CN211999044U - 一种用于脱氮除磷的复合人工湿地*** - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及污水处理技术领域，公开了用于一种用于脱氮除磷的复合人工湿地***，沿水流方向，包括顺次连通的垂直流人工湿地、水平潜流人工湿地及表面径流人工湿地单元，垂直流人工湿地兼有水平潜流湿地的厌氧与表面径流湿地的好氧特点，在离水面较近的区域氧气充足，有利于硝化细菌的硝化作用，随着深度的加大，溶氧减少，脱氮硫杆菌和硫铁矿在缺氧环境下发生氮的反硝化和有机物的厌氧降解作用，实现了水中污染的去除；另外，铁离子还可与磷酸根结合，达到除磷的效果。水平潜流湿地中供氧不足，主要进行反硝化脱氮过程。表面径流湿地中，植物根系向土壤运输氧气形成好氧区，离根系较远的区域为兼性厌氧区，在硝化反硝化细菌作用下进行脱氮。
Description
技术领域
本实用新型涉及污水处理技术领域，具体涉及一种用于脱氮除磷的复合人工湿地***。
背景技术
人工湿地是人为建立的通过模拟自然湿地***处理污水的人工生态***，主要由基质、水生植物、微生物构成，利用土壤、人工基质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用来实现污染物的去除分解。与传统废水处理工艺相比，利用人工湿地处理废水具有以下优点：需要的构筑物和设备较少，不需人工曝气供氧，基建投资和运行费用较低，一般只需常规处理的1/2～1/5左右；湿地处理***不设二沉池，***的产泥量较少等，目前人工湿地已被广泛应用于生活污水处理、湖泊河流治理、废水深度处理等领域。
在人工湿地废水处理***中，人工湿地对氮的去除主要包括植物摄取、基质吸附和微生物的硝化/反硝化作用，其中后两者作用相对明显，但微生物进行硝化作用需充足的供氧，而人工湿地中的氧主要依靠植物传输和大气负氧，在实际运行中远不能满足微生物的需要。另外，生活污水中碳氮比普遍低，易导致反硝化过程所需要的电子供体不足，影响出水总氮达标。人工湿地对磷去除主要包括植物吸收和填料截留，但是人工湿地在冬季运行过程中会出现植物枯萎甚至死亡的情况。因此增强人工湿地脱氮除磷效果，是目前急需解决的问题。
为此，现有技术中公开了一种复合垂直流一体化***，包括下向流装置和上向流装置，下向流装置与上向流装置的底部相互连通，下向流装置的上部设有进水口，上向流装置的上部设有出水口；下向流装置自上而下依次为：土壤层、陶粒层、石英砂层、卵石层；上向流装置自上而下依次为：土壤层、砾石层、沸石层、卵石加碳源层。该***中，虽然上向流装置能提供微生物发生反硝化作用降解有机物的缺氧环境，但在基质填料质量较大的情况下，上向流会增大水泵阻力，增大***能耗，同时，还容易发生堵塞，提高***运行成本。
实用新型内容
因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有的人工湿地***存在能耗高且易堵塞的缺陷从而提供一种能耗低、不易堵塞且脱氮除磷效果好的复合人工湿地***。
为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种用于脱氮除磷的复合人工湿地***，包括顺次连接的第一进水配水区、多级组合人工湿地处理区和第三出水集水区；所述第一进水配水区下方设置第一进水口，所述第三出水集水区下方设置第三出水口；其中，
沿水流方向，所述多级组合人工湿地处理区包括顺次连通的一级垂直流人工湿地单元、二级水平潜流人工湿地单元及三级表面径流人工湿地单元；
所述一级垂直流人工湿地单元的上方设置有向所述一级垂直流人工湿地单元配水的第一配水管道，所述第一配水管道与所述第一进水配水区相通。
进一步地，所述第一配水管道包括与所述第一进水配水区相通的配水主管以及设置在所述配水主管上的若干配水支管，所述配水支管上设有若干布水孔，用于向所述一级垂直流人工湿地单元进行配水。
