CN208292826U

CN208292826U - 多过程耦合多级人工湿地系统

Info

Publication number: CN208292826U
Application number: CN201821283672.8U
Authority: CN
Inventors: 林媛媛; 鲍炯炯; 俞阜东; 陈梦瑶; 杨继飞; 宋婷婷; 陈永飞; 朱艳臣; 施佳瑾
Original assignee: Zhejiang Environmental Engineering Co Ltd
Current assignee: Zhejiang Environmental Engineering Co Ltd
Priority date: 2018-08-09
Filing date: 2018-08-09
Publication date: 2018-12-28
Anticipated expiration: 2028-08-09

Abstract

本实用新型公开了一种多过程耦合多级人工湿地系统；该系统由生态砾石湿地、多过程耦合脱氮湿地和复合除磷湿地组成；每个湿地均采用下向型垂直流人工湿地，且内部结构从下到上均为集排水层、持水层、功能基质层和植物根系配水层，多过程耦合脱氮湿地的功能基质层从上至下依次由砂砾填料层、沸石填料层和火山岩砾石混合填料层组成，其植物根系配水层上方种植芦苇和茭白。本系统综合运用滴滤多段布水、多孔渗流，分阶段进水、强化复氧、多过程耦合、不同填料吸附固定等，使得湿地内部有利于具有不同生态位微生物菌群的生长和保持长效活性，也使高密度微生物生物膜的形成更加迅速，弥补植物根系放氧的不足，提高有机物、氨氮、总氮和磷的高效去除。

Description

多过程耦合多级人工湿地系统

技术领域

本实用新型涉及废水处理技术领域，具体涉及一种多过程耦合多级人工湿地系统。

背景技术

人工湿地是人为建造一个独特的土壤、植物、微生物生态系统，常用于净化污水，具有投资和运行费用低、处理效果稳定等优点，是农村污水处理常用的处理工艺。目前，国内外虽然在人工湿地的构造、基质组配、布水方式、复氧方式、植物配置、保温措施等方面开展了大量的研究，但是仍有许多待解决问题。随着人工湿地的长期运行，往往会发生堵塞、水流部分不均匀导致死区和短流、同步硝化和反硝化除磷能力不足、占地面积大、长效活性难以维持和低温下难以终年稳定运行等问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有人工湿地的不足，提供一种处理成本低、占地面积小、水力条件好、延缓湿地堵塞、处理效果好的用于污水处理系统的多过程耦合多级人工湿地系统；可实现高效去碳、脱N除P效果。

本实用新型的目的是通过下述技术方案得以解决的：

本实用新型涉及一种多过程耦合多级人工湿地系统，所述系统由生态砾石湿地、多过程耦合脱氮湿地和复合除磷湿地组成；每个湿地均采用下向型垂直流人工湿地，每个湿地顶部设有进水管，底部设有出水管，所述生态砾石湿地的进水管、出水管分别与所述多过程耦合脱氮湿地的进水管连接，所述多过程耦合脱氮湿地的出水管与复合除磷湿地的进水管相连；每个湿地内部结构从下到上均为集排水层、持水层、功能基质层和植物根系配水层，所述多过程耦合脱氮湿地的功能基质层从上至下依次由砂砾填料层、沸石填料层和火山岩砾石混合填料层组成，所述多过程耦合脱氮湿地上种植芦苇和茭白。

作为优选方案，所述系统采取周期连续流进水--串级运行构成的周期进水方式。

作为优选方案，所述系统中生态砾石湿地和多过程耦合脱氮湿地还可采用分阶段进水。其目的在于合理分配碳源。

作为优选方案，每个湿地均采用滴滤顶部布水形式进水；每个湿地顶部设置的进水管均包括主干管以及通过衔接管与所述主干管连接的穿孔布水管，所述主干管沿湿地表面布设，所述穿孔布水管垂直于所述主干管。

