申请日2011.11.18
公开(公告)日2013.05.01
IPC分类号C02F9/14
摘要
本发明公开了一种复合水平潜流人工湿地处理污水的系统及处理方法。所述系统的主要处理单元包括两级串联的第一级水平潜流湿地处理单元和第二级水平折流湿地处理单元，所述第一级水平潜流湿地处理单元设置有垂直流的硝化带。采用本发明系统处理污水，污水经初沉池去除大部分砂粒和悬浮颗粒物质后自流进入硝化带，经硝化带处理去除部分砂粒和悬浮颗粒物质，降低降低化学需氧量和五日生化需氧量，并进行废水的硝化作用，然后利用第一级处理单元的水平潜流人工湿地去除部分总氮、总磷和悬浮物，降低化学需氧量和五日生化需氧量，利用第二级水平折流湿地处理单元完成最终处理去除功能。本发明处理成本低、占地面积小、脱氮除磷效果较好，显著降低污水的化学需氧量和五日生化需氧量。
权利要求书
1.一种复合水平潜流人工湿地处理系统，包括污水管、初沉池和出水管，其特征在于还包括第一级水平潜流湿地处理单元和第二级水平折流湿地处理单元;所述第一级水平潜流湿地处理单元和第二级水平折流湿地处理单元包括床体、布水管和处理介质;所述第一级水平潜流湿地处理单元通过多孔的间隔装置间隔为垂直流湿地硝化带和水平潜流或推流湿地两部分，两部分都分别设有处理介质;第一级水平潜流湿地处理单元的布水管设置于垂直流湿地硝化带处理介质的表面层;
所述初沉池通过污水管与第一级水平潜流湿地处理单元的布水管连接，第一级水平潜流湿地处理单元与第二级水平折流湿地处理单元通过多孔间隔装置相连;第二级水平折流湿地处理单元连接出水管;
所述第二级水平折流湿地处理单元内设有若干挡流墙;
所述垂直流湿地硝化带的处理介质是从床体的底部至接近布水管的顶部分别为铝矿渣层、碎石层和中粗砂层;
所述水平潜流或推流湿地的处理介质是从床体底部向上依次为碎石层，上部为中粗砂层;
所述第二级水平折流人工湿地处理单元中的处理介质为碎石。
2.根据权利要求1所述复合水平潜流人工湿地处理系统，其特征在于所述第一级水平潜流湿地处理单元的布水管包括布水主管和布水支管，布水主管分布在硝化带的中间，布水支管的一端固定在布水主管的两旁与布水主管连通，另一端密封，布水支管开有小孔。
3.根据权利要求1或2所述的复合水平潜流人工湿地处理系统，其特征在于所述布水管分布在垂直流湿地硝化带的处理介质表面以下10cm处。
4.根据权利要求1所述的复合水平潜流人工湿地处理系统，其特征在于所述垂直流湿地硝化带与水平潜流或推流湿地之间有40～60cm的落差。
5.根据权利要求1所述的复合水平潜流人工湿地处理系统，其特征在于所述垂直流湿地硝化带处理介质中的铝矿渣层高为10cm;碎石直径为0.5～4cm，碎石层高为40cm;所述中粗砂层高80cm。
6.根据权利要求1所述的复合水平潜流人工湿地处理系统，其特征在于所述水平潜流或推流湿地的处理介质中，碎石层高为20cm、碎石直径为3～5cm;所述中粗砂层高度为50cm。
7.根据权利要求1所述的复合水平潜流人工湿地处理系统，其特征在于所述第二级水平折流人工湿地处理单元的处理介质碎石的粒径为3～5cm。
8.根据权利要求1所述的复合水平潜流人工湿地处理系统，其特征在于所述第一级水平潜流人工湿地处理单元中种植风车草;第二级水平折流人工湿地处理单元中种植美人蕉。
9.根据权利要求1所述的复合水平潜流人工湿地处理系统，其特征在于所述第一级水平潜流人工湿地处理单元中种植美人蕉;第二级水平折流人工湿地处理单元中种植纸莎草和风车草。
10.一种采用权利要求1所述系统处理污水的方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)污水经初沉池去除大部分砂粒和悬浮颗粒物质;
