CN103241893A - 一种“串联-并联”可调式复合人工湿地*** - Google Patents
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Abstract
本发明属于生态工程技术领域,涉及一种“串联-并联”可调式复合人工湿地***。本发明通过对湿地生态***进行处理,构建生态沉降塘、悬浮物沉降池、表流湿地、潜流湿地和浮岛组成的复合人工湿地生态功能单元,经过分段分级组合形成“串联-并联”可调式功能,形成高处理效率、低投资、低运行费用、低维护技术、低能耗、易管理、易维护、适用范围广的“串联-并联”可调式复合人工湿地***。本发明可根据污染物的种类及污染程度,对复合人工湿地生态功能单元的顺序、级段数以及植物配置进行调节。
Description
技术领域
本发明属于生态工程技术领域,涉及一种“串联-并联”可调式复合人工湿地***。
背景技术
人工湿地(Constructed Wetland,CW)污水处理技术是70年代末发展起来的一种污水处理新技术,它的原理主要是利用湿地中基质、水生植物和微生物之间的三重协同作用,通过过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污水的高效净选择。它具有处理效果好(其对BOD的去除率可达85%~95%,COD的去除率可达80%以上,处理出水的BOD5可小于10mg/L、SS可小于20mg/L、对TN和TP的去除率分别可达60%和90%)、运转维护管理方便、工程基建和运转费用低(其基建和运转费用分别为传统二级活性污泥法处理工艺的1/10至1/2)以及对负荷变化适应能力强等主要特点,比较适合技术管理水平不高、规模较小的城镇或乡村的污水处理。
人工湿地对水体中各种污染物的去除依赖于湿地生态***内部各种物理、化学和生化反应的协同作用。根据径流方向,人工湿地分为表流湿地和潜流湿地。表流湿地一般水力负荷较小,对污水的净化效果易受温度、太阳辐射、降水等外界条件影响。潜流湿地是污水在人工湿地的土壤表层以下流动,主要依靠基质的过滤及表面生物膜的吸附、降解作用净化污水,由于水流在地表下流动,保温性能好,处理效果受温度影响较小。人工湿地技术是在一定长宽比及底面坡度的洼地中,填充一定的填料形成填料床,在床表面种植具有处理性能好、成活率高、抗污性强的水生植物而构成的一个独特的动植物生态***。根据水流方式可分为自由表流湿地、潜流湿地和垂直流湿地。根据湿地中主要植物形式可分为浮水植物***、挺水植物***和沉水植物***。
在我国,人工湿地技术在理论和实践上都不完善,还远远不能解决我国湿地污染严重的问题。因此,为了解决我国湿地污染严重的问题,本发明通过对湿地生态***进行处理,构建生态沉降塘、悬浮物沉降池、表流湿地、潜流湿地和浮岛组成的复合人工湿地生态功能单元,经过分段分级组合形成“串联-并联”可调式功能,达到易管理、易维护、高效净化污水的目标。
发明内容
本发明目的在于提供一种具有高处理效率、低投资、低运行费用、低维护技术、低能耗、易管理、易维护、适用范围广的“串联-并联”可调式复合人工湿地***污水处理方法。
本发明在于构建的复合人工湿地,是基于“串联-并联”模式的,并且能够可调节,整个***由生态沉降塘(图1)、悬浮物沉降池(图2和图3)、潜流湿地(图4和图5)、表流湿地(图6)和浮岛(图7)组成的(图8),首先通过生态沉降塘沉降污水中的泥沙并进行一定的初级处理,然后进入悬浮物沉降池,将污水中的悬浮物沉降至底部之后进入潜流湿地生态功能单元,最后进入多段表流湿地生态功能单元,进行逐级拦截、过滤、沉降和降解污染物。本发明可根据污染物的种类及污染程度,对复合人工湿地生态功能单元的顺序、级段数以及植物配置进行调节。
其中,所述生态沉降塘(图1)通过减缓水流流速并提高水力停留时间,使得污水得到充分静止促进泥沙沉降;岸带(1)采用湿地植物护岸;同时在生态沉降塘(图1)中配置浮岛(2)对污水进行初级净化,设置入水口(3)和出水口(4)各一处。。
所述悬浮物沉降池(图2和图3)由水泥池(5)、进水口(6)和出水口(7)各一处以及隔栅(8)组成,通过减缓来自生态沉降塘的水流流速并提高水力停留时间,其中出口装有格栅用于阻挡悬浮物进入到潜流湿地,使得经过生态沉降塘(图1)初步沉降的污水进一步沉降和过滤,充分静止促进悬浮物沉降,用于减少对潜流湿地堵塞问题。
