CN111333192A - 升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统及污水净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统及污水净化方法，系统包括湿地主床体和调节水池，其中，所述湿地主床体中，自下而上依次设置升流强化单元、基质层和植物种植层，其一侧的底部设置有进水口，另一侧的顶部设置有出水口，升流强化单元包括进水管道、曝气管道和生物强化填料，进水管道的顶部为镂空结构；曝气管道设置于进水管道内部，生物强化填料分布于进水管道内，进水管道与所述进水口连通；所述调节水池设置于湿地主床体的进水侧，通过所述进水口与湿地主床体内部联通，调节水池的顶部设置有过滤结构。

Description

升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统及污水净化方法

技术领域

本发明属于污水净化领域，涉及一种升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统及污水净化方法。

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。

人工湿地是模仿天然湿地系统，由人工建设和构造的水质净化系统，具有易于维护、运行费用低且能够美化环境等优点，其应用数量及规模日益增加。人工湿地系统主要由基质、湿地植物及微生物构成。其对污染物的去除正是通过这三部分的作用，包括基质吸附、植物吸收及其表面吸附，以及微生物的代谢作用完成的。其中，基质的吸附作用是一种物理化学过程，并且存在着吸附和解吸的可逆变化过程；植物的吸收主要利用其主动或被动吸收，能够通过细胞壁和细胞膜进入到植物体内，被吸收利用的物质一般以小分子为主，具有一定的选择性，且过程较为缓慢。因此，通过植物和基质作用去除污染物存在着不彻底、选择性强、过程缓慢等缺点。而通过微生物的代谢作用，将有机物降解成小分子无机物或合成细胞物质，则能够完全彻底快速地将污染物去除。并且由于微生物种类丰富，一些微生物还能够特异性地降解环境中大分子或难降解的有机物，对高浓度废水有较好的去除效果。在人工湿地系统中，虽然基质和植物表面附着生长着微生物，但微生物量较少，难以将微生物的降解功能充分发挥。从强化微生物的角度入手，能够将人工湿地系统的水质净化能力进一步提升，对其在污水深度处理及高浓度废水处理中的应用有重要意义。

此外，传统人工湿地普遍采用水平流、垂直流等运行方式，其中的植物残体、水中悬浮颗粒等容易沉积，从而导致人工湿地在运行过程中容易发生基质的堵塞现象，基质堵塞后不仅影响水的动力学条件，还大大降低了系统的有效净水容量，降低了水质净化效果。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统及污水净化方法。

为实现上述发明目的，本发明的一个或多个实施例公开了以下技术方案：

本发明的一个方面提供一种升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统，包括湿地主床体和调节水池，其中，

所述湿地主床体中，自下而上依次设置升流强化单元、基质层和植物种植层，其一侧的底部设置有进水口，另一侧的顶部设置有出水口，升流强化单元包括进水管道、曝气管道和生物强化填料，进水管道的顶部为镂空结构；曝气管道设置于进水管道内部，生物强化填料分布于进水管道内，进水管道与所述进水口连通；

所述调节水池设置于湿地主床体的进水侧，通过所述进水口与湿地主床体内部联通，调节水池的顶部设置有过滤结构。

本发明的另一方面提供利用所述升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统的污水净化方法，包括如下步骤：

需要净化的污水经过滤后进入调节水池中，通过进水口进入进水管道中，同时向进水管道中曝气，并使生物强化填料上富集生物膜，对污水中的污染物进行生物降解；

初步净化后的污水在曝气的作用下自下而上流经湿地主床体，并将溶解氧带入湿地床，在基质吸附、植物吸收及微生物的降解作用下进一步进行水质净化，净化后的水自出水口排出。

与现有技术相比，本发明的以上一个或多个技术方案取得了以下有益效果：

1、调节水池中的过滤结构可以对污水中的大块悬浮物进行过滤，可以有效防止悬浮固体直接进入人工湿地，对基质造成堵塞。

2、生物强化填料上可以富集微生物形成生物膜，在曝气提供的好氧环境下，有利于提高系统整体水处理效果。

3、通过升流强化，改变了传统的人工湿地结构，有效改善了系统内部的水动力条件，强化了系统内部的微生物去除过程，净化能力显著提升，使水出水质得到大幅度提升。通过将进水调控与曝气充氧的结合，能够有效解决湿地系统的堵塞问题，提高人工湿地系统的运行服务年限。可处理高浓度废水，系统的有机负荷和水力负荷得到显著提升，运行能力增强。