作为优选方案，所述穿孔布水管上开孔孔径为φ3～5mm孔，间距195～205mm，向下错开打孔。

作为优选方案，所述集排水层包括20～30mm粒径的卵石组成的卵石层；所述集排水层中心设穿孔集水管，所述穿孔集水管中心接出水管。

作为优选方案，所述卵石层的高度为湿地整体高度的20％～25％。

作为优选方案，所述持水层是厚度为湿地整体高度的10％～12％的高密度无纺布层。

作为优选方案，所述植物根系配水层为植物根系、卵石和珍珠岩的混合物层，所述卵石和珍珠岩的体积比为2∶1～1.2；所述混合物层的高度为湿地整体高度的18％～22％。

作为优选方案，所述卵石的粒径为10～20mm。

作为优选方案，所述生态砾石湿地上种植黄花鸢尾、石菖蒲和美人蕉；所述复合除磷湿地上种植菖蒲和千屈菜。

作为优选方案，所述功能基质层的高度为湿地整体高度的40％～50％。

作为优选方案，所述生态砾石湿地的功能基质层从上至下依次设置由5～8mm粒径的烁石组成的上层填料层、由12～14mm粒径的烁石组成的中间填料层和由24～26mm粒径的烁石组成的底层填料层。

作为优选方案，所述上层填料层、中间填料层和底层填料层的厚度比为2∶3∶3。

作为优选方案，所述多过程耦合脱氮湿地的功能基质层中，砂砾填料层采用的细砾石粒径为10～15mm，沸石填料层采用的沸石粒径为5～20mm，火山岩砾石混合填料层采用的砾石粒径为30～50mm，火山岩粒径为30～50mm，所述火山岩砾石混合填料层中砾石和火山岩的体积比为1∶1～2。

作为优选方案，所述复合除磷湿地的功能基质层从上至下依次设置由5～8mm粒径的碎石组成的上层填料层、由12～14mm粒径的碎石组成的中间填料层和由铁盐、铝盐、钙盐中的一种或几种组成的底层复合除磷填料层。

作为优选方案，所述上层填料层、中间填料层和底层复合除磷填料层的厚度比为3∶3∶10。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)综合运用滴滤多段布水、多孔渗流，分阶段进水、强化复氧，多过程耦合、不同填料吸附固定等关键技术方法，使得湿地内部有利于具有不同生态位微生物菌群的生长和保持长效活性，也使高密度微生物生物膜的形成更加迅速，弥补植物根系放氧的不足，提高有机物、氨氮、总氮和磷的高效去除；

(2)多级人工湿地采用向下行垂直流形式，采用分阶段进水合理分配碳源，有利于反硝化进行，强化了湿地的脱氮效果；

(3)各人工湿地多段式再布水形式，针对性采用不同填料和不同植物，同时利用其各自的好氧、厌氧、缺氧的复合水处理结构，有效实现菌种优化，强化NP去除效果。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型的多过程耦合多级人工湿地系统结构示意图；

其中，1 为生态砾石湿地，2 为多过程耦合脱氮湿地，3 为复合除磷湿地，4 为第一进水管，5 为第一出水管，6 为第二进水管，7 为第二出水管，8 为第三进水管，9 为第三出水管，10 为第四进水管，11 为第一集排水层，12 为第一中心穿孔集水管，13 为第一持水层，14 为第一功能基质层，15 为第一植物根系配水层，16 为第二集排水层，17 为第二中心穿孔集水管，18 为第二持水层，19 为第二功能基质层，20 为第二植物根系配水层，21为第三集排水层，22 为第三中心穿孔集水管，23 为第三持水层，24 为第三功能基质层，25为第三植物根系配水层。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

实施例

如图1所示，本实施例提供一种多过程耦合多级人工湿地系统，适用于处理高氮、磷城市生活污水，该系统包括：生态砾石湿地1、多过程耦合脱氮湿地2、复合除磷湿地3。

每个人工湿地均采用下向型垂直流人工湿地。生态砾石湿地1设有第一进水管4、第一出水管5，多过程耦合脱氮湿地2设有第二进水管6、第二出水管7，复合除磷湿地3设有第三进水管8、第三出水管9，第一出水管5与第二进水管6相连，第二出水管7与第三进水管8相连，且第一进水管4通过第四进水管10与第二进水管6相连(目的在于实现分段进水方式进行分配碳源)。每个人工湿地主要是采用滴滤顶部布水形式进水，进水管包括衔接管和穿孔布水管，穿孔布水管通过衔接管固定连接分流室。污水主干管分若干支管分别进入各自连接的穿孔布水管，按照间距2000mm分布，L＝2500mm，开孔孔径为φ4mm孔，间距200mm，向下错开打孔，以保证布水均匀，提高了污水的沉降效率。该系统HRT为2.0d，生态砾石湿地、多过程耦合脱氮湿地、复合除磷湿地HRT分别为0.5d、1.0d、0.5d，面积负荷分别为0.60m³/m²·d、0.40m³/m²·d、0.60m³/m²·d，进水周期为12小时。