更进一步地，所述配水主管可活动式设置在所述一级垂直流人工湿地单元相对两侧墙体内。
进一步地，所述一级垂直流人工湿地单元的填料层从上至下依次包括：第一火山岩层、第一石灰岩层、第一硫铁矿层及第一鹅卵石层，所述第一第一火山岩层、所述第一石灰岩层、所述第一硫铁矿层及所述第一鹅卵石层的高度比为(3～12)：3：(3～12)：3；
所述二级水平潜流人工湿地单元的填料层从上至下依次包括：第二火山岩层、第二石灰岩层、第二硫铁矿层及第二鹅卵石层，所述第二火山岩层、所述第二石灰岩层、所述第二硫铁矿层及所述第二鹅卵石层的高度比为1：1：1：1；
所述三级表面径流人工湿地单元的填料层从上至下依次包括：土壤层和鹅卵石层，所述土壤层的表面种植水生植物。
更进一步地，所述第一火山岩层和所述第二火山岩层的火山岩的粒径为10～15mm；所述第一石灰岩层和所述第二石灰岩层的石灰岩的粒径为 5～10mm；所述第一硫铁矿层和所述第二硫铁矿层的硫铁矿的粒径为3～5 mm；所述水生植物为黄花鸢尾，种植密度为40～50颗/平方米。
进一步地，经过所述一级垂直流人工湿地单元处理的污水由第一出水通道进入第一出水集水区，并经所述第一出水集水区上方的第二配水管道进入第二进水配水区，经所述第二进水配水区上方的溢流板进入所述二级水平潜流人工湿地单元；经过所述二级水平潜流人工湿地单元处理的污水由第二出水通道进入第二出水集水区，并经所述第二出水集水区上方的第三配水管道进入第三进水配水区，经所述第三进水配水区上方的溢流板进入所述三级表面径流人工湿地单元；经过所述三级表面径流人工湿地单元处理的污水由第三出水通道进入所述第三出水集水区，并由第三出水口达标排放。
进一步地，所述第一出水通道、所述第二出水通道及所述第三出水通道分别设置在对应人工湿地单元的出水侧下方位置，其高度不高于对应人工湿地单元中所述卵石层的高度。
更进一步地，所述第一出水通道、所述第二出水通道及所述第三出水通道为分别设置在对应人工湿地单元出水侧的透水板，所述透水板上具有若干透水孔。
进一步地，所述第一进水配水区及所述第二进水配水区内均铺设硫磺颗粒，粒径为3～5mm。
进一步地，所述第一出水集水区、所述第二进水配水区、所述第二出水集水区及所述第三进水配水的下方均设置排水孔。
本实用新型技术方案，具有如下优点：
1.本实用新型提供的用于脱氮除磷的复合人工湿地***，沿水流方向，包括顺次连通的一级垂直流人工湿地单元、二级水平潜流人工湿地单元及三级表面径流人工湿地单元，所述垂直流人工湿地兼有水平潜流湿地的厌氧与表面径流湿地的好氧特点，在离水面较近的区域氧气充足，有利于硝化细菌的硝化作用，快速降解部分小分子污染物，随着深度的加大，溶氧减少，脱氮硫杆菌和硫铁矿在缺氧环境下发生氮的反硝化和有机物的厌氧降解作用，实现了水中污染的去除，尤其是氮的去除；另外，铁离子还可与磷酸根结合，达到除磷的效果。水平潜流湿地中供氧不足，主要进行反硝化脱氮过程，硫铁矿及硫磺协同作用，为微生物提供硫源，石灰石提供部分碳源并平衡出水pH值。表面径流湿地中，植物根系向土壤运输氧气，使根系表面形成好氧区，离根系较远的区域为兼性厌氧区，在硝化反硝化细菌的共同作用下进行脱氮。本实用新型的复合人工湿地***由多级组合人工湿地单元组成，经过多道处理工艺，通过物理-化学-生物共同作用，高效脱氮除磷，能够使出水达标排放。
2.本实用新型提供的用于脱氮除磷的复合人工湿地***，所述一级垂直流人工湿地的上方设置配水管道，下向流的运行方式大大降低了水流的阻力及人工湿地内堵塞现象的发生，有效降低了人工湿地的能耗，降低了运行成本；所述配水管道包括配水主管和配水支管，配水支管上设有若干布水孔，使配水更加均匀，提高了人工湿地对水中污染物的去除。
3.本实用新型提供的用于脱氮除磷的复合人工湿地***，所述配水主管可活动式设置在相对两侧墙体内，旋转所述配水主管可使配水支管的出水端高于其进水端，即配水支管的尾部向上翘起，当水经过配水支管时，水流呈喷射状喷出，通过喷射布水，提高了一级垂直流人工湿地的溶解氧，有利于硝化细菌通过硝化作用将水中的氨氮转化为硝态氮，实现对水中氮的去除。