4、能够克服冬季人工湿地系统处理能力下降的弊端，冬季曝气过程不但能够向系统内补充溶解氧供微生物代谢活动，而且能够为水体提供物理增温过程，因此升流强化单元能在不同季节持续发挥净化作用，从而保障湿地系统的持续功能发挥。

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为本发明实施例的升流式生物强化防堵塞人工湿地系统的剖面图；

图2为本发明实施例的进水口侧剖面图；

图3为本发明实施例的升流强化单元俯视图；

图4为本发明实施例的升流强化单元剖面图。

其中，1、调节水池；2、过滤架；3、过滤架支架；4、水量调节板；5、铰链；6、水量调节操纵杆；7、进水口；8、透水栅板；9、曝气系统；10、生物强化填料；11、出水口；12、出水储水池；13、排水管；14、湿地植物。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，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。

本发明的一个方面提供了一种升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统，包括湿地主床体和调节水池，其中，

所述湿地主床体中，自下而上依次设置升流强化单元、基质层和植物种植层，其一侧的底部设置有进水口，另一侧的顶部设置有出水口，升流强化单元包括进水管道、曝气管道和生物强化填料，进水管道的顶部为镂空结构；曝气管道设置于进水管道内部，生物强化填料分布于进水管道内，进水管道与所述进水口连通；

所述调节水池设置于湿地主床体的进水侧，通过所述进水口与湿地主床体内部联通，调节水池的顶部设置有过滤结构。

在一些实施例中，所述进水管道的顶部为透水栅板。

进一步的，透水栅板间距为3-5cm。

进一步的，进水管道的竖向剖面为方形。

进水管道中的污水可以通过透水栅板均匀流入上方的基质中，可以有效提高污水在人工湿地中的分布均匀性，进而提高污水的处理效果。

在一些实施例中，所述生物强化填料为软性纤维束球或空心塑料体填料。

进一步的，软性纤维束球的直径为10-15cm，空心塑料体填料的直径为5-10cm。

更进一步的，所述生物强化填料固定于绳索上。便于将生物强化填料通过进水口拉出，更换填料。

再进一步的，绳索上生物强化填料的密度为10～25个/米。

在一些实施例中，所述基质层中的颗粒的粒径自下而上依次减小。

在一些实施例中，所述植物种植层中种植的植物为挺水植物。

进一步的，所述挺水植物为芦苇、香蒲、菰草、三棱草、水葱或菖蒲。

进一步的，挺水植物的种植密度为9-25株/m²。

在一些实施例中，还设置有水量调节装置，包括水量调节板、连接杆和操纵杆，水量调节板的上端铰接在湿地主床体的进水口的上部，下端通过连接杆于操纵杆连接，操纵杆固定在湿地主床体的不同高度处，以调节水量调节板的开度。

通过提拉操控杆可将盖板提起，从而使进水口可过流截面增大。通过改变操纵杆悬挂的位置，可改变下部水量调节板遮挡的过流截面，从而调控进入湿地系统的水量。可通过间断的改变水量调节板的遮挡范围，改变瞬时进水负荷，通过水力冲击作用，提高湿地系统内部水动力过程，改善湿地内部堵塞的情况。

在一些实施例中，还包括出水储水池，设置于湿地主床体的出水侧。

本发明的另一方面提供利用所述升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统的污水净化方法，包括如下步骤：

需要净化的污水经过滤后进入调节水池中，通过进水口进入进水管道中，同时向进水管道中曝气，生物强化填料上富集有生物膜，在微生物的作用下对污水中的污染物进行生物降解；

初步净化后的污水自下而上流经湿地主床体；在基质吸附和植物吸收作用下进行水质净化，净化后的水自出水口排出。

在一些实施例中，当污水处理效果下降、水流过缓或排水不畅时，调节操纵杆的悬挂高度，改变进水口水量，通过水量的瞬时波动，提供水动力学冲击，将湿地内部堵塞物冲击剥离基质缝隙或表面，使其在下部曝气的作用下，随上升气流离开人工湿地。

实施例一

如图1所示，采用该系统强化湿地处理效果，进行污水深度处理。

污水先通过过滤架2进入调节水池1。过滤架采用不锈钢材质构成，为方形框架，整体长度宽度与调节水池长宽一致。框架分外框和内框，外框可由截面方形的不锈钢构成，截面边长8mm，内框截面边长3mm，内框为网格状，网格间距为5mm，用以截留水体中的悬浮颗粒物，初步净化水质。过滤架2通过支架3固定在调节水池池壁上。初步净化后的水在调节池1经过短暂的停留后，水经底部进水口7进入湿地系统中。