所述潜流湿地处理方法主要包括在建立潜流湿地的水道铺设防渗膜;潜流湿地墙体(9)由混凝土和粘土夯实做成;在防渗膜上方依次填充圆形砾石(13)、块状砾石(12)、碎石(11)和砂土(10);同时配有出水口(14)一处,并每隔3-8m竖立带孔(16)的复氧处理装置(15)用于透气;保持1~5%的总体坡度。进入潜流湿地的污水在床体的表面下流动,一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层填料截留等作用,提高处理效果和处理能力;另一方面由于水流在地表下流动,保温性好,处理效果受气候影响较小,且卫生条件较好。
所述潜流湿地各个处理单元采用并行方式与悬浮物沉降池(图2和图3)相连,形成“并联”模式,便于潜流湿地运营期维护,即当某一潜流湿地单元发生堵塞失去净化功能时,可以人为关闭并及时进行维修,而此时其他单元由于采取了并联方式仍然可以保障运行,确保整个复合人工湿地继续运行。
所述表流湿地处理方法主要通过植物的茎叶的拦截、填料的吸附过滤和污染物的自然沉降,以及植物的吸收来达到去除污染物的目的。污水在填料的上层水平流动,固态悬浮物被填料及植物根系阻挡截留而沉淀,微生物也附着在填料或植物的根茎叶上发挥生物降解作用,同时植物体本身也有强大的吸收能力,能够吸收水中污染物累积在植物体内,从而去除水中污染物。
所述表流湿地构建方法主要包括在建立表流湿地的水道铺设防渗膜,防止污水下渗污染地下水;填充砂壤土、壤土和粘土等材料作为湿地植物生长的基质;保持1~5%的总体坡度;根据不同的填充模式及水深种植相应的湿地植物,一般水深15~30cm可种植香蒲、慈姑、扁秆藨草、水芹等,水深30~55cm种植水葱、黑三棱、菖蒲等,水深55cm以上种植荇菜、狐尾草、水鳖等。
所述表流湿地各个处理单元采用串行方式与潜流湿地相连,形成“串联”模式,便于节约占地和日常维护。
在本发明的“串联-并联”可调式复合人工湿地***处理方法中,对于有较大水面的表流湿地,还可采用人工浮岛处理方法。
所述浮岛(21)处理方法主要利用生态工学原理,人为将湿生植物或经改良后的陆生植物,以浮岛(21)作为载体,种植到富营养化水体的水面,通过植物的生长吸收、吸附、降解富集在水体中的氮、磷及有害物质,同时为多种生物创造环境,协同提高水质、美化景观,在一定程度上重建并恢复水生生态***。此外,浮岛(21)处理技术还具有一定的消波护岸作用。
本发明采用的浮岛(21),每一种模式中的植物可以起到不同净化效果,根据情况也可以选择其中一种或几种搭配使用。
本发明采用的浮岛(21),是由空心圆形橡胶浮圈(22)、绢网(23)和带有麻绳的铁锚(24和25)组成。
本发明在借鉴已有人工湿地处理技术的基础上,集成了表流湿地、潜流湿地和浮岛技术,通过采用了不同基质、不同水深及不同湿地植物的多种搭配分段构建的生态沉降塘、悬浮物沉降池、表流湿地、潜流湿地以及人工浮岛综合运用的污水湿地处理***,通过对这些功能单元进行“串联-并联”可调式分段分级组合,能有效地去除污染物,改善湿地生态环境。本发明具有高处理效率、低投资、低运行费用、易于维护、低能耗、适用范围广的特色。
附图说明
图1为本发明实例生态沉降塘处理方法的布置图;
图2为本发明实例悬浮物沉降池处理方法的布置图;
图3为本发明实例悬浮物沉降池处理方法的剖面图;
图4为本发明实例潜流湿地处理方法的剖面图;
图5为本发明实例潜流湿地复氧处理装置;
图6为本发明实例表流湿地处理方法的剖面图;
图7为本发明实例浮岛处理方法的剖面图;
图8为本发明实例”串联-并联”可调式复合人工湿地***处理方法示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
图1用本发明实例来说明生态沉降塘处理方法,其生态沉降塘水深设计为1.5m,长度40m,宽度15m,生态沉降塘内配有浮岛,岸带采用黄花鸢尾、芦苇等湿地植物进行护岸,同时设置入水口和出水口各一处。
图2和图3用本发明实例来说明悬浮物沉降池处理方法,悬浮物沉降池由水泥池、进水口和出水口各一处以及隔栅组成,隔栅安置在出水口之前,用于过滤悬浮物,设计深度为2m,长度20m,宽度15m。
