CN100484892C - 一种复合流人工湿地及其应用*** - Google Patents

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Abstract

一种复合流人工湿地，由垂直流人工湿地单元和水平流砾石床上下组合而成，垂直流湿地单元位于***的上部，水平流砾石床位于***下部，从结构上来讲是一个整体。本发明是立体组合而成的污水生态处理***，水平流砾石床位于垂直流湿地单元的下部，减少了占地面积，其具有独特的除氮效果，污水中的TSS、BOD和TN得到有效的去除，出水可以通过集水井收集，进而回用于小区内绿地浇灌或作为杂用水等。另外小区的雨水径流可以收集后储存在地下沉淀池中，沉降后可以通过复合流人工湿地进行处理回用，可同时实现小区内的生活污水和雨水径流的原位处理，还可实现雨污水的资源化。

Description

一种复合流人工湿地及其应用***
技术领域
本发明涉及污水生态处理技术，具体地说是一种污水处理的复合流人工湿地及其应用***。
背景技术
人工湿地是20世纪70年代末发展起来的一种污水处理技术，具有鲜明特色和优势，很快被世界各地所接受，正在得到越来越广泛的应用。人工湿地是一种人为设计能够实现自然湿地生态过程的污水处理***，它充分利用湿地植物、土壤及其微生物来去除污水中的污染物，同其他自然处理***一样，湿地处理***能够带来额外的效益，是一个投资运行费用低、维护管理方便、但占地面积较大的***。采用人工湿地处理污水可以为人类保存和建设具有很高环境效益的湿地，人工湿地技术目前在世界各地广泛应用。
人工湿地根据水面的位置可分为两种类型：表流人工湿地和潜流人工湿地；与表流人工湿地相比潜流湿地保温效果好，处理效果受气候、季节的影响较小，并且运行过程中管理得当可以有效的防止蚊蝇滋生和臭味产生，但投资比表流湿地要大的多，目前国内外多采用潜流人工湿地处理污水。潜流人工湿地根据主导水流还可分为水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地。
水平潜流***最初被人们采用，目前也有大量运行的例子，在被用于二级处理时，能够有效地去除污水中的BOD和TSS，由于氧传输量小除氮效果比较差，对经过硝化处理的废水能够有效地反硝化除氮，用于三级处理时可以达到良好的硝化效果。总体来说，水平流***由于其过滤能力可以去除TSS和病原菌，BOD的去除与氧气传输量密切相关，BOD、TSS和病原菌可以达到较高的去除率，具有反硝化功能；缺点就是氧气传输力差，所以硝化能力差，对氨氮和TN的去除率比较低。
垂直流***具有很高的氧气传输能力，不仅可以有效地去除BOD，而且可以实现有效的硝化，也能够去除病原菌；另外土地占用量比水平流少。所以最近几年受到很大的关注，得到了较大程度的推广和应用。其缺点是，对TSS的去除效果较差，而且容易堵塞。
目前，国内人工湿地技术的推广应用还主要是单一流型的湿地***，或者采用潜流表流结合的形式，还没有将垂直流***与水平流***组合使用的先例，而且模拟研究也仅限于平面上的组合研究，对于不同流型的湿地组合没有***的、深入的认识和报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合流人工湿地及其应用***，不仅能够去除污水中的COD、TSS和病原菌，而且能够有效的去除污水中的总氮，同时，所提供的紧凑的人工湿地***，它可以应用城市居民区内，在净化污水的同时美化周围的环境，充分地发挥其生态学和美学的意义。
为了实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：
一种复合流人工湿地，由垂直流人工湿地单元和水平流砾石床上下组合而成，垂直流湿地单元位于***的上部，水平流砾石床位于***下部，从结构上来讲是一个整体，对污水中氮元素的去除有很好的效果。
所述的复合流人工湿地，上部的垂直流湿地单元底部穿孔管收水后，通过弯管进入到下部的水平流砾石床上部，水平流砾石床底部坡度为1～5％，下部出水，垂直流湿地单元与水平流砾石床的床体深度比为3：1～1：1(即垂直流人工湿地单元深度要大于水平流砾石床，深度比为(1～3)∶1)；垂直流湿地单元的底部收水区以及水平流砾石床的进水端和出水端均采用10～20mm的大砾石，其它的部分采用较细(1-10mm)的砂砾；上下两层之间可以采用土工布或一定厚度的不透水性材料隔挡即可，而无须采用土建结构。
垂直流湿地单元采用多孔管加压布水方式，这样可以增加污水与空气的接触，湿地介质采用无土不同粒径1-10mm砂砾级配(级配即混合的意思，可以是均匀混合也可以按照一定的粒径分层布设)，可以有效的防止湿地***形成期杂草丛生，垂直流湿地单元深度为40～80cm，根据选择的湿地植物相应调整，植物可以选择景观型、生物量适中、高度适中的湿地植物，如中型美人蕉、水葵等；湿地的形状可以采用不规则形状如椭圆或因地制宜，湿地单元之间种植草坪或设碎石踏步供游人行走。
