專利名稱：一種適于小城鎮(zhèn)生活污水、廢水處理的快速啟動(dòng)型無(wú)動(dòng)力生物強(qiáng)化人工濕地系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水處理領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種適于小城鎮(zhèn)生活污水、廢水處理的快速啟動(dòng)型無(wú)動(dòng)力生物強(qiáng)化人工濕地系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人工濕地污水處理工藝是近些年發(fā)展起來(lái)的一種污水處理技術(shù)，該技術(shù)以其低能耗、低投資、養(yǎng)護(hù)及管理簡(jiǎn)單等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于污水處理、地表水體污染控制等很多領(lǐng)域，同時(shí)人工濕地兼具景觀效果，可以改善局部生態(tài)環(huán)境，適合居住小區(qū)、小城鎮(zhèn)及農(nóng)村的生活污水處理。但該技術(shù)仍然存在建成后啟動(dòng)慢，占地面積大，填料容易堵塞等問題。目前，現(xiàn)有技術(shù)對(duì)人工濕地污水處理工藝的改進(jìn)主要集中在填料的選擇、工藝流程的創(chuàng)新上，對(duì)于植物的作用、植物配置在景觀效果及改善局部生態(tài)環(huán)境上的作用經(jīng)常忽視；并且對(duì)于土壤動(dòng)物在水處理過程中的作用研究較少。同時(shí)，現(xiàn)有人工濕地由于建設(shè)規(guī)模、進(jìn)水污染物濃度等原因，啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，啟動(dòng)階段處理效果不佳。此外，在我國(guó)廣大農(nóng)村目前已經(jīng)做到污水集中收集的情況下，如何選擇一種經(jīng)濟(jì)高效的生活污水處理工藝的問題一直沒有得到解決。球形填料一般采用塑料注塑而成，其結(jié)構(gòu)有多種。球形填料的特點(diǎn)是球體為空心， 可以允許氣體、液體從其內(nèi)部通過。由于球體結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，填料裝填密度均勻，不易產(chǎn)生空穴和架橋，所以氣液分散性能好。球形填料常用于接觸氧化工藝，與人工濕地工藝相比， 具有濾料間水流緩慢，水力沖刷力??；生物膜只能自行脫落，剩余污泥不易排走，滯留在濾料之間易引起水質(zhì)惡化，影響處理效果；曝氣過程需要耗能等缺點(diǎn)?；钚晕勰嗍怯杉?xì)菌、真菌、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物等各種生物和金屬氫氧化物等無(wú)機(jī)物所形成的污泥狀的絮凝物。有良好的吸附、絮凝、生物氧化和生物合成性能。污水處理廠常利用活性污泥中各種微生物進(jìn)行水處理，稱為活性污泥法?；钚晕勰喾ㄊ怯善貧獬?、沉淀池、污泥回流和剩余污泥排除系統(tǒng)所組成。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)上述技術(shù)問題，提供一種適合農(nóng)村生活污水處理的快速啟動(dòng)型無(wú)動(dòng)力生物強(qiáng)化人工濕地污水處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能有效縮短現(xiàn)有人工濕地的啟動(dòng)時(shí)間，提高啟動(dòng)階段處理效率；盡可能解決潛流濕地的運(yùn)行一段時(shí)間之后的堵塞問題；降低水處理過程中的能耗；重視植物配置的景觀效果以及土壤動(dòng)物在水處理中的作用，改善局部生態(tài)環(huán)境； 并且可以解決我國(guó)農(nóng)村土地閑置和生活污水集中收集后不經(jīng)處理隨意排放的問題。