CN109851173A - 一种高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统，它包括用于水体净化的填料生态湿地和预处理组合池；所述填料生态湿地由上自下依次为植物层、湿地循环布水系统和脱氮除磷填料层；所述脱氮除磷填料层中设有增氧曝气系统，脱氮除磷填料层底部设有湿地穿孔集水系统；湿地循环布水系统的进水口与预处理组合池的出水口连通；所述预处理组合池包括由左至右依次连通的格栅井、平流沉淀池、兼氧反应池和提升井；所述湿地穿孔集水系统的出水口与出水井连通；所述出水井与回流系统连通；所述回流系统与兼氧反应池连通；所述增氧曝气系统的进气口与外置风机连通。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别是涉及一种高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统。
背景技术
人工湿地自二十世纪七十年代起被欧洲一些国家研究并用于污水处理，我国人工湿地污水处理技术研究应用较晚，但由于国内对环境污染问题的日益重视，人工湿地运行成本低廉、净化效果好、运行维护简单等特点收到广泛关注。
人工湿地技术优势明显，但同样也存在着许多技术问题。如常规人工湿地处理相同水量污水所需土地面积面积约常规AO工艺的10倍左右，一是因为常规人工湿地水力负荷有限，二是由于常规人工湿地污染物负荷有限，污染物浓度超过单位面积湿地处理能力容易造成湿地堵塞；人工湿地脱氮效果一般，即反硝化过程不充分，硝态氮不能大量转为为氮气；人工湿地除磷效果一般，人工湿地处理系统中除磷主要依靠湿地植物吸收，除磷过程单一且容易受季节影响，如冬季植物生长缓慢，磷的去除效率就更低。
发明内容
本发明旨在克服现有技术的不足，提供一种高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统。
为了达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
所述高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统包括用于水体净化的填料生态湿地(12)和预处理组合池(13)；所述填料生态湿地(12)由上自下依次为植物层(5)、湿地循环布水系统(6)和脱氮除磷填料层(7)；所述脱氮除磷填料层(7)中设有增氧曝气系统(8)，脱氮除磷填料层(7)底部设有湿地穿孔集水系统(9)；湿地循环布水系统(6)的进水口与预处理组合池(13)的出水口连通；所述预处理组合池(13)包括由左至右依次连通的格栅井(1)、平流沉淀池(2)、兼氧反应池(3)和提升井(4)；所述湿地穿孔集水系统(9)的出水口与出水井(10)连通；所述出水井(10)与回流系统(101)连通；所述回流系统(101)与兼氧反应池(3)连通；所述增氧曝气系统(8)的进气口与外置风机(81)连通。
其中，所述湿地循环布水系统(6)的主管呈矩形或圆形状，湿地循环布水系统(6)的支管均匀分布在主管中间，支管间距离为600-1000mm，支管底部中心两侧呈90度处开有布水孔，布水孔水平间距为800-1200mm。所述脱氮除磷填料层(7)由上自下包括四层：第一层由φ20-30mm高强度陶粒组成，厚度150-250mm；第二层由φ10-15mm大比面积陶粒组成，厚度200-250mm；第三层由φ5-10mm含有Al、Mg、Ca的陶粒组成，厚度150-250mm；第四层由φ15-20mm大孔隙率的陶粒组成，厚度200-250mm。，所述增氧布气系统(8)的主管根据湿地形状可呈矩形或圆形状,增氧布气系统(8)的支管分布在主管中间，支管间距500-800mm，支管两侧中心开有布气，布气孔水平间距为500-800mm。