申请日2009.02.26
公开(公告)日2009.09.23
IPC分类号C02F3/30; C02F3/32
摘要
本发明公开了一种无动力一体化人工湿地污水处理技术。其特征在于垂直流污水生态净化槽分为上下两个分区;污水预处理系统为利用格栅、三格式沉淀池、厌氧池中的一种或几种前处理工艺，经前处理的生活污水经过水泵提升或依靠自然液位高差进入布水系统;预处理后的污水通过交叉布水管网均匀分布于垂直潜流式生态净化槽硝化区域上，依次垂直渗入硝化区域和反硝化区域的人工基质层;布水系统对生态净化槽实行间歇布水，并在上层硝化区域底部和内部设有无动力布气系统，对硝化区域实现连续复氧;上层硝化区域出水直接进入下层反硝化区域;下层反硝化区域内设有集水出水系统，集水口设于反硝化区域下方，出水口设于反硝化区域上方，使出水在反硝化区域内保持一定水位。本发明能够实现湿地无动力自然复氧，占地面积小，硝化反硝化一体化高效脱氮。
权利要求书
1、一种无动力一体化人工湿地污水处理技术，包括由硝化区域和反硝化区域两部分 组成的垂直流污水生态净化槽、填充槽内的人工基质、污水预处理系统、布水系统、集 水系统、布气系统、排污系统和生长在人工基质上的植物，其特征在于：
所述的垂直流污水生态净化槽分为上下两个分区：硝化区域和反硝化区域，硝化区 域在上，反硝化区域在下，所述人工基质分别填充在硝化区域和反硝化区域中;
所述的污水预处理系统为利用格栅、三格式沉淀池、厌氧池中的一种或几种前处理 工艺，对不同污染负荷的污水进行前处理，经前处理的生活污水经过水泵提升或依靠自 然液位高差进入布水系统;
预处理后的污水通过交叉布水管网均匀分布于垂直潜流式生态净化槽硝化区域上， 依次垂直渗入硝化区域和反硝化区域的人工基质层;
布水系统对生态净化槽实行间歇布水，并在上层硝化区域底部和内部设有无动力布 气系统，对硝化区域实现连续复氧;
上层硝化区域出水直接进入下层反硝化区域，在此区域内进行兼氧作用和反硝化作 用;下层反硝化区域内设有集水出水系统，集水口设于反硝化区域下方，出水口设于反 硝化区域上方。
2、根据权利要求1所述的无动力一体化人工湿地污水处理技术，其特征在于：所述 布水系统为设置在上层污水硝化区域基质表层下5-10cm的布水管网，该布水管网包含有 进水阀门、进水口、布水主管和多个与该布水主管连接的布水分支，布水主管和布水分 支呈垂直“王”字分布或交叉“王”字分布，布水分支上开有布水小孔。
3、根据权利要求1所述的无动力一体化人工湿地污水处理技术，其特征在于：所述 集水系统为设置在下层反硝化区域的集水管网;该集水管网包含有集水口、垂直集水分 支、水平集水分支、与垂直集水分支和水平集水分支连接的集水主管、出水口和出水阀 门;集水主管和水平集水分支呈垂直“王”字分布或交叉“王”字分布，垂直集水分支 与水平集水分支和集水主管之间呈空间垂直分布，中间管路相通;水平集水分支、集水 主管和集水口位于同一水平高度，它们的水平位置为下层反硝化槽体顶端介于距反硝化 槽体顶端2/3高度之间。
4、根据权利要求3所述的无动力一体化人工湿地污水处理技术，其特征在于：所述 集水口设在垂直集水分支末端，为圆形管路截面上开有的数个集水小孔组成，集水口距 离整个池体底部的距离不大于反硝化区域总高度的1/3。
5、根据权利要求1或2或3所述的无动力一体化人工湿地污水处理技术，其特征在 于：所述布气系统为分布在上层一组或多组管身布满小孔的布气管网;每组布气管网由 水平布气管、与水平布气管垂直相连的数个垂直布气分支组成;所述垂直布气分支一端 连接位于上层硝化区域底部到距离上层硝化区域底部2/3高度之间的水平布气分支，另 一端竖直伸出池体基质顶部，与外部空气相连通，垂直布气分支顶端高于基质层表面 3-10cm，并设有防尘帽。
6、根据权利要求1或2或3所述的无动力一体化人工湿地污水处理技术，其特征在 于：所述垂直流污水生态净化槽的反硝化区域底部呈中间低凹状，低凹最低处设有排水 管，排水管表面布有多个排水小孔，排水管一端封闭，另一端伸出槽外作为排污口，排 污口设排污阀门。
7、根据权利要求1或2或3所述的无动力一体化人工湿地污水处理技术，其特征在 于：所述上层硝化区域内部人工基质从下到上的结构分层及材料厚度如下：排水层，采 用粒径8-16mm砾石，厚度10-35cm;过渡层，采用粒径4-8mm砾石，厚度8-15cm;生 化处理过渡层，采用特殊级配0.2-6mm无泥粗砂，厚度50-60cm;表层，采用粒径8-16mm 砾石，厚度4-8cm;所述垂直流污水生态净化槽上部种植的植物选自芦苇、芦竹、香蒲、 美人蕉、风车草、再力草、香根草、玫瑰、月季、万寿菊等中的一种或多种。
