并且本发明污水在布水系统中为垂直向下流，在处理系统中的流向为垂直向上流，通过水流方式的优化改善湿地基质的水流状态，减轻基质堵塞，提高处理效果。本发明结构巧妙，净水效率高，工作稳定性好，适用性广，污水处理效果和生态景观效应良好。还可以多个一起串联或并联或串并联组合使用，以满足不同进水量和出水水质、水质及景观的要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明布水系统、预处理系统、冲洗系统的立体结构示意图；
图3是本发明布水系统、预处理系统、冲洗系统的主视结构示意图。
具体实施方式
结合图1-3所示，本发明的垂直流人工湿地分散式污水处理设备，包括预处理系统、布水系统、处理系统、出水集水系统和冲洗系统。最核心的是布水系统、处理系统、出水集水系统，也就是可以只有这三个系统。处理系统具有人工湿地结构和功能，起到主要的污水净化作用。所述的布水系统用于将待处理污水向处理系统均匀分布，且待处理污水在处理系统的水流方向为由下往上垂直流动；所述出水集水系统用于收集和排出处理后的水。
优选的方案是具有完整的五大系统，具体例如图1-3所示的：所述预处理系统核心部件是隔渣器3和滤筒5。隔渣器3的上端为进水口1和进水阀门2，下端连接滤筒5，滤筒5经进水管4与配水管6相连。化粪池等厌氧装置出水在由进水系统进入湿地系统前，先经过隔渣器3和滤筒5过滤，去除其中较大的颗粒和悬浮物，大大提高了系统的处理负荷，同时也降低了填料13堵塞的风险。隔渣器3和滤筒5可以定期清理或更换滤芯，保障运行效果。
所述布水系统包括进水管4、配水管6、填料防漏板12。进水管4连接配水管6，配水管6包括沿填料13下方，也就是设备箱体18底部均匀分布的多个支管，配水管6上均匀分布有若干配水孔，配水孔上方设置的填料防漏板12上均匀分布有孔径小于装置所用填料13粒径的透水孔；所述填料13位于填料防漏板12上。污水经配水孔和透水孔进入处理系统的基质得到处理和净化。同时填料防漏板12又起到支撑和承载填料13的作用。
更好是，如图2、3所示，所述填料防漏板12呈倒V形布置，所述进水管4下端沿填料防漏板12中间位置布置，所述配水管6的各支管沿进水管4两侧对称布置，并呈与填料防漏板12吻合的倒V形。图3也可以看作是图1中布水系统的左视状态示意图。这样配水管6和填料防漏板12就靠倒V形两端可以自然地支撑在设施底部，既能稳定支撑填料13，又方便进水管4布置。所述的填料防漏板12上的透水孔为腰形孔，腰形孔分布在配水管6的两两支管之间的位置；所述配水孔孔径一致且孔朝上。这样填料防漏板12遮挡在配水孔上方，避免填料13或其它杂质掉入或卡住配水孔，同时进水又可以直接由旁侧的腰形孔向上流动，阻力小，流动顺畅。倒V形布置还有一个优点就是，填料下方中间位置配水孔出水阻力小，出水量大，但配合上部出水堰14周边出水的结构，流动路径最长，保证了处理效果。
所述处理系统主要包括填料13和净水植物19。填料13位于下部，植物21位于上部；所述填料13可以是土壤、砂、砾石、卵石等，优选陶粒基质。优选所述填料13的粒径下层粗、上层细。陶粒基质作为一种比表面积大、孔隙度高、化学稳定性好的新型滤料，运用于人工湿地中有利于微生物的附着生长，同时对污水中的污染物有着很好的吸附性能。同时本发明采用人工轻质陶粒，方便批量生产、减轻运输重量。填料13分层设置，例如分为上中下三层，越向上层陶粒基质的粒径越细；填料13上方设置植物支撑板19，所述植物21布置在植物支撑板19上。植物21可以选用芦苇、菖蒲、美人蕉、水葱等。根据当地气候和环境甚至景观美化需要选择。还可以植物19根部，有水区域养殖鱼类，例如鲫鱼、鲤鱼、草鱼等等，形成鱼吃草，草净化水的循环体系。本发明的污水在布水系统中为下向流，在处理系统中的流向为上向流，通过水流方式的优化改善湿地基质的水流状态，降低基质堵塞风险，且垂直流布水可提高湿地处理负荷。
所述集水系统位于处理系统的上部，包括出水堰14、溢出口15、集水槽16、水箱20、排水口17。出水堰14与填料13区域直接相通，出水堰14中上部均匀分布有大量的出水口，采用辐流式集水，避免死水区的出现。净化水的水经出水口流入集水槽16，集水槽16侧边设置溢出口15，集水槽16内水由溢出口15流入水箱20中，最终经排水口17排出。也就是冲洗系统和集水系统共用水箱20。
所述冲洗系统用水泵进水管8和水泵7从水箱20中抽水，水箱20中经过净化的污水经水泵出水管11接入到进水管4上，滤筒5与配水管6之间。也就是说冲洗系统与布水系统共用进水管4和配水管6，与集水系统共用水箱20。人工湿地在系统运行较长时间后，系统容易发生堵塞，导致短流、断流，从而使系统功能下降，出水不能达到排放标准，甚至产生恶臭，需要人工清淘。本发明配备冲洗系统，可定期冲洗布水系统管道，保证设备正常运行，很好地解决了可能出现的堵塞问题。利用水箱20中经过净化的污水直接进行冲洗，可以节约用水量，减小设置投入；当然，冲洗系统的水箱20也可以单独设置并直接利用自来水。冲洗系统与布水系统共用进水管4和配水管6，与集水系统共用水箱20，节约设备投入。
