CN109607952A - 一种强化除磷复合人工湿地处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种强化除磷复合人工湿地处理系统，包括三级厌氧池体和通过竖直隔板分为垂直流人工湿地池体和水平潜流人工湿地池体，分别填充组合填料、第一填料和第二填料，三级厌氧池体通过进水管与垂直流人工湿地池体相连通，顶部水平铺设布水管，底部水平铺设集水管，布水管进口端与进水管相连通，集水管出口端与竖直设置的导流管底端相连通，导流管的顶部弯管穿过竖直隔板置于水平潜流人工湿地池体顶部，其内均匀间隔设有强化除磷装置，包括同轴套设的通气管和内管，内管内填充铁刨花，通气管下部管壁上开有通气孔，内管管壁上开有过水孔。本发明设备结构简单，降低了处理成本，对污水中的污染物尤其是磷有较强的去除能力。

Description

一种强化除磷复合人工湿地处理系统
技术领域
本发明属于污水处理的技术领域，尤其涉及一种强化除磷复合人工湿地处理系统。
背景技术
由于我国新农村进程的加快，国家高度重视农村水环境问题，在水专项重要会议中重点突出该问题。农村生活污水大多未经过处理直接排放入水体，对地下水资源及农村生态环境造成极大的迫害，是目前农村污水处理面临的重要环境问题。但是我国农村地理环境、经济等差异较大，农村生活污水处理要求也已经提高，之前的技术需求已经不能达到现在农村生活标准和要求，在水质处理基本达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) 一级A/B标准的基础上，更进一步研究农村生活污水的深度净化具有重要意义，不仅能解决农村缺水的现状，还能达到资源化利用的环境保护效益。
人工湿地是一种由人工建造和调控的湿地系统，通过其生态系统中物理、化学和生物作用的优化组合来进行污水处理的一种相对较新的技术。人工湿地一般由人工基质和生长在其上的水生植物(如芦苇、香蒲等)组成，形成基质-植物-微生物的生态系统。当污水通过该系统时，污染物质和营养物质被系统吸收、转化或分解，从而使水体得到净化。
利用人工湿地技术处理污水，它具有投资少、能耗低、运行成本低廉、耐负荷高，而且还有脱氮除磷的功能，人工湿地是新型废水生态处理技术，被广泛的应用在城镇生活污水、农村生活污水、农业面源污染以及水体富营养化等问题的治理中。但是，由于我国国民整体生活水平的提高，排放到污水中的污染物浓度也迅速提高，尤其是氮、磷等营养元素浓度的提高，容易造成水体富营养化。而以往的技术虽然在氮、磷的去除方面采取了措施，但是要么去除效率有限，要么成本较高，不太适合农村地区污水处理。因此，开发一种高效、低耗的人工湿地处理工艺，对于我国农村地区水环境治理具有较高的现实意义。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述存在的问题，提供一种强化除磷复合人工湿地处理系统，可以提高系统对污染物，尤其是磷的去除率。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种强化除磷复合人工湿地处理系统，其特征在于：包括三级厌氧池体和人工湿地池体，所述三级厌氧池体内填充组合填料，所述人工湿地池体通过竖直隔板分为垂直流人工湿地池体和水平潜流人工湿地池体，分别填充第一填料和第二填料，所述第一、第二填料上种植湿地植物，三级厌氧池体通过进水管与垂直流人工湿地池体相连通，垂直流人工湿地池体顶部水平铺设布水管，底部水平铺设集水管，所述布水管进口端与所述进水管相连通，所述集水管出口端与竖直设置的导流管底端相连通，所述导流管的顶部弯管穿过所述竖直隔板置于水平潜流人工湿地池体顶部，水平潜流人工湿地池体内均匀间隔设有强化除磷装置，所述强化除磷装置包括同轴套设的通气管和内管，所述内管内填充铁刨花，所述通气管下部管壁上开有通气孔，内管管壁上开有过水孔。