因此，本發(fā)明的目的是提供一種適于小城鎮(zhèn)生活污水、廢水處理的快速啟動(dòng)型無(wú)動(dòng)力生物強(qiáng)化人工濕地系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明的適于小城鎮(zhèn)生活污水、廢水處理的快速啟動(dòng)型無(wú)動(dòng)力生物強(qiáng)化人工濕地系統(tǒng)依地勢(shì)由高至低依次包括
I)沉沙池；2)懸浮型生物填料床，所述懸浮型生物填料床，底部鋪設(shè)有防滲膜，防滲膜上方鋪設(shè)卵石層，卵石層上方放入懸浮型生物填料，填料直徑5 8cm，填料層厚度30 35cm，在懸浮型生物填料層上方鋪設(shè)火山巖填料、陶粒填料及土壤的混合物；3)生物處理潛流濕地，所述生物處理潛流濕地的底層為防滲層，防滲層上鋪設(shè)卵石層，深5 IOcm,卵石層上方鋪設(shè)火山巖填料層,深30 40cm,火山巖層上方為土壤層， 深15 20cm，在該區(qū)域放置蚯蚓10 20萬(wàn)條，整個(gè)生物處理潛流濕地深50 70cm ；4)表流濕地，所述表流濕地包括浮水植物區(qū)、挺水植物區(qū)、沉水植物區(qū)。使用本發(fā)明的快速啟動(dòng)型生物強(qiáng)化人工濕地污水處理系統(tǒng)，處理步驟為污水先進(jìn)入蓄水池(沉沙池)階段，去除水中的雜質(zhì)及懸浮物，再進(jìn)入濕地處理單元。濕地處理單元分三部分，前部為懸浮型生物填料床，中部為生物處理潛流濕地，后部為三階段表流濕地，三部分串聯(lián)組成。整個(gè)濕地處理系統(tǒng)根據(jù)地勢(shì)高差進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，使進(jìn)水端高于出水端，全程無(wú)動(dòng)力運(yùn)行。前部懸浮型生物填料床長(zhǎng)5 8m，寬I. 5 2m，深40 50cm，底部鋪設(shè)有防滲膜， 防滲膜上方鋪設(shè)卵石層，厚度5 IOcm ;卵石層上方放入球形懸浮型生物填料，填料直徑 5 8cm，填料層厚度30 35cm，球形懸浮生物填料可以為微生物繁殖提供附著點(diǎn)，形成生物膜，生物膜是由細(xì)菌、真菌、藻類、原生動(dòng)物和后生動(dòng)物組成的膜狀生物群落，構(gòu)成的食物鏈可有效地去除水中的有機(jī)污染物。同時(shí)由于其具有輕便性且粒徑較大的特征，在該部分床體或整個(gè)濕地系統(tǒng)發(fā)生堵塞時(shí)便于挖出清洗，以最簡(jiǎn)便快捷的方式有效解決濕地堵塞問題；在填料層上方鋪設(shè)火山巖填料、陶粒填料及土壤的混合物，厚5cm?；鹕綆r和陶粒填料主要通過吸附作用去除污水中的磷；此外，火山巖和陶粒填料具有多孔性結(jié)構(gòu)，巨大的比表面積為生物膜提供了附著位置，從而有效去除水體中有機(jī)物，并通過微生物的硝化-反硝化作用除氮。污水經(jīng)過前部懸浮型生物填料床單元后進(jìn)入中部生物處理潛流濕地。中部生物處理潛流濕地依據(jù)地勢(shì)建設(shè)，使污水順高差由高向低流動(dòng)，所選填料為多孔性火山巖填料及卵石，底層為防滲層，防滲層上鋪設(shè)卵石層，深5 IOcm;卵石層上方鋪設(shè)火山巖填料層，深 30 40cm ;火山巖層上方為土壤層，深15 20cm,在該區(qū)域放置Φ丘蝴10 20萬(wàn)條；整個(gè)生物處理潛流濕地深50 70cm。