專利名稱：一種強化人工濕地污水處理方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種污水處理并進(jìn)行污水的再生回用技術(shù)，特別涉及一種用于鄉(xiāng)鎮(zhèn)、山區(qū)、休假村、療養(yǎng)院等分散居住地區(qū)以及城鎮(zhèn)居民小區(qū)的生活污水的土地處理并進(jìn)行污水的再生回用系統(tǒng)，它亦可用于小規(guī)模工業(yè)廢水處理。
盡管諸如活性污泥法、氧化溝、生物流化床、生物濾池、膜一生物反應(yīng)器等生活污水處理技術(shù)比較成熟，但昂貴的造價和運行管理費用限制了它們在散居地區(qū)的應(yīng)用，并且一些處理工藝的氮、磷去除效果差。如傳統(tǒng)活性污泥法工藝的噸水基建費用約為1500～2000元，噸水運行費用為0.7～1.2元。對總氮、磷等污染物去除率分別為50～70％、40～60％。膜-生物反應(yīng)器工藝雖然出水水質(zhì)很好，處理后污水能達(dá)到中水回用要求，但其造價和運行費用則更高。
通常的土地處理工藝，如慢速滲濾系統(tǒng)、快速滲濾系統(tǒng)、地表漫流系統(tǒng)、對生活污水通常具有經(jīng)濟(jì)有效的處理效果，但是這些工藝也存在受自然條件影響大、占地面積大等缺點。如快速滲濾系統(tǒng)的噸水占地面積約為2～60m2，地表漫流系統(tǒng)的噸水占地面積約為15～120m2。與之相比，活性污泥法工藝的噸水占地面積僅為1～6m2。人工濕地具有投資低、操作簡單、維護(hù)和運行費用低等特點，同時能綠化土地，改善生態(tài)環(huán)境，是適合散居地區(qū)以及中、小城鎮(zhèn)的污水處理技術(shù)。但該技術(shù)仍存在著氮、磷去除效果不理想，占地面積大，容易出現(xiàn)污水短流和死區(qū)而引起運行效果不能充分發(fā)揮等問題。如常規(guī)人工濕地對氮、磷的去除率分別為50～70％，60～80％，噸水占地面積達(dá)10～20m2。此外，雖然某些土地處理系統(tǒng)，如經(jīng)過強化布水的地下滲濾系統(tǒng)能大大提高對污水中氮、磷的去除，但其存在土壤容易堵塞，污水處理流量小，占地面積大，運行操作方式復(fù)雜等問題，并且需要消耗動力。
本發(fā)明技術(shù)方案如下一種強化人工濕地污水處理方法，該方法包括如下步驟a.在地面開挖一長方形池體，在池體底部和四周鋪上防滲層；b.在池體的前端和三分之一處設(shè)置布水管和配水區(qū)，在池體的尾部設(shè)置集水管和集水區(qū)；c.在池體內(nèi)填充由體積比為50～85％爐渣、10～30％紅壤和5～20％腐殖質(zhì)配制而成的復(fù)合填料；在池體的前三分之一段種植根系泌氧能力強的水生植物，在濕地后三分之二段種植生長量大，氮、磷吸收作用好的水生植物。
d.通過前端和三分之一處的布水管使污水進(jìn)入到池體配水區(qū)，經(jīng)配水區(qū)布水后污水均勻進(jìn)入到池體內(nèi)部的復(fù)合填料中，污水在水生植物、填料以及生長在填料表面的微生物的物理、化學(xué)和生化反應(yīng)聯(lián)合作用下得以凈化，再經(jīng)集水區(qū)和集水管排出池體。
本發(fā)明提供的一種人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括在底部和四周鋪有防滲層的長方形池體；在池體的前端和三分之一處分別設(shè)置布水管及配水區(qū)，在池體的尾部設(shè)置集水管和集水區(qū)；在池體內(nèi)填充由爐渣、紅壤和腐殖質(zhì)配制而成的復(fù)合填料；在池體的前三分之一段種植根系泌氧能力強的水生植物，在濕地后三分之二段種植生長量大，氮、磷吸收作用好的水生植物。
在本發(fā)明所提供的系統(tǒng)中，其長方形池體的長寬比為5～10∶1，深度為60～120cm，坡度0.5％～2％。
本發(fā)明所述的布水管和集水管沿90°兩側(cè)向下間隔打孔，孔間距10～15cm，孔徑2～5mm；所述的集水管采用PVC管和橡膠軟管兩部分組成。
本發(fā)明所述的配水區(qū)和集水區(qū)填充直徑為30～60mm的卵石。
