CN111115834B - 一种接触藻网布水型的人工湿地系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于污水净化生态系统技术领域，具体涉及一种接触藻网布水型的人工湿地系统。人工湿地由于具有结构简单、易维护、成本经济等优点，在污水处理领域具有广泛的应用。大型丝状藻类作为自然界中常见的大型淡水藻类，形体大、易分离，具有良好的水质净化及光合增氧作用。本发明提供了一种接触藻网布水型的人工湿地系统，包括阶梯状进水池，在阶梯状进水池的凸起处具有支撑框架固定丝状藻类的生物接触网，用于对进入人工湿地的污水进行预处理，可以有效的吸附污水中的有害物质，同时进行增氧，在寒冷的冬季仍然可以发挥功效。

Description

一种接触藻网布水型的人工湿地系统

技术领域

本发明属于污水净化生态系统技术领域，具体涉及一种以多级生物接触网进行布水，通过多级生物接触氧化法与潜流人工湿地结合，能够强化湿地系统污水净化效果的水处理系统。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

人工湿地是一种新型的污水生态技术，是由植物、填料床、微生物以及湿地动物等构成的生态系统，能够依靠湿地系统中各组成部分之间的物理、化学、生物的协同作用来实现对污水的净化效果。通过调整优化人工湿地系统的结构，进一步促进污水中的污染物质的良性循环，可实现经济与资源化的最大效益。人工湿地与传统的污水处理厂相比，投资和日常运行费用仅为污水处理厂的1/10～1/2 和 1/5～1/3，而且具有易于操作和维护、景观效果好等优点。其中，潜流人工湿地占地面积小，去除效率高，能够满足多种污水处理条件的要求，是应用比较广泛的一种人工湿地类型。但是其去除能力受季节影响较大，冬季去除效果显著降低。并且当进水有机负荷过高，或其中颗粒物，特别是胶体类物质含量较高时，容易发生堵塞现象，影响后续水处理效果。

作为周丛藻类群落的重要组成种类，大型丝状藻类，如水绵(Spirogyra spp .)、丝藻(Ulothrix spp .)、毛枝藻(Stigeoclonium spp .)、刚毛藻(Cladophora spp .)等，是自然界中最为常见的藻类之一。这类藻形态大，容易从水体中分离，不易流失，而且本身在生长过程中又具有吸收磷的能力，可表现出比硅藻和蓝藻群落更为显著的水质净化、光合增氧等作用。同时，大型丝状藻类可以四季生长，即使在冬季也具有显著的生长优势，因而分布广泛，从北寒带至亚热带地区不同水体中均有发现。这对解决人工湿地系统冬季处理效率低下的问题提供了技术思路。虽然大型丝状藻类已被证实能够去除水体中氮磷等污染物，但目前针对大型丝状藻的研究多集中在藻类分类学及渔业技术方面，尚缺乏对有效利用其污水净化能力的相关研究及技术发明。

因此，多级生物接触网布水型的强化潜流人工湿地系统，能够通过大型丝状藻类与生物接触滤料组成的生物接触网进水系统，去除一部分污染物降低进水有机负荷，同时进水系统的构造使得自然跌水过程有利于水动力的复氧，从而缓解湿地堵塞提高污水净化效果。此外，利用大型丝状藻类的四季生长特性，解决湿地冬季运行瓶颈，强化潜流人工湿地处理废水的能力。针对上述研究背景，发明人认为多级生物接触网布水型的强化潜流人工湿地系统是一种低能耗的工艺，大大降低了系统的成本，该技术研究仍属空白，因此具有十分广阔的市场潜力。

发明内容

本发明目的在于提供一种多级生物接触网布水型的强化潜流人工湿地系统，所述人工湿地系统采用阶梯状人工进水系统，通过水流的自然跌落作用实现富氧效果，通过将丝状藻设置于进水系统中，同时可以实现对水体中氮磷污染物的去除。

本发明第一方面，提供一种生物接触网，所述生物接触网包括支撑框架、大型丝状藻类及生物滤料；所述支撑框架为方形框架，其上具有网格结构，所述大型丝状藻类分布于网格结构中；所述网格的交点处还具有生物滤料固定点，用于固定生物滤料。

