CN1715213A - 分段式自由表面流人工湿地处理方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于解决现有多级人工湿地技术不适用于河湖周边河网地区、常规自由表面流人工湿地效率低下的问题，涉及一种采用分段式自由表面流人工湿地净化河网地区富营养化水的面源污染治理方法和系统，它基于植物种类、填料类型、生态链和河床等特征因素的设计，将已有河道改造成分段式自由表面流人工湿地，使地表径流在流入河湖之前通过具有不同污染物去除倾向的自由表面流人工湿地模块，在微生物－植物－填料－水生动物的联合作用下富营养化得到净化。该分段式自由表面流人工湿地不需建设处理构筑物或管网，不影响原有河网地区的泄洪作用，同时水流以重力自流方式流过人工湿地系统，没有动力消耗，适合在在广大河湖周边河网地区推广应用。

Description

分段式自由表面流人工湿地处理方法及系统
技术领域
本发明涉及环境工程和生态工程领域，尤其涉及一种采用自由表面流人工湿地控制面源污染的水质净化处理方法和系统。
背景技术
随着经济发展特别是城市化进程的加快，水体富营养化日益成为全球环境工程领域的热点问题。自上世纪末起，我国将“三湖(太湖、巢湖、滇池)三河(淮河、海河、辽河)”的富营养化整治问题纳入日程，采用包括湖(河)内污染物总量削减、入湖(河)污染物总量削减等措施净化河湖水质，其中人工湿地技术被认为是后者的有效手段之一。
目前世界上已有许多关于人工湿地的专利技术，同时较大型人工湿地一般都是以多级串并联方式组合，如申请号为00114693.9，名称为一种污水处理方法及装置，公开号为1333190A的发明专利申请就公开了一种利用人工湿地技术进行污水处理的方法及装置，采用使污水依次经过沉淀池、推流床、下行流人工湿地，上行流人工湿地和水质修饰塘的方法，从而使污水得到净化。再如申请号为03117759.X，名称为处理富营养化水的立体薄层湿地技术及过滤块，公开号为1443714A的发明专利申请就公开了一种利用多级自由表面流人工湿地技术进行污水处理的方法及装置，它将待处理的富营养水或城市生活废水抽至高位蓄水池后，以网筛初步滤除大颗粒物，然后水流较缓慢地自流通过具有丰富微孔的膨胀珍珠岩制作的粗糙表面的生长有湿地经济植物的过滤块斜面，利用膜相效应进行水质净化处理，由于采用过滤块由下至上首尾搭接成倾斜的阶梯状态结构，通过立体发展带来了表面积的成倍增加，从而节约了土地使用量，避免了自由表面流人工湿地占地面积大的弊端。
然而，现有人工湿地技术基本不符合河湖周边河网地区地实际需要。河网是地表面源污染排入河湖水体的重要途径，同时还用于洪水期泄洪和平时通航，采用人工湿地净化河道水不应阻塞河道，影响泄洪和通航，因此，在各种人工湿地形式中，自由表面流人工湿地是河网地区河道水体净化的唯一的选择。常规自由表面流人工湿地存在着去除率低下、占地面积大，面积负荷低等问题，究其原因，是因为常规自由表面流人工湿地设计条件单一，在整个处理区域内对不同污染物形式的去除机制较少。而在常规废水处理中，A/A/O工艺已被认为是生物脱氮去磷的典例技术，它根据氮磷的去除特点将处理过程分成若干模块，提高了污染物的去除效率。据此可以认为，自由表面流人工湿地也不应该拘泥于某一种设计参数，通过分别创造脱氮除磷所需要的分段式环境条件可以提高自由表面流人工湿地对不同污染物的处理效率。
发明内容
