CN113200605A - 一种适用于低碳氮比污水净化的潜流湿地系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于低碳氮比污水净化的潜流湿地系统，其特征在于，包括依次连接的高效沉淀池、深床垂直潜流湿地、强化水平潜流湿地三个模块；所述高效沉淀池为沉淀预处理池，内部设有降低进水流速的导流墙；所述深床垂直潜流湿地前端设有碳源补充渠，碳源补充渠内设有缓释碳源模块，所述深床垂直潜流湿地包括管道收布水系统和主体净化区，主体净化区设有填料床层一，碳源补充渠中的污水经上层布水管道进入主体净化区，再由底层收水管道收集至后端收水渠；所述深床垂直潜流湿地出水经三级跌水堰板进入配水渠，再经穿孔花墙进入强化水平潜流湿地，后通过穿孔花墙，收集到收水渠经出水管外排；所述强化水平潜流湿地内设有填料床层二。
Description
技术领域
本发明涉及一种适用于低碳氮比污水净化的潜流湿地系统，可用于低碳氮比的河道水质净化及污水处理厂(站)尾水提标等深度净化工艺，属于水质净化技术领域。
背景技术
人工湿地技术利用土壤、人工介质、植物及微生物等通过物理、化学、生物协同作用，对污水进行净化，因其投资少、运行成本低且简单易操作，景观效果好、经济效益佳等优点，广泛应用于市政污水提标及河道水质净化工程。
目前对于低碳氮比污水，由于有机碳源供应不足，传统湿地净化工艺存在总氮污染物去除率低的问题。因此有研究向湿地中投加外来碳源，常用的液态碳源有甲醇、乙酸、乙酸钠或葡萄糖等，这些碳源需持续投加，增加了工程运行维护的成本，削弱了湿地工艺的经济性优势。近几年，缓释碳源的研究也逐渐成熟，秸秆、玉米芯、木屑等缓释碳源释放的有机碳具有良好的生物可利用性，对脱氮效果有明显提升，且价格经济，但是存在碳源释放周期短，后期释放动力不足的问题，需周期性更换。潜流湿地预埋缓释碳源后二次更换需将填料重新翻开铺盖，会严重扰动植物根茎并增加人工成本。另外，缓释碳源释放速率及释放量并非稳定值，极易导致湿地出水中有机物含量升高，影响人工湿地污染物整体净化效果。
发明内容
本发明要解决的技术问题是现有工艺处理低碳氮比污水时总氮污染物去除率低、缓释碳源更换复杂、出水有机物浓度回升超标的问题。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是提供了一种适用于低碳氮比污水净化的潜流湿地系统，其特征在于，包括依次连接的高效沉淀池、深床垂直潜流湿地、强化水平潜流湿地三个模块；
所述高效沉淀池为沉淀预处理池，内部设有降低进水流速的导流墙，其顶部出水经管道至所述深床垂直潜流湿地；
所述深床垂直潜流湿地前端设有碳源补充渠，碳源补充渠内设有缓释碳源模块，沉淀预处理池出水在碳源补充渠中自下而上流经缓释碳源模块，所述深床垂直潜流湿地包括管道收布水系统和主体净化区，主体净化区设有填料床层一，管道收布水系统包括上层布水管道和底层收水管道，碳源补充渠中的污水经上层布水管道进入主体净化区，水流自上而下流经填料床层一，再由底层收水管道收集至后端收水渠；
所述深床垂直潜流湿地出水经三级跌水堰板进入配水渠，再经穿孔花墙进入强化水平潜流湿地，后通过穿孔花墙，收集到收水渠经出水管外排；所述强化水平潜流湿地内设有填料床层二。
优选的，所述导流墙上下交替设置。
优选的，所述填料床层一采用石灰石：碎石＝1:5级配填料，填料粒径范围10mm～60mm，填料床深1.8-2.0m，从上至下分为种植区、布水区、反应区、收水区。
优选的，所述碳源补充渠，渠宽大于1.0m；所述缓释碳源模块位于碳源补充渠内，为活动布置。
优选的，所述缓释碳源模块采用植物性碳源，装配至0.8m×0.8m钢丝网笼中形成单个模块，数量根据水量及池深调整。