优选的，所述支撑框架采用轻质、不易腐蚀及抗冲击的材料；进一步优选的，所述支撑框架采用聚乙烯塑料或轻质不锈钢材料。

优选的，所述大型丝状藻类自然敷设于网格结构中或采用卡扣结构进行固定。

优选的，所述大型丝状藻类包括但不限于水绵、丝藻、毛枝藻、刚毛藻。

优选的，所述生物滤料为纤维状滤料，采用尼龙、维伦、腈纶、涤纶等化学纤维编制成绳束固定于交点处。

进一步优选的，所述生物滤料的长度为15-30厘米。

进一步优选的，所述生物滤料通过卡扣连接固定于生物滤料固定点。

进一步优选的，所述生物滤料施加微生物挂膜处理。

所述生物接触网可用于对人工湿地的进水系统进行净化，丝状藻由于本身呈现丝状，可自然缠绕于框架之中，也可以通过卡扣固定的方式固定于框架中。本领域通常将藻类等应用于渔业等用以增加水中的含氧量。本发明将其应用于湿地用于的预处理系统，并且提供了一种生物接触网的形式，使污水在跌落过程中与藻类充分接触。另外接触网中的生物滤料可以很好地对污水中的污染物进行吸附回收。

本发明第二方面，提供第一方面所述生物接触网在人工湿地中的应用。

本发明第三方面，提供一种接触藻网布水型的人工湿地系统，所述人工湿地系统包括进水系统及湿地处理单元；

所述进水系统包括阶梯进水池及生物接触网，所述阶梯进水池为混凝土构建的水池，用于将布水渠进入湿地处理单元的水进行预处理，其进水端呈阶梯状设置，阶梯的拐角处固定有生物接触网；

所述湿地处理单元包括植物及填料床，植物栽种于填料床中，经进水系统预处理后的水经填料床处理后达到植物根部。

优选的，所述阶梯进水池为2~3级阶梯。

优选的，所述阶梯进水池的深度为0.5~2m；单级阶梯的深度为0.3~0.5m。

优选的，所述每个阶梯拐角处设置有2~4个生物接触网，通过焊接或铰接固定。

进一步优选的，所述生物接触网可围绕固定处转动。

本发明提供的湿地处理系统中，每个阶梯拐角处均固定有一定组生物接触网，通过焊接或铰接的方式使其在运行过程中可以对位置进行调节，调节的角度为45度到180度。生物接触网的个数也可以依据湿地进水的有机负荷及处理要求进行调节，通常为2~4个生物接触网。

优选的，所述填料床长宽比为2.5:1~3:1。

优选的，所述填料床从床体表面向下，依次从小到大分别设置为田土、沙土、小粒径砾石、大粒径砾石；进一步优选的，所述田土、沙土、小粒径砾石、大粒径砾石的构筑高度比例为1：1：1：2。

优选的，所述植物为挺水植物；进一步优选的，所述植物为包括但不限于香蒲、芦苇、菰草、灯芯草、三棱草；进一步优选的，所述种植密度为10-25株/m2。

本发明第四方面，提供第三方面所述接触藻网布水型的人工湿地系统在水污染治理方面的应用。

现有的人工湿地的运动在冬季效果不佳，本发明中引入大型丝状藻与阶梯状进水池进行结合，提供了一种相互协同增益的增氧方式，同时丝状藻在冬季能够保持良好的生长状态和持续的污染物吸收能力，还同时克服了传统人工湿地在冬季运行状况差的缺陷。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、生物接触网是由大型丝状藻和生物接触滤料构成，能够起到过滤截留污水中的颗粒物和对污水中污染物进行初步降解去除的作用，提高了污水净化能力和处理效果。