按上述方案，所述三级厌氧池体内的组合填料填充率为70％。
按上述方案，所述第一填料从下往上分为三层，下层为鹅卵石，粒径为2.5～5.0cm，厚度为50cm，中层为沸石，粒径为1.0～2.5cm，厚度为30cm，上层为河砂,粒径为0.5～1.0cm，厚度为20cm。
按上述方案，所述第二填料从下往上分为三层，下层为鹅卵石，粒径为2.5～5.0cm，厚度为40cm，中层为轻质陶粒，粒径为1.0～2.5cm，厚度为20cm，上层为河砂,粒径为0.5～ 1.0cm，厚度为20cm。
按上述方案，所述布水管包括若干水平排列的开孔管，相邻的两根开孔管间距为50～ 100cm，开孔管同一截面45°和135°方向开有布水孔，孔径为0.8～1.6cm，开孔间距为10cm。
按上述方案，所述集水管同一截面±45°和±135°方向开有集水孔，孔径为1.0～1.4cm，开孔间距为10cm。
按上述方案，所述通气管同一截面0°、180°、±45°、±90°、±135°方向开有通气孔八个，孔径0.8～1.2cm，开孔间距为10cm。
按上述方案，所述内管同一截面0°、180°、±45°、±90°、±135°方向开有过水孔八个，孔径0.5～0.8cm，开孔间距为10cm。
按上述方案，所述湿地植物为美人蕉、香蒲、芦苇中的一种或多种。
按上述方案，所述布水管、集水管、导流管、通气管、内管均为UPVC管。
本发明的有益效果是：1、提供一种强化除磷复合人工湿地处理系统，三级厌氧池中投加组合填料，具有比表面积大、亲水性好、生物活性高、挂膜快，可以迅速提高厌氧生化池中的微生物含量，提高厌氧生化效率，吸附污水中悬浮物，对污水进行预处理，防止过多悬浮物和有机物进入人工湿地填料层造成人工湿地堵塞；2、布水管采用斜向上的开孔方式，不仅可以均匀布水，同时，水流形成的抛物线还可以携带跟多的氧气进入填料层，增加填料层的溶解氧，提高微生物降解污染物的效率，防止湿地堵塞；3、人工湿地填料选用级配鹅卵石、轻质陶粒、河砂，填料孔隙率较大，有比较强的吸附能力，对各种污染物的去除较为明显，并且轻质陶粒中含铁、铝、钙等金属矿物，对磷的吸附能力较强；4、内胆中加装铁刨花填料，其具有较大的表面积和孔隙率，增加了污水的接触面积，通过污水的腐蚀性以及空气中的氧，向水体中释放Fe2+和Fe3+，形成的Fe(OH)2和Fe(OH)3具有较强的絮凝和吸附作用，对污水中的污染物尤其是磷有较强的去除能力，且更换方便，低廉。
附图说明
图1为本发明一个实施例的结构示意图。
图2为本发明一个实施例的强化除磷装置的结构示意图。
具体实施方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
如图1、图2所示，一种强化除磷复合人工湿地处理系统，包括三级厌氧池体1和人工湿地池体，三级厌氧池体内填充组合填料2，人工湿地池体通过竖直隔板3分为垂直流人工湿地池体4和水平潜流人工湿地池体5，分别填充第一填料和第二填料，其上种植湿地植物，三级厌氧池体通过进水管6与垂直流人工湿地池体相连通，垂直流人工湿地池体顶部水平铺设布水管7，底部水平铺设集水管8，布水管进口端与进水管相连通，集水管出口端与竖直设置的导流管9底端相连通，导流管的顶部弯管穿过竖直隔板置于水平潜流人工湿地池体顶部，水平潜流人工湿地池体内均匀间隔设有强化除磷装置，强化除磷装置包括同轴套设的通气管 10和内管11，内管内填充铁刨花12，通气管下部管壁上开有通气孔，内管管壁上开有过水孔。
三级厌氧池体内的组合填料填充率为70％，利于生成厌氧生物膜，提高厌氧生化反应效率，同时也可以拦截污水中悬浮物，防止过多悬浮物进入后续人工湿地，造成湿地堵塞。
