CN1760145A

CN1760145A - 序批式潜流人工湿地污水处理工艺

Info

Publication number: CN1760145A
Application number: CNA2005100285806A
Authority: CN
Inventors: 徐祖信; 王晟; 李怀正
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-08-08
Filing date: 2005-08-08
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2025-08-08
Also published as: CN1325397C

Abstract

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种序批式潜流人工湿地污水处理工艺。通过在序批式潜流人工湿地中连续进水、周期性落干过程净化污水，布水系统将污水均匀地分布在由基质层组成的人工湿地断面，污水向下流动，基质层处于落干状态，污水在基质孔隙间与空气充分接触，并与微生物、基质和植物根系作用，污水不断流入，基质层内自由水面形成，并逐渐抬升，自由水面以下的水继续与微生物、基质和植物根系作用；当水面上升至预设高度或达到预设开阀时间，电磁阀开启，基质层中的水排空，通过水在迅速下降过程中产生的负压抽吸空气进入基质层空隙间，实现大气复氧，运行周期结束。本发明以潜流湿地浸润线不断上下起伏、抽吸大气向基质复氧为特征，能够数十倍地增强湿地的充氧能力、使氨氮去除效率提高5倍以上，同时显著减轻湿地壅堵现象、减小湿地面积。本发明突破了现有湿地技术的瓶颈，并且全自动控制，操作管理十分简单。

Description

序批式潜流人工湿地污水处理工艺

技术领域

本发明属于环保技术领域，具体涉及一种序批式潜流人工湿地污水处理工艺。

背景介绍

潜流湿地(人工湿地技术的一种)是一种典型的污水生态处理技术。由于它具有运行费用低、维护管理简单、对周边环境影响小、可以分散化和小型化建设的特点，在城郊农村地区十分适用。经过近30年的时间，表面不积水的下行流湿地逐渐成为潜流湿地技术发展的主流方向。下行流湿地具有以下特点：

(1)布水系统埋在湿地表面土层之下，由此实现湿地的潜流布水；

(2)布水系统平铺在湿地上部基质层中，把污水均布在湿地水平断面后，污水均匀向下流动，在流动过程中水质得到净化，

(3)集水系统平铺在湿地底部基质层中，收集均布在湿地水平断面的污水，污水汇集后经集水干管流入出水槽，最后翻越出水槽薄板堰排出。出水槽薄板堰用来调节湿地浸润线。

研究与实践表明，在各种潜流湿地形式中，下行流湿地的水力条件最好，水力负荷高且最容易保证湿地在潜流状态下运行。但是，该技术仍然存在以下缺点：

(1)轮休效果差。湿地进水期间，浸润线以下的基质孔隙被污水充满；湿地轮休期间(停止进水)，浸润线以下的基质孔隙仍然被污水充满，轮休效果差。

(2)充氧能力差。下行流湿地通过三条途径向基质中的微生物充氧：植物、预曝气和大气。下行流湿地几乎不能有效利用大气复氧途径，只能通过植物和预曝气向基质充氧。研究表明，当湿地处理生活污水时，由于污染负荷明显高于植物及预曝气充氧能力的上限，植物泌氧和预曝气对基质内的溶解氧浓度几乎没有影响。

这两个缺点使下行流湿地技术在推广中存在3个瓶颈：(1)造成基质堵塞，表面壅水，恶化湿地运行环境。基质堵塞主要来源于截留污水中的有机质和基质中细菌的增殖，由于人工湿地不可能实施反冲洗，所以这些积累的有机质和细菌残体只能通过自身分解来消耗，之后基质中的孔道才能得以疏通。但是，由于下行流湿地的充氧能力差，基质内是典型的缺氧/厌氧环境(DO≤0.1mg/L)，微生物降解有机质只能以速度慢、效率低的厌氧途径进行，如果截留有机质的分解速度没有污水携入污染物的速度快，堵塞就会发生。(2)由于湿地充氧能力差，基质内是典型的缺氧/厌氧环境，经监测氨化细菌是优势菌群，硝化细菌几乎没有，因此对氨氮的去除能力很低。(3)下行流湿地必须通过轮休来恢复基质透水性能，一方面，由于轮休期间下行流湿地中的水得不到放空，降低了轮休恢复基质透水性能的作用；另一方面轮体增大了湿地的总面积，也就增加了造价。

