申请日2007.11.19
公开(公告)日2011.08.24
IPC分类号C02F3/34; C02F3/32
摘要
本发明涉及一种无堵塞高效垂直潜流人工湿地污水处理方法。由湿地植物、布水主干管、布水支管、细粒径基质、中粒径基质和集水管组成污水处理系统，采取连续进水、落空或变水位方式运行，其中，布水主干管和支管位于细粒径基质底面下方，支管均匀的分布在部分湿地植物中，支管下方全部采用5～10mm的中粒径基质;集水管位于中粒径基质的底部;细粒径基质顺沿布水支管方向长条形布置，细粒径基质的表面种植湿地植物，污水向下沿植物根系渗流形成下渗水流，各长条形细粒径基质间由中粒径基质填充至表面齐平，中粒径基质的表面裸露形成大气复氧廊道，污水在孔隙间与通过大气复氧廊道进出的空气充分接触，并与微生物、基质和植物根系作用后经由集水系统排出。本发明高负荷进水条件下不会发生湿地堵塞现象，高效净化污水，建造方便，低成本廉，操作管理简单等特点。
权利要求书
1.一种无堵塞高效垂直潜流人工湿地污水处理方法，布水系统平铺在湿地上部基质中，把污水均布在湿地水平断面后，污水均匀向下流动，在流动过程中水质得到净化;集水系统平铺在湿地底部基质中，收集均布在湿地水平断面的污水，汇集后排出，其特征在于由湿地植物、布水主干管、布水支干管、细粒径基质、中粒径基质和集水管组成所述污水处理系统，采用连续、落空方式运行，或者，采用变水位方式运行，其中，
第一、布水主干管和布水支干管位于细粒径基质底面下方，布水支干管均匀的分布在部分湿地植物中，布水支干管下方全部采用5～10mm的中粒径基质;
第二、集水主干管位于中粒径基质的底部;
第三、细粒径基质顺沿布水支干管方向长条形布置，细粒径基质的表面种植湿地植物，污水向下沿植物根系渗流形成下渗水流，各长条形细粒径基质间由中粒径基质填充至表面齐平，中粒径基质的表面裸露用作大气复氧的通道，形成大气复氧廊道，污水在孔隙间与通过大气复氧廊道进出的空气充分接触，并与微生物、基质和植物根系作用后经由集水系统排出，大气从大气复氧廊道表面孔隙通过扩散和对流进入各层基质并向布水区中的水体扩散，使基质、根系上的微生物都处于硝化环境。
2.根据权利要求1所述的无堵塞高效垂直潜流人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述的细粒径基质粒径小于5mm，细粒径基质之间的大气复氧廊道由中粒径基质构成，表面宽度为200～400mm。
3.根据权利要求2所述的无堵塞高效垂直潜流人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述的中粒径基质粒径范围为5～10mm。
4.根据权利要求1所述的无堵塞高效垂直潜流人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述细粒径基质的厚度为100～150mm，宽度为500～1000mm。
5.根据权利要求1所述的无堵塞高效垂直潜流人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述的污水净化过程在中粒径基质中完成，基质中含有植物根系和微生物，湿地的有效高度为600～800mm。
6.根据权利要求1所述的无堵塞高效垂直潜流人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述的布水主干管采用环状方式布置，布水支干管位于细粒径基质底部正下方。
7.根据权利要求1所述的无堵塞高效垂直潜流人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述湿地植物为旱生或水生植物，包括：金鸡菊、草皮、香蒲、芦苇、美人蕉、香根草、灯芯草、旱伞草和芦竹之一种或几种组合。
8.根据权利要求1所述的无堵塞高效垂直潜流人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述细粒径基质为中粒径基质表面的覆盖层，覆盖层采用土壤、砂土混合物或砾石与土壤混合物。
9.根据权利要求1所述的无堵塞高效垂直潜流人工湿地污水处理方法，其特征在于，所述的中粒径基质由单粒径的高炉渣、砾石或煤灰渣中的一种组成。
说明书
无堵塞高效垂直潜流人工湿地污水处理方法
技术领域
本发明涉及污水处理生态工程技术，属于环保技术领域，具体涉及一种无堵塞高效垂直潜流人工湿地污水处理方法。
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，由于具有投资少、能耗低、管理方便、无二次污染等优点，正逐渐被应用于广大中小城镇和乡村地区的生活污水处理中。垂直下行潜流人工湿地(Vertical Subsurface Downflow Wetlands，VSDW)作为人工湿地的一种类型，其主要特点在于：布水系统平铺在湿地上部基质中，把污水均布在湿地水平断面后，污水均匀向下流动，在流动过程中水质得到净化;集水系统平铺在湿地底部基质中，收集均布在湿地水平断面的污水，汇集后排出。VSDW充分利用了湿地的空间，发挥了系统间的协同作用，使污水处理能力得到了大幅度提高，且占地面积相对较小，因而逐渐成为人工湿地技术发展的主流方向。
