CN205472967U - 一种上下交替进水的人工湿地污水处理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种上下交替进水的人工湿地污水处理系统，包括布水井及从上而下依次布置的多根上布水管、垂直潜流人工湿地系统、多根下布水管，多根上布水管和多根下布水管贯穿于垂直潜流人工湿地系统，垂直潜流人工湿地系统包括自上而下依次设置的河砂填料层、沸石填料层、火山岩填料层；布水井一侧上端设置有进水管，上布水管和下布水管位于布水井的另一侧并与其连通，上布水管的管口低于进水管，下布水管靠近布水井底端平面；上布水管和下布水管均为开孔管，上布水管两端分别设置有上进水阀和上出水阀，下布水管两端分别设置有下进水阀和下出水阀；垂直潜流人工湿地系统上种植有湿地植物。本实用新型通过改变运行方式，实现对填料冲洗。

Description

一种上下交替进水的人工湿地污水处理系统

技术领域

本实用新型涉及污水处理与再利用领域，更具体地说，涉及一种上下交替进水的人工湿地污水处理系统。

背景技术

人工湿地是一种低投资、低能耗、抗冲击能力强的污水处理技术。其主要利用植物、微生物和填料之间的物理、化学和生物作用达到污水净化的目的。人工湿地具有良好的净化污水能力，尤其对污水中的氮、磷等营养元素以及重金属、病原微生物的去除有很好的效果。人工湿地运行维护费用低，其出水水质一般较好，可满足灌溉、浇花、洗车、洗地等对水质要求不高的用水项目，不仅解决了当地的污水问题，还分担了用水压力，非常适合用于农村、旅游景区、高速公路服务区等分散型污水的处理。

人工湿地系统主要分为表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。垂直潜流人工湿地系统中，污水由表面纵向流至床底，水流状况综合了表面流湿地和水平潜流湿地的特点。与表面流湿地相比，垂直潜流人工湿地底层氧化能力要高出数倍；与水平潜流湿地相比，垂直潜流湿地负荷更高、占地面积更小，对污染物的去除效果也更好。

填料的选择对于人工湿地污水处理系统的运行效果有着重要的作用。填料是人工湿地的基质与载体，填料的所有理化性状都可能影响到它对污水的处理效果。在人工湿地内部填充多孔的、有较大比表面积的填料，可以改善人工湿地的水力学性能，为微生物提供更大的附着面积，同时增强系统对污染物(尤其是氮、磷)的去除能力。填料对污染物的成功截留为后续植物吸收创造良好条件，是出水水质的重要保证。

人工湿地在长期运行中会出现湿地基质堵塞现象，影响到湿地对污水的处理效率，而采用更换填料或者增加曝气等方式，维护成本较高、工程量巨大，这些都限制了人工湿的广泛应用。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题在于，提供一种上下交替进水的人工湿地污水处理系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种上下交替进水的人工湿地污水处理系统，包括布水井及从上而下依次布置的多根上布水管、垂直潜流人工湿地系统、多根下布水管，所述多根上布水管和多根下布水管贯穿于垂直潜流人工湿地系统，所述垂直潜流人工湿地系统包括自上而下依次设置的河砂填料层、沸石填料层、火山岩填料层；所述布水井一侧上端设置有进水管，所述上布水管和下布水管位于布水井的另一侧并与布水井连通，所述上布水管的管口低于进水管；所述上布水管和下布水管均为开孔管，所述上布水管两端分别设置有上进水阀和上出水阀，所述下布水管两端分别设置有下进水阀和下出水阀；所述垂直潜流人工湿地系统上种植有湿地植物。

上述方案中，多根所述上布水管纵向布置，相邻两根所述上布水管之间的间距为100-200cm，所述上布水管的截面在45°和135°方向均开设有第一孔，所述第一孔的直径为0.8-1.5cm，沿所述上布水管轴向方向的相邻两个第一孔之间的间距为15-30cm。

