CN113354088A - 一种饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，包括生物处理尾水单元、前端集水池、蠕动泵、虹吸水箱、穿孔布水管和落干式人工湿地，落干式人工湿地包括围挡，以及位于围挡中的湿地植物层、湿地基质层和湿地出水管；生物处理尾水单元的出水口和前端集水池的进水口连通，蠕动泵通过管道将前端集水池中的水通入虹吸水箱中，虹吸水箱的出水口和穿孔布水管的进水口连接，穿孔布水管位于湿地基质层上方，湿地植物层种植于湿地基质层中，湿地出水管位于湿地基质层的底部，且湿地出水管出水口位于围挡外侧。该装置可以解决现有技术中人工湿地易堵塞，复氧能力弱，植物氮磷资源化利用效果差，以及青贮饲料需求量大的问题。

Description

一种饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置
技术领域
本发明涉及农村生活污水尾水处理技术领域，具体来说，涉及一种饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置。
背景技术
随着国家经济技术的高速发展，农村居民的经济水平得到了显著提高，对水环境也提出了越来越高的需求，人工湿地作为重要的尾水处理单元，常用于处理经生物段处理后的生活污水，通过基质吸附、微生物降解实现污染物去除，同时湿地植物的栽植、收割，可实现氮磷资源化利用。
随着湿地体系的长期运行，传统湿地运行模式或多或少存在一些问题，如表流人工湿地因尾水漫过湿地表面，在夏季易造成蚊蝇滋生，冬季易液面结冰，同时复氧能力较差，同时水力负荷较低，潜流人工湿地相比于表流人工湿地虽有更好的复氧效果，但仍不能很好的满足有机物以及氨氮的去除要求，因此对于湿地构型提出了更高的要求。同样水生植物也是人工湿地的重要组成部分，可以有效的实现湿地体系氮磷资源化利用，延缓基质堵塞。传统的湿地植物如水生蔬菜、禾草、观赏植物，虽有一定的经济价值和资源化能力，但因植物生长速率慢或生物量小而不能高效的实现氮磷资源化利用，因此筛选大生物量的湿地植物就显得尤为重要。
发明内容
技术问题：本发明要解决的技术问题，本发明提供一种饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，以解决现有技术中人工湿地易堵塞，复氧能力弱，植物氮磷资源化利用效果差，以及青贮饲料需求量大的现状，
技术方案：为了解决上述技术问题，本发明实施例采用一种饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，包括生物处理尾水单元、前端集水池、蠕动泵、虹吸水箱、穿孔布水管和落干式人工湿地，所述落干式人工湿地包括围挡，以及位于围挡中的湿地植物层、湿地基质层和湿地出水管；所述生物处理尾水单元的出水口和前端集水池的进水口连通，蠕动泵通过管道将前端集水池中的水通入虹吸水箱中，虹吸水箱的出水口和穿孔布水管的进水口连接，穿孔布水管位于湿地基质层上方，湿地植物层种植于湿地基质层中，湿地出水管位于湿地基质层的底部，且湿地出水管出水口位于围挡外侧。
优选的，所述湿地基质层包括从上到下依次布设的河沙层、沸石层、陶粒层。
优选的，所述河沙层中的河沙粒径为0.3～1mm，所述沸石层中的沸石粒径为3～7mm，陶粒层中的陶粒粒径为10～20mm。
优选的，所述河沙层、沸石层、陶粒层的填充厚度比为1︰3︰1。
优选的，所述的饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，还包括通气管，通气管均匀垂直布设于湿地基质层，通气管采用pvc材质，通气管上每隔10cm设有孔径为5mm的呈十字形对称布设的四个结构通孔，通气管高度与湿地基质层的深度相同。
优选的，所述湿地植物层中种植有饲草植物。
优选的，所述饲草植物为菌草、皇竹草或甜象草中的一种或几种，整体种植密度为18～22株/m2。
优选的，所述饲草植物高度超过1.2m时，在靠近地面10cm的地方进行收割。
优选的，所述虹吸水箱进行序批式布水，单个虹吸周期时长为2h。
优选的，所述穿孔布水管采用pvc材质，穿孔布水管的底部每间隔10cm设有孔径为1mm的出水孔。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：本发明实施例的一种饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，通过喷淋进行均匀布水同时促进植物生长，基质粒径由上到下采用由细到粗的粒径级配，有效延长落干区水力停留时间，河沙的填入对磷素有较强的吸附能力，可强化磷素的去除，采用全落干的运行模式，即无淹没深度的设置，可有效增强体系复氧能力，强化氨氮的去除，同时对饲草植株进行定期收割，有效实现尾水中氮磷资源化利用。该体系具有运行方式灵活，易维护，处理成本低的优点，适用于尾水水质净化。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中湿地基质层和通气管的俯视图。
