CN211004772U - 一种基于生态芯湿地的立体水处理系统 - Google Patents

Abstract

一种基于生态芯湿地的立体水处理系统，所述系统包括上层潜流湿地层和下层生物滤池层，上层潜流湿地层包括支撑网架、种植槽（15‑2）、填料区（2）和进、出水管；下层生物滤池层包括滤池池体、进出水管、生物介质（6）、曝气装置（7）、排泥管（8）、出水口（10）和流量调节装置（11）；支撑网架叠加在生物滤池层上方，而且潜流湿地填料层起码包括磷吸附材料，并包括不同粒径的级配材料，填料层上种植植物；生物滤池为部分填充生物介质的若干处理池；处理池之间通过导流管道导流；上层潜流湿地与下层生物滤池之间设有水流通道，通过上行或下行或回流让水流通过潜流湿地层和生物滤池层共同对水处理。

Description

一种基于生态芯湿地的立体水处理系统

技术领域

本实用新型涉及水处理技术领域，具体涉及一种基于生态芯湿地的立体水处理系统。

背景技术

河流、湖泊是孕育文明的摇篮，在农业生产、工业发展和社会建设中发挥着不可或缺的作用。然而，近年来工业化、城市化的快速发展造成了严重的水环境污染，破坏了水体生态功能，许多河流与湖泊甚至出现季节性或终年性黑臭现象。自然水体的污染主要来源于初期雨水、污水厂尾水排放、农业污水等。以雨污分流为例，随着城市生态文明建设步伐的加快，虽然城市管网建设日趋完善，但城市污水的接管率仍难以实现100％。而农村污水量小分散，且管网收集系统不健全，因此难以集中处理。同时，降雨引起的农业面源污染亦是环境水体污染的主要来源途径之一。

针对上述情况，目前已有相关水处理系统的研究与应用(如CN107720973A、CN201711273851和CN108439720A)，且出水较为稳定，甚至可达到IV类地表水标准。然而，这些水处理系统仅仅是将多个反应池/工艺进行简单组合形成一个固定工艺流程的系统，因此，对土地面积需求量大。此外，其湿地单元均依赖于现有土地，因此，其它单元的安放位置必定需要围绕湿地单元，对地形要求较高。

潜流湿地是以亲水植物为表面绿化物，以砂石土壤为填料，让水自然渗透过滤的人造景观。它以无表面水、占地面积小等优点，成为国内外广泛使用的人工湿地类型。与一般活性污泥法相比，生物滤池集生物氧化和截留悬浮固体于一体，节省了后续沉淀池(二沉池)，具有容积负荷、水力负荷大、水力停留时间短、所需基建投资少、占地小、出水水质好、运行能耗低、运行费用少等特点。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种基于生态芯湿地的立体水处理系统，将潜流湿地与生物滤池集成于一体，适用于市政污水、污水厂尾水、地表水和初期雨水的处理，该系统占地面积小、工艺灵活、出水稳定、易于运维。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种基于生态芯湿地的水处理系统，所述系统包括上层潜流湿地层和下层生物滤池层，上层潜流湿地层包括支撑网架、种植槽(15-2)、填料区(2)和进、出水管；下层生物滤池层包括滤池池体、进出水管、生物介质(6)、曝气装置(7)、排泥管(8)、出水口(10)和流量调节装置(11)；支撑网架叠加在生物滤池层上方，而且潜流湿地填料层起码包括磷吸附材料，并包括不同粒径的级配材料，填料层上种植植物，填料层截留、沉积、吸附作用、填料层的微生物作用及植物根系吸收作用共同去除水中污染物，尤其是对总磷的去除。生物滤池为部分填充生物介质的若干处理池；处理池之间通过导流管道导流；处理池内生物介质通过附着包括厌氧、兼氧和好氧的微生物种群，在不同碳氮比、溶解氧、温度和pH的环境下，对总氮和总磷、氨氮、COD、ss去除，尤其是对总氮的脱除；

