專利名稱：分段式自由表面流人工濕地處理方法及系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及環(huán)境工程和生態(tài)工程領域，尤其涉及一種采用自由表面流人工濕地控制面源污染的水質(zhì)凈化處理方法和系統(tǒng)。
背景技術：
隨著經(jīng)濟發(fā)展特別是城市化進程的加快，水體富營養(yǎng)化日益成為全球環(huán)境工程領域的熱點問題。自上世紀末起，我國將“三湖(太湖、巢湖、滇池)三河(淮河、海河、遼河)”的富營養(yǎng)化整治問題納入日程，采用包括湖(河)內(nèi)污染物總量削減、入湖(河)污染物總量削減等措施凈化河湖水質(zhì)，其中人工濕地技術被認為是后者的有效手段之一。
目前世界上已有許多關于人工濕地的專利技術，同時較大型人工濕地一般都是以多級串并聯(lián)方式組合，如申請?zhí)枮?0114693.9，名稱為一種污水處理方法及裝置，公開號為1333190A的發(fā)明專利申請就公開了一種利用人工濕地技術進行污水處理的方法及裝置，采用使污水依次經(jīng)過沉淀池、推流床、下行流人工濕地，上行流人工濕地和水質(zhì)修飾塘的方法，從而使污水得到凈化。再如申請?zhí)枮?3117759.X，名稱為處理富營養(yǎng)化水的立體薄層濕地技術及過濾塊，公開號為1443714A的發(fā)明專利申請就公開了一種利用多級自由表面流人工濕地技術進行污水處理的方法及裝置，它將待處理的富營養(yǎng)水或城市生活廢水抽至高位蓄水池后，以網(wǎng)篩初步濾除大顆粒物，然后水流較緩慢地自流通過具有豐富微孔的膨脹珍珠巖制作的粗糙表面的生長有濕地經(jīng)濟植物的過濾塊斜面，利用膜相效應進行水質(zhì)凈化處理，由于采用過濾塊由下至上首尾搭接成傾斜的階梯狀態(tài)結(jié)構(gòu)，通過立體發(fā)展帶來了表面積的成倍增加，從而節(jié)約了土地使用量，避免了自由表面流人工濕地占地面積大的弊端。
然而，現(xiàn)有人工濕地技術基本不符合河湖周邊河網(wǎng)地區(qū)地實際需要。河網(wǎng)是地表面源污染排入河湖水體的重要途徑，同時還用于洪水期泄洪和平時通航，采用人工濕地凈化河道水不應阻塞河道，影響泄洪和通航，因此，在各種人工濕地形式中，自由表面流人工濕地是河網(wǎng)地區(qū)河道水體凈化的唯一的選擇。常規(guī)自由表面流人工濕地存在著去除率低下、占地面積大，面積負荷低等問題，究其原因，是因為常規(guī)自由表面流人工濕地設計條件單一，在整個處理區(qū)域內(nèi)對不同污染物形式的去除機制較少。而在常規(guī)廢水處理中，A/A/O工藝已被認為是生物脫氮去磷的典例技術，它根據(jù)氮磷的去除特點將處理過程分成若干模塊，提高了污染物的去除效率。據(jù)此可以認為，自由表面流人工濕地也不應該拘泥于某一種設計參數(shù)，通過分別創(chuàng)造脫氮除磷所需要的分段式環(huán)境條件可以提高自由表面流人工濕地對不同污染物的處理效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有多級人工濕地技術不適用于河網(wǎng)地區(qū)、常規(guī)自由表面流人工濕地效率又較低的問題，提供一種強化處理效果的分段式自由表面流人工濕地處理方法及系統(tǒng)，通過將已有河道改造成新型分段式自由表面流人工濕地，使地表徑流在流入河湖之前緩慢通過種植不同優(yōu)選濕地植物的具有不同污染物去除傾向的多級自由表面流人工濕地模塊，在微生物--植物--填料--水生動物的聯(lián)合作用下高效去除地表徑流中的不同類型污染物，使處理后的水質(zhì)主要指標(溶解氧、總磷、總氮、COD等)達到國家地面水環(huán)境質(zhì)量II-III類排放標準(GB3838-2002)。