在施工過程中，鋪設(shè)完火山巖填料層后，向其中添加自來(lái)水廠的活性污泥，活性污泥添加量與濕地面積相關(guān)，約50L/m2，用以促進(jìn)濕地啟動(dòng)階段生物膜生長(zhǎng)，縮短啟動(dòng)時(shí)間。在施工完成后在生物強(qiáng)化潛流濕地部分種植蘆葦、黃花鳶尾等挺水植物。污水經(jīng)生物強(qiáng)化人工濕地部分后進(jìn)入表流濕地單元。表流濕地單元由前到后分為三部分浮水植物區(qū)、挺水植物區(qū)、沉水植物區(qū)。其中，浮水植物區(qū)主要種植鳳眼蓮(水葫蘆)， 深20 30cm ;挺水植物區(qū)種植蘆葦、水蔥等高大水生植物，深20 30cm ;沉水植物區(qū)選擇種植狐尾藻、輪藻、小茨藻等沉水植物,深10 20cm。在表流濕地中放置食蚊魚50 100 條，防止夏季蚊蟲滋生。在施工前對(duì)地勢(shì)進(jìn)行測(cè)量，依據(jù)地勢(shì)高差設(shè)計(jì)濕地水流方向，可以減少日常運(yùn)行能耗。在施工時(shí)向填料添加污水處理廠活性污泥，可以促進(jìn)填料表面微生物生物膜的生長(zhǎng)， 縮短濕地啟動(dòng)時(shí)間的同時(shí)提高啟動(dòng)階段的污水處理效率。前部懸浮型生物填料床中的球形懸浮生物填料可以為微生物繁殖提供附著點(diǎn)，同時(shí)由于其具有輕便性且粒徑較大的特征，在該部分床體或整個(gè)濕地系統(tǒng)發(fā)生堵塞時(shí)便于挖出清洗，以最簡(jiǎn)便快捷的方式有效解決濕地堵塞問題。中部生物強(qiáng)化處理部分，利用土壤動(dòng)物蚯蚓以有機(jī)物為食的特點(diǎn)，主要去除生活污水中的有機(jī)物；同時(shí)由于蚯蚓在土壤及火山巖填料中的活動(dòng)疏松土壤，提高了該部分潛流濕地的含氧量，利于填料表面微生物對(duì)污染物的去除。此外排出的蚯蚓糞含有大量微生物，間接提高了其他污染物的去除效率。表流濕地部分主要發(fā)揮植物的作用，利用鳳眼蓮強(qiáng)大的生長(zhǎng)能力吸收水中氮磷等污染物，同時(shí)根據(jù)水深分區(qū)，利用蘆葦、水蔥等挺水植物高大密集的莖桿作為分區(qū)屏障，阻止鳳眼蓮的擴(kuò)散，防止其作為入侵生物對(duì)當(dāng)?shù)仄渌锛碍h(huán)境的危害。沉水植物部分主要進(jìn)行污水的深度處理。整個(gè)表流濕地單元植物搭配錯(cuò)落有致，景觀效果好。同時(shí)，潛流部分的食蚊魚以蚊子幼蟲孑孓為食，解決了表流濕地夏季蚊蟲滋生的問題，同時(shí)構(gòu)建了一個(gè)完整的濕地生態(tài)系統(tǒng)。


圖I為快速啟動(dòng)型無(wú)動(dòng)力景觀人工濕地示意圖。附圖標(biāo)記I-擋水磚墻；2_防滲層；3_火山巖填料、陶粒填料及土壤的混合物；4_球形懸浮型填料層；5_卵石層；6_黃花鳶尾等挺水植物；7_ 土壤層及蚯蚓；8_火山巖填料層；9-透水花墻；10_鳳眼蓮等浮水植物；11_蘆葦?shù)韧λ参铮?2_狐尾藻等沉水植物。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例I快速啟動(dòng)型無(wú)動(dòng)力景觀人工濕地示系統(tǒng)如圖I所示。污水先進(jìn)入蓄水池(沉沙池)階段，去除水中的雜質(zhì)及懸浮物，再進(jìn)入濕地處理單元。濕地處理單元分三部分，前部為懸浮型生物填料床，中部為生物處理潛流濕地，后部為三階段表流濕地，三部分串聯(lián)組成。