CN106115926A - 一种多介质层的波形潜流人工湿地 - Google Patents

一种多介质层的波形潜流人工湿地 Download PDF

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余凯锋
何义亮
张波
杨晶涵
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Abstract

本发明公开了一种多介质层的波形潜流人工湿地,包括填料层和挡板;挡板的数量≥2块;挡板交错排列地设置在填料层中,使得水流流经填料层时形成上下波动的潜流;填料层的填料包括砾石和复合填料包;复合填料包的填料包括土壤、木屑、木炭和铁屑。进一步地,还包括土壤层和植物。该多介质层的波形潜流人工湿地通过分层装填复合填料,以及通过挡板改变湿地水流流态,形成上下波动的潜流,可以达到强化湿地脱氮除磷的效果,具有良好的应用前景。

Description

一种多介质层的波形潜流人工湿地
技术领域
本发明涉及一种人工湿地,尤其涉及一种多介质层的波形潜流人工湿地。
背景技术
人工湿地指用人工筑成水池或沟槽,底面铺设防渗漏隔水层,充填一定深度的基质层,种植水生植物,利用基质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用使污水得到净化。按照污水流动方式,分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。人工湿地因与周围环境相协调,又具有投资少,运行维护方便、处理效果好、耐冲击负荷能力强等优点,在城市生活污水、农业面源污水、村镇污水和一些工业废水的处理,以及污染河流、湖泊的修复过程中得到了广泛的应用。
在人工湿地污水处理的实际应用中,湿地基质选择是影响人工湿地处理效果的重要因素之一。虽然人们对湿地基质的研究较多,也找到了许多对磷和氨氮等具有良好吸附能力的基质,但仍都存在着对总氮去除效果差的问题。
发明内容
有鉴于现有技术的上述缺陷,本发明所要解决的技术问题是开发出一种在污水处理过程中脱氮除磷效果更好的人工湿地。
为实现上述目的,本发明提供一种多介质层的波形潜流人工湿地,包括填料层和挡板;挡板的数量≥2块;挡板交错排列地设置在填料层中,使得水流流经填料层时形成上下波动的潜流;填料层的填料包括砾石和复合填料包;复合填料包的填料包括土壤、木屑、木炭和铁屑。由于填料层包括多种介质,因此为一种多介质层空间结构。土壤从附近土地中取得,主要作为微生物附着的载体,同时还能吸附污水中的磷元素;木屑作为固体缓释碳源,可以为微生物提供充足的碳源,以提高氮的去除率;木炭有一定的吸附效果,同时,还能与铁屑形成铁碳微电解,有利于难降解有机污染物的去除。该湿地系统采用挡板来改变湿地流态,以波形流态取代水平流态,使污水形成若干个串联的上下行流交替的水流方式,多次经过湿地内部具有混合填料的多介质构造层,与湿地系统中的微生物和填料充分接触,延长了水力停留时间,有利于有机物和氮磷的去除。
进一步地,挡板的数量是3块。
进一步地,复合填料包的填料:土壤、木屑、木炭和铁屑的质量干重比是(6-8):(0.5-1.5):(0.5-1.5):1。
优选地,复合填料包的填料:土壤、木屑、木炭和铁屑的质量干重比是7:1:1:1。
进一步地,复合填料包的填料装填在黄麻袋中。黄麻袋由黄麻编制制作而成。黄麻为绿色环保的植物纤维,不仅具有良好的透气、透水性能,而且耐生物降解。因此采用黄麻袋装填材料有利于透水、透气,且不污染环境,从而有利于其装填的填料更好的发挥对污水脱氮除磷的效果。
进一步地,黄麻袋的规格是100mm×50mm。该规格大小适中,有利于多个复合填料包分散、间隔填充在填料层中。
进一步地,填料层为上、中、下三层结构;上层由粒径为5-10mm的砾石装填而成;中层由复合填料包间隔粒径为15-30mm的砾石装填而成;下层由粒径为30-50mm的砾石装填而成。这样的多层结构和多介质的参与,不仅能提供碳源,解离出铁离子,还能起到过滤的作用,进一步提高了污染物的去除率。
进一步地,挡板被设置为直立在填料层中。
进一步地,还包括覆盖在填料层上的土壤层。