其中：生物处理尾水单元1，前端集水池2，蠕动泵3，虹吸水箱4，湿地植物层5，穿孔布水管6，河沙层7，沸石层8，陶粒层9，湿地出水管10，通气管11。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施案例，并参照附图对本发明作详细说明。
如图1所示，本实施例的一种饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，包括生物处理尾水单元1、前端集水池2、蠕动泵3、虹吸水箱4、穿孔布水管6和落干式人工湿地。落干式人工湿地包括围挡，以及位于围挡中的湿地植物层5、湿地基质层和湿地出水管10。生物处理尾水单元1的出水口和前端集水池2的进水口连通，蠕动泵3通过管道将前端集水池2中的水通入虹吸水箱4中，虹吸水箱4的出水口和穿孔布水管6的进水口连接，穿孔布水管6位于湿地基质层上方，湿地植物层5种植于湿地基质层中，湿地出水管10位于湿地基质层的底部，且湿地出水管10出水口位于围挡外侧。穿孔布水管6布水能有效实现均匀布水。
上述实施例中，湿地出水管10位于落干湿地的底端，保证湿地体系无淹没深度。
本实施例进行污水脱氮除磷的方法包括以下步骤：尾水进入前端集水池2进行水质水量的均化，经过蠕动泵3提升至虹吸水箱4，当水位到达一定高度时湿地进行虹吸出水，污水流经穿孔布水管6，均匀布水到湿地***，污水由基质表面进入湿地体系，经湿地植物吸收、根系拦截、湿地基质层吸附以及微生物降解的共同作用，实现氮磷的去除，然后排出体系，流出湿地***，湿地出水管10位于湿地底端，保证体系处于全落干的运行模式，达到尾水水质净化的目的。
本实施例的落干式人工湿地采用落干的运行模式，即污水由基质表面跌落至湿地底端，体系无淹没水位的设置，由于污水的跌落可将大气中的氧吸入湿地基质内，提高湿地体系氧传输量，强化复氧效果，有利于氨氮及有机物的去除。落干式人工湿地采用喷淋与空闲结合的运行方式，即形成时间上“好氧-缺氧”循环交替环境，在保证体系充足复氧的条件下强化缺氧条件，提高体系反硝化能力，保证出水水质。本实施例中，湿地造价较低，运行成本低，易维护，有良好的附加效益和处理效果，适用于农村生活污水中尾水处理。
优选的，所述湿地基质层包括从上到下依次布设的河沙层7、沸石层8、陶粒层9。湿地基质层采用上细下粗的级配方式，可更好的改善流态，延长尾水与基质接触时间，强化***净化效果。
优选的，所述河沙层7中的河沙粒径为0.3～1mm，所述沸石层8中的沸石粒径为3～7mm，陶粒层9中的陶粒粒径为10～20mm。所述河沙层7、沸石层8、陶粒层9的填充厚度比为1︰3︰1。最上层的河沙具有粒径小的特点，是吸附磷素的良好介质，同时能促进湿地***均匀布水。河沙对磷素有良好的吸附效果，且吸附饱和量较大。沸石具有多孔的结构，有利于微生物的附着生长，可快速形成生物沸石，有利于对水中的氨氮降解，促进氨氮的转化。沸石的多孔结构有利于植物根系生长和微生物附着，可提高氨氮的转化效率。最下层的陶粒是具有多孔结构的惰性填料，微生物易于附着，大粒径的陶粒可起到承托作用，保证体系稳定。
湿地基质层的填充采用三层基质分层填充，上细下粗的填充方式可改善污水流态，河沙、沸石、陶粒的配比能延长污水在湿地内停留时间，加强体系氮磷去除效果。
如图2所示，所述的饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，还包括通气管11，通气管11均匀垂直布设于湿地基质层，内径为100mm，通气管11采用pvc材质，通气管11上每隔10cm设有孔径为5mm的呈十字形对称布设的四个结构通孔，通气管11高度与湿地基质层的深度相同。通气管放置密度为长、宽方向每隔2m放置一根通气管，通气管长度与基质填充深度保持一致。随着基质填充时放入池体，通气管11设置结构通孔，可有效促进湿地体系自然复氧，加强硝化作用。通气管11设置结构通孔，有利于实现落干湿地不同填充深度均与大气环境有良好的气体交换，保证湿地体系好氧环境，进而强化硝化细菌的硝化作用。