(2)经步骤(1)处理后的污水自流进入第一级水平潜流湿地处理单元的布水管均匀布水于其垂直流湿地硝化带处理介质，去除部分砂粒和悬浮颗粒物质化学需氧量和五日生化需氧量，并进行废水的硝化作用;
(3)经垂直流湿地硝化带的污水通过多孔间隔装置流入水平潜流或推流湿地，进行第一次渗滤处理，去除大部分总氮、总磷和悬浮物，降低化学需氧量和五日生化需氧量，完成部分反硝化作用;
(4)步骤(3)处理后的污水通过多孔间隔装置流入第二级水平折流人工湿地处理单元，进行第二次过滤处理，再次去除部分总氮、总磷和悬浮物，降低化学需氧量和五日生化需氧量，并再次完成部分反硝化作用，处理后的水流通过出水管排出。
说明书
复合水平潜流人工湿地处理污水的系统及处理方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种复合水平潜流人工湿地处理 污水的系统及处理方法。
背景技术
水平潜流人工湿地是目前较多采用的人工湿地类型，污水从一端进入湿 地，以水平流动方式缓慢地经由床体中的基质空隙，从另一端流出。在整个流 动过程中，污水会在好氧、缺氧和厌氧区域的联合作用下得以净化。在该系统 中，污水在湿地床的内部流动，一方面可以充分利用基质表面生长的生物膜、 丰富的植物根系及表层土和基质截留等作用，以提高其处理效果和处理能力; 另一方面由于水流在地表以下流动，故具有保温性较好、处理效果受气候影响 小、卫生条件较好的特点。
有研究表明，潜流型人工湿地较高的净化能力主要是依靠土壤有效的通气 性，对COD、BOD5、NH4+-N和SS的去除能力较高。目前，该类型湿地被广 泛应用于处理生活污水、工业废水、农业污水以及暴雨径流。其存在的不足之 处有：(1)由于系统整体处于厌氧或缺氧状态，充氧能力较低。进水中的溶解 氧在床体后半部已消耗至很低的水平，不能提供良好的硝化作用环境条件，不 能产生大量硝酸盐作为反硝化作用的底物，使硝化-反硝化途径不畅通，限制 了总氮去除率。(2)反硝化过程中所需要的碳源得不到充分的保证进一步抑制 了总氮的去除效果。(3)水流与根脉基质接触不充分，除磷效果不很理想。
发明内容
为了克服现有污水水平潜流人工湿地处理方法的不足，本发明的首要目的 是提供一种处理成本低、占地面积小、脱氮除磷效果较好的复合水平潜流人工 湿地处理污水的系统。
本发明的另一目的是提供复合水平潜流人工湿地处理污水的方法。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：
本发明提供一种复合水平潜流人工湿地处理系统，包括污水管、初沉池 和出水管，还包括第一级水平潜流湿地处理单元和第二级水平折流流湿地处 理单元;所述第一级水平潜流湿地处理单元和第二级水平折流流湿地处理单 元包括床体、布水管和处理介质;所述第一级水平潜流湿地处理单元通过多 孔的间隔装置间隔为垂直流湿地硝化带和水平潜流或推流湿地两部分，两部 分都分别设有处理介质;第一级水平潜流湿地处理单元的布水管设置于垂直 流湿地硝化带处理介质的表面层;
所述初沉池通过污水管与第一级水平潜流湿地处理单元的布水管连接， 第一级水平潜流湿地与第二级水平折流湿地通过多孔间隔装置相连;第二级 水平折流湿地处理单元连接出水管;
所述第二级水平折流湿地处理单元内设有若干挡流墙;
所述垂直流湿地硝化带的处理介质是从床体的底部至接近布水管的顶部 分别为铝矿渣层、碎石层和中粗砂层;
所述水平潜流或推流湿地的处理介质是从床体底部向上依次为为碎石 层，上部为中粗砂层;
