CN112125405A - 一种复合人工湿地系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合人工湿地系统，包括表面流人工湿地单元和垂直潜流人工湿地单元，所述表面流人工湿地单元包括池体、曝气管道、隔流板、种植泡沫板、水生植物、生物绳填料，所述垂直潜流人工湿地单元包括种植层、一级填料层、二级填料层、三级填料层、卵石层。复合人工湿地系统由表面流人工湿地单元和垂直流人工湿地单元构成，能够有效解决湿地运行过程中容易堵塞的问题，同时提高了整个湿地系统对高负荷污水的净化能力。

Description

一种复合人工湿地系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种复合人工湿地系统及其运行方法。

背景技术

人工湿地技术是通过人工配置基质、植物和微生物，模拟自然湿地生态系 统中的物理作用、化学作用和生物作用，构建的能够用来处理污水的一项工艺， 由于其具有建设运营成本低、使用寿命长、运行费用低、处理效率可观等特点， 已广泛应用于小规模污水处理。由于人工湿地运行过程中容易发生堵塞，由此 引发的处理效率下降、易影响周围环境卫生等问题，限制了其进一步的推广应 用。

人工湿地的堵塞情况可分为物理堵塞、化学堵塞及生物堵塞三种类型。其 中，物理堵塞是由于无机或有机颗粒性物质吸附在填料表面造成填料空隙缩小 引起的；化学堵塞是因为人工湿地进水中所含有大量的PO43-、CO32-、SO42- 离子和填料中的Ca2+、Mg2+、Al2+离子发生置换络合等化学反应形成难溶性络 合物吸附在填料表面导致的；而生物堵塞一方面是湿地中微生物分泌胞外聚合 物(extracellular polymeric substances，EPS)堵塞填料空隙所引起，另一 方面由湿地中植物残体输入到基质表层腐烂形成的污泥堵塞基质空隙所引起。 在这其中，物理堵塞和生物堵塞在人工湿地运行中尤为常见，尤其会发生在垂 直潜流人工湿地的表层基质中。垂直潜流人工湿地堵塞的直观表现是基质透水 能力降低、污染物去除能力下降，堵塞严重时湿地表层也会出现积水现象，积 水不仅容易滋生蚊虫、影响环境卫生，同时积水所引起的藻类过度繁殖将会降 低湿地内部的溶解氧浓度，造成吸附在填料表面有机物、沉淀在湿地的植物残 体更难降解，进一步加剧湿地的堵塞。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何抑制人工湿地系统的堵塞问题，由此获得 一种复合人工湿地系统。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：所述复合人工湿地系统 包括表面流人工湿地单元和垂直潜流人工湿地单元，所述表面流人工湿地单元 包括池体、曝气管道、隔流板、种植泡沫板、水生植物、生物绳填料，所述池 体设有上宽下窄的凹槽,所述隔流板、种植泡沫板、水生植物、生物绳填料设置 在凹槽内,所述池体的一侧设有进水口、另一侧设有过水口，所述隔流板在进水 口到过水口的方向上间隔排列且相邻两行隔流板错位分布，所述水生植物固定 在种植泡沫板上，所述种植泡沫板分布在隔流板周围，所述生物绳填料一端固 定在种植泡沫板上、另一端固定在池体底部，所述曝气管道的一端位于池体外 部、另一端埋入池体内部，所述曝气管道上设有曝气头，所述曝气头与曝气管 道连通且伸入到凹槽内，所述垂直潜流人工湿地单元包括种植层、一级填料层、 二级填料层、三级填料层、卵石层，所述种植层、一级填料层、二级填料层、 三级填料层、卵石层从上而下依次排列，所述一级填料层的填料粒径小于二级 填料层的填料粒径、所述二级填料层的填料粒径小于三级填料层的填料粒径、 所述三级填料层的填料粒径小于卵石层的卵石粒径，所述一级填料层中放置有 蚯蚓，所述垂直潜流人工湿地单元上设有出水口，所述出水口为卵石层的一侧， 所述表面流人工湿地单元与垂直潜流人工湿地单元之间通过布水管连接，所述布水管的一端与过水口连接并且与池体的凹槽连通、另一端位于一级填料层内。

