CN109502760A - 一种新型折返式强化脱氮人工湿地 - Google Patents

Abstract

一种新型折返式强化脱氮人工湿地，包括第一调节池、第二调节池和人工湿地主体，人工湿地主体的两端均设置进水装置和出水装置，第一调节池和第二调节池的构型相同，第一调节池和第二调节池均包含进水管、进水阀门、集水管、集水管阀门、出水管和出水阀门，进水管位于调节池的上部，进水管上设置进水阀门，进水管与人工湿地主体的进水装置连通，其出水装置与集水管连通，集水管上设置及集水管阀门，集水管的出口位于调节池内腔，调节池上设有出水管，出水管上设置出水阀门；进水阀门、集水管阀门和出水阀门均与用于控制原有模式和折返模式两个工作状态切换运行的控制器连接。本发明有效缓解堵塞问题、操作简便、节约能耗、运行稳定。

Description

一种新型折返式强化脱氮人工湿地

技术领域

本发明属于污水处理领域，涉及一种强化脱氮人工湿地。

背景技术

随着我国对污水处理厂排放标准要求日趋严格，尾水中总氮已成为重要考核目标。但目前国内多数污水厂仍不具高效脱氮能力，尾水难以达标排放，工艺急需提标改造。另一方面，农村污水近年来也逐渐得到重视。为牢固树立践行“绿水青山就是金山银山”理念，近年来对农村生活污水集中处理设施的出水排放要求和监管日益严格。

人工湿地是一种投入少、运行成本低、处理效果稳定的污水处理技术。目前广泛应用于污水处理厂尾水提标及农村集中式污水处理。从目前已有的工程实践来看，用于污水处理厂尾水提标的人工湿地主要承担了深度处理作用，进一步去除污水处理厂尾水中的总氮，以达到一级A甚至“准四类”排放标准。而在农村集中式污水处理中，人工湿地常作为末端处理工艺，主要采用AO+人工湿地、A²O+人工湿地等，出水达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准GB18918-2002》一级B标准。由此可见，在现有污水处理体系中，人工湿地工艺具有重要意义。

但在实际运行中，填料层对污水中悬浮物的截留，以及填料表面生物膜脱落容易造成人工湿地的堵塞，导致湿地处理效率降低。在湿地进水前端，由于污水中悬浮物及基质丰富，微生物处于富营养状态，生物膜生长迅速，堵塞现象尤其明显。而在湿地出水端，由于悬浮物及基质基本耗尽，生物膜处于寡营养状态，生物膜生长缓慢，堵塞现象较为缓和。因此在人工湿地中，通常在湿地进水端出现严重堵塞，而在出水端堵塞情况相对趋缓。常见的缓解堵塞的方法是将湿地停床休整来恢复部分渗透性。通过停床休整，微生物由于饥饿而逐渐进入内源呼吸期，通过消耗胞外聚合物或胞内成分，逐渐老化死亡。同时，填料空隙截留的悬浮物也逐渐被降解，从而恢复湿地的渗透能力。而严重的堵塞则需要对湿地填料进行清洗或更换，极大的增加了运行成本。

发明内容

为了克服现有技术中人工湿地易堵塞的问题，本发明提供了一种有效缓解堵塞问题、操作简便、节约能耗，运行稳定的新型折返式强化脱氮人工湿地，采用了折返式人工湿地设计，当湿地由于悬浮物及填料生物膜脱落出现堵塞时，折返湿地进水方向，使原有的进水端成为湿地的出水端，原有的出水端成为进水端。在折返进水方向后，原来堵塞的进水端成为了出水端，而在出水端处，悬浮物及基质基本耗尽，此时微生物将处于寡营养状态并逐渐老化死亡，悬浮物也逐渐被降解，使积累的堵塞得到缓解。通过周期性折返湿地进水方向，填料层中生物膜交替处于富-寡营养状态，减缓了填料表面生物膜的生长速率，缓解了湿地堵塞问题，充分发挥人工湿地填料层对污染物的截留、吸附和降解作用，提高其脱氮效果，满足尾水达标排放。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种新型折返式强化脱氮人工湿地，包括第一调节池、第二调节池和人工湿地主体，其特征在于：所述人工湿地主体的两端均设置进水装置和出水装置，所述第一调节池和第二调节池的构型相同，所述第一调节池和第二调节池均包含进水管、进水阀门、集水管、集水管阀门、出水管和出水阀门，所述进水管位于调节池的上部，所述进水管上设置进水阀门，所述进水管与人工湿地主体的进水装置连通，所述人工湿地主体的出水装置与集水管连通，所述集水管上设置及集水管阀门，所述集水管的出口位于调节池内腔，调节池上设有出水管，所述出水管上设置出水阀门；所述进水阀门、集水管阀门和出水阀门均与用于控制原有模式和折返模式两个工作状态切换运行的控制器连接，所述原有模式为第一调节池为进水调节池，第二调节池为出水调节池；所述折返模式为第二调节池为进水调节池，第一调节池为出水调节池。

