CN106554139A - 一种植物质填料人工潜流湿地构筑及运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种植物质填料人工潜流湿地构筑及运行方法，它解决现有人工湿地补充碳源困难且成本难以控制的问题，具有成本低廉碳源充足效果，人工潜流湿地构筑部分包括：填料床及填充于填料床内的基质，所述填料床的一侧与进水管连通，填料床的另一侧与出水管连通；所述基质自下至上依次为下层砾石层、植物质层、上层砾石层和砂土层，砂土层上种植有湿地植物。

Description

一种植物质填料人工潜流湿地构筑及运行方法
技术领域
本发明涉及环境工程相关技术领域，特别是涉及一种植物质填料人工潜流湿地构筑及运行方法。
背景技术
近年来，随着我国经济的高速发展，工业化进程不断加速，人民生活水平日渐提高，城市污水C/N逐渐降低，导致总氮的去除率不高，对环境造成极大危害。
人工湿地污水处理系统是将污水有序地输送到长期处于水饱和状态的基质中，并且基质中种有水生植物，污水在水生植物和基质的共同作用下在流动中得到净化的一种处理系统。作为典型的污水生态处理技术，人工湿地不仅能有效去除污水中的悬浮颗粒物，有机污染物和氮磷等营养盐类，而且对病原微生物、重金属、藻毒素也有一定的去除率。
人工湿地是一种特殊的湿地植物、微生物和基质相互作用的有机系统，其中脱氮的主要途径是依靠微生物的硝化和反硝化作用，而影响脱氮效果的主要为反硝化作用，然而人工湿地中存在碳源不足的问题，直接影响反硝化作用的进行，而且低C/N污水的不断排放，更加制约了TN的去除。因此如何解决低C/N污水脱氮效果不佳的问题已成为近来研究的热点。
现有技术中，已经存在部分关于人工湿地的研究。例如：申请号为200810246308.9的中国专利文献提供了一种补充复合垂直流人工湿地碳源的方法及装置。该方案首先将复合垂直流人工湿地通气管与管壁开孔的放空管用三通连接，形成碳源输送管道，湿地内安装填料，种入植物；其次将葡萄糖在溶解槽中用自来水溶解；第三通过计量泵将液态碳源泵入湿地表层的通气管中，通过管壁开孔的放空管管壁上的通水孔流出。该装置连接关系是：计量泵分别与碳源溶解槽、连接软管相连，复合垂直流人工湿地通气管分别与连接软管、管壁开孔的放空管相连，复合垂直流人工湿地通气管与湿地底部的管壁开孔的放空管用三通连接，管壁开孔的放空管位于湿地底层。
该方案中通过对人工湿地结构创新，并依靠外界装置进行液态碳源的补充，能够达到较好的碳源补充效果。但是其过高的建设成本及维护成本无疑会极大的缩减应用前景。
综上所述，现有技术中对于如何对人工湿地补充碳源且一并实现成本控制的问题，尚缺乏有效的解决方案。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种植物质填料人工潜流湿地构筑。本发明通过对人工湿地结构的改进，使其具有充足的碳源，以强化对污水的深度处理效果。
为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种植物质填料人工潜流湿地构筑，包括：
填料床及填充于填料床内的基质，
所述填料床的一侧与进水管连通，填料床的另一侧与出水管连通；
所述基质自下至上依次为下层砾石层、植物质层、上层砾石层和砂土层，砂土层上种植有湿地植物。
进一步的，所述填料床与进水管连通的一端具有溢流堰，所述进水管位于溢流堰上方，使得污水会先流入溢流堰后，再缓慢的流入填料床。
进一步的，所述填料床与进水管连通的一侧还设置有布水挡板，布水挡板上具有通水孔。依靠多个通水孔，可以将污水均匀分布于填料床中。
进一步的，所述植物质层为莲子壳填料层。
进一步的，所述植物质层为莲子壳与菱角皮混合填料层。
进一步的，所述植物质层为莲子壳与芡实混合填料层。
进一步的，所述植物质层为莲子壳与砾石混合填料层。
进一步的，所述植物质层为菱角皮与砾石混合填料层。