本发明的目的在于解决现有多级人工湿地技术不适用于河网地区、常规自由表面流人工湿地效率又较低的问题，提供一种强化处理效果的分段式自由表面流人工湿地处理方法及系统，通过将已有河道改造成新型分段式自由表面流人工湿地，使地表径流在流入河湖之前缓慢通过种植不同优选湿地植物的具有不同污染物去除倾向的多级自由表面流人工湿地模块，在微生物--植物--填料--水生动物的联合作用下高效去除地表径流中的不同类型污染物，使处理后的水质主要指标(溶解氧、总磷、总氮、COD等)达到国家地面水环境质量II-III类排放标准(GB3838-2002)。
本发明的特征在于，所述分段式自由表面流人工湿地系统基于植物种类、填料、生态链和河床等特征因素的设计，将已有河道稍加改造，使自由表面流人工湿地不同部分具有不同的污染物去除倾向，分别选择性地去除相应的污染物，从而优化了表面流人工湿地的处理能力，提高了污染物的去除效率。此外，该分段式自由表面流人工湿地不需要构建处理构筑物或管网，不影响原有河网的泄洪作用，水流以重力自流方式流过人工湿地系统，没有动力消耗，因而适用于不同流域的河网地区。
本发明提供了一种用于河网地区面源污染削减的分段式自由表面流人工湿地，其各段情况依次为：
(1)上游来水自流入第一段自由表面流人工湿地，停留时间1d以上，主要去除大部分磷、悬浮颗粒和部分有机污染物，并使出水中氮主要以硝态氮形态存在；
(2)第一段出水自流入第二段自由表面流人工湿地，停留时间1d以下，主要去除硝态氮，同时进一步降低出水中有机物、氮、磷浓度；
(3)第二段自由表面流出水自流入作为精处理段的第三段自由表面流人工湿地，停留时间0.5d，在生态链作用下进一步净化出水水质。
所述分段式自由表面流人工湿地即由上述三个不同特点的自由表面流人工湿地依次串联而成，所有坡面(坡度1∶2-1∶3)均种植护坡植物(包括灌木、花卉和护坡草类)，同时起到减少河道两侧地表径流所挟带的污染物的作用，并形成良好的景观效果，其中，所述第一段自由表面流人工湿地(深度约0.4-1.0米)内设强效除磷填料(包括炉渣、石灰岩块、粘土等，厚度约0.2-1.0米)，并种植挺水植物(包括茭草、芦苇、水花生、红蓼或菖蒲中的一种或几种)；所述第二段自由表面流人工湿地(深度约1.5-5米)内，并种植浮水植物(包括浮萍、菱角、水葫芦等中的一种或几种)；所述第三段自由表面流人工湿地(深度约1-2米)种植沉水植物(包括鱼乐草、金鱼藻等中的一种或几种)，在运行良好后引种鱼类(如金鱼、草鱼、青鱼等)，形成生态链。
附图说明
图1为分段式自由表面流人工湿地系统工艺流程图
图2为分段式自由表面流人工湿地第一段剖面图
图3为分段式自由表面流人工湿地第二段剖面图
图4为分段式自由表面流人工湿地第三段剖面图
图中：1-进水；2-第一段自由表面流人工湿地；3-第二段自由表面流人工湿地；4-第三段自由表面流人工湿地；5-出水；6-木；7-花卉；8-草皮；9-挺水植物；10-填料；11-浮水植物；12-沉水植物；13-鱼类。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明的工作原理和实施方式：
本发明所述的分段式自由表面流人工湿地充分利用地表径流的水动力，不需能耗，无须管网，如图1所示，进水1以推流方式依次流经第一、二、三段自由表面流人工湿地(2、3、4)后水质得到净化而流出分段式自由表面流人工湿地形成出水5。三段自由表面流人工湿地坡面均呈1∶2-1∶3坡度，坡面上种植有灌木6，花卉7和护坡草皮8，除在特殊情况下净化两侧流入河道的地表径流外，还可形成较好的景观效果。