2、大型丝状藻类能够吸收氮磷，并且通过光合作用向水体中补充氧气，增强系统的污染物去除效果。

3、大型丝状藻类能够四季生长，在冬季时仍可发挥作用，保证了冬季寒冷天气条件下污染物的去除效率。

4、多级生物接触网系统可根据污染负荷进行调节，可有针对性的进行污水处理，系统灵活性强，同时也降低了进水污染负荷对人工湿地系统的影响，增强了湿地处理效果。

5、进水系统的构造使得自然跌水过程有利于水动力的复氧有助于缓解湿地系统的中溶解氧不足的问题，进一步提高湿地系统处理的处理效率。

6、系统操作简单，管理方便，具有显著的经济效益和环境效益。

附图说明

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

图1为实施例2中接触藻网布水型的人工湿地系统运行的剖面示意图；

其中，1、布水渠；2、阶梯进水池；3、生物接触网；4、生物接触网固定位点；5、进水口；6、植物；7、填料床；8、出水口；9、人工湿地床体。

图2为实施例3中接触藻网布水型的人工湿地系统运行的剖面示意图；

其中，1、布水渠；2、阶梯进水池；3、生物接触网；4、生物接触网固定位点；5、进水口；6、植物；7、填料床；8、出水口；9、人工湿地床体；15、铰链。

图3为实施例生物接触网结构示意图。

其中，10、大型丝状藻类；11、生物滤料；12、外部框架；13内部框架；15、铰链。

图4为实施例1中生物接触网结构示意图。

图5为实施例1中生物接触网的俯视图。

图6为实施例1中生物接触网的剖面图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明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发明的示例性实施方式。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，针对现有技术中存在的不足，本发明提出了一种接触藻网布水型的人工湿地系统。

为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本发明的技术方案，以下将结合具体的实施例与对比例详细说明本发明的技术方案。

实施例1

本实施例中，提供一种生物接触网，如图4所示，如图2所示，生物接触网3由支撑框架、大型丝状藻类10和生物滤料11构成。如图4、图5所示，支撑框架由外部框架12和内部框架13组成，为上下包含结构，外部框架12为不锈钢材质，长2m，宽0.5m，厚度为2mm；内部框架13同为不锈钢材质，厚度为0.5mm，布置成10-20厘米方格。大型丝状藻类10采用北方淡水水体中常见的刚毛藻，以自然的方式敷设在支撑框架上方，生物量为400g/m²，在内部框架13的网格交点处，通过纤维予以适当固定。同时在网格交点处绑缚生物滤料11。生物滤料11采用尼龙材质纤维，编织成束后成绳状连接，滤料整体长度为20cm。

实施例2

本实施例中，提供一种接触藻网布水型人工湿地系统，当气温在10℃以上，利用该多级生物接触网布水型的强化潜流人工湿地系统处理高浓度生活污水。

如图1所示，所述接触藻网布水型的人工湿地系统包括进水系统及湿地处理单元。其中进水系统包括布水渠1、阶梯进水池2、生物接触网3和生物接触网固定位点4。水经由布水渠1进入到阶梯进水池2中，阶梯进水池2由混凝土构建，在进水口端呈阶梯状布置，使水流动过程中产生自然跌水富氧效果，阶梯进水池宽度为1m，单级深度0.3m，共设3级，其中在1、2级阶梯处各设置4个生物接触网。

在阶梯进水池2的内部拐角处，利用生物接触网固定位点4 以焊接的方式将生物接触网直接固定在阶梯进水池中。在每级阶梯的位点上焊接固定安装4个生物接触网，安装倾角为0-60度。

填料床7采用大粒径砾石、小粒径砾石、砂土和田土作为填料床，按照从上往下的顺序填充，构筑比例为1:1:1:2，湿地填料床长为5m，宽2m，坡度设置为为4.5%，深度为1m，在床体表面搭配种植香蒲、芦苇、菰草、灯芯草、三棱草等挺水植物，种植密度宜为10-25株/m2。

在运行时，水通过布水渠进入水经由布水渠1进入到阶梯进水池2中，和第一阶梯固定的生物接触网3进行接触反应，污水中污染物特别是氮磷等物质被刚毛藻吸收，流经生物接触网下端绑缚的生物滤料11时，污染物进一步通过滤料表面的生物膜经由好氧和厌氧的过程被去除。为保证良好的去除效果，滤料的生物膜可通过提前投加微生物进行挂膜处理，以提高挂膜效率，增强污水处理效果。随后污水经由第二阶梯固定的生物接触网进行进一步的处理后，通过进水口5进入人工湿地处理系统。进水系统的阶梯状构造使得自然跌水过程有利于水动力的复氧有助于缓解湿地系统的中溶解氧不足的问题，进一步提高湿地系统处理的处理效率。水体在湿地系统流动过程中通过填料床7吸附过滤等物理化学作用、植物6吸收，以及微生物的生物降解等作用，将污水中的氮磷等有机物进行进一步净化处理。在湿地系统内部通过7、植物6和系统中微生物的作用，进一步将污染物水平降低，达到良好的水质净化效果。净化后的水通过出水口8排出。

