CN108569819A - 一种垂直流人工湿地低污染水处理系统 - Google Patents

一种垂直流人工湿地低污染水处理系统 Download PDF

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刘学军
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    • C02F1/001Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance

Abstract

本发明公开了一种垂直流人工湿地低污染水处理系统,设置七层过滤,分为入水区(13)和出水区(14),采用隔板(12)将两个区的过滤层和基质层分开,出水区(14)的宽度比入水区(13)的宽度大1.0~2.0m;来水首先经过过滤垫层(3),然后依次经过过滤一层(4)、过滤二层(5)、过滤三层(6)、过滤四层(7)和过滤五层(8),最后通过净水层(9)过滤;过滤垫层(3)和净水层(9)之上为基质层(10),基质层之上种植水生植物(11)。该系统实现低污染水的深度处理,最大程度的发挥人工湿地的价值,该人工湿地系统方法简单,建造成本低,推广应用价值高。

Description

一种垂直流人工湿地低污染水处理系统
技术领域
[0001] 本发明涉及环境科学与工程中的环境生态技术领域,尤其涉及一种垂直流人工湿 地低污染水处理系统。
背景技术
[0002] 我国城市雨水丰富,每年经过污水处理厂处理的污水量大,无论雨水还是经过污 水处理厂处理后的低污染水,与目前的地表三类水体要求都有一定差距,因此,这种低污染 水直接排放到河流和湖泊中,都会造成水体的恶化。低污染水产生量大,采用工业处理成本 高。人工湿地因具有建造成本低,处理效果好,运行维护方便等优点,受到广泛关注。人工湿 地不仅实现污水的净化,同时获得景观效果和植物的生物量多重效果。特别对低污染水的 处理,效果明显,成本低,应用推广价值较高。
[0003] 目前低污染水除绿化和城市扬尘洒水外,其余的均排入地表水体,造成城市河流 和湖泊的污染,因此,低污染水的深度处理至关重要。采用工业处理低污染水,运行成本高, 经济上难以承受。人工湿地处理生活污水成本低,污染物被植物吸收后,获得生物量。然而 在实际运行过程中,人工湿地具有易堵塞和占地面积大的缺点。垂直流人工湿地的开发,大 大提高了对生活污水的处理能力,同时减少了占地面积。由于更换基质工作量大且成本高, 因此堵塞问题一直是制约人工湿地技术发展的根本原因。通过设置不同基质层,提高净化 效率的同时,减少堵塞的机率是当前研究的重点。充分的利用人工湿地各层基质,实现高效 处理低污染水,同时避免堵塞,降低水处理成本和改善人民的居住环境等都将具有重要意 义。目前与人工湿地有关的主要授权或公开的专利包括人工湿地污水处理系统及其净化污 水的方法(申请专利号= 201510885723.9)、一种序批式运行的人工湿地中水处理系统(申请 专利号:201310189368.2)、人工湿地生活污水处理方法及装置(申请专利号: 200710048845.8)、人工湿地污水处理系统(申请专利号:201520996420.X)、一种高效脱氮 除磷的人工湿地管道系统(申请专利号:201520798531 .X)、高效去除低污染水中亲脂性痕 量有机物的生态工程方法(申请专利号:201510381202 • X)、一种电动渗透反应墙和人工湿 地耦合处理污水的方法及装置(申请专利号:201710315377.X)、一种用于污水净化和回用 的生物生态组合的方法及装置(申请专利号= 200810197242.9)、一种饮用水的处理工艺(申 请专利号:2009 100272 17.0)、处理面源低污染水的河道生态系统(申请专利号: 201210008590.3)、一种垂直流人工湿地基质反粒径级配系统(申请专利号: 20122〇6〇6688 • 4)、用于农田及村落低污染水净化处理的复合人工湿地(申请专利号: 201:310〇95639_8)、多级串联阶梯式自然型人工湿地及构建方法(申请专利号: 2〇1310136544.6)、一种基于流场分布的潜流人工湿地基质结构设计方法(申请专利号: 201:31〇59531 5.0)、低污染水脱氮的人工湿地装置及其处理方法(申请专利号: 2〇1410217395.0)、一种用于低污染水处理的阶梯式复合人工湿地装置(申请专利号: 2〇141〇22965l.S)、一种提高低碳氮比的低污染水体脱氮效率的方法(申请专利号: 2〇141〇777631.4)、一种将盐碱滩地改造成低污染水湿地深度处理系统的方法(申请专利 号:20151〇626838.6)、一种农村生活污水深度净化-杀菌反应器系统(申请专利号: 2016l〇6665S6.4)、一种人工湿地高效净化系统(申请专利号:2〇161〇873243.5)、一种河流 水体强化脱氮的生态基质颗粒的制备方法与应用(申请专利号:201610929155.2)和一种低 渗透基质及其在建造人工湿地中的应用(申请专利号:201710057980.2)等。