CN110937690B - 一种户用复合人工湿地系统及运行方法 - Google Patents

Abstract

本公开提出了一种户用复合人工湿地系统及运行方法，堵塞期，污水经过第一隔板上部穿孔进入垂直流人工湿地单元，预沉单元和垂直流人工湿地单元整体转变为表面流人工湿地方式运行，大部分污水进入二次布水单元，小部分经由第三隔板的细密小孔进入水平流人工湿地单元。本公开通过不同期过水方式的转变，可实现正常运行期到堵塞期的切换，大大延长了湿地系统的使用寿命，在特殊优选条件下甚至可以实现复合人工湿地系统永不需进行基质更换。

Description

一种户用复合人工湿地系统及运行方法

技术领域

本公开涉及污水处理技术领域，特别是涉及一种户用复合人工湿地系统及运行方法。

背景技术

随着我国城镇化的加速，日益突出的环境问题成为制约发展的主要问题之一。目前，城镇污水收集率已达90％以上，但是偏远农村地区，由于经济水平和地形环境的限制，集中收集处理面临着管线长、布管困难，单独收集处理面临着处理费用高昂等问题。

发明人在研究中发现，人工湿地是一种模拟自然湿地系统的污水处理构筑物，因造价低廉、运维简便等优点受到国内外的广泛关注。但人工湿地在中国国内的实际应用中，因湿地基质堵塞导致的难以长期高效稳定运行问题，湿地基质恢复工程量大、操作困难问题成为制约人工湿地推广使用的主要问题。

发明内容

本说明书实施方式的目的是提供一种户用复合人工湿地系统，能够实现户用复合人工湿地堵塞期污染物的去除。

本说明书实施方式提供一种户用复合人工湿地系统，通过以下技术方案实现：

包括：预沉单元、垂直流人工湿地单元、二次布水单元和水平流人工湿地单元；

所述预沉单元与垂直流人工湿地单元均设置在水平流人工湿地单元的上方且通过竖直布置的第一隔板隔离；所述预沉单元、垂直流人工湿地单元共用水平布置的第三隔板实现与水平流人工湿地单元的隔离，所述垂直流人工湿地单元、水平流人工湿地单元分别通过竖直布置的第二隔板与二次布水单元隔离；

堵塞期，污水经过第一隔板上部穿孔进入垂直流人工湿地单元，预沉单元和垂直流人工湿地单元整体转变为表面流人工湿地方式运行，大部分污水进入二次布水单元，小部分经由第三隔板的细密小孔进入水平流人工湿地单元。

进一步的技术方案，所述污水中的氨氮经二次布水单元曝气后硝化为硝氮；部分硝氮经由吸附填料吸附去除，水平流人工湿地单元整体处于缺氧状态，含硝氮污水流经水平流人工湿地单元后通过反硝化作用去除，污水通过第三隔板的小孔对水平流人工湿地单元进行反硝化过程碳源补充。

进一步的技术方案，所述预沉单元填充过滤填料，填料自上而下分别由粒径砾石、沸石、细砂三级构成，预沉单元上部设有进水管，进水管与穿孔布水管相连，预沉单元上部种植植物，所述预沉单元对污水进行过滤截留大颗粒的有机物和SS。

进一步的技术方案，所述垂直流人工湿地单元填充多孔填料，填料自上而下分别由陶粒、沸石、活性炭三级构成，垂直流人工湿地单元上部设有出水管，出水管与穿孔集水管相连，垂直流人工湿地单元上部种植植物；

所述垂直流人工湿地单元将污水中的有机物和NH₄ ⁺-N经多孔吸附填料吸附后大部分通过穿孔集水管经出水管进入二次布水单元，小部分经由第二隔板的小孔进入水平流人工湿地单元。

进一步的技术方案，所述竖直布置的第一隔板距其底部不同的位置处分别均匀穿孔，人工湿地运行初期，大部分污水通过预沉单元的污水经过第一隔板下部穿孔进入垂直流人工湿地单元，小部分污水经由第二隔板的小孔进入水平流人工湿地单元；

