專利名稱：能控制甲烷排放的山地城市人工濕地污水處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種山地城市多級(jí)階梯連續(xù)/間歇人工濕地污水處理甲烷排放控制反應(yīng)系統(tǒng)，屬于污水處理技術(shù)與環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
如何共同應(yīng)對(duì)全球變暖己經(jīng)成為國際社會(huì)的主要議題和挑戰(zhàn)之一。全球氣候變化特別是氣溫的升高與大氣中二氧化碳、甲烷和氧化亞氮等氣體含量的升高所產(chǎn)生的溫室效應(yīng)密切相關(guān)。濕地甲烷排放占全球總量的20%-26%，甲烷作為主要的溫室氣體對(duì)全球氣候變暖的貢獻(xiàn)率達(dá)到了 20%-39%，而且甲烷在大氣中的濃度正以每年O. 8%的速度增長。由于人類活動(dòng)對(duì)自然界的干擾，全球濕地面積迅速減少，自然濕地也逐步受到了人類活動(dòng)的影響，這使人們逐漸意識(shí)到了人工濕地的重要性。因此，在人工濕地的建設(shè)和管理過程中，在考慮利用人工濕地生態(tài)修復(fù)功能的同時(shí)，也應(yīng)該考慮如何減少甲烷的排放。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，旨在提供一種能控制甲烷排放的山地城市人工濕地污水處理系統(tǒng)，采用多級(jí)階梯連續(xù)和間歇人工濕地污水處理方法，以減少人工濕地污水處理反應(yīng)器在處理過程中甲烷的排放。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下
能控制甲烷排放的山地城市人工濕地污水處理系統(tǒng)，主要采用以下兩個(gè)方面的技術(shù)實(shí)現(xiàn)一、提高水中的溶解氧含量抑制產(chǎn)甲烷菌的活性，通過以下三個(gè)方面實(shí)現(xiàn)(1)各級(jí)人工濕地之間通過水力作用(跌水曝氣)增氧；(2)第2-第η級(jí)人工濕地通過在閑置時(shí)自然復(fù)氧；(3)栽植根系發(fā)達(dá)、輸氧能力較強(qiáng)的水生植物。二、采用對(duì)產(chǎn)甲烷菌有抑制作用的組合填料。所述的反應(yīng)系統(tǒng)由多級(jí)(如6級(jí))階梯式人工濕地組成，每級(jí)人工濕地的高程依次降低，每級(jí)人工濕地內(nèi)填充有組合填料，填料上種植水生植物。所述人工濕地從第2級(jí)開始分成并列的四組，每組均按第2、第3、……第η分為多級(jí)。進(jìn)入第I級(jí)人工濕地經(jīng)處理后向第2級(jí)的4組人工濕地配水，2級(jí)及以后各級(jí)經(jīng)處理后出水直接流向下一級(jí)。所述反應(yīng)器第I級(jí)連續(xù)進(jìn)出水，第2-第η級(jí)采用序批式周期性運(yùn)行，間歇性進(jìn)出水，每個(gè)運(yùn)行周期都由進(jìn)水一反應(yīng)一排放一閑置四個(gè)階段所組成，具體流程如下
進(jìn)水污水經(jīng)進(jìn)水管從每一級(jí)人工濕地上部配水渠跌水充氧流入，依靠重力作用下
滲；
反應(yīng)污水流入過程中挾帶空氣中大量的氧氣進(jìn)入污水中，可提高污水中的溶解氧濃度，當(dāng)污水達(dá)到預(yù)定高度后開始反應(yīng)，污水與組合填料中的微生物和種植的水生植物充分接觸后，污水得到有效處理；
排放經(jīng)反應(yīng)后的污水從人工濕地底部的排水管排出；
閑置在此階段，通過自然復(fù)氧恢復(fù)微生物活性后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。
通過各級(jí)之間水力增氧和間歇性進(jìn)水的自然復(fù)氧,人工濕地保持較高溶解氧狀態(tài)，使產(chǎn)甲烷菌得到有效抑制，可有效減少甲烷的產(chǎn)生和排放。所述的各級(jí)人工濕地中間設(shè)有配水渠，配水渠距沙土表面高度20cm，污水在跌落過程中可挾帶空氣中大量的氧氣進(jìn)入到污水中。各級(jí)人工濕地填料底部設(shè)有隔墻，隔墻上開有直徑為IOOmm的小孔，孔口設(shè)置篩網(wǎng)，間距100mm.各級(jí)人工濕地底部設(shè)有集水廊道，集水廊道高度為25cm，污水經(jīng)處理在此收集后跌水流向下一級(jí)。24