进水调节池运行时，开启进水阀门，关闭出水阀门和集水管阀门；出水调节池运行时，关闭进水阀门，开启出水阀门和集水管阀门。本发明通过往复折返式运行，使湿地填料层中微生物交替处于富-贫营养状态，减缓了填料表面生物膜的生长速率，缓解了生物膜脱落造成的湿地堵塞，延长了人工湿地的使用寿命。

进一步，所述控制器中，切换的条件是以下任意一种情况：(1)填料出现堵塞造成运行效率降低20～30％，(2)填料出现堵塞造成流量下降10～20％，(3)连续运行6个月。切换进出水方向，将上一阶段的进水调节池转为出水调节池，出水调节池改为进水调节池，实现湿地运行方向的折返。

再进一步，所述的人工湿地主体采用潜流式人工湿地，所述潜流式人工湿地的进水装置为配水管，所述配水管上设置配水管阀门，所述配水管与进水管连通。进水经调节池后通过配水管配水，均匀进入人工湿地。进水在湿地中受重力作用下渗，经植物根系吸收、填料吸附、填料表面微生物降解后，在湿地底部汇集，沿坡汇入集水管后进入出水调节池。

所述的配水管采用干管与支管组合成，干管管径为DN 100～DN400，支干管管径为DN 75～DN 150，支管为DN 75以下；支管采用穿孔管道，孔径5～10mm，间距50～150mm，侧向45度开孔。

所述人工湿地主体底部铺设防渗层，人工湿地填料从下至上依次为：底部排水层采用粒径10～20mm砾石，厚度为100～400mm，用于收集排出的已处理污水；过渡层采用粒径5～10mm砾石，厚度为100～400mm，用于防止上层砂粒堵塞下面排水层；滤料层是人工湿地的核心，采用3～6mm无泥粗砂，厚度为300～1200mm，用于吸附水中的污染物及为生物膜提供载体附着；顶部覆盖层采用粒径5～10mm砾石，厚度为100～200mm，用于植株种植及防表面冲蚀。

所述人工湿地本体的长宽高比为3：1：0.5。

所述第一调节池和第二调节池还均包含集泥斗，所述集泥斗位于调节池的底部，所述集泥斗的底部出口与排泥管连接。

所述的人工湿地主体中的植株建议因地制宜，选种适合当地环境的本土植物，兼顾净化水质和美化景观。常规植物主要为：芦竹、旱伞草、茭白、薏苡、纸莎草、香蒲、菖蒲等。

所述的污水进水COD为40～100mg/L，氨氮为5～30mg/L，总氮为10～40mg/L，总磷为0.1～3mg/L。

本发明的技术构思为：人工湿地在运行过程中，随着污水中的悬浮物在湿地填料表面和孔隙中聚集，以及填料表面生物膜脱落后被填料空隙截留，人工湿地会逐渐出现堵塞。堵塞会使湿地的水力性能变差，从而影响水流路径，最终影响到湿地的处理效果和运行寿命。在湿地进水前端，由于污水中悬浮物及基质丰富，微生物处于富营养状态，生物膜生长迅速，堵塞现象尤其明显。而在湿地出水端，由于悬浮物及基质基本耗尽，生物膜处于寡营养状态，生物膜生长缓慢，堵塞现象较为缓和。因此在人工湿地中，通常在湿地进水端出现严重堵塞，而在出水端堵塞情况相对趋缓。

常见的缓解堵塞的方法是将湿地停床休整来恢复部分渗透性。通过停床休整，微生物由于饥饿而逐渐进入内源呼吸期，通过消耗胞外聚合物或胞内成分，逐渐老化死亡。同时，填料空隙截留的悬浮物也逐渐被降解，从而恢复湿地的渗透能力。而严重的堵塞则需要对湿地填料进行清洗或更换。

本发明设计了一种往复折返式进水模式，当湿地进水端由于悬浮物及填料生物膜脱落出现堵塞时，折返湿地进水方向，使其成为湿地的出水端。由于在出水端悬浮物及基质基本耗尽，此时微生物将处于寡营养状态并逐渐老化死亡，悬浮物也逐渐被降解，使堵塞得到缓解。通过周期性折返湿地进水方向，填料层中生物膜交替处于富-寡营养状态，减缓了填料表面生物膜的生长速率，缓解了湿地堵塞问题。

