CN107445308B - 一种介质微堵自愈的新型人工湿地污水处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于污水处理技术领域，公开了一种介质微堵自愈的新型人工湿地污水处理装置，包括两个介质层；上层为砾石层，用于作为承载湿地植物生长的介质，对污染物进行降解，并截留吸附污染物中的COD、氮、磷、SS；下层为火山浮石层，利用内部的多孔隙吸附截留污染物，并降解污染物中的COD、氮、磷、SS；砾石层与火山浮石层之间设置支架，用于支撑砾石层，并使火山浮石层处于悬浮状态；人工湿地进水处设置有用于显示水位变化的布水池，通过其水位变化间接显示介质的堵塞程度。本发明独特的火山浮石介质层和反冲洗装置，克服了传统人工湿地因介质堵塞而难以维持长期高效稳定的问题，使被处理生活污水的出水水质可长期保持一级A标准。

Description

一种介质微堵自愈的新型人工湿地污水处理装置
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种介质微堵自愈的新型人工湿地污水处理装置。
背景技术
人工湿地是一种为处理污水而利用工程手段模拟自然湿地系统建造的构筑物，具有高效、低耗的特点。20世纪70年代以来，该技术被广泛应用于处理各种废水，其中尤以被应用于处理农村生活污水和农业退水为甚，其短期内的污染去除效果较为理想。但就目前而言，对人工湿地技术的研究和应用主要集中在如何提高其除污效率方面，而对如何维持人工湿地技术长期高效稳定性的研究较少。据现有的人工湿地技术运行现状来看，绝大部分存在介质易于堵塞、难以维护、不能持续长期高效稳定运行等缺点。
究其原因，主要是因为被处理污水中悬浮物(SS)含量过高而导致人工湿地介质堵塞短路，从而造成系统的有效容积大大减少，最终导致出水水质达难以到设计要求，甚至完全失去污水净化功效。若使堵塞的人工湿地介质恢复至疏通状态，现有措施主要有二：1)定期取出并清洗湿地介质；2)更换新的湿地介质。就上述两种恢复人工湿地介质措施而言，均存在工作量大、操作难、费用高等方面的问题。
综上所述，现有技术存在的问题是：被处理污水中悬浮物(SS)含量过高而导致人工湿地介质堵塞短路，从而造成系统的有效容积大大减少，致使出水水质达难以到设计要求，甚至完全失去净化功能，即难以维持系统长期高效稳定的问题；存在难以管理的问题；若要使堵塞的人工湿地介质恢复至疏通状态，亦存在工作量大、操作难、费用高等方面的问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种介质微堵自愈的新型人工湿地污水处理装置。
本发明是这样实现的，一种介质微堵自愈的新型人工湿地污水处理装置，所述新型人工湿地污水处理装置包括两个介质层；
用于作为承载湿地植物生长的介质，对污染物进行降解，并截留吸附污染物中的COD、氮、磷、SS的砾石层为上层；
用于利用内部的多孔隙吸附截留污染物，并降解污染物中的COD、氮、磷、SS的火山浮石层为下层为；
所述砾石层与火山浮石层之间设置支架，用于支撑所述砾石层，并使火山浮石层处于悬浮状态。
进一步，所述介质微堵自愈的新型人工湿地污水处理装置，特征在于，所述介质微堵自愈的新型人工湿地污水处理装置的进水口处设置用于显示水位变化的布水池。
进一步，所述布水池以水位标高监控介质内部的堵塞程度，利用布水池水位标高与介质堵塞程度呈正比关系，当布水池水位升高至相对标高45cm时，对介质进行反冲洗。
进一步，所述砾石层与火山浮石层之间设置反冲洗装置；在所述火山浮石层下设置15cm的垂直空间；
所述反冲洗装置还包括反冲洗排水管；所述反冲洗阀连通在反冲洗排水管前端。
进一步，所述支架下方设置反冲洗装置，并在湿地40cm高处和最低水位处各设置反冲洗排水管；反冲洗过程中开启40cm高处的反冲洗排水管，反冲洗结束后开启最低水位处的反冲洗排水管，排空湿地内的反冲洗水。