隔流板在凹槽内分割所形成的延长污水流动路径作用，有利于污水中的悬 浮颗粒物的沉降，从而有效避免悬浮颗粒物进入垂直潜流人工湿地单元中而加 重堵塞，同时也能延长污水在湿地中的停留时间，使得污水中的污染物与填料 成分接触，提高污染物处理效果。种植泡沫板工作时覆盖在污水表面，这样能 够减少臭气逸散到空气中，防止蚊虫产卵，抑制藻类的繁殖，提高表面流人工 湿地的卫生水平。种植泡沫板上种植的水生植物应选择根系发达、泌氧能力较 强的水生植物或经济作物，如菖蒲、美人蕉、马蹄莲、水芹、空心菜、茼蒿等， 这些植物由于具有一定的实用性、可作为农产品进行交易，所以这些植物在处理污水的同时能代理额外的经济价值。除此之外，该表面流人工湿地单元的水 体中可施放有滤食性水生生物，如杂食性鱼类鲢鱼、斗鱼等，底栖动物如河蚌、 中华田螺等，这些生物能够摄食水体中的颗粒有机物，提高表面流湿地对悬浮 物的去除能力，同时也能创造一定的经济收益。

表面流人工湿地单元能够利用过滤、吸附、絮凝沉淀作用、植物吸收及微 生物分解作用，有效去除污水中的各类氮、磷营养盐、悬浮颗粒物，提高了整 个系统所能承载的负荷能力，同时也能避免高负荷污水直接进入垂直潜流人工 湿地单元中造成的堵塞问题。也就是在垂直潜流人工湿地单元处理污水前先对 污水进行预处理。

无机污染物的沉淀与大部分污染物的好氧分解在前端表面流人工湿地单元 进行，小部分好氧分解与厌氧反应在后端垂直潜流人工湿地单元进行，在不同 流程中强化了湿地单项功能，避免不同反应间或不同微生物间的相互抑制影响， 同时充分利用了两种类型湿地对不同污染物的去除优势，提高系统整体的污染 物去除效率，解决了湿地容易堵塞的问题，延长了整个系统的运行寿命，使得 该复合湿地在高污染负荷的条件下，仍能实现出水水质良好的正常运行。

垂直潜流人工湿地单元上层布设的蚯蚓，能够摄食吸附在湿地表层基质中 的有机颗粒物，避免湿地因基质空隙堵塞造成的积水问题，分解产物也能为湿 地接下来的反硝化反应提供原料物质；同时蚯蚓在湿地表层的活动，增大了基 质间的空隙，有利于空气在基质层间的扩散，提高基质间的溶解氧浓度，进一 步增强垂直潜流人工湿地单元对有机负荷的承载能力。

为了使池体内部的溶氧量均匀分布、快速分布，所述曝气管道整体呈矩形， 所述曝气管道内部设有两条平行且在长度方向上分布的管路部位。

为了给垂直潜流人工湿地单元均匀布水，所述布水管包括横向管路和纵向 管路，所述横向管路连通纵向管路，所述横向管路垂直于纵向管路，所述横向 管路等间距排列、所述纵向管路等间距排列，所述横向管路的一端伸入在池体 的凹槽内。

本技术方案中隔流板整体呈扁平的长方体结构，所述隔流板包括背板、透 水罩和填料，所述透水罩与背板固定连接，所述填料位于背板与透水罩之间， 所述隔流板设有透水罩的该面朝向进水口。填料由粉煤灰或矿渣组成，该种填 料特性为孔隙多、比表面积大，不仅能为微生物提供附着位点，同时也能通过 过滤、吸附及絮凝沉淀作用去水中的磷酸盐。填料装置在网兜中，是袋装化的 部件，故当填料对磷的吸附达到饱和状态时，可直接将隔流板中的网兜取出， 重新装填填料即可。

本技术方案还包括上述复合人工湿地系统的运行方法，第一步，污水从进 水口进入表面流人工湿地单元内；第二步，污水在池体内沿着隔流板与池体之 间区域流动，使污水本隔流板至少分割依次而形成两股方向相反的水流，两股 方向相反的水流对冲汇合后再次分成两股方向相反的水流并最终汇合而流出池 体，期间持续地向污水曝气复氧；第二步，污水通过布水管进入垂直潜流人工 湿地单元；第四步，污水流入种植层，污水中有营养盐被吸收；污水逐一流经 一级填料层、二级填料层、三级填料层，污水中的可溶性有机颗粒物被吸收， 最后被处理干净的水汇集在卵石层，通过出水口向外流出。

本发明采用上述技术方案：复合人工湿地系统由表面流人工湿地单元和垂 直流人工湿地单元构成，能够有效解决湿地运行过程中容易堵塞的问题，同时 提高了整个湿地系统对高负荷污水的净化能力。该复合人工湿地系统对污水中 营养盐的去除效果好，占地面积小，对周围环境的影响小，同时还能产生一定 的经济收益，间接降低了湿地的投资费用。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步具体说明。