本发明的有益效果主要表现在：通过本发明的进出水交替运行，湿地填料层中生物膜交替处于富-贫营养状态，减缓了填料表面生物膜的生长速率，缓解了湿地堵塞问题。本发明充分发挥人工湿地填料层对污染物的截留、吸附和降解作用，延长了人工湿地的使用寿命，降低了运行成本。具有操作简便，节约能耗，运行稳定，COD及总氮去除率高的特点。。

附图说明

图1是人工湿地的剖面示意图。

图2是人工湿地配水系统示意图。

图3是启用折返功能前人工湿地水流流向图。

图4是启用折返功能后人工湿地水流流向图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图4，所一种新型折返式强化脱氮人工湿地，由进水调节池22、出水调节池24、配水系统8、人工湿地主体23等组成。当湿地进水端由于悬浮物及填料生物膜脱落出现堵塞时，通过调节阀门，折返湿地进水方向，将进水调节池切换为出水调节池，出水调节池切换为进水调节池。通过进出水方向折返，湿地填料层中生物膜交替处于富-贫营养状态，减缓了填料表面生物膜的生长速率，缓解了湿地堵塞问题。

所述的进水调节池22和出水调节池24构型相同，进水调节池22和出水调节池24均包含进水管1、16，进水阀门2、15，配水管8、14，集水管5、19，集水管阀门6、20，出水管3、18，出水阀门4、17，排泥管7、21等。从左向右进水时，开启左侧进水阀门2，关闭左侧出水阀门4和集水管阀门6，开启右侧出水阀门17和集水管阀门20，关闭右侧进水阀门15。

此时污水从左向右经调节池22后，通过配水系统8进入湿地，并在湿地内得到净化，并通过集水管19，收集至出水调节池24，由出水管18排出。进水调节池底部设有排泥管7，可定期抽泥外运。

当出现：(1)填料出现堵塞造成运行效率降低20～30％，(2)填料出现堵塞造成流量下降10～20％，(3)连续运行6个月，中的任一情况，切换进出水方向，将上一阶段的进水调节池转为出水调节池，出水调节池改为进水调节池，实现湿地运行方向的折返。

具体方法示例为：当上一周期为从左向右进水时，开启右侧进水阀门15，关闭右侧出水阀门17和集水管阀门20，开启左侧出水阀门4和集水管阀门6，关闭左侧进水阀门2。此时污水流向从右向左经调节池24后，通过配水系统14进入湿地，并在湿地内得到净化，并通过集水管5，收集至出水调节池22，由出水管3排出。操作完成后实现湿地水流方向的折返。

所述的人工湿地主体23采用潜流式人工湿地，进水经调节池后通过配水管配水，均匀进入人工湿地。进水在湿地中受重力作用下渗，经植物9根系吸收、填料吸附、填料表面微生物降解后，在湿地底部汇集，沿坡汇入集水管后进入出水调节池22,24。

所述的配水管采用干管31，支干管32和支管33组合而成。干管31管径为DN 100～DN 400，支干管32管径为DN 75～DN 150，支管33为DN 75以下。支管33采用穿孔管道34，孔径5～10mm，间距50～150mm，侧向45度开孔。

所述的人工湿地主体底部人工铺设防渗层。人工湿地填料从下至上依次为：底部排水层13采用粒径10～20mm砾石，厚度为50～200mm，用于收集排出的已处理污水；过渡层12采用粒径5～10mm砾石，厚度为50～200mm，用于防止上层砂粒堵塞下面排水层；滤料层11是人工湿地的核心，采用3～6mm无泥粗砂，厚度为300～1200mm，用于吸附水中的污染物及为生物膜提供载体附着；顶部覆盖层10采用粒径5～10mm砾石，厚度为50～200mm，用于植株种植及防表面冲蚀。

所述的人工湿地主体中的植株9建议因地制宜，选种适合当地环境的本土植物，兼顾净化水质和美化景观。常规植物主要为：芦竹、旱伞草、茭白、薏苡、纸莎草、香蒲、菖蒲等。

所述的污水进水COD为40～100mg/L，氨氮为5～30mg/L，总氮为10～30mg/L，总磷为0.1～3mg/L。

实例：

如图1所述，人工湿地的长宽高比30米*12米*1米。选用填料从下至上依次为：直径10～15mm砾石，厚度为100mm；粒径5～10mm砾石，厚度为100mm；采用3～6mm无泥粗砂，厚度为700mm；顶部覆盖粒径5～10mm砾石，厚度为100mm。植株采用香蒲、茭白、美人蕉等。