4.本实用新型提供的用于脱氮除磷的复合人工湿地***，在三级表面径流人工湿地单元的土壤层种植水生植物，一方面利用植物作用提供给对应湿地所需的氧气，另一方面水生植物还能利用自身的作用部分实现水中污染物的去除，进一步提高所述复合垂直流人工湿地对污水的处理效果。
5.本实用新型提供的用于脱氮除磷的复合人工湿地***，分别在各级人工湿地单元的进水端设置进水配水区、出水端设置出水集水区，以及在出水侧下方位置设置出水通道，提高了配水的均匀性，有利于人工湿地对水中污染物的去除。
6.本实用新型提供的用于脱氮除磷的复合人工湿地***，通过设置溢流板，一方面使水流的方向从左往右进入下一级人工湿地单元，另一方面，其还可拦截硫铁矿、石灰石等产生的絮体，有效避免下一级人工湿地的填料堵塞问题。
7.本实用新型提供的用于脱氮除磷的复合人工湿地***，在进水配水区内铺设硫磺，以及在垂直流人工湿地和水平潜流人工湿地单元铺设特定比例的火山岩、石灰石和硫铁矿，硫磺和硫铁矿不仅为微生物提供硫源，而且两者之间形成的负价态硫离子与硫磺之间能形成链式反应，有效提高了电子供体提供电子的速率，使得微生物利用硫磺进行反硝化脱氮时产生的氢离子更易与硫铁矿反应，促进了硫铁矿的溶解，同时生成易被微生物利用的多硫化物，大幅度提高了自养反硝化速率，极大程度地发挥了硫磺自养反硝化与硫铁矿自养反硝化的协同作用；所述石灰石不仅可提供无机碳源，与污水接触后，钙离子及硫铁矿释放出的铁离子或亚铁离子还可与污水中的磷反应生成硫酸铁、硫硫酸钙不溶物，实现了磷的去除；所述火山岩比表面积大，具有丰富的孔隙结构，有利于微生物的挂膜，为微生物生存提供了有利环境。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例1用于脱氮除磷的复合人工湿地***的结构示意图；
图2为本实用新型实施例1中第一配水管道的结构示意图；
图3为本实用新型实施例1中透水板的结构示意图。
附图标记说明：
1-第一进水配水区；2-第三出水集水区；3-第一进水口；4-第三出水口； 5-一级垂直流人工湿地单元；6-二级水平潜流人工湿地单元；7-三级表面径流人工湿地单元；8-第一配水管道；81-配水主管；82-配水支管；83-布水孔； 9-第一出水通道；10-第一出水集水区；11-第二配水管道；12-第二进水配水区；13-第二出水通道；14-第二出水集水区；15-第三配水管道；16-第三进水配水区；17-第一溢流板；18-第二溢流板；19-第三出水通道；20-排水孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例
本实施例提供了一种用于脱氮除磷的复合人工湿地***，如图1所示，包括顺次连接的第一进水配水区1、顺次连通的一级垂直流人工湿地单元5、二级水平潜流人工湿地单元6和三级表面径流人工湿地单元7、第三出水集水区(2)；第一进水配水区1下方设置第一进水口3，所述第三出水集水区 (2)下方设置第三出水口4，污水由第一进水口3进入第一进水配水区1，经设置在一级垂直流人工湿地单元5上方的第一配水管道8向一级垂直流人工湿地单元进行配水，经一级垂直流人工湿地单元5处理后的污水由第一出水通道9进入第一出水集水区10，并经第一出水集水区10上方的第二配水管道11进入第二进水配水区12，经第二进水配水区(12)上方的第一溢流板17进入二级水平潜流人工湿地单元6；经过二级水平潜流人工湿地单元6处理的污水由第二出水通道13进入第二出水集水区14，并经第二出水集水区14上方的第三配水管道15进入第三进水配水区16，经所述第三进水配水区16上方的第二溢流板18进入三级表面径流人工湿地单元7；经过三级表面径流人工湿地单元7处理的污水由第三出水通道19进入第三出水集水区2，并由第三出水口4达标排放。