图1为本发明一种复合人工湿地系统及其运行方法的复合人工湿地系统的 结构示意图；

图2为本发明一种复合人工湿地系统及其运行方法的复合人工湿地系统的 种植泡沫板的结构示意图；

图3为本发明一种复合人工湿地系统及其运行方法的复合人工湿地系统的 种隔流板和布水管的分布示意图；

图4为本发明一种复合人工湿地系统及其运行方法的复合人工湿地系统的 曝气管道的结构示意图；

图5为本发明一种复合人工湿地系统及其运行方法的复合人工湿地系统的 隔流板的结构示意图Ⅰ；

图6为本发明一种复合人工湿地系统及其运行方法的复合人工湿地系统的 隔流板的结构示意图Ⅱ。

具体实施方式

如图1、3所示，复合人工湿地系统包括表面流人工湿地单元1和垂直潜流人工 湿地单元2。

表面流人工湿地单元1包括池体、曝气管道4、隔流板5、种植泡沫板6、 水生植物、生物绳填料。池体由卵石铺设而成、表面通过铁丝网加固定型。池 体设有上宽下窄的凹槽；池体的一侧设有进水口9、另一侧设有过水口10，进 水口9和过水口10都位于凹槽的上部，池体在过水口10处设有过滤格栅、用 于拦截大体积的固体杂物。曝气管道4的一端位于池体外部、另一端埋入池体 内部，在池体外部设有气泵，该气泵的出气口与曝气管道4连通；曝气管道4 上设有曝气头11，曝气头11与曝气管道4连通且伸入到凹槽内。如图4所示， 曝气管道4整体呈矩形，曝气管道4内部设有两条平行且在长度方向上分布的 管路部位。如图5、6所示，隔流板5整体呈扁平的长方体结构，隔流板5包括 背板12、透水罩13和填料，背板12为不透水的材质，透水罩13与背板12固 定连接，填料通过网袋进行袋装化后被置于背板12与透水罩13之间。有六块 隔流板5竖直安装池体内，其中两块为一组、总共三组，三组隔流板5在在进 水口9到过水口10的方向上间隔排列，每块隔流板5设有透水罩13的该面朝向进水口9。离进水口9最近的一组的两块隔流板5紧紧挨在一起、两块隔流板 5相对于凹槽的中心线对称分布；离过水口10最近的一组两块隔流板5也紧紧 挨在一起、两块隔流板5相对于凹槽的中心线对称分布；位于中间的一侧的两 块隔流板5之间分开，且每块隔流板5的一端都紧挨着池体。如此形成了相邻 两行隔流板5错位分布的位置关系，借此，隔流板5吧凹槽内部的空间进行了 分割，形成了一个“∞”符号形状的水体流动路径，当污水从进水口9进入凹 槽后便随着隔板分隔形成的水体流动路径流动、使得污水先被一分为二、接着 合拢、再次被一分为二、最后合拢。如图2所示，种植泡沫板6整体为扁平的 长方体状，其上设有矩阵排列的种植孔，水生植物被放置在这些种植孔内。装 载有水生植物的种植泡沫板6放置在凹槽内，在污水的浮力作用下漂浮于凹槽 内且围绕隔流板5分布，所有经隔流板5分隔后形成的水面都漂浮有种植泡沫 板6，使得表面流人工湿地单元1的水面被种植泡沫板6封闭，减少了污水向空 气散发臭气量。生物绳填料采用亲水性强的复合纤维材料，生物绳填料一端通 过框架固定在池体底部、另一端固定在种植泡沫板6的下方，生物绳填料在水体中等间距分布。

垂直潜流人工湿地单元2包括种植层14、一级填料层15、二级填料层16、 三级填料层17、卵石层18。种植层14、一级填料层15、二级填料层16、三级 填料层17、卵石层18从上而下依次排列。一级填料层15的填料粒径小于二级 填料层16的填料粒径、二级填料层16的填料粒径小于三级填料层17的填料粒 径、三级填料层17的填料粒径小于卵石层18的卵石粒径。一级填料层15中放 置有蚯蚓。垂直潜流人工湿地单元2上设有出水口，出水口为卵石层18的一侧。 表面流人工湿地单元1与垂直潜流人工湿地单元2之间通过布水管19连接。布水管19包括横向管路20和纵向管路21，横向管路20连通纵向管路21，横向 管路20垂直于纵向管路21，横向管路20等间距排列、纵向管路21等间距排列， 横向管路20的一端与过水口10连接并且伸入在池体的凹槽内，这样布水管19 与池体的凹槽连通。布水管19的另一端位于一级填料层15内，由横向管路20 和纵向管路21的一起均匀输出污水。

