申请日 20200710
公开（公告）日 20201208
IPC分类号 C02F3/32
摘要
本发明公开一种复合流人工湿地生活污水净化系统，包括：预处理区(1)、水平流人工湿地(2)以及垂直流人工湿地(3)三部分；所述预处理区(1)包括入水口(4)和过滤板(8)；所述水平流人工湿地(2)包括由上到下依次垂直设置的第一层基质(10)、第二层基质(11)和第三层基质(12)；所述垂直流人工湿地(3)包括由上到下依次垂直设置的第四层基质(13)和第五层基质(14)以及出水口(7)。本发明可实现生活污水的深度处理，实现人工湿地的高效净化，且系统方法简单，成本低，不易堵塞，推广价值高。
权利要求书
1.一种复合流人工湿地生活污水净化系统，其特征在于，包括：预处理区(1)、水平流人工湿地(2)以及垂直流人工湿地(3)三部分；
所述预处理区(1)与所述水平流人工湿地(2)之间设有隔水板(16)，所述隔水板(16)上开设有第一过水口(5)，所述水平流人工湿地(2)与所述垂直流人工湿地(3)之间设有隔水板(16)，所述隔水板(16)上开设有第二过水口(6)；
所述预处理区(1)包括入水口(4)和过滤板(8)；
所述水平流人工湿地(2)包括由上到下依次垂直设置的第一层基质(10)、第二层基质(11)和第三层基质(12)，所述第一层基质(10)、第二层基质(11)和第三层基质(12)分别采用含泥量均低于1％的中砂、砾砂和圆砾，并分别添加污泥生物炭；
所述垂直流人工湿地(3)包括由上到下依次垂直设置的第四层基质(13)和第五层基质(14)以及出水口(7)，所述第四层基质(13)及所述第五层基质(14)分别采用粒径为1～3mm的石英砂和秸秆生物炭与沸石混合的复合基质；
所述预处理区(1)、所述水平流人工湿地(2)及所述垂直流人工湿地(3)均设置防水层(15)。
2.根据权利要求1所述的复合流人工湿地生活污水净化系统，其特征在于，所述第一层基质(10)、所述第二层基质(11)和所述第三层基质(12)的污泥生物炭的添加量分别为混合后总质量的35～45％、25～35％、8～15％；
在所述第一层基质(10)中添加的污泥生物炭的粒径为1～3mm，在所述第二层基质(11)中添加的污泥生物炭的粒径为2～5mm，在所述第三层基质(12)中添加的污泥生物炭的粒径为4～8mm。
3.根据权利要求1所述的复合流人工湿地生活污水净化系统，其特征在于，所述污泥生物炭采用城市净水厂的污泥高温炭化制备，炭化过程分两个阶段：第一阶段温度为250～300℃，炭化时间为20～30分钟；第二阶段温度为400～500℃，炭化时间为30～35分钟；所述炭化第一阶段升温速度为5～8℃/秒，所述炭化第二阶段升温速度为10～15℃/秒，两阶段的炭化过程均在无氧条件下进行。
4.根据权利要求1所述的复合流人工湿地生活污水净化系统，其特征在于，所述复合基质中的秸秆生物炭的粒径为5～8mm，沸石粒径为1～3mm，两者混合质量比例为22:78～45:55。
5.根据权利要求1所述的复合流人工湿地生活污水净化系统，其特征在于，所述秸秆生物炭采用玉米秸秆高温制备，其制备过程为：
玉米秸秆去掉叶，并进行加工，加工后的长度为30～80mm；
将加工后的玉米秸秆放置于气化炉中进行炭化，设置炭化温度为350～450℃，炭化时间为30～50分钟，升温速度为5～10℃/秒，炭化环境为无氧炭化；
将炭化后的玉米秸秆加工成粒径为5～8mm的秸秆生物炭。
6.根据权利要求1所述的复合流人工湿地生活污水净化系统，其特征在于，所述垂直流人工湿地(3)面积为所述水平流人工湿地(2)面积的1/10～1/15，所述垂直流人工湿地(3)的边长大于1m；
所述水平流人工湿地(2)和所述垂直流人工湿地(3)均种植湿地植物(9)。
