CN111115981A - 一种资源再生型人工湿地系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种资源再生型人工湿地系统，包括污水处理设备和设在其上方的人工湿地处理设备；污水处理设备包括依次相连的调节区、生化反应区、沉淀区和集水区，及设置在其上方的集气管道；生化反应区为设有生物填料的生化反应池；沉淀区包括斜管填料和集泥斗，集泥斗包括污泥回流泵，用于将污泥回流至生化反应区；集水区设有将污水泵入人工湿地处理设备的水泵；人工湿地处理设备包括布水槽、与布水槽相连的布水管道、与集气管道相连的布气管道、中间处理组件和出水池；中间处理组件从下至上依次包括防渗层、填料层和生态层。将污水处理设备的尾气收集，通入人工湿地处理设备，大幅提升对污染物的处理效能，占地面积大幅减小，降低投资运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种资源再生型人工湿地系统，属于环保技术领域。
背景技术
基于我国农村分布较广、农户居住分散的特点，我国农村水体污染呈现出污水排放量小、排放分散、氮磷等营养成分含量高、污水排放流量和有机负荷波动性大等特点。由于农村的基础设施建设严重不足，几乎没有系统的收集和输送生活污水的管道，同时由于农村农户操作管理能力较弱。因此，适宜于农村的分散式污水处理技术应该是一种投资低、能耗少、操作管理要求低且具有稳定高效的污染物去除效率的技术。
分散式生活污水处理是以技术先进的小型污水处理设施实现生活污水的就近处理与利用。近年来，各式各样的分散式污水处理设施应运而生。目前常规的处理技术有蚯蚓生态滤池、人工湿地处理系统、地下渗滤系统、一体化污水处理设备以及其组合工艺如厌氧—湿地组合工艺等。
(1)蚯蚓生态滤池
蚯蚓生态滤池是一种利用微生物、蚯蚓和基质等组成的人工生态系统处理生活污水的新技术，利用蚯蚓自身对污水、污泥分解吸收作用以及蠕动性等提高污水处理效能。蚯蚓生态滤池具有池容小、节能、易操作、维护管理方便等优点，但由于蚯蚓夏眠和冬眠的习性会造成阶段性出水不稳定。
(2)人工湿地处理系统
人工湿地处理系统是利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种综合生态系统，通过应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理以及结构与功能协调原则降解去除污染物，具有结构简单、投资少、易于维护和运行费用低、环境美化的特点，但还存在基质填料容易堵塞、低温处理效率低、占地面积大、处理负荷低等缺陷。
(3)地下渗滤系统
地下渗滤系统是一种人工强化的污水生态处理系统，污水进入后在重力和土壤毛细管理的作用下扩散运动，通过物理截留、物化吸附、化学沉淀、微生物降解、动植物作用等被净化。地下渗滤系统具有投资少、运行费用低、易于维护管理、不影响地面景观等特点，但对TN的去除效果不佳，需要再采取一定措施。
(4)一体化污水处理设备
一体化污水处理设备通过有效地整合各种水处理工艺来实现分散式污水的净化达标，采用的主体工艺以A/O(厌氧-好氧活性污泥法)工艺为主。随着污水处理要求的不断提高与多元化需求，MBR(膜生物反应器)工艺、SBR(序批式活性污泥法)工艺也作为主体工艺运用到一体化污水处理设备中。该设备维护简单，运行管理方便，具有稳定且较高的出水水质。但是一体化污水处理设备生化处理过程中产生的臭气会溢出空气中，产生异味，对周边环境造成影响，甚至可能影响周边居民正常生活。
(5)一体化污水处理设备-人工湿地组合工艺