人工湿地运行初期，污水经由第一隔板下部穿孔进入垂直流人工湿地单元。

进一步的技术方案，所述水平布置的第三隔板在距离其首端与末端不同的位置处均设有穿孔，分别实现预沉单元、垂直流人工湿地单元与水平流人工湿地单元的连通。

进一步的技术方案，所述竖直布置的第二隔板距其底部一定距离的位置处均匀穿孔，实现二次布水单元与水平流人工湿地单元的连通。

进一步的技术方案，所述二次布水单元设有至少两个带叶转盘，带叶转盘之间通过中间轴承相连，二次布水单元填充由活性炭、沸石构成的填料。

进一步的技术方案，所述水平流人工湿地单元填充砾石，末端与另一出水管相连。

本说明书实施方式提供一种户用复合人工湿地系统的运行方法，通过以下技术方案实现：

人工湿地系统运行堵塞期：污水经由第一隔板上部穿孔进入垂直流人工湿地单元，预沉单元和垂直流人工湿地单元整体转变为表面流人工湿地方式运行；

大部分污水通过集水管经出水管进入二次布水单元，小部分污水经由第二隔板的小孔进入水平流人工湿地单元；

污水中的氨氮经二次布水单元曝气后硝化为硝氮，部分经由吸附填料吸附去除；水平流人工湿地整体处于缺氧状态，含硝氮污水流经水平流人工湿地单元后通过反硝化作用去除，污水通过第二隔板的细密小孔对水平流人工湿地单元进行反硝化过程碳源补充。

进一步的技术方案，户用复合人工湿地运行初期：

污水通过预沉单元的过滤作用截留大颗粒的有机物和SS后，大部分由第一隔板下部穿孔进入垂直流人工湿地单元，小部分经由第二隔板的细密小孔进入水平流人工湿地单元；

垂直流人工湿地单元填充有多孔吸附填料，污水中的有机物和NH₄ ⁺-N经多孔吸附填料吸附后大部分进入二次布水单元，小部分经由第三隔板的小孔进入水平流人工湿地单元；

垂直流人工湿地单元排出的污水经高位跌水后进行曝气充氧，污染物经二次布水单元的多孔吸附填料再次吸附后，流经水平流人工湿地单元后排出。

进一步的技术方案，复合人工湿地正常运行期：

植物和微生物已处于稳定状态，预沉单元和垂直流人工湿地单元上部处于好氧状态，主要由基质和植物根系附着的好氧微生物对污水的有机物和NH₄ ⁺-N进行降解和转化，同时植物生长摄取一部分的有机物；

预沉单元和垂直流人工湿地单元下部处于缺氧状态，部分经转化的硝氮在缺氧状态下进行反硝化后去除；部分未经完全硝化的氨氮经二次布水单元曝气后硝化为硝氮，部分经由吸附填料吸附去除；

水平流人工湿地整体处于缺氧状态，含硝氮污水流经水平流人工湿地单元后通过反硝化作用去除，污水通过第三隔板的细密小孔对水平流人工湿地单元进行反硝化过程碳源补充。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

本公开户用复合人工湿地系统运行初期主要依靠填料的吸附作用去除污染物质，正常运行期和堵塞期主要依靠微生物作用和植物摄取去除污染物质。

本公开通过不同期过水方式的转变，可实现正常运行期“预沉单元→垂直流人工湿地单元→二次布水单元→水平流人工湿地单元”到堵塞期“表面流人工湿地单元→二次布水单元→水平流人工湿地单元”的切换，大大延长了湿地系统的使用寿命，在特殊优选条件下甚至可以实现复合人工湿地系统永不需进行基质更换。

本公开整体技术方案无动力，仅通过自身跌水实现曝气，为硝化作用提供条件。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1为本公开具体实施例子的整体结构示意图；