发明内容

本发明针对现存下行流湿地的缺点，提出一种序批式潜流人工湿地污水处理工艺。

本发明提出的序批式潜流人工湿地污水处理工艺，即通过在序批式潜流人工湿地中连续进水、周期性落干过程净化污水，其具体步骤为：在由湿地植物、基质层组成的序批式潜流人工湿地中，周期开始时，通过布水系统将污水均匀地分布在由基质层组成的人工湿地断面，污水向下流动，由于基质层呈落干状态，基质层中的孔隙间充满空气，水流在基质孔道内呈非满流状态，污水与空气充分接触，并与微生物、基质和植物根系作用；随着污水不断流入，基质层内自由水面形成，并逐渐抬升，处于自由水面以下的水继续与微生物、基质和植物根系作用；当自由水面上升至设定值时，电磁阀开启，基质层中的水排空，通过水在迅速下降过程中产生的负压抽吸空气进入基质层空隙间，实现基质层大气复氧，污水处理周期结束。

本发明中，设定值为预设开阀高度，出水槽水位上升到布水系统下8～12cm处，电磁阀打开；出水槽水位下落到与集水系统同高，电磁阀关闭。

本发明中，设定值为预设开阀时间，预设开阀时间为10～300分钟，关阀时间为1～48小时。

本发明提出的序批式潜流人工湿地，由布水系统2、基质层3、集水系统9和控制系统组成，其中，控制系统由电磁阀7和开闭控制设备12连接组成，布水系统2的布水管位于基质层3表面下10～15cm处，集水系统9位于基质层3的底部，集水系统9中的集水干管10通过三通11一端连接电磁阀7，另一端通过出水管6连接出水槽4，基质层3的表面是种植的水生或陆生植物1。

本发明中，所述水生或陆生植物为香蒲、芦苇、美人蕉、香根草、灯芯草、旱伞草、芦竹等之一种或几种组合。

本发明中，基质层3自上而下分别由工程砂石、小砾石、大砾石组成，根据进水水质的不同选择的基质层总厚度为60～120cm，其中，工程砂石厚度为0～950mm，粒径为1～15mm，小砾石厚度为50～100mm，粒径为10～40mm，大砾石厚度为100～150mm，粒径为30～60mm。

本发明中，控制系统由电磁阀7和双位时间控制器连接组成。

本发明中，控制系统由电磁阀7和开闭控制设备12组成，出水槽水位控制电磁阀开闭。设定出水槽水位与湿地基质中的自由水面同高度，当出水槽水位上升到预设高水位时，即布水系统下8～12cm处，电磁阀打开；当出水槽水位下落到预设低水位时，即与集水系统同高时，电磁阀关闭。为了节省投资，控制系统可以由电磁阀7和双位时间控制器组成，采用双位时间控制器控制电磁阀开闭。预设开阀时间为10～300分钟，关阀时间为1～48小时，控制电磁阀在设定时间内开闭。

本发明中污水净化过程在基质层中完成，污水在基质中的自由水面可以占据不同的位置，称为浸润面；其自由水面曲线称为浸润线。本发明具有以下优点：

1、湿地连续进水，使占地面积降到最小；

2、浸润线高低不停变化，能最大限度利用大气复氧能力，使好氧/厌氧环境交替出现，从而提高基质微生物量及活性，营造更好的微生物反应环境，提高氨氮去除能力、减轻壅堵现象；

3、同时具备连续流湿地和间歇流湿地的优点，合二为一；

4、污水在基质内的停留时间与普通下行流湿地相同，克服了下行流湿地低浸润线运行时硝化能力强，但停留时间短、缺少缺氧环境的矛盾；

5、系统自动控制，操作管理简便。

本发明中提出的序批式潜流人工湿地以浸润线不断上下起伏、抽吸大气向基质复氧为特征，整合了连续流湿地和间歇流湿地的优势，能够数十倍地增强湿地的充氧能力、使氨氮去除效率提高5倍以上，同时显著减轻湿地壅堵现象、最大限度减小湿地的占地面积。该发明突破了现有湿地技术的瓶颈，并且全自动控制，操作管理十分简单。

附图说明

图1为本发明的结构图示。

图中标号：1为湿地植物，2为布水系统，3为基质层，4出水槽，5为出水堰板，6为出水管，7为电磁阀，8为浸润线，9为集水系统，10为集水干管，11为三通，12为开闭控制设备。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明。

