CN108569767B

CN108569767B - 一种水平流人工湿地系统及生活污水处理方法

Info

Publication number: CN108569767B
Application number: CN201710645121.5A
Authority: CN
Inventors: 徐建玲; 王汉席; 刘学军; 盛连喜
Original assignee: Northeast Normal University
Current assignee: Northeast Normal University
Priority date: 2017-08-01
Filing date: 2017-08-01
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2037-08-01
Also published as: CN108569767A

Abstract

本发明公开了一种水平流人工湿地系统及生活污水处理方法，该人工湿地分为上层水处理区和下层水处理区，上层和下层水处理分别由三个基质区构成，上层基质层之上设置种植层(3)和植物(2)，水由入水口(1)进入人工湿地处理区，依次经过基质一区(4)、基质二区(5)和基质三区(6)三个基质区，由下水口(8)进入下层水处理区，再依次经过基质四区(9)、基质五区(10)和基质六区(11)后，由出水口(12)排出。该处理方法能够有效的提高水平流人工湿地对生活污水的净化效果，节约土地资源，有效的解决湿地堵塞问题。该处理方法制备简单，成本低，推广应用价值高。

Description

一种水平流人工湿地系统及生活污水处理方法

技术领域

本发明涉及环境科学与工程中的环境生态技术领域，尤其涉及一种水平流人工湿地系统及生活污水处理方法。

背景技术

我国城市生活污水产生量大，随着人口的增长和城市化的发展，呈现增长的趋势。人工湿地是一种人工建造和监督控制的与自然湿地相类似的用于净化废水或地表水体的处理系统。由植物、微生物和填料基质三部分组成。人工湿地有效强化了湿地处理污水的能力，具有一定的脱氮除磷、去除有机物的功能。其中，人工湿地处理系统是将污水有控制地投放到湿地上，使污水沿一定方向流动，通过土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物共同作用，实现污水净化的一种系统，处理后的水体一般能达到一定的标准要求。

目前生活污水主要通过建设的污水处理厂的工业设备进行净化，运行成本高，产生的污泥处理困难，污水中有机污染物不能有效的利用，资源化利用率低。而人工湿地处理生活污水成本低，污染物被植物吸收后，获得生物资源，因而具有一定的优势。然而在实际运行过程中，由于生活污水中含有大量的固体悬浮物，被人工湿地基质过滤后，致使系统易发生堵塞，导致湿地基质的渗透系数急剧下降，引发恶臭，蚊蝇滋生，降低污染物的去除效果。水平流人工湿地水流明确，流速大，对污染处理效果好，但是占地面积大，堵塞后对基质处理不当，造成二次污染。因此，开发渗透效率高，不易堵塞且能够有效利用污水中的有机质作为资源，降低运行成本，是当前水平流人工湿地研究的关键，对提高人工湿地技术的进步、实现低成本的处理生活以及有效的改善人们的居住环境等都将具有重要意义。目前关于水平流人工湿地主要授权或公开的专利包括：一种水平流人工湿地(申请专利号：201710051606.1)、一种强化型水平流人工湿地处理系统(申请专利号：201511001440.X)、一种水平流人工湿地基质结构系统(申请专利号：201610743987.5)、一种改进的人工湿地土壤亚表层结构(申请专利号：201520785676.6)、一种农村生活污水人工湿地系统及净化方法(申请专利号：201510390125.4)、一种利用植物碳源强化人工湿地对低碳高氮污水脱氮的方法和系统(申请专利号：201410170207.3)、一种用于水处理的人工湿地复合填料及制备方法(申请专利号：201110057074.5)、生态介质型人工湿地(申请专利号：201020252084.5)、一种畜禽粪便加工新型有机肥与人工湿地综合利用的方法(申请专利号：201010180507.1)和人工湿地污水处理系统(申请专利号：201520996420.X)等。以上这些专利都是人工湿地方法，这些方法对生活污水的处理具有一定的效果，但是因存在方法复杂、占地面积大、成本高、易堵塞、资源化利用率低或没有进行资源化利用等一种或多种缺陷，推广应用困难。因此，开发一种方法简单，建造成本低、维护和维修方便且能有效的净化生活污水的水平流人工湿地方法，对推进人工湿地建设水平的提高以及生活污水处理技术的进步都具有重要的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种水平流人工湿地系统及生活污水处理方法，实现水平流人工湿地对生活污水的高效处理，推动城市和乡镇人工湿地生活污水处理技术的进步；该处理方法工艺简单，占地面积小，不宜堵塞，建造成本低；维护方便，具有较高推广应用价值。

