CN114349169A - 一种人工湿地污水处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供涉及一种人工湿地污水处理方法。采用曝气/布水一体化装置对垂直潜流湿地进行曝气和布水，曝气/布水一体化装置包括曝气/布水一体管以及曝气风机，曝气/布水一体管包括设置在垂直潜流湿地的下部的布水管、设置在布水管中的微米曝气管，布水管和微米曝气管之间形成有间隙；按照气水体积比为(1～2)：1使空气或氧气进入微米曝气管，使待处理水进入间隙，空气或氧气与待处理水在间隙内混合并形成带气泡的待处理水，带气泡的待处理水进入垂直潜流湿地进行净化处理。本发明能够在提高内部氧转移效率的同时，降低人工潜流湿地系统的占地面积；在高水力负荷条件下，也具有较优异的水处理效果。
Description
技术领域
本发明属于水生态技术领域，具体涉及一种人工湿地污水处理方法。
背景技术
人工湿地可以通过选择不同的基质、不同微生物以及不同动植物，形成独特生态环境，对污水进行净化。根据污水在湿地中的不同流动方式可分为表面流人工湿地和潜流人工湿地。其中潜流人工湿地利用填料表面生长的生物膜，丰富的植物根系及表层土和填料截留等作用，去除水中污染物。
根据国内人工湿地相关规范(《污水自然处理工程技术规程》CJJT54-2017)要求，潜流湿地水力负荷北方：0.2～0.5m3/(m2·d)、水力负荷南方：0.4～0.8m3/(m2·d)、水力停留时间≥ 1.0～3.0天；BOD5表面负荷：4～10g/(m2·d)、NH3-N表面负荷：2～5.5g/(m2·d)；BOD5去除率：40～85％、NH3-N去除率：25～65％。
能够达到上述指标的传统潜流人工湿地存在占地面积大，水力停留时间长，处理效率低的问题。传统潜流人工湿地由于内部氧利用效率低，缺氧环境造成硝化反应速率低，因此 NH3-N去除效率低，为了达到上述规定的要求，必须通过外部设施充氧解决湿地内部氧利用率低的问题。
如果直接将空气和水一起通过穿孔管通入潜流湿地系统，由于穿孔管氧转移效率低，仅为管式膜片微孔曝气器、盘式膜片微孔曝气器、微米曝气管的30％及以下，所需曝气风量过大，造成运行费用过高。
若直接将溶气水通过穿孔管通入湿地系统，无法保障整个填料层含氧量分布均匀，因此需提高曝气风量或降低潜流湿地中填料层的高度，且没有大量气泡对填料进行擦洗，填料层更容易出现堵塞现象，最终造成运行费用过高。
若将气体和水分开通入潜流湿地，由于潜流湿地相较于其他水处理设施通常不对填料层进行反冲洗等防堵塞措施，因此为了减少填料堵塞风险，填料层一般采用机械强度高、粒径大、重量大的碎石等填料，而传统氧转移效率较高的曝气设施的曝气管具有材质硬度低等缺点，例如管式膜片微孔曝气器、盘式膜片微孔曝气器、微米曝气管等，因此不能直接铺设于填料层的下端部。
现有潜流人工湿地中，通常选择将曝气管铺设于填料层中靠近填料层上端部的位置处，使曝气孔朝向填料层的底部，以此减轻填料对曝气管的压力，提高曝气管的使用寿命，但是该方式下氧转移率的提高非常有限，气泡无法到达填料层的下端部，造成下端部缺氧，湿地内部氧利用率仍然较低，且下端部无气泡擦洗填料，填料层更容易堵塞；也有些将曝气管设于湿地填料层下方，但需将曝气管与湿地填料层隔离保护，造成土建等建设费用上升，且当曝气量较小时氧气和待处理水进入填料时，已经发生溶氧，填料层上端部还是存在缺氧的现象，需要适当降低填料层的高度，此时为了保证水处理量，将大大增加占地面积，且气泡量减少，填料层更易出现堵塞现象，同时维护时也比较麻烦。
因此开发一种能够在提高内部氧转移效率的同时，能够降低人工潜流湿地系统的占地面积和降低维护成本；在提高水力负荷而不提高曝气量的前提下，能够达到较高的BOD5去除率和NH3-N去除率的污水处理方法，是实现低处理成本、高净化效率的关键。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在提高内部氧转移效率的同时，能够降低人工潜流湿地系统的占地面积和降低维护成本；在提高水力负荷而不提高曝气量的前提下，也具有较优异的水处理效果的人工湿地污水处理方法。
为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种人工湿地污水处理方法，
其采用曝气/布水一体化装置对垂直潜流湿地进行曝气和布水；
所述曝气/布水一体化装置包括曝气/布水一体管以及曝气风机，