在第一段自由表面流人工湿地2中种植有当地优势挺水植物9，床层为大容量脱磷填料10，在填料-植物-微生物的共同作用下去除水中大部分磷和部分有机污染物，同时大部分氨态氮被去除，出水余氮形式主要为硝态氮，其中被截留的氮磷除用作挺水植物的营养外，其余被微生物利用或转化。
在第二段自由表面流人工湿地中种植有浮水植物11，无填料，在水流经该区域时，在植物-微生物作用下水中的硝态氮得以去除，同时该段人工湿地能够去除大部分有机污染物，相对分段式自由表面流人工湿地的其它部分而言，对磷的去除能力较弱。
第三段自由表面流人工湿地中种植有当地优势沉水植物12，无填料，并放养鱼类13等水生动物，植物-鱼类的食物链作用进一步净化第二段自由表面流人工湿地出水，将水中残存的氮、磷、有机物污染物转化为动物细胞，从而进一步提高出水水质。
实施例1
某河道流量为500m3/d，分段式自由表面流人工湿地各段情况为：第一段表面积300m2，长宽比3∶2，水深为0.2-0.4m，种植水花生和菖蒲，填料为粒径2-3mm的石灰石，停留时间2d；第二段种植浮萍，水深2.5m，长宽比5∶1，停留时间6h；第三段种植鱼乐草，养殖青鱼，水深1.2m，长宽比10∶1，停留时间15h。进水COD、TN、TP浓度分别为40、1.5、0.9mg/L时去除率分别为80、78、74％。
实施例2
某河道流量为4000m3/d，分段式自由表面流人工湿地各段情况为：第一段呈表面积2500m2，长宽比5∶3，水深为0.8-1m，种植芦苇和香蒲，填料为炉渣(2-10cm)和粘土混合物，停留时间1.5d；第二段种植浮萍，水深1.8m，长宽比3∶1，停留时间16h；第三段种植金鱼藻，养殖草鱼，水深1.8m，长宽比25∶1，停留时间20h。进水COD、TN、TP浓度分别为33、1.0、0.5mg/L时去除率分别为67、65、70％。

Claims (7)

1、一种采用分段式自由表面流人工湿地净化河湖周边河网地区富营养化水的面源污染治理方法和系统，其特征在于：它基于植物种类、填料、生态链和河床等因素的设计，将自由表面流人工湿地区分成选择性去除不同污染物的三个模块，当富营养水依次流经这三个串联湿地模块时，不同污染物被逐段分别去除，净化后的水流入湖河内。
2、如权利要求1所述的分段式自由表面流人工湿地，其特征在于：构建该分段式自由表面流人工湿地仅需要稍加改造将现有河道，不需要构建处理构筑物或管网，不影响原有河网地区的泄洪作用。
3、如权利要求1所述的分段式自由表面流人工湿地，其特征在于：水流以重力自流方式流过人工湿地系统，无动力消耗。
4、如权利要求1所述的分段式自由表面流人工湿地，其特征在于：所有坡面(坡度1∶2-1∶3)均种植护坡植物(包括灌木、花卉和护坡草类)，可减少河道两侧地表径流所挟带的污染物，并形成良好的景观效果。
5、如权利要求1所述的分段式自由表面流人工湿地第一段，其特征在于：停留时间1d以上，深度约0.4-1.0米，内设强效除磷填料(包括炉渣、石灰岩块、粘土等，厚度约0.2-1.0米)，并种植挺水植物(包括茭草、芦苇、水花生、红蓼或菖蒲中的一种或几种)。
6、如权利要求1所述的分段式自由表面流人工湿地第二段，其特征在于：停留时间1d以下，深度约1.5-5米，种植浮水植物(包括浮萍、菱角、水葫芦等中的一种或几种)。
7、如权利要求1所述的分段式自由表面流人工湿地第三段，其特征在于：停留时间0.5d，深度约1-2米，种植沉水植物(包括鱼乐草、金鱼藻等中的一种或几种)，在运行良好后引种鱼类(如金鱼、草鱼、青鱼等)，形成生态链。
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