申请日2018.09.12
公开(公告)日2018.12.18
IPC分类号C02F9/14; C02F3/30; C02F3/32; C02F3/34; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种复合式人工湿地污水处理系统及其处理方法，包括依次连接的生态调节沉淀池、双向横流生态过滤单元、多层介质潜流湿地、折流式潜流湿地、表流湿地、生态人工湖及其连通管路和配水渠道;本发明通过双向横流过滤单元、多层介质潜流湿地及折流式潜流湿地的组合，为微生物脱氮创造硝化‑反硝化的环境，确保了处理系统实现良好的脱氮效果;本发明中污水经过一次提升后完全依靠重力配水的方式进行，处理过程中不产生任何能量消耗。同时，湿地填料采用建筑废弃块，实现资源回收利用，并降低建设成本。
权利要求书
1.一种复合式人工湿地污水处理系统，其特征在于，包括依次连接的生态调节沉淀池(2)、双向横流生态过滤单元(3)、多层介质潜流湿地(4)、折流式潜流湿地(5)、表流湿地(6)和生态人工湖(7);
双向横流生态过滤单元(3)的一端设置正向进水口(31)，另一端设置反向进水口(36);正向进水口(31)与反向进水口(36)之间依次设置有正向进水隔墙(32)、第一穿孔花墙(331)、填料(34)、第二穿孔花墙(332)、反向进水隔墙(35);正向进水隔墙(32)和反向进水隔墙(35)高度一致，并且正向进水隔墙(32)和反向进水隔墙(35)顶端均设置有可升降堰板，用来控制进水水头;反向出水口(38)位于正向进水隔墙(32)上部;正向出水口(37)位于反向进水隔墙(35)上部，且正向出水口(37)和反向出水口(38)位置固定，仅通过调节正反向进水口堰板高度实现池体正反向进出水位差，从而使池体中水流产生水平横向流动;
生态调节沉淀池(2)用于调节水量和稳定水质;生态调节沉淀池(2)的出水口包括第一出路和第二出路，第一出路与正向进水口(31)连接，第二出路与反向进水口(36)连接;
双向横流生态过滤单元(3)的反向出水 口(38)、正向出水口(37)分别通过管路连接多层介质潜流湿地(4)。
2.根据权利要求1所述的一种复合式人工湿地污水处理系统，其特征在于，双向横流生态过滤单元的填料(34)包括上部填料层(341)和底部承托层(342)，上部填料层(341)采用粒径为15-30mm的碎砖;底部承托层(342)采用粒径为40-50mm的混凝土砌块;填料层(34)底部为水平面。
3.根据权利要求1所述的一种复合式人工湿地污水处理系统，其特征在于，多层介质潜流湿地(4)包括填料层，填料层包括由上到下依次设置的上部填料层(41)、上层空气层(441)、中部填料层(42)、下层空气层(442)及底部承托层(43);上部填料层(41)采用粒径15-25mm的碎石，中部填料层(42)采用粒径25-40mm的碎砌块，下部承托层(43)采用粒径40-60mm的碎砖，上层空气层(441)和下层空气层(442)均采用将砌块设置为梅花状架空层;
梅花状架空层的做法包括：首先将同一层的通气管进行水平放置，然后在通气管边上按照梅花状放置砖块，对通气管起到支撑和保护的作用，同时有利于通气管中空气向周围填料层的扩散;
两层梅花状架空层中穿插有两层通气管道，同时多层介质潜流人工湿地(2)的填料层内还设置有竖向通气管(443)，两层通气管道与竖向通气管(443)相互连通，同时竖向通气管(443)最上端穿过上层填料层(41)与空气相通;竖向通气孔(443)最上端开口向下设置弯头。
4.根据权利要求3所述的一种复合式人工湿地污水处理系统，其特征在于，多层介质潜流湿地还包括布水管道(45)，布水管道(45)设置在多层介质潜流人工湿地(4)的顶部，布水管道(45)的截面下端设置若干出水孔;上层空气层(441)、下层空气层(442)中设置有水平通气管，水平通气管横截面上均匀开设若干通气孔，水平通气管与竖向通气管(443)联通。
5.根据权利要求1所述的一种复合式人工湿地污水处理系统，其特征在于，折流式潜流湿地内(5)设置有若干竖向导流墙(54)，导流墙(54)的上部或底部设置预留开口，预留开口采用穿孔花墙;折流式潜流湿地(5)内的填料粒径从上到下依次增大。