所述回流系统(101)由外排管、回流管、两个蝶阀组成，一个蝶阀控制湿地出水水量，另一个蝶阀控制湿地回流水量；所述外排管将水排到高负荷脱氮除磷人工湿地污水处理系统外部，所述回流管将湿地出水回流至兼氧反应池(3)中；所述外排管流量大小通过A阀门(111)控制，所述回流管流量大小通过B阀门(112)控制。所述格栅井(1)中设有一块斜置的格栅板(11)；所述格栅井(1)的进水口设置在格栅井(1)的上部，出水口设置在格栅井(1)的下部。所述平流沉淀池(2)的进水口与格栅井(1)的出水口连通；平流沉淀池(2)的出水口位置、兼氧反应池(3)的出水口位置均设有弯头导管(21)。所述兼氧反应池(3)进水口与平流沉淀池(2)的出水口连通；所述兼氧反应池(3)内腔分为多级兼氧反应池单元，多级兼氧反应池单元中设有亲水性高分子纤维生物填料(31)，相邻两级兼氧反应池单元之间通过带弯头导管(21)的过水孔连通；所述兼氧反应池(3)的第一级兼氧反应池单元上部设有开孔，该开孔与回流系统(101)的回流管连通。所述亲水性高分子纤维生物填料(31)呈带状排布，每条填料与前、后、左、右四条填料带距离为150-250mm。所述提升井(4)中设有污水提升泵(41)，污水提升泵(41)的启停通过高低液位控制器控制；污水提升泵(41)通过提升管线(42)将污水送入填料生态湿地(12)。
下面对本发明作进一步说明：
本发明中，所述预处理组合池，由格栅井、沉淀池、兼氧反应池、提升井四部分组成，预处理组合池主要起起撇渣、沉淀、降低污染物浓度、提升污水至湿地表面四项功能。
所述预处理组合池中格栅井，主要起撇渣功能，去除污水中大块漂浮物和不溶物，降低水中污染物，防止这些物质堵塞管道及后续机械设备。格栅井中间有一块倾斜放置的格栅板，格栅板网眼孔径为6-10mm。格栅井有一个进水口和一个出水口，外界污水通过进水口进入格栅井，通过格栅板滤渣，污水再通过出水口自流进入沉淀池。
所述预处理组合池中平流沉淀池，主要起沉淀污水中悬浮物质的作用，污水在沉淀池中通过重力沉降，大部分悬浮物质都会沉淀到沉淀池底部。沉淀池与下一仓池体通过一根离池底600-1000mm的弯头导管连接，经沉淀过的污水通过该导管自流进入兼氧反应池。
所述预处理组合池中兼氧反应池，主要起生物降解水中污染物的作用。兼氧组合池由一般设置两级，设置级数可根据水处理量变化，水量较大，可多设置几级，水量较小，可只设置一级。兼氧反应池内，挂有亲水性高分子纤维生物填料，为微生物生长提供了良好的载体，该填料提高兼氧反应池污染物去除效率，特别是COD、BOD5这两项水质指标的去除。亲水性高分子纤维生物填料呈带状排布，每条填料与前、后、左、右四条填料带距离为150-250mm，确保池内填料分布均匀，充分利用池体有效容积。兼氧反应池与下一仓池体通过一根离池底400-600mm的弯头导管连接，经处理的污水通过该导管自流进入下一仓池体。
所述预处理组合池中提升井，主要起提升污水至湿地表面的作用。提升井内有一台潜污泵和一个泵基础。潜污泵的启动与停止通过液位浮球开关控制运行，当提升井内液位达到一定液位时，浮球开关启动泵开始运行，将污水输送至湿地表面，当提升井内液位低于一定液位时，泵停止运行。
所述填料生态湿地由上到下主要由湿地植物、循环布水系统、脱氮除磷填料层、增氧曝气系统、穿孔集水系统、回流系统六部分组成，填料生态湿地还有出水井。填料生态湿地主要起深度净化污水作用，进一步去除水中污染因子，特别是对总磷、总氮的高效去除。
所述的填料生态湿地植物主要由鸢尾、菖蒲、美人蕉、麦冬、旱伞草等植物搭配组成，这些植物通过吸附污水中氮、磷的化合物生长，同时降低了污水中污染物的浓度。
所述的填料生态湿地的循环布水系统由PE管及相关管阀件组成。循环布水系统和上述预处理组合池中潜污泵的提升管道相连接，污水通过潜污泵提升，再通过循环布水系统将污水均匀布置在湿地表面。循环布水系统主管除与潜污泵提升管道有接口外，整个循环布水系统主管呈矩形或圆形状，循环布水系统支管均匀分布在主管中间，支管间距离为600-1000mm，支管底部中心两侧呈90度处开有布水孔，布水孔水平间距为800-1200mm。