所述曝气/布水一体管包括设置在所述垂直潜流湿地的下部且开设有多个布水孔的布水管、设置在所述布水管中且自所述布水管的一端延伸至另一端的微米曝气管，所述布水管和所述微米曝气管之间形成有供水流通的间隙；
按照气水体积比为(1～2)：1使空气或氧气进入所述微米曝气管，使待处理水进入所述间隙，所述空气或氧气与所述待处理水在所述间隙内混合并形成带气泡的待处理水，所述带气泡的待处理水进入所述垂直潜流湿地进行净化处理且部分所述空气或氧气以气泡的形式上行至所述垂直潜流湿地的上部。
发明人通过对曝气系统和布水系统进行改造结合做成曝气/布水一体化装置，在不提高曝气功率以及曝气量的前提下，在潜流湿地系统中实现水气同路通过填料层，并具有较高的氧转移效率，部分气泡能够穿过填料层到达水面，填料层中形成较强且稳定的好氧环境，从而提高硝化能力。在高氧转移效率条件下，大量气泡进入填料层，通过气泡擦洗能够减少填料层堵塞风险，延长湿地使用寿命，并降低后期填料翻洗等运行维护费用；同时在高氧转移效率条件下，可适当增加填料层的高度，不需要显著增加曝气装置的功率，也有部分气泡能够到达水面，因此在相同的体积下，占地面积减小，相比常规湿地处理系统，达到相同或更好的污水处理效果所需的能耗更低。
优选地，所述间隙的进水口的进水流速小于等于0.3m/s。
本发明中，所述的管径均是指内径(DN)。
传统布水穿孔管的管径为DN50mm～DN100mm，流速为1.5m/s～2.0m/s，若将本发明的布水管换成传统布水穿孔管，那么潜流湿地靠近进水口的前端约37％区域中未见气泡未进入填料层。
进一步优选地，所述布水管的管径为100mm～200mm，进一步优选为100mm～150mm；
且进一步优选地，所述微米曝气管的管径为16mm～28mm。
进一步优选地，所述布水管的管径减去所述微米曝气管的管径后的值为75mm～122mm。
优选地，所述布水管具有0.2％～0.5％的水力坡度，即沿所述布水管中水流方向，所述布水管在所述填料层中倾斜向下延伸，所述布水管的两端的高度差为所述布水管的长度的 0.2％～0.5％，可使布水更加均匀。
进一步优选地，所述布水管具有0.2％～0.35％的水力坡度。
优选地，所述布水孔的孔口流速为小于等于0.1m/s。
进一步优选地，所述布水孔的孔径为8mm～20mm，进一步优选为10mm～20mm。
传统布水穿孔管布水孔的孔口流速大于等于1m/s，约50％以上的气泡在布水管内直接溶气，未进入填料层。
进一步优选地，所述布水管的开孔率为0.5％～1.2％，进一步优选为0.6％～1.0％。传统布水穿孔管开孔率为0.05％～0.3％，当开孔率为0.08％时，约56％的气泡在布水管内直接溶气，未进入填料层。
布水管和微米曝气管的管径调整结合布水孔的孔径的调整，可以有效降低气泡在间隙中直接溶解，使大量气泡计入填料层。
传统布水穿孔管的管径为DN50mm～DN100mm，孔径为5mm～10mm，开孔率为 0.05％～0.3％，气泡在传统布水穿孔管中的溶解量较大，需要不断加大曝气量，才能保证部分氧气能够以气泡的形式转移至垂直潜流湿地的上端部，能耗大大提高，水处理成本显著增加。
所述微米曝气管为市场常规成品曝气管。
优选地，所述垂直潜流湿地的水力负荷为1.5～3.5m3/(m2·d)。
优选地，所述带气泡的待处理水在填料层中的水力停留时间为2～7h。
优选地，所述带气泡的待处理水以与竖直方向呈30～60°夹角向下进入所述填料层。
布水管中水以斜向填料层底部的方向进入填料层中，气泡和水以潜流方式向上流经填料层到达水面，经此调整，整个填料层中气泡分布更加均匀，部分气泡能够穿过填料层到达水面。
进一步优选地，所述布水管具有两排所述布水孔，一排位于所述布水管的前侧壁的下半部分，另一排位于所述布水管的后侧壁的下半部分，所述布水孔在所述布水管的前后方向上间隔设置，所述布水管具有圆形横截面，在所述布水孔的中心所在的圆形横截面上，所述布水孔的中心与所述圆形横截面的圆心的连线和过所述圆形横截面的圆心且沿上下方向延伸的直线之间形成的夹角α的角度为30～60°。
进一步优选地，布水孔的中心与所述圆形纵截面的圆心的连线和过所述圆形横截面的圆心且沿上下方向延伸的直线之间形成的夹角α的角度为40～50°。
根据一些具体且优选的实施方式，当所述布水管的长度小于等于15m，所述微米曝气管的管径为16～20mm。
根据另一些具体且优选的实施方式，当所述布水管的长度大于15m且小于等于35m，所述微米曝气管由2～3段不同管径的微米曝气管依次相连而成，相邻的两段所述微米曝气管中，处于上游的所述微米曝气管的管径大于处于下游的所述微米曝气管的管径，处于上游的所述微米曝气管的长度为处于下游的所述微米曝气管的长度的的1.2～2倍。
