申请日2015.07.17
公开(公告)日2015.11.18
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，包括串联设置的人工湿地(1)、强化硝化生态沟渠(2)和强化反硝化生态沟渠(3)，在所述人工湿地(1)的前端设置有布水区(5)，后端设置有湿地排水区(12)，所述人工湿地(1)从下至上依次包括集水集泥区(10)、反应区(8)、细沙层(7)和土壤层(6)，所述强化硝化生态沟渠(2)包括生物沸石区(14)，所述强化反硝化生态沟渠(3)包括前后相邻的固体碳源反硝化区(16)和深度净化区(18)。本发明的系统能够有效去除分散养猪冲洗水中污染物，并具有持续脱氮除磷、维护简单、运行经济等优点。
权利要求书
1.一种处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，其特征在于：包括串联设置的 人工湿地(1)、强化硝化生态沟渠(2)和强化反硝化生态沟渠(3)，在所述人工湿地(1) 的前端设置有布水区(5)，后端设置有湿地排水区(12)，所述人工湿地(1)从下至上依次 包括集水集泥区(10)、反应区(8)、细沙层(7)和土壤层(6)，所述强化硝化生态沟渠(2) 包括生物沸石区(14)，所述强化反硝化生态沟渠(3)包括前后相邻的固体碳源反硝化区(16) 和深度净化区(18)。
2.根据权利要求1所述的处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，其特征在 于：在所述固体碳源反硝化区(16)上设置有预制盖板(17)，在所述深度净化区(18)的后 端设置有净化排水区(22)。
3.根据权利要求2所述的处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，其特征在 于：在所述布水区(5)的上部设置有布水管(4)，在所述集水集泥区(10)的后端设置有多 孔板(11)，连通所述人工湿地(1)和所述湿地排水区(12)，在所述强化硝化生态沟渠(2) 前端的上部设置有排水管(13)，连通所述湿地排水区(12)和所述强化硝化生态沟渠(2)， 所述强化反硝化生态沟渠(3)的底部低于所述强化硝化生态沟渠(2)的底部，所述强化硝 化生态沟渠(2)和所述强化反硝化生态沟渠(3)之间通过出水管(15)连接，所述出水管 (15)处于所述强化硝化生态沟渠(2)后端的下部，所述预制盖板(17)的上部;在所述强 化反硝化生态沟渠(3)后端的下部设置有入水管(23)，连通所述强化反硝化生态沟渠(3) 和所述净化排水区(22)，在所述净化排水区(22)后端的上部设置有排放管(19)。
4.根据权利要求3所述的处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，其特征在 于：在所述人工湿地(1)中，所述集水集泥区(10)的上表面为水平，下表面为倾斜设置， 厚度由前端向后端逐渐增加，后端高度为20～30cm，在所述集水集泥区(10)填充有粒径为 3～5cm的砾石;
所述多孔板(11)为水泥预制板，孔径为2～3cm，其上端与所述集水集泥区(10)的上 表面之间的距离为5cm，下端与所述集水集泥区(10)后端的底部平齐;所述土壤层(6) 厚度为10～20cm;所述细沙层(7)厚度为5cm;所述反应区(8)填充有砖渣、钢渣、高 炉渣中的一种或多种的混合基质，粒径为5～20mm，填充的厚度为40～60cm;
所述湿地排水区(12)的底部低于所述集水集泥区(10)后端底部20～40cm，所述排 水管(13)的设置高度与所述细沙层(7)的底部的高度一致，所述强化硝化生态沟渠(2) 前端的底部与所述湿地排水区(12)的底部的高度一致。
5.根据权利要求4所述的处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，其特征在 于：所述强化硝化生态沟渠(2)由天然沟渠改造而成，沟渠底部采用水泥砂浆衬底，坡壁采 用水泥抹浆护坡，底部为由前至后倾斜设置，倾斜角度为5～10°;所述生物沸石区(14)包 括上下两层，上层填充粒径为7～15mm的沸石，填充厚度为5cm，下层填充粒径为3～5mm 的沸石，填充厚度为15～25cm。
6.根据权利要求5所述的处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，其特征在 于：所述强化反硝化生态沟渠(3)由天然沟渠改造而成，沟渠底部采用水泥砂浆衬底，坡壁 采用水泥抹浆护坡，底部为由前至后倾斜设置，倾斜角度为1～3°;所述固体碳源反硝化区(16) 填充的固体碳源为玉米秸秆、小麦秸秆、芦苇秆、水稻秸秆、稻壳中的一种或几种的混合物， 填充厚度为20～50cm。