进一步的，所述植物质层为芡实与砾石混合填料层。
进一步的，所述填料床长宽比在2:1至3:1之间。
在提供上述结构方案的同时，本发明还提供了一种基于上述人工湿地的构筑运行方法，主要包括如下步骤：
A、污水经布水挡板进入填料床；
B、湿地植物和微生物对污水中进行净化；
C、净化后的污水从砂土层下渗，经上层砾石层、植物质层和下层砾石层再次过滤后流出。
本发明的原理在于：
植物质广泛存在于植物体内，可提供反硝化作用所需要的大量碳源，提高总氮的去除效果。而水生植物是人工湿地中重要组成部分，然而植物受季节性变化影响很大，冬季植物会大量腐烂对水体造成污染且利用率不高。因此将植物质层应用于人工湿地不仅能为反硝化提供足够的碳源，而且能减少植物质因处理不当而造成的资源浪费和二次污染。
本发明的有益效果是:
(1)莲子壳、菱角皮、芡实来源于湿地植物，不仅能为反硝化作用提供足够的碳源，改善了湿地进行反硝化的环境，提高了总氮的去除效果，而且含有丰富的供微生物生长的营养物质，改善微生物的活性，提高对污水的净化效果。
(2)莲子壳、菱角皮、芡实不易腐烂，避免了因植物腐烂而造成的湿地堵塞，并且填料之间的孔隙可以改变污水进入湿地后的水流情况和水文特征，改变了湿地好氧-厌氧-缺氧的内部环境。湿地整体构筑简单，操作方便，不需添加额外碳源，既解决了因碳源不足导致的脱氮效果不佳的问题，又减少了湿地水生植物因处理不当引起的资源浪费以及二次污染。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例2的结构示意图；
图3为实施例3的结构示意图；
图4为实施例4的结构示意图；
图5为实施例5的结构示意图；
图6为实施例6的结构示意图；
图7为本发明中任一实施例的侧视图；
图中：
1为进水管，2为溢流堰，3为布水挡板，4为湿地植物，5为砂土层，6为上层砾石层，7为莲子壳层，8为下层砾石层，9为出水管，10为阀门，11为通水孔，12为填料床；
13为莲子壳与菱角皮混合填料层，14为莲子壳与芡实混合填料层，15为莲子壳与砾石混合填料层，16为菱角皮与砾石混合填料层，17为芡实与砾石混合填料层。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
术语解释部分:包括自定义术语、不常见术语、需要解释限定清楚的术语、引用文献涉及内容等。
实施例1：正如背景技术所介绍的，现有技术中存在人工湿地缺少碳源且成本较高的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种植物质填料人工潜流湿地构筑。本实施例所提供的人工湿地构筑，其结构如图1和图7所示：
湿地主体的填料床12长宽比为2:1，坡度为4％，沿水流方向构建溢流堰2，并在溢流堰2出水处布设布水挡板3，布水挡板3上均匀布置孔径为20mm的通水孔11，填料床12高90cm，按照由下到上的顺序依次填充厚度为20cm、粒径40-50mm砾石，使其成为下层砾石层8；
一定量的莲子壳，其厚度为30cm，使其成为莲子壳层7(即植物质层)；
厚度为15cm、粒径约为20mm砾石，使其成为上层砾石层6；
一定量的沙土，厚度为25cm，使其成为砂土层5。
砂土层5上种植湿地植物4(例如芦苇)。
填料床12的左侧侧部设置溢流堰2，溢流堰2顶部设置进水管1，填料床12的右侧底部设置出水管9，阀门10用于控制进水管1的通断。
本实施例中的人工湿地，采用连续进水方式，水力负荷为0.25m3/m2·d。污水进入进水管1，流经溢流堰2通过布水挡板3上的通水孔11均匀流入填料床12，依次流经砂土层5，上层砾石层6，莲子壳层7，下层砾石层8，通过物理、化学、生物作用对污水进行深度净化，最终通过填料床底部的出水管9流出。