进一步优选地，处于上游的所述微米曝气管的管径为处于下游的所述微米曝气管的管径的1.1～1.8倍，再进一步优选为1.1～1.6倍。
根据一些具体实施方式，当所述布水管的长度大于15m且小于等于25m，沿所述微米曝气管中气体流动方向，所述微米曝气管包括管径为20mm～28mm的第一管部、与所述第一管部相连通的管径为16mm～20mm的第二管部。
更进一步地，所述第一管部和所述第二管部的长度之比为(1.5～2)：1。
根据另一些具体实施方式，当所述布水管的长度大于25m且小于等于35m，沿所述微米曝气管中气体流动方向，所述微米曝气管包括管径为25mm～28mm的第一管部、与所述第一管部相连通的管径为20mm～25mm的第二管部、以及与所述第二管部相连通的管径为16mm～20mm的第三管部。
更进一步地，所述第一管部、所述第二管部、所述第三管部的长度之比为(1.5～2)：(1.2～1.5)：1。
当布水管较长时，将微米曝气管分段设置，且相邻两段微米曝气管中位于下游的微米曝气管的管径小于位于上游的微米曝气管的管径，能够保证湿地出水末端仍有大量气泡穿过填料层到达水面。
布水管最好不要超过35m主要是因为潜流湿地的填料层或填料分区与布水管平行的侧面的长度不能超过35m，实践中发现，超过35m时，潜流湿地远离进水口的末端会发生潜流，例如，当潜流湿地长度45m时，潜流湿地远离进水口的末端约有18％区域发生短流。
根据一些具体且优选地实施方式，若布水管的长度≤15m时，选择管径DN16mm的微米曝气管1级布设。
根据另一些具体且优选地实施方式，若布水管的长度为15m～25m时，选择管径DN25mm、管径DN20mm、管径DN16mm中的任意两种不同管径的微米曝气管分2级布设，布设时，沿微米曝气管中气体流动方向，相邻两段微米曝气管中位于上游的微米曝气管的管径大于位于下游的微米曝气管的管径。
根据另一些优选地实施方式，若布水管的长度为25m～35m时，选择管径DN28mm、管径DN25mm、管径DN20mm、管径DN16mm中的任意两种不同管径的微米曝气管分3级布设，同样的，布设时，沿微米曝气管中气体流动方向，相邻两段微米曝气管中位于上游的微米曝气管的管径大于位于下游的微米曝气管的管径。此时若采用1级布设，效果明显变差，例如当潜流湿地与布水管平行的侧面的长度为27m，采用管径DN20mm的微米曝气管直接1 级铺设在布水管内，潜流湿地远离进水口的末端约22％区域中气泡数量比靠近进水口的前端约少32％。
优选地，相邻两段所述微米曝气管通过空气软管连通，保障其密封性、连通性。所述空气软管的长度相对所述曝气管的总长可忽略不计。
优选地，填料层可采用常规人工湿地填料，包括但不限于钙质公分石、沸石、火山岩、碎石中的一种或多种。
优选地，所述填料层的上端部种植挺水植物。所述挺水植物包括但不限于香蒲、水葱。
根据一些具体且优选地实施方式，所述待处理水经配水渠进入所述间隙，净化处理后自所述垂直潜流湿地的上部通过溢流进入集水渠，
所述配水渠和所述集水渠分别位于所述垂直潜流湿地的两侧，所述垂直潜流湿地的上部和所述集水渠溢流连接，所述曝气/布水一体管的一端位于所述配水渠中且所述间隙与所述配水渠相连通，所述曝气/布水一体管的另一端位于所述集水渠中且与所述集水渠密封固定连接，所述曝气/布水一体管的另一端设有可拆卸密封部件，
所述垂直潜流湿地的溢流口位于所述填料层的上方且距离所述填料层的上表面的距离为 0.2m～0.3m。
曝气/布水一体管的另一端可以打开，便于维护，具体地，所述可拆卸密封部件包括但不限于法兰盲板。
当所述微米曝气湿地系统组装完毕后，可通过调节配水渠的进水量来调节进水口流速以及布水口流速等，从而调节水力停留时间，保证污水处理效率。
优选地，所述曝气/布水一体化装置包括多根沿所述填料层的前后方向间隔且两两相互平行排布的曝气/布水一体管，每根所述曝气/布水一体管均沿所述填料层的左右方向延伸，每根所述曝气/布水一体管的所述微米曝气管分别与所述曝气风机相连通。
进一步优选地，所述多根曝气/布水一体管分为一组或多组，每组包括两根或两根以上的所述曝气/布水一体管，同组中所有所述微米曝气管通过输气管道与所述曝气风机相连通，所述输气管道包括分别与一根所述微米曝气管相连通的多根支管，以及与所述多根支管相连通的总管，所述总管与所述曝气风机相连通。
进一步优选地，所述微米曝气管的进气口与所述输气管通过快速接头相可拆卸的连接，组装和拆卸十分方便。