上层潜流湿地与下层生物滤池之间设有水流通道，通过上行或下行或回流让水流通过潜流湿地层和生物滤池层，共同对水处理。

人工湿地为潜流型人工湿地，包括垂直潜流湿地和水平潜流湿地；所述的进水管道置于上层潜流湿地表层部分的水管包括喷管或喷头，进水管道置于上层潜流湿地表层部分的水管包括喷管或喷头；水平潜流式湿地，水流垂直于植物根系从进水端沿水平方向缓慢推流到出水端；垂直潜流时通过喷头或喷管，湿地中水流平行于植物根系从表层缓慢流到底层；水平潜流式从进口起在植物根系层中沿水平方向缓慢流动；垂直潜流式湿地中水流方向和植物根系层呈平行状态，出水收集系统在湿地底部；所述潜流湿地的填料层包括磷吸附材料、级配填料、和种植土。填料区(2)自下至上由粗到细级配材料，一般配3～5 层，包括粗细的粒径砾石、火山岩、生物质陶粒、小粒径沸石、磷吸附介质和种植土，填料区(2)厚度一般在60～100cm，其中磷吸附介质铺设厚度在20～40 cm，所述磷吸附材料可以为生物质炭、铁碳、或树脂类吸附材料。潜流湿地还可以添加缓释型有机质作为碳源。这些有机质可包括秸秆、稻草、木屑等经粉碎及(经发酵)材料，为下层生物滤池层提供部分碳源。

所述的生物滤池单元由数个池体(9)构成，具体池体(9)数量根据水处理量决定，至少包括一个好氧硝化反应池和一个厌氧或缺氧反硝化反应池或多个同步硝化反硝化池，单个处理池体(单元)的日处理量为100～2000m³；各处理单元之间串联或并联，并联单元的数量由日处理水总量除以单个处理单元的日处理量而定；生物滤池的生物介质(6)为可移动式或固定式，介质可以是生物滤砂、网泡式填料、生物质炭、和弹性填料，填充率在20％～100％，透水率在 20％～95％，生物介质的形状可以是方形、圆形、丝状。生物滤池层的每个池体(9) 都配有增氧气管、药剂补充管道、和排泥管道，其中增氧气管主要为系统提供溶解氧并实现生物介质表面的清洗和更新；药剂补充管道主要为系统提供碳源和微生物液剂；排泥管道定期排放处理池底部的淤泥。

系统设有中央处理器，中央处理器的输入信号由分布在管路和容器中的化学传感器、温度、液位和流量传感器输入，而中央处理器的控制信号接水泵、风机、进出水管道、供气管道、补药管道所配备的电动阀门，以及远程水质自动监测系统。

进一步，上层潜流湿地单元系可移动式结构，可移动式结构通过模块的方式组成上层潜流湿地单元的排列，移动式模块箱体为金属管架构成，移动式模块下方安装滑轮，在处理池壁上安装的导轨中运行，潜流湿地单元底侧设有集水装置，水流通过集水导管回流至前端生物处理池进行深度净化；曝气的排放通过移动单元与墙体之间的空隙完成。移动式结构便于更换上层湿地单元的填料，吸附的富磷层即磷吸附介质可以被直接移出模块用作磷肥或生物滤池的缓释碳源。移动式结构便于下层生物滤池的检修运维。

基于上述结构得到的一种基于生态芯湿地的水处理系统和方法，所述的水处理方法为：

a.运行时，根据需要串联或并联多个该水处理系统；

b.通过流量调节装置11使部分(比例可调)待处理水体通过进水管道4进入上层潜流湿地层进行处理，潜流湿地层填料区2由不同粒径不同材质的级配材料组合而成，选种植株3为表面绿化植物，通过植物根系的吸收、填料的截留、沉积、吸附以及生化作用来完成水质净化的目标，主要是对总磷的去除，经潜流层湿地处理的水通过集水装置回流到生物滤池的进水端；

c.另一部分待处理水体通过进水管5直接流入下层生物滤池层，由不同比表面积和透水率的生物介质填充的若干生物滤池通过固定包括厌氧、兼氧和好氧微生物种群，在不同碳氮比、溶氧、温度和pH的环境下，完成对TN、TP、 NH₃-N、COD、SS的去除，尤其是对总氮的去除；

d.处理后的全部水体最终通过出水口10排出或进入下一级水处理单元。

所述的种植槽15-2由金属管架、塑料或木质隔板、防渗膜、和排水口构成，下方安装滑轮，在处理池壁上安装的导轨上滚动滑行设置有集水装置，水流可通过集水装置回流至生物滤池层前端进行深度处理；所述的；种植槽设有排水口和可以调节流量的阀门，用于控制湿地的运行水位和维护水位，从而控制湿地的水力停留时间，湿地的水力停留时间一般控制在10小时以内。种植槽底部呈15-2呈5°～10°的坡度，较低的一端位于集水装置处，利于潜流湿地层汇水和/或回流。