第一填料从下往上分为三层，下层为鹅卵石13，粒径为2.5～5.0cm，厚度为50cm，中层为沸石14，粒径为1.0～2.5cm，厚度为30cm，上层为河砂15,粒径为0.5～1.0cm，厚度为20cm。
第二填料从下往上分为三层，下层为鹅卵石，粒径为2.5～5.0cm，厚度为40cm，中层为轻质陶粒16，粒径为1.0～2.5cm，厚度为20cm，上层为河砂,粒径为0.5～1.0cm，厚度为20cm。
布水管包括若干水平排列的开孔管，相邻的两根开孔管间距为50～100cm，开孔管同一截面45°和135°方向开有布水孔，孔径为0.8～1.6cm，开孔间距为10cm。
集水管同一截面±45°和±135°方向开有集水孔，孔径为1.0～1.4cm，开孔间距为10cm。
通气管同一截面0°、180°、±45°、±90°、±135°方向开有通气孔八个，孔径0.8～1.2cm，开孔间距为10cm。
内管同一截面0°、180°、±45°、±90°、±135°方向开有过水孔八个，孔径0.5～0.8cm，开孔间距为10cm。
湿地植物为美人蕉、香蒲、芦苇中的一种或多种。
布水管、集水管、导流管、通气管、内管均为UPVC管。
水平潜流人工湿地中安装强化除磷装置，具有以下优势：
①除磷装置外部通气管保证了外部空气可以自然进入，为底层填料及其中的污水提供氧气，提高微生物活性，提高生化反应速率。
②内管中加装铁刨花填料，其具有较大的表面积和孔隙率，增加了污水的接触面积，通过污水的腐蚀性以及空气中的氧，向水体中释放Fe2+和Fe3+，形成的Fe(OH)2和Fe(OH)3具有较强的絮凝和吸附作用，对污水中的污染物尤其是磷有较强的去除能力。
③由于铁刨花本身含碳，Fe和C之间存在1.2V的电极电位差,因而会形成无数的微电池系统,在其作用空间构成一个电场当废水与铁刨花接触后发生如下电化学反应:
阳极:Fe-2e-→Fe2+
阴极:2H++2e-→2[H]→H2,
反应中，产生的了初生态的Fe2+和原子H，它们具有高化学活性,能改变废水中许多有机物的结构和特性,使有机物发生断链、开环等作用，可以降解部分有机物，同时提高废水可生化性。
④强化除磷装置内管可以自由取出，当其中的铁被消耗完全后，可以很轻易的取出并更换新的铁刨花，避免了传统工艺填料难于更换的弊端。
⑤铁刨花价格低廉，获取较为便利，降低了处理成本，利用铁刨花处理污水可实现变废为宝。
本发明的强化除磷复合人工湿地处理工艺，包括进水管、三级厌氧池、垂直潜流人工湿地、水平潜流人工湿地。污水自进水管进入三级厌氧池，厌氧生化池内加装组合填料，组合填料具有比表面积大、亲水性好、生物活性高，可以快速富集大量微生物，利用微生物生化反应分解污水中污染物。同时也可以吸附截留大量悬浮物。经过厌氧生化反应的污水通过人工湿地上部布水管，进入人工湿地滤料层，人工湿地布水管略低于污水进水管进水端。人工湿地布水管管底与滤料层保持一定高度，污水自布水管斜向上的穿孔呈抛物线状落入滤料层过程中，可以携带更多的溶解氧进入湿地填料层，提高微生物活性，促进有机物的氧化分解。垂直潜流人工湿地填料层上层为对悬浮物去除较强的河砂层，可以拦截大量悬浮物，中层为对氨氮去除较强的沸石，下层为鹅卵石层。经过垂直潜流人工湿地处理的污水通过底部集水管汇集并通过垂直潜流与水平潜流的导管进入水平潜流人工湿地，水平潜流人工湿地填料层上层为对悬浮物去除较强的河砂层，继续拦截大量悬浮物，中层为对磷去除较强的沸石，下层为鹅卵石层。水平潜流人工湿地填料层中设置强化除磷装置，强化除磷装置外部设有自然通气孔，可以是外部空气自然进入滤料底层，提高底层滤料溶解氧浓度，促进污染物氧化分解。强化除磷装置内管装有铁刨花填料，水平潜流人工湿地中的污水从填料层中水平穿过时，会通过强化除磷装置的过水孔接触到铁刨花填料，通过铁刨花的微电解原理，一方面提高污水可生化性，促进污水的生化反应，另一方面，铁刨花在腐蚀过程中会向污水中释放Fe2+和Fe3+，形成的Fe(OH)2和Fe(OH)3具有较强的絮凝和吸附作用，对污水中的污染物尤其是磷有较强的去除能力。