整個(gè)濕地處理系統(tǒng)根據(jù)地勢(shì)高差進(jìn)行設(shè)計(jì)、施工，使進(jìn)水端高于出水端，全程無(wú)動(dòng)力運(yùn)行。前部懸浮型生物填料床長(zhǎng)5 8m，寬I. 5 2m，深40 50cm，底部鋪設(shè)有防滲膜， 防滲膜上方鋪設(shè)卵石層，厚度5 IOcm ;卵石層上方放入球形懸浮型生物填料，填料直徑 5 8cm，填料層厚度30 35cm，球形懸浮生物填料可以為微生物繁殖提供附著點(diǎn)，同時(shí)由于其具有輕便性且粒徑較大的特征，在該部分床體或整個(gè)濕地系統(tǒng)發(fā)生堵塞時(shí)便于挖出清洗，以最簡(jiǎn)便快捷的方式有效解決濕地堵塞問題；在填料層上方鋪設(shè)火山巖填料、陶粒填料及土壤的混合物，厚5cm。污水經(jīng)過前部懸浮型生物填料床單元后進(jìn)入中部生物處理潛流濕地。中部生物處理潛流濕地依據(jù)地勢(shì)建設(shè)，使污水順高差由高向低流動(dòng)，所選填料為多孔性火山巖填料及卵石，底層為防滲層，防滲層上鋪設(shè)卵石層，深5 IOcm;卵石層上方鋪設(shè)火山巖填料層，深 30 40cm ;火山巖層上方為土壤層，深15 20cm,在該區(qū)域放置Φ丘蝴10 20萬(wàn)條；整個(gè)生物處理潛流濕地深50 70cm。在施工過程中，鋪設(shè)完火山巖填料層后，向其中添加自來(lái)水廠的活性污泥，活性污泥添加量與濕地面積相關(guān)，約50L/m2，用以促進(jìn)濕地啟動(dòng)階段生物膜生長(zhǎng)，縮短啟動(dòng)時(shí)間。在施工完成后在生物強(qiáng)化潛流濕地部分種植蘆葦、黃花鳶尾等挺水植物。污水經(jīng)生物強(qiáng)化人工濕地部分后進(jìn)入表流濕地單元。表流濕地單元由前到后分為三部分浮水植物區(qū)、挺水植物區(qū)、沉水植物區(qū)。其中，浮水植物區(qū)主要種植鳳眼蓮(水葫蘆)， 深20 30cm ;挺水植物區(qū)種植蘆葦、水蔥等高大水生植物，深20 30cm ;沉水植物區(qū)選擇種植狐尾藻、輪藻、小茨藻等沉水植物,深10 20cm。在表流濕地中放置食蚊魚50 100 條，防止夏季蚊蟲滋生。投加C0D、總氮、總磷、氨氮平均濃度為 153. lmg/L，97. 2mg/L, 2. 63mg/L, 24. 02mg/ L的生活污水，快速啟動(dòng)型生物強(qiáng)化人工濕地對(duì)COD、總氮、總磷的去除率分別為56%、 58 %、46 %，33 %，處理后出水 C0D、總氮、總磷的濃度為 67. 3mg/L、37. 8mg/L、I. 2mg/L、
15.6mg/L,達(dá)到污水排放標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)施例2通過在人工濕地建設(shè)過程中向填料中添加活性污泥，人工濕地的啟動(dòng)時(shí)間由通常所需的I個(gè)月左右縮短至I周左右，同時(shí)啟動(dòng)階段的去除效率明顯提高，其中COD提高 10-20% ;總氮提高 10-15% ；總磷提高5_10%。實(shí)施例3使污染物濃度相同的污水分別通過有蚯蚓和無(wú)蚯蚓的潛流人工濕地，實(shí)驗(yàn)標(biāo)明蚯蚓對(duì)人工濕地中有機(jī)質(zhì)的含量有一定影響，通過蚯蚓的物理和生理作用，由污水帶入土壤中的有機(jī)物部分經(jīng)蚯蚓的腸道作用而被去除。有蚯蚓部分人工濕地處理農(nóng)村生活污水的 COD去除率達(dá)83% -88%，BOD5去除率達(dá)91% -96%，SS去除率達(dá)85% -92 %，有機(jī)物去除率效果與普通活性污泥法相當(dāng)。蚯蚓濕地的除氮效果明顯優(yōu)于普通活性污泥法，氨氮去除率達(dá)55%-65%。