本發(fā)明的特征在于，所述分段式自由表面流人工濕地系統(tǒng)基于植物種類、填料、生態(tài)鏈和河床等特征因素的設計，將已有河道稍加改造，使自由表面流人工濕地不同部分具有不同的污染物去除傾向，分別選擇性地去除相應的污染物，從而優(yōu)化了表面流人工濕地的處理能力，提高了污染物的去除效率。此外，該分段式自由表面流人工濕地不需要構(gòu)建處理構(gòu)筑物或管網(wǎng)，不影響原有河網(wǎng)的泄洪作用，水流以重力自流方式流過人工濕地系統(tǒng)，沒有動力消耗，因而適用于不同流域的河網(wǎng)地區(qū)。
本發(fā)明提供了一種用于河網(wǎng)地區(qū)面源污染削減的分段式自由表面流人工濕地，其各段情況依次為
(1)上游來水自流入第一段自由表面流人工濕地，停留時間1d以上，主要去除大部分磷、懸浮顆粒和部分有機污染物，并使出水中氮主要以硝態(tài)氮形態(tài)存在；(2)第一段出水自流入第二段自由表面流人工濕地，停留時間1d以下，主要去除硝態(tài)氮，同時進一步降低出水中有機物、氮、磷濃度；(3)第二段自由表面流出水自流入作為精處理段的第三段自由表面流人工濕地，停留時間0.5d，在生態(tài)鏈作用下進一步凈化出水水質(zhì)。
所述分段式自由表面流人工濕地即由上述三個不同特點的自由表面流人工濕地依次串聯(lián)而成，所有坡面(坡度1∶2-1∶3)均種植護坡植物(包括灌木、花卉和護坡草類)，同時起到減少河道兩側(cè)地表徑流所挾帶的污染物的作用，并形成良好的景觀效果，其中，所述第一段自由表面流人工濕地(深度約0.4-1.0米)內(nèi)設強效除磷填料(包括爐渣、石灰?guī)r塊、粘土等，厚度約0.2-1.0米)，并種植挺水植物(包括茭草、蘆葦、水花生、紅蓼或菖蒲中的一種或幾種)；所述第二段自由表面流人工濕地(深度約1.5-5米)內(nèi)，并種植浮水植物(包括浮萍、菱角、水葫蘆等中的一種或幾種)；所述第三段自由表面流人工濕地(深度約1-2米)種植沉水植物(包括魚樂草、金魚藻等中的一種或幾種)，在運行良好后引種魚類(如金魚、草魚、青魚等)，形成生態(tài)鏈。


圖1為分段式自由表面流人工濕地系統(tǒng)工藝流程2為分段式自由表面流人工濕地第一段剖面3為分段式自由表面流人工濕地第二段剖面4為分段式自由表面流人工濕地第三段剖面中1-進水；2-第一段自由表面流人工濕地；3-第二段自由表面流人工濕地；4-第三段自由表面流人工濕地；5-出水；6-木；7-花卉；8-草皮；9-挺水植物；10-填料；11-浮水植物；12-沉水植物；13-魚類。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的工作原理和實施方式本發(fā)明所述的分段式自由表面流人工濕地充分利用地表徑流的水動力，不需能耗，無須管網(wǎng)，如圖1所示，進水1以推流方式依次流經(jīng)第一、二、三段自由表面流人工濕地(2、3、4)后水質(zhì)得到凈化而流出分段式自由表面流人工濕地形成出水5。三段自由表面流人工濕地坡面均呈1∶2-1∶3坡度，坡面上種植有灌木6，花卉7和護坡草皮8，除在特殊情況下凈化兩側(cè)流入河道的地表徑流外，還可形成較好的景觀效果。
在第一段自由表面流人工濕地2中種植有當?shù)貎?yōu)勢挺水植物9，床層為大容量脫磷填料10，在填料-植物-微生物的共同作用下去除水中大部分磷和部分有機污染物，同時大部分氨態(tài)氮被去除，出水余氮形式主要為硝態(tài)氮，其中被截留的氮磷除用作挺水植物的營養(yǎng)外，其余被微生物利用或轉(zhuǎn)化。
在第二段自由表面流人工濕地中種植有浮水植物11，無填料，在水流經(jīng)該區(qū)域時，在植物-微生物作用下水中的硝態(tài)氮得以去除，同時該段人工濕地能夠去除大部分有機污染物，相對分段式自由表面流人工濕地的其它部分而言，對磷的去除能力較弱。
第三段自由表面流人工濕地中種植有當?shù)貎?yōu)勢沉水植物12，無填料，并放養(yǎng)魚類13等水生動物，植物-魚類的食物鏈作用進一步凈化第二段自由表面流人工濕地出水，將水中殘存的氮、磷、有機物污染物轉(zhuǎn)化為動物細胞，從而進一步提高出水水質(zhì)。