在一些实施方式中，在总管和/或支管上设置控制阀门，控制阀门与控制系统电连接，实现自动化控制曝气启停或曝气量。
在另一些实施方式中，将控制系统与曝气风机连接，实现自动化控制曝气风机的运行，达到自动化调整曝气操作的目的。
在实际应用时，可根据湿地系统的规模设置垂直潜流湿地的规格，根据垂直潜流湿地的占地面积设一组或多组曝气/布水一体管，曝气/布水一体管的数量根据需要选择。优选地，单根所述曝气/布水一管的服务面积不超过65m2。
优选地，所述填料层包括一个或多个填料层分区，每个所述填料层分区的面积为300m2～1000m2，每个所述填料层分区中设置1～4组所述曝气/布水一体化管，每组包括3～10 根间隔排列且两两相互平行的所述曝气/布水一体管，同组中所有所述微米曝气管通过输气管道与所述曝气风机相连通，所述输气管道包括分别与一根所述微米曝气管相连通的多根支管，以及与所述多根支管相连通的总管，所述总管与所述曝气风机相连通。
进一步优选地，每个填料层分区分别设置独立的配水渠，可以灵活调节各填料层分区中进水口流速。
优选地，每个所述填料层分区在所述曝气/布水一体管的延伸方向上的长度不超过35m。
优选地，所述间隙的进水口的中心到所述填料层的底部的距离为所述的填料层的高度的 1/5～1/3倍。
优选地，单根所述曝气/布水一体管的服务面积小于等于65m2。实际应用时，优选单根所述曝气/布水一体管的服务面积为30m2～65m2。通过对曝气/布水一体管的整体结构的调整优化，单根曝气/布水一体管的服务面积可以达到65m2且在服务面积内气泡分布较均匀。
根据一些具体实施方式，所述主管上设有控制阀门，所述曝气/布水一体化装置还包括微米曝气智能控制装置，所述微米曝气智能控制装置通过控制电缆与所述控制阀门和/或所述曝气风机相连接。
具体地，所述的微米曝气智能控制装置为曝气智能控制系统柜，通过控制电缆与控制阀门连接，用于控制阀门的逻辑控制系统，作为运行模块设置于曝气智能控制系统柜内，组成协同统一的智能控制系统，该系统应用实时控制理念、反馈+前馈串级控制策略，来进行有效的工艺调控，将关键工艺参数协同一体作为模型模拟算法的关键数据，真正有效指导控制系统的智能化的全流程调控，实现出水水质稳定达标、节能降耗、优化系统运行的功能。
具体地，所述的控制阀门为电磁阀。
本发明将布水、曝气功能集成一体化，通过调整系统结构以及水处理条件，使水气同路自填料层的下端部向上流过填料层，部分气泡可穿过填料层到达水面，达到同时均匀布水布气功能，经实践发现：
1、本发明在不提高曝气量的前提下，部分气体能够以气泡的形式从填料层的底部上行至水面，从而改善湿地系统内氧分布，形成较强、较稳定且较平衡的氧化环境，利用湿地中的基质、微生物、植物的综合作用对待处理水进行深度净化，提高有机物的分解效率和氨氮的硝化能力，最大限度的减少了湿地填料内部的有机物残留，降低填料堵塞风险。
2、在冬季低温条件下，水气同路时增加曝气量可以改善水流流态，防止结冰，同时可提高溶解氧的浓度，提高硝化反应速率。
3、本发明相比传统潜流湿地，水力负荷提高3～5倍；水力停留时间缩减50～80％，占地面积节省50％以上(具体设计参数需根据实际进水水质确定)。
4、在高水力负荷条件下，NH3-N去除率仍能维持在60％以上。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
本发明通过对曝气湿地系统水处理方法的调整，结合结构的改进，将曝气和布水一体化，在不提高曝气功率以及曝气量的前提下，也能实现水气同路向上流经填料层，具有很高的氧转移效率，能够形成较强的好氧环境，提高湿地系统的硝化能力。并在高氧转移效率条件下，大量气泡进入填料层，通过气泡擦洗减少填料层堵塞风险，可增加填料层高度，减小占地面积，以及延长湿地使用寿命，降低后期填料翻洗等运行维护费用，同时曝气装置的能耗也更低。
附图说明
附图1为实施例1和实施例2使用的微米曝气湿地系统结构主视剖面示意图；
附图2为实施例中使用的微米曝气湿地系统的的曝气/布水一体管结构主视剖面示意图；
附图3为实施例1的曝气/布水一体管的结构示意图；
附图4为图3展开时开孔位置示意图；
附图5为图3中A-A的纵向截面示意图；
附图6为图3中B-B的纵向截面示意图；
附图7为实施例3的微米曝气湿地系统的俯视示意图；