所述的填料生态湿地的脱氮除磷填料层由4层不同粒径不同功能的特质陶粒层组成。下面依次介绍由上到下的4层填料规格性能：第一层主要起固定植物作用和过滤作用，由φ20-30mm高强度陶粒组成，厚度150-250mm；第二层主要为微生物生长提供载体，由φ10-15mm大比面积陶粒组成，厚度200-250mm；第三层主要为氮磷元素吸附层，由φ5-10mmAl、Mg、Ca含量较高的特质陶粒层组成，厚度150-250mm；第四层主要为承托稳定层，由φ15-20mm孔隙率较大陶粒层组成，厚度200-250mm。
所述的填料生态湿地的增氧曝气系统主要起提高湿地内部氧气浓度，强化生物降解能力，同时起疏通湿地表层填料作用，防止湿地堵塞。增氧布气系统通过湿地外置风机将空气输送至湿地内部布气系统。增氧布气系统主管根据湿地形状可呈矩形或圆形状,布气系统支管分布在主管中间，支管间距500-800mm，支管两侧中心开有布气，布气孔水平间距为500-800mm。风机风量大小根据具体处理水量确定。
所述的填料生态湿地的穿孔集水系统起汇集经湿地处理过水的作用。穿孔集水系统由若干跟穿孔管组成，湿地底部水通过穿孔集水管开孔进入到集水系统内部。穿孔集水系统在湿地底部呈一定坡度放置，穿孔集水系统出水处处于最低点，放置坡度为3-5‰。穿孔集水系统出水管连接至湿地出水井。
所述的填料生态湿地的出水井主要观察起湿地集水系统的排水作用，观察湿地系统能否正常处理排水。
所述的填料生态湿地的回流系统起强化湿地脱氮效果。回流系统由出水管、回流管、及两个蝶阀组成，一个蝶阀控制湿地出水水量，一个蝶阀控制湿地回流水量。回流管出水口接至预处理组合池中兼氧反应池，回流水通过在兼氧反应池内进行反硝化作用，从而达到降低水中总氮效果。
本发明提供的高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统，通过利用多功能预处理组合池与填料生态湿地的组合，使该污水净化系统能具有更大的污染物负载及更高的污水净化效率，同时在人工湿地污水处理系统中首次增加回流系统，使该污水处理系统在脱氮、除磷作用上优于其他人工湿地污水处理系统。
本发明实施例适用于污水处理，具体处理方法如下：
污水通过管道汇集进入预处理组合池13中格栅井1，污水经过格栅井1中格栅过滤，去除水中大块不溶物质，通过格栅井1的过水孔进入平流沉淀池2，污水在平流沉淀池2通过重力沉降，部分颗粒物质沉淀到池体底部，经沉淀好污水通过弯头导管21进入到兼氧反应池3内，污水在兼氧反应池3主要进行厌氧反应，大分子污染物进行厌氧水解降解的，水解产生的小分子物质更容易为后序工艺降解，厌氧反应菌主要附着在亲水性高分子纤维生物填料31上，兼氧反应池3出水通过弯头导管进入到提升井4中，提升井4中污水到达一定水位，高低液位控制开关控制污水提升泵41启动，将污水通过污水提升管线42提升至填料生态湿地12的循环布水系统。污水通过循环布水系统6将污水均匀的布置在填料生态湿地12的表面，污水通过重力作用向下沉降，一部分污染物会被植物5直接吸收，污水通过脱氮除磷填料层7进行过滤、微生物降解、吸附等净化作用，其中增氧曝气系统8会通过风机81和布气系统提高湿地内部氧气含量，促进湿地内部微生物降解，污水经处理流到湿地底部通过穿孔集水系统9收集将经处理的水引入到集水井10中，集水井10出水一部分通过回流系统101的外排管道排出湿地，排出流量大小通过阀门111控制，集水井10出水一部分通过回流系统101的回流管道回流至预处理组合池13中兼氧反应池3进行反硝化作用，提高总氮去除。
总之，本发明通过预处理组合池和填料生态湿地的组合应用，实现对高污染物浓度污水的高效净化，适用于生活污水处理、工业污水深度处理、河道景观水循环净化。
附图说明
图1为本发明所述高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统的结构示意图。