进一步地,相邻两块挡板被设置为其中一块挡板的上边缘低于填料层的上表面,下边缘与填料层的下表面齐平,两侧的边缘分别与填料层的两侧表面齐平,使得水流只能从该挡板的上边缘流过;另一块挡板的上边缘与土壤层的上表面齐平或超出土壤层的上表面,下边缘位于填料层的下表面以上,两侧的边缘分别与填料层的两侧表面齐平,使得水流只能从该挡板的下边缘流过。
优选地,相邻两块挡板被设置为其中一块挡板的上边缘低于填料层的上表面,下边缘与填料层的下表面齐平,两侧的边缘分别与填料层的两侧表面齐平,使得水流只能从该挡板的上边缘流过;另一块挡板的上边缘与土壤层的上表面齐平,下边缘与填料层的下层的上表面齐平,两侧的边缘分别与填料层的两侧表面齐平,使得水流只能从该挡板的下边缘流过。
进一步地,还包括种植在土壤层上的植物。
进一步地,还包括分设在填料层两侧的进水装置和出水装置。
进一步地,连接进水装置和出水装置的线段与挡板或者挡板的延伸面相交所形成的交点的数量等于挡板的数量。
进一步地,还包括与进水装置和下层相连的配水槽。
进一步地,挡板为不透水挡板。进一步地,挡板的材料是聚氯乙烯。
本发明涉及人工湿地系统,特别是涉及一种多层填充复合填料来强化脱氮除磷的波形潜流人工湿地系统。在湿地沿水流方向设置多块挡板,改变湿地中的水流流态,使水流呈上下波形流动。复合填料包中的填料包括土壤、木屑、木炭和铁屑,土壤一般就近从土地取得即可,木屑、铁屑均取自加工厂的废屑料,属于废弃物的回收再利用,降低了填料的成本。该多介质层的波形潜流人工湿地通过分层装填复合填料(包括砾石、土壤、木屑、木炭和铁屑),以及通过挡板改变湿地水流流态,可以达到强化湿地脱氮除磷的效果。
设置不透水挡板改变水流形态使其呈上下波动的潜流,关键目的有两个:一是改变湿地系统内部的溶解氧浓度水平,因为湿地脱氮需要不同的溶解氧浓度水平(硝化反应在好氧条件进行,反硝化在缺氧条件下进行),湿地植物的根系具有泌氧的功能,但仅限于表层有限的深度(填料的阻力、溶解氧浓度等因素使得根系不能生长到湿地的底部)。这样,水流交替流经上层的好氧区、下层的缺氧区,有利于湿地系统提高脱氮的效果。而左右侧水平波形潜流或其他波形潜流不能达到交替流经好氧区和缺氧区的效果。二是水流上下波动,可以延长水力停留时间,使污染物能与生物膜、植物根系和填料充分接触,更有利于污染物的去除。左右侧水平波形潜流和其他过于复杂的波形潜流容易形成短流和死流,不利于氮磷等污染物的去除。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明,以充分地了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明的多介质层波形潜流人工湿地的一种实施方式的结构示意图。
图2是图1所示的多介质层波形潜流人工湿地的侧面结构示意图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的优选实施例,其箭头表示水流方向。图2是图1示出的多介质层波形潜流人工湿地的侧面结构示意图。在本实施例中,该多介质层波形潜流人工湿地包括土壤层5、填料层10、挡板3、进水装置1、出水装置7、配水槽11和生长在土壤层5上的植物4。填料层10设置在土壤层5之下,从上到下分为上层6、中层8和下层9。上层6装填有粒径为5-10mm的砾石。中层8装填有粒径为15-25mm的砾石和复合填料包2。下层9装填有粒径为30-50mm的砾石。复合填料包2交错分布在中层8中。复合填料包2中的填料是土壤、木屑、木炭和铁屑,其质量干重比为(6-8):(0.5-1.5):(0.5-1.5):1,优选为7:1:1:1。按照这样的质量干重比,将土壤、木屑、木炭和铁屑混合后装入100mm×50mm规格的黄麻袋中,作为复合填料包2直接快速装填在该湿地中。黄麻袋的规格不限于100mm×50mm,也可以是其他常见规格。进水装置1和出水装置7分设在该填料层10的两侧,连接进水装置1和出水装置7的线段与挡板3或者挡板3的延伸面相交所形成的交点的数量等于挡板3的数量。配水槽11设置在进水装置1和下层9之间,将两者连接。