7.根据权利要求6所述的处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，其特征在 于：所述预制盖板(17)为方形水泥板，所述深度净化区(18)的填充基质为砖渣、钢渣、 高炉渣中的一种或几种的混合物，填充高度为20～50cm;所述深度净化区(18)分为前后 长度相等的两段，前段中的填充基质的粒径为20～50mm，后段中的填充基质的粒径为5～20 mm;所述排放管(19)的设置高度与所述固体碳源反硝化区(16)的上表面的高度一致。
8.根据权利要求7所述的处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，其特征在 于：在所述土壤层(6)的表层、所述生物沸石区(14)的表层和所述深度净化区(18)的表 层中分别种植有湿地植物(9)、强化硝化区植物(20)和深度净化区植物(21)，所述湿地植 物(9)为菖蒲，所述强化硝化区植物(20)为黑麦草，所述深度净化区植物(21)为美人蕉。
9.一种采用权利要求1-8中任意一项所述的处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠 系统处理养殖废水的方法，其特征在于：包括如下步骤：
所述方法包括进水期和静置期，通过进水期和静置期的轮换使所述系统以间歇方式运行， 经厌氧处理后的养殖废水经布水管进入人工湿地(1)中的布水区(5)，养殖废水中的有机物、 SS、总磷、致病菌在反应区被去除，处理后的水和剩余污泥由多孔板(11)流入湿地排水区 (12)，水由排水管(13)流入强化硝化生态沟渠(2)，污泥定期用潜污泵抽出;其中，在进 水期，废水中的氨氮被生物沸石区(14)中的生物沸石快速吸附，静置期则在自然复氧条件 下，由生物沸石再生产生硝酸盐氮;静置期产生的硝酸盐氮在下一个运行周期的进水期，随 水流入强化反硝化生态沟渠(3)中的固体碳源反硝化区(16)，被反硝化微生物利用固体碳 源为底物，还原为氮气;水中剩余的有机物、SS和总磷在深度净化区(18)被进一步去除。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：所述系统每天进水1次，每次进水时间 为0.5～2h，其余时间静置。
说明书
一种处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统
技术领域
本发明涉及环保技术领域，具体涉及一种能够处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟 渠系统。
背景技术
农村分散养猪规模多在200头以下，其特点是猪场建在自家庭院附近、猪的食物组成以 潲水和青草料为主，辅以部分饲料。作为农村经济的重要组成部分，分散养猪业为农村居民 创收的同时，也带来了巨大的环境污染。根据《第一次全国污染源普查公报》，畜禽养殖已经 成为很多地区的头号污染源。分散养猪业作为地方经济支柱型产业，同时也是养殖散户的主 要经济来源，不可能在短时间内通过关、停、并、转等强制措施彻底解决源头污染问题，只 能通过适宜的处理技术，减少污染物对环境的危害。
现有的规模养殖处理技术由于基础投资大，运行管理费用高，不适用于微利的分散养猪 行业。目前分散养殖常用的处理技术为厌氧处理技术。厌氧反应器具有运行成本低、维护简 单、抗冲击性能好等特点，适用于经济基础较弱的农村地区。经过厌氧处理后的养殖废水有 机物浓度大幅降低，但是仍含有高浓度氮磷和大量细菌，如果直接排放水体，会导致水中氮 磷含量升高，易出现富营养化现象;同时细菌可能引发疟疾、伤寒或其他流行病的传播。因 此，针对分散养猪的水质及水量排放特征，开发一种简单高效的、能够深度去除分散养猪冲 洗水中污染物的生态处理系统就具有重要的现实意义。
发明内容
本发明的目的在于针对经厌氧处理后的养猪冲洗水中含高浓度氮磷和大量细菌的特点，提 供一种结构简单、能够有效去除污水中污染物的人工湿地-生态沟渠系统。
一种处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，包括串联设置的人工湿地、强化 硝化生态沟渠和强化反硝化生态沟渠，在所述人工湿地的前端设置有布水区，后端设置有湿 地排水区，所述人工湿地从下至上依次包括集水集泥区、反应区、细沙层和土壤层，所述强 化硝化生态沟渠包括生物沸石区，所述强化反硝化生态沟渠包括前后相邻的固体碳源反硝化 区和深度净化区。
本发明所述的处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，其中，在所述固体碳源 反硝化区上设置有预制盖板，在所述深度净化区的后端设置有净化排水区。
本发明所述的处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，其中，在所述布水区的 上部设置有布水管，在所述集水集泥区的后端设置有多孔板，连通所述人工湿地和所述湿地 排水区，在所述强化硝化生态沟渠前端的上部设置有排水管，连通所述湿地排水区和所述强 化硝化生态沟渠，所述强化反硝化生态沟渠的底部低于所述强化硝化生态沟渠的底部，所述 强化硝化生态沟渠和所述强化反硝化生态沟渠之间通过出水管连接，所述出水管处于所述强 化硝化生态沟渠后端的下部，所述预制盖板的上部;在所述强化反硝化生态沟渠后端的下部 设置有入水管，连通所述强化反硝化生态沟渠和所述净化排水区，在所述净化排水区后端的 上部设置有排放管。