本发明的另一目的在于提供一种所述介质微堵自愈的新型人工湿地污水处理装置的介质微堵自愈的新型人工湿地污水处理方法，所述介质微堵自愈的新型人工湿地污水处理方法包括：
砾石层作为承载湿地植物生长的介质，降解、截留吸附COD、氮、磷、SS等污染物的能力；火山浮石层吸附截留、降解COD、氮、磷、SS污染物；
支架作用在于支撑砾石层，确保火山浮石层处于悬浮状态；
当湿地介质没有堵塞时，布水池水位正常；介质堵塞程度越大，布水池水位标高则越高。当布水池水位升高到相对标高45cm时，开启40cm高处的阀门，并启动支架下面的反冲洗阀，利用动力冲刷作用消除介质中的固体堵塞物。
与现有人工湿地技术相比，本发明的优点及积极效果为：
(1)解决了因介质堵塞而导致难以维持长期高效稳定的问题；
(2)以简易的布水池的水位变化来监控人工湿地介质堵塞程度地介质堵塞程度。
本发明以高孔隙率的火山浮石为介质，实现了污染物去除高效性，使被处理的生活污水出水水质达到一级A标准；若以人工湿地技术进一步处理农业退水，出水水质可长期稳定在地表水Ⅳ类水。以设置于砾石层和火山浮石层之间的反冲洗装置，可使反冲洗时湿地介质过量吸附的固体脱落而自愈，实现人工湿地的长期高效稳定性。
因其长期高效稳定而产生的环境效益、社会效益难以估算，故本发明仅对其基建和运行费用作分析。
基建费用：与传统人工湿地技术相比，本发明增加了反冲洗系统、支撑砾石层的支架，并应用了成本较贵的火山浮石。因此，本发明的基建费用增加了2％。
运行费用：运行过程中，本发明增加了反冲洗的动力费用，但因反冲洗的次数少(每季度一次)，其运行费用增加量约为现有人工湿地的5％；本发明可无限期延长人工湿地的运行期，至少因解决了介质堵塞问题使系统维修费降为传统人工湿地维修费的1/10。维修费用按占运行费用的40％计，则可节约运行费用36％左右。因此，本发明可节约运行费用31％。
本发明设计了不同比重介质的垂直层次结构，使这一新技术既可获取运行期间绝对高效的COD去除及脱氮除磷功效，又可在介质发生堵塞后，通过动力反冲洗而自愈，维持长期稳定的污染去除高效性。这是其他生态工程技术短时期无法取代的，这也将使得该技术的推广和应用具有长期的市场保障。微堵反冲洗型人工湿地技术的研究目前尚未见报道，为首创。
附图说明
图1是本发明实施例提供的微堵自愈的新型人工湿地污水处理装置的结构示意图；
图中：1、砾石层；2、火山浮石层；3、支架；4、反冲洗排水管；5、布水池。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
图1所示，本发明实施例提供的微堵自愈的新型人工湿地污水处理装置，包括两个介质层；
上层为砾石层1，用于作为承载湿地植物生长的介质，对污染物进行降解，并截留吸附污染物中的COD、氮、磷、SS；
下层为火山浮石层2，利用内部的多孔隙吸附截留污染物，并降解污染物中的COD、氮、磷、SS；
砾石层与火山浮石层之间设置支架3，用于支撑砾石层，并使火山浮石层处于悬浮状态；
所述微堵自愈的新型人工湿地污水处理装置的进水口设置有用于显示水位变化的布水池5；当湿地介质没有堵塞时，布水池5水位正常；介质堵塞程度越大，布水池水位则越高；当布水池水位升高到一定高度时，启动支架下面的反冲洗装置的反冲洗阀，利用反冲洗阀的水动力冲刷作用消除介质中的固体堵塞物。
所述上层为种植湿地植物的砾石层1；下层为悬浮的火山石层2；砾石层与火山浮石层之间设置反冲洗装置；且在火山浮石层下设置15cm的垂直空间，反冲洗时湿地介质过量吸附的固体脱落而自愈；所述反冲洗装置还包括反冲洗排水管4。
所述布水池以水位标高监控介质内部的堵塞程度，利用布水池水位标高与介质堵塞程度呈正比关系，当布水池水位升高至相对标高45cm时，对介质进行反冲洗。
在湿地40cm高处和最低水位处各设置反冲洗装置的反冲洗排水管，正常运行时关闭反冲洗排水管；反冲洗过程中开启40cm高处的反冲洗阀，反冲洗结束后开启最低水位处的反冲洗排水管。
下面结合具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。
