申请日2012.04.18
公开(公告)日2012.08.08
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明提供分散式污水一体化人工湿地处理设施及方法，本设施包括高位水箱筛滤区、生物膜处理区、浮水植物区、主湿地区、沙滤沉水植物区、集中出水区六部份，并依次形成完整的处理水路;其中浮水植物区、主湿地区、沙滤沉水植物区由隔板分离为左右两个并联区域，并形成左右两条处理水路。本发明的方法包括去除悬浮污物、生物膜处理、湿地处理、沙滤处理、潜流与表流切换处理、主湿地区植物配置。本发明的设施占地仅2～3m2，净化效率达标，并且可车间集成化生产，不易堵塞，管理容易，维护方便，运行成本低。
权利要求书
1.分散式污水一体化人工湿地处理设施，由主箱体(1)通过隔离板(2)经隔离后， 依次形成包括高位水箱筛滤区(7)、生物膜处理区(3)、浮水植物区(4)、主湿地区(5)、沙滤 沉水植物区(6)、集中出水区(17)六部份，并依次形成完整的处理水路;其中浮水植物区(4)、 主湿地区(5)、沙滤沉水植物区(6)由隔板分离为左右两个并联区域，并形成左右两条处理水 路;
高位水箱筛滤区(7)底部与生物膜处理区(3)底部通过管道(8)连接，管道(8)上 设置有流量调节阀(9);生物膜处理区(3)上侧距主箱体底部70～80cm处，设与浮水植物 区(4)相通的出水口;浮水植物区(4)底部设与主湿地区(5)相通的出水口;主湿地区 (5)底部设与沙滤沉水植物区(6)相通的出水口;沙滤沉水植物区(6)上侧距主箱体底 部60～70cm处设与集中出水区(17)相通的出水口;
在集中出水区(17)内设置有回流循环泵(12)，回流循环泵(12)出水口设置在生物膜 处理区(3)内;主箱体(1)四周壁缘设置有加强筋，主箱体(1)四周各箱体箱底均设置 有落干出水孔(13)，并在落干出水孔(13)管口设置有水阀，所述的主箱体(1)长200～ 300cm、宽80～12cm、主箱体(1)占地面积为2～3m2。
2.如权利要求1所述的分散式污水一体化人工湿地处理设施，其特征在于：
其中高位水箱筛滤区(7)箱体长30～40cm，宽100cm，高50～70cm，固定于生物膜处理 区(3)上方，高位水箱筛滤区(7)箱体与污水管相连，高位水箱筛滤区(7)内置筛网， 筛网均匀布设筛孔;高位水箱筛滤区(7)通过管道(8)与生物膜处理区(3)底部相连， 管道上还设置有流量调节阀(9);
生物膜处理区(3)长30～40cm、高80cm，在箱体顶部设有四通布水管(14)与回流循 环泵(12)相连;生物膜处理区(3)内间隔悬挂废弃无纺布边角余料及棕条、麻条、丝瓜 布，共同构成的生物膜载体(15)，生物膜载体(15)高70cm;生物膜处理区(3)右上方有 左右两个出水口，分别对应主湿地区(5)左右两个独立的区域;
浮水植物区(4)长15～20cm、高80～100cm，的纵向隔板分为左右两个并联区域，底 部均匀布设与主湿地区(5)相通的10～12个出水口，浮水植物夏季为浮萍、凤眼莲之一或 其组合，冬季通过浮床方式种植白车轴草、狐尾藻之一或其组合;
主湿地区(5)长125～200cm、高80～100cm，中部设置高60～80cm的隔板;将主湿地 区分为前后两个部份，主湿地区(5)底部均匀布设与沙滤沉水植物区相通的10～12个出水 口，主湿地区基质(16)布设由下至上分别为：大卵石25cm，中卵石15cm，瓦砾约3cm， 废砖或建渣30cm，带多孔无纺布一层、泥土15～20cm，泥土上种植植物;包括大型植物和 小型植物共同组成，大型植物选择香蒲、黄菖蒲、芦苇、美人蕉或其组合，小型植物为耐 寒植物狐尾藻和白车轴草或其组合;主湿地区(5)箱体两侧边缘设置有保温薄膜安装插口;