实施例2：一种植物质填料人工潜流湿地构筑，如图2和图7所示，该人工湿地为水平潜流人工湿地，湿地主体的填料床12长宽比为2:1，坡度为4％，沿水流方向构建溢流堰2，并在溢流堰2出水处布设布水挡板3，布水挡板3上均匀布置孔径为20mm的通水孔11，填料床12高90cm，按照由下到上的顺序依次填充厚度为20cm、粒径60-70mm砾石，使其成为下层砾石层8；
一定量的莲子壳与菱角皮混合物，其厚度为30cm，使其成为莲子壳与菱角皮混合填料层13(即植物质层)；
厚度为15cm、粒径约为20mm砾石，使其成为上层砾石层6；
一定量的沙土，厚度为25cm，使其成为砂土层5。
砂土层5上种植湿地植物4(例如芦苇)。
填料床12的左侧侧部设置溢流堰2，溢流堰2顶部设置进水管1，填料床12的右侧底部设置出水管9，阀门10用于控制进水管1的通断。
本实施例中的人工湿地，采用连续进水方式，水力负荷为0.25m3/m2·d。污水进入进水管1，流经溢流堰2通过布水挡板3上的通水孔11均匀流入填料床12，依次流经砂土层5，上层砾石层6，莲子壳与菱角皮混合填料层13，下层砾石层8，通过物理、化学、生物作用对污水进行深度净化，最终通过填料床底部的出水管9流出。
实施例3：一种植物质填料人工潜流湿地构筑，如图3和图7所示，该人工湿地为水平潜流人工湿地，湿地主体的填料床12长宽比为2:1，坡度为5％，沿水流方向构建溢流堰2，并在溢流堰2出水处布设布水挡板3，布水挡板3上均匀布置孔径为20mm的通水孔11，填料床12高90cm，按照由下到上的顺序依次填充厚度为20cm、粒径40-50mm砾石，使其成为下层砾石层8；
一定量的莲子壳与芡实混合物，其厚度为30cm，使其成为莲子壳与芡实混合填料层14(即植物质层)；
厚度为15cm、粒径约为20mm砾石，使其成为上层砾石层6；
一定量的沙土，厚度为25cm，使其成为砂土层5。
砂土层5上种植湿地植物4(例如芦苇)。
填料床12的左侧侧部设置溢流堰2，溢流堰2顶部设置进水管1，填料床12的右侧底部设置出水管9，阀门10用于控制进水管1的通断。
本实施例中的人工湿地，采用连续进水方式，水力负荷为0.25m3/m2·d。污水进入进水管1，流经溢流堰2通过布水挡板3上的通水孔11均匀流入填料床12，依次流经砂土层5，上层砾石层6，莲子壳与芡实混合填料层14，下层砾石层8，通过物理、化学、生物作用对污水进行深度净化，最终通过填料床底部的出水管9流出。
实施例4：一种植物质填料人工潜流湿地构筑，如图4和图7所示，该人工湿地为垂直潜流人工湿地，湿地主体的填料床12长宽比为2:1，坡度为2％，沿水流方向构建溢流堰2，并在溢流堰2出水处布设布水挡板3，布水挡板3上均匀布置孔径为20mm的通水孔11，填料床12高90cm，按照由下到上的顺序依次填充厚度为20cm、粒径40-50mm砾石，使其成为下层砾石层8；
一定量的莲子壳与粒径20mm为砾石混合物，其厚度为30cm，使其成为莲子壳与砾石混合填料层15(即植物质层)；
厚度为15cm、粒径约为20mm砾石，使其成为上层砾石层6；
一定量的沙土，厚度为25cm，使其成为砂土层5。
砂土层5上种植湿地植物4(例如芦苇)。
填料床12的左侧侧部设置溢流堰2，溢流堰2顶部设置进水管1，填料床12的右侧底部设置出水管9，阀门10用于控制进水管1的通断。
本实施例中的人工湿地，采用连续进水方式，水力负荷为0.25m3/m2·d。污水进入进水管1，流经溢流堰2通过布水挡板3上的通水孔11均匀流入填料床12，依次流经砂土层5，上层砾石层6，莲子壳与砾石混合填料层15，下层砾石层8，通过物理、化学、生物作用对污水进行深度净化，最终通过填料床底部的出水管9流出。
实施例5：一种植物质填料人工潜流湿地构筑，如图5和图7所示，该人工湿地为垂直潜流人工湿地，湿地主体的填料床12长宽比为2:1，坡度为2％，沿水流方向构建溢流堰2，并在溢流堰2出水处布设布水挡板3，布水挡板3上均匀布置孔径为20mm的通水孔11，填料床12高90cm，按照由下到上的顺序依次填充厚度为20cm、粒径60-70mm砾石，使其成为下层砾石层8；