复合流人工湿地的应用***，经过化粪池的生活污水和/或小区的雨水径流进入沉淀池预处理以后，首先进入垂直流湿地单元，污水中的TSS和BOD得到有效的去除，同时达到较好的硝化，BOD的去除和硝化同步完成，这主要是利用了垂直流湿地单元较高的氧传输能力，另外在垂直流湿地单元中也同时使有机氮转化成氨氮，少量的硝酸盐发生了反硝化作用；垂直流湿地单元出水进入下层的水平流砾石床，其内部以厌氧环境为主，污水中的污染物在水平流砾石床中得到进一步的去除，主要的除污过程是废水中硝酸盐发生反硝化反应，使污水中的TN得到有效的去除。出水可以通过集水井收集，进而回用于小区内绿地浇灌或作为杂用水等。另外小区的雨水径流可以收集后储存在地下沉淀池中，沉降后可以通过复合流人工湿地进行处理回用，这样可以同时实现小区内的生活污水和雨水径流的原位处理，而且还可以实现雨污水的资源化。
本发明具有如下优点：
本发明一种复合流人工湿地对现有技术进行了优化组合，并且从结构上进行优化设计，减少占地面积，为人工湿地污水生态处理技术在城市特别是新建小区内的推广与应用提供理论依据，更具有如下优点：
1.本发明复合流人工湿地是由垂直流人工湿地单元和水平流砾石床立体组合而成的污水生态处理***，水平流砾石床位于垂直流湿地单元的下部，占地面积大大减少，小于两种单项技术的平面结合，更小于某一种形式的湿地的占地面积，可以应用于使用土地紧缺的城市，特别是城市内具有一定绿化面积的居民区。
2.本发明复合流人工湿地使水平潜流***和垂直流***的优缺点可以得到互相补充，对污水的处理效果更好，可以有效的去除BOD、TSS和TN。复合流人工湿地具有独特的除氮效果，生活污水经过化粪池和沉淀池预处理后，进入垂直流湿地单元，污水中的TSS和BOD得到有效去除的同时达到较好的硝化，出水进入水平流砾石床，由于其氧传输能力比较差，***内环境以厌缺氧环境为主，主要的除污过程是废水中硝酸盐发生反硝化反应，使污水中的TN得到有效的去除，出水可以通过集水井收集，进而回用于小区内绿地浇灌或作为杂用水等。
3.本发明复合流人工湿地对污水中氮元素具有独特的去除效果，氨氮得到了充分的硝化，形成的硝酸盐氮也实现了部分的反硝化，当污水中的BOD值较低时，还可以实现内源反硝化，使氮元素最终转化成气体释放，实现了实质性的除氮。
4.本发明复合流人工湿地可以与城市绿化和小区的建设同步进行，具有一定的景观效果，增加了污水生态处理***与人类的亲和力，保证了环境卫生，美化了居住环境。
5.另外本发明复合流人工湿地可以将小区内的雨水径流汇集后引入***进行净化处理，同时解决了生活污水和雨水径流污染的问题；小区的雨期地表径流可以在沉淀池中沉降储存后，沉降后可以进入复合流湿地进行处理回用，，这样可以同时实现小区内的生活污水和雨水径流的原位处理，而且还可以实现雨污水的资源化实现从源头上对径流污染的控制，降低了其对地表水体的污染。
6.本发明***出水可以回用与绿地浇灌，也可以进行简单的消毒后用于洗车等生活杂用水，可以实现污水的资源化。
7.本发明运行方式多种，且可调可控；可以设多个***循环运行，这样既能保证***稳定，又提高了***的效率。
8.本发明能够实现城市小区内污水的零排放，经济效益、环境效益和社会效益显著。
附图说明
图1为本发明复合流人工湿地***的工艺流程示意图；
图2为图1中复合流人工湿地内部结构示意图；
图3为图1中穿孔布水管结构示意图。
具体实施方式
如图1-图3所示，来自与居民住宅的生活污水1首先进入化粪池2内进行发酵分解，然后溢流进入沉淀池3经过沉淀去除可沉降性固体，雨期的地表径流4先收集到沉淀池3中进行沉降储存，沉淀池中的污水经过污水泵房5提升加压进入到复合流人工湿地***7，进水是通过湿地上层的穿孔布水管6来达到均匀布水，穿孔管上覆盖粗砂或粗砾，防止臭气散发又不影响与大气的交换。废水先进入***上层的垂直流单元8，通过抽吸作用进入垂直流单元的大量的氧使其在有效的完成BOD的去除的同时也能够较充分的实现硝化，为了提高垂直流单元的处理效率和保证***的长期稳定，可以实行循环间歇的运行方式。垂直流单元通过底部穿孔管收集后重力自流进入水平流砾石床9中，水平流砾石床使来水中的BOD、TSS和病原菌等得到进一步的去除，使废水中已被硝化的氮元素进行反硝化变成氮气释放，实现最根本的除氮，在废水的有机物浓度比较低的情况下，有一部分反硝化为内源反硝化，水平流砾石床出水进入收集水井10内收集储存，定期开启泵房11中的提升泵房，可以浇灌小区的草坪12，也可以通过进一步的消毒装置13后，进入到洗车房14中作为杂用水，当水平流砾石床出水不理想时可以启动泵房11中回流泵将出水回流至进水端。
在复合流人工湿地***7中种植的湿地植物15主要为景观型湿生植物，采用的内部基质主要为砂砾16，其中垂直流单元8的底层和水平流砾石床的进出水端为大砾石17，上下两层之间采用土工布或一定厚度的不透水材料18隔开即可，另外整个***的底部和四周都需要做防渗，防止污染地下水。
复合流人工湿地可间歇运行，提高运行效率和***稳定，运行周期为4～12h；布水采用加压穿孔管方式，增加污水下行时的抽吸作用进而提高污水中的溶解氧。湿地出水进集水井，进而回用于绿地浇灌或作为杂用水等，实现了污水的原位处理和资源化。
复合流人工湿地由于其本身具有的功能环境，对总氮具有独特去除效果，在同为水力负荷10～20cm/d处理生活污水的条件下，复合流人工湿地的对TN的去除率可以达到80～90％，而单纯的水平流人工湿地或垂直流人工湿地仅能达到40～60％。所以在相同的处理要求下复合流人工湿地***的占地面积就大大的降低了。