上述方案中，多根所述下布水管包括纵向下布水管和多根横向下布水管，相邻两根所述横向下布水管之间的间距为150-250cm，所述纵向下布水管和横向下布水管在截面±45°和±135°方向均开设有第二孔，所述第二孔的直径为0.8-1.5cm，沿所述纵向下布水管或横向下布水管轴向方向的相邻两个第二孔之间的间距为10-20cm。

上述方案中，所述河砂填料层厚度为20cm，其填料河砂粒径为0.5-1cm；所述沸石填料层厚度为30cm，其填料沸石粒径为1-2.5cm；所述火山岩填料层厚度为30cm，其填料火山岩粒径为2.5-3.5cm。

上述方案中，所述湿地植物为美人蕉、香蒲、芦苇中的一种或几种。

上述方案中，所述垂直潜流人工湿地系统在火山岩填料层下方设置混凝土层，所述混凝土层的厚度为30cm。

实施本实用新型上下交替进水的人工湿地污水处理系统，具有以下有益效果：

1、垂直潜流人工湿地系统前设置布水井，一方面可以起到调节池的作用，进一步调节来水水质，防止水质剧烈变化对湿地系统造成冲击。

2、贯穿于垂直潜流人工湿地系统的上布水管和下布水管均采用开孔管，且上布水管主要采用纵向布水，而下布水管主要采用横向布水，这些都有利于垂直潜流人工湿地系统的均匀布水，防止出现水路死角，提高湿地的处理效率。

3、上布水管和下布水管均贯穿于垂直潜流人工湿地系统，并且两端都设有进水阀和出水阀，通过开启/关闭相应的阀门可分别实现两种水流方式，例如：①开启上进水阀、下出水阀，关闭上出水阀、下进水阀，此时，湿地按上进水，下出水的下行垂直潜流人工湿地方式运行；②开启下进水阀、上出水阀，关闭下出水阀、上进水阀，此时，湿地按下进水，上出水的上行式垂直潜流人工湿地方式运行。按上述其中一种进水方式运行一段时间以后，填料层会出现堵塞，此时换另一种进水方式运行，大致相反的水流会冲洗堵塞的填料层，使湿地恢复运行，这样可以大大缓解湿地堵塞的问题，而无需额外的风机曝气进行反冲洗。

4、填料层底层采用火山岩为填料，火山岩中含有很多金属矿物，可以吸附污水中的磷，并且火山岩还会向污水中释放Fe³⁺、Ca²⁺、Al³⁺等金属离子，可与污水中的PO₄ ^3-形成沉淀，除去污水中的P，反应如下：

Fe³⁺+PO₄ ^3-＝FePO₄↓ (1)

3Ca²⁺+2PO₄ ^3-＝Ca₃(PO₄)₂↓ (2)

Al³⁺+PO₄ ^3-＝AlPO₄↓ (3)。

填料中间层采用沸石作为填料，沸石由于其独特的晶体结构，对氨氮有较好的吸附性，改性沸石对氨氮的吸附容量更高。采用沸石作为脱氮填料，可以大大提高湿地的脱氮效率。

5、上布水管采用斜向上的开孔方式，在布水时，水流形成的抛物线，可以携带跟多的氧气进入填料层，增加填料层的溶解氧，提高微生物降解污染物的效率。

6、湿地上种植湿地植物，湿地植物的根系延伸到填料层，不仅可以吸收污水中营养元素如N、P等，还可以与微生物协同作用去除污水中污染物。

7、人工湿地的填料层还为微生物和植物提供适宜的生长条件，微生物、植物、填料之间通过物理、化学、生物作用共同除去水中的污染物，净化污水，湿地上种植挺水植物，还可以起到美化环境的作用。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是上下交替进水的人工湿地污水处理系统的管道布置示意图；