一定量的菱角皮与粒径30mm为砾石混合物，其厚度为30cm，使其成为菱角皮与砾石混合填料层16(即植物质层)；
厚度为15cm、粒径约为20mm砾石，使其成为上层砾石层6；
一定量的沙土，厚度为25cm，使其成为砂土层5。
砂土层5上种植湿地植物4(例如芦苇)。
填料床12的左侧侧部设置溢流堰2，溢流堰2顶部设置进水管1，填料床12的右侧底部设置出水管9，阀门10用于控制进水管1的通断。
本实施例中的人工湿地，采用连续进水方式，水力负荷为0.25m3/m2·d。污水进入进水管1，流经溢流堰2通过布水挡板3上的通水孔11均匀流入填料床12，依次流经砂土层5，上层砾石层6，菱角皮与砾石混合填料层16，下层砾石层8，通过物理、化学、生物作用对污水进行深度净化，最终通过填料床底部的出水管9流出。
实施例6：一种植物质填料人工潜流湿地构筑，如图6和图7所示，该人工湿地为垂直潜流人工湿地，湿地主体的填料床12长宽比为2:1，坡度为3％，沿水流方向构建溢流堰2，并在溢流堰2出水处布设布水挡板3，布水挡板3上均匀布置孔径为20mm的通水孔11，填料床12高90cm，按照由下到上的顺序依次填充厚度为20cm、粒径40-50mm砾石，使其成为下层砾石层8；
一定量的芡实与粒径10mm的砾石混合物，其厚度为30cm，使其成为芡实与砾石混合填料层17(即植物质层)；
厚度为15cm、粒径约为20mm砾石，使其成为上层砾石层6；
一定量的沙土，厚度为25cm，使其成为砂土层5。
砂土层5上种植湿地植物4(例如芦苇)。
填料床12的左侧侧部设置溢流堰2，溢流堰2顶部设置进水管1，填料床12的右侧底部设置出水管9，阀门10用于控制进水管1的通断。
本实施例中的人工湿地，采用连续进水方式，水力负荷为0.25m3/m2·d。污水进入进水管1，流经溢流堰2通过布水挡板3上的通水孔11均匀流入填料床12，依次流经砂土层5，上层砾石层6，芡实与砾石混合填料层17，下层砾石层8，通过物理、化学、生物作用对污水进行深度净化，最终通过填料床底部的出水管9流出。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种植物质填料人工潜流湿地构筑，其特征在于，包括：
填料床及填充于填料床内的基质，
所述填料床的一侧与进水管连通，填料床的另一侧与出水管连通；
所述基质自下至上依次为下层砾石层、植物质层、上层砾石层和砂土层，砂土层上种植有湿地植物。
2.根据权利要求1所述的植物质填料人工潜流湿地构筑，其特征在于，所述填料床与进水管连通的一端具有溢流堰，所述进水管位于溢流堰上方。
3.根据权利要求1所述的植物质填料人工潜流湿地构筑，其特征在于，所述填料床与进水管连通的一侧还设置有布水挡板，布水挡板上具有通水孔。
4.根据权利要求1所述的植物质填料人工潜流湿地构筑，其特征在于，所述植物质层为莲子壳填料层。
5.根据权利要求1所述的植物质填料人工潜流湿地构筑，其特征在于，所述植物质层为莲子壳与菱角皮混合填料层。
6.根据权利要求1所述的植物质填料人工潜流湿地构筑，其特征在于，所述植物质层为莲子壳与芡实混合填料层。
7.根据权利要求1所述的植物质填料人工潜流湿地构筑，其特征在于，所述植物质层为莲子壳与砾石混合填料层。
8.根据权利要求1所述的植物质填料人工潜流湿地构筑，其特征在于，所述植物质层为菱角皮与砾石混合填料层。
9.根据权利要求1所述的植物质填料人工潜流湿地构筑，其特征在于，所述植物质层为芡实与砾石混合填料层。
10.一种基于权利要求1-9任一项所述的植物质填料人工潜流湿地构筑的运行方法，其特征在于，步骤如下：
A、污水经布水挡板进入填料床；
B、湿地植物和微生物对污水中进行净化；
C、净化后的污水从砂土层下渗，经上层砾石层6、植物质层和下层砾石层再次过滤后流出。
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