本实施例中，如图2所示，第一配水管道8包括与第一进水配水区1 相通的配水主管81以及设置在配水主管81上的若干配水支管82，配水支管82上设有若干布水孔83，用于向所述一级垂直流人工湿地单元5进行配水，在配水管道上设置若干布水孔的方式，可使得配水更加均匀。配水主管81采用插接等活动方式在一级垂直流人工湿地单元5相对两侧的墙体内，旋转配水主管81，即可使配水支管的出水端高于其进水端，即配水支管的尾部向上翘起，当水经过配水支管时，水流呈喷射状喷出，通过喷射布水，可提高一级垂直流人工湿地的溶解氧，进而有利于硝化细菌通过硝化作用将水中的氨氮转化为硝态氮。
本实施例中，如图1所示，第一出水通道9、第二出水通道13以及第三出水通道19分别设置在对应人工湿地单元出水侧的下端，其高度一般不高于对应湿地单元中卵石承托层的高度，如此设置，是为了保证污水与各级人工湿地单元中的各层填料从上至下充分接触后才排出。另外，为了避免出水速度太快，出水通道一般采用在人工湿地出水侧墙体安装透水板的形式来实现，如图3所示，透水板上开具有若干透水孔。
本实施例中，如图1所示，一级垂直流人工湿地单元5的填料层从上至下依次为：第一火山岩层、第一石灰岩层、第一硫铁矿层及第一鹅卵石层，所述第一火山岩层、所述第一石灰岩层、所述第一硫铁矿层及所述第一鹅卵石层的高度比为(3～12)：3：(3～12)：3，二级水平潜流人工湿地单元6的填料层从上至下依次为：第二火山岩层、第二石灰岩层、第二硫铁矿层及第二鹅卵石层，所述第二火山岩层、所述第二石灰岩层、所述第二硫铁矿层及所述第二鹅卵石层的高度比为1：1：1：1，其中，火山岩颗粒、石灰岩颗粒以及硫铁矿颗粒的粒径分别为：10～15mm、5～10mm和3～5mm，纯度均在80％以上，各层填料具体的比例以及填料的粒径等可根据污水中氮磷的含量以及污水流速等因素具体确定。三级表面径流人工湿地单元7 的填料层从上至下依次为土壤层和鹅卵石层，土壤层的表面种植水生植物，综合考虑植物的抗逆性、根系粗细、生长周期、能否在潮湿环境中生长以及景观效果等因素，水生植物可以为黄花鸢尾，种植密度一般为40～50颗/ 平方米。
在本实施例中，为了加强脱氮除磷的效果，在第一进水配水区1及第二进水配水区12内均铺设粒径为3～5mm的硫磺颗粒，如图1所示，本实施例中，硫磺层的高度与对应人工湿地单元的填料层高度相同。所述硫磺与硫铁矿不仅为微生物提供硫源，而且两者之间形成的负价态硫离子与硫磺之间能形成链式反应，有效提高了电子供体提供电子的速率，使得微生物利用硫磺进行反硝化脱氮时产生的氢离子更易与硫铁矿反应，促进了硫铁矿的溶解，同时生成易被微生物利用的多硫化物，大幅度提高了自养反硝化速率，极大程度地发挥了硫磺自养反硝化与硫铁矿自养反硝化的协同作用。
为便于对复合人工湿地***进行定期清理，本实施例中，第一出水集水区10、第二进水配水区12、第二出水集水区14及第三进水配水区16的下方均设置排水孔。
将上述复合人工湿地***应用于某村生活污水的处理，设计进水流量为20m3/d，污水水质为：SS：20～40mg/L，COD：100～200mg/L，NH3-N： 15～50mg/L，TN：25～50mg/L，TP：3～5mg/L。经过长时间连续运行，整个***运行正常，无任何堵塞现象，也没有发生需要排空的情况。待出水水质稳定时检测水质，SS：2～6mg/L，COD：20～35mg/L，NH3-N：0.5～2 mg/L，TN：0.5～2mg/L，TP：0.1～0.5mg/L，达到地表Ⅳ类水标准。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种用于脱氮除磷的复合人工湿地***，包括顺次连接的第一进水配水区(1)、多级组合人工湿地处理区和第三出水集水区(2)；所述第一进水配水区(1)下方设置第一进水口(3)，所述第三出水集水区(2)下方设置第三出水口(4)；其特征在于，