本发明采取的技术方案如下：

一种水平流人工湿地系统及生活污水处理方法，其特征在于：本人工湿地分为上下两层，上层和下层之间采用隔水层分开，上层水处理由基质一区、基质二区和基质三区构成，下层水处理由基质四区、基质五区和基质六区构成；上层基质层之上设置种植层，植物种植于种植层；水由入水口进入人工湿地处理区，依次经过基质一区、基质二区和基质三区三个基质区后，由下水口进入下层水处理区，再依次经过基质四区、基质五区和基质六区后，由出水口排出；整个人工湿地的底部和侧面均设置防水层，底部采用柔性防水，侧面采用刚性防水。

所述的基质一区基质的平均厚度为200～300mm，基质二区的平均厚度为250～350mm，基质三区的平均厚度为300～400mm，基质四区的平均厚度为250～350mm、基质五区的平均厚度为300～400mm，基质六区的平均厚度为350～500mm。

所述的基质一区沿水流方向的长度为10～15m，基质二区沿水流方向的长度为15～20m，基质三区沿水流方向的长度为35～45m，基质四区沿水流方向的长度为25～30m、基质五区沿水流方向的长度为20～30m，基质六区沿水流方向的长度为15～20m。

所述的基质一区的基质由植物秸秆经过低温炭化后制备，首先将秸秆粉碎成粒径范围分别为1～3mm、3～6mm和6～10mm，然后在200～300℃温度条件下炭化，炭化时间为40～60min，炭化后将三种粒径的炭化产品进行混合，混合比例为10％～20％：30％～50％：30％～60％。

所述的基质二区的基质采用炉渣，炉渣经过50目的筛筛分；基质三区的基质采用碎石，碎石的粒径3～5mm、5～8mm和8～12mm，混合比例分别为15％～35％：25％～35％：30％～60％。

所述的基质四区采用碎石，碎石粒径为6～15mm；基质五区砾砂，粒径为2～5mm；基质六区采用粗砂，粒径为0.5～2mm。

所述的种植层为粉土和细砂混合制备，细砂掺入比例为25～45％；隔水层采用0.15～0.20mm厚的聚丙烯塑料薄膜，同时上下分别设置厚度为50mm的细砂；防水层在人工湿地的底部采用HDPE土工膜，侧面采用HDPE土工膜与防渗墙结合，防渗墙采用水泥与粘土混合制备。

所述的植物为根系发达、生长周期长且对生活污水中氮磷吸收能力强的水生植物。

所述的基质一区的基质在运行1～2年后更换新的基质，被更换下来的基质发酵制备有机肥；基质二区的基质在运行3～4年后更换新的基质，被更换下来的基质发酵制备有机肥。

所述的上层基质顶面的坡度为0.3～0.5％，上层基质底面的坡度为0.6～0.8％，下层基质底面的坡度为0.1～0.3％。

有益效果：本发明能够有效的水平流人工湿地对污水的净化效果，减少水平流人工湿地的占地面积，减少水平流人工湿地堵塞难处理的弊端；本发明处理方法简单，建造成本低，维护方便，使用寿命长，可操作性强。

附图说明

图1是本发明的水平流人工湿地系统结构剖面图。

图中，1、入水口，2、植物，3、种植层，4、基质一区，5、基质二区，6、基质三区，7、隔水层，8、下水口，9、基质四区，10、基质五区，11、基质六区，12、出水口，13、防水层。

具体实施方式

本发明水平流人工湿地采用多级过滤，提高生活污水的净化效果，各级基质采用不同材质，对污染物的吸附性不同，前两个处理区采用可再生基质，可成功收集利用污水中的有机质，该处理方法工艺简单，建造成本低，维护方便，运行效果显著，推广应用价值较高。