优选的，所述湿地植物层5中种植有饲草植物。所述饲草植物为菌草、皇竹草或甜象草中的一种或几种，整体种植密度为18～22株/m2。优选的，所述饲草植物高度超过1.2m时，在靠近地面10cm的地方进行收割。饲草植物是一种茎叶可用于喂食食草动物或者制作青贮饲料的植物，具有多次刈割，产量高，生物量大的优点，随着“粮改饲”政策的提出和种养结合模式试点工作的推进，饲草植物在实现尾水中氮磷资源化的同时能带来良好的附加经济价值，其发达的根系也可有效缓解基质堵塞问题，延长湿地使用寿命。整个湿地***具有运行成本底，易维护，附加经济效益显著的优点，实现了湿地环境效益与经济成本效益双结合，其出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918-2002)一级B排放标准。上述当饲草植物高度超过120cm时，在靠近地面10cm的地方进行收割，有效实现氮磷资源化利用，冬季应搭建大棚进行保暖，保证出水水质以及植物顺利越冬。
优选的，所述虹吸水箱2进行序批式布水，单个虹吸周期时长为2h。
优选的，所述穿孔布水管6采用pvc材质，穿孔布水管6的底部每间隔10cm设有孔径为1mm的出水孔。出水孔为左右对称向下分布，与垂直方向呈45°夹角。穿孔布水管6放于基质表面，保证体系的布水均匀。
本发明的饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，采用污水由上至下跌落排出的运行模式，无淹没水深。相比较于潜流人工湿地，本发明的装置具有更好的复氧能力，有利于有机物以及氨氮的去除，同时具有更大的水力负荷，即单位面积的湿地在单位时间内可以处理更多的污水。
本实施例的装置通过通气管的安装，进水方式的控制，形成时间上“好氧-缺氧”交替循环的湿地环境，可强化体系脱氮除磷。大生物量饲草植物的种植，将污水中氮素磷素进行吸收，供植物自身生长繁殖，可实现氮磷资源化利用。饲草植物发达的根系可对污水中有机物以及悬浮颗粒进行拦截，防止污水流经落干湿地时造成堵塞，并且随着植物根系的不断成长，可为微生物的生长提供更多附着空间，进一步强化污染物的去除。定期收割的饲草可用作青贮饲料的原料，具有良好的附加经济效益，易于在农村推广，间歇进水方式通过虹吸水箱实现，可以有效避免机械开关水泵造成的损坏。
本发明中，前端集水池2收集尾水，虹吸水箱4控制间歇进水，穿孔布水管6均匀布水，水生植物吸收氮磷，基质级配改善流态，提升体系对污染物的去除效果。其中，前端集水池2起均匀水质水量的目的，经生物单元处理的尾水流入前端集水池2，减少水量和浓度变化对湿地体系的影响，设计有效容积为当地日平均水量8h的水力停留时间所对应的体积。湿地出水管10位于湿地下方，体系不设置淹没深度，间歇进入湿地体系的污水全部自流排出体系，保证湿地复氧效果。虹吸水箱4通过虹吸水位的设置，控制间歇进水，将虹吸水箱体积与布水服务单位面积的比值定义为布水负荷。在饲草型落干湿地中布水负荷为12.5L/(m2·h)，布水周期为2h，单位面积湿地水力负荷为0.3m3/(m2·d)。
本实施例的落干式人工湿地采用间歇喷淋进水的运行方式，水力负荷为0.3m3/(m2·d)，喷淋周期为2h，间歇喷淋可形成“好氧-缺氧”交替环境，有效提高体系复氧效果以及反硝化能力，同时进行基质填充时安装通气管，强化复氧效果。
本发明中采用大生物量落干式人工湿地，有效改善传统湿地中复氧能力弱的不足，同时将大生物量的饲草植物引入人工湿地中，由于饲草植物具有生长速度块，耐受性好的特点，在湿地中长势良好，并有效提高了氮磷资源化利用效率，发达的根系可改善流态，提升出水水质，延缓基质堵塞，易于后期维护，收割后的饲草可用于制备青贮饲料，具有良好的经济附加效益，同时能有效调动村民积极性，实现环境效益和经济效益的双赢。
湿地内种植饲草植物均属根系发达、生物量大的饲草植物，对尾水中的氮素磷素有良好的吸收效果，可在保证体系脱氮除磷的基础上实现氮磷资源化利用，其发达的根系优化了湿地体系流态，延长污水在体系内的停留时间，也可对污水中悬浮物进行拦截，减缓出水堵塞。饲草植物，例如：菌草、皇竹草、甜象草中的一种或几种，其具有发达的根系，可对污水中有机物、悬浮物进行拦截，防止污水对落干湿地造成堵塞，同时，发达的根系也可延长污水在落干湿地中的流程，延长停留时间，饲草植物整体种植密度为18～22株/m2。湿地内大生物量植物种植为多年生的菌草、皇竹草、甜象草，三者均为饲草，具有生物量大、耐受性好、生长速率快的特点，生长过程中氮肥磷肥需求量大，对水中的氮磷有良好的吸收效果。相比较而言，菌草适用于修复高PO4 3--P浓度、任何NH4 +-N浓度的污水，但对NO3 --N吸收效果一般；甜象草适用于修复低PO4 3--P浓度，高NO3 --N浓度的污水，但对NH4 +-N的吸收效果一般；皇竹草适用于低NO3 --N浓度的污水，但对PO4 3--P和NH4 +-N的吸收效果不显著。同时它们都具有发达的根系，可为微生物的附着生长提供更多的空间，根系泌氧作用有利于污染物的降解，饲草发达的根系可改善湿地流态，与纯基质湿地相比，饲草植物的种植提升湿地氮素去除效果10％以上，并且根系的生长可拦截污水中悬浮物质，延缓堵塞。同时饲草为多年生植物，具有分蘖生长的特点，当植株地面高度高于120cm时用镰刀进行收割，在距离地面10cm的高度收割，完成收割的植物会分蘖生长，具有良好的植株活性和生长速率，同时收割的饲草可用于制备青贮饲料，在实现氮磷资源化利用的同时带来良好的经济附加效益，可有效调动村民积极性，降低处理成本。