以上这些专利 都是关于人工湿地的建设方法,这些方法对生活污水和低污染水的处理具有一定的效果, 但是因存在方法操作复杂、占地面积大、成本高、易堵塞等一种或多种缺陷,推广应用受到 限制。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 垂直流人工湿地技术,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 有重要意义。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种垂直流人工湿地低污染水处理系统,实现垂直流人工湿 地低污染水的处理,进而推动人工湿地处理生活污水技术的进步;该处理方法工艺简单,占 地面积小,不宜堵塞,建造成本低;该系统运行维护方便,具有较高推广应用价值。
[0005] 本发明采取的技术方案如下:
[0006] 一种垂直流人工湿地低污染水处理系统,其特征在于:该垂直流人工湿地共七层 过滤,分为入水区和出水区两个区,采用隔板将两个区的过滤层和基质层分开,入水区的宽 度为5.0〜7.0m,出水区的宽度比入水区的宽度大1.0〜2.0m,整个湿地系统的底面和侧面 均设置防水层;来水通过入水口进入该系统,首先经过过滤垫层,然后依次经过过滤一层、 过滤二层、过滤三层、过滤四层和过滤五层,最后通过净水层过滤后从出水口流出;过滤垫 层和净水层之上为基质层,基质层之上种植水生植物。
[0007] 所述的过滤垫层和净水层材质均采用碎石,两者的厚度相同,厚度均为200〜 300mm;过滤垫层采用粒径5〜20mm和20〜50mm的碎石混合而成,混合比例为1:1.5〜1:3.5; 净水层采用粒径为10〜20mm和20〜60mm的碎石混合而成,混合比例为1:2.0〜1:4.0。
[0008] 所述的过滤一层和过滤四层材质均采用砾砂和生物炭混合制备,两者的厚度相 同,厚度均为300〜400mm;过滤一层碌砂的粒径为1〜3mm,加入生物炭的量为碼砂体积的30 〜45% ;过滤四层烁砂粒径为1〜5mm,加入生物炭的量为碼砂体积的20〜35%。
[0009] 所述的生物炭由植物秸秆粉碎后经过高温炭化制备,炭化过程为首先将秸杆粉碎 成粒径范围为4〜7mm,然后在330〜370°C温度条件下炭化,炭化时间为30〜45min。
[0010] 所述的过滤二层和过滤五层材质均采用圆砾,两者的厚度相同,厚度均为200〜 300mm,过滤二层米用圆碌材质粒径为2〜6mm,过滤五层采用的圆碼材质粒径为4〜8mm。
[0011] 所述的过滤三层采用碎石,碎石采用粒径为10〜20mm和20〜50mm混合制备,混合 比例为1:2.2〜1:3.7。
[0012] 所述的入水口和出水口直径相同,均为100〜200mm;入水口和出水口设置间距相 同,均为10〜15m;入水口和出水口前后对应设置,入水口轴心线高程高于出水口 0.1〜 0.2m〇
[0013] 所述的植物为根系发达、生长周期长、适应南北气候条件、对生活污水中氮磷吸收 能力强兼有景观效应的水生植物。
[0014] 有益效果:本发明能够有效的提高垂直流人工湿地对污水的净化效果,减少占地 面积;降低垂直流人工湿地的建造成本,减少垂直流人工湿地堵塞后难处理的弊端;本发明 方法简单,维护方便,使用寿命长,可操作性强。
附图说明
[0015] 图1是本发明的一种垂直流人工湿地低污染水处理系统剖面图。
[0016] 图中,1、入水口,2、出水口,3、过滤垫层,4、过滤一层,5、过滤二层,6、过滤三层,7、 过滤四层,8、过滤五层,9、净水层,10、基质层,11、植物,12、隔板,13、入水区,14、出水区, 15、防水层。
具体实施方式
[0017] 本发明垂直流人工湿地采用多级过滤,提高生活污水的净化效果;采用入水区和 出水区分隔,设置不同过滤层,提高低污染水的净化率;本发明垂直流人工湿地系统,各级 基质采用不同材质,堵塞后,基质更换方便,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。
