CN113666581A - 一种用于农村生活污水处理的多层人工湿地系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于农村生活污水处理的多层人工湿地系统，从地表往下垂直方向设置，包括从上往下依次设置的集水区、调配区、植被区、滤料区以及排水区；所述集水区两侧往外分别延伸设有集水槽，集水槽与集水区之间设有联通孔；单侧集水槽的宽度为中间集水区宽度的1/5‑2/5；本发明通过周边进水、中间出水，增加污水垂直流动距离，充分利用基质的截留、过滤、吸附作用，同时利用水生植物的生长作用、菌群的降解作用，提高对有机污染物的处理能力。
Description
技术领域
本发明涉及人工湿地系统领域，尤其是一种用于农村生活污水处理的多层人工湿地系统。
背景技术
我国大多数农村生活污水收集简单又随意，不能实现雨污分流，导致污水成分复杂，处理难度加大，而且易造成地表水及地下水污染，不仅限制新农村建设发展步伐，同时不利于生态环境可持续发展。人工湿地是20世纪70年代发展起来的一种污水处理技术，它利用自然生态系统中的物理、化学、生物的三重协同作用来实现对污水的净化作用，具有运行管理方便、氮磷去除效果好、建设运行成本低的特点，因而被广泛应用于农村生活污水处理。
按照系统布水方式的不同或污水在系统中流动方式不同将人工湿地处理系统划分为以下几种类型：自由水面人工湿地处理系统、人工潜流人工湿地处理系统、垂直水流型人工湿地处理系统。表面流湿地是一种污水从湿地表面漫流而过的长方形构筑物，近水面部分为好氧生物区，较深部分及底部通常为厌氧生物区，结构简单，工程造价低，但处理效率较差；潜流湿地污水在填料缝隙之间渗流，可充分利用填料表面及植物根系上的生物膜处理污水，出水水质好，但污水的流程较短，反硝化作用较弱，且工程技术要求较高；垂直流湿地污水沿垂直方向流动，供氧能力较强，硝化作用较充分，占地面积较小，但是对于污水中的有机污染物处理能力不足。
近年来有人提出了多种利用人工湿地系统用于农村生活污水处理的方法，如中国专利CN108585174B一种仿生增氧微电解人工湿地，公开了一种人工湿地，由多组缺氧—厌氧—好氧人工湿地依次顺接组成，呈阶梯状排布，能够有效提高湿地的脱氮除磷效率，降低污水中的氨氮、总磷等污染物含量。又如中国专利CN107082539A一种用于污水处理的人工湿地装置及其使用方法，公开了一种人工湿地装置，人工湿地单元至少包括三级，最后一级处理人工湿地单元的出水管排水给终端强化除磷人工湿地单元的进水区，污水在强化除磷人工湿地单元中经终端强化除磷人工湿地单元内总出水管排出。
上述人工湿地技术对生活污水中的污染物具有一定的处理效果，但是存在着污水在表面流人工湿地中呈水平流动，系统流程复杂、占地面积大，且不能够充分利用基质的截留、过滤、吸附作用的缺点，而垂直流人工湿地中污水沿垂直方向流动，流动距离短，对于污水中的有机污染物处理能力不足。
发明内容
发明目的：为了解决现有技术所存在的问题，本发明提供了一种用于农村生活污水处理的多层人工湿地系统，通过周边进水、中间出水，增加污水垂直流动距离，充分利用基质的截留、过滤、吸附作用，同时利用水生植物的生长作用、菌群的降解作用，提高对有机污染物的处理能力。
技术方案：为达到上述目的，本发明可采用如下技术方案：
一种用于农村生活污水处理的多层人工湿地系统，从地表往下垂直方向设置，包括从上往下依次设置的集水区、调配区、植被区、滤料区以及排水区；
所述集水区两侧往外分别延伸设有集水槽，集水槽与集水区之间设有联通孔；单侧集水槽的宽度为中间集水区宽度的1/5-2/5；
所述调配区、植被区以及滤料区底部均设有一层隔板层，布满直径为2-3cm圆孔。
更进一步的，所述多层人工湿地系统整体外周结构呈圆柱体形状。
更进一步的，所述调配区高度为系统整体高度的1/8-1/6，填充粒径为1-3cm的沙砾、碎石、活性炭的混合物；以重量计算配比为沙砾：碎石：活性炭＝1:2:1。
更进一步的，所述植被区高度为系统整体高度的1/3-2/5，通过植被基质层种植净化污水能力强的水生植物，具体为空心莲子草、睡莲，芦苇中的一种或多种；所述水生植物根部种植于植被上，往上生长延伸穿过调配区、集水区至地表以上。
