CN111925047A - 一种防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统及水质净化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统及水质净化方法，所述系统包括配水渠、集泥池、出水池和至少一个湿地净化单元，湿地净化单元包括净化区和折流沉淀区，净化区设置在折流沉淀区的上方，净化区通过出水管与出水池相连通；折流沉淀区通过进水管与配水渠相连通、通过排泥管与集泥池相连通，折流沉淀区内设置有斜折流板。本发明能够去除污水中的固体悬浮物，将固体悬浮物沉淀在折流沉淀区，有效地降低了湿地堵塞风险，同时也提高进水的碳氮比，提高了系统的脱氮效率。

Description

一种防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统及水质净化方法

技术领域

本发明涉及环保技术领域，尤其涉及一种防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统及水质净化方法。

背景技术

人工湿地具有建设、运行费用低，维护管理方便等优点，因此被广泛应用。垂直潜流湿地相比于其他类型的湿地(如水平潜流人工湿地或表面流人工湿地)，具有占地面积小，负荷高等优点。垂直潜流湿地，特别是上行垂直潜流人工湿地，由于其营造的厌氧环境，更有利于反硝化反应的进行。

但是现有技术中的垂直潜流人工湿地在实际运行过程中存在堵塞问题，堵塞之后基质的孔隙率明显下降，过水能力急剧降低，最终使得污水雍积，整个系统失效。常用的解决方法是进行基质层翻耕或更换，面临着工程量大、更换困难、成本高等缺点。

此外现有的人工湿地工艺对总氮的去除能力有限，进水的碳氮比低是限制湿地脱氮效率的主要影响因素之一。由于进水碳源不足，反硝化反应进行时没有充足的有机碳作为电子供体以还原硝酸盐氮，因此反硝化速率低，整体脱氮效果差。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统及其水质净化方法，用以解决传统垂直潜流人工湿地系统在实际运行过程中容易堵塞，使基质孔隙率下降、过水能力降低，从而导致污水雍积、系统失效的问题，同时也可以解决传统垂直潜流人工湿地系统反硝化速率低、脱氮效果差的问题。

一种防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统，包括配水渠、集泥池、出水池和至少一个湿地净化单元，

所述湿地净化单元包括净化区和用以去除污水中的固体悬浮物的折流沉淀区，净化区设置在折流沉淀区的上方，

所述净化区通过出水管与出水池相连通；

所述折流沉淀区通过进水管与配水渠相连通、通过排泥管与集泥池相连通，折流沉淀区内设置有斜折流板。

优选地，所述湿地净化单元的净化区和折流沉淀区通过承托孔板隔开，所述承托孔板开设有若干个矩阵式错位排布的通孔。

优选地，所述净化区由从上往下依次设置的挺水植物区、种植土层、缓释碳源供给层、过渡层和轻质填料层组成。

优选地，所述缓释碳源供给层采用芦苇作为缓释碳源；

所述过渡层内填充的是粒径为8mm-15mm、孔隙率为40％-50％的砾石；

所述轻质填料层内填充的是粒径为3mm-6mm、孔隙率为35％-40％的颗粒滤料。

优选地，所述折流沉淀区的底面设置成朝向出水方向倾斜的倾斜面。

优选地，所述折流沉淀区的底面的坡度为0.01，斜折流板的倾斜坡度为0.1。

优选地，所述出水池内设置有反冲洗泵，反冲洗泵通过反冲洗管与出水管相连通；

所述集泥池上还安装有上清液循环管，所述上清液循环管与进水管相连通。

优选地，所述配水渠与湿地净化单元之间设置有进水阀门井，湿地净水单元与集泥池之间设置有出水阀门井。

一种防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统的水质净化方法，具体包括以下步骤：

S1，水质净化：

首先，开启进水管、出水管，并关闭反冲洗管、排泥管和上清液循环管；然后，污水从进水管进入湿地净化单元的折流沉淀区，污水中的悬浮物沿着斜折流板进行沉淀，经过初步沉淀的污水由下向上依次通过轻质填料层、过渡层、缓释碳源供给层进行脱氮净化处理；污水经过脱氮净化处理后通过出水管排至出水池；

S2，系统反冲洗：

首先，关闭进水管、出水管、上清液循环管，并开启反冲洗管和排泥管；然后，启动反冲洗泵，出水池内的清水通过反冲洗管和出水管进入湿地净化单元的净化区，对净化区内的各层填料自上而下进行冲洗，反冲洗污水通过排泥管排至集泥池；反冲洗结束后，关闭反冲洗管和排泥管，并开启上清液循环管和出水管，集泥池内的清液通过上清液循环管再次进入湿地净化单元的折流沉淀区，进行循环净化；

S3，重复执行步骤S1和S2，重复进行水质净化工作。

本发明的有益效果是：

1、本发明有效地解决了传统垂直潜流人工湿地系统在实际运行过程中容易堵塞，使基质孔隙率下降、过水能力降低，从而导致污水雍积、系统失效的问题，可去除污水中的固体悬浮物，将固体悬浮物沉淀在折流沉淀区，然后通过排泥管排出，有效地降低了湿地堵塞风险，同时也大量减少了进水孔管的布置，降低了管道成本。