沙滤沉水植物区(6)长30～40cm，高80～100cm，该区域基质(16)由废砖层15cm， 无孔无纺布层和沙层20cm组成，并在沙层种植沉水植物如睡莲、黑藻、金鱼藻之一或其 组合;
集中出水区(17)设置有两个出水口，分别为距箱底60～80cm处的潜流出水口(10); 80～100cm处表面流出水口(11);在该区域距底端40cm处安装回流循环泵(12)的吸水 管。
3.如权利要求1所述的分散式污水一体化人工湿地处理设施，其特征在于：箱体及隔板材料 为厚10～15mm的聚丙烯(PP)板、高分子材料板材或金属板材制作。
4.分散式污水一体化人工湿地处理方法，其特征在于，本发明所述的分散式污水处理方法 如下：
a、将生活污水通过管道或直接汇入高位水箱筛滤区(7)中，高位水箱筛滤区(7)中部 设置隔栅阻挡住固体污物，取出隔离栅，将固体污物取出;
b、通过打开并调节流量调节阀(9)，将污水以10～20L/h流入到生物膜处理区(3)，污 水均匀通过生物膜区(3)中悬挂于隔板之间的生物膜载体(15)时，与生物膜载体(15) 上形成的生物膜充分接触，进行微生物厌氧-兼氧处理;
c、经生物膜处理后的污水从生物膜处理区3上侧的两个出水口溢流到浮水植物区4，浮水植 物夏季为浮萍、凤眼莲之一或其组合，冬季通过浮床方式种植白车轴草、狐尾藻之一或其 组合;
d、经过到浮水植物区(4)下侧的潜流口流入到主湿地区(5)内进行处理，首先进行上行 垂直潜流：污水由主湿地区5底部进入并缓慢向上推进，由底层大卵石进行均匀布水，在 向上流动过程中先后通过由中卵石、瓦层、废砖建渣、多孔无纺布及泥土层，使水流分布 更均匀，并对悬浮物进行过滤，并为微生物的生长提供载体;之后污水在主湿地区(5)横 向隔板作用下作折流运动，以水平潜流方式进入下行潜流区，在向下流动过程中先后经泥 土层、多孔无纺布、废砖建渣、瓦层、中卵石和大卵石层，多孔无纺布层和瓦层仅使水流 分布更均匀，防止了细小颗粒随水流下行产生堵塞;污水在主湿地区经过2～3天的停留进 入下一处理过程;
e、经过了主湿地区(5)后的水从主湿地区(5)下侧的潜流口注入到沙滤沉水植物区(6)， 内种植黑藻、睡莲等沉水植物或挺水植物;在沙滤沉水植物区(6)内静置沉淀后，净化 后的水从沙滤沉水植物区(6)箱体上侧溢流到集中出水区(17);
f、再次经过集中出水区(17)的短暂沉淀，即选择从潜流出水口(10)或表面流出水口(11) 流出;
g、当日处理水量低于200L或经过长时间运行需冲洗生物膜载体(15)时，可打开集中出水 区(6)内的回流循环泵(12)，将已处理后的水泵入生物膜处理区(3)，补充入水及冲洗 生物膜载体(15);
h、当整个处理设施内污泥阻塞或处理效率下降需修整时，可直接打开各箱体箱底的落干出 水孔(13)，排放出多余污泥并进行湿地复氧;
i、当主湿地区(5)左右两侧之一需要进行复氧与维修时，关闭生物膜处理区(3)对应的 出水孔，进行落干复氧，另一侧继续处理污水;
j、根据季节需要打开或关闭潜流出水口，变换湿地类型，在夏季时，打开潜流出水口(11)， 主湿地区(5)内的水位将下降到泥土表面以下，以潜流方式处理污水;在冬季时，关闭 潜流出水口(11)，打开表面流出水口(10);主湿地区(5)内的水位将上升到泥土表 面以上，以表面流加潜流方式处理污水;在冬季时，在主湿地区箱体两侧边缘的保温薄膜 安装插口安装好保温棚，以保护植物。
说明书
分散式污水一体化人工湿地处理设施及方法
技术领域
本发明涉及一种分散式污水人工湿地处理设施及方法，尤其是一种一体化的人工湿地 处理设施及方法，属污水处理技术领域。