本实用新型的系统中，人工湿地均采用向下行垂直流人工湿地，综合了表面流和潜流系统的特性，其用地面积少，脱氮除磷能力强。同时采取周期连续流进水--串级运行构成的周期进水方式，通过利用周期进水实现填料换气复氧、再布水实现菌藻复氧，无需外加曝气系统；并分段进水方式进行分配碳源，在生态砾石湿地、多过程耦合脱氮湿地处以1∶1配比进水，为反硝化补充碳源，强化反硝化作用。

每个人工湿地内部结构从下到上为集排水层、持水层、功能基质层、植物根系配水层。

本实用新型的系统中，每个人工湿地内可形成其自身的好氧、缺氧和厌氧区。随着氧的输入，在植物的根部区域产生好氧菌，但距植物根部较远的土壤中含氧量逐渐减少，持续发生好氧/缺氧/厌氧作用。污水在人工湿地系统中由上而下的渗透过程中，在好氧区经微生物作用，大部分得到降解，氧通过水生植物根系而得到补充，氨进行硝化作用氧化成硝酸盐，硝酸盐扩散或随水下行，逐渐进入厌氧环境，发生反硝化作用，最后将硝酸盐还原成氮气。

在生态砾石湿地中上一周期污水中的氨氮被基质上附着的微生物膜吸附，空置阶段提供了充足的溶解氧进行了硝化作用，在下一周期中进水COD浓度高，加上分段进水补充碳源，为反硝化提供碳源，多过程耦合脱氮人工湿地能获得反硝化速率。

具体而言，集排水层(图1中的第一集排水层11、第二集排水层16、第三集排水层21)采用Φ20-30mm卵石，高400mm；集排水层中心设穿孔集水管(图1中的第一中心穿孔集水管12、第二中心穿孔集水管17、第三中心穿孔集水管22)Φ50mm，集水管中心接各自对应的出水管；

集排水层上层为持水层(图1中的第一持水层13、第二持水层18、第三持水层23)，采用高密度无纺布，厚度为200mm，控制整个反应器的渗滤速度；

功能基质层则采用不同填料构成，厚度为800mm：

如图1，生态砾石湿地1的第一功能基质层14由从上至下依次设置的填料层由5～25mm粒径的碎石滤料组成；上层碎石厚度为200mm，由5～8mm粒径的烁石组成，中层厚度为300mm，由13mm粒径碎石组成，底层厚度为300mm，由25mm粒径的烁石组成。该生态砾石湿地的功能基质层采用砾石、碎石为填料，使砾石床具备良好的强度和抗压性能，能够提供稳定的水力条件，种植黄花鸢尾、石菖蒲和美人蕉湿地植物，部分污染物在砾石段去除，降低了后续人工湿地的处理负荷，在一定程度上保证了人工湿地的稳定运行。

多过程耦合脱氮湿地种植芦苇、茭白等脱氮效果好的湿地植物，增强氨氮的去除效果。多过程耦合脱氮湿地2的第二功能基质层19从上至下依次由砂砾填料层、沸石填料层和火山岩砾石混合填料层(体积比1∶1～2)组成，在水平以及垂直方向进行基质分层(图1)。用三种填充填料从上到下依次为细砾石、沸石、混合砾石，其中细砾石粒径10～15mm，沸石粒径5～20mm，混合砾石粒径30～50mm，火山岩的粒径为30～50mm。其中，沸石填料层主要含Na和Ca离子，其CaO能促进磷的沉淀去除，对除磷有很好的效果，同时沸石对于氮有非常好的吸附性能。火山岩有着丰富的比表面积，使功能基质层除了具备良好的吸附性能之外，还适合微生物的固定与挂膜，形成生物膜，并且对污水中的氮和磷吸附能力较强。该功能基质层复合填料内部空隙相当于在槽体内形成无数狭小的通道，相对于未添加填料时，水流路径及速度均发生变化，形成一定的搅动作用，提高了水体与氧的传质界面，从而改善槽体内的氧传递环境，使复合填料对水体中氮磷的吸附截留更加均匀，同时改变湿地中的氧分布，使湿地中形成多个A/O或A²O系统，池内硝化/反硝化作用得以加强，保证对氨磷较高的去除率。