7.根据权利要求6所述的复合流人工湿地生活污水净化系统，其特征在于，所述湿地植物(9)为具有对污染物较强吸附能力的挺水植物。
8.根据权利要求1所述的复合流人工湿地生活污水净化系统，其特征在于，所述第一层基质(10)、所述第二层基质(11)和第三层基质(12)的厚度分别为150～200mm、200～250mm和250～300mm；
所述第四层基质(13)和所述第五层基质(14)的厚度分别为200～300mm和300～500mm。
9.根据权利要求1所述的复合流人工湿地生活污水净化系统，其特征在于，所述过滤板(8)的孔径为0.5～1.5mm。
说明书
一种复合流人工湿地生活污水净化系统
技术领域
本发明涉及环境生态技术领域，具体涉及一种复合流人工湿地生活污水净化系统。
背景技术
目前生活污水产生量大，处理费用高，特别是目前的工厂化处理模式，运行成本高，且处理后的低污水排放到河流或湖泊中，加速河流或湖泊的污染，这种低污染水被二次处理将大大增加处理成本。人工湿地在处理污水方面成本低已经被大家公认，但是人工湿地易堵塞、处理效率低、占地面积大、堵塞后处理难度大和运行不稳定等缺点限制了人工湿地的发展。因此，建立复合流人工湿地生活污水净化系统，对克服净化系统易堵塞及提高净化效率具有重要价值及意义。
生活污水被高效净化后可作为农作物种植用水、城市绿化用水、城市地面洒水、补给公园湖泊水和补给城市河流等。生活污水处理后的中水利用是解决水资源短缺的一个重要途径。人工湿地处理生活污水成本低，污染物被植物吸收后，获得生物量，作为动物饲料或生物质气体制备原料，能够实现资源化利用。因此，克服人工湿地易堵塞、占地面积大和效率低的缺点，实现生活污水高效利用是当前研究的重点。
按水流方向，人工湿地分为水平流人工湿地和垂直流人工湿地。两种形式各有自己的缺点和优点，将两种形式结合能够克服人工湿地形式的缺点。另外，开发新型人工湿地基质，对避免堵塞，提高净化效率和效果具有重要意义。目前与人工湿地有关的主要授权或公开的专利都是关于人工湿地的建设方法和基质选取，这些方法对生活污水和低污染水的处理具有一定的效果，但是因存在方法操作复杂、占地面积大、成本高、易堵塞、堵塞后处理难度大、净化效率低等一种或多种缺陷，推广应用难度大。
因此，开发一种工艺简单，成本低、维护和维修方便、不易堵塞、且能有效的净化生活污水的复合人工湿地技术，对推进人工湿地建设水平的提高以及生活污水处理技术的进步都将具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种复合流人工湿地生活污水净化系统，实现复合流人工湿地高效净化生活污水，进而推动人工湿地处理生活污水技术的进步。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：本发明提供一种复合流人工湿地生活污水净化系统，其特征在于，包括：预处理区(1)、水平流人工湿地(2)以及垂直流人工湿地(3)三部分；
所述预处理区(1)与所述水平流人工湿地(2)之间设有隔水板(16)，所述隔水板(16)上开设有第一过水口(5)，所述水平流人工湿地(2)与所述垂直流人工湿地(3)之间设有隔水板(16)，所述隔水板(16)上开设有第二过水口(6)；
所述预处理区(1)包括入水口(4)和过滤板(8)；
所述水平流人工湿地(2)包括由上到下依次垂直设置的第一层基质(10)、第二层基质(11)和第三层基质(12)，所述第一层基质(10)、第二层基质(11)和第三层基质(12)分别采用含泥量均低于1％的中砂、砾砂和圆砾，并分别添加污泥生物炭；
所述垂直流人工湿地(3)包括由上到下依次垂直设置的第四层基质(13)和第五层基质(14)以及出水口(7)，所述第四层基质(13)及所述第五层基质(14)分别采用粒径为1～3mm的石英砂和秸秆生物炭与沸石混合的复合基质；