优选的，所述强化水平潜流湿地长宽比范围5:1-10:1；所述填料床层二采用沸石：陶粒：碎石＝1:1:2级配填料，填料粒径范围10mm～60mm，填料床深1.0m～1.2m，沿水流方向分为布水区、反应区及收水区。
优选的，系统全部为地埋式。
本技术方案提供的适用于低碳氮比的污水净化潜流湿地系统，优化潜流湿地结构并合理组合成多级复合湿地工艺，通过设置碳源补充渠，垂直潜流湿地采用深床结构，水平潜流进水设置三级跌水堰板并优化填料等措施。
其中：
深床垂直潜流湿地进水端设置碳源补充渠，将植物性缓释碳源组成便于更换装配的模块，周期性更换缓释碳源的同时避免填料床层二次翻挖；
深床垂直潜流湿地采用深床设计，营造底层厌氧(缺氧)环境，有利于反硝化反应的进行，提高总氮污染物去除率；
强化水平潜流湿地进水端设置三级跌水堰板，补充水体中溶解氧，为剩余碳源有机物降解提供好氧反应条件；
沉淀池采用上下型导流墙，延长水力停留时间，提高沉淀效率，更加适用于泥沙含量较高的河湖水质治理。
附图说明
图1本发明提供的潜流湿地系统结构示意图。
具体实施方式
为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
实施例
本污水净化潜流湿地系统包括高效沉淀池、深床垂直潜流湿地、强化水平潜流湿地三个模块，高效沉淀池相较于传统沉淀池工艺，增设了上下型导流墙，进水通过高效沉淀池去除固体悬浮物并进行初级净化，延缓后端湿地填料堵塞。深床垂直潜流湿地进水设置碳源补充渠，布置缓释碳源模块，深床设计有利于营造缺氧环境，提高总氮污染物的去除效果。强化水平潜流湿地，进水端采用三级跌水充分复氧，对剩余有机物及氨氮进行深度净化，配置的强效吸附填料可高效去除总磷等污染物。整套工艺没有耗能，凸显经济性，运行维护方便，景观效果好，净化水质的同时兼顾景观娱乐功能。
如附图1所示：
(1)高效沉淀池1为沉淀预处理池，钢筋混凝土结构，对进水悬浮物进行初期沉淀截留，去除大部分悬浮颗粒物，设计停留时间4-8h，有效水深2.0m～4.0m，沉淀预处理池内部布置导流墙2，进水在沉淀池中流速降低，极大减小水流夹带悬浮物的能力，使悬浮物在重力作用下沉淀下来，减轻后续湿地处理单元的悬浮物负荷，延缓了湿地填料床层的堵塞，沉淀预处理池出水由顶部出水堰连接的管道进入深床垂直潜流湿地。
(2)图中导流墙2，上下交替设置，可以有效减缓水流流速，缩短颗粒沉降距离，缩短沉淀时间，特别适用于泥沙含量较大的河湖水体预处理。
(3)深床垂直潜流湿地3，钢筋混凝土结构，前端为碳源补充渠，渠宽大于1.0m。沉淀预处理池出水经管道连接进入碳源补充渠的底端。水流在碳源补充渠中自下而上流经缓释碳源模块4，使水流充分接触释放碳源并夹带入内部填料床层，深床垂直潜流湿地3采用管道收布水系统5，主体净化区采用石灰石：碎石＝1:5级配填料，填料粒径范围10mm～60mm，填料床深1.8-2.0m，从上至下分为种植区、布水区、反应区、收水区。深床设计一方面延长了水流接触填料的反应时间，另一方面有利于形成厌氧(缺氧)环境，满足总氮污染物削减条件，提高总氮污染物的去除效率。填料床表面种植挺水植物，种植种类可选用美人蕉、芦苇、菖蒲、香蒲、风车草、花叶芦竹等，种植密度15～25株/m2。
(4)图中缓释碳源模块4位于碳源补充渠内，为活动布置，更换十分便捷，直接吊装替换即可，避免了填料床层的多次翻挖带来的扰动及经济成本。缓释碳源采用木屑、玉米芯、秸秆等植物性碳源，装配至0.8m×0.8m钢丝网笼中形成单个模块，数量根据水量及池深动态调整。