所述植被基质层以重量计算配比为沸石：石灰石：柱状碳：膨润土＝4:2:2:1。一方面为微生物的生长提供稳定的依附表面，同时也为水生植物提供了载体和营养。
更进一步的，所述滤料区高度为系统整体高度的1/5-1/4；以滤料厚度计算包括，占滤料区高度50％-60％的粒径为0.05-0.1cm的石英砂，占滤料区高度20％-30％的粒径为0.08-0.12cm的细砂，占滤料区高度10％-20％的粒径为0.1-0.15cm的无烟煤。
更进一步的，所述排水区高度为系统整体高度的1/8-1/6，为漏斗状，底部设有排水口。
更进一步的，所述多层人工湿地系统周边和底层设置为水泥抹面的砖砌结构或混凝土结构。
有益效果：本发明具有以下优点：
(1)通过周边进水、中间出水，增加污水垂直流动距离，充分利用基质的截留、过滤、吸附作用，同时利用水生植物的生长作用、菌群的降解作用，提高对有机污染物的处理能力；
(2)本系统利用重力实现污水自流，流速约为4m/h，水力停留时间约为50min，对于农村生活污水等氮磷含量较高、有机污染物浓度较低、水质水量不均匀的污水，具有较好的处理效果。
附图说明
图1是本发明实施例中多层人工湿地系统结构示意图。
具体实施方式
实施例1：
请参阅图1所示，本发明公开了一种用于农村生活污水处理的多层人工湿地系统，从地表往下垂直方向设置，包括从上往下依次设置的集水区1、调配区2、植被区3、滤料区4以及排水区5；
所述多层人工湿地系统整体外周结构呈圆柱体形状；周边和底层设置为水泥抹面的砖砌结构或混凝土结构；系统尺寸为
有效面积为15.0m2，有效水深2.5m。周边为集水区1，集水区1两侧往外分别延伸设有集水槽11，集水槽11与集水区1之间设有联通孔12；单侧集水槽11的宽度为中间集水区1宽度的1/5；所述调配区2、植被区3以及滤料区4底部均设有一层不锈钢隔板层，布满直径为3cm的圆孔。
所述调配区2高度为系统整体高度的1/8，填充粒径为1-3cm的沙砾、碎石、活性炭等，以重量计算配比为沙砾：碎石：活性炭＝1：2：1。
所述植被区3高度为系统整体高度的1/3，通过植被基质层种植净化污水能力强的水生植物，具体为空心莲子草、睡莲，芦苇中的一种或多种。所述水生植物根部种植于植被上，往上生长延伸穿过调配区2、集水区1至地表以上。所述植被基质层一方面为微生物的生长提供稳定的依附表面，同时也为水生植物提供了载体和营养，所述植被基质层以重量计算配比为沸石：石灰石：柱状碳：膨润土＝4：2：2：1。
所述滤料区4高度为系统整体高度的1/5，以滤料厚度计算包括，占滤料区高度50％的粒径为0.05-0.1cm的石英砂，占滤料区高度30％的粒径为0.08-0.12cm的细砂，占滤料区高度20％的粒径为0.1-0.15cm的无烟煤。所述排水区5高度为系统整体高度的1/8，为漏斗状，底部设有排水口。
具体的，集水区1的尺寸为w×h＝1.0m×0.5m，利用尺寸为0.1m×0.1m、间隔为0.5m的联通孔12与系统内部连接；调配区2高度为0.3m，植被区3高度为1.0m；滤料区4高度为0.7m；排水区5高度为0.5m，呈漏斗状，处理后的污水汇集后排放。
处理过程：
污水进入集水区1，实现周边进水，利用联通孔12的截留作用，去除污水中的大颗粒杂质，随后污水进入调配区2，利用砂砾实现均匀布水，同时调配污水中的离子含量配比，污水渗流至植被区3，通过湿地植物7和湿地微生物的吸收、同化作用，实现污水的脱氮除磷并去除部分有机污染物，随后经滤料区4中细砂、石灰石的过滤作用，进一步降低污水悬浮物、净化水质，最终污水经排水区排出。
实施例2：
结构与处理过程与实施例1相同。不同之处在于每层的设计：
调配区2填充粒径为1-3cm的沙砾、碎石、活性炭，以重量计算配比为沙砾：碎石：活性炭＝1:2:1。植被基质层以重量计算配比为沸石：石灰石：柱状碳：膨润土＝4:2:2:1。
所述滤料区4以滤料厚度计算包括，占滤料区高度60％的粒径为0.05-0.1cm的石英砂，占滤料区高度30％的粒径为0.08-0.12cm的细砂，占滤料区高度10％的粒径为0.1-0.15cm的无烟煤。
实施例3：