但在实际运行过程中，该类型人工湿地往往存在两种情况：(1)粗粒径基质的VSDW中基质孔隙率大，水力停留时间短，使基质表面的微生物不能有效的去除污染物。且由于粗粒径基质持水率较低，若垂直潜流人工湿地中全部采用该类型基质，将不能有效保证植物的存活率;(2)细粒径基质的VSDW对污染物的初期处理效果较好，但随着该类型人工湿地的长期运行，最终都会造成基质的堵塞，从而导致湿地系统渗透系数明显减小，基质表面严重雍水，引发恶臭，恶化运行环境，同时雍水还阻隔氧气向基质层内扩散，进而降低污染物(主要是有机物和氨氮等)的去除效果。
有研究表明，人工湿地基质粒径分布对孔隙大小及水容量有决定性的影响，合理调控基质间空隙率可以产生三个方面的效应：合理调节水力停留时间，确保出水的水质效果;提供植物根系的生长有效空间，增加基质内充气，加速微生物的降解反应;减少堵塞现象，延长湿地系统的有效使用时间。因此，VSDW工艺目前存在处理效果好但易发生堵塞、不发生堵塞但处理效果差等问题，其根本原因在于未能选择良好的基质粒径、种类和未能合理布置布水管。
发明内容
本发明的目的在于针对垂直下行潜流湿地的缺点，提出一种无堵塞高效垂直潜流人工湿地污水处理方法。
为达上述目的，本发明一种无堵塞高效垂直潜流人工湿地污水处理方法，布水系统平铺在湿地上部基质中，把污水均布在湿地水平断面后，污水均匀向下流动，在流动过程中水质得到净化;集水系统平铺在湿地底部基质中，收集均布在湿地水平断面的污水，汇集后排出，由湿地植物、布水主干管、布水支干管、细粒径基质、中粒径基质和集水管组成所述污水处理系统，采用连续、落空方式运行，或者，采用变水位方式运行，其中，
第一、布水主干管和布水支干管位于细粒径基质底面下方，布水支干管均匀的分布在部分湿地植物中，布水支干管下方全部采用5～10mm的中粒径基质;
第二、集水主干管位于中粒径基质的底部;
第三、细粒径基质顺沿布水支干管方向长条形布置，细粒径基质的表面种植湿地植物，污水向下沿植物根系渗流形成下渗水流，各长条形细粒径基质间由中粒径基质填充至表面齐平，中粒径基质的表面裸露用作大气复氧的通道，形成大气复氧廊道，污水在孔隙间与通过大气复氧廊道进出的空气充分接触，并与微生物、基质和植物根系作用后经由集水系统排出，大气从大气复氧廊道表面孔隙通过扩散和对流进入各层基质并向布水区中的水体扩散，使基质、根系上的微生物都处于硝化环境。
在上述方案基础上，所述的细粒径基质粒径小于5mm，细粒径基质之间的大气复氧廊道由中粒径基质构成，表面宽度为200～400mm。
所述的中粒径基质，粒径范围为5～10mm，d10、d30、d60和d50分别约在4.00mm、5.70mm、7.40mm和6.80mm。
所述细粒径基质的厚度为100～150mm，宽度为500～1000mm。
所述的污水净化过程在中粒径基质中完成，基质中含有植物根系和微生物，湿地的有效高度为600～800mm。
所述的布水主干管采用环状方式布置，布水支干管位于细粒径基质底部正下方。
所述湿地植物旱生或水生植物，包括：金鸡菊、草皮、香蒲、芦苇、美人蕉、香根草、灯芯草、旱伞草和芦竹之一种或几种组合。
所述细粒径基质为中粒径基质表面的覆盖层，覆盖层采用土壤、砂土混合物或砾石与土壤混合物。
所述的中粒径基质为单粒径的高炉渣、砾(碎)石或煤灰渣中的一种组成。
本发明原理是，由布水系统、湿地植物、基质和集水系统组成污处理系统，采取连续进水、落空或变水位方式运行，其污水处理的基本过程为：布水系统通过主干管配水支管将污水连续均匀地分布在部分基质水平断面，污水向下渗流，由于基质孔隙未被水充满，污水在孔隙间与通过大气复氧廊道进出的空气充分接触，并与微生物、基质和植物根系作用后经由集水系统排出。在水流流动的过程中，大气从大气复氧廊道表面孔隙通过扩散和对流进入各层基质并向布水区中的水体扩散，使基质、根系上的微生物都处于硝化环境;布水支干管下方全部采用5～10mm的中粒径基质，可有效保证人工湿地在高水力负荷条件下运行不会发生堵塞现象。
本发明的优点如下：
1、湿地中整个布水区全部采用5～10mm粒径的基质，在运行过程中不会发生人工湿地堵塞现象;
2、通过中粒径基质大气复氧廊道提高大气复氧强度，增加了基质层内不同高度布水区污水的复氧能力，有效提高了湿地的氨氮和有机物去除能力;
3、整个湿地基本采用单一基质，可有效减少该类型湿地的建造难度和成本;且本发明中湿地的有效高度只有600～800mm，从而使湿地造价降低20%～30%;采用高炉渣或煤灰渣作为中粒径基质5可有效提高湿地的磷素去除能力。
本发明提出的无堵塞高效垂直潜流人工湿地污水处理方法NVSDW在运行过程中不会发生基质堵塞、湿地表面雍水现象。在连续进水、落空条件下运行可高效去除有机物、氨氮和总磷等污染物;若结合采用变水位方式运行，可进一步有效去除总氮等污染物。本发明建造方便，成本低廉，操作管理十分简单。