图中：1、格栅井；2、平流沉淀池；3、兼氧反应池；4、提升井；5、植物层；6、湿地循环布水系统；7、脱氮除磷填料层；8、增氧曝气系统；9、湿地穿孔集水系统；10、出水井；11、格栅板；12、填料生态湿地；13、预处理组合池；21、弯头导管；31、亲水性高分子纤维生物填料；41、污水提升泵；42、提升管线；81、外置风机；101、回流系统；111、A阀门；112、B阀门。
具体实施方式
参见图1，所述高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统包括用于水体净化的填料生态湿地12和预处理组合池13；所述填料生态湿地12由上自下依次为植物层5、湿地循环布水系统6和脱氮除磷填料层7；所述脱氮除磷填料层7中设有增氧曝气系统8，脱氮除磷填料层7底部设有湿地穿孔集水系统9；湿地循环布水系统6的进水口与预处理组合池13的出水口连通；所述预处理组合池13包括由左至右依次连通的格栅井1、平流沉淀池2、兼氧反应池3和提升井4；所述湿地穿孔集水系统9的出水口与出水井10连通；所述出水井10与回流系统101连通；所述回流系统101与兼氧反应池3连通；所述增氧曝气系统8的进气口与外置风机81连通。
其中，所述湿地循环布水系统6的主管呈矩形或圆形状，湿地循环布水系统6的支管均匀分布在主管中间，支管间距离为600-1000mm，支管底部中心两侧呈90度处开有布水孔，布水孔水平间距为800-1200mm。所述脱氮除磷填料层7由上自下包括四层：第一层由φ20-30mm高强度陶粒组成，厚度150-250mm；第二层由φ10-15mm大比面积陶粒组成，厚度200-250mm；第三层由φ5-10mm含有Al、Mg、Ca的陶粒组成，厚度150-250mm；第四层由φ15-20mm大孔隙率的陶粒组成，厚度200-250mm。，所述增氧布气系统8的主管根据湿地形状可呈矩形或圆形状,增氧布气系统8的支管分布在主管中间，支管间距500-800mm，支管两侧中心开有布气，布气孔水平间距为500-800mm。所述回流系统101由外排管、回流管、两个蝶阀组成，一个蝶阀控制湿地出水水量，另一个蝶阀控制湿地回流水量；所述外排管将水排到高负荷脱氮除磷人工湿地污水处理系统外部，所述回流管将湿地出水回流至兼氧反应池3中；所述外排管流量大小通过阀门111控制，所述回流管流量大小通过阀门112控制。所述格栅井1中设有一块斜置的格栅板11；所述格栅井1的进水口设置在格栅井1的上部，出水口设置在格栅井1的下部。所述平流沉淀池2的进水口与格栅井1的出水口连通；平流沉淀池2的出水口位置、兼氧反应池3的出水口位置均设有弯头导管21。所述兼氧反应池3进水口与平流沉淀池2的出水口连通；所述兼氧反应池3内腔分为多级兼氧反应池单元，多级兼氧反应池单元中设有亲水性高分子纤维生物填料31，相邻两级兼氧反应池单元之间通过带弯头导管21的过水孔连通；所述兼氧反应池3的第一级兼氧反应池单元上部设有开孔，该开孔与回流系统101的回流管连通。所述亲水性高分子纤维生物填料31呈带状排布，每条填料与前、后、左、右四条填料带距离为150-250mm。所述提升井4中设有污水提升泵41，污水提升泵41的启停通过高低液位控制器控制；污水提升泵41通过提升管线42将污水送入填料生态湿地12。
Claims (10)
1.一种高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统，其特征在于，所述高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统包括用于水体净化的填料生态湿地(12)和预处理组合池(13)；所述填料生态湿地(12)由上自下依次为植物层(5)、湿地循环布水系统(6)和脱氮除磷填料层(7)；所述脱氮除磷填料层(7)中设有增氧曝气系统(8)，脱氮除磷填料层(7)底部设有湿地穿孔集水系统(9)；湿地循环布水系统(6)的进水口与预处理组合池(13)的出水口连通；所述预处理组合池(13)包括由左至右依次连通的格栅井(1)、平流沉淀池(2)、兼氧反应池(3)和提升井(4)；所述湿地穿孔集水系统(9)的出水口与出水井(10)连通；所述出水井(10)与回流系统(101)连通；所述回流系统(101)与兼氧反应池(3)连通；所述增氧曝气系统(8)的进气口与外置风机(81)连通。