所述人工濕地采用對(duì)產(chǎn)甲烷菌有抑制作用的組合填料。該填料由30%-50%的砂料、50%-70%的工業(yè)廢渣組成；工業(yè)廢渣是以富含硫酸鹽為主，摻有一定含量的磁鐵礦和氫氧化物組成，要求硫酸鹽中硫酸根的質(zhì)量比大于15%，磁鐵礦中含鐵量大于10%，鐵離子與硫酸根離子的摩爾比控制在5-10為宜。所述的水生植物為根系發(fā)達(dá)、輸氧能力較強(qiáng)且具有一定景觀效應(yīng)的睡蓮和蓮藕，種植密度為30-35株/m2。所述第I級(jí)人工濕地為連續(xù)進(jìn)出水，第2-6級(jí)采用序批式周期性運(yùn)行，間歇性進(jìn)出水。所述第I級(jí)人工濕地底部集水廊道配水出口處裝有自動(dòng)控制閘板，用于自動(dòng)向第2級(jí)配水。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)
I、采用多級(jí)階梯連續(xù)和間歇運(yùn)行的人工濕地技術(shù)，各級(jí)人工濕地之間通過水力作用(跌水曝氣)增氧，第2-第η級(jí)人工濕地通過在閑置時(shí)自然復(fù)氧，這樣使人工濕地保持較高溶解氧狀態(tài)，使產(chǎn)甲烷菌得到有效抑制，有效減少甲烷的產(chǎn)生和排放。2、通過組合填料使產(chǎn)甲烷菌的活性得到抑制，減少了甲烷的排放，減少溫室氣體對(duì)環(huán)境的破壞。3、溶解氧含量高，BOD去除能力強(qiáng)，能夠脫氮除磷。4、運(yùn)行管理簡單，對(duì)整個(gè)反應(yīng)器是連續(xù)流，對(duì)第2-6級(jí)又是間歇流。5、工程投資省，省去了調(diào)節(jié)池，所使用的填料為砂粒和工業(yè)廢渣。6、運(yùn)行成本低。利用山地城市特有地形，全過程重力流，無須動(dòng)力提升和曝氣，能耗低。本技術(shù)特別適用于分散式農(nóng)村或小城鎮(zhèn)生活污水處理。


圖I.本發(fā)明一種實(shí)施方式的平面示意 圖2.本發(fā)明一種實(shí)施方式的剖面 圖中1:進(jìn)水管2:配水渠3:水生植物 4:沙土
5:組合填料6:集水廊道7:出水管。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。為進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳的實(shí)施例，對(duì)依據(jù)本發(fā)明提出的反應(yīng)系統(tǒng)做詳細(xì)說明。、
如圖I與圖2所示，本反應(yīng)系統(tǒng)由第1-6級(jí)人工濕地串聯(lián)而成，每級(jí)人工濕地的高程依次降低。每級(jí)人工濕地又由進(jìn)水管I、配水渠2、水生植物3、沙土 4、組合填料5、集水廊道6、出水管7等組成。人工濕地的池體采用矩形鋼筋混凝土池體，池體內(nèi)填充10-15cm沙土 4，50-60cm填料5，填料上種植有水生植物3。人工濕地頂部和底部分別設(shè)置有配水渠2和集水廊道6。污水通過配水渠2跌水進(jìn)入各級(jí)人工濕地中，污水與填料中的微生物和水生植物充分接觸反應(yīng)后，污水通過底部重力流排出。以上人工濕地從第2級(jí)開始分成并列的A、B、C、D四組、，每組均按第2、第3、第4、第5第6分為多級(jí)。第I級(jí)人工濕地同時(shí)向第2級(jí)的每一組人工濕地配水，采用連續(xù)進(jìn)出水方式。第2級(jí)及以后各級(jí)經(jīng)處理后出水直接流向下一級(jí)，第2-第6級(jí)采用序批式周期性運(yùn)行，間歇性進(jìn)出水，每個(gè)運(yùn)行周期都由進(jìn)水一反應(yīng)一排放一閑置四個(gè)階段所組成。排空后 的人工濕地進(jìn)入閑置期，填料中的微生物依靠自然復(fù)氧作用恢復(fù)活性后再次進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)周期中。主要技術(shù)參數(shù)
第I級(jí)連續(xù)進(jìn)出水，水力停留時(shí)間4h ；
第2-6級(jí)序批式進(jìn)出水，周期性循環(huán)，具體技術(shù)參數(shù)如下 每周期運(yùn)行時(shí)間4h ；
進(jìn)水時(shí)間lh;
反應(yīng)時(shí)間lh;
排水時(shí)間lh;
閑置時(shí)間lh;