一体化污水处理设备-人工湿地组合工艺是把经过一体化污水处理设备处理过的污水再通入人工湿地中进行深度处理的一种组合工艺，两者组合会更大程度地去除污染物，使出水水质达到更高的标准。但人工湿地需要圈地来建造，大大占用土地面积，同时一体化污水处理设备的臭气排放也没有得到解决，还是对自然环境有一定的不利影响。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种资源再生型人工湿地系统，解决上述技术存在的缺陷，达到充分利用废弃物提升装置处理效能、降低运行成本、减少占地面积以及运行管理方便的目的。
本发明的第一个目的是提供一种资源再生型人工湿地系统，包括污水处理设备和人工湿地处理设备，所述的人工湿地处理设备设置在所述的污水处理设备的上方；
所述的污水处理设备包括依次相连的调节区、生化反应区、沉淀区和集水区，以及设置在污水处理设备上方的集气管道；所述的调节区用于均匀水量和水质，上端设有过滤框；所述的生化反应区为设有生物填料的生化反应池；所述的沉淀区包括斜管填料和集泥斗，用于对污水进行泥水分离，所述的集泥斗包括污泥回流泵，用于将污泥回流至生化反应区；所述的集水区设有水泵，用于将污水泵入人工湿地处理设备；
所述的人工湿地处理设备包括布水槽、布水管道、布气管道、中间处理组件和出水池；所述的布水管道与布水槽相连，所述的布气管道与集气管道相连；所述的中间处理组件从下至上依次包括防渗层、填料层和生态层，所述的布水管道和布气管道设置在所述的防渗层与填料层之间；所述的出水池与所述的生态层相连。
进一步地，所述的生化反应区采用的工艺为A2/O工艺、A/O工艺以及多级A/O工艺的一种。
进一步地，所述的生化反应池内设有生物填料，所述的填料为多孔高分子聚合物。
进一步地，所述的填料层从下至上依次包括第一填料层、第二填料层和第三填料层，第一填料层、第二填料层和第三填料层中填料的粒径依次减小。
进一步地，所述的填料为废弃生物质多孔填料。
进一步地，所述的填料层的厚度为0.6～1m。
进一步地，所述的布水槽与布水管路之间还设有阀门，阀门安装在阀门井内。
进一步地，所述的布水管道和布气管道上设有若干均布的小孔。
进一步地，所述的生态层包括水土层和植物种植层，所述的植物种植层种植水生植物。
进一步地，所述的水生植物包括香蒲、水葱、再力花、梭鱼草、旱伞草、美人蕉中的至少一种。
进一步地，所述的生态层中还包括动物。
本发明的有益效果：
1.将污水处理设备的尾气收集，通入人工湿地处理设备，大幅提升人工湿地系统对污染物的处理效能，相比传统湿地处理污染负荷大幅提高，占地面积大幅减小，可大大降低投资运行成本；
2.在对污水处理设备尾水进行提标的同时，可解决污水处理设备所产生的尾气臭气问题，提升周边的自然环境；
3.污水处理设备深埋于湿地下方，可起到很好的保温效果，保证处理效率。
附图说明
图1是本发明的资源再生型人工湿地系统的结构示意图。
图2是本发明的中间处理组件的结构示意图。
图中标号说明：1、污水处理设备，11、调节区，111、过滤框，112、进水管，113、污水提升泵，12、生化反应区，121、生物填料，13、沉淀区，131、斜管填料，132、集泥斗，133、污泥回流泵，14、集水区，141、水泵，15、集气管道，2、人工湿地处理设备，21、布水槽，22、布水管道，23、布气管道，24、中间处理组件，241、防渗层，242、填料层，2421、第一填料层，2422、第二填料层，2423、第三填料层，243、生态层，2431、水土层，2432、植物种植层，25、出水池，26、阀门，261、阀门井，3、支撑架。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1和图2所示，发明的一种资源再生型人工湿地系统，包括污水处理设备1和人工湿地处理设备2，污水处理设备1通过支撑架3进行固定，人工湿地处理设备2设置在污水处理设备1的正上方：