實施例1某河道流量為500m3/d，分段式自由表面流人工濕地各段情況為第一段表面積300m2，長寬比3∶2，水深為0.2-0.4m，種植水花生和菖蒲，填料為粒徑2-3mm的石灰石，停留時間2d；第二段種植浮萍，水深2.5m，長寬比5∶1，停留時間6h；第三段種植魚樂草，養(yǎng)殖青魚，水深1.2m，長寬比10∶1，停留時間15h。進水COD、TN、TP濃度分別為40、1.5、0.9mg/L時去除率分別為80、78、74％。
實施例2某河道流量為4000m3/d，分段式自由表面流人工濕地各段情況為第一段呈表面積2500m2，長寬比5∶3，水深為0.8-1m，種植蘆葦和香蒲，填料為爐渣(2-10cm)和粘土混合物，停留時間1.5d；第二段種植浮萍，水深1.8m，長寬比3∶1，停留時間16h；第三段種植金魚藻，養(yǎng)殖草魚，水深1.8m，長寬比25∶1，停留時間20h。進水COD、TN、TP濃度分別為33、1.0、0.5mg/L時去除率分別為67、65、70％。
權利要求
1.一種采用分段式自由表面流人工濕地凈化河湖周邊河網(wǎng)地區(qū)富營養(yǎng)化水的面源污染治理方法和系統(tǒng)，其特征在于它基于植物種類、填料、生態(tài)鏈和河床等因素的設計，將自由表面流人工濕地區(qū)分成選擇性去除不同污染物的三個模塊，當富營養(yǎng)水依次流經(jīng)這三個串聯(lián)濕地模塊時，不同污染物被逐段分別去除，凈化后的水流入湖河內(nèi)。
2.如權利要求1所述的分段式自由表面流人工濕地，其特征在于構(gòu)建該分段式自由表面流人工濕地僅需要稍加改造將現(xiàn)有河道，不需要構(gòu)建處理構(gòu)筑物或管網(wǎng)，不影響原有河網(wǎng)地區(qū)的泄洪作用。
3.如權利要求1所述的分段式自由表面流人工濕地，其特征在于水流以重力自流方式流過人工濕地系統(tǒng)，無動力消耗。
4.如權利要求1所述的分段式自由表面流人工濕地，其特征在于所有坡面(坡度1∶2-1∶3)均種植護坡植物(包括灌木、花卉和護坡草類)，可減少河道兩側(cè)地表徑流所挾帶的污染物，并形成良好的景觀效果。
5.如權利要求1所述的分段式自由表面流人工濕地第一段，其特征在于停留時間1d以上，深度約0.4-1.0米，內(nèi)設強效除磷填料(包括爐渣、石灰?guī)r塊、粘土等，厚度約0.2-1.0米)，并種植挺水植物(包括茭草、蘆葦、水花生、紅蓼或菖蒲中的一種或幾種)。
6.如權利要求1所述的分段式自由表面流人工濕地第二段，其特征在于停留時間1d以下，深度約1.5-5米，種植浮水植物(包括浮萍、菱角、水葫蘆等中的一種或幾種)。
7.如權利要求1所述的分段式自由表面流人工濕地第三段，其特征在于停留時間0.5d，深度約1-2米，種植沉水植物(包括魚樂草、金魚藻等中的一種或幾種)，在運行良好后引種魚類(如金魚、草魚、青魚等)，形成生態(tài)鏈。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有多級人工濕地技術不適用于河湖周邊河網(wǎng)地區(qū)、常規(guī)自由表面流人工濕地效率低下的問題，涉及一種采用分段式自由表面流人工濕地凈化河網(wǎng)地區(qū)富營養(yǎng)化水的面源污染治理方法和系統(tǒng)，它基于植物種類、填料類型、生態(tài)鏈和河床等特征因素的設計，將已有河道改造成分段式自由表面流人工濕地，使地表徑流在流入河湖之前通過具有不同污染物去除傾向的自由表面流人工濕地模塊，在微生物－植物－填料－水生動物的聯(lián)合作用下富營養(yǎng)化得到凈化。該分段式自由表面流人工濕地不需建設處理構(gòu)筑物或管網(wǎng)，不影響原有河網(wǎng)地區(qū)的泄洪作用，同時水流以重力自流方式流過人工濕地系統(tǒng)，沒有動力消耗，適合在在廣大河湖周邊河網(wǎng)地區(qū)推廣應用。
文檔編號C02F3/10GK1715213SQ200410062269
公開日2006年1月4日 申請日期2004年7月2日 優(yōu)先權日2004年7月2日
發(fā)明者鄭少奎, 劉紅, 楊志峰, 孫梅 申請人:北京師范大學