复合人工湿地填料层中种植湿地植物，主要为美人蕉、香蒲、芦苇中的一种或几种。污水在通过滤料层的过程中，通过微生物、滤料、以及湿地植物三者协同的生化反应、化学沉淀、化学吸附、物理吸附、生态作用共同完成污水净化。经过湿地处理的水，通过水平潜流人工湿地末端出水口排出。水平潜流人工湿地中的强化除磷装置中铁刨花填料的价格较为低廉，比较容易获取，装置中铁刨花填料的更换较为方便，避免了传统人工湿地填料更换成本高的缺点。
本装置安装方便，设备结构简单、紧凑、布局合理，对有机物、氨氮、磷、SS的去除率高，尤其是对磷有较好的去除效果，使用维护简单，特别适用于农村地区污水处理。

Claims (10)

1.一种强化除磷复合人工湿地处理系统，其特征在于：包括三级厌氧池体和人工湿地池体，所述三级厌氧池体内填充组合填料，所述人工湿地池体通过竖直隔板分为垂直流人工湿地池体和水平潜流人工湿地池体，分别填充第一填料和第二填料，所述第一、第二填料上种植湿地植物，三级厌氧池体通过进水管与垂直流人工湿地池体相连通，垂直流人工湿地池体顶部水平铺设布水管，底部水平铺设集水管，所述布水管进口端与所述进水管相连通，所述集水管出口端与竖直设置的导流管底端相连通，所述导流管的顶部弯管穿过所述竖直隔板置于水平潜流人工湿地池体顶部，水平潜流人工湿地池体内均匀间隔设有强化除磷装置，所述强化除磷装置包括同轴套设的通气管和内管，所述内管内填充铁刨花，所述通气管下部管壁上开有通气孔，内管管壁上开有过水孔。
2.根据权利要求1所述的一种强化除磷复合人工湿地处理系统，其特征在于，所述三级厌氧池体内的组合填料填充率为70％。
3.根据权利要求1所述的一种强化除磷复合人工湿地处理系统，其特征在于，所述第一填料从下往上分为三层，下层为鹅卵石，粒径为2.5～5.0cm，厚度为50cm，中层为沸石，粒径为1.0～2.5cm，厚度为30cm，上层为河砂,粒径为0.5～1.0cm，厚度为20cm。
4.根据权利要求1所述的一种强化除磷复合人工湿地处理系统，其特征在于，所述第二填料从下往上分为三层，下层为鹅卵石，粒径为2.5～5.0cm，厚度为40cm，中层为轻质陶粒，粒径为1.0～2.5cm，厚度为20cm，上层为河砂,粒径为0.5～1.0cm，厚度为20cm。
5.根据权利要求1所述的一种强化除磷复合人工湿地处理系统，其特征在于，所述布水管包括若干水平排列的开孔管，相邻的两根开孔管间距为50～100cm，开孔管同一截面45°和135°方向开有布水孔，孔径为0.8～1.6cm，开孔间距为10cm。
6.根据权利要求1所述的一种强化除磷复合人工湿地处理系统，其特征在于，所述集水管同一截面±45°和±135°方向开有集水孔，孔径为1.0～1.4cm，开孔间距为10cm。
7.根据权利要求1所述的一种强化除磷复合人工湿地处理系统，其特征在于，所述通气管同一截面0°、180°、±45°、±90°、±135°方向开有通气孔八个，孔径0.8～1.2cm，开孔间距为10cm。
8.根据权利要求7所述的一种强化除磷复合人工湿地处理系统，其特征在于，所述内管同一截面0°、180°、±45°、±90°、±135°方向开有过水孔八个，孔径0.5～0.8cm，开孔间距为10cm。
9.根据权利要求1所述的一种强化除磷复合人工湿地处理系统，其特征在于，所述湿地植物为美人蕉、香蒲、芦苇中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的一种强化除磷复合人工湿地处理系统，其特征在于，所述布水管、集水管、导流管、通气管、内管均为UPVC管。
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