人工濕地長寬比5:1;
水力負(fù)荷3. 4cm-6. 7cm/d;
布水深度夏季<10cm, 一般5-10cm ;冬季<30cm, 一般10_15cm ；
有機(jī)負(fù)荷80-130kgB0D/(hm2 · d)；
氮負(fù)荷25kg/ (hm2 · d)。以第2級(jí)人工濕地的具體運(yùn)行為例，其方式如下
0-Ih 第2級(jí)第I組Al進(jìn)水；
1-2h:第2級(jí)第2組BI進(jìn)水；第2級(jí)第I組Al反應(yīng)；
2-3h 第2級(jí)第3組Cl進(jìn)水；第2級(jí)第2組BI反應(yīng)；第2級(jí)第I組Al排水；
3-4h 第2級(jí)第4組Dl進(jìn)水；第2級(jí)第3組Cl反應(yīng)；第2級(jí)第2組BI排水；第2級(jí)第I組Al閑置；
BI、Cl、Dl循環(huán)方式同Al ;以后各級(jí)循環(huán)方式同第2級(jí)，相當(dāng)每級(jí)運(yùn)行周期為4小時(shí)，整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行周期為24小時(shí)。對(duì)整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)而言屬連續(xù)運(yùn)行，相對(duì)第2-6級(jí)是間歇性周期運(yùn)行的。當(dāng)然本反應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行并不局限于此，可根據(jù)當(dāng)?shù)匚鬯闆r靈活變動(dòng)。本系統(tǒng)采用的組合填料由30%_50%的砂料、50%_70%的工業(yè)廢渣組成。工業(yè)廢渣是以富含硫酸鹽為主，摻有磁鐵礦和氫氧化物組成，要求硫酸鹽中硫酸根的質(zhì)量比大于15%，磁鐵礦中含鐵量大于10%，鐵離子與硫酸根離子的摩爾比控制在5-10為宜。
權(quán)利要求
1.一種能控制甲烷排放的山地城市人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的處理系統(tǒng)由多級(jí)階梯式人工濕地組成，每級(jí)人工濕地的高程依次降低，每級(jí)人工濕地內(nèi)填充有組合填料，填料上種植水生植物；所述人工濕地從第2級(jí)開始分成并列的四組，每組均按第.2、第3、……第η分為多級(jí)，所述第I級(jí)人工濕地同時(shí)向第2級(jí)的每ー組人工濕地配水，第.2級(jí)及以后各級(jí)經(jīng)處理后出水直接流向下ー級(jí)；所述第I級(jí)人工濕地連續(xù)進(jìn)出水，第2-第η級(jí)人工濕地采用序批式周期性運(yùn)行，間歇性進(jìn)出水，每個(gè)運(yùn)行周期都由進(jìn)水一反應(yīng)ー排放ー閑置四個(gè)階段所組成，具體流程如下 進(jìn)水污水經(jīng)進(jìn)水管從每ー級(jí)人工濕地上方跌水充氧流入，依靠重力作用下滲； 反應(yīng)污水流入過程中挾帶空氣中大量的氧氣進(jìn)入污水中，當(dāng)污水達(dá)到預(yù)定高度后開始反應(yīng)，污水與組合填料中的微生物和種植的水生植物充分接觸后，污水得到有效處理； 排放經(jīng)反應(yīng)后的污水從姆ー級(jí)人工濕地底部的排水管排出； 閑置在此階段，通過自然復(fù)氧恢復(fù)微生物活性后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)； 通過各級(jí)之間跌水曝氣水力增氧和間歇性進(jìn)水的自然復(fù)氧，人工濕地保持較高溶解氧狀態(tài)，使產(chǎn)甲烷菌得到有效抑制，有效減少甲烷的產(chǎn)生和排放。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的能控制甲烷排放的山地城市人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述人工濕地采用對(duì)產(chǎn)甲烷菌有抑制作用的組合填料，該填料由30%-50%的砂料、.50%-70%的エ業(yè)廢渣組成；エ業(yè)廢渣是以富含硫酸鹽為主，摻有磁鐵礦和氫氧化物的物料組成，要求硫酸鹽中硫酸根的質(zhì)量比大于15%，磁鐵礦中含鐵量大于10%，鐵離子與硫酸根離子的摩爾比控制在5-10為宜。