图2是上下交替进水的人工湿地污水处理系统的结构示意图；

图3是图1中多根上布水管的布置示意图；

图4是图1中多根下布水管的布置示意图；

图5是上布水管的截面示意图；

图6是纵向下布水管或横向下布水管的截面示意图。

图中：布水井1；上布水管2(其中：上进水阀2.1，上出水阀2.2，第一孔2.3)；垂直潜流人工湿地系统3(其中：河砂填料层3.1，沸石填料层3.2，火山岩填料层3.3)；下布水管4(其中：下进水阀4.1，下出水阀4.2，纵向下布水管4.3，横向下布水管4.4，第二孔4.5)；进水管5；湿地植物6；混凝土层7。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实用新型上下交替进水的人工湿地污水处理系统包括布水井1及从上而下依次布置的多根上布水管2、垂直潜流人工湿地系统3、多根下布水管4，多根上布水管2和多根下布水管4贯穿于垂直潜流人工湿地系统3。垂直潜流人工湿地系统3上种植有湿地植物6，优选地，湿地植物6为美人蕉、香蒲、芦苇中的一种或几种。

如图2所示，垂直潜流人工湿地系统3包括自上而下依次设置的河砂填料层3.1、沸石填料层3.2、火山岩填料层3.3。其中，河砂填料层3.1厚度为20cm，其填料河砂粒径为0.5-1cm；沸石填料层3.2厚度为30cm，其填料沸石粒径为1-2.5cm；火山岩填料层3.3厚度为30cm，其填料火山岩粒径为2.5-3.5cm。垂直潜流人工湿地系统3在火山岩填料层3.3下方还设置混凝土层7，混凝土层7的厚度为30cm，以防止污水渗漏以及池体沉降。

布水井1一侧上端设置有进水管5，上布水管2和下布水管4位于布水井1的另一侧并与布水井1连通。上布水管2的管口低于进水管5，下布水管4尽量接近布水井1底端平面。

如图3所示，多根上布水管2纵向布置，相邻两根上布水管2之间的间距为100-200cm。如图5所示，上布水管2的截面在45°和135°方向均开设有第一孔2.3，第一孔2.3的直径为0.8-1.5cm，沿上布水管2轴向方向的相邻两个第一孔2.3之间的间距为15-30cm。上布水管2两端分别设置有上进水阀2.1和上出水阀2.2。

如图4所示，多根下布水管4包括纵向下布水管4.3和多根横向下布水管4.4，相邻两根横向下布水管4.4之间的间距为150-250cm。如图6所示，纵向下布水管4.3和横向下布水管4.4在截面±45°和±135°方向均开设有第二孔4.5，第二孔4.5的直径为0.8-1.5cm，沿纵向下布水管4.3或横向下布水管4.4轴向方向的相邻两个第二孔4.5之间的间距为10-20cm。下布水管4两端分别设置有下进水阀4.1和下出水阀4.2。

本实用新型的工作过程如下：污水由布水井1上侧的进水管5进入布水井1，此时关闭上进水阀2.1和下出水阀4.2，打开下进水阀4.1和上出水阀2.2。布水井1内的污水通过下布水管4的第二孔4.5，均匀进入垂直潜流人工湿地系统3的填料层，并依次经过火山岩填料层3.3、沸石填料层3.2和河砂填料层3.1到达填料层表面。污水在经过填料层的过程中，填料、附着在填料中的微生物以及生长于填料中的植物根系，三者通过物理、化学、生物的综合作用去除污水中的COD、BOD、N、P、SS以及各种病原菌，净化污水。到达填料表面的污水通过上布水管2的第一孔2.3汇集，排出湿地系统，实现上行垂直潜流人工湿地系统的运行方式。人工湿地系统按照上行垂直潜流人工湿地系统运行一段时间后，由于填料沉降以及微生物膜的生长，填料层会出现一定的堵塞，此时关闭下进水阀4.1和上出水阀2.2，打开上进水阀2.1和下出水阀4.2，由进水管5进入的污水在布水井1汇集，液面逐渐上升，直到能够通过上布水管2的第一孔2.3从填料上层进入人工湿地系统，第一孔2.3沿斜向上方向，污水可以携带更多的空气进入填料层，污水自上而下流经河砂填料层3.1、沸石填料层3.2、火山岩填料层3.3，同样通过填料、微生物、湿地植物三者的物理、化学、生物的综合作用去除污水中各种污染物，净化污水。处理后的污水通过纵向下布水管4.3及横向下布水管4.4汇集，排除湿地系统。此时，人工湿地按下行垂直潜流人工湿地方式运行，不仅可以正常运行，处理污水，而且与上一次的流水方向相反，可以起到冲洗填料的作用，保证湿地继续运行。通过适时改变人工湿地进出水方式，不仅保证了人工湿地的连续正常运行，还及时冲洗了人工湿地的填料层，防止湿地系统堵塞严重，无法运行，提高了湿地的处理效率和使用寿命，不需额外的曝气冲洗设备，降低了成本和能耗。