所述的填料区2自下至上由粗到细级配材料，一般配3～5层，包括粗细的粒径砾石、火山岩、生物质陶粒、小粒径沸石、磷吸附介质和种植土，填料区 2厚度一般在60～100cm，其中磷吸附介质铺设厚度在20～40cm，所述磷吸附材料可以为生物质炭、铁碳、或树脂类吸附材料。

所述的填料区2设布水管，布水管采用喷头的形式，均匀喷洒，种植土上种植植物，植物通过生长和根系的吸收作用，去除水体中的污染物，通过定期对植物进行收割移除，净化水体，种植植物的投入低运营维护方便。

生态芯湿地系统的下层生物滤池层由3至5个串联单元组成，所述的进水管5的进水端位于生物滤池下端，水以折流形式流经各个处理单元，能延长水力停留时间，水力停留时间一般控制在6小时以内。多路生物滤池能够并联；生态芯湿地系统的并联用于提高日处理的吨水量，串联用于进一步提升出水水质；进水可以为市政污水、污水厂尾水、地表水和初期雨水等，出水可以实现四类水或三类水。

所述生态芯湿地系统通过控制阀分流控制上行水和下行水的流量。上行水由布水管喷灌于上层潜流湿地，自流充满上层潜流湿地的填料层，保证湿地系统布水和收水的均匀性，同时防止污染物堵塞布水管，上行水通过种有多种植物的潜流湿地，在植物吸收和填料层的作用下达到净化水体的目的，主要是对总磷的去除；下行水通过下层生物滤池的多级生物填料处理区，对总磷、总氮和COD有显著的处理效果，尤其是对总氮的脱除。上行水体占总水量的20～50％，经潜流湿地处理后与下行水汇合完成生物滤池的多级生物处理区的净化处理达到排放标准。

有益效果：本实用新型运行时，根据需要串联或并联多个该水处理系统；通过流量调节装置使部分待处理水体进入上层潜流湿地层进行处理，经潜流层湿地处理的污水可作为调节水回流入生物滤池层；另一部分待处理水体直接流入下层生物滤池层进行处理，根据需要控制曝气量和微生物实现水体中特定污染物的去除；处理后的全部水最终排出或进入下一级水处理单元。

本实用新型将潜流湿地与生物滤池集成于一体，充分结合了生物水处理和景观生态的功能和优势。生物滤池去除污染物的稳定性好，不受季节影响；处理效率高，占地面积小，易于清洗，不会出现堵塞现象；潜流湿地在截留和脱除以磷为主污染物的同时还提供了必要的生态景观效果，建设与运行的成本低。生态芯湿地具有占地小、工艺灵活、出水稳定、易于运维、使用寿命长的特点，适用于市政污水、污水厂尾水、地表水和初期雨水的处理。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型多生化池结构截面示意图；

图3为图2部件旋转90度的截面示意图。

附图中各组成标记如下：1、支撑网架，2、填料区，3、植株，4、进水管道，5、进水管，6、生物介质，7、曝气装置，7-1 曝气管，8、排泥管，9、池体，10、出水口，11、流量调节装置。12池内生化填料，13池间过水管，14管道支撑。15支撑装置、15-1支撑柱，15-2种植槽 (接水渡槽，与支撑柱一体化，混凝土一体化结构)。

具体实施方式

下面结合实施例和附图对本实用新型做更进一步的解释。下述实施例不以任何形式限制本实用新型。凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均处于本实用新型的保护范围之中。