(5)图中管道收布水系统5包括上层布水管道和底层收水管道，碳源补充渠中的污水经上层布水管道进入主体净化区，水流自上而下流经填料床层，再由底层收水管道收集后排至收水渠，本设计采用二级管网收布水系统可使污水分布更加均匀，减少短流区，提高了湿地床层利用率。
(6)图中强化水平潜流湿地6，钢筋混凝土结构，深床垂直潜流湿地3出水经三级跌水堰板7，进入配水渠，再进穿孔花墙8进入强化湿地主体净化区，后通过穿孔花墙8，收集到收水渠经出水管外排。本强化水平潜流湿地6长宽比宜取5:1-10:1。主体净化区采用沸石：陶粒：碎石＝1:1:2级配填料，填料粒径范围10mm～60mm，填料床深1.0m～1.2m，沿水流方向分为布水区、反应区及收水区。污水水平流经填料床层，沸石和陶粒填料内部为众多细密微孔，具有孔隙率高，比表面积大，吸附性强等优点，有利于总磷污染物的吸附净化，另外多孔材质有利于微生物附着挂膜，可有效降解剩余有机碳源和氨氮等污染物，避免COD、氨氮、总磷等污染物出水超标。填料床表面种植挺水植物，种植种类可选用美人蕉、芦苇、菖蒲、香蒲、风车草、花叶芦竹等，种植密度9-20株/m2。
(7)深床垂直潜流湿地3出水溶解氧含量很低，因此污水在三级跌水堰板7处进行跌水复氧，通过高差跌落，使空气与水体发生强烈掺混，气泡中所含氧在水中扩散，从而增加水中溶解氧浓度。为剩余有机物和氨氮的分解反应提供好氧条件。
(8)本污水净化潜流湿地系统全部为地埋式，表面均可种植挺水植物或陆生草花，碳源补充渠、收水渠、配水渠及开孔处均设置盖板，景观效果好，可结合绿地公园或河岸湿地主题来建设，兼具水质净化和休闲娱乐的功能。
本技术方案提供的适用于低碳氮比的污水净化潜流湿地系统，在沉淀池中设置上下形导流墙，可缩短颗粒物沉淀时间，提高沉淀效率；深床垂直潜流湿地的进水端设置碳源补充渠，布置木屑、玉米芯、秸秆等植物性缓释碳源模块，利用植物材料天然纤维类物质分解释放的有机质持续向水体中补充脱氮反应必须的碳源，提高总氮污染物的去除率；深床垂直潜流湿地采用深床设计，增加填料床深度，有利于构建缺氧(厌氧)环境，为反硝化反应提供适宜的条件；强化水平潜流湿地进水端采用三级跌水堰板，利用重力跌流复氧手段，提高水体中溶解氧浓度，从而进一步降解剩余有机物及氨氮污染物，避免缓释碳源剩余导致出水COD浓度过高。
本技术方案提供的适用于低碳氮比的污水净化潜流湿地系统，通过高效沉淀池、深床垂直潜流湿地、强化水平潜流湿地，污水中COD的浓度可从50mg/L削减至20mg/L以下，BOD浓度可从40mg/L削减至15mg/L以下，TN污染物浓度可从15mg/L削减至10mg/L以下，TP污染物浓度可从2mg/L削减至0.8mg/L以下，污水净化效果明显，提高了传统人工湿地处理低碳氮比污水时总氮污染物的去除效率。
Claims (7)
1.一种适用于低碳氮比污水净化的潜流湿地系统，其特征在于，包括依次连接的高效沉淀池、深床垂直潜流湿地、强化水平潜流湿地三个模块；
所述高效沉淀池为沉淀预处理池，内部设有降低进水流速的导流墙，其顶部出水经管道至所述深床垂直潜流湿地；
所述深床垂直潜流湿地前端设有碳源补充渠，碳源补充渠内设有缓释碳源模块，沉淀预处理池出水在碳源补充渠中自下而上流经缓释碳源模块，所述深床垂直潜流湿地包括管道收布水系统和主体净化区，主体净化区设有填料床层一，管道收布水系统包括上层布水管道和底层收水管道，碳源补充渠中的污水经上层布水管道进入主体净化区，水流自上而下流经填料床层一，再由底层收水管道收集至后端收水渠；
所述深床垂直潜流湿地出水经三级跌水堰板进入配水渠，再经穿孔花墙进入强化水平潜流湿地，后通过穿孔花墙，收集到收水渠经出水管外排；所述强化水平潜流湿地内设有填料床层二。
2.根据权利要求1所述的适用于低碳氮比污水净化的潜流湿地系统，其特征在于，所述导流墙上下交替设置。