上面结合附图对本实用新型的实施例进行了描述，但是本实用新型并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不脱离本实用新型宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本实用新型的保护之内。

Claims (6)

1.一种上下交替进水的人工湿地污水处理系统，其特征在于，包括布水井(1)及从上而下依次布置的多根上布水管(2)、垂直潜流人工湿地系统(3)、多根下布水管(4)，所述多根上布水管(2)和多根下布水管(4)贯穿于垂直潜流人工湿地系统(3)，所述垂直潜流人工湿地系统(3)包括自上而下依次设置的河砂填料层(3.1)、沸石填料层(3.2)、火山岩填料层(3.3)；所述布水井(1)一侧上端设置有进水管(5)，所述上布水管(2)和下布水管(4)位于布水井(1)的另一侧并与布水井(1)连通，所述上布水管(2)的管口低于进水管(5)；所述上布水管(2)和下布水管(4)均为开孔管，所述上布水管(2)两端分别设置有上进水阀(2.1)和上出水阀(2.2)，所述下布水管(4)两端分别设置有下进水阀(4.1)和下出水阀(4.2)；所述垂直潜流人工湿地系统(3)上种植有湿地植物(6)。

2.根据权利要求1所述的一种上下交替进水的人工湿地污水处理系统，其特征在于，多根所述上布水管(2)纵向布置，相邻两根所述上布水管(2)之间的间距为100-200cm，所述上布水管(2)的截面在45°和135°方向均开设有第一孔(2.3)，所述第一孔(2.3)的直径为0.8-1.5cm，沿所述上布水管(2)轴向方向的相邻两个第一孔(2.3)之间的间距为15-30cm。

3.根据权利要求1所述的一种上下交替进水的人工湿地污水处理系统，其特征在于，多根所述下布水管(4)包括纵向下布水管(4.3)和多根横向下布水管(4.4)，相邻两根所述横向下布水管(4.4)之间的间距为150-250cm，所述纵向下布水管(4.3)和横向下布水管(4.4)在截面±45°和±135°方向均开设有第二孔(4.5)，所述第二孔(4.5)的直径为0.8-1.5cm，沿所述纵向下布水管(4.3)或横向下布水管(4.4)轴向方向的相邻两个第二孔(4.5)之间的间距为10-20cm。

4.根据权利要求1所述的一种上下交替进水的人工湿地污水处理系统，其特征在于，所述河砂填料层(3.1)厚度为20cm，其填料河砂粒径为0.5-1cm；所述沸石填料层(3.2)厚度为30cm，其填料沸石粒径为1-2.5cm；所述火山岩填料层(3.3)厚度为30cm，其填料火山岩粒径为2.5-3.5cm。

5.根据权利要求1所述的一种上下交替进水的人工湿地污水处理系统，其特征在于，所述湿地植物(6)为美人蕉、香蒲、芦苇中的一种或几种。

6.根据权利要求1所述的一种上下交替进水的人工湿地污水处理系统，其特征在于，所述垂直潜流人工湿地系统(3)在火山岩填料层(3.3)下方设置混凝土层(7)，所述混凝土层(7)的厚度为30cm。