[0018] 以下结合实例对本发明进一步说明,具体实施步骤如下:
[0019] 实例1:城市公园雨水处理
[0020] 如图1所示,一种垂直流人工湿地低污染水处理系统,其特征在于:该垂直流人工 湿地共七层过滤,分为入水区13和出水区14两个区,采用隔板12将两个区的过滤层和基质 层分开,入水区13的宽度为5.0m,出水区14的宽度比入水区13的宽度大1.0m,整个湿地系统 的底面和侧面均设置防水层15;来水通过入水口 1进入该系统,首先经过过滤垫层3,然后依 次经过过滤一层4、过滤二层5、过滤三层6、过滤四层7和过滤五层8,最后通过净水层9过滤 后从出水口 2流出;过滤垫层3和净水层9之上为基质层10,基质层之上种植水生植物11水葫 芦和香蒲。
[0021] 过滤垫层3和净水层9材质均采用碎石,两者的厚度均为200mm;过滤垫层3采用粒 径5〜20mm和20〜50圓的碎石混合而成,混合比例为1:1.5;净水层9采用粒径为10〜20mm和 20〜60mm的碎石混合而成,混合比例为1:2.0。
[0022] 过滤一层4和过滤四层7材质均采用砾砂和生物炭混合制备,两者的厚度均为 300mm;过滤一层4砾砂的粒径为1〜3mm,加入生物炭的量为砾砂体积的30% ;过滤四层7砾 砂粒径为1〜5mm,加入生物炭的量为烁砂体积的20%。
[0023] 生物炭由植物秸秆粉碎后经过高温炭化制备,炭化过程为首先将秸秆粉碎成粒径 范围为4〜7麵,然后在330〜37(TC温度条件下炭化,炭化时间为30min。
[0024] 过滤二层5和过滤五层8材质均采用圆砾,两者的厚度均为200mm,过滤二层5采用 圆烁材质粒径为2〜6mra,过滤五层8米用的圆烁材质粒径为4〜8mm。
[0025] 过滤三层6米用碎石,碎石采用粒径为10〜2 0mm和2 0〜5 0mm混合制备,混合比例为 1:2.2。
[0026] 入水口 1和出水口 2直径均为100mm,设置间距均为10m,入水口 1和出水口 2前后对 应设置,入水口 1轴心线高程比出水口 2高0.1m。
[0027] 采用上述发明装置,对雨水进行处理,处理后水质达到《地表水环境质量标准》 (GB3838 — 2002)的二类水体标准。
[0028] 实例2:污水处理厂出水深度处理
[0029]如图1所示,该垂直流人工湿地共七层过滤,分为入水区i3和出水区M两个区,采 用隔板12将两个区的过滤层和基质层分开,入水区13的宽度为7.0m,出水区14的宽度比入 水区13的宽度大2.0m,整个湿地系统的底面和侧面均设置防水层15;来水通过入水口丨进入 该系统,首先经过过滤垫层3,然后依次经过过滤一层4、过滤二层5、过滤三层6、过滤四层7 和过滤五层8,最后通过净水层9过滤后从出水口 2流出;过滤垫层3和净水层9之上为基质层 10,基质层之上种植水生植物11芦苇和水烛。
[0030]过滤垫层3和净水层9材质均采用碎石,两者的厚度均为3〇〇mm;过滤垫层3采用粒 径5〜20mm和20〜50圓的碎石混合而成,混合比例为1:3 • 5;净水层9采用粒径为10〜20mm和 20〜60mm的碎石混合而成,混合比例为1:4.0。
[0031]过滤一层4和过滤四层7材质均采用砾砂和生物炭混合制备,两者的厚度均为 400mm;过滤一层4砾砂的粒径为1〜3mm,加入生物炭的量为砾砂体积的45 %;过滤四层7砾 砂粒径为1〜5mm,加入生物炭的量为5乐砂体积的35 %。
[0032]生物炭由植物秸秆粉碎后经过高温炭化制备,炭化过程为首先将秸秆粉碎成粒径 范围为4〜7mm,然后在330〜370°C温度条件下炭化,炭化时间为45min。
[OO33] 过滤二层5和过滤五层8材质均采用圆砾,两者的厚度均为300mm,过滤二层5采用 圆砾材质粒径为2〜6mm,过滤五层8采用的圆砾材质粒径为4〜8mm。
[0034] 过滤三层6采用碎石,碎石采用粒径为10〜20mm和20〜50mm混合制备,混合比例为 1:3_7。
[0035] 入水口 1和出水口 2直径均为200mm,设置间距均为15m,入水口 1轴心线高程比出水 口 2 尚 0 • 2m 〇
[0036] 采用上述方法,对农村生活污水进行处理,处理后水质达到《地表水环境质量标 准MGB3838 — 2002)的二类水体标准。
[0037]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 (7)