8、根据权利要求1或2或3所述的无动力一体化人工湿地污水处理技术，其特征在 于：所述下层反硝化区域内部人工基质从下到上的结构分层及材料厚度如下：过渡层， 采用粒径5-10mm砾石，厚度10-20cm;生化处理过渡层，采用煤渣基质层0.2-6mm，厚 度50-60cm。
9、根据权利要求8所述的无动力一体化人工湿地污水处理技术，其特征在于：所述 过渡层下面有采用厚度为0.5mm以上的PE膜双面土工布或厚度为1-5cm的天然粘土防 渗层。
10、根据权利要求1或2或3所述的无动力一体化人工湿地污水处理技术，其特征 在于：所述上层硝化区域四周侧壁呈0-10%的坡度;所述下层反硝化区域四周侧壁呈0-5% 的坡度。
说明书
一种无动力一体化人工湿地污水处理技术
技术领域
本发明涉及环境保护技术领域，尤其涉及污水处理生态工程技术。
背景技术
人工湿地污水处理技术是20世纪70年代兴起的一种污水处理生态工程新技术，具有 投资少、能耗低、管理方便、无二次污染等优点，正在逐渐被应用于广大农村和中小城镇 生活污水处理领域。
人工湿地是人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统，一般由池体、人工填料基质、 布水系统、集水系统和生长在人工基质上的植物组成，是一个独特的基质—植物—微生物 生态系统。人工湿地生态系统水质净化的基本原理是：在一定的填料上种植特定的植物， 将污水投加到人工建造的类似于沼泽的湿地上，当污水流过人工湿地时，经砂石、土壤过 滤，植物根际的多种微生物活动，使得水质得到净化。根据实验和大量的工程实践证明， 人工生态滤床能够很好地去除BOD、TSS、N、P，而且对病原细菌、难降解有机化合物 以及金属离子的去除效果也十分有效。人工湿地对环境和经济的综合作用主要体现在以下 几个方面：弥补或减少因农业和城市发展对天然湿地造成的影响;构建水生系统，产生食 物和纤维;调蓄雨水径流和防洪;进行污水处理，改善水质。
潜流式垂直流人工湿地是人工湿地的一种类型，主要特点在于：布水系统平铺在上部 基质中，将污水均布在基质水平断面后，污水均匀向下流动，流动过程中使污水得到净化; 在湿地底部基质中铺设集水系统，收集处理后均布在水平断面的出水经汇集后排出。潜流 式垂直流人工湿地充分利用了湿地空间，充分发挥了系统间的协同作用，污水处理后可去 除大部分有机质并进行较充分硝化作用，已逐渐成为人工湿地技术发展的主流方向。但是 传统的潜流式垂直流人工湿地对污水的反硝化效果不好，不能达到高效脱氮除磷的目的， 由于处理过程中不能充分复氧，对污水进行的好氧脱有机物的效果也不甚理想。鉴于上述 缺陷，研究人员发明了大量技术改进潜流式垂直流人工湿地，以增加污染物的处理效率。 如中国专利CN 1263688C《生活污水垂直流—水平流复合人工湿地脱氮除磷方法》，披露 了一种垂直流人工湿地在前，水平流人工湿地在后的串联式复合人工湿地处理工艺。在水 平流湿地前人为补充未处理污水为碳源增加水平流人工湿地的反硝化作用效果。但垂直流 湿地不能充分复氧，影响了硝化作用和好氧氧化的处理效果，两湿地串联占地面积大、造 价高、实用性差。中国专利CN 1325397C《序批式潜流人工湿地污水处理工艺》，披露了 一种利用机械自动化方式控制电磁阀对湿地间歇排水出水以实现阶段性复氧。其在一定程 度上增加了垂直潜流式人工湿地的复氧效果，但其需外加动力控制系统，增加了投资，另 外对于污水的反硝化脱氮无显著的促进作用。
发明内容
本发明旨在提供一种能够实现湿地无动力自然复氧，占地面积小，硝化反硝化一体化 高效脱氮的无动力一体化人工湿地污水处理技术。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种无动力一体化人工湿地污水处 理技术，包括由硝化区域和反硝化区域两部分组成的垂直流污水生态净化槽、填充槽内 的基质、污水预处理系统、布水系统、集水系统、布气系统、排污系统和生长在基质上 的植物，其特征在于：
所述的垂直流污水生态净化槽分为上下两个分区：硝化区域和反硝化区域，硝化区 域在上，反硝化区域在下，所述人工基质分别填充在硝化区域和反硝化区域中;