本发明实施例提供的微堵自愈的新型人工湿地污水处理装置，设置有两个介质层，上层为砾石层1，厚30cm，粒径3cm-5cm，种植湿地植物；下层为火山浮石层2，厚30cm，粒径5cm-15cm，在被处理污水中处于悬浮状态；砾石层1与火山浮石层2之间设置支架3，其作用在于支撑砾石层1；火山浮石层2下留有15cm的垂直空间，可保证反冲洗时火山浮石处于自由翻滚状态；支架3下面设置反冲洗阀，设置于支架3下面的反冲洗排水管4分别设置开口朝上和朝下的冲洗口，朝下反冲洗火山浮石层2，朝上反冲洗砾石层1。
进水口处设置可显示水位变化的布水池5，当湿地介质没有堵塞时，布水池5水位相对标高设为0cm；因介质堵塞而导致的水头损失问题，布水池5水位标高与介质堵塞程度呈正比关系。因此，当布水池5水位升高到相对标高45cm时，即意味着须对介质进行反冲洗。在湿地40cm高处和最低水位处各设置反冲洗排水管，正常运行时关闭阀门，反冲洗过程中开启40cm高处的阀门，反冲洗结束后开启最低水位处的反冲洗排水阀门，待反冲洗水排尽后关闭。反冲洗水经沉淀后，上清液体回至人工湿地处理，污泥用土地处理系统处理。
砾石层1作为承载湿地植物生长的介质，具有降解、截留吸附COD、氮、磷、SS等污染物的能力。火山浮石层2因其轻质、孔隙多而具有极强的吸附截留、降解COD、氮、磷、SS等污染物的能力。砾石层1与火山浮石层2之间设置支架3，其作用在于支撑砾石层1，并确保火山浮石层2处于悬浮状态。进水口处设置可显示水位变化的布水池5，当湿地介质没有堵塞时，布水池5水位正常；介质堵塞程度越大，布水池5水位标高则越高。当布水池5水位升高到相对标高45cm时，开启40cm高处的阀门，并启动支架3下面的反冲洗阀，利用其动力冲刷作用消除介质中的固体堵塞物。
在运行一段时间发生介质堵塞后，通过动力冲刷而自愈，达到维持系统长期高效稳定之目的。设计不同比重介质的垂直层次结构，使这一新技术既可获取运行期间绝对高效的COD去除及脱氮除磷功效，又能在介质发生堵塞后，通过动力反冲洗而自愈，维持长期稳定的污染去除高效性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种介质微堵自愈的人工湿地污水处理装置，特征在于，所述人工湿地污水处理装置包括两个介质层；
用于作为承载湿地植物生长的介质，对污染物进行降解，并截留吸附污染物中的COD、氮、磷、SS的砾石层为上层；
用于利用内部的多孔隙吸附截留污染物，并降解污染物中的COD、氮、磷、SS的火山浮石层为下层；
所述砾石层与火山浮石层之间设置支架，用于支撑所述砾石层，并使火山浮石层处于悬浮状态；
所述介质微堵自愈的人工湿地污水处理装置的进水口处设置用于显示水位变化的布水池；
所述布水池以水位标高监控介质内部的堵塞程度，利用布水池水位标高与介质堵塞程度呈正比关系，当布水池水位升高至相对标高45cm时，对介质进行反冲洗；
所述砾石层与火山浮石层之间设置反冲洗装置；在所述火山浮石层下设置15cm的垂直空间；
所述反冲洗装置还包括反冲洗排水管；反冲洗阀连通在反冲洗排水管前端；
所述支架下方设置反冲洗装置，并在湿地40cm高处和最低水位处各设置反冲洗排水管；反冲洗过程中开启40cm高处的反冲洗排水管，反冲洗结束后开启最低水位处的反冲洗排水管，排空湿地内的反冲洗水；
介质微堵自愈的人工湿地污水处理装置的介质微堵自愈的人工湿地污水处理方法包括：
砾石层作为承载湿地植物生长的介质，降解、截留吸附COD、氮、磷、SS污染物的能力；火山浮石层吸附截留、降解COD、氮、磷、SS污染物；
支架作用在于支撑砾石层，确保火山浮石层处于悬浮状态；
当湿地介质没有堵塞时，布水池水位正常；介质堵塞程度越大，布水池水位标高则越高；当布水池水位升高到相对标高45cm时，开启40cm高处的阀门，并启动支架下面的反冲洗阀，利用动力冲刷作用消除介质中的固体堵塞物。
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