3.根据权利要求1所述的适用于低碳氮比污水净化的潜流湿地系统，其特征在于，所述填料床层一采用石灰石：碎石＝1:5级配填料，填料粒径范围10mm～60mm，填料床深1.8-2.0m，从上至下分为种植区、布水区、反应区、收水区。
4.根据权利要求1所述的适用于低碳氮比污水净化的潜流湿地系统，其特征在于，所述碳源补充渠，渠宽大于1.0m；所述缓释碳源模块位于碳源补充渠内，为活动布置。
5.根据权利要求4所述的适用于低碳氮比污水净化的潜流湿地系统，其特征在于，所述缓释碳源模块采用植物性碳源，装配至0.8m×0.8m钢丝网笼中形成单个模块，数量根据水量及池深调整。
6.根据权利要求1所述的适用于低碳氮比污水净化的潜流湿地系统，其特征在于，所述强化水平潜流湿地长宽比范围5:1-10:1；所述填料床层二采用沸石：陶粒：碎石＝1:1:2级配填料，填料粒径范围10mm～60mm，填料床深1.0m～1.2m，沿水流方向分为布水区、反应区及收水区。
7.根据权利要求1所述的适用于低碳氮比污水净化的潜流湿地系统，其特征在于，系统全部为地埋式。
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| CN202110359308.5A CN113200605A (zh) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | 一种适用于低碳氮比污水净化的潜流湿地系统 |
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| CN202110359308.5A CN113200605A (zh) | 2021-04-02 | 2021-04-02 | 一种适用于低碳氮比污水净化的潜流湿地系统 |
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|---|---|---|---|---|
| CN113666504A (zh) * | 2021-08-16 | 2021-11-19 | 天津大学 | 一种强化处理低c/n比污水的厌氧/好氧人工湿地组合系统及方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN103739081A (zh) * | 2014-01-13 | 2014-04-23 | 上海交通大学 | 一种用于低污染水强化脱氮的潜流湿地装置 |
| CN105645589A (zh) * | 2014-11-14 | 2016-06-08 | 重庆大学 | 一种可转换运行模式的深床人工湿地反应器 |
| CN110143667A (zh) * | 2019-04-12 | 2019-08-20 | 北京林业大学 | 一种强化低c/n河湖水体硝酸盐氮去除的生态净化系统 |
| US20210171380A1 (en) * | 2017-12-13 | 2021-06-10 | Chinese Research Academy Of Environmental Sciences | Method and device for controlling pollutants in metal mine water resources cycling utilization |
-
2021
- 2021-04-02 CN CN202110359308.5A patent/CN113200605A/zh active Pending
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