本發(fā)明所述的污水處理系統(tǒng)中，在池體的前三分之一段種植蘆葦；在濕地后三分之二段種植茭白。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點及突出性效果①采用了新型多功能復(fù)合填料，對磷等污染物具有很強的吸附能力。填料的水力傳導(dǎo)性能良好，孔隙結(jié)構(gòu)發(fā)達(dá)，適合作為微生物的載體，并且其所含成分能夠促進(jìn)微生物的增長；此外，所采用的填料價格低廉，來源廣泛，符合工程上的需要；②填料的填充方式以及布水、集水方式的優(yōu)化有效地防止了系統(tǒng)內(nèi)部短路流和死區(qū)的出現(xiàn)，提高了系統(tǒng)內(nèi)部的有效體積，亦有利于對植物的均勻供水；③對氮、磷的去除能力強，可高達(dá)90％以上。處理出水水質(zhì)好，經(jīng)常規(guī)液氯消毒后即可用于中水回用；④由于所配制的填料水力傳導(dǎo)性能良好，在一定坡度下污水靠重力就能順利流經(jīng)處理系統(tǒng)，因此與地下滲濾等土地處理系統(tǒng)相比，處理流量更大，占地面積減小，并且不會產(chǎn)生填料堵塞現(xiàn)象。另外，運行操作簡單，不消耗動力，節(jié)省了運行費用。與傳統(tǒng)的污水活性污泥法處理工藝比較可以節(jié)省基建費用60％～80％，節(jié)省運行管理費用80％～100％；⑥污水在系統(tǒng)內(nèi)部流動，不會孳生蚊蠅、散發(fā)不良?xì)馕丁竦氐乇砜煞N植景觀植物，可以直接與綠化相結(jié)合。⑦可為許多生物提供棲息的場所，具有良好的生態(tài)功能及效應(yīng)。
圖2為

圖1的俯視圖。
圖中1—防滲層，2—穿孔布水管，3—石塊配水區(qū)，4-1/3處穿孔布水管，5—前1/3區(qū)植物，6—后2/3區(qū)植物，7—植物根系，8—石塊集水區(qū)，9—穿孔集水管，10—隔墻，11—可調(diào)水位橡膠管，12—集水渠，13—進(jìn)水管，14—分流管，15—前1/3填料區(qū)，16—后2/3填料區(qū)。
強化人工濕地內(nèi)部的填料主要構(gòu)成按體積比例由大到小依次為爐渣、紅壤和腐殖質(zhì)，其中紅壤的比例為10～30％，腐殖質(zhì)的比例為5～20％，其余為爐渣；上述填料均勻混合構(gòu)成復(fù)合填料后填充到前1/3填料區(qū)15和后2/3填料區(qū)16，能有效地避免填料不均引起的濕地內(nèi)部短流和死區(qū)現(xiàn)象。
對濕地的植物種植方式進(jìn)行了搭配組合。濕地前三分之一段種植根系泌氧能力強的水生植物5，例如可種植蘆葦?shù)戎参?，有利于降解污水中的有機物質(zhì)。濕地后三分之二段種植生長量大，氮、磷吸收作用強的水生植物6，例如種植茭白，有利于污水中氮、磷的去除。
濕地入水方式對進(jìn)入濕地的污水進(jìn)行分流，即除了首端進(jìn)水，還在濕地的三分之一處設(shè)置了布水管4，分流一部分污水，污水分流比例為10～40％。這樣減輕了濕地前端的污染物負(fù)荷，增加了濕地后端的碳/氮比，有效的保證了反硝化反應(yīng)的順利進(jìn)行，以及污染物的穩(wěn)定去除；為了使污水在濕地內(nèi)部能夠均勻水平推流，濕地的長寬比控制在5～10∶1。此外，系統(tǒng)采用穿孔管2和4均勻布水，由穿孔集水管9集水，集水管9采用PVC管和橡膠軟管兩部分組成，布水管和集水管均沿90°兩側(cè)向下間隔打孔，孔間距10～15cm，孔徑2～5mm；橡膠軟管11可調(diào)節(jié)出水高度。這樣可以很方便的調(diào)節(jié)濕地的水位和改善濕地的流態(tài)，避免短流和死區(qū)的產(chǎn)生。對濕地布水方式及集水方式進(jìn)行了優(yōu)化。