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的能控制甲烷排放的山地城市人工濕地污水處理系統(tǒng)，所述的各級(jí)人工濕地上方設(shè)有配水渠，污水在跌落過程中挾帶空氣中大量的氧氣進(jìn)入到污水中；各級(jí)人工濕地的組合填料底部設(shè)有隔墻，隔墻上開有小孔，孔ロ設(shè)置篩網(wǎng)；各級(jí)人工濕地底部設(shè)有集水廊道，污水經(jīng)處理在此收集后跌水流向下ー級(jí)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能控制甲烷排放的山地城市人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述配水渠距組合填料上的沙土表面高度20cm，組合填料底部隔墻的小孔間距.100mm,集水廊道高度為25cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的所述能控制甲烷排放的山地城市人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的水生植物為根系發(fā)達(dá)、輸氧能力較強(qiáng)且具有一定景觀效應(yīng)的睡蓮和蓮藕，種植密度為30-35株/m2。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能控制甲烷排放的山地城市人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述第2級(jí)人工濕地的具體運(yùn)行方式如下 .Ο-lh:第2級(jí)第I組Al進(jìn)水； .1-2h :第2級(jí)第2組BI進(jìn)水；第2級(jí)第I組Al反應(yīng)； .2-3h:第2級(jí)第3組Cl進(jìn)水；第2級(jí)第2組BI反應(yīng)；第2級(jí)第I組Al排水； .3-4h:第2級(jí)第4組Dl進(jìn)水；第2級(jí)第3組Cl反應(yīng)；第2級(jí)第2組BI排水；第2級(jí)第.1組Al閑置； BI、Cl、Dl循環(huán)方式同Al ;以后各級(jí)循環(huán)方式同第2級(jí)，相當(dāng)每級(jí)運(yùn)行周期為4小吋，整個(gè)反應(yīng)器的運(yùn)行周期為24小吋。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的能控制甲烷排放的山地城市人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述人工濕地每級(jí)底部集水廊道的配水出口處裝有自動(dòng)控制閘板，用于自動(dòng)向下一級(jí)配水。
全文摘要
一種能控制甲烷排放的山地城市人工濕地污水處理系統(tǒng)，其由高程依次降低的多級(jí)階梯式人工濕地組成，每級(jí)人工濕地內(nèi)填充有組合填料并種水生植物；所述人工濕地從第2級(jí)開始分成并列的四組，每組均按第2、第3、……第n分為多級(jí)，所述第1級(jí)人工濕地同時(shí)向第2級(jí)的每一組人工濕地配水，第2級(jí)及以后各級(jí)經(jīng)處理后出水直接流向下一級(jí)；所述第1級(jí)連續(xù)進(jìn)出水，第2-第n級(jí)采用序批式周期性運(yùn)行，間歇性進(jìn)出水，每個(gè)運(yùn)行周期都由進(jìn)水—反應(yīng)—排放—閑置四個(gè)階段所組成。本系統(tǒng)整體上是連續(xù)流，在第2-第n級(jí)是間歇流，各級(jí)人工濕地之間通過跌水曝氣增氧，第2-n級(jí)通過在閑置時(shí)自然復(fù)氧，并結(jié)合采用對(duì)產(chǎn)甲烷菌有抑制作用的組合填料，能有效控制甲烷的產(chǎn)生和排放。
文檔編號(hào)C02F3/32GK102633366SQ201210134240
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年5月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月3日
發(fā)明者劉洪達(dá), 劉立, 張賽, 方俊華, 李更生, 楊世琪, 柴宏祥, 王偉杰, 王 琦, 胡學(xué)斌 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)