其中：1、微米曝气智能控制系统柜；2、曝气/布水一体管；3、控制阀门；4、快速接头； 5、输气管道；6、填料层；7、控制电缆；8、配水渠；9、集水渠；10、挺水植物；21、布水管；211、布水孔；212、前侧壁；213、后侧壁；22、微米曝气管；23、法兰盲板；24、间隙。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例来对本发明的技术方案作进一步的阐述。
本发明中，“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等方位词是以审阅者正对图1的方位为准，其中配水渠8所在侧为左，集水渠9所在侧为右。仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
本实施例的进水来自成都市某污水厂二沉池出水，进水CODcr为36.52mg/L，进水BOD5为8.32mg/L，进水氨氮为2.75mg/L。
本实施例采用小规模污水处理的微米曝气湿地系统进行污水处理。如图1所示，用于本实施例的微米曝气湿地系统包括设有填料层6的垂直流人工湿地装置、能够对垂直流人工湿地系统进行曝气和布水的微米曝气/布水一体化装置。
具体地，垂直潜流湿地装置包括设有填料层6的垂直潜流湿地、用于容纳待处理水并用于配水的配水渠8、以及用于容纳来自垂直潜流湿地的处理后水的集水渠9。
本实施例中，按照图1的方位，垂直潜流湿地装置的总长度(从配水渠8的左侧壁到集水渠9的右侧壁的距离)为3.5m，宽度为3.0m，深度为1.5m，其中，垂直潜流湿地及填料层6从左侧面至右侧面的距离为2.8m，从前面至后面的距离为3.0m，填料层6的装填高度为1.2m。
本实施例中垂直潜流湿地中的填料为钙质公分石，填料层6的上方种植挺水植物10，包括香蒲、水葱。
配水渠8和集水渠9分别沿垂直潜流湿地的前后方向延伸，配水渠8位于垂直潜流湿地的左侧，集水渠9位于垂直潜流湿地的右侧，配水渠8、垂直潜流湿地和集水渠9依次相连形成整体。垂直潜流湿地左侧壁的高度高于右侧壁的高度，垂直潜流湿地的右侧壁上端部与集水渠9溢流连接。配水渠8和集水渠9的底部和垂直潜流湿地的底部处于同一水平面。
如图1所示，曝气/布水一体化装置包括曝气/布水一体管2以及曝气风机。
本实施例中，曝气/布水一体管2位于垂直潜流湿地的填料层6中并沿垂直潜流湿地的左右方向延伸，曝气/布水一体管2的左端穿过垂直潜流湿地的左侧壁与配水渠8的内部相连通，曝气/布水一体管2的右端穿过垂直潜流湿地的右侧壁与集水渠9密封固定连接。
如图2所示，曝气/布水一体管2包括布水管21和设置在布水管21中且自布水管21的一端延伸至另一端的微米曝气管22。
如图3、图4所示，布水管21为由前侧壁212和后侧壁213围成的圆柱形中空管，布水管21的左端开放，布水管21的右端采用法兰盲板23密封，布水管21和微米曝气管22之间形成供水流通的间隙24，布水管21左端设置间隙24的进水口，布水管21的前侧壁212和后侧壁213的下半部分分别开设一排布水孔211，布水孔211在布水管21的前后方向上间隔设置。如图5、图6所示，在布水孔211的中心所在的圆形横截面上，布水孔211的中心与圆形横截面的圆心的连线和圆形横截面的沿上下方向延伸的中心线之间形成的夹角α的角度为45°。如图2所示，布水管21和微米曝气管22之间形成供水流通的间隙24。布水管21 的左端的进水口位于配水渠8中的水面以下，配水渠8中的水以潜流的方式从布水管21的左端进水口进入布水管21和微米曝气管22之间的间隙24中，经布水管21的管壁上的布水孔211向下以45°流入填料层6，含气泡的水从填料层6的下端部向上潜流，使气泡分布更广更均匀，部分气泡可穿过填料层6到达水面。
微米曝气管22的左端位于配水渠8中，其左端设置进气口，如图1所示，进气口通过快速接头4与输气管道5的出气口相连通，输气管道5的进气口与曝气风机相连接，输气管道5上设有控制阀门3，控制阀门3处于打开状态时，曝气风机向该微米曝气管22通气，气体通过微米曝气管22进入布水管21和微米曝气管22之间的间隙中形成气泡，气泡随水一同从布水孔211进入填料层6，控制阀门3处于关闭状态时，曝气风机停止向该微米曝气管22通气。
本实施例中，沿填料层6的前后方向等距间隔排列2根曝气/布水一体管2，每根曝气/ 布水一体管2的左端口均位于配水渠8中，右端均位于集水渠9中，输气管道5包括两根支管和一根总管，每根曝气/布水一体管2的微米曝气管22的进气口分别连通一根支管，每根支管分别与总管相连通，总管的进气口与曝气风机相连通，总管上控制阀门3，可根据情况灵活调节曝气启停及曝气流量。
本实施例中，微米曝气管22的长度为3.1m，布水管21的长度为3.0m。