所述第二级水平折流人工湿地处理单元中的处理介质为碎石。
所述第一级水平潜流湿地处理单元的布水管包括布水主管和布水支管组 成，成“王”字形;布水主管分布在硝化带的中间，其长度与该床体长度相 当，布水支管的一端固定在布水主管的两旁与布水主管连通，另一端密封， 其长度为床体宽度的一半。布水管和布水支管向下均匀开有小孔。
优选地，所述布水管分布在垂直流湿地硝化带的处理介质表面以下10cm 处。
所述垂直流湿地硝化带高于水平潜流或推流湿地，二者之间设有落差，所 述落差是为了使硝化带人工湿地的表层处于好氧状态，有利于去除有机物、除 磷和实现对污水的硝化作用。优选地，二者之间设有40～60cm的落差。
优选地，所述垂直流湿地硝化带处理介质中的铝矿渣层高为10cm;碎石 直径为0.5～4cm，碎石层高为40cm;所述中粗砂层高80cm。
优选地，所述水平潜流或推流湿地的处理介质中，碎石层高为20cm、碎 石直径为3～5cm;所述中粗砂层高度为50cm。
优选地，所述第二级水平折流人工湿地处理单元的处理介质碎石的粒径 为3～5cm。
优选地，所述第一级水平潜流人工湿地中种植风车草。所述第二级水平折 流人工湿地中种植美人蕉。或者，所述第一级水平潜流人工湿地中种植美人蕉; 第二级水平折流人工湿地中一半种植纸莎草，一半种植风车草。利用风车草和 美人蕉的植物作用去除部分的氮和磷。
基于上述系统，本发明同时提供了一种处理污水的方法，包括如下步骤：
(1)污水经初沉池去除大部分砂粒和悬浮颗粒物质;
(2)经步骤(1)处理后的污水自流进入第一级水平潜流湿地处理单元 的布水管均匀布水于其垂直流湿地硝化带处理介质，去除部分砂粒和悬浮颗 粒物质化学需氧量和五日生化需氧量，并进行废水的硝化作用;
(3)经垂直流湿地硝化带的污水通过多孔间隔装置流入水平潜流或推流 湿地，进行第一次过滤处理，去除大部分总氮、总磷和悬浮物，降低化学需 氧量和五日生化需氧量，完成部分反硝化作用;
(4)步骤(3)处理后的污水通过多孔间隔装置流入第二级水平折流人 工湿地单元，进行第二次过滤处理，再次去除部分总氮、总磷和悬浮物，降 低化学需氧量和五日生化需氧量，再次完成部分反硝化作用，处理后的水流 通过出水管排出。
整个复合水平潜流人工湿地系统的主要处理部分呈三级阶梯状。第一级阶 梯为硝化带，第二级阶梯为水平潜流人工湿地，第三级阶梯为水平折流人工湿 地。污水先经集水井收集后由污水泵提升进入初沉池去除砂粒和悬浮颗粒物 质，然后依次经过设有硝化带的第一级水平潜流(推流)湿地处理单元和第二 级水平潜流(折流)湿地处理单元进行处理。污水在第一级水平潜流人工湿地 的硝化带顶部经由“王”字形布水管均匀投配在第一级湿地单元的硝化带上， 然后通过处理介质的渗滤达到硝化目的，然后通过处理介质的渗滤处理进入第 一级水平潜流湿地处理单元的的水平潜流或推流湿地，经过第一级水平潜流处 理单元处理后的污水通过多孔墙自由流入第二级水平折流人工湿地处理单元， 经过处理介质的渗滤处理，最后通过出水管排出。
在第一级水平潜流湿地前半部的上端设置的硝化带(垂直流人工湿地)可 以增加原污水(未经处理的污水)的溶解氧，有利于硝化作用的完成，在第二 级水平折流人工湿地中增加挡流墙的设计，水流通过“S”型的水流通道，可 以延长水流的距离，污水再次与处理介质充分接触，提供了好氧环境。
优选地，第二级水平折流湿地中的挡流墙的设计为：挡流墙分别错开设置 于距离第一级水平潜流处理单元和第二级水平折流人工湿地处理单元之间的 多孔墙为2米、4米和6米，挡流墙的尺寸优选为：750cm×20cm×65cm，两个挡 流墙之间的间隔为2米。