如图2所示，湿地进水口7均匀设置在湿地主体的下侧，剖面呈方形，长为30cm，在进水口外侧设置有水量调节板4。水量调节板4为不锈钢材质，边长为45cm，其一端通过铰链5与操控杆6相连接。湿地主床体可以人工构筑或利用天然坑塘修正，床体可采用混凝土、砖石、或黏土材质，床体底部须铺设防渗隔水层，防止影响地下水。在床体内部设置填料基质层。基质层按照粒径由小到大，自上而下依次放置，如可采用砂土、砾石、石块，为保证升流强化单元气体通路，最底层石块粒径为5cm。人工湿地单元长宽比可设置为3：1，深度为1.0m，水力坡度1.0％。人工湿地主要种植挺水植物14，如芦苇、香蒲，种植密度为15株/m²。

升流强化单元设置在人工湿地系统主床体下部。升流强化单元是将湿地进水口延伸至湿地内的混凝土管道，管道均匀分布于湿地底部，剖面呈方形，边长为30cm，进水管道上部设置成混凝土透水栅板8，如图3所示，栅板间距为3cm，水可以向上自由通过生物填料管。管道内部同时设置曝气系统9及生物强化填料10，如图4所示。曝气系统9设置在升流强化单元的底部，采用管式扩散器，以采用柔性橡胶材料作为曝气装置，孔径为5mm。管道内部同时放置软性纤维束填料，填料长度为10～15cm填料以绑缚的方式固定在不锈钢绳索上，便于通过进水口拉出，更换填料。填料密度为10个/米，由于生物强化填料比表面积大，可用来富集微生物形成生物膜，提高水处理效果。

升流强化单元底部曝气装置不断的向系统内输送空气，提供升流水动力学条件，补充系统溶解氧。由于填料和溶解氧的存在，在升流强化单元内部填料表面将产生大量的生物膜，能够将一部分污染物在进入湿地单元之前通过生物降解去除。曝气充氧后的污水随后透过升流强化单元上部的混凝土透水栅板，向上流动进入人工湿地主床体中。在人工湿地系统植物的吸收、基质的吸附，以及基质植物表面微生物的作用下，污染物被去除。

处理后的水经由湿地系统上端出水口11进入出水储水池12，最终通过排水管13进入受纳水体中。

具体运行过程如下：

污水通过过滤架过滤后，粒径较大的悬浮固体被截留，初步净化后的水进入调节水池，水通过调节水池下部进水口首先进入人工湿地系统的升流强化单元中。升流强化单元底部曝气装置不断的向系统内输送空气，提供升流水动力学条件，补充系统溶解氧。由于填料和溶解氧的存在，在升流强化单元内部填料表面将产生大量的生物膜，能够将一部分污染物在进入湿地单元之前通过生物降解去除。曝气充氧后的污水随后透过升流强化单元上部的混凝土透水栅板，在气体上升的辅助下，向上流动进入人工湿地主床体中。在人工湿地系统植物的吸收、基质的吸附，以及基质植物表面微生物的作用下，污染物被去除，因为有曝气装置的存在，好氧微生物可以在湿地系统内部大量繁殖，湿地系统对有机污染物及氮的去除效率得到大幅提升。处理后的出水通过湿地上部溢流进入出水储水池中，并通过排水管道进入受纳水体中。

当系统出现处理效果下降、水流过缓或排水不畅等情况时，可通过调节操纵杆悬挂的位置，改变下部水量调节板遮挡的过流截面，调控进入湿地系统的水量，通过水量的瞬时波动，提供水动力学冲击，将湿地内部堵塞的落叶、脱落的生物膜等冲击剥离基质缝隙或表面，并在下部曝气的作用下，随上升气流离开湿地系统。

实施例二

采用该系统处理高浓度废水，用以提高系统的去除效果，并解决湿地在高有机负荷情况下容易发生堵塞的问题。

本实施例的系统与实施例一基本类似，但由于进水有机负荷高，可能含有的悬浮固体较多较大，调节水池1中过滤架2的内框间距可加大，为10mm，用以截留水体中的粒径较大的悬浮颗粒物，初步净化水质。初步净化后的水在调节池1经过短暂的停留后，水经底部进水口7进入湿地系统中。

