CN202658012U - 具有集成硝化反硝化功能的层叠式复合流人工湿地系统 - Google Patents

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尹玉冰
常国梁
胡晓静
叶芝菡
黄炳彬
魏炜
何春利
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Abstract

一种具有集成硝化反硝化功能的层叠式复合流人工湿地系统，包括层叠式设置的表层波浪型间歇流布水系统、下行垂直流湿地、上层水平潜流湿地和下层水平潜流湿地，以及营养平衡补给井和退水调控井。河道受污染来水通过表层波浪型间歇流布水系统均匀进入下行垂直流湿地中，由于间歇流提供较高的溶氧条件，来水进行了充分的硝化反应；随后，水流进入上层水平潜流湿地中进行反硝化反应，进而折流进入下层水平潜流湿地中，其间，通过与营养平衡补给井补给的源水混合，实现碳源补给，来水在下层水平潜流湿地中进一步进行反硝化反应，从而达到高效除氮。该系统合理利用空间，减少建设成本，硝化-反硝化作用效果显著。

Description

具有集成硝化反硝化功能的层叠式复合流人工湿地系统
技术领域
本实用新型涉及水质净化处理技术，特别是用于处理受污染河道水源的人工湿地系统。
背景技术
人工湿地是模拟自然湿地机理的人工生态系统，是利用人工构建的湿地系统中的物理、化学和驯化的生物生化系统协同对污水进行综合作用实现对水质的净化。与传统概念的污水处理工艺相比，人工湿地污水处理系统具有系统维护及运营费用低，对进水负荷变化适应性强，尤其对氮、磷去除效果好，生态环境效益显著等特点。随着我国河湖生态修复工作的不断推进，人工湿地以其独特的生态净化功能，在河湖水质净化中越来越受到人们的关注和应用。
人工湿地从结构原理上主要分为表面流和潜流两种类型，其中潜流人工湿地又可根据进水在基质中的流动方向分为水平流型和垂直流型两种。一般而言，单一的湿地结构单元难以满足湿地防淤堵、有机质及氮磷污染物去除等多重功能，目前，我国一般采取多级工艺组合以优化湿地结构功能，但也存在占地面积大的缺点。
实用新型内容
为提高湿地综合效率、减小占地，本实用新型提供一种具有集成硝化反硝化功能的层叠式复合流人工湿地系统，其结构紧凑、水力负荷大、配水灵活、硝化-反硝化作用效果显著。
为实现上述目的，本实用新型包括以下技术方案：
一种具有集成硝化反硝化功能的层叠式复合流人工湿地系统，其包括表层波浪型间歇流布水系统1、下行垂直流湿地2、上层水平潜流湿地3、下层水平潜流湿地4、营养平衡补给井5以及退水调控井6；
其中，该下行垂直流湿地2位于该湿地系统上层，由基质填料构成，其上种植挺水植物；下行垂直流湿地2表面基质堆砌高度不等，形成表层波浪型间歇流布水系统1，布水花管11布置在波浪的谷底部位，通过脉冲电磁阀自动控制间歇式布水；
该下行垂直流湿地2下方为上层水平潜流湿地3，两者间设置反滤层7；上层水平潜流湿地3由基质填料构成；
该上层水平潜流湿地3下方为下层水平潜流湿地4，两者间由不透水层8隔离，并留有折流过流区域81；该下层水平潜流湿地4由基质填料构成，底部为隔水层41；
该营养平衡补给井5为配水井，设置于该湿地系统前端用于收集源水；该配水井连接配水管51，该配水管51水平布设于该上层水平潜流湿地3中；
该退水调控井6设置在该湿地系统末端，通过集水管61连接下层水平潜流湿地4收集处理后的水；退水调控井6内部设置水位调节管62进行退水调节；水位调节管62中部连接表层布水管64，表层布水管64与该布水花管11连接；该退水调控井6上端设置溢流口63与表层波浪型间歇流布水系统1连通。
如上所述的层叠式复合流人工湿地系统，优选地，所述表层波浪型间歇流布水系统1的波浪形表面波峰波谷间垂直方向高度差为150-300mm。
如上所述的层叠式复合流人工湿地系统，优选地，构成所述下行垂直流湿地2、上层水平潜流湿地3和下层水平潜流湿地4的基质填料为沸石、石灰质碎石、焦渣或其组合，基质填料粒径为1-30mm，各层厚度均为100-900mm。
如上所述的层叠式复合流人工湿地系统，优选地，所述下行垂直流湿地2的基质填料为沸石，粒径为1-5mm，厚度为700-900mm；所述上层水平潜流湿地3的基质填料为石灰质碎石，粒径为10-30mm，厚度为300-480mm；所述下层水平潜流湿地4基质填料为石灰质碎石，粒径为10-30mm，厚度为540-900mm。
如上所述的层叠式复合流人工湿地系统，优选地，所述反滤层7由碎石构成，粒径为5-10mm，厚度为100-150mm。
如上所述的层叠式复合流人工湿地系统，优选地，所述不透水层8由水泥砂浆制成，厚度为50-100mm。
如上所述的层叠式复合流人工湿地系统，优选地，所述隔水层41为复合土工膜。
如上所述的层叠式复合流人工湿地系统，优选地，所述下行垂直流湿地2内竖直设置排气管21；所述上层水平潜流湿地3内竖直设置排气管31。