Claims (5)

1.一种复合流人工湿地，其特征在于：由垂直流人工湿地单元和水平流砾石床上下组合而成，垂直流湿地单元位于***的上部，水平流砾石床位于***下部，从结构上来讲是一个整体。
2.按照权利要求1所述的复合流人工湿地，其特征在于：上部的垂直流湿地单元底部穿孔管收水后，通过弯管进入到下部的水平流砾石床上部，水平流砾石床底部坡度为1～5％，下部出水，垂直流湿地单元与水平流砾石床的床体深度比为3：1～1：1。
3.按照权利要求1所述的复合流人工湿地，其特征在于：垂直流湿地单元的底部收水区以及水平流砾石床的进水端和出水端均采用10～20mm的大砾石，其它的部分采用1-10mm的砂砾。
4.按照权利要求1所述的复合流人工湿地，其特征在于：垂直流湿地单元采用多孔管加压布水方式，湿地介质采用无土不同粒径1-10mm砂砾级配，垂直流湿地单元深度为40～80cm，根据选择的湿地植物相应调整，湿地单元之间种植草坪或设碎石踏步供游人行走。
5.一种复合流人工湿地的应用方法，其特征在于：经过化粪池的生活污水和/或小区的雨水径流进入沉淀池预处理以后，首先进入垂直流湿地单元，垂直流湿地单元出水进入下层的水平流砾石床，其内部以厌氧环境为主，出水可以通过集水井收集，进而回用于小区内绿地浇灌或作为杂用水。
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