在本实施例中,有3块挡板3,它们交错排列在填料层10中,使得进水装置1流入的污水在填料层10和土壤层5中形成上下波形潜流,如图1中箭头所示。其交错排列的情况为:相邻两块挡板3被设置为其中一块挡板3的上边缘低于填料层10的上表面,下边缘与填料层10的下表面齐平,两侧的边缘分别与填料层10的两侧表面齐平,使得水流只能从该挡板3的上边缘流过;另一块挡板3的上边缘与土壤层5的上表面齐平,下边缘与填料层10的下层的上表面齐平,两侧的边缘分别与填料层10的两侧表面齐平,使得水流只能从该挡板3的下边缘流过。
在使用该多介质层波形潜流人工湿地处理污染河水时,待处理的污水首先从高位进入湿地,经配水槽11均匀布水之后,从第一块挡板底部进入到主反应区(即中层8),污水与砾石、复合填料包2中的填料充分接触。污水在第一块挡板3和第二块挡板3形成的单元格中的流态类似于水平潜流和上向垂直流的复合流态。通过第二和第三块挡板3的污水将重复水平潜流、下向垂直流复合和水平潜流、上向垂直流的复合流态。填料层10这种多介质层空间结构不仅能提供碳源,解离出铁离子,还能起到过滤的作用,进一步提高了污染物的去除率。
相对于单纯的潜流湿地,该多介质层波形潜流人工湿地系统在不增加占地面积的情况下,使得水力停留时间更长;同时,复合填料优化填料选择与配比,不仅能提供碳源,电离出铁离子,还能形成不同的好氧和厌氧的微环境,为氮和磷的去除提供了良好的条件。
将多介质层波形潜流人工湿地系统(实验组)与等尺寸规格未分层填充复合填料的波形潜流人工湿地系统(对照组)的处理效果进行对比,见表1。
表1污染物去除效果对照表
通过对比可见,该多介质层波形潜流人工湿地系统对化学需氧量(CODcr)、氨氮(NH3-N)、总氮(TN)和总磷(TP)的去除率均优于未分层填充复合填料的波形潜流湿地系统,尤其对TN和TP具有很好的去除效果,其推广应用价值极高。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解,本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此,凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案,皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多介质层的波形潜流人工湿地,其特征在于,包括填料层和挡板;所述挡板的数量≥2块;所述挡板交错排列地设置在所述填料层中,使得水流流经所述填料层时形成上下波动的潜流;所述填料层的填料包括砾石和复合填料包;所述复合填料包的填料包括土壤、木屑、木炭和铁屑。
2.如权利要求1所述的多介质层的波形潜流人工湿地,其特征在于,所述复合填料包的填料:土壤、木屑、木炭和铁屑的质量干重比是(6-8):(0.5-1.5):(0.5-1.5):1。
3.如权利要求1所述的多介质层的波形潜流人工湿地,其特征在于,所述复合填料包的填料装填在黄麻袋中。
4.如权利要求3所述的多介质层的波形潜流人工湿地,其特征在于,所述黄麻袋的规格是100mm×50mm。
5.如权利要求1所述的多介质层的波形潜流人工湿地,其特征在于,所述填料层为上、中、下三层结构;所述上层由粒径为5-10mm的砾石装填而成;所述中层由所述复合填料包间隔粒径为15-30mm的砾石装填而成;所述下层由粒径为30-50mm的砾石装填而成。
6.如权利要求5所述的多介质层的波形潜流人工湿地,其特征在于,还包括覆盖在所述填料层上的土壤层。
7.如权利要求6所述的多介质层的波形潜流人工湿地,其特征在于,相邻两块所述挡板被设置为其中一块所述挡板的上边缘低于所述填料层的上表面,下边缘与所述填料层的下表面齐平,两侧的边缘分别与所述填料层的两侧表面齐平,使得水流只能从该所述挡板的上边缘流过;另一块所述挡板的上边缘与所述土壤层的上表面齐平或超出所述土壤层的上表面,下边缘位于所述填料层的下表面以上,两侧的边缘分别与所述填料层的两侧表面齐平,使得水流只能从该所述挡板的下边缘流过。
8.如权利要求1所述的多介质层的波形潜流人工湿地,其特征在于,还包括分设在所述填料层两侧的进水装置和出水装置。
9.如权利要求8所述的多介质层的波形潜流人工湿地,其特征在于,还包括与所述进水装置和所述下层相连的配水槽。
10.如权利要求1-9任一项所述的多介质层的波形潜流人工湿地,其特征在于,所述挡板为不透水挡板。
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