利用上述实施方式净化尾水，经实验证明，在平均进水COD、氨氮、总氮、总磷浓度为72.87、9.38、26.17、2.02mg/L的条件下，大生物量落干式人工湿地对COD、氨氮、总氮、总磷的去除率平均值分别达到61.98％、89.63％、32.30％和61.08％，除个别点外出水氨氮、COD均达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，总氮和总磷均达到了《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准。
以上所述具体实施案例，对本发明的实施方式做出了详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式，对于本领域的技术人员而言，在本发明的原理和技术思想的范围内，对实施方式进行若干修饰、润色、改进、变换仍属于本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，其特征在于：所述装置包括生物处理尾水单元(1)、前端集水池(2)、蠕动泵(3)、虹吸水箱(4)、穿孔布水管(6)和落干式人工湿地，所述落干式人工湿地包括围挡，以及位于围挡中的湿地植物层(5)、湿地基质层和湿地出水管(10)；
所述生物处理尾水单元(1)的出水口和前端集水池(2)的进水口连通，蠕动泵(3)通过管道将前端集水池(2)中的水通入虹吸水箱(4)中，虹吸水箱(4)的出水口和穿孔布水管(6)的进水口连接，穿孔布水管(6)位于湿地基质层上方，湿地植物层(5)种植于湿地基质层中，湿地出水管(10)位于湿地基质层的底部，且湿地出水管(10)出水口位于围挡外侧。
2.按照权利要求1所述的饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，其特征在于，所述湿地基质层包括从上到下依次布设的河沙层(7)、沸石层(8)、陶粒层(9)。
3.按照权利要求2所述的饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，其特征在于，所述河沙层(7)中的河沙粒径为0.3～1mm，所述沸石层(8)中的沸石粒径为3～7mm，陶粒层(9)中的陶粒粒径为10～20mm。
4.按照权利要求2所述的饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，其特征在于，所述河沙层(7)、沸石层(8)、陶粒层(9)的填充厚度比为1︰3︰1。
5.按照权利要求2所述的饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，其特征在于，还包括通气管(11)，通气管(11)均匀垂直布设于湿地基质层，通气管(11)采用pvc材质，通气管(11)上每隔10cm设有孔径为5mm的呈十字形对称布设的四个结构通孔，通气管(11)高度与湿地基质层的深度相同。
6.按照权利要求1所述的饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，其特征在于，所述湿地植物层(5)中种植有饲草植物。
7.按照权利要求6所述的饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，其特征在于，所述饲草植物为菌草、皇竹草或甜象草中的一种或几种，整体种植密度为18～22株/m2。
8.按照权利要求6所述的饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，其特征在于，所述饲草植物高度超过1.2m时，在靠近地面10cm的地方进行收割。
9.按照权利要求1所述的饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，其特征在于，所述虹吸水箱(2)进行序批式布水，单个虹吸周期时长为2h。
10.按照权利要求1所述的饲草型落干式人工湿地处理农村生活污水尾水的装置，其特征在于，所述穿孔布水管(6)采用pvc材质，穿孔布水管(6)的底部每间隔10cm设有孔径为1mm的出水孔。
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