配水干管31管径为DN 100，支干管32管径为DN 100，支管33为DN 75以下。支管33采用穿孔管道34，孔径5mm，间距50mm，侧向45度开孔。进水为农村生活污水，其中进水COD浓度100mg/L、氨氮15mg/L，总磷1.5mg/L，悬浮物125mg/L，流量80吨/天，水力停留时间为4天左右。

运行时，开启左侧进水阀门2，关闭左侧出水阀门4和集水管阀门6，开启右侧出水阀门17和集水管阀门20，关闭右侧进水阀门15。污水从左向右经调节池22后，通过配水系统8进入湿地，并在湿地内得到净化，并通过集水管19，收集至出水调节池24，由出水管18排出。

运行160天后，湿地表面出现积水，流量下降，表面湿地出现堵塞。此时开始切换进出水方向。开启右侧进水阀门15，关闭右侧出水阀门17和集水管阀门20，开启左侧出水阀门4和集水管阀门6，关闭左侧进水阀门2。此时污水流向从右向左经调节池24后，通过配水系统14进入湿地，并在湿地内得到净化，并通过集水管5，收集至出水调节池22，由出水管3排出。

在继续运行中，湿地堵塞问题得到明显缓解。在300天运行过程中，人工湿地保持了稳定的运行去除效率，湿地系统稳定运行后，污染物COD、氨氮、总磷的平均去除率均达到80％以上。发明充分发挥人工湿地填料层对污染物的截留、吸附和降解作用，延长了人工湿地的使用寿命，降低了运行成本。

Claims (7)

1.一种新型折返式强化脱氮人工湿地，包括第一调节池、第二调节池和人工湿地主体，其特征在于：所述人工湿地主体的两端均设置进水装置和出水装置，所述第一调节池和第二调节池的构型相同，所述第一调节池和第二调节池均包含进水管、进水阀门、集水管、集水管阀门、出水管和出水阀门，所述进水管位于调节池的上部，所述进水管上设置进水阀门，所述进水管与人工湿地主体的进水装置连通，所述人工湿地主体的出水装置与集水管连通，所述集水管上设置及集水管阀门，所述集水管的出口位于调节池内腔，调节池上设有出水管，所述出水管上设置出水阀门；所述进水阀门、集水管阀门和出水阀门均与用于控制原有模式和折返模式两个工作状态切换运行的控制器连接，所述原有模式为第一调节池为进水调节池，第二调节池为出水调节池；所述折返模式为第二调节池为进水调节池，第一调节池为出水调节池。

2.如权利要求1所述的一种新型折返式强化脱氮人工湿地，其特征在于：所述控制器中，切换的条件是以下任意一种情况：(1)填料出现堵塞造成运行效率降低20～30％，(2)填料出现堵塞造成流量下降10～20％，(3)连续运行6个月。

3.如权利要求1或2所述的一种新型折返式强化脱氮人工湿地，其特征在于：所述的人工湿地主体采用潜流式人工湿地，所述潜流式人工湿地的进水装置为配水管，所述配水管上设置配水管阀门，所述配水管与进水管连通。

4.如权利要求3所述的一种新型折返式强化脱氮人工湿地，其特征在于：所述的配水管采用干管与支管组合成，干管管径为DN 100～DN400，支干管管径为DN 75～DN 150，支管为DN 75以下；支管采用穿孔管道，孔径5～10mm，间距50～150mm，侧向45度开孔。

5.如权利要求1或2所述的一种新型折返式强化脱氮人工湿地，其特征在于：所述人工湿地主体底部铺设防渗层，人工湿地填料从下至上依次为：底部排水层采用粒径10～20mm砾石，厚度为100～400mm，用于收集排出的已处理污水；过渡层采用粒径5～10mm砾石，厚度为100～400mm，用于防止上层砂粒堵塞下面排水层；滤料层是人工湿地的核心，采用3～6mm无泥粗砂，厚度为300～1200mm，用于吸附水中的污染物及为生物膜提供载体附着；顶部覆盖层采用粒径5～10mm砾石，厚度为100～200mm，用于植株种植及防表面冲蚀。

6.如权利要求1或2所述的一种新型折返式强化脱氮人工湿地，其特征在于：所述人工湿地本体的长宽高比为3：1：0.5。

7.如权利要求1或2所述的一种新型折返式强化脱氮人工湿地，其征在于：所述第一调节池和第二调节池还均包含集泥斗，所述集泥斗位于调节池的底部，所述集泥斗的底部出口与排泥管连接。