本实施例中，布水管21的管径为100mm，微米曝气管22的管径为16mm。
优选控制间隙24的进水口的进水流速小于等于0.3m/s，传统布水穿孔管的管径为DN50mm～DN100mm，流速为1.5m/s～2m/s，当流速为1.5m/s时，垂直潜流湿地靠近进水口的前端部约37％区域中未有气泡进入填料层6。
本实施例中，布水管21的开孔率为0.65％。
优选控制布水孔211的孔口流速为小于等于0.1m/s。而传统布水穿孔管开孔率为0.05％～0.3％，当开孔率为0.08％时，约56％的气泡在布水管21内直接溶气，未进入填料层6。
本实施例中，布水孔211的孔径为15mm。
本实施例中，沿布水管21中水流方向，布水管21在填料层6中倾斜向下延伸，布水管 21的两端的高度差为布水管21的长度的0.23％，即布水管21的水力坡度为0.23％，保障布水均匀性。
本实施例中，进水口的中心到填料层6的底部的距离为填料层6的高度的1/5倍。
具体地，曝气/布水一体化装置还包括微米曝气智能控制装置，微米曝气智能控制装置通过控制电缆7与控制阀门3和曝气风机相连接。
本实施例中，微米曝气智能控制装置为曝气智能控制系统柜1，通过控制电缆7与控制阀门3连接，控制阀门3的逻辑控制系统，作为运行模块设置于曝气智能控制系统柜内，实现智能化控制以及智能化低能耗运行。
本实施例，所述的控制阀门3为电磁阀。
本实施例中，曝气风机为常规市售鼓风机。
水处理方法：
待处理水自配水渠8进入布水管21和微米曝气管22之间形成的间隙24中，同时曝气风机向微米曝气管22中通入空气，气体经曝气孔进入布水管21和微米曝气管22之间形成的间隙24中进入水中形成气泡，气泡随间隙中的水一同经布水孔211以45°向下进入填料层6，然后向上潜流经过填料层6和挺水植物10根系，到达垂直潜流湿地上端部后，从垂直潜流湿地的右侧壁的上端部溢流进入集水渠9，经集水渠9汇集后流出，部分气泡可穿越填料层6到达水面，在整个水面能够观察到大致均匀分布的气泡。
系统启动：控制曝气/布水一体管2中气水比为1.6：1，进水来自成都市某污水厂二沉池出水。微生物接种后进行48小时挂膜培养，微生物接种来自污水厂好氧池污泥，维持进水水量平稳以保证初次水力停留时间稳定为1天，初次微生物选择驯化积累时间为2周，然后调整水力停留时间至目标值5.5小时继续培养1周时间，完成启动。
应用：维持装置有效水力停留时间为5.5小时(此时间隙24的进水口的进水流速为0.02m/s)，持续两周监测微米曝气湿地系统进水(污水处理厂二沉池出水)及出水(集水渠9中处理后水)水质，并计算CODcr、BOD5、以及氨氮平均值，结果显示，进水和出水CODcr 分别为36.52mg/L、18.67mg/L，进水和出水BOD5分别为8.32mg/L、5.28mg/L，进水和出水氨氮分别为2.75mg/L、0.88mg/L，经计算，本实施例的微米曝气湿地系统在处理一条件下，CODcr去除效果约为48.88％，BOD5去除效果约为36.54％，氨氮去除效果约为68％，水力负荷为1.7m3/(m2·d)(以填料层6计)。
实施例2
本实施例采用与实施例1相同的小规模污水处理的微米曝气湿地系统进行污水处理。
进水来自成都市某污水厂活性砂滤池出水，进水CODcr为35.38mg/L，进水BOD5为8.13mg/L，进水氨氮为2.53mg/L。
启动：控制曝气/布水一体管2中气水比为1.8：1，进水来自成都市某污水厂活性砂滤池出水；微生物接种后进行48小时挂膜培养，微生物接种来源同处理一，维持进水水量平稳以保证初次水力停留时间稳定为1天，初次微生物选择驯化积累时间为2周，然后调整水力停留时间至目标值3.8小时继续培养1周时间，完成启动。
应用：维持设备有效水力停留时间为3.8小时(此时间隙24的进水口的进水流速为0.03m/s)。持续两周监测微米曝气湿地系统进水(污水处理厂二沉池出水)及出水(集水渠9中处理后水)水质，并计算CODcr、BOD5、以及氨氮平均值，结果显示，进水和出水CODcr 分别为35.38mg/L、21.22mg/L，进水和出水BOD5分别为8.13mg/L、5.62mg/L，进水和出水氨氮分别为2.53mg/L、0.98mg/L，经计算，本实施例的微米曝气湿地系统在处理二条件下，CODcr去除效果约为40.02％，BOD5去除效果约为30.87％，氨氮去除效果约为61.26％，水力负荷为2.5m3/(m2·d)(以填料层6计)。