實施例1人工濕地系統(tǒng)內(nèi)復(fù)合填料按體積比由85％爐渣、10％紅壤和5％腐殖質(zhì)混合配制而成。濕地面積為5m2，深度60cm，坡度0.5％，前三分之一段種植蘆葦，后三分之二段種植茭白。布水管采用直徑25mm的PVC管，沿90°兩側(cè)向下間隔打孔，孔間距10cm，孔徑2mm；集水管采用直徑50mm的PVC管，沿90°兩側(cè)向下間隔打孔，孔間距10cm，孔徑10mm?？烧{(diào)軟管直徑為50mm。石塊配水區(qū)和集水區(qū)里填充直徑為30～60mm的卵石。系統(tǒng)水力負(fù)荷為4cm/d，采用污水連續(xù)投配的方式進(jìn)水，1/3處污水分流比例占污水總量的10％。進(jìn)水為COD、氨氮、總氮、總磷濃度分別為115～293mg/L、18～40mg/L、15～35mg/L、1.5～3.5mg/L的生活污水。經(jīng)該強化人工濕地系統(tǒng)處理以后，COD、氨氮、總氮和總磷的去除率均在90％以上，出水中的COD、氨氮、總氮、總磷濃度分別低于40mg/L、4mg/L、7mg/L和0.15mg/L，處理出水達(dá)到《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ25·1-89)。
實施例2人工濕地系統(tǒng)內(nèi)復(fù)合填料按體積比由50％爐渣、30％紅壤和20％腐殖質(zhì)混合配制而成。濕地面積為5m2，深度80cm，坡度1％，前三分之一段種植蘆葦，后三分之二段種植茭白。布水管采用直徑25mm的PVC管，沿90°兩側(cè)向下間隔打孔，孔間距10cm，孔徑5mm；集水管采用直徑50mm的PVC管，沿90°兩側(cè)向下間隔打孔，孔間距10cm，孔徑10mm?？烧{(diào)軟管直徑為50mm。石塊配水區(qū)和集水區(qū)里填充直徑為30～60mm的卵石。另外設(shè)對照濕地，其結(jié)構(gòu)和運行條件相同，但濕地內(nèi)部填料采用傳統(tǒng)的填充方式，具體為底部填充礫石、中部填充爐渣、表層填充一般土壤。系統(tǒng)水力負(fù)荷為6cm/d，采用污水連續(xù)投配的方式進(jìn)水，1/3處污水分流比例占污水總量的20％。投加COD、氨氮、總氮、總磷平均濃度分別為265.2mg/L、21.5mg/L、22.8mg/L、1.79mg/L的生活污水，強化人工濕地系統(tǒng)對COD、氨氮、總氮和總磷的去除率分別為90.0％、89.0％、85.5％、96.6％，處理出水COD、氨氮、總氮、總磷平均濃度分別為26.6mg/L、2.5mg/L、3.1mg/L、0.09mg/L，達(dá)到《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ25·1-89)。而對照濕地處理出水COD、氨氮、總氮、總磷平均45.8mg/L、5.0mg/L、5.2mg/L、0.68mg/L，對COD、氨氮、總氮和總磷的去除率分別為82.7％、77.9％、75.8％、75.4％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于強化人工濕地系統(tǒng)對污染物的去除率。
實施例3人工濕地系統(tǒng)內(nèi)復(fù)合填料按體積比由60％爐渣、25％紅壤和15％腐殖質(zhì)混合配制而成。濕地面積為5m2，深度120cm，坡度2％，前三分之一段種植蘆葦，后三分之二段種植茭白。布水管采用直徑25mm的PVC管，沿90°兩側(cè)向下間隔打孔，孔間距10cm，孔徑5mm；集水管采用直徑50mm的PVC管，沿90°兩側(cè)向下間隔打孔，孔間距10cm，孔徑10mm?？烧{(diào)軟管直徑為50mm。石塊配水區(qū)和集水區(qū)里填充直徑為30～60mm的卵石。另外設(shè)對照濕地，濕地結(jié)構(gòu)和運行條件相同，但內(nèi)部填料由爐渣和一般土壤混合而成。系統(tǒng)水力負(fù)荷為9cm/d，采用污水連續(xù)投配的方式進(jìn)水，1/3處污水分流比例占污水總量的40％。投加COD、氨氮、總氮、總磷平均濃度分別為252.4mg/L、20.2mg/L、25.3mg/L、3.34mg/L的生活污水，系統(tǒng)處理出水中的COD、氨氮、總氮、總磷平均24.3mg/L、2.6mg/L、3.0mg/L、0.12mg/L，對COD、氨氮、總氮和總磷的去除率分別為90.4％、86.9％、88.3％、96.2％，處理出水達(dá)到《生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(CJ25·1-89)。而對照濕地處理出水中的COD、氨氮、總氮、總磷平均60.6mg/L、6.2mg/L、6.7mg/L、0.59mg/L，對COD、氨氮、總氮和總磷的去除率分別為76.0％、69.6％、73.6％、82.1％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于強化人工濕地系統(tǒng)對污染物的去除率。