湿地进水口7边长可增加至40cm，便以通过水量调节板4的改变，形成水力冲击缓解湿地堵塞。水量调节板4为不锈钢材质，边长为55cm，其一端通过铰链5与操控杆6相连接。湿地主床体可以人工构筑或利用天然坑塘修正，床体可采用混凝土、砖石、或黏土材质，床体底部须铺设防渗隔水层，防止影响地下水。在床体内部设置填料基质层。基质层按照粒径由小到大，自上而下依次放置，如可采用砂土、砾石、石块，为保证升流强化单元气体通路，最底层石块粒径为5cm。人工湿地单元长宽比可设置为2：1，深度为1.0m，水力坡度0.5％。为提高去除效果，芦苇、香蒲等挺水植物14的种植密度可为25株/m²。

升流强化单元的透水栅板8间距为5cm，曝气系统9采用管式扩散器，材质为柔性橡胶材料，孔径为5mm。生物强化填料10采用球形空心塑料体填料，直径为5cm，内部包裹软性纤维束填料，填料长度为5cm，填料以绑缚的方式固定在不锈钢绳索上，填料密度为20个/米。

填料表面富集由大量的生物膜，生物膜内微生物在曝气供氧的条件下，将水体中大量的污染物去除，并且曝气使湿地系统内部好氧条件得以保持，湿地系统对有机污染物及氮的去除效率得到大幅提升。

由于进水有机负荷较高，微生物代谢产物、脱落的生物膜等会导致系统内部容易发生水流减缓、排水不畅等堵塞现象。可通过拉动水量调节操纵杆6，使下部水量调节板4遮挡的过流截面发生变化，从而调控进入湿地系统的水量，通过水量的瞬时波动，提供水动力学冲击，将湿地内部堵塞脱落的生物膜等冲击剥离基质缝隙或表面，并在下部曝气的作用下，随上升气流离开湿地系统。

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 (10)

1.一种升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统，其特征在于：包括湿地主床体和调节水池，其中，

所述湿地主床体中，自下而上依次设置升流强化单元、基质层和植物种植层，其一侧的底部设置有进水口，另一侧的顶部设置有出水口，升流强化单元包括进水管道、曝气管道和生物强化填料，进水管道的顶部为镂空结构；曝气管道设置于进水管道内部，生物强化填料分布于进水管道内，进水管道与所述进水口连通；

所述调节水池设置于湿地主床体的进水侧，通过所述进水口与湿地主床体内部联通，调节水池的顶部设置有过滤结构。

2.根据权利要求1所述的升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统，其特征在于：所述进水管道的顶部为透水栅板；

进一步的，透水栅板间距为3-5cm；

进一步的，进水管道的竖向剖面为方形。

3.根据权利要求1所述的升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统，其特征在于：所述生物强化填料为软性纤维束球或空心塑料体填料；

进一步的，软性纤维束球的直径为10-15cm，空心塑料体填料的直径为5-10cm；

更进一步的，所述生物强化填料固定于绳索上；

再进一步的，绳索上生物强化填料的密度为10～25个/米。

4.根据权利要求1所述的升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统，其特征在于：所述基质层中的颗粒的粒径自下而上依次减小。

5.根据权利要求1所述的升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统，其特征在于：所述植物种植层中种植的植物为挺水植物。

6.根据权利要求5所述的升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统，其特征在于：所述挺水植物为芦苇、香蒲、菰草、三棱草、水葱或菖蒲；

进一步的，挺水植物的种植密度为9-25株/m²。

7.根据权利要求1所述的升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统，其特征在于：还设置有水量调节装置，包括水量调节板、连接杆和操纵杆，水量调节板的上端铰接在湿地主床体的进水口的上部，下端通过连接杆于操纵杆连接，操纵杆固定在湿地主床体的不同高度处，以调节水量调节板的开度。

8.根据权利要求1所述的升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统，其特征在于：还包括出水储水池，设置于湿地主床体的出水侧。

9.利用权利要求1-8任一所述升流式生物强化型防堵塞人工湿地系统的污水净化方法，其特征在于：包括如下步骤：

需要净化的污水经过滤后进入调节水池中，通过进水口进入进水管道中，同时向进水管道中曝气，并使生物强化填料上富集生物膜，对污水中的污染物进行生物降解；

初步净化后的污水在曝气的作用下自下而上流经湿地主床体，并将溶解氧带入湿地床，在基质吸附、植物吸收及微生物的降解作用下进一步进行水质净化，净化后的水自出水口排出。

10.根据权利要求9所述的污水净化方法，其特征在于：当污水处理效果下降、水流过缓或排水不畅时，调节操纵杆的悬挂高度，改变进水口水量，通过水量的瞬时波动，提供水动力学冲击，将湿地内部堵塞物冲击剥离基质缝隙或表面，使其在下部曝气的作用下，随上升气流离开人工湿地。

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