图中，1人工湿地本体、2进水管、3砾石、4第一沸石、5细砂、6第一隔板、7陶粒、8第二沸石、9活性炭、10第一出水管、11第二隔板、12第一带叶转盘、13、第二带叶转盘，14、填料，15、水平流人工湿地单元，16第三隔板、17第二出水管。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，人工湿地的基质堵塞有两个主要原因：1.水中的不可降解大颗粒物质堵塞基质的孔隙和空隙；2.水中孔隙间的化学反应形成沉淀或胶体，堵塞基质的孔隙和空隙；以上两种堵塞会导致湿地基质无法正常过水。技术实现上：湿地基质堵塞后一般只能更换基质或停止运行或进行化学溶脱的方式，更换基质工程量大，停止运行导致水质变差，化学溶脱出水污染严重。

实施例子一

参见附图1所示，该实施例公开了一种户用复合人工湿地系统，由人工湿地本体1组成，本体1尺寸为2m*2m*1.5m。其中，所述人工湿地本体1由预沉单元、垂直流人工湿地单元、二次布水单元和水平流人工湿地单元构成。

预沉单元填充过滤填料，过滤填料分级布设且填料长期被水淹没，填料自上而下分别由粒径8-10mm砾石3、粒径4-6mm第一沸石4、粒径2-4mm细砂5三级构成，预沉单元上部设有进水管2，进水管2与穿孔布水管相连，预沉单元上部种植植物。

穿孔布水管与进水管2成“T”字形，用于进水的均匀布水。

预沉单元和垂直流人工湿地单元中间设置第一隔板6，第一隔板6距底部5-30cm处和80-100cm处均匀穿孔。

不同位置设孔的目的是在不同运行状态下水从不同的孔通过。

垂直流人工湿地单元填充多孔填料，多空填料分级布设且长期被水淹没，填料自上而下分别由粒径4-6mm陶粒7、粒径6-8mm第二沸石8、粒径4-6mm活性炭9三级构成，垂直流人工湿地单元上部设有第一出水管10，第一出水管10与穿孔集水管相连，垂直流人工湿地单元上部种植植物。

穿孔集水管与出水管10成“T”字形，用于控制均匀过水收集。

垂直流人工湿地单元和二次布水单元设置第二隔板11，第二隔板距底部5-15cm处均匀穿孔。

二次布水单元设有第一带叶转盘12、第二带叶转盘13，第一带叶转盘12、第二带叶转盘13通过中间轴承相连，二次布水单元填充粒径5-10mm由活性炭、沸石构成的填料。

预沉单元和垂直流人工湿地单元位于水平流人工湿地单元上部，中间设置第三隔板16；第三隔板16距首端5cm处与距末端5cm处均设有20*1600mm的细密穿孔；

穿孔的目的是为了使一部分的污水不经好氧处理直接进入水平流人工湿地区域，补充污水中碳源。

水平流人工湿地单元填充粒径10-20mm的砾石，末端与第二出水管17相连。

实施例子二

一种户用复合人工湿地系统的运行模式和工作原理如下：

来自农户的生活污水首先经过隔油沉淀等手段预处理，然后通过水位差自流或水泵提升至本发明的户用复合人工湿地系统。

(1)户用复合人工湿地运行初期污染物的去除

污水通过进水管2进入户用复合人工湿地系统，通过预沉单元的过滤作用截留大颗粒的有机物和固体悬浮物SS后，大部分由第一隔板6下部穿孔(因为水的高程不到上部的穿孔，所以只从下部通过)进入垂直流人工湿地单元，小部分经由第三隔板16的靠右侧，首端的细密小孔进入水平流人工湿地单元，垂直流人工湿地单元填充有多孔吸附填料，污水中的有机物和氨氮NH₄ ⁺-N经多孔吸附填料吸附后大部分通过集水管经出水管10进入二次布水单元，小部分经由第三隔板16的靠左侧，末端的细密小孔进入水平流人工湿地单元，二次布水单元设有带叶转盘，流经出水管10的污水经高位跌水后冲击带叶转盘，带动转盘转动进行曝气充氧，二次布水单元填充有由活性炭、沸石构成的多孔吸附填料，污染物经再次吸附后，经过第二隔板11下部的孔进入水平流湿地单元后经由第二出水管17排出系统。