所述的污水预处理系统为利用格栅、三格式沉淀池、厌氧池中的一种或几种前处理 工艺对不同污染负荷的污水进行前处理，经前处理的生活污水经过水泵提升或依靠自然 液位高差进入布水系统;预处理后的污水通过交叉布水管网均匀分布于垂直潜流式生态 净化槽硝化区域上，依次垂直渗入硝化区域和反硝化区域的人工基质层;布水系统对生 态净化槽实行间歇布水，并在上层硝化区域底部和内部设有无动力布气系统，对硝化区 域实现连续复氧，使污水在上层硝化区域内进行高效的好氧作用和硝化作用;上层硝化 区域出水直接进入下层反硝化区域，在此区域内进行兼氧作用和反硝化作用;下层反硝 化区域内设有集水出水系统，集水口设于反硝化区域下方，出水口设于反硝化区域上方， 使出水在反硝化区域内保持一定水位。
在垂直流污水生态净化槽内，污水通过与基质、微生物和植物根系的作用，实现物 理净化、生物净化作用，达到降低污水的SS、BOD、COD、细菌和高效脱氮除磷的目 的。
作为优选，所述布水系统为设置在上层污水硝化区域基质表层下5-10cm的布水管 网，该布水管网包含有进水阀门、进水口、布水主管和多个与该布水主管连接的布水分 支，布水主管和布水分支呈垂直“王”字分布或交叉“王”字分布，布水分支上开有布 水小孔。
作为优选，所述集水系统为设置在下层反硝化区域的集水管网，该集水管网包含有 集水口、垂直集水分支、水平集水分支、与垂直集水分支和水平集水分支连接的集水主 管、出水口和出水阀门;集水主管和水平集水分支呈垂直“王”字分布或交叉“王”字 分布，垂直集水分支与水平集水分支和集水主管之间呈空间垂直分布，中间管路相通; 集水口设在垂直集水分支末端，为圆形管路截面上开有的数个集水小孔组成，集水口距 离整个池体底部的距离不大于反硝化区域总高度的1/3;水平集水分支、集水主管和集 水口位于同一水平高度，它们的水平位置为下层反硝化槽体顶端介于距反硝化槽体顶端 2/3高度之间。
作为优选，所述布气系统为分布在上层一组或多组管身开满小孔的布气管网;每组 布气管网由水平布气管、与水平布气管垂直相连的数个垂直布气分支组成;所述垂直布 气分支一端连接位于上层硝化区域底部到距离上层硝化区域底部2/3高度之间的水平 布气分支，另一端竖直伸出池体基质顶部，与外部空气相连通，垂直布气分支顶端高于 基质层表面3-10cm，并设有防尘帽，防止大颗粒物质进入管体堵塞布气管。
作为优选，所述的垂直流污水生态净化槽反硝化区域底部可呈中间低凹状，低凹最 低处设有排水管，排水管表面布满排水小孔，排水管一端封闭，另一端伸出槽外作为排 污口，排污口设排污阀门，正常工作时排污阀门关闭，槽体冲洗时排污阀门开启。
作为优选，上层硝化区域内部人工基质从下到上的结构分层及材料厚度如下：排水 层，采用粒径8-16mm砾石，厚度10-35cm;过渡层，采用粒径4-8mm砾石，厚度8-15cm; 生化处理过渡层，采用特殊级配0.2-6mm无泥粗砂，厚度50-60cm;表层采用粒径 8-16mm砾石，厚度4-8cm;所述垂直流污水生态净化槽上部种植的植物选自芦苇、芦 竹、香蒲、美人蕉、风车草、再力草、香根草、玫瑰、月季、万寿菊等中的一种或多种;
所述下层反硝化区域内部基质从下到上的结构分层及材料厚度如下：防渗层，采用 0.5mm以上PE膜双面土工布或厚度为1-5cm的天然粘土防渗层;过渡层，采用粒径 5-10mm砾石，厚度10-20cm;生化处理过渡层，采用煤渣基质层0.2-6mm，厚度50-60cm。
作为优选，所述上层硝化区域四周侧壁可呈一定坡度，坡度范围0-10%;所述下层 反硝化区域四周侧壁可呈一定坡度，坡度范围0-5%。
本发明具有以下有益效果：
硝化与反硝化一体化，采用除磷滤渣，高效脱氮除磷;结构简单、占地面积小，节约 土地资源，进、出水落差小，污水不需回流，场地不受限制，处理规模不受限制;间歇式 进水，上层好氧、下层兼氧巧妙设计，实现自然无动力复氧促进氧化、硝化等反应的进行， 提高污染物好氧处理效率;种芦苇，芦竹等湿地植物，抗酸碱，可去除污染负荷大的污染 物。
本发明涉及的人工湿地污水处理系统具有结构简单、安装容易、布水均匀、水位调节 自由方便、不耗电、成本低，可以用于多种类型污水处理，例如生活污水、垃圾渗滤液、 农业污水、石油化工废水、城市暴雨地表径流以及湖泊河流污染控制等。选择合适的植物 品种还有美化周边环境的作用。