CN111302498B - 一种人工湿地污水净化系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种人工湿地污水净化系统。所述人工湿地污水净化系统包括：主体填料床以及分流结构单元；所述分流结构单元内嵌于所述主体填料床内；所述主体填料床包括上层的非饱和好氧区以及下层的饱和缺氧区；所述分流结构单元包括进水通道、饱和厌氧区、散流复氧板；所述进水通道设于所述饱和厌氧区的底部，所述散流复氧板设于所述饱和厌氧区的顶部；所述主体填料床用于种植湿生和/或陆生植物；所述饱和厌氧区用于种植湿生挺水植物。采用本发明所提供的人工湿地污水净化系统能够提高污染物净化负荷，同时减少占地面积。
Description
技术领域
本发明涉及污水治理领域，特别是涉及一种人工湿地污水净化系统。
背景技术
随着我国经济高速发展，人们生活水平日益提高，污水的排放量日益增加，我国水环境形势日益严峻。由于农村地区居民生活方式的转变，村镇生活污水中含氮污染物浓度日趋上升，多种新型微污染物，抗生素、农药、个人护理品等也包含其中。废水排入水体引起水体富营养化及水体黑臭，严重威胁了居民及动植物生存，农村水环境保护问题已成为我国水环境保护事业的重中之重。
农村人口因生活分散，水质水量波动较大，污水处理运营管理技术力量薄弱，适宜采用生态处理工艺，而人工湿地在国内外分散式污水处理集中领域应用广泛；按水流方向，人工湿地可分为垂直流及水平流人工湿地，工程应用多采用单一结构湿地或二者串联结构湿地，但因单一结构湿地系统中氧化还原电位较为单一，难以有效实现好氧-厌氧联合净化，而串联湿地通常为垂直流-水平流，即先好氧后厌氧，缺少氨化过程，不符合有机物代谢过程及自然界氮循环程序，同时由于两段湿地之间较大的水位差，使基建成本增加，限制了人工湿地技术的广泛应用。
发明内容
本发明的目的是提供一种人工湿地污水净化系统，以解决传统的人工湿地污水净化系统污染物净化效果差的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种人工湿地污水净化系统，包括：主体填料床以及分流结构单元；
所述分流结构单元内嵌于所述主体填料床内；所述主体填料床包括上层的非饱和好氧区以及下层的饱和缺氧区；所述分流结构单元包括进水通道、饱和厌氧区、散流复氧板；所述进水通道设于所述饱和厌氧区的底部，所述散流复氧板设于所述饱和厌氧区的顶部；所述主体填料床用于种植湿生和/或陆生植物；所述饱和厌氧区用于种植湿生挺水植物；
污水通过所述进水通道进入所述饱和厌氧区，将所述污水中难降解的大分子物质降解为易降解的小分子，同时完成有机氮的氨化；再从所述饱和厌氧区的顶部经过连接的所述散流复氧板，进入所述主体填料区上层的所述非饱和好氧区，所述污水中的污染物在好氧微生物作用下进一步分解，同时将所述饱和厌氧区中形成的氨氮转化为硝酸盐氮；所述污水继续向下进入饱和缺氧区，在缺氧微生物作用下，将所述硝酸盐氮转化为氮气，同时去除残余污染物。
可选的，所述分流结构单元具体包括多个；
多个所述分流结构单元以梅花形或矩形排列布置在所述主体填料区中，所述分流结构单元以及所述主体填料区的建设面积比例范围为1:6～1:10。
可选的，所述主体填料床的填料填充高度范围为0.8-2.0m，所述分流结构单元的高度范围为1.1-2.3m。
可选的，所述饱和厌氧区的底部填充粒径为5-10cm的碎石，填充高度为15-30cm。
可选的，所述散流复氧板为伞状多孔散流复氧板；所述散流复氧板的开孔率范围为0.3-0.7；所述散流复氧板的板面与地面夹角为30-60°。
可选的，还包括：氧化还原电位在线分析仪、智能控制系统以及升降式出水管；
所述氧化还原电位在线分析仪预埋于所述非饱和好氧区中，所述智能控制系统分别与所述氧化还原电位在线分析仪以及所述升降式出水管相连接。
可选的，所述升降式出水管的管口高度预设位置为所述主体填料床的填料表面以下30-50cm位置处。