实施例3

本实施例用于流量波动的污水深度处理过程。本实施例中湿地的构筑方式与实施例一基本相同，但进水控制系统的布置及其中生物接触网的固定方式不同。如图5所示，阶梯进水池2单级深度0.4m，共设2级，其中阶梯处设置3-5个生物接触网3。如图6所示，生物接触网3采用铰链固定，使其调节角度的范围在45-180度。

在运行时，水通过布水渠进入水经由布水渠1进入到阶梯进水池2中，依次和铰链固定的生物接触网3进行接触反应，随后流经生物接触网下端绑缚的生物滤料11，污染物通过滤料表面的生物膜经由好氧和厌氧的过程被进一步去除。当进水流量较小时，可通过设置铰链角度，使生物接触网3主要分布于阶梯进水池的下部，以保证其能够布置于水下，达到一定的污染物去除效果。当进水流量增大时，生物接触网3可通过铰链设置使其在水中呈现空间均匀分布，以提高系统污染物去除效果。随后污水经由进水口5进入人工湿地处理系统。水体在湿地系统流动过程中通过填料床7吸附过滤等物理化学作用、植物6吸收，以及微生物的生物降解等作用，将污水中的氮磷等有机物进行进一步净化处理。在湿地系统内部通过填料床7、植物6和系统中微生物的作用，进一步将污染物水平降低，达到良好的水质净化效果。净化后的水通过出水口8排出。

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

Claims (12)

1.一种接触藻网布水型的人工湿地系统，其特征在于，所述人工湿地系统包括进水系统及湿地处理单元；

所述进水系统包括阶梯进水池及生物接触网，所述阶梯进水池为混凝土构建的水池，用于将布水渠进入湿地处理单元的水进行预处理，其进水端呈阶梯状设置，阶梯的拐角处固定有生物接触网；

所述湿地处理单元包括植物及填料床，植物栽种于填料床中，经进水系统预处理后的水经填料床处理后达到植物根部；

所述生物接触网包括支撑框架、大型丝状藻类及生物滤料；所述支撑框架为方形框架，其上具有网格结构，所述大型丝状藻类分布于网格结构中；所述网格的交点处还具有生物滤料固定点，用于固定生物滤料。

2.如权利要求1所述接触藻网布水型的人工湿地系统，其特征在于，所述支撑框架采用轻质、不易腐蚀及抗冲击的材料；

或所述大型丝状藻类自然敷设于网格结构中或采用卡扣结构进行固定；

或所述大型丝状藻类包括水绵、丝藻、毛枝藻、刚毛藻；

或所述生物滤料为纤维状滤料，采用尼龙、维纶、腈纶或涤纶化学纤维编制成绳束固定于交点处。

3.如权利要求2所述接触藻网布水型的人工湿地系统，其特征在于，所述生物滤料的长度为15-30厘米；或所述生物滤料通过卡扣连接固定于生物滤料固定点；或所述生物滤料施加微生物挂膜处理。

4.如权利要求1所述接触藻网布水型的人工湿地系统，其特征在于，所述阶梯进水池为2~3级阶梯；或所述阶梯进水池的深度为0.5~2m；单级阶梯的深度为0.3~0.5m。

5.如权利要求1所述接触藻网布水型的人工湿地系统，其特征在于，每个阶梯拐角处设置有2~4个生物接触网，通过焊接或铰接固定。

6.如权利要求5所述接触藻网布水型的人工湿地系统，其特征在于，所述生物接触网能围绕固定处转动。

7.如权利要求1所述接触藻网布水型的人工湿地系统，其特征在于，所述填料床长宽比为2.5:1~3:1；所述填料床从床体表面向下，依次从小到大分别设置为田土、沙土、小粒径砾石、大粒径砾石。

8.如权利要求7所述接触藻网布水型的人工湿地系统，其特征在于，所述田土、沙土、小粒径砾石、大粒径砾石的构筑高度比例为1：1：1：2。

9.如权利要求1所述接触藻网布水型的人工湿地系统，其特征在于，所述植物为挺水植物。

10.如权利要求9所述接触藻网布水型的人工湿地系统，其特征在于，所述挺水植物为包括香蒲、芦苇、菰草、灯芯草、三棱草。

11.如权利要求1所述接触藻网布水型的人工湿地系统，其特征在于，所述植物栽种密度为10-25株/m²。

12.权利要求1-11任一项所述接触藻网布水型的人工湿地系统在水污染治理方面的应用。