本发明的污水处理设备1包括依次相连的调节区11、生化反应区12、沉淀区13和集水区14，以及设置在污水处理设备上方的集气管道15；
调节区11位于污水处理设备的最左端，用于均匀水量和水质；调节区11上端设有过滤框111，用于去除来水中的大颗粒污染物；过滤框111的左侧为进水管112，连接待处理来水，可根据具体地形条件选择自流或者泵提升的方式；调节区的右端设有污水提升泵113，用于将污水提升至后端生化反应池。
生化反应区12为设有生物填料121的生化反应池，采用的工艺为A2/O工艺、A/O工艺以及多级A/O工艺的一种，可根据来水以及出水要求进行选择。生化反应池采用的填料为高分子聚合物，通过与矿物质熔融、发泡等特殊工艺制作而成，无机多孔结构，比表面积大。
沉淀区13包括斜管填料131和集泥斗132，集泥斗132设置在斜管填料131的下方，用于对污水进行泥水分离，集泥斗132包括污泥回流泵133，用于将污泥回流至生化反应区12，定期为生化反应池补充微生物。
集水区14与沉淀区13相连，用于收集沉淀区13沉淀后的污水，集水区14设有水泵141，用于将污水泵入人工湿地处理设备2。
集气管道15设置在污水处理设备1的上方，污水处理设备1所产生的臭气/尾气采用集气管道在设备上方收集，穿过防渗层通入上方人工湿地处理设备；尾气/臭气中含有氧气、甲烷、二氧化碳等成分，可为人工湿地系统中的微生物提供氧气和碳源，提高人工湿地对污水的处理效率。
本发明的人工湿地处理设备包括布水槽21、布水管道22、布气管道23、中间处理组件24和出水池25；
布水槽21与集水区14通过水泵141将集水区中的污水泵入布水槽21中。
布水管道22与布水槽21相连，布气管道23与集气管道15相连；布水槽21与布水管路22之间还设有阀门26，阀门26安装在阀门井261内，污水到达布水槽21后，通过阀门井261控制进入布水管道22中。
中间处理组件24从下至上依次包括防渗层241、填料层242和生态层243，布水管道22和布气管道23设置在防渗层241与填料层242之间，布水管道22上设有若干小孔，水从小孔溢出向上流动，依次经过填料层242和生态层243。
本发明的填料层包括三层填料，从下至上依次包括第一填料层2421、第二填料层2422和第三填料层2423，第一填料层的粒径为16-32mm，第二填料层的粒径为8-16mm，第三填料层的粒径为4-8mm，本发明采用的填料为专利CN201811399121.2方法制备得到的废弃生物质多孔填料，比表面积大，微生物附着能力强，为生物提供充足营养物质同时，可以对污水中的污染物进行高效物理过滤、吸附和降解，净化水质。填料层的厚度为0.6-1m。
本发明的生态层243包括水土层2431和植物种植层2432，水土层中可包括动物，比如蚯蚓，不仅对污水、污泥进行分解、吸收的同时，增大供氧量，还利用动物粪便中的微生物促使有机氮的氨化和氨氮的硝化；植物种植层种植水生植物可分解和转化有机物功能，它的根茎可以吸附重金属和有毒有害物质能力，更大面积的附着的微生物以及水生植物本身输送的氧气，可以进一步净化水质和增加水体活性。植物种植层可根据项目实际情况选择水生植物中的两到三种进行搭配种植，水生植物可以为香蒲、水葱、再力花、梭鱼草、旱伞草、美人蕉等耐污能力强、景观效果佳植物中的一种。
出水池25设置在上层最左侧，污水经过生态层的净化作后，最终由出水池达标排放。
本发明的资源再生型人工湿地系统处理农村生活污水的方法按如下步骤进行：
1)农村生活污水汇集之后进入污水处理设备，出水进入集水区，经泵提升至污水处理设备上方的人工湿地处理设备，再经过人工湿地处理设备的填料层、微生物、植物和动物的共同作用，污染物得到分解，水质得到净化，最后达标排放。