图4用本发明实例来说明潜流湿地处理方法。潜流湿地的污水在湿地床体的表面下流动,一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层填料截留等作用,提高处理效果和处理能力;另一方面由于水流在地表下流动,保温性好,处理效果受气候影响较小,且卫生条件较好。
潜流湿地处理方法主要包括:在建立潜流湿地的水道上铺设防渗膜;潜流湿地墙体(9)由混凝土和粘土夯实做成;在防渗膜上方依次填充圆形砾石(13,直径25cm~35cm)、块状砾石,12,尺寸规格20cm~30cm)、碎石(11,尺寸规格1.0cm~3.0cm)和砂土(10);同时配有出水口(14)一处;在砂土上种植水杉、芦苇和鸢尾以及美人蕉等湿地植被;并每隔5m竖立带孔(16)的潜流湿地复氧处理装置(15)用于透气;潜流湿地保持4%的总体坡度,保证水流自流出潜流湿地进入表流湿地。
图5用本发明实例来说明潜流湿地复氧处理装置(15),由PVC管制成,PVC管开有若干小孔(16)用于透气,直径为20cm。
图6用本发明实例来说明表流湿地处理方法。表流湿地处理方法主要通过植物的茎叶的拦截、填料的吸附过滤和污染物的自然沉降,以及植物的吸收来达到去除污染物的目的。污水在填料的上层水平流动,固态悬浮物被填料及植物根系阻挡截留而沉淀,微生物也附着在填料或植物的根茎叶上发挥生物降解作用,同时植物体本身也有强大的吸收能力,能够吸收水中污染物累积在植物体内,从而去除水中污染物。
表流湿地处理方法主要包括:在建立表流湿地的水道上建有防渗粘土层(17),防止污水下渗污染地下水;在粘土层上方依次填充砂土和种植土等(17)材料作为湿地植物生长的基质;保持2%的总体坡度;根据不同的填充模式及水深种植相应的湿地植物,湿生环境种植垂柳、芦苇等湿地植被(18);一般水深15~50cm种植鸢尾、水芹、香蒲、黑三棱、菖蒲、灯芯草等(19);水深55cm以上种植荇菜、穗状狐尾藻、水鳖等(20),同时安置浮岛(21)。
图7用本发明实例来说明浮岛(21)处理方法。浮岛(21)处理方法主要利用生态工学原理,人为将湿生植物或经改良后的陆生植物,以浮岛(21)作为载体,种植到富营养化水体的水面,通过植物的生长吸收、吸附、降解富集在水体中的氮、磷及有害物质,同时为多种生物创造环境,协同提高水质、美化景观,在一定程度上重建并恢复水生生态***。此外,浮岛(21)处理技术还具有一定的消波护岸作用。浮岛(21)处理方法主要与有较大水面的表流湿地结合运用,浮岛(21)长宽均为3.0m,带有麻绳的铁锚(24和25)长度为2.0m。
图8用本发明实例来说明湿地处理方法。该***是一种新型的、生态的污水处理***,是通过在人工湿地填料上种植特定的湿地植物,并集成新型浮岛和潜流湿地构建技术建立起的复合人工湿地生态***。当污水通过该***时,其中的污染物被***吸收或分解,使出水水质得到有效净化,实现污水达标排放。太湖三山岛复合人工湿地污水处理***全长250m,占地面积约40亩,***共分6段(26~31)。其功能配置:①生态沉降塘(26);②悬浮物沉降池(27);③潜流湿地(28);④表流湿地I(29);⑤表流湿地II(30);⑥表流湿地III(30)。
其中26为表流湿地功能单元,是三山岛生活污水汇集区,通过人工管道将整个岛屿250农户的生活污水集中到泵房,并进行初步的处理;27为配有网托式人工浮岛的表流湿地功能单元,长65m、宽10m、水深1.2m,植物以凤眼莲和空心莲子菜为主,湿地岸带植物为芦苇、黄花鸢尾等,采用湿地植物生态护岸;28为潜流湿地功能单元,东边宽65m,西边宽30m,北边长67m,南边长66m,水面位于砾石下5cm左右。改造工程包括复氧管安装、杂物清除,砾石铺设(粒径5~6cm),局部配置有可拆洗潜流湿地处理模块,底层采用粘土基质夯实防渗,最上层栽种水生美人蕉、黄花鸢尾、水菖蒲和水莎草等,该段与27处理单元维持高差0.5m左右,布水采用滴管或漫灌两种方式。29为表流湿地功能单元的第一处理单元,采用串联结构,总长度195m,均宽度29m,水深设计为0.4m,主要工程包括微地形改造技术、水力联通技术等,该段湿地植物配置以旱柳和当地沉水植被为主,护岸以挺水植物护岸为主。