背景技术
我国自1999年生活污水污染负荷首次超过了工业废水污染负荷以来，2006～2009年生 活污水排放量均超过排放总量的55%，2010年生活污水排放总量达到379.8亿吨，占排放总 量的61.5%。379.8亿吨生活污水中，有71%左右是我国村镇生活污水，由于经济、地理等问 题，这些污水基本上未经处理就直接排放，大多以分散式直排为主。针对我国实际情况，要 解决分散式污水处理问题，采用人工湿地处理技术是经济有效的措施之一。
按植物类型划分人工湿地，可分为浮水植物系统、挺水植物系统和沉水植物系统;根据 系统布水方式或水流方式，分为自由表面流人工湿地、潜流人工湿地和垂直流人工湿地。在 实际应用中，潜流人工湿地占主要地位，不足之处是容易堵塞、冬季处理效果下降、占地面 积仍较大等，除此之外，人工湿地基础建设，提高了投资成本，且退耕困难，不适于分散直 排生活污水水处理应用。因此，发明者对成本低、占地面积小、实际处理效果好、运行管理 退耕方便的人工湿地作了大量的探索与实践。
专利02134344.6公开了一种自上而下重叠而成的阶梯状多子级人工湿地水处理装置，由 于该装置呈立体型，因此可有效的减少了湿地的占地面积，但该装置为钢筋混凝土或混砖结 构，需进行大量的基建工作，而且随着子级湿地的增加，会增加由水泵送至储水池的动力。
专利200720156287.2公开了一种可拆卸人工湿地，该装置由若干独立筐体的湿地单元组 合而成，成本低，退耕容易，但该装置湿地单元采用的是塑料箱(容积200L)，经过其他发 明者的实际应用，构成湿地单元的塑料箱由于材料承压能力较低，难以在实际污水处理中应 用。
专利200810140288.7公开了一种环流式表面流人工湿地，由于采用了半地埋式螺旋槽环 流式床体，在一定占地面积内增加了污水处理能力，并可在寒冷天气条件下运行，但该系统 为表面流人工湿地，仍存在水力负荷率较小，去污能力有限，水面冬季易结冰，夏季易生蚊 蝇，散发臭气等缺点。
专利200710015996.3公开了一种潜-表面流复合人工湿地，可节省一定的占地面积，并 可通过水泵实现不同类型人工湿地的转换，但该系统需进行基建，使用过多的管道，存在管 道堵塞、潜表面流转换需动力等不足之处。
专利200310111813.X公开了一种城市污水复合人工湿地脱氮除磷方法，该技术采用了 水平流-垂直流人工湿地，虽然占地有所减少，但仍占地约19m2，其处理效果在专利说明书中 仅提供了一年中气温最高时段(7～8月)湿地的处理效率，对COD、TN、TP的处理效率分别 为35.7%～96.7%、2.1%～67%、2.8%～99.5%，变化幅度大，湿地处理效果稳定性有待提高， 并缺少冬季低温条件下湿地的处理效果。
与专利200310111813.X类似，200620022790.4公开了一种复合人工湿地，构建了垂直 流人工湿地与水平流人工湿地通过上下串联的复合人工湿地，面积进一步减少至约10m2，但 处理效果也仅在专利说明书中提供了一年中气温最高时段(5～9月)的运行结果，对COD、 NH4+N、TP、TN去除率分别为56%～97.8%、34.9%～97.4%、56.7%～91.4%、17.4%～90.4%， 变化幅度同样很大，未对冬季低温条件下湿地的处理效果作说明。
当然，还有其它很多已公开类似技术，虽占地面积能适当有所减少，但仍然较大，大多 需进行基建，不可集成化生产，运行时需外加大量动力，加大投资运行成本，且大多技术回 避冬季低湿条件下湿地处理效果这一问题，限制了设施及系统在分散式污水处理的应用与推 广。