可选的，所述氧化还原电位在线分析仪的预埋位置与所述升降式出水管的管口高度预设位置相同。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明公开了一种人工湿地污水净化系统，通过分流结构的嵌入实现人工湿地中厌氧-好氧-缺氧的污染物降解流程的明确分隔及紧密衔接，从而将垂直流及水平流湿地的氧化还原特征集中在同一个人工湿地系统中，符合有机物及氮等污染物的代谢规律，同时功能区的垂向增加，使净化深度显著提高，大大增加了处理负荷，减少了占地面积，提高了人工湿地技术的竞争力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的人工湿地污水净化系统的主视图；
图2为本发明所提供的人工湿地污水净化系统的俯视图；
图3为本发明所提供的分流结构单元结构图。
符号说明：主体填料床(1)；内嵌的分流结构单元(2)；氧化还原电位在线分析仪(3)；智能控制系统(4)；升降式出水管(5)；非饱和好氧区(1a)；饱和缺氧区(1b)；进水通道(2a)；饱和厌氧区(2b)；散流复氧板(2c)。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种人工湿地污水净化系统，能够提高污染物净化效果。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明所提供的人工湿地污水净化系统的主视图，图2为本发明所提供的人工湿地污水净化系统的俯视图，如图1-2所示，一种人工湿地污水净化系统，包括：主体填料床(1)；内嵌的分流结构单元(2)；氧化还原电位在线分析仪(3)；智能控制系统(4)；升降式出水管(5)；其中，所述主体填料床(1)包括非饱和好氧区(1a)以及饱和缺氧区(1b)；如图3所示，所述分流结构单元(2)包括进水通道(2a)、饱和厌氧区(2b)以及散流复氧板(2c)；所述主体填料床(1)用于种植湿生和/或陆生植物；所述饱和厌氧区(2b)用于种植湿生挺水植物。
在实际应用中，32个内嵌的分流结构单元(2)呈梅花形分布在主体填料床(1)中。
在实际应用中，主体填料床(1)长度为10m，宽为5m，高度为1.5m，填料填充深度为1.1m；内嵌的分流结构单元(2)直径为50cm，高度为1.5m，填料填充深度为1.3m。二者面积分别是6.28m2、50m2，面积比为1：8。
在实际应用中，饱和厌氧区(2b)底部填充粒径为5-10cm的碎石，碎石填充高度为0.2m，碎石层上填充3-8mm石英砂颗粒填料至饱和厌氧区顶部，石英砂填充深度为1.3m，填料上种植美人蕉；主体填料床(1)填充焦炭颗粒填料，粒径为5-10mm，颗粒填料上种植梭鱼草。
在实际应用中，饱和厌氧区(2b)顶部连接伞状多孔散流复氧板(2c)，开孔率为0.5，板面与地面夹角为40°；
在实际应用中，升降式出水管(5)管口高度预设位置为主体填料床(1)填料表面以下40cm位置处。当氧化还原电位为100-300mv，升降式出水管(5)高度保持不变；当监测的氧化还原电位为-200-100mv，数据传输到智能控制系统(4)，通过控制升降式出水管(5)，将出水管高度逐次下调，每次上调幅度为1-3cm，出水管高度每次调整时间间隔为6h，直到监测的氧化还原电位为100-300mv；当监测的氧化还原电位为300-400mv，将出水管高度逐次上调，每次上调幅度为1-3cm，出水管高度每次调整时间间隔为6h，直到监测的氧化还原电位为100-300mv。
在实际应用中，氧化还原电位在线分析仪(3)预埋在主体填料床(1)填料表面以下40cm位置处，与升降式出水管(5)管口高度预设位置相同。
在实际应用中，进水通道直径为5cm。整个人工湿地系统有效容积为13m3，水力停留时间为1d，日处理量为13m3/d。
由此可知，污水处理过程为：