根据国内人工湿地相关规范(《污水自然处理工程技术规程》CJJT54-2017)要求，潜流湿地水力负荷北方：0.2～0.5m3/(m2·d)、水力负荷南方：0.4～0.8m3/(m2·d)、水力停留时间≥ 1.0～3.0天；BOD5表面负荷：4～10g/(m2·d)、NH3-N表面负荷：2～5.5g/(m2·d)；BOD5去除率：40～85％、NH3-N去除率：25～65％。
处理一和处理二的水力负荷≥1.7m3/(m2·d)；水力停留时间缩减至0.15天，较常规潜流湿地节省占地50％以上，在高水力负荷条件下，NH3-N去除率大于60％。
CODcr检测方法采用HJ 828-2017；BOD5检测方法采用HJ5052009；氨氮检测方法采用 GB7478-87。
实施例3
本实施例采用大规模微米曝气湿地系统进行污水处理。本实施例采用与实施例1相同的污水进行处理。
如图7所示，本实施例中，垂直潜流湿地的长度宽度为22m，长度为38m，高度为2m，填料装填高度为1.6m。垂直潜流湿地中设置隔板将填料层6分为沿垂直潜流湿地的长度方向分布的2个相同大小的填料层分区，图6显示的是其中一个填料层分区，每个填料分区的占地面积约为418m2(22m×19m)。
本实施例中，在一个填料层分区中设置两组曝气/布水一体管2，如图7所示，每组包括 5根曝气/布水一体管2，每根曝气/布水一体管2的微米曝气管22的进气口分别通过设置控制阀门3的输气管道5与曝气风机相连通，从而可根据具体情况灵活调节曝气启停及曝气量；每根曝气/布水一体管2的布水管21的进水口分别与配水渠8相连通。
气/布水一体管2沿填料分区的长度方向略微倾斜向下延伸，本实施例中，布水管21两端的高度差约为1cm，曝气/布水一体管2的结构基本同实施例1，区别在于每根曝气/布水一体管2的微米曝气管22分2级布设，包括管径为25mm的第一管部，与第一管部通过空气软管相连通的管径为20mm的第二管部，第一管部的进气口与曝气风机相连通，第一管部的出气口通过空气软管与第二管部的进气口相连通，第二管部延伸至布水管21的另一端。第一管部、第二管部的长度之比为1.63：1，空气软管的长度相对微米曝气管22的总长可忽略不计。
本实施例中，每个填料分区可以独自运行或同时运行，控制每个填料分区中，每根曝气/ 布水一体管2的中气水比为2：1，每根曝气/布水一体管2的间隙24的进水口的进水流速约为0.05m/s，水力负荷为1.8m3/(m2·d)(以填料层6计)，有效停留时间为6小时，在每个填料分区的整个水面上都能够观察到大致均匀分布的气泡，且水面气泡密度与实施例1的处理一相差不大，经测算，本实施例的微米曝气湿地系统对污水的CODcr去除效果约为41.2％， BOD5去除效果约为32.3％，氨氮去除效果约为65.6％，与实施例1的处理效果相比差别较小。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (15)
1.一种人工湿地污水处理方法，其特征在于，
其采用曝气/布水一体化装置对垂直潜流湿地进行曝气和布水；
所述曝气/布水一体化装置包括曝气/布水一体管以及曝气风机，
所述曝气/布水一体管包括设置在所述垂直潜流湿地的下部且开设有多个布水孔的布水管、设置在所述布水管中且自所述布水管的一端延伸至另一端的微米曝气管，所述布水管和所述微米曝气管之间形成有供水流通的间隙；
按照气水体积比为(1～2)：1使空气或氧气进入所述微米曝气管，使待处理水进入所述间隙，所述空气或氧气与所述待处理水在所述间隙内混合并形成带气泡的待处理水，所述带气泡的待处理水进入所述垂直潜流湿地进行净化处理且部分所述空气或氧气以气泡的形式上行至所述垂直潜流湿地的上部。
2.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述间隙的进水口的进水流速小于等于0.3m/s。
3.根据权利要求2所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述布水管的管径为100mm～200mm，所述曝气管的管径为16mm～28mm。
4.根据权利要求3所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述布水管具有0.2％～0.5％的水力坡度。
5.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述布水孔的孔口流速小于等于0.1m/s。