其出水濃度為(12-20)mg/L，可滿足國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的要求。實(shí)施例4通過分析，水平潛流人工濕地部分黃花鳶尾根系表面生物膜中異養(yǎng)細(xì)菌、硝酸細(xì)菌、亞硝酸細(xì)菌數(shù)量分別為3198E+08CFU/g、8. 20E+04CFU/g、6. 01E+03CFU/g，較無(wú)植物潛流濕地填料生物膜中相應(yīng)細(xì)菌高出516倍、314倍和410倍。實(shí)施例5在利用沉水植物進(jìn)行生活污水深度處理方面，有沉水植物的表流濕地較沒有沉水植物的表流濕地容氧和pH值高，說(shuō)明沉水植物是改善表流濕地水體容氧和pH的有效途徑， 利于生活污水的深度處理。
權(quán)利要求
1.一種適于小城鎮(zhèn)生活污水、廢水處理的快速啟動(dòng)型無(wú)動(dòng)力生物強(qiáng)化人工濕地系統(tǒng)， 其特征在于，所述人工濕地系統(tǒng)依地勢(shì)由高至低依次包括1)沉沙池；2)懸浮型生物填料床，所述懸浮型生物填料床，底部鋪設(shè)有防滲膜，防滲膜上方鋪設(shè)卵石層，卵石層上方放入懸浮型生物填料，填料直徑5-8cm，填料層厚度30-35cm，在懸浮型生物填料層上方鋪設(shè)火山巖填料、陶粒填料及土壤的混合物；3)生物處理潛流濕地，所述生物處理潛流濕地的底層為防滲層，防滲層上鋪設(shè)卵石層，深5-10cm，卵石層上方鋪設(shè)火山巖填料層，深30-40cm，火山巖層上方為土壤層，深 15-20cm，在該區(qū)域放置蚯蚓10-20萬(wàn)條，整個(gè)生物處理潛流濕地深50_70cm ；4)表流濕地，所述表流濕地包括浮水植物區(qū)、挺水植物區(qū)、沉水植物區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述生物處理潛流濕地的火山巖填料層中添加有自來(lái)水廠的活性污泥，活性污泥添加量為每平方米濕地50L。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，在所述生物處理潛流濕地部分種植挺水植物。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述浮水植物區(qū)種植鳳眼蓮；所述挺水植物區(qū)種植蘆葦、水蔥；所述沉水植物區(qū)種植狐尾藻、輪藻、小茨藻。
全文摘要
本發(fā)明涉及污水處理領(lǐng)域，具體地，本發(fā)明涉及一種適于小城鎮(zhèn)生活污水、廢水處理的快速啟動(dòng)型無(wú)動(dòng)力生物強(qiáng)化人工濕地系統(tǒng)。所述人工濕地系統(tǒng)包括1)沉沙池；2)懸浮型生物填料床，其底部鋪有防滲膜，防滲膜上方鋪卵石層，卵石層上方為懸浮型生物填料，上方鋪設(shè)火山巖填料、陶粒填料及土壤的混合物；3)生物處理潛流濕地，所述生物處理潛流濕地的底層為防滲層，防滲層上鋪設(shè)卵石層，卵石層上方鋪設(shè)火山巖填料層，在該區(qū)域放置蚯蚓；4)表流濕地。該系統(tǒng)能有效縮短現(xiàn)有人工濕地的啟動(dòng)時(shí)間，提高啟動(dòng)階段處理效率；解決潛流濕地的堵塞問題；降低水處理過程中的能耗；重視植物配置的景觀效果以及土壤動(dòng)物在水處理中的作用。
文檔編號(hào)C02F9/14GK102603111SQ201110023418
公開日2012年7月25日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者劉峰, 李俊清, 梁文艷 申請(qǐng)人:北京林業(yè)大學(xué)