提供一种基于生态芯湿地的水处理系统与方法，系统包括上层潜流湿地层和下层生物滤池层，上层潜流湿地层由支撑网架、种植槽、填料、植株和进水管道组成；下层生物滤池层由进水管、生物介质、曝气装置、排泥管组成；整个系统还包括流量调节装置、池体和出水口。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的一种基于生态芯湿地的水处理系统与方法中，所述水处理方法为：运行时，根据需要串联或并联多个该水处理系统；通过流量调节装置使部分(比例可调)待处理水体通过进水管道进入上层潜流湿地层进行处理，经潜流层湿地处理的水可作为调节水通过重力作用落入生物滤池层；另一部分待处理水通过进水管直接流入下层生物滤池层，被附着在生物介质上的微生物处理，根据需要控制曝气量、碳氮比、和pH实现水体中特定污染物的去除；处理后的全部水体最终通过出水口排出或进入下一级水处理单元。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的一种基于生态芯湿地的水处理系统与方法中，所述支撑网架支撑种植槽，种植槽上层设有布水管，种植槽中种植水质净化能力强的水生植物。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的一种基于生态芯湿地的水处理系统与方法中，所述种植槽的填料区自下至上由粗到细级配材料，一般配3～5层，包括粗细的粒径砾石、火山岩、生物质陶粒、小粒径沸石、磷吸附介质和种植土，填料区厚度一般在60～100cm，其中磷吸附介质铺设厚度在20～40cm。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的一种基于生态芯湿地的水处理系统与方法中，所述潜流湿地进水管道置于上层潜流湿地层的部分水管采用喷管或喷头形式，可实现水平潜流湿地或垂直潜流湿地功能。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的一种基于生态芯湿地的水处理系统与方法中，所述下层生物滤池进水管的进水端位于生物滤池下端，通过折流形式流经多级处理池，可延长水力停留时间。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的一种基于生态芯湿地的水处理系统与方法中，所述生物介质为可移动式或固定式，介质可以是生物滤砂、网泡式填料、生物质炭、弹性填料等，填充率在20％～100％，透水率在20％～95％，介质形状可以是方形、圆形、丝状等。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的一种基于生态芯湿地的水处理系统与方法中，所述支撑网架为金属材质，种植槽底部有5～10°的坡度，使污泥于出水口一端的底部聚积。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的一种基于生态芯湿地的水处理系统与方法中，所述出水口位置在进水管道的对立面，出水口高度与进水管道高程差不低于5cm。

在本实用新型一个较佳实施例中，所述的一种基于生态芯湿地的水处理系统与方法中，生态芯湿地系统的下层即地下层处理池是生物处理池由3至5组串联单元组成，多只生物处理池能够并联；生态芯湿地系统的并联用于提高处理的水量，串联用于提升处理水质。

本实用新型是针对市政生活污水、污水厂尾水、地表水、和初级雨水等。

湿地的填料层设布水管，布水管采用喷头的形式，均匀喷洒，种植土上种植植物，植物通过生长和根系的吸收作用，去除水体中的污染物，通过定期对植物进行收割移除，净化水体，种植植物的投入低运营维护方便；填料层设不同粒径的填料，分别为粗粒径砾石、生物质陶粒、小粒径沸石、磷吸附介质和种植土。上层绿植处理后的水经种植槽(接水渡槽，与支撑柱一体化，混凝土一体化结构)可以外排或提供碳源后再流至下层生物滤池，图中是四个生物滤池的结构，内有生物介质，可以分别选择厌氧、兼氧及好氧(曝气)。池间设有过水管。为了利用水位差和节能，控制各池的水位高程不同，可以自流通过各池。

所述生态芯湿地系统通过控制阀分流控制上行水和下行水的流量。上行水由布水管喷灌于上层潜流湿地，自流充满上层潜流湿地的填料层，保证湿地系统布水和收水的均匀性，同时防止污染物堵塞布水管，上行水通过种有多种植物的潜流湿地，在植物吸收和填料层的作用下达到净化水体的目的，主要是对总磷的去除；下行水通过下层生物滤池的多级生物填料处理区，对总磷、总氮和COD有显著的处理效果，尤其是对总氮的脱除。上行水体占总水量的20～50％，经潜流湿地处理后与下行水汇合完成生物滤池的多级生物处理区的净化处理达到排放标准。生物滤池单元池体均为地下管式结构构成，上部潜流湿地单元与管式结构的之间采用通水管连接。地下管的直径在160厘米以上，具有隔层形成生物滤池单元，上部潜流湿地单元绿植架搁在管体上部，好氧池的管体上方开窗口，厌氧池不开窗口，厌氧效果更好，内单元池体的管道联系采用通水管 (自流或泵驱均可)，可以减低建设成本和运行的成本。