(2)户用复合人工湿地正常运行期污染物的去除

户用复合人工湿地经初期运行后进入正常运行期，此时，植物和微生物已处于稳定状态，预沉单元和垂直流人工湿地单元上部处于好氧状态，主要由基质和植物根系附着的好氧微生物对污水的有机物和NH₄ ⁺-N进行降解和转化，同时植物生长摄取一部分的有机物；预沉单元和垂直流人工湿地单元下部处于缺氧状态，部分经转化的硝氮在缺氧状态下进行反硝化后去除；部分未经完全硝化的氨氮经二次布水单元曝气后硝化为硝氮，部分经由吸附填料吸附去除；水平流人工湿地整体处于缺氧状态，含硝氮污水流经水平流人工湿地单元后通过反硝化作用去除，污水通过第三隔板16的细密小孔对水平流人工湿地单元进行反硝化过程碳源补充。

(3)户用复合人工湿地堵塞期污染物的去除

当户用复合人工湿地系统处于堵塞期，预沉单元堵塞，无法正常过水，污水通过进水管2进入系统后，经由第一隔板6上部穿孔进入垂直流人工湿地单元，预沉单元和垂直流人工湿地单元整体转变为表面流人工湿地方式运行，大部分通过集水管经第一出水管10进入二次布水单元，小部分经由第三隔板16的细密小孔进入水平流人工湿地单元，污水中的氨氮经二次布水单元曝气后硝化为硝氮，部分经由吸附填料14吸附去除；水平流人工湿地整体处于缺氧状态，含硝氮污水流经第二隔板11的下部小孔进入水平流人工湿地单元后通过反硝化作用去除，污水通过第三隔板16的细密小孔对水平流人工湿地单元进行反硝化过程碳源补充。

可以理解的是，在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“另一实施例”、“其他实施例”、或“第一实施例～第N实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料的特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种户用复合人工湿地系统，其特征是，包括：预沉单元、垂直流人工湿地单元、二次布水单元和水平流人工湿地单元；

所述预沉单元与垂直流人工湿地单元均设置在水平流人工湿地单元的上方且通过竖直布置的第一隔板隔离；所述预沉单元、垂直流人工湿地单元共用水平布置的第三隔板实现与水平流人工湿地单元的隔离，所述垂直流人工湿地单元、水平流人工湿地单元分别通过竖直布置的第二隔板与二次布水单元隔离；

所述竖直布置的第一隔板距其底部不同的位置处分别均匀穿孔，人工湿地运行初期，大部分污水通过预沉单元的污水经过第一隔板下部穿孔进入垂直流人工湿地单元，小部分污水经由第二隔板的小孔进入水平流人工湿地单元；

人工湿地运行初期堵塞期，污水经由第一隔板下部穿孔进入垂直流人工湿地单元；

所述水平布置的第三隔板在距离其首端与末端不同的位置处均设有穿孔，分别实现预沉单元、垂直流人工湿地单元与水平流人工湿地单元的连通；

所述竖直布置的第二隔板距其底部一定距离的位置处均匀穿孔，实现二次布水单元与水平流人工湿地单元的连通；

所述二次布水单元设有至少两个带叶转盘，带叶转盘之间通过中间轴承相连，二次布水单元填充由活性炭、沸石构成的填料；

堵塞期，污水经过第一隔板上部穿孔进入垂直流人工湿地单元，预沉单元和垂直流人工湿地单元整体转变为表面流人工湿地方式运行，大部分污水进入二次布水单元，小部分经由第三隔板的细密小孔进入水平流人工湿地单元。