如上所述的层叠式复合流人工湿地系统，优选地，所述种植植物选自芦苇、千屈菜、菖蒲和香蒲。
如上所述的层叠式复合流人工湿地系统，优选地，所述系统的水平占地面积为800-1600m2。
本实用新型的有益效果在于：该人工湿地系统运行时河道受污染来水通过表层波浪型间歇流布水系统均匀进入下行垂直流湿地中，由于间歇流提供较高的溶氧条件，来水进行了充分的硝化反应；随后，水流进入上层水平潜流湿地中进行反硝化反应，进而折流进入下层水平潜流湿地中，其间，通过与营养平衡补给井补给的源水混合，实现碳源补给，来水在下层水平潜流湿地中进一步进行反硝化反应，从而达到高效除氮。该人工湿地系统采用下行垂直流和双层水平潜流竖向叠合，在垂直湿地床下层布设水平潜流湿地，节约了土地，合理利用了空间，减少了建设成本。人工湿地系统提供间歇流布水、营养平衡补给井，高效集成了氨氮硝化、碳源补充、反硝化脱氮作用，有效提高了湿地对高氨氮河湖水体的净化效果。实验结果表明，高水力负荷、高氨氮的河道或湖泊水体经过湿地单元处理，氨氮去除率达到90％，总氮去除率达80％，出口水质明显改善。
附图说明
图1是实施例1的层叠式复合流人工湿地系统纵向剖面结构示意图。
图2是实施例1的层叠式复合流人工湿地系统平面结构示意图。
具体实施方式
下面通过实例详细描述本实用新型。
实施例1具有集成硝化反硝化功能的层叠式复合流人工湿地系统
如图1和图2所示，在本实用新型的一种优选实施方式中，具有集成硝化反硝化功能的层叠式复合流人工湿地系统包括表层波浪型间歇流布水系统1、下行垂直流湿地2、上层水平潜流湿地3、下层水平潜流湿地4、营养平衡补给井5以及退水调控井6。
下行垂直流湿地2、上层水平潜流湿地3和下层水平潜流湿地4均由基质填料构成，本实用新型的基质填料为沸石、石灰质碎石、焦渣或其组合。
下行垂直流湿地2位于湿地系统上层，基质填料为沸石，粒径为1-5mm，厚度为700-900mm，其上种植芦苇、千屈菜、菖蒲、香蒲等挺水植物。下行垂直流湿地2表面基质堆砌高度不等，形成表层波浪型间歇流布水系统1，波浪形表面波峰波谷间垂直方向高度差为150-300mm。布水花管11布置在波浪的谷底部位，通过脉冲电磁阀自动控制间歇式布水。河道受污染来水通过表层波浪型间歇流布水系统均匀进入下行间歇垂流湿地中，由于间歇流能提供较高的溶氧条件，河道高氨氮受污染来水在下行垂流湿地中进行充分的硝化反应。
下行垂直流湿地2下方为上层水平潜流湿地3，两者间设置反滤层7。上层水平潜流湿地3的基质填料为石灰质碎石，粒径为10-30mm，厚度为300-480mm。反滤层7由碎石构成，粒径为5-10mm，厚度为100-150mm。下行垂直流湿地2和上层水平潜流湿地3内分别竖直设置排气管21、31，排气管的作用是排放给水过程中带入的气体及厌氧环境下反硝化作用产生的气体，保证水流运行通畅。
上层水平潜流湿地3下方为下层水平潜流湿地4，两者间由不透水层8隔离，并留有折流过流区域81。下层水平潜流湿地4的基质填料为石灰质碎石，粒径为10-30mm，厚度为540-900mm。不透水层8由水泥砂浆制成，厚度为50-100mm。下层水平潜流湿地4的底部是复合土工膜作为隔水层41。受污染来水通过下行间歇垂流湿地2后进入下方的上层水平潜流湿地3中进行反硝化反应，进而通过折流过流区域81进入下层水平潜流湿地4中进一步进行反硝化反应。
在进入下层水平潜流湿地4之前，水流与通过营养平衡补给井补给的源水(也可在此添加其它碳源)进行充分混合，实现碳源补给，然后在下层水平潜流湿地4中进行反硝化反应，从而达到高效去除NH3-N和TN。营养平衡补给井5为配水井，设置于该湿地系统前端用于收集源水，配水井连接配水管51，该配水管51水平布设于该上层水平潜流湿地3中。
处理完的水经过退水调控井6实现均匀退水。退水调控井6设置在湿地系统末端，通过集水管61连接下层水平潜流湿地4收集处理后的水。退水调控井6内部设置水位调节管62进行退水调节。水位调节管62中部连接表层布水管64，表层布水管64与该布水花管11连接。退水调控井6上端设置溢流口63与表层波浪型间歇流布水系统1连通。
层叠式复合流人工湿地系统采用混凝土或其他材料作为隔墙及挡墙9，通过管道连接进出水。该系统的水平占地面积通常为800-1600m2。
实施例2净化罗马东湖污染水实验
使用实施例1所述的具有集成硝化反硝化功能的层叠式复合流人工湿地系统，下行垂直流湿地2上种植芦苇和香蒲挺水植物，厚度为800mm、上层水平潜流湿地结构3厚度为400mm、下层水平潜流湿地4厚度为700mm，系统的水平占地面积为1600m2。应用湿地单元处理引自罗马两东湖的源水1400m3/d，来水中氨氮平均浓度14.1mg/l，总氮平均浓度21.1mg/l，水力负荷为0.88m3/m2·d，处理后氨氮去除率达到88％，总氮去除率达80％，出口水质明显改善。