2)将污水处理设备的尾气收集之后通过布气管道排入人工湿地处理设备，为人工湿地处理设备提供充足的氧气及营养物质，提高湿地处理功能的同时，减少湿地堵塞。
实施例1
苏州某某村每天需处理100吨生活污水，进水水质BOD5为240mg/L，COD为320mg/L，SS为120mg/L，氨氮为30mg/L，总氮为50mg/L，总磷为4mg/L。
污水先进入地埋式的一体化污水处理设备，经过组合的污水处理工艺之后进入人工湿地处理系统中，同时将一体化污水处理设备产生的尾气采用管道收集直接向上排入人工湿地处理系统中。湿地选用废弃的改性生物质填料，填料层厚度为0.6m，填料粒径为4-8mm、8-16mm以及16-32mm，各种粒径厚度分别为0.2m。湿地上方搭配种植美人蕉和旱伞草。地埋式的一体化污水处理设备占地面积在42m2左右，而地面上的人工湿地系统的占地面积为60m2。
经过1个月调试及2年运行之后，本发明所述的人工湿地处理装置出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，甚至很多时候达到《地表水环境环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类水标准要求，运行费用仅为6毛钱。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种资源再生型人工湿地系统，其特征在于，包括污水处理设备和人工湿地处理设备，所述的人工湿地处理设备设置在所述的污水处理设备的上方；
所述的污水处理设备包括依次相连的调节区、生化反应区、沉淀区和集水区，以及设置在污水处理设备上方的集气管道；所述的调节区用于均匀水量和水质，上端设有过滤框；所述的生化反应区为设有生物填料的生化反应池；所述的沉淀区包括斜管填料和集泥斗，用于对污水进行泥水分离，所述的集泥斗包括污泥回流泵，用于将污泥回流至生化反应区；所述的集水区设有水泵，用于将污水泵入人工湿地处理设备；
所述的人工湿地处理设备包括布水槽、布水管道、布气管道、中间处理组件和出水池；所述的布水管道与布水槽相连，所述的布气管道与集气管道相连；所述的中间处理组件从下至上依次包括防渗层、填料层和生态层，所述的布水管道和布气管道设置在所述的防渗层与填料层之间；所述的出水池与所述的生态层相连。
2.根据权利要求1所述的一种资源再生型人工湿地系统，其特征在于，所述的生化反应区采用的工艺为A2/O工艺、A/O工艺以及多级A/O工艺的一种。
3.根据权利要求1所述的一种资源再生型人工湿地系统，其特征在于，所述的生化反应池内设有生物填料，所述的生物填料为多孔高分子聚合物。
4.根据权利要求1所述的一种资源再生型人工湿地系统，其特征在于，所述的填料层从下至上依次包括第一填料层、第二填料层和第三填料层，第一填料层、第二填料层和第三填料层中填料的粒径依次减小。
5.根据权利要求4所述的一种资源再生型人工湿地系统，其特征在于，所述的填料为废弃生物质多孔填料。
6.根据权利要求1所述的一种资源再生型人工湿地系统，其特征在于，所述的填料层的厚度为0.6～1m。
7.根据权利要求1所述的一种资源再生型人工湿地系统，其特征在于，所述的布水槽与布水管路之间还设有阀门，阀门安装在阀门井内。
8.根据权利要求1所述的一种资源再生型人工湿地系统，其特征在于，所述的布水管道和布气管道上设有若干均布的小孔。
9.根据权利要求1所述的一种资源再生型人工湿地系统，其特征在于，所述的生态层包括水土层和植物种植层，所述的植物种植层种植水生植物。
10.根据权利要求9所述的一种资源再生型人工湿地系统，其特征在于，所述的水生植物包括香蒲、水葱、再力花、梭鱼草、旱伞草、美人蕉中的至少一种。
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