第一级水平潜流人工湿地的作用主要是去除部分的好氧有机物、悬浮物和 总磷，以及对污水进行硝化作用，进行部分的反硝化作用去除部分总氮。第二 级水平折流人工湿地的作用主要是去除大部分的好氧有机物、悬浮物和总磷、 以及对污水进行硝化和反硝化作用。
所述复合水平潜流人工湿地处理河涌污水中有机物和脱氮方法是：将水平 潜流湿地和水平折流湿地进行串联，在第一级水平潜流人工湿地前端增加一个 垂直流的硝化带，显著增强水平潜流的好氧环境，有利于硝化作用的完成。
污水先通过水泵提升进入初沉池去除部分SS(砂粒和较大颗粒的悬浮物) 后，然后自流进入硝化带(垂直流人工湿地)通过“王”字形的布水管进行均匀 布水，经过硝化带处理后，去除部分SS、COD、BOD5，并进行废水的硝化作 用，接着通过多孔墙流向水平潜流湿地单元，利用水平潜流人工湿地完成对有 机物的大部分去除和部分反硝化作用，然后通过多孔墙流入二级水平折流湿地 单元，挡流墙有效的增加了水流的路程，对湿地基质达到最大限度的利用，通 过反硝化作用和水生植物等的吸收完成对氮的部分去除。
所述复合水平潜流人工湿地系统去除河涌污水中磷方法是：利用上述有机 物和脱氮方法的工艺流程，在去除有机物和脱氮的同时完成对废水中磷的去 除。具体方法是：在复合水平潜流人工湿地系统中填充对磷有一定吸附作用的 处理基质。具体为：在所述的第一级水平潜流人工湿地及其硝化带中填充碎石、 铝矿渣和中粗砂，在所述的第二级水平折流人工湿地中填充不同粒径的碎石， 水平折流中的四堵挡流墙延长了水流距离，提高了基质的利用率。利用复合水 平潜流人工湿地系统中基质的作用以及湿地植物(第一级水平潜流人工湿地为 风车草，第二级水平折流人工湿地为美人蕉)的吸收作用可以有效的去除污水 中的磷。
本发明将传统的水平潜流进行改造，在第一级水平潜流湿地上增设一个硝 化带，以增加氮的硝化作用;将第二级湿地系统设计成水平折流湿地系统，从 而增强水平潜流的好氧环境和对基质的利用率。
本发明所述方法可应用于处理城市污水和生活污水以及与城市污水和生 活污水类似水质的污水，以及河涌污水。
本发明与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明根据污水水流的特点和流体力学原理等创造性地对污水的整 体处理系统的构成元素包括三层阶梯似的设计、处理介质等进行了优化，不断 总结和分析实验结果，获得了最终效果优良的处理系统和处理方法。本发明利 用第一级水平潜流人工湿地去除部分TN(总氮)、TP(总磷)、COD(化学需 氧量)、BOD5(五日生化需氧量)、SS(悬浮物)，利用第二级水平折流人工湿 地完成COD、BOD5、SS和TP的部分去除功能。第一级水平潜流前端设置的硝 化带促进了氮的硝化作用，促进第一级水平潜流人工湿地系统反硝化作用的进 行，进一步提高总氮的去除效果。第二级水平折流湿地延长了水流的距离，充 分利用了基质及植物，也相应大大提高了整套系统对BOD5和COD的去除能力。
(2)在复合水平潜流人工湿地中，污水在二级水平折流单元呈“S”型流 动，在水平方向延长了水流的距离，因此，污水能够充分地利用基质的过滤、 吸附和化学作用来处理TP，使得其浓度迅速降低。系统中所种植的风车草和 美人蕉的吸收作用，可以使运行稳定的复合水平潜流人工湿地系统对磷的去除 率达到70%以上。且处理出水中的TP浓度均小于1mg/L，达到了城市污水处理 厂一级排放标准。
(3)采用铝矿渣、碎石和中粗砂的混合基质不但保持了铝矿渣良好的除 磷基础，而且由于加入的中粗砂成分减少了基质的孔隙度而增加了基质对污染 物质的截留能力，此外还显著减少了基质板结和壅水现象的发生。