Claims (8)

1.一种具有集成硝化反硝化功能的层叠式复合流人工湿地系统，其特征在于，其包括表层波浪型间歇流布水系统(1)、下行垂直流湿地(2)、上层水平潜流湿地(3)、下层水平潜流湿地(4)、营养平衡补给井(5)以及退水调控井(6)； 
其中，该下行垂直流湿地(2)位于该湿地系统上层，由基质填料构成，其上种植挺水植物；下行垂直流湿地(2)表面基质堆砌高度不等，形成表层波浪型间歇流布水系统(1)，布水花管(11)布置在波浪的谷底部位，通过脉冲电磁阀自动控制间歇式布水； 
该下行垂直流湿地(2)下方为上层水平潜流湿地(3)，两者间设置反滤层(7)；上层水平潜流湿地(3)由基质填料构成； 
该上层水平潜流湿地(3)下方为下层水平潜流湿地(4)，两者间由不透水层(8)隔离，并留有折流过流区域(81)；该下层水平潜流湿地(4)由基质填料构成，底部为隔水层(41)； 
该营养平衡补给井(5)为配水井，设置于该湿地系统前端用于收集源水；该配水井连接配水管(51)，该配水管(51)水平布设于该上层水平潜流湿地(3)中； 
该退水调控井(6)设置在该湿地系统末端，通过集水管(61)连接下层水平潜流湿地(4)收集处理后的水；退水调控井(6)内部设置水位调节管(62)进行退水调节；水位调节管(62)中部连接表层布水管(64)，表层布水管(64)与该布水花管(11)连接；该退水调控井(6)上端设置溢流口(63)与表层波浪型间歇流布水系统(1)连通。 
2.如权利要求1所述的层叠式复合流人工湿地系统，其特征在于，所述表层波浪型间歇流布水系统(1)的波浪形表面波峰波谷间垂直方向高度差为150-300mm。 
3.如权利要求2所述的层叠式复合流人工湿地系统，其特征在于，所述下行垂直流湿地(2)的基质填料为沸石，粒径为1-5mm，厚度为700-900mm；所述上层水平潜流湿地(3)的基质填料为石灰质碎石，粒径为10-30mm，厚度为300-480mm；所述下层水平潜流湿地(4)基质填料为石灰质碎石，粒径为10-30mm，厚度为540-900mm。 
4.如权利要求3所述的层叠式复合流人工湿地系统，其特征在于，所述反滤层(7)由碎石构成，粒径为5-10mm，厚度为100-150mm。 
5.如权利要求3所述的层叠式复合流人工湿地系统，其特征在于，所述不透水层(8)由水泥砂浆制成，厚度为50-100mm。 
6.如权利要求3所述的层叠式复合流人工湿地系统，其特征在于，所述隔水层(41)为复合土工膜。 
7.如权利要求2所述的层叠式复合流人工湿地系统，其特征在于，所述下行垂直流湿地(2)内竖直设置排气管(21)；所述上层水平潜流湿地(3)内竖直设置排气管(31)。 
8.如权利要求1-7中任一项所述的层叠式复合流人工湿地系统，其特征在于，所述系统的水平占地面积为800-1600m2。 
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