6.根据权利要求5述的人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述布水孔的孔径为8mm～20mm，所述布水管的开孔率为0.5％～1.2％。
7.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述垂直潜流湿地的水力负荷为1.5～3.5m3/(m2·d)；所述带气泡的待处理水在填料层中的水力停留时间为2～7h。
8.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述带气泡的待处理水以与竖直方向呈30～60°夹角向下进入所述填料层。
9.根据权利要求8所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述布水管具有两排所述布水孔，一排位于所述布水管的前侧面的下半部分，另一排位于所述布水管的后侧面的下半部分，所述布水孔在所述布水管的前后方向上间隔设置，所述布水管具有圆形横截面，在所述布水孔的中心所在的圆形横截面上，所述布水孔的中心与所述圆形横截面的圆心的连线和过所述圆形横截面的圆心且沿上下方向延伸的直线之间形成的夹角α的角度为30～60°。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于，当所述布水管的长度小于等于15m，所述微米曝气管的管径为16～20mm；
或，当所述布水管的长度大于15m且小于等于25m，沿所述微米曝气管中气体流动方向，所述微米曝气管包括管径为20mm～28mm的第一管部、与所述第一管部相连通的管径为16mm～20mm第二管部；
或，当所述布水管的长度大于25m且小于等于35m，沿所述微米曝气管中气体流动方向，所述微米曝气管包括管径为25mm～28mm的第一管部、与所述第一管部相连通的管径为20mm～25mm第二管部、以及与所述第二管部相连通的管径为16mm～20mm的第三管部。
11.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述填料层使用的填料为钙质公分石、沸石、火山岩、碎石中的一种或多种；所述填料层的上端部种植挺水植物。
12.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述待处理水经配水渠进入所述间隙，净化处理后自所述垂直潜流湿地的上部通过溢流进入集水渠，
所述配水渠和所述集水渠分别位于所述垂直潜流湿地的两侧，所述垂直潜流湿地的上部和所述集水渠溢流连接，所述曝气/布水一体管的一端位于所述配水渠中且所述间隙与所述配水渠相连通，所述曝气/布水一体管的另一端位于所述集水渠中且与所述集水渠密封固定连接，所述曝气/布水一体管的另一端设有可拆卸密封部件；
所述垂直潜流湿地的溢流口位于所述填料层的上方且距离所述填料层的上表面的距离为0.2m～0.3m。
13.根据权利要求1或12所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述曝气/布水一体化装置包括多根沿所述填料层的前后方向间隔且两两相互平行排布的曝气/布水一体管，每根所述曝气/布水一体管均沿所述填料层的左右方向延伸，每根所述曝气/布水一体管的所述微米曝气管分别与所述曝气风机相连通。
14.根据权利要求13所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述填料层包括一个或多个填料层分区，每个所述填料层分区的面积为300m2～1000m2，每个所述填料层分区中设置1～4组所述曝气/布水一体化管，每组包括3～10根间隔排列且两两相互平行的所述曝气/布水一体管，同组中所有所述微米曝气管通过输气管道与所述曝气风机相连通，所述输气管道包括分别与一根所述微米曝气管相连通的多根支管，以及与所述多根支管相连通的总管，所述总管与所述曝气风机相连通。
15.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理方法，其特征在于，单根所述曝气/布水一管的服务面积不超过65m2。
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2021
- 2021-12-28 CN CN202111623029.1A patent/CN114349169A/zh active Pending
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