2.如权利要求1所述的一种户用复合人工湿地系统，其特征是，所述污水中的氨氮经二次布水单元曝气后硝化为硝氮；部分硝氮经由吸附填料吸附去除，水平流人工湿地单元整体处于缺氧状态，含硝氮污水流经水平流人工湿地单元后通过反硝化作用去除，污水通过第三隔板的小孔对水平流人工湿地单元进行反硝化过程碳源补充。

3.如权利要求1所述的一种户用复合人工湿地系统，其特征是，所述预沉单元填充过滤填料，填料自上而下分别由粒径砾石、沸石、细砂三级构成，预沉单元上部设有进水管，进水管与穿孔布水管相连，预沉单元上部种植植物，所述预沉单元对污水进行过滤截留大颗粒的有机物和SS。

4.如权利要求1所述的一种户用复合人工湿地系统，其特征是，所述垂直流人工湿地单元填充多孔填料，填料自上而下分别由陶粒、沸石、活性炭三级构成，垂直流人工湿地单元上部设有出水管，出水管与穿孔集水管相连，垂直流人工湿地单元上部种植植物；

所述垂直流人工湿地单元将污水中的有机物和NH₄ ⁺-N经多孔吸附填料吸附后大部分通过穿孔集水管经出水管进入二次布水单元，小部分经由第二隔板的小孔进入水平流人工湿地单元。

5.如权利要求1所述的一种户用复合人工湿地系统，其特征是，所述水平流人工湿地单元填充砾石，末端与另一出水管相连。

6.一种基于权利要求1-5任一所述的户用复合人工湿地系统的运行方法，其特征是，人工湿地系统运行堵塞期：污水经由第一隔板上部穿孔进入垂直流人工湿地单元，预沉单元和垂直流人工湿地单元整体转变为表面流人工湿地方式运行；

大部分污水通过集水管经出水管进入二次布水单元，小部分污水经由第二隔板的小孔进入水平流人工湿地单元；

污水中的氨氮经二次布水单元曝气后硝化为硝氮，部分经由吸附填料吸附去除；水平流人工湿地整体处于缺氧状态，含硝氮污水流经水平流人工湿地单元后通过反硝化作用去除，污水通过第二隔板的细密小孔对水平流人工湿地单元进行反硝化过程碳源补充。

7.如权利要求6所述的一种户用复合人工湿地系统的运行方法，其特征是，户用复合人工湿地运行初期：

污水通过预沉单元的过滤作用截留大颗粒的有机物和SS后，大部分由第一隔板下部穿孔进入垂直流人工湿地单元，小部分经由第三隔板的细密小孔进入水平流人工湿地单元；

垂直流人工湿地单元填充有多孔吸附填料，污水中的有机物和NH₄ ⁺-N经多孔吸附填料吸附后大部分进入二次布水单元，小部分经由第三隔板的小孔进入水平流人工湿地单元；

垂直流人工湿地单元排出的污水经高位跌水后进行曝气充氧，污染物经二次布水单元的多孔吸附填料再次吸附后，流经水平流人工湿地单元后排出；

进一步的技术方案，复合人工湿地正常运行期：

植物和微生物已处于稳定状态，预沉单元和垂直流人工湿地单元上部处于好氧状态，主要由基质和植物根系附着的好氧微生物对污水的有机物和NH₄ ⁺-N进行降解和转化，同时植物生长摄取一部分的有机物；

预沉单元和垂直流人工湿地单元下部处于缺氧状态，部分经转化的硝氮在缺氧状态下进行反硝化后去除；部分未经完全硝化的氨氮经二次布水单元曝气后硝化为硝氮，部分经由吸附填料吸附去除；

水平流人工湿地整体处于缺氧状态，含硝氮污水流经水平流人工湿地单元后通过反硝化作用去除，污水通过第三隔板的细密小孔对水平流人工湿地单元进行反硝化过程碳源补充。

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