2.如权利要求1所述的高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统，其特征在于，所述湿地循环布水系统(6)的主管呈矩形或圆形状，湿地循环布水系统(6)的支管均匀分布在主管中间，支管间距离为600-1000mm，支管底部中心两侧呈90度处开有布水孔，布水孔水平间距为800-1200mm。
3.如权利要求1所述的高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统，其特征在于，所述脱氮除磷填料层(7)由上自下包括四层：第一层由φ20-30mm高强度陶粒组成，厚度150-250mm；第二层由φ10-15mm大比面积陶粒组成，厚度200-250mm；第三层由φ5-10mm含有Al、Mg、Ca的陶粒组成，厚度150-250mm；第四层由φ15-20mm大孔隙率的陶粒组成，厚度200-250mm。
4.如权利要求1所述的高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统，其特征在于，所述增氧布气系统(8)的主管根据湿地形状可呈矩形或圆形状,增氧布气系统(8)的支管分布在主管中间，支管间距500-800mm，支管两侧中心开有布气，布气孔水平间距为500-800mm。
5.如权利要求1所述的高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统，其特征在于，所述回流系统(101)由外排管、回流管、两个蝶阀组成，一个蝶阀控制湿地出水水量，另一个蝶阀控制湿地回流水量；所述外排管将水排到高负荷脱氮除磷人工湿地污水处理系统外部，所述回流管将湿地出水回流至兼氧反应池(3)中；所述外排管流量大小通过A阀门(111)控制，所述回流管流量大小通过B阀门(112)控制。
6.如权利要求1所述的高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统，其特征在于，所述格栅井(1)中设有一块斜置的格栅板(11)；所述格栅井(1)的进水口设置在格栅井(1)的上部，出水口设置在格栅井(1)的下部。
7.如权利要求6所述的高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统，其特征在于，所述平流沉淀池(2)的进水口与格栅井(1)的出水口连通；平流沉淀池(2)的出水口位置、兼氧反应池(3)的出水口位置均设有弯头导管(21)。
8.如权利要求5所述的高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统，其特征在于，所述兼氧反应池(3)进水口与平流沉淀池(2)的出水口连通；所述兼氧反应池(3)内腔分为多级兼氧反应池单元，多级兼氧反应池单元中设有亲水性高分子纤维生物填料(31)，相邻两级兼氧反应池单元之间通过带弯头导管(21)的过水孔连通；所述兼氧反应池(3)的第一级兼氧反应池单元上部设有开孔，该开孔与回流系统(101)的回流管连通。
9.如权利要求1所述的高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统，其特征在于，所述亲水性高分子纤维生物填料(31)呈带状排布，每条填料与前、后、左、右四条填料带距离为150-250mm。
10.如权利要求1所述的高负荷脱氮除磷人工湿地污水净化系统，其特征在于，所述提升井(4)中设有污水提升泵(41)，污水提升泵(41)的启停通过高低液位控制器控制；污水提升泵(41)通过提升管线(42)将污水送入填料生态湿地(12)。
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