本发明所述的处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，其中，在所述人工湿地 中，所述集水集泥区的上表面为水平，下表面为倾斜设置，厚度由前端向后端逐渐增加，后 端高度为20～30cm，在所述集水集泥区填充有粒径为3～5cm的砾石;
所述多孔板为水泥预制板，孔径为2～3cm，其上端与所述集水集泥区的上表面之间的 距离为5cm，下端与所述集水集泥区后端的底部平齐;所述土壤层厚度为10～20cm;细沙 层厚度为5cm;反应区填充有砖渣、钢渣、高炉渣中的一种或多种的混合基质，粒径为5～ 20mm，填充的厚度为40～60cm;
所述湿地排水区的底部低于所述集水集泥区后端底部20～40cm，所述排水管的设置高 度与所述细沙层的底部的高度一致，所述强化硝化生态沟渠前端的底部与所述湿地排水区的 底部的高度一致。
本发明所述的处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，其中，所述强化硝化生 态沟渠由天然沟渠改造而成，沟渠底部采用水泥砂浆衬底，坡壁采用水泥抹浆护坡，底部为 由前至后倾斜设置，倾斜角度为5～10°;所述生物沸石区包括上下两层，上层填充粒径为7～ 15mm的沸石，填充厚度为5cm，下层填充粒径为3～5mm的沸石，填充厚度为15～25cm。
本发明所述的处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，其中，所述强化反硝化 生态沟渠由天然沟渠改造而成，沟渠底部采用水泥砂浆衬底，坡壁采用水泥抹浆护坡，底部 为由前至后倾斜设置，倾斜角度为1～3°;所述固体碳源反硝化区填充的固体碳源为玉米秸秆、 小麦秸秆、芦苇秆、水稻秸秆、稻壳中的一种或几种的混合物，填充厚度为20～50cm。
本发明所述的处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，其中，所述预制盖板为 方形水泥板，所述深度净化区的填充基质为砖渣、钢渣、高炉渣中的一种或几种的混合物， 填充高度为20～50cm;所述深度净化区分为前后长度相等的两段，前段中的填充基质的粒 径为20～50mm，后段中的填充基质的粒径为5～20mm;所述第二排放管的设置高度与所述 固体碳源反硝化区的上表面的高度一致。
本发明所述的处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统，其中，在所述人工湿地 中的土壤层表层、所述强化硝化生态沟渠的表层和所述深度净化区的表层中分别种植有湿地 植物、强化硝化区植物和深度净化区植物，所述湿地植物为菖蒲，所述强化硝化区植物为黑 麦草，所述深度净化区植物为美人蕉。
一种采用所述的处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统处理养殖废水的方法， 包括如下步骤：
所述方法包括进水期和静置期，通过进水期和静置期的轮换使所述系统以间歇方式运行， 经厌氧处理后的养殖废水经布水管进入人工湿地中的布水区，养殖废水中的有机物、SS、总 磷、致病菌在反应区被去除，处理后的水和剩余污泥由多孔板流入湿地排水区，水由排水管 流入强化硝化生态沟渠，污泥定期用潜污泵抽出;其中，在进水期，废水中的氨氮被生物沸 石区中的生物沸石快速吸附，静置期则在自然复氧条件下，由生物沸石再生产生硝酸盐氮; 静置期产生的硝酸盐氮在下一个运行周期的进水期，随水流入强化反硝化生态沟渠中的固体 碳源反硝化区，被反硝化微生物利用固体碳源为底物，还原为氮气;水中剩余的有机物、SS 和总磷在深度净化区被进一步去除。
本发明所述的方法，其中，所述系统每天进水1次，每次进水时间为0.5～2h，其余时 间静置。
本发明处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统与现有技术不同之处在于：本发 明处理分散养猪冲洗废水的人工湿地-生态沟渠系统具有如下优点：
1、针对分散养猪冲洗废水的水质特征和排放特征，构建了具有明显功能分区特征的处理 系统，实现了废水低成本、高效的处理。
2、反应区所处理废水的有机物浓度较高，所增殖的生物质将会较多，集水集泥区、多孔 板和排水区的设计，有利于该区域脱落污泥的排出，可避免湿地堵塞。
3、强化硝化生态沟渠按沸石粒度分层填充，有利于进水期进水能快速流过，同时还能保 障在静置期该区域具有一定的湿度，确保静置期硝化微生物功能的正常发挥。
4、使用预制盖板覆盖在固体碳源上，可避免质轻的固体碳源在水流大(如下雨)情况下 被冲走。
5、深度净化层分为前后两段，前段粒径大，后段粒径小，有利于避免固体碳源中较难降 解部分堵塞深度净化层的风险。