具体实施例1

日处理5000吨市政尾水提标，进水TN和TP分别为12.8mg/L和0.49mg/L，要求出水TN和TP达到地表IV类水标准，即1.5mg/L和0.3mg/L。设置三个生态芯湿地单元串联处理，过水方式为：20％的进水先上行流经上层潜流湿地层，而后回流到下层生物滤池层的第一个单元的进水区和80％的下行进水汇合，经第一单元处理后然后流入第二个单元和第三个单元，最后出水排放。潜流湿地层填料区铺设厚度为1m，温度为15～30℃，HRT控制在10h。下层生物滤池的有效高度为3米，停留时间为8h，最终出水TN和TP分别为1.4mg/L 和0.20mg/L，TN和TP去除率分别为89％和59％。

具体实施例2

日处理1000吨生活污水，设置串联5个单元为一组，共设置2组。将2组单元并联处理，污水平均分配入2组生态芯湿地处理系统中。下层生物滤池层曝气每40min停30min，温度为15～30℃，每组HRT控制在8h。最终出水达到一级A排放标准。

具体实施例3

某河道水质为劣V类水，CODcr、NH₃-N、TP指标分别为60mg/L、10mg/L、和0.4mg/L。日处理10000吨河道水质提升，设置5组生态芯湿地，每组处理能力为2000m³/d，每组生态芯湿地由3个单元串联构成。每组生态芯湿地的生物滤池停留时间为6h，出水指标CODcr、NH₃-N、和TP分别达到25mg/L、1.2 mg/L、和0.20mg/L的准四类水标准，去除率分别达到58％、88％、和50％。

Claims (5)

1.一种基于生态芯湿地的立体水处理系统，其特征在于，所述系统包括上层潜流湿地层和下层生物滤池层，上层潜流湿地层包括支撑网架、种植槽（15-2）、填料区（2）和进、出水管；下层生物滤池层包括滤池池体、进出水管、生物介质（6）、曝气装置（7）、排泥管（8）、出水口（10）和流量调节装置（11）；支撑网架叠加在生物滤池层上方，而且潜流湿地填料层起码包括磷吸附材料，并包括不同粒径的级配材料，填料层上种植植物；生物滤池为部分填充生物介质的若干处理池；处理池之间通过导流管道导流；上层潜流湿地与下层生物滤池之间设有水流通道，通过上行或下行或回流让水流通过潜流湿地层和生物滤池层共同对水处理。

2.根据权利要求1所述的基于生态芯湿地的立体水处理系统，其特征是，所述的生物滤池单元由数个池体（9）构成，具体池体（9）数量根据水处理量决定，至少包括一个好氧硝化反应池和一个厌氧或缺氧反硝化反应池或多个同步硝化反硝化池；各处理单元之间串联或并联；生物滤池的生物介质（6）为移动式或固定式，介质是生物滤砂、网泡式填料、生物质炭或弹性填料，填充率在20%~100%，透水率在20%~95%。

3.根据权利要求1所述的基于生态芯湿地的立体水处理系统，其特征在于，所述的填料区（2）自下至上由粗到细级配材料，配3~5层，包括粗细的粒径砾石、火山岩、生物质陶粒、小粒径沸石、磷吸附介质和种植土，填料区（2）厚度一般在60~100 cm，其中磷吸附介质铺设厚度在20~40 cm，所述磷吸附材料可以为生物质炭、铁碳、或树脂类吸附材料。

4.根据权利要求1所述的基于生态芯湿地的立体水处理系统，其特征是，上层潜流湿地单元为可移动式结构，所述的支撑网架由金属管架焊接而成，种植槽由塑料或木质隔板和防渗膜构成，下方安装滑轮，在处理池壁上安装的导轨上滚动滑行；湿地单元底侧设置有集水装置，水流通过集水装置回流至生物滤池层的第一个处理池进行深度处理；所述的种植槽底部呈5°~10°的坡度，较低的一段位于集水装置处。

5.根据权利要求1或2所述的基于生态芯湿地的立体水处理系统，其特征是，生物滤池单元池体均为地下管式结构构成，上部湿地单元与管式结构的之间采用通水管连接。

Images