2、使用轻质填料，并设置有反冲洗系统，有利于填料表面的悬浮颗粒及老化的微生物的去除，进一步解决湿地堵塞问题。

3、集泥池的上清液回流至湿地系统进行循环净化，系统无污水外排。

4、设置缓释碳源供给层，提高进水的碳氮比，提高系统的脱氮效率。缓释碳源供给层选用的缓释碳源为常见的芦苇，易取得，成本低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明人工湿地系统的剖面示意图。

图2是本发明人工湿地系统的平面示意图。

图中标号的含义为：

1.配水渠；2.进水阀门井；3.湿地净化单元；4.出水阀门井；5.集泥池；6.出水池；7.出水管；8.进水管；9.折流沉淀区；10.斜折流板；11.承托孔板；12.轻质填料层；13.上清液循环管；14.过渡层；15.缓释碳源供给层；16.种植土层；17.挺水植物区；18.反冲洗管；19.排泥管；20.反冲洗泵。

具体实施方式

为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面通过具体的实施例并结合附图对本申请做进一步的详细描述。

本发明给出一种防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统及其水质净化方法，有效地解决了传统垂直潜流人工湿地系统在实际运行过程中容易堵塞，使基质孔隙率下降、过水能力降低，从而导致污水雍积、系统失效的问题，同时也可以解决传统垂直潜流人工湿地系统反硝化速率低、脱氮效果差的问题。

本发明的防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统，包括配水渠1、集泥池5、出水池6和至少一个湿地净化单元3，配水渠1、湿地净化单元3、集泥池5和出水池6均为钢筋混凝土结构。

所述配水渠1用于将待处理的污水分配给各个湿地净化单元3。

所述湿地净化单元3的下部安装有进水管8和排泥管19、上部安装有出水管7，进水管8与配水渠1的出水口相连，出水管7与出水池6的进水口相连，排泥管19与集泥池5相连通。进水管8、排泥管19、出水管7的管道上均设有控制阀门，具体可采用电控阀门。

具体地，湿地净化单元3包括净化区和用以去除污水中的固体悬浮物的折流沉淀区9。净化区和折流沉淀区9通过承托孔板11隔开，承托孔板11承受的荷载不小于60kN，所述承托孔板11开设有若干个矩阵式错位排布的通孔。净化区设置在折流沉淀区9的上方，出水池6通过出水管7与净化区相连通，配水渠1通过进水管8与折流沉淀区9相连通，集泥池5通过排泥管19与折流沉淀区9相连通。

所述折流沉淀区9内设置有斜折流板10。本实施例中，折流沉淀区9内相对设置有上、下两层斜折流板10，每层斜折流板10均由两块倾斜的不锈钢板构成，不锈钢板的宽度与湿地净化单元3的宽度相同。上层斜折流板的两块不锈钢板斜向下倾斜，下层斜折流板的两块不锈钢板斜向上倾斜。上、下两层斜折流板的倾斜坡度均为0.1。例如，若湿地净化单元3的长宽为3m×1.5m，深度为2.0m，则折流沉淀区9的高度设计为0.5m，折流沉淀区9内的斜折流板10由两块1.4m×1.5m的不锈钢板组成，不锈钢板的倾斜坡度为0.1且其固定在湿地净化单元池壁上的端部到池底的距离为0.4m。

当污水从配水渠1经进水管8进入湿地净化单元3的折流沉淀区9时，污水沿着斜折流板10由下向上，在斜折流板10的作用下，污水中的悬浮物会沉淀在折流沉淀区9，从而可降低污水中的SS浓度，避免后续填料层堵塞。经过折流沉淀区9初步沉淀的污水会通过承托孔板11进入净化区，在净化区内进行脱氮净化处理。

所述净化区由从上往下依次设置的挺水植物区17、种植土层16、缓释碳源供给层15、过渡层14和轻质填料层12组成。

所述缓释碳源供给层15采用芦苇作为缓释碳源，可提高进水中的碳氮比，强化湿地系统的反硝化作用，芦苇秆剪碎至长度为1cm左右。

所述过渡层14内填充的是粒径为8mm-15mm、孔隙率为40％-50％的砾石。

所述轻质填料层12内填充的是粒径为3mm-6mm、孔隙率为35％-40％的颗粒滤料，轻质填料层12为本系统的主要生化反应单元。

经过折流沉淀区9初步沉淀的污水进入湿地净化单元3的净化区后，以自下而上的进水方式进行水质净化，经过脱氮净化处理的水通过设置在过渡层14中的出水管7排出至出水池6。