以下结合实例对本发明进一步说明，具体实施步骤如下：

实例1：城镇生活污水处理

如图1所示，该方法的结构分为上下两层，上层和下层之间采用隔水层7分开，上层水处理由基质一区4、基质二区5和基质三区6构成，下层水处理由基质四区9、基质五区10和基质六区11构成；上层基质层之上设置种植层3，植物2种植于种植层3；水由入水口1进入人工湿地处理区，依次经过基质一区4、基质二区5和基质三区6三个基质区后，由下水口8进入下层水处理区，再依次经过基质四区9、基质五区10和基质六区11后，由出水口12排出；整个人工湿地的底部和侧面均设置防水层13，底部采用柔性防水，侧面采用刚性防水。

基质一区4基质的平均厚度为300mm，基质二区5的平均厚度为350mm，基质三区6的平均厚度为400mm，基质四区9的平均厚度为350mm、基质五区10的平均厚度为400mm，基质六区11的平均厚度为500mm。

基质一区4沿水流方向的长度为15m，基质二区5沿水流方向的长度为20m，基质三区6沿水流方向的长度为45m，基质四区9沿水流方向的长度为30m、基质五区10沿水流方向的长度为30m，基质六区11沿水流方向的长度为20m。

基质一区4的基质由植物秸秆经过低温炭化后制备，首先将秸秆粉碎成粒径范围分别为1～3mm、3～6mm和6～10mm，然后在300℃温度条件下炭化，炭化时间为40min，炭化后将三种粒径的炭化产品进行混合，混合比例为10％：30％：60％。

基质二区5的基质采用炉渣，炉渣经过50目的筛筛分；基质三区6的基质采用碎石，碎石的粒径3～5mm、5～8mm和8～12mm，混合比例分别为15％：25％：60％。

基质四区9采用碎石，碎石粒径为6～15mm；基质五区10砾砂，粒径为2～5mm；基质六区11采用粗砂，粒径为0.5～2mm。

种植层3为粉土和细砂混合制备，细砂掺入比例为45％；隔水层7采用0.20mm厚的聚丙烯塑料薄膜，同时上下分别设置厚度为50mm的细砂；防水层13在人工湿地的底部采用HDPE土工膜，侧面采用HDPE土工膜与防渗墙结合，防渗墙采用水泥与粘土混合制备。

植物采用芦苇和香蒲，基质一区4的基质在运行1年后更换新的基质，被更换下来的基质发酵制备有机肥；基质二区5的基质在运行3年后更换新的基质，被更换下来的基质发酵制备有机肥。

上层基质顶面的坡度为0.5％，上层基质底面的坡度为0.8％，下层基质底面的坡度为0.3％，上层基质坡度向下指向下水口8，下层基质坡度指向出水口12。

采用上述发明装置，对城镇污水进行处理，处理后水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)的一级B标准，效果显著。

实例2：乡村生活污水处理

如图1所示，该处理方法的结构分为上下两层，上层和下层之间采用隔水层7分开，上层基质层之上的种植层3种植植物2；水由入水口1进入人工湿地处理区，依次经过基质一区4、基质二区5和基质三区6三个基质区之后，由下水口8进入下层水处理区，再依次经过基质四区9、基质五区10和基质六区11后，由出水口12排出。

基质一区4基质的平均厚度为200mm，基质二区5的平均厚度为250mm，基质三区6的平均厚度为300mm，基质四区9的平均厚度为250mm、基质五区10的平均厚度为300mm，基质六区11的平均厚度为350mm。

基质一区4沿水流方向的长度为10m，基质二区5沿水流方向的长度为15m，基质三区6沿水流方向的长度为35m，基质四区9沿水流方向的长度为25m、基质五区10沿水流方向的长度为20m，基质六区11沿水流方向的长度为15m。

基质一区4的基质由植物秸秆经过低温炭化后制备，首先将秸秆粉碎成粒径范围分别为1～3mm、3～6mm和6～10mm，然后在200℃温度条件下炭化，炭化时间为60min，炭化后将三种粒径的炭化产品进行混合，混合比例为20％：50％：30％。

基质二区5的基质采用炉渣，炉渣经过50目的筛筛分；基质三区6的基质采用碎石，碎石的粒径3～5mm、5～8mm和8～12mm，混合比例分别为35％：35％：30％。