结构与处理过程与实施例1相同。不同之处在于每层的设计：
调配区2填充粒径为1-3cm的沙砾、碎石、活性炭，以重量计算配比为沙砾：碎石：活性炭＝1:2:1。植被基质层以重量计算配比为沸石：石灰石：柱状碳：膨润土＝4:2:2:1。
所述滤料区4以滤料厚度计算包括，占滤料区高度55％的粒径为0.05-0.1cm的石英砂，占滤料区高度25％的粒径为0.08-0.12cm的细砂，占滤料区高度20％的粒径为0.1-0.15cm的无烟煤。
对比例1：
其他与实施例1设计完全相同，不同之处在于取消集水区1的设计，系统变为中间进水、中间出水。
对比例2：
其他与实施例1设计完全相同，不同之处在于将各层功能区设计为水平连接，系统污水变为水平流。
应用试验：
对实施例1-3以及对比例1、2的现场实施进行对比实验，进水原水相同，出水主要污染物指标如表其所示：
经测定，农村生活污水通过本发明的多功能区垂直流人工湿地系统处理后，污水中CODcr(化学需氧量)去除率达85％以上，TN(总氮)去除率达80％以上，TP(总磷)去除率达65％以上。而对比例1中，取消集水区1的设计，系统变为中间进水、中间出水，水力停留时间明显减小，污水中污染物去除不充分，各项污染物指标去除效果均明显降低；对比例2中，将各层功能区设计为水平连接，系统污水变为水平流，污水流经距离增加，系统水力停留时间增长，污水中污染物指标去除效果没有明显降低，但系统占地面积为增加了4倍。
Claims (9)
1.一种用于农村生活污水处理的多层人工湿地系统，其特征在于从地表往下垂直方向设置，包括从上往下依次设置的集水区(1)、调配区(2)、植被区(3)、滤料区(4)以及排水区(5)；
所述集水区(1)两侧往外分别延伸设有集水槽(11)，集水槽(11)与集水区(1)之间设有联通孔(12)；单侧集水槽(11)的宽度为中间集水区(1)宽度的1/5-2/5；
所述调配区(2)、植被区(3)以及滤料区(4)底部均设有一层隔板层(6)，所述隔板层布满直径为2-3cm的圆孔。
2.根据权利要求1所述的用于农村生活污水处理的多层人工湿地系统，其特征在于：所述多层人工湿地系统整体外周结构呈圆柱体形状。
3.根据权利要求1所述的用于农村生活污水处理的多层人工湿地系统，其特征在于：所述调配区(2)高度为系统整体高度的1/8-1/6；填充粒径为1-3cm的沙砾、碎石、活性炭的混合物；以重量计算配比为沙砾：碎石：活性炭＝1:2:1。
4.根据权利要求1所述的用于农村生活污水处理的多层人工湿地系统，其特征在于：所述植被区(3)高度为系统整体高度的1/3-2/5；通过植被基质层种植净化污水能力强的水生植物，具体为空心莲子草、睡莲，芦苇中的一种或多种；所述水生植物根部种植于植被上，往上生长延伸穿过调配区(2)、集水区(1)至地表以上。
5.根据权利要求4所述的用于农村生活污水处理的多层人工湿地系统，其特征在于：所述植被基质层以重量计算配比为沸石：石灰石：柱状碳：膨润土＝4:2:2:1。
6.根据权利要求1所述的用于农村生活污水处理的多层人工湿地系统，其特征在于：所述滤料区(4)高度为系统整体高度的1/5-1/4；以滤料厚度计算包括：占滤料区高度50％-60％的粒径为0.05-0.1cm的石英砂，占滤料区高度20％-30％的粒径为0.08-0.12cm的细砂，占滤料区高度10％-20％的粒径为0.1-0.15cm的无烟煤。
7.根据权利要求1所述的用于农村生活污水处理的多层人工湿地系统，其特征在于：所述排水区(5)高度为系统整体高度的1/8-1/6，为漏斗状，底部设有排水口。
8.根据权利要求1所述的用于农村生活污水处理的多层人工湿地系统，其特征在于：所述隔板层(6)为不锈钢材质，布满直径为2-3cm的圆孔。
9.根据权利要求1所述的用于农村生活污水处理的多层人工湿地系统，其特征在于：所述多层人工湿地系统周边和底层设置为水泥抹面的砖砌结构或混凝土结构。
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2021
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