所述预处理区(1)、所述水平流人工湿地(2)及所述垂直流人工湿地(3)均设置防水层(15)。
优选地，所述第一层基质(10)、所述第二层基质(11)和所述第三层基质(12)的污泥生物炭的添加量分别为混合后总质量的35～45％、25～35％、8～15％；
在所述第一层基质(10)中添加的污泥生物炭的粒径为1～3mm，在所述第二层基质(11)中添加的污泥生物炭的粒径为2～5mm，在所述第三层基质(12)中添加的污泥生物炭的粒径为4～8mm。
优选地，所述污泥生物炭采用城市净水厂的污泥高温炭化制备，炭化过程分两个阶段：第一阶段温度为250～300℃，炭化时间为20～30分钟；第二阶段温度为400～500℃，炭化时间为30～35分钟；所述炭化第一阶段升温速度为5～8℃/秒，所述炭化第二阶段升温速度为10～15℃/秒，两阶段的炭化过程均在无氧条件下进行。
优选地，所述复合基质中的秸秆生物炭的粒径为5～8mm，沸石粒径为1～3mm，两者混合质量比例为22:78～45:55。
优选地，所述秸秆生物炭采用玉米秸秆高温制备，其制备过程为：
玉米秸秆去掉叶，并进行加工，加工后的长度为30～80mm；
将加工后的玉米秸秆放置于气化炉中进行炭化，设置炭化温度为350～450℃，炭化时间为30～50分钟，升温速度为5～10℃/秒，炭化环境为无氧炭化；
将炭化后的玉米秸秆加工成粒径为5～8mm的秸秆生物炭。
优选地，所述垂直流人工湿地(3)面积为所述水平流人工湿地(2)面积的1/10～1/15，所述垂直流人工湿地(3)的边长大于1m；
所述水平流人工湿地(2)和所述垂直流人工湿地(3)均种植湿地植物(9)。
优选地，所述湿地植物(9)为具有对污染物较强吸附能力的挺水植物。
优选地，所述第一层基质(10)、所述第二层基质(11)和第三层基质(12)的厚度分别为150～200mm、200～250mm和250～300mm；
所述第四层基质(13)和所述第五层基质(14)的厚度分别为200～300mm和300～500mm。
优选地，所述过滤板(8)的孔径为0.5～1.5mm。
本发明公开了以下技术效果：
(1)本发明的各层基质均加入了生物炭，有效的解决人工湿地净化过程中微生物碳源不足的问题，大大提高净化效果；采用的污泥生物炭为城市净水厂的污泥，金属含量主要为铝和铁，生产的污泥生物炭强度高、吸附性强，且物理性能稳定、耐酸和碱腐蚀，适合长期运行；秸秆生物炭密度小，且具有多孔结构，具有一定的压缩性，过滤和吸附性能高于其它生物炭，沸石和秸秆生物炭结合使用，显著提高湿地微生物活性，能够实现对低污染水的深度净化，作为复合人工湿地系统的垂直流人工湿地中，来水为被水平流人工湿地净化后的水质，其污染物含量相对较低，且不易引起堵塞；
(2)本发明复合流人工湿地系统中的水平流人工湿地设置的面积为垂直流人工湿地的10～15倍，以充分发挥微生物的分解和提高植物的吸收效果；由于基质的下部生物降解慢，而顶层生物降解快，所以本发明中的第一层基质、第二层基质和第三层基质中的污泥生物炭粒径分别设置为1～3mm、2～5mm和4～8mm，可有效防止下部堵塞；
(3)本发明复合人工湿地系统较单一的水平流人工湿地和垂直流人工湿地净化效果提高65～85％，较其它复合人工湿地净化效果提高35～52％；净化后的生活污水COD、BOD5、SS、NH4+-N、TN和TP指标分别在≤35、≤8.5、≤8、≤5、≤12和≤0.35，脱氮和除磷效果非常明显；
(4)本发明能够有效的提高人工湿地对生活污水的净化效果，减少占地面积；降低垂直流人工湿地的建造成本，减少垂直流人工湿地堵塞问题；本发明方法简单，维护方便，使用寿命长，可操作性强。（发明人 徐建玲;王汉席 ）