沿水流方向，所述多级组合人工湿地处理区包括顺次连通的一级垂直流人工湿地单元(5)、二级水平潜流人工湿地单元(6)及三级表面径流人工湿地单元(7)；
所述一级垂直流人工湿地单元(5)的上方设置有向所述一级垂直流人工湿地单元(5)配水的第一配水管道(8)，所述第一配水管道(8)与所述第一进水配水区(1)相通；
所述一级垂直流人工湿地单元(5)的填料层从上至下依次包括：第一火山岩层、第一石灰岩层、第一硫铁矿层及第一鹅卵石层；
所述二级水平潜流人工湿地单元(6)的填料层从上至下依次包括：第二火山岩层、第二石灰岩层、第二硫铁矿层及第二鹅卵石层；
所述三级表面径流人工湿地单元(7)的填料层从上至下依次包括：土壤层和鹅卵石层，所述土壤层的表面种植水生植物；
经过所述一级垂直流人工湿地单元(5)处理的污水由第一出水通道(9)进入第一出水集水区(10)，并经所述第一出水集水区(10)上方的第二配水管道(11)进入第二进水配水区(12)，经所述第二进水配水区(12)上方的第一溢流板(17)进入所述二级水平潜流人工湿地单元(6)；经过所述二级水平潜流人工湿地单元(6)处理的污水由第二出水通道(13)进入第二出水集水区(14)，并经所述第二出水集水区(14)上方的第三配水管道(15)进入第三进水配水区(16)，经所述第三进水配水区(16)上方的第二溢流板(18)进入所述三级表面径流人工湿地单元(7)；经过所述三级表面径流人工湿地单元(7)处理的污水由第三出水通道(19)进入所述第三出水集水区(2)，并由第三出水口(4)达标排放；
所述第一出水通道(9)、所述第二出水通道(13)及所述第三出水通道(19)分别设置在对应人工湿地单元的出水侧下方位置，其高度不高于对应人工湿地单元中所述卵石层的高度。
2.根据权利要求1所述的复合人工湿地***，其特征在于，所述第一配水管道(8)包括与所述第一进水配水区(1)相通的配水主管(81)以及设置在所述配水主管(81)上的若干配水支管(82)，所述配水支管(82)上设有若干布水孔(83)，用于向所述一级垂直流人工湿地单元(5)进行配水。
3.根据权利要求2所述的复合人工湿地***，其特征在于，所述配水主管(81)可活动式设置在所述一级垂直流人工湿地单元(5)相对两侧墙体内。
4.根据权利要求1所述的复合人工湿地***，其特征在于，所述第一火山岩层、所述第一石灰岩层、所述第一硫铁矿层及所述第一鹅卵石层的高度比为(3～12)：3：(3～12)：3；
所述第二火山岩层、所述第二石灰岩层、所述第二硫铁矿层及所述第二鹅卵石层的高度比为1：1：1：1。
5.根据权利要求3所述的复合人工湿地***，其特征在于，所述第一火山岩层和所述第二火山岩层的火山岩的粒径为10～15mm；所述第一石灰岩层和所述第二石灰岩层的石灰岩的粒径为5～10mm；所述第一硫铁矿层和所述第二硫铁矿层的硫铁矿的粒径为3～5mm；所述水生植物为黄花鸢尾，种植密度为40～50颗/平方米。
6.根据权利要求1所述的复合人工湿地***，其特征在于，所述第一出水通道(9)、所述第二出水通道(13)及所述第三出水通道(19)为分别设置在对应人工湿地单元出水侧的透水板，所述透水板上具有若干透水孔。
7.根据权利要求1-6任一所述的复合人工湿地***，其特征在于，所述第一进水配水区(1)及所述第二进水配水区(12)内均铺设硫磺颗粒，粒径为3～5mm。
8.根据权利要求1所述的复合人工湿地***，其特征在于，所述第一出水集水区(10)、所述第二进水配水区(12)、所述第二出水集水区(14)及所述第三进水配水区(16)的下方均设置排水孔(20)。
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- 2019-08-22 CN CN201921377677.1U patent/CN211999044U/zh active Active
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