为了解决以上技术问题，我们需要一种可集成化生产，安装即用，操作简单，管理容易， 不易堵塞，冬季也能正常运行的，多工艺组合的一体化人工湿地处理装置及方法。
发明内容
为了克服以上所述现有技术的不足，本发明提供一种占地仅2～3平方米，净化效率能达 到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准，并且可集成化生产，即 安即用、操作简单、管理容易、不易堵塞、不使用外设动力、多工艺组合的一体化人工湿地 处理设施及方法。为了降低成本及便于规模化生产，本发明所有主体材料为耐酸碱、耐光照， 厚10～15mm的聚丙烯(PP)板制作。其他高分子材料板材或金属板材或按此结构修建的均 在保护范围内。
本发明所述设施如下：
分散式污水一体化人工湿地处理设施，由主箱体1通过隔离板2经隔离后，依次形成包 括高位水箱筛滤区7、生物膜处理区3、浮水植物区4、主湿地区5、沙滤沉水植物区6、集 中出水区17六部份，并依次形成完整的污水处理水路;其中浮水植物区4、主湿地区5、沙 滤沉水植物区6再经隔离板2分离为左右两个并联区域，并形成左右两条处理水路。
高位水箱筛滤区7底部与生物膜处理区3底部通过管道8连接，管道8上设置有流量调 节阀9;生物膜处理区3上侧距主箱体底部70～80cm处，设与浮水植物区4相通的出水口; 浮水植物区4底部设与主湿地区5相通的出水口;主湿地区5底部设与沙滤沉水植物区6相 通的出水口;沙滤沉水植物区6上侧距主箱体底部60～70cm处设与集中出水区17相通的出 水口。
在集中出水区17内设置有回流循环泵12，回流循环泵12出水口设置在生物膜处理区3 内;主箱体1四周壁缘设置有加强筋，主箱体1四周各箱体箱底均设置有落干出水孔13，并 在落干出水孔13管口设置有水阀，所述的主箱体1长200～300cm、宽80～120cm、主箱体 1占地面积为2～3m2。
如以上所述的本发明，更进一步说明为：
其中高位水箱筛滤区7箱体长30～40cm，宽100cm，高50～70cm，固定于生物膜处 理区3上方，高位水箱筛滤区7箱体与污水管相连，高位水箱筛滤区7内置筛网;高位水箱 筛滤区7通过管道8与生物膜处理区3底部相连，管道上还设置有流量调节阀9。
生物膜处理区3长30～40cm、高80cm，在箱体顶部设有四通布水管14与回流循环泵 12相连;生物膜处理区3内间隔悬挂废弃无纺布边角余料及棕条、麻条、丝瓜布，共同构成 的生物膜载体15，生物膜载体15高70cm;生物膜处理区3右上方有左右两个出水口，分别 对应主湿地区5左右两个独立的区域。
浮水植物区4长15～20cm，由高80～100cm的纵向隔板分为左右两个并联区域，底部均 匀布设与主湿地区5相通的10～12个出水口，浮水植物夏季为浮萍、凤眼莲之一或其组合， 冬季通过浮床方式种植白车轴草、狐尾藻之一或其组合。
主湿地区5长125～200cm、高80～100cm，中部设置高60～80cm的隔板;将主湿地区分 为前后两个部份，主湿地区5底部均匀布设与沙滤沉水植物区相通的10～12个出水口，主湿 地区基质16布设由下至上分别为：大卵石25cm，中卵石15cm，瓦砾约3cm，废砖或建渣30cm， 带多孔无纺布一层、泥土15～20cm，泥土上种植植物;包括大型植物和小型植物共同组成， 大型植物选择香蒲、黄菖蒲、芦苇、美人蕉或其组合，小型植物为耐寒植物狐尾藻和白车 轴草或其组合;主湿地区5箱体两侧边缘设置有保温薄膜安装插口。
沙滤沉水植物区6长30～40cm，高80～100cm，该区域基质16由废砖层15cm，无孔 无纺布层和沙层20cm组成，并在沙层种植沉水植物如睡莲、黑藻、金鱼藻之一或其组合。