作为优选地，所述出水池6内设置有反冲洗泵20，反冲洗泵20通过反冲洗管18与出水管7相连通，反冲洗管18的管道上安装有电控阀门。

作为优选地，所述折流沉淀区9的底面设置成朝向出水方向倾斜的倾斜面。本实施例中，折流沉淀区9的底面的坡度为0.01。

所述集泥池5上还安装有上清液循环管13，上清液循环管13的管道上安装有电控阀门。所述上清液循环管13与进水管8相连通。

优选地，所述配水渠1与湿地净化单元3之间设置有进水阀门井2，湿地净水单元3与集泥池5之间设置有出水阀门井4。

取某市政污水处理厂尾水进行试验，处理量2m³/d，试验进水水质，化学需氧量浓度为41.78-68.32mg/L，生化需氧量浓度为8.14-15.08mg/L，总氮浓度为13.85-17.79mg/L。试验系统运行稳定后，对总氮的去除率可达到68.8-79.3％。反冲洗周期为5-10天，反冲洗水系强度为1-3L/(m²·s)，反冲洗时间为2-5min。

本发明的防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统的水质净化方法，具体包括以下步骤：

S1，水质净化：

首先，开启进水管8、出水管7，并关闭反冲洗管18、排泥管19和上清液循环管13；然后，污水从进水管8进入湿地净化单元3的折流沉淀区9，污水中的悬浮物沿着斜折流板10进行沉淀，经过初步沉淀的污水由下向上依次通过轻质填料层12、过渡层14、缓释碳源供给层15进行脱氮净化处理(污水进入轻质填料层12时，在厌氧条件下进行反硝化反应，去除硝态氮，从而降低污水中的总氮浓度；同时，缓释碳源供给层15中的芦苇，由于水体浸泡及微生物降解作用，将有机物释放到水体中，提高污水进水中的碳氮比，有利于反硝化反应的进行，提高总氮去除效率)；污水经过脱氮净化处理后通过出水管7排至出水池6；

S2，系统反冲洗：

首先，关闭进水管8、出水管7、上清液循环管13，并开启反冲洗管18和排泥管19；然后，启动反冲洗泵20，出水池6内的清水通过反冲洗管18和出水管7进入湿地净化单元3的净化区，对净化区内的各层填料自上而下进行冲洗，反冲洗污水通过排泥管19排至集泥池5；反冲洗结束后，关闭反冲洗管18和排泥管19，并开启上清液循环管13和出水管7，集泥池5内的清液通过上清液循环管13再次进入湿地净化单元3的折流沉淀区9，进行循环净化；

S3，重复执行步骤S1和S2，重复进行水质净化工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (9)

1.一种防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统，其特征在于，包括配水渠、集泥池、出水池和至少一个湿地净化单元，

所述湿地净化单元包括净化区和用以去除污水中的固体悬浮物的折流沉淀区，净化区设置在折流沉淀区的上方，

所述净化区通过出水管与出水池相连通；

所述折流沉淀区通过进水管与配水渠相连通、通过排泥管与集泥池相连通，折流沉淀区内设置有斜折流板。

2.根据权利要求1所述的防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统，其特征在于，所述湿地净化单元的净化区和折流沉淀区通过承托孔板隔开，所述承托孔板开设有若干个矩阵式错位排布的通孔。

3.根据权利要求1或2所述的防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统，其特征在于，所述净化区由从上往下依次设置的挺水植物区、种植土层、缓释碳源供给层、过渡层和轻质填料层组成。

4.根据权利要求3所述的防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统，其特征在于，所述缓释碳源供给层采用芦苇作为缓释碳源；

所述过渡层内填充的是粒径为8mm-15mm、孔隙率为40％-50％的砾石；

所述轻质填料层内填充的是粒径为3mm-6mm、孔隙率为35％-40％的颗粒滤料。

5.根据权利要求1或2所述的防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统，其特征在于，所述折流沉淀区的底面设置成朝向出水方向倾斜的倾斜面。

6.根据权利要求5所述的防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统，其特征在于，所述折流沉淀区的底面的坡度为0.01，斜折流板的倾斜坡度为0.1。

7.根据权利要求1所述的防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统，其特征在于，所述出水池内设置有反冲洗泵，反冲洗泵通过反冲洗管与出水管相连通；

所述集泥池上还安装有上清液循环管，所述上清液循环管与进水管相连通。

8.根据权利要求1所述的防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统，其特征在于，所述配水渠与湿地净化单元之间设置有进水阀门井，湿地净水单元与集泥池之间设置有出水阀门井。

9.一种防堵塞上行垂直潜流人工湿地系统的水质净化方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

S1，水质净化：

首先，开启进水管、出水管，并关闭反冲洗管、排泥管和上清液循环管；然后，污水从进水管进入湿地净化单元的折流沉淀区，污水中的悬浮物沿着斜折流板进行沉淀，经过初步沉淀的污水由下向上依次通过轻质填料层、过渡层、缓释碳源供给层进行脱氮净化处理；污水经过脱氮净化处理后通过出水管排至出水池；

S2，系统反冲洗：

首先，关闭进水管、出水管、上清液循环管，并开启反冲洗管和排泥管；然后，启动反冲洗泵，出水池内的清水通过反冲洗管和出水管进入湿地净化单元的净化区，对净化区内的各层填料自上而下进行冲洗，反冲洗污水通过排泥管排至集泥池；反冲洗结束后，关闭反冲洗管和排泥管，并开启上清液循环管和出水管，集泥池内的清液通过上清液循环管再次进入湿地净化单元的折流沉淀区，进行循环净化；

S3，重复执行步骤S1和S2，重复进行水质净化工作。

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