污水进入人工湿地系统后，首先通过进水通道进入单元(2)，该区域为厌氧区，将水中难降解的大分子物质降解为易降解的小分子，同时完成有机氮的氨化。
随后水流从饱和厌氧区(2b)顶部经过连接的伞状多孔散流复氧板(2c)，进入主体填料区上层的非饱和好氧区(1a)；多孔散流复氧板(2c)的设计能够增加污水与氧气的接触时间，加速氧气从气相向污水中的传递，帮助填料区上层的非饱和区形成好氧状态。
在主体填料区上层的非饱和好氧区(1a)，污水中的污染物在好氧微生物作用下进一步分解，同时将饱和厌氧区(2b)中形成的氨氮转化为硝酸盐氮。
污水继续向下进入饱和缺氧区，在缺氧微生物作用下，将硝酸盐氮转化为氮气，同时去除残余污染物。
通过非饱和区内氧化还原电位在线分析仪(3)监测数据，控制出水水位，调节主体填料中非饱和好氧区(1a)及饱和厌氧区(2b)体积比，保证厌氧-好氧-缺氧协同作用下污染物的净化效果。
基于本发明所提供的人工湿地污水净化系统，污水通过进水通道进入分流结构的饱和厌氧区，水中的大分子有机物降解为小分子，并完成有机氮的氨化；随后水流溢流通过散流复氧板，与空气充分接触后进入主填料区，该区域上部分为非饱和好氧区，下部分为饱和缺氧区，能够在好氧、缺氧微生物的作用下进一步削减有机物，同时将厌氧区形成的氨氮转化为硝酸盐氮，并进一步转化为氮气；非饱和区内装有氧化还原反电位监测系统，并与出水水位控制结构相连，通过该区域的氧化还原状况控制非饱和区及饱和区体积比，提高污染物的净化效果，实现有机物、氮磷及微污染物的有效降解。本发明能够将垂直流及潜流人工湿地的氧化还原特征集中在同一个人工湿地中，使水流依次通过厌氧-好氧-缺氧区，符合污染物的降解规律，从而提高污水处理效果，此外功能区的垂向叠加使人工湿地净化深度增大，显著提高了床体处理负荷，减少占地面积。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (6)
1.一种人工湿地污水净化系统，其特征在于，包括：主体填料床以及分流结构单元；
所述分流结构单元内嵌于所述主体填料床内；所述主体填料床包括上层的非饱和好氧区以及下层的饱和缺氧区；所述分流结构单元包括进水通道、饱和厌氧区、散流复氧板；所述进水通道设于所述饱和厌氧区的底部，所述散流复氧板设于所述饱和厌氧区的顶部；所述主体填料床用于种植湿生和/或陆生植物；所述饱和厌氧区用于种植湿生挺水植物；
所述人工湿地污水净化系统还包括：氧化还原电位在线分析仪、智能控制系统以及升降式出水管；
所述氧化还原电位在线分析仪预埋于所述非饱和好氧区中，所述智能控制系统分别与所述氧化还原电位在线分析仪以及所述升降式出水管相连接；
所述氧化还原电位在线分析仪的预埋位置与所述升降式出水管的管口高度预设位置相同。
2.根据权利要求1所述的人工湿地污水净化系统，其特征在于，所述分流结构单元具体包括多个；
多个所述分流结构单元以梅花形或矩形排列布置在所述主体填料床中，所述分流结构单元以及所述主体填料床的建设面积比例范围为1:6~1:10。
3.根据权利要求1所述的人工湿地污水净化系统，其特征在于，所述主体填料床的填料填充高度范围为 0.8-2.0m，所述分流结构单元的高度范围为1.1-2.3m。
4.根据权利要求1所述的人工湿地污水净化系统，其特征在于，所述饱和厌氧区的底部填充粒径为5-10cm的碎石，填充高度为15-30cm。
5.根据权利要求4所述的人工湿地污水净化系统，其特征在于，所述散流复氧板为伞状多孔散流复氧板；所述散流复氧板的开孔率范围为0.3-0.7；所述散流复氧板的板面与地面夹角为30-60°。
6.根据权利要求1所述的人工湿地污水净化系统，其特征在于，所述升降式出水管的管口高度预设位置为所述主体填料床的填料表面以下30-50cm位置处。
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