使用时，污水从进水口9进入表面流人工湿地单元1内；污水在池体内沿 着隔流板5与池体之间区域流动，使污水本隔流板5分隔依次而形成两股方向 相反的水流，两股方向相反的水流对冲汇合后再次分成两股方向相反的水流并 最终汇合而流出池体，气泵工作向曝气管道4内输入空气，空气从曝气头11处 输出而输入水体中，期间持续地向污水曝气复氧；污水通过布水管19进入垂直 潜流人工湿地单元2；污水流入种植层14，污水中有营养盐被吸收；污水逐一 流经一级填料层15、二级填料层16、三级填料层17，污水中的可溶性有机颗粒 物被吸收，最后被处理干净的水汇集在卵石层18，通过出水口向外流出。

Claims (5)

1.一种复合人工湿地系统，其特征在于：所述复合人工湿地系统包括表面流人工湿地单元(1)和垂直潜流人工湿地单元(2)，所述表面流人工湿地单元(1)包括池体(3)、曝气管道(4)、隔流板(5)、种植泡沫板(6)、水生植物(7)、生物绳填料(8)，所述池体(3)设有上宽下窄的凹槽,所述隔流板(5)、种植泡沫板(6)、水生植物(7)、生物绳填料(8)设置在凹槽内,所述池体(3)的一侧设有进水口(9)、另一侧设有过水口(10)，所述隔流板(5)在进水口(9)到过水口(10)的方向上间隔排列且相邻两行隔流板(5)错位分布，所述水生植物(7)固定在种植泡沫板(6)上，所述种植泡沫板(6)分布在隔流板(5)周围，所述生物绳填料(8)一端固定在种植泡沫板(6)上、另一端固定在池体(3)底部，所述曝气管道(4)的一端位于池体(3)外部、另一端埋入池体(3)内部，所述曝气管道(4)上设有曝气头(11)，所述曝气头(11)与曝气管道(4)连通且伸入到凹槽内，所述垂直潜流人工湿地单元(2)包括种植层(14)、一级填料层(15)、二级填料层(16)、三级填料层(17)、卵石层(18)，所述种植层(14)、一级填料层(15)、二级填料层(16)、三级填料层(17)、卵石层(18)从上而下依次排列，所述一级填料层(15)的填料粒径小于二级填料层(16)的填料粒径、所述二级填料层(16)的填料粒径小于三级填料层(17)的填料粒径、所述三级填料层(17)的填料粒径小于卵石层(18)的卵石粒径，所述一级填料层(15)中放置有蚯蚓，所述垂直潜流人工湿地单元(2)上设有出水口，所述出水口为卵石层(18)的一侧，所述表面流人工湿地单元(1)与垂直潜流人工湿地单元(2)之间通过布水管(19)连接，所述布水管(19)的一端与过水口(10)连接并且与池体(3)的凹槽连通、另一端位于一级填料层(15)内。

2.根据权利要求1所述复合人工湿地系统，其特征在于：所述曝气管道(4)整体呈矩形，所述曝气管道(4)内部设有两条平行且在长度方向上分布的管路部位。

3.根据权利要求1所述复合人工湿地系统，其特征在于：所述布水管(19)包括横向管路(20)和纵向管路(21)，所述横向管路(20)连通纵向管路(21)，所述横向管路(20)垂直于纵向管路(21)，所述横向管路(20)等间距排列、所述纵向管路(21)等间距排列，所述横向管路(20)的一端伸入在池体(3)的凹槽内。

4.根据权利要求1所述复合人工湿地系统，其特征在于：所述隔流板(5)整体呈扁平的长方体结构，所述隔流板(5)包括背板(12)、透水罩(13)和填料，所述透水罩(13)与背板(12)固定连接，所述填料位于背板(12)与透水罩(13)之间，所述隔流板(5)设有透水罩(13)的该面朝向进水口(9)。

5.一种基于权利要求1所述复合人工湿地系统的运行方法，其特征在于：

第一步，污水从进水口(9)进入表面流人工湿地单元(1)内；

第二步，污水在池体(3)内沿着隔流板(5)与池体(3)之间区域流动，使污水本隔流板(5)至少分割依次而形成两股方向相反的水流，两股方向相反的水流对冲汇合后再次分成两股方向相反的水流并最终汇合而流出池体(3)，期间持续地向污水曝气复氧；

第二步，污水通过布水管(19)进入垂直潜流人工湿地单元(2)；

第四步，污水流入种植层(14)，污水中有营养盐被吸收；污水逐一流经一级填料层(15)、二级填料层(16)、三级填料层(17)，污水中的可溶性有机颗粒物被吸收，最后被处理干净的水汇集在卵石层(18)，通过出水口向外流出。

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