30为表流湿地功能单元的第二处理单元,采用并联结构;每个单元长度138m,均宽度32m,水深设计为0.5m,主要工程包括微地形改造技术、基质改良技术等;净化植物以香铺、睡莲、空心莲子菜和芦苇为主,景观营造植物以慈姑、王莲为主;护岸植物选择黄花鸢尾、再力花等为主。31为表流湿地功能单元的第三处理单元,长132m、宽度25m,水深1.5m,植物配置选择沉水植物和漂浮植物,沉水植物选择狐尾藻、眼子菜和菹草,用于浮岛的植物选择黄花水龙、水花生、水鳖、大漂等;浮岛采用固定网托式浮岛(利用牵引和锚定方式将其固定在局部),护岸采用块石护岸技术。
各湿地生态功能单元可根据污染物的种类及污染程度,顺序、级段数以及水生植物可进行调节。
虽然,上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述,但在本发明基础上,可以对之作一些修改或改进,这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此,在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进,均属于本发明要求保护的范围。
Claims (8)
1.一种基于“串联-并联”可调试复合人工湿地***,由生态沉降塘(图1)、悬浮物沉降池(图2和图3)、潜流湿地(图4和图5)、表流湿地(图6)和浮岛(图7)组成,首先通过生态沉降塘(图1)沉降污水中的泥沙并进行一定的初级处理,然后进入悬浮物沉降池(图2和图3),将污水中的悬浮物沉降至底部之后进入潜流湿地(图4和图5)生态功能单元,最后进入多段表流湿地(图6)生态功能单元,进行逐级拦截、过滤、沉降和降解污染物。本发明可根据污染物的种类及污染程度,对复合人工湿地生态功能单元的顺序、级段数以及植物配置进行调节。
2.根据权利要求1所述的生态沉降塘,其特征在于,通过减缓水流流速并提高水力停留时间,使得污水得到充分静止促进泥沙沉降;岸带(1)采用湿地植物护岸;同时在生态沉降塘(图1)中配置浮岛(2)对污水进行初级净化,设置入水口(3)和出水口(4)各一处。
3.根据权利要求1所述的悬浮物沉降池,其特征在于,由水泥池(5)、进水口(6)和出水口(7)各一处以及隔栅(8)组成,通过减缓来自生态沉降塘的水流流速并提高水力停留时间,其中出口装有格栅用于阻挡悬浮物进入到潜流湿地,使得经过生态沉降塘初步沉降的污水进一步沉降和过滤,充分静止促进悬浮物沉降,用于减少对潜流湿地堵塞问题。
4.根据权利要求1所述的潜流湿地,其特征在于,主要包括在建立潜流湿地的水道铺设防渗膜;潜流湿地墙体(9)由混凝土和粘土夯实做成;在防渗膜上方依次填充圆形砾石(13)、块状砾石(12)、碎石(11)和砂土(10);同时配有出水口(14)一处,并每隔3-8m竖立带孔(16)的复氧处理装置(15)用于透气;保持1~5%的总体坡度。
5.根据权利要求1所述的潜流湿地,其特征在于,潜流湿地各个处理单元采用并行方式与悬浮物沉降池相连,形成“并联”模式,便于潜流湿地运营期维护,即当某一潜流湿地单元发生堵塞失去净化功能时,可以人为关闭并及时进行维修,而此时其他单元由于采取了并联方式仍然可以保障运行,确保整个复合人工湿地继续运行。
6.根据权利要求1所述的表流湿地,其特征在于,包括在建立表流湿地的水道铺设防渗膜,防止污水下渗污染地下水;填充砂壤土、壤土和粘土等材料作为湿地植物生长的基质;保持1~5%的总体坡度;根据不同的填充模式及水深种植相应的湿地植物,一般水深15~30cm可种植香蒲、慈姑、扁秆藨草、水芹等,水深30~55cm种植水葱、黑三棱、菖蒲等,水深55cm以上种植荇菜、狐尾草、水鳖等。
7.根据权利要求1所述的表流湿地,其特征在于,表流湿地各个处理单元采用串行方式与潜流湿地相连,形成“串联”模式,便于节约占地和日常维护。
8.根据权利要求1所述的浮岛(21),其特征在于,本发明采用的浮岛(21),是由空心圆形橡胶浮圈(22)、绢网(23)和带有麻绳的铁锚(24和25)组成。
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