集中出水区17设置有两个出水口，分别为距箱底60～80cm处的潜流出水口10;80～ 100cm处表面流出水口11;在该区域距底端40cm处安装回流循环泵12的吸水管。
本发明所述的分散式污水处理方法如下：
a、将生活污水通过管道或直接汇入高位水箱筛滤区7中，高位水箱筛滤区7中部设置筛网阻 挡住固体污物，取出筛网，将固体污物取出。
b、通过打开并调节流量调节阀9，将污水以10～20L/h流入到生物膜处理区3，污水均匀通 过生物膜区3中悬挂于隔板之间的生物膜载体15时，与生物膜载体15上形成的生物膜充分 接触，进行微生物厌氧-兼氧处理。
c、经生物膜处理后的污水从生物膜处理区3上侧的两个出水口溢流到浮水植物区4，浮水植 物夏季为浮萍、凤眼莲之一或其组合，冬季通过浮床方式种植白车轴草、狐尾藻之一或其 组合。
d、经过到浮水植物区4下侧的潜流口流入到主湿地区5内进行处理，首先进行上行垂直潜流： 污水由主湿地区5底部进入并缓慢向上推进，由底层大卵石进行均匀布水，在向上流动过 程中先后通过由中卵石、瓦层、废砖建渣、多孔无纺布及泥土层，使水流分布更均匀，并 对悬浮物进行过滤，并为微生物的生长提供载体;之后污水在主湿地区5横向隔板作用下 作折流运动，以水平潜流方式进入下行潜流区，在向下流动过程中先后经泥土层、多孔无 纺布、废砖建渣、瓦层、中卵石和大卵石层，多孔无纺布层和瓦层仅使水流分布更均匀， 防止了细小颗粒随水流下行产生堵塞;污水在主湿地区经过2～3天的停留进入下一处理过 程。
e、经过了主湿地区5后的水从主湿地区5下侧的潜流口注入到沙滤沉水植物区6，内种植黑藻、 睡莲等沉水植物或挺水植物;在沙滤沉水植物区6内静置沉淀后，净化后的水从沙滤沉水 植物区6箱体上侧溢流到集中出水区17。
f、再次经过集中出水区17的短暂沉淀，即选择从潜流出水口10或表面流出水口11流出。
g、当日处理水量低于200L或经过长时间运行需冲洗生物膜载体15时，可打开集中出水区6 内的回流循环泵12，将已处理后的水泵入生物膜处理区3，补充入水及冲洗生物膜载体15。
h、当整个处理设施内污泥阻塞或处理效率下降需修整时，可直接打开各箱体箱底的落干出 水孔13，排放出多余污泥并进行湿地复氧。
i、当主湿地区5左右两侧之一需要进行复氧与维修时，关闭生物膜处理区3对应的出水孔， 进行落干复氧，另一侧继续处理污水。
j、根据季节需要打开或关闭潜流出水口，变换湿地类型，在夏季时，打开潜流出水口11， 主湿地区5内的水位将下降到泥土表面以下，以潜流方式处理污水;在冬季时，关闭潜流 出水口11，打开表面流出水口10;主湿地区5内的水位将上升到泥土表面以上，以表面 流加潜流方式处理污水;在冬季时，在主湿地区箱体两侧边缘的保温薄膜安装插口安装好 保温棚，以保护植物。
本发明的有益效果为：
1、处理设施一体化：
本发明集多种污水处理技术于一体的成套设施，可根据季节需要在无外加动力条件下实 现表潜流湿地的转换，结构简单，有利于车间集成化生产。
2、处理效率高：
本发明充分利用有限的生态位进行植物配置，独特的双水路处理设计可实现湿地维护 与污水处理同时进行，提高本发明设施对分散生活污水处理效率。在不同季节总氮、氨氮、 总磷、化学需氧量的净化效果均达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) 一级A标准。
3、占地面积小：
本发明占地面为2-3平方米，安装用地要求粗放，适合各种环境结构安装，可以选择住户 周围的各个位置安装，可置于地面，也可半地埋，安装简单。
4、维护方便，运行成本低：
本发明运行过程极少用外加动力，在主湿地区不采用管道连接，不易发生阻塞现象， 即使发生堵塞现象，因在箱体下部排设有落干孔，也能方便疏通，维护方便，运行成本低。