种植层3为粉土和细砂混合制备，细砂掺入比例为25％；隔水层7采用0.15mm厚的聚丙烯塑料薄膜，同时上下分别设置厚度为50mm的细砂；防水层13在人工湿地的底部采用HDPE土工膜，侧面采用HDPE土工膜与防渗墙结合，防渗墙采用水泥与粘土混合制备。

植物采用水葱、菖蒲和凤眼莲，基质一区4的基质在运行2年后更换新的基质，被更换下来的基质发酵制备有机肥；基质二区5的基质在运行4年后更换新的基质，被更换下来的基质发酵制备有机肥。

所述的上层基质顶面的坡度为0.3％，上层基质底面的坡度为0.6％，下层基质底面的坡度为0.1％。

采用上述发明装置，对村生活污水进行处理，处理后水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918－2002)的一级A标准，效果显著。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；在不脱离本发明实质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

1.一种水平流人工湿地生活污水处理方法，其特征在于：本人工湿地分为上下两层，上层和下层之间采用隔水层(7)分开，上层水处理由基质一区(4)、基质二区(5)和基质三区(6)构成，下层水处理由基质四区(9)、基质五区(10)和基质六区(11)构成；上层基质层之上设置种植层(3)，植物(2)种植于种植层(3)；水由入水口(1)进入人工湿地处理区，依次经过基质一区(4)、基质二区(5)和基质三区(6)三个基质区后，由下水口(8)进入下层水处理区，再依次经过基质四区(9)、基质五区(10)和基质六区(11)后，由出水口(12)排出；整个人工湿地的底部和侧面均设置防水层(13)，底部采用柔性防水，侧面采用刚性防水；所述的基质一区(4)基质的平均厚度为200～300mm，基质二区(5)的平均厚度为250～350mm，基质三区(6)的平均厚度为300～400mm，基质四区(9)的平均厚度为250～350mm、基质五区(10)的平均厚度为300～400mm，基质六区(11)的平均厚度为350～500mm；所述的基质一区(4)沿水流方向的长度为10～15m，基质二区(5)沿水流方向的长度为15～20m，基质三区(6)沿水流方向的长度为35～45m，基质四区(9)沿水流方向的长度为25～30m、基质五区(10)沿水流方向的长度为20～30m，基质六区(11)沿水流方向的长度为15～20m；所述的基质一区(4)的基质由植物秸秆经过低温炭化后制备，首先将秸秆粉碎成粒径范围分别为1～3mm、3～6mm和6～10mm，然后在200～300℃温度条件下炭化，炭化时间为40～60min，炭化后将三种粒径的炭化产品进行混合，混合比例为10％～20％：30％～50％：30％～60％；所述的基质二区(5)的基质采用炉渣，炉渣经过50目的筛筛分；基质三区(6)的基质采用碎石，碎石的粒径3～5mm、5～8mm和8～12mm，混合比例分别为15％～35％：25％～35％：30％～60％；所述的基质四区(9)采用碎石，碎石粒径为6～15mm；基质五区(10)砾砂，粒径为2～5mm；基质六区(11)采用粗砂，粒径为0.5～2mm；所述的种植层(3)为粉土和细砂混合制备，细砂掺入比例为25～45％；隔水层(7)采用0.15～0.20mm厚的聚丙烯塑料薄膜，同时上下分别设置厚度为50mm的细砂；防水层(13)在人工湿地的底部采用HDPE土工膜，侧面采用HDPE土工膜与防渗墙结合，防渗墙采用水泥与粘土混合制备。

2.如权利要求1所述的一种水平流人工湿地生活污水处理方法，其特征在于：所述的植物为根系发达、生长周期长且对生活污水中氮磷吸收能力强的水生植物；所述的基质一区(4)的基质在运行1～2年后更换新的基质，被更换下来的基质发酵制备有机肥；基质二区(5)的基质在运行3～4年后更换新的基质，被更换下来的基质发酵制备有机肥；所述的上层基质顶面的坡度为0.3～0.5％，上层基质底面的坡度为0.6～0.8％，下层基质底面的坡度为0.1～0.3％。