權(quán)利要求
1.一種強化人工濕地污水處理方法，該方法包括如下步驟a.在地面開挖一長方形池體，在池體底部和四周鋪上防滲層；b.在池體的前端和三分之一處設(shè)置布水管和配水區(qū)，將所處理的污水進(jìn)行分流；在池體的尾部設(shè)置集水管和集水區(qū)；c.在池體內(nèi)填充由體積比為50～85％爐渣、10～30％紅壤和5～20％腐殖質(zhì)配制而成的復(fù)合填料；在池體的前三分之一段種植根系泌氧能力強的水生植物，在濕地后三分之二段種植生長量大，氮、磷吸收作用好的水生植物。d.通過前端和三分之一處的布水管使污水進(jìn)入到池體配水區(qū)，經(jīng)配水區(qū)布水后污水均勻進(jìn)入到池體內(nèi)部的復(fù)合填料中，污水在水生植物、填料以及生長在填料表面的微生物的物理、化學(xué)和生化反應(yīng)聯(lián)合作用下得以凈化，再經(jīng)集水區(qū)和集水管排出池體。
2.按照權(quán)利要求1所述的濕地污水處理方法，其特征在于所述的污水分流比例為在池體三分之一處的污水占污水總量的10～40％。
3.按照權(quán)利要求1所述的濕地污水處理方法，其特征在于所述的根系泌氧能力強的水生植物為蘆葦；所述的生長量大，氮、磷吸收作用好的水生植物為茭白。
4.實施如權(quán)利要求1所述方法的人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)包括在底部和四周鋪上防滲層的長方形池體；在池體的前端和三分之一處分別設(shè)置布水管及配水區(qū)，在池體的尾部設(shè)置集水管和集水區(qū)；在池體內(nèi)填充由爐渣、紅壤和腐殖質(zhì)配制而成的復(fù)合填料；在池體的前三分之一段種植根系泌氧能力強的水生植物，在濕地后三分之二段種植生長量大，氮、磷吸收作用好的水生植物。
5.按照權(quán)利要求4所述的污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的長方形池體的長寬比為5～10∶1，深度為60～120cm，坡度0.5％～2％。
6.按照權(quán)利要求4所述的污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的布水管和集水管沿90°兩側(cè)向下間隔打孔，孔間距10～15cm，孔徑2～5mm；所述的集水管采用PVC管和橡膠軟管兩部分組成。
7.按照權(quán)利要求4或5所述的污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的配水區(qū)和集水區(qū)填充直徑為30～60mm的卵石。
8.按照權(quán)利要求1所述的污水處理系統(tǒng)，其特征在于在池體的前三分之一段種植蘆葦，在濕地后三分之二段種植茭白。
全文摘要
一種強化人工濕地污水處理方法及系統(tǒng)，涉及一種適于小規(guī)模工業(yè)廢水和鄉(xiāng)鎮(zhèn)、休假村、療養(yǎng)院等分散居住地區(qū)以及城鎮(zhèn)居民小區(qū)的生活污水處理并回用的土地處理方法及裝置。本發(fā)明將污水通過布水系統(tǒng)均勻地投配到具有良好通氣透水性能的復(fù)合填料層中，該復(fù)合填料由爐渣、紅壤和腐殖質(zhì)組成的；并組合種植根系泌氧能力強和生長量大，氮、磷吸收作用好的植物，在填料—微生物—植物系統(tǒng)的聯(lián)合凈化功能作用下凈化污水。本發(fā)明基建費用省，基本無動力消耗，對生活污水中的COD、氨氮、總氮和總磷的去除率可以達(dá)到90％以上，而且處理流量大，不會產(chǎn)生填料堵塞現(xiàn)象；處理出水可直接用于回用，地表能種植景觀植物，可以與生態(tài)建設(shè)及城鎮(zhèn)綠化功能相結(jié)合。
文檔編號C02F3/32GK1475448SQ0315005
公開日2004年2月18日 申請日期2003年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月31日
發(fā)明者胡洪營, 劉超翔, 錢易, 黃霞, 施漢昌 申請人:清華大學(xué)