1. 一种垂直流人工湿地低污染水处理系统,其特征在于:该垂直流人工湿地共七层过 滤,分为入水区(13)和出水区(14)两个区,采用隔板(12)将两个区的过滤层和基质层分开, 入水区(13)的宽度为5.0〜7.0m,出水区(14)的宽度比入水区(13)的宽度大1.0〜2.0m,整 个湿地系统的底面和侧面均设置防水层(15);来水通过入水口(1)进入该系统,首先经过过 滤垫层⑶,然后依次经过过滤一层(4)、过滤二层(5)、过滤三层(6)、过滤四层⑺和过滤五 层⑻,最后通过净水层⑼过滤后从出水口⑵流出;过滤垫层⑶和净水层⑼之上为基质 层(10),基质层之上种植水生植物(11)。
2. 如权利要求1所述的过滤垫层⑶和净水层(9)材质均采用碎石,两者的厚度相同,厚 度均为200〜300mm;过滤垫层(3)采用粒径5〜20mm和20〜50ram的碎石混合而成,混合比例 为1:1.5〜1:3.5;净水层⑼采用粒径为10〜20mm和20〜60mm的碎石混合而成,混合比例为 1:2.0〜1:4.0〇
3. 如权利要求1所述的过滤一层(4)和过滤四层(7)材质均采用砾砂和生物炭混合制 备,两者的厚度相同,厚度均为3〇〇〜400mm;过滤一层⑷砾砂的粒径为1〜3mm,加入生物炭 的量为砾砂体积的30〜45% ;过滤四层⑺砾砂粒径为1〜5mm,加入生物炭的量为砾砂体积 的20〜35%。
4. 如权利要求1和权利要求3所述的生物炭由植物秸秆粉碎后经过高温炭化制备,炭化 过程为首先将秸秆粉碎成粒径为4〜7mm,然后在33〇〜37〇°C温度条件下炭化,炭化时间为 30〜45min。
5. 如权利要求1所述的过滤二层⑸和过滤五层(8)材质均米用圆烁,两者的厚度相同, 厚度均为200〜300mm,过滤二层(5)采用圆烁材质粒径为2〜6mm,过滤五层(8)采用的圆烁 材质粒径为4〜8mm。
6. 如权利要求1所述的过滤三层¢)采用碎石,碎石粒径为1〇〜2〇圓和20〜50mm混合制 备,混合比例为1:2.2〜1:3.7。
7. 如权利要求1所述的入水口⑴和出水口⑵直径相同,均为1〇〇〜2〇〇圓;入水口(1) 和出水口(2)设置间距相同,均为1〇〜ISm;入水口⑴和出水口⑵前后对应设置,入水口 ⑴轴心线高程高于出水口(2)0.1〜〇.2m。
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