实施例1，序批式潜流人工湿地处理典型城市污水。城市污水经过自然沉淀后进入序批式潜流人工湿地，湿地种植芦苇，基质层总厚度800mm，由上至下分别是：第一层0～550mm范围是1～5mm粒径的工程砂石；第二层550～650mm范围是10～30mm粒径的小砾石；第三层650～800mm范围是30～50mm粒径的大砾石。最小运行水力负荷0.25m³/m².d。运行周期开始时，通过布水系统将城市污水均匀地分布在由基质层组成的人工湿地断面，污水向下流动，此时基质层落干，基质层中的孔隙间充满空气，水流在基质孔道内呈非满流状态，污水与空气充分接触，并与微生物、基质和植物根系作用，污水不断流入，基质层内自由水面形成，并逐渐抬升，在自由水面以下的水继续与微生物、基质和植物根系作用；电磁阀由时间继电器控制，关阀时间23.5小时，当达到预设开阀时间，电磁阀开启，在200分钟内排空基质层中的水，通过水在迅速下降过程中产生的负压抽吸空气进入基质层空隙间，实现大气复氧，运行周期结束。出水优于GB18918-2002中的二级排放标准。

实施例2，序批式潜流人工湿地净化受污染湖水。湖水经过预沉淀区直接泵入湿地，湿地种植香蒲，基质层总厚度1000mm，由上至下分别是：第一层0～750mm范围是5～15mm粒径的工程砂石；第二层750～850mm范围是20～40mm粒径的小砾石；第三层850～1000mm范围是40～60mm粒径的大砾石。湿地的运行水力负荷四季相差变化很大，最小值为0.8m³/m².d。运行周期开始时，通过布水系统将污染湖水均匀地分布在由基质层组成的人工湿地断面，污水向下流动，此时基质层落干，基质层中的孔隙间充满空气，水流在基质孔道内呈非满流状态，污水与空气充分接触，并与微生物、基质和植物根系作用，污水不断流入，基质层内自由水面形成，并逐渐抬升，在自由水面以下的水继续与微生物、基质和植物根系作用；为了应对变化的运行水力负荷，采用水位反馈控制电磁阀，当出水槽水位上升到基质表面以下200mm时开阀；当出水槽水位下落到基质层以下900mm时关阀，基质层中的水排空，通过水在迅速下降过程中产生的负压抽吸空气进入基质层空隙间，实现大气复氧，运行周期结束，出水优于GB3838-2002中的IV类地表水标准。

Claims

1、序批式潜流人工湿地污水处理工艺，通过在序批式潜流人工湿地中连续进水、周期性落干过程净化污水，其特征是：在由湿地植物、基质层组成的序批式潜流人工湿地中，周期开始时，通过布水系统将污水均匀地分布在由基质层组成的人工湿地断面，污水向下流动，由于基质层呈落干状态，基质层中的孔隙间充满空气，水流在基质孔道内呈非满流状态，污水与空气充分接触，并与微生物、基质和植物根系作用；随着污水不断流入，基质层内自由水面形成，并逐渐抬升，处于自由水面以下的水继续与微生物、基质和植物根系作用；当自由水面上升至设定值时，电磁阀开启，基质层中的水排空，通过水在迅速下降过程中产生的负压抽吸空气进入基质层空隙间，实现基质层大气复氧，污水处理周期结束。

2、根据权利要求1所述的序批式潜流人工湿地污水处理工艺，其特征在于设定值为预设开阀高度，出水槽水位上升到布水系统下8～12cm处，电磁阀打开；出水槽水位下落到与集水系统同高，电磁阀关闭。

3、根据权利要求1所述的序批式潜流人工湿地污水处理工艺，其特征在于设定值为预设开阀时间，预设开阀时间为10～300分钟，关阀时间为1～48小时。

4、一种序批式潜流人工湿地，其特征在于由布水系统(2)、基质层(3)、集水系统(9)和控制系统组成，其中，控制系统由电磁阀(7)和开闭控制设备(12)连接组成，布水系统(2)的布水管位于基质层(3)表面下10～15cm处，集水系统(9)位于基质层(3)的底部，集水系统(9)中的集水干管(10)通过三通(11)一端连接电磁阀(7)，另一端通过出水管(6)连接出水槽(4)，基质层(3)的表面是种植的水生或陆生植物。

5、根据权利要求4所述的序批式潜流人工湿地，其特征在于所述水生或陆生植物为香蒲、芦苇、美人蕉、香根草、灯芯草、旱伞草、芦竹之一种或几种组合。

6、根据权利要求4所述的序批式潜流人工湿地，其特征在于基质层(3)自上而下分别由工程砂石、小砾石、大砾石组成，基质层总厚度为60～120cm，其中，工程砂石厚度为0～950mm，粒径为1～15mm，小砾石厚度为50～100mm，粒径为10～40mm，大砾石厚度为100～150mm，粒径为30～60mm。

7、根据权利要求4所述的序批式潜流人工湿地，其特征在于控制系统由电磁阀(7)和双位时间控制器连接组成。