上述处理系统可以设置圆形或方形设备箱体18内，相应的所述出水堰14、集水槽16呈圆形或方形。所述水箱20设置在设备箱体18一侧，水箱20上部设置盖板，盖板上方区域内安装隔渣器3、水泵7及适配管道；所述滤筒5布置在水箱20内，所述进水管4经由水箱20通入设备箱体18内。设备箱体18和水箱20可以是现场土建施工，也可以用钢板等材料加工制作成成套设备，现场安装，实用性非常强。
本发明设备具体运行过程为：农村、宾馆、农家乐等场所的化粪池、沼气池等厌氧出水由进水口1流入隔渣器3中，隔渣器3去除大颗粒杂质后由进水管4导入滤筒5中，滤筒选择10微米过滤精度的聚丙乙烯pp棉滤芯，进一步去除杂质，提高植物床处理负荷。聚丙乙烯pp棉滤芯定期更换。滤筒5过滤后的污水经进水管4流入配水管6，配水管6上均匀分布有若干配水孔，污水经配水孔6向上流经填料13，同时发生物理、化学、生物反应，去除污水中的各种污染物。废水中的不溶性有机物通过填料的截留作用而被去除，并可为部分被微生物所利用；废水中的溶解性有机物则通过植物根系及填料表面生物膜的吸附、吸收及生物代谢作用而被去除。基质在湿地处理污染物中的主要作用是吸附污染物、表面富集可以分解污染物的微生物、支撑植物。传统湿地基质一般采用土壤、砂石、炉渣等，本发明采用的人工陶粒基质比表面积远远大于传统基质，具有更大的比表面积，更有利于吸附污染物、表明富集微生物，从而提高污染物去除效率。
净化后的污水经出水堰14中上部的出水口流入集水槽16中，集水槽16与溢出口15连接，经溢出口15流入水箱20中，最终由排水口17排出。在对装置进行冲洗时，关闭进水口1下端的进水阀门2，水泵7通过水泵进水管8从水箱20中抽水，经水泵出水管11，冲洗管6对冲洗管6上的配水孔和填料13进行冲洗。

Claims (3)

1.垂直流人工湿地分散式污水处理设备，其特征在于：包括设备箱体(18)、布水系统、处理系统、出水集水系统；
所述处理系统主要包括填料(13)和具有净水功能的植物(21)，填料(13)位于设备箱体(18)下部，植物(21)位于设备箱体(18)上部；
所述的布水系统用于将待处理污水向处理系统均匀分布，且待处理污水在处理系统的水流方向为由下往上垂直流动；
所述出水集水系统用于收集和排出处理后的水；
所述布水系统包括进水管(4)、配水管(6)、填料防漏板(12)；进水管(4)连接配水管(6)，配水管(6)包 括沿设备箱体(18)底部均匀分布的多个支管，配水管(6)上均匀分布有若干配水孔，配水孔 上方设置的填料防漏板(12)上均匀分布有孔径小于装置所用填料(13)粒径的透水孔；所述 填料(13)位于填料防漏板(12)上；
所述填料防漏板(12)呈倒V形布置，所述进水管(4)下端沿填料防漏板(12)中间位置布置，所述配水管(6)的各支管沿进水管(4)两侧对称布置，并呈与填料防漏板(12)吻合的倒V形；
所述的填料防漏板(12)上的透水孔为腰形孔，腰形孔分布在配水管(6)的两两支管之间的位置；所述 配水孔孔径一致且孔朝上；
还包括冲洗系统，所述冲洗系统包括水泵进水管(8)，水泵进水管(8)下端伸入水箱(20)内、上端与水箱(20)上方的水泵(7)连接，水泵(7)出水管接入到进水管(4)上；
所述出水集水系统位于处理系统的上部，包括与填料(13)区域相通的出水堰(14)，出水堰(14)上部 边缘均匀设置出水口，出水口的出水流入设置在出水堰(14)周边的环形集水槽(16)内，集水槽(16)内的水经溢出口(15)流入所述水箱(20)内，水箱(20)上部设置用于排水的排水口(17)；
还包括预处理系统，所述预处理系统包括隔渣器(3)和滤筒(5)，所述隔渣器(3)的上端为待处理污水的进水口，下端连接滤筒(5)，滤筒(5)出口连接进水管(4)；
所述水箱(20)设置在设备箱体(18)一侧，水箱( 20 )上部设置盖板，盖板上方区域内安装隔渣器(3)、水泵(7)及适配管道；所述滤筒(5)布置在水箱(20)内，所述进水管(4)经由水箱(20)通入设备箱体(18)内；
所述隔渣器(3)的上端设置进水阀门（2）。
2.根据权利要求1所述的垂直流人工湿地分散式污水处理设备，其特征在于：所述填料(13)的粒径下层粗、上层细。
3.根据权利要求2所述的垂直流人工湿地分散式污水处理设备，其特征在于：所述填料(13)为陶粒基质，填料(13)分层设置，越向上层陶粒基质的粒径越细；填料(13)上方设置植物支撑板(19)，所述植物(21)布置在植物支撑板(19)上。
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