复合除磷湿地采用吸磷能力较强的复合填料(含有铁、铝及钙等金属离子)，种植菖蒲、千屈菜等除磷效果好的湿地植物，针对性去除水体中的磷。通过定期更换除磷材料，减少短期吸附作用的影响。具体来说，复合除磷湿地3的第三功能基质层24(图1)由从上至下依次为：上层填料层厚度为150mm，由5～8mm粒径的碎石组成；中间填料层厚度为150mm，由13mm粒径的碎石组成；下层厚度为500mm的复合除磷填料(含有铁、铝及钙等金属离子)层组成。

功能基质层上为植物根系配水层(图1中的第一植物根系配水层15、第二植物根系配水层20、第二植物根系配水层25)，主体是由卵石和珍珠岩的混合物(体积比2∶1～1.2)层构成，厚度为350mm，卵石粒径10-20mm，掺杂少量土壤及大量的植物根系。珍珠岩能有效提高土壤中矿物质的含量，促进植物快速生长，同时珍珠岩还可以帮助植物固定根系。

本实施例处理规模为80m³/d的村镇污水，原水水质：CODcr≤350mg/L、BOD₅≤150mg/L、SS≤200mg/L、TN≤40mg/L、NH₃-N≤30mg/L、TP≤5mg/L。原水经过格栅、调节池、厌氧池后预处理后提升进入本多级湿地系统，出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准。

Claims

1.一种多过程耦合多级人工湿地系统，其特征在于，所述系统由生态砾石湿地、多过程耦合脱氮湿地和复合除磷湿地组成；每个湿地均采用下向型垂直流人工湿地，每个湿地顶部设有进水管，底部设有出水管，所述生态砾石湿地的进水管、出水管分别与所述多过程耦合脱氮湿地的进水管连接，所述多过程耦合脱氮湿地的出水管与复合除磷湿地的进水管相连；每个湿地内部结构从下到上均为集排水层、持水层、功能基质层和植物根系配水层，所述多过程耦合脱氮湿地的功能基质层从上至下依次由砂砾填料层、沸石填料层和火山岩砾石混合填料层组成，所述多过程耦合脱氮湿地上种植芦苇和茭白。

2.如权利要求1所述的多过程耦合多级人工湿地系统，其特征在于，所述系统采取周期连续流进水-串级运行构成的周期进水方式。

3.如权利要求1所述的多过程耦合多级人工湿地系统，其特征在于，每个湿地均采用滴滤顶部布水形式进水；每个湿地顶部设置的进水管均包括主干管以及通过衔接管与所述主干管连接的穿孔布水管，所述主干管沿湿地表面布设，所述穿孔布水管垂直于所述主干管。

4.如权利要求1所述的多过程耦合多级人工湿地系统，其特征在于，所述集排水层包括20～30mm粒径的卵石组成的卵石层；所述集排水层中心设穿孔集水管，所述穿孔集水管中心接出水管。

5.如权利要求1所述的多过程耦合多级人工湿地系统，其特征在于，所述持水层是厚度为湿地整体高度的10％～12％的高密度无纺布层。

6.如权利要求1所述的多过程耦合多级人工湿地系统，其特征在于，所述生态砾石湿地上种植黄花鸢尾、石菖蒲和美人蕉；所述复合除磷湿地上种植菖蒲和千屈菜。

7.如权利要求1所述的多过程耦合多级人工湿地系统，其特征在于，所述生态砾石湿地的功能基质层从上至下依次设置由5～8mm粒径的烁石组成的上层填料层、由12～14mm粒径的烁石组成的中间填料层和由24～26mm粒径的烁石组成的底层填料层；所述功能基质层的高度为湿地整体高度的40％～50％。