6.根据权利要求5所述的一种复合式人工湿地污水处理系统，其特征在于，折流式潜流湿地(5)内的填料从上到下依次设置为第一填料层(51)、第二填料层(52)及第三填料层(53);第一填料层(51)为粒径20-30mm的碎砖块;第二填料层(52)为粒径30-40mm的建筑碎砌块;第三填料层(53)为粒径40-60mm的混凝土砌块。
7.根据权利要求1所述的一种复合式人工湿地污水处理系统，其特征在于，还包括表流湿地(6)，表流湿地(6)与折流式潜流湿地(5)通过配水渠道连接;表流湿地(6)底部采用素土夯实后铺设HDPE防渗土工膜垫层，表流湿地内填料包括上层填料(61)、下层填料(62)，上层填料(61)采用粗砂，下层填料(62)采用细土。
8.根据权利要求7所述的一种复合式人工湿地污水处理系统，其特征在于，还包括生态人工湖(7)，生态人工湖(7)通过配水渠道与表流湿地(6)连接;生态人工湖(7)湖底采用素土夯实，并采用HDPE防渗土工膜垫层，防渗土工膜上部铺设有细土;生态人工湖湖底设置有集水坑，集水坑底部设置排水管;生态人工湖中栽种有挺水植物或浮叶植物。
9.根据权利要求1所述的一种复合式人工湿地污水处理系统，其特征在于，还包括提升泵(1)，提升泵(1)通过管道与生态调节沉淀池(2)连接;提升泵(1)采用潜污泵，提升泵(1)进水口前端还设置有第一格栅、第二格栅;第一格栅和第二格栅均采用直插式格栅，第一格栅为粗格栅，第二格栅为细格栅。
10.一种复合式人工湿地污水处理方法，其特征在于，基于权利要求8所述的一种复合式人工湿地污水处理系统，包括以下步骤：
步骤1：首先待处理污水进入生态调节沉淀池(2)进行水质水量的调节，同时作为预处理单元，去除悬浮物、颗粒物或泥沙;
步骤2：预处理后的污水正向或反向进入双向横流生态过滤单元(3)，实现污水中有机物氧化和反硝化脱氮;
步骤3：经过双向横流生态过滤单元(3)处理的水向下流入多层介质潜流湿地(4)，污水在非饱和条件下，进一步强化有机物去除、磷的吸附以及深度硝化;
步骤4：经过多层介质潜流湿地处理的水向下流入折流式潜流湿地(5)，污水在填料介质中连续均匀折流，延长水体污染物与填料介质的接触时间，同时折流式潜流湿地中所营造的缺氧环境，实现反硝化脱氮;
步骤5：经过折流式人工潜流湿地(5)处理的水向下流入表流湿地(6)，实现有机物和氮的去除;
步骤6：处理后的水最后进入生态人工湖(7)，进一步水质保障和生态景观营造，最终出水依据相应水质标准进行再生水回用或生态河湖补水。
说明书
一种复合式人工湿地污水处理系统及其处理方法
技术领域
本发明属于污水处理技术领域，尤其涉及一种复合式人工湿地污水处理系统及其处理方法。
背景技术
随着城市化进程的不断加快，含有大量氮、磷的生活污水和工业废水等不断进入地表水体，导致了水体的富营养化。目前各大城市建设的常规二级污水处理厂虽然对总氮有一定的去除，然而去除效果有限，出水仅达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A处理水质(TN<15mg/L)，远高于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅴ类水质标准(TN<2mg/L);另外，常规污水处理厂的建设往往投资大，运营管理复杂。因此，亟需一种生态高效的污水氮、磷深度处理技术，来进一步提升地表河湖水体及污水处理厂尾水水质。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复合式人工湿地污水处理系统及其处理方法，以解决上述技术问题。本发明建设投资小，运营管理方便，不需投加任何药物，且具有一定的生态景观效果;以解决污水中悬浮物、氮磷及有机物深度处理的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种复合式人工湿地污水处理系统，包括依次连接的生态调节沉淀池、双向横流生态过滤单元、多层介质潜流湿地、折流式潜流湿地、表流湿地和生态人工湖;
双向横流生态过滤单元的一端设置正向进水口，另一端设置反向进水口;正向进水口与反向进水口之间依次设置有正向进水隔墙、第一穿孔花墙、填料、第二穿孔花墙、反向进水隔墙;正向进水隔墙和反向进水隔墙高度一致，并且正向进水隔墙和反向进水隔墙顶端均设置有可升降堰板，用来控制进水水头。反向出水口位于正向进水隔墙上部;正向出水口位于反向进水隔墙上部，且正向出水口和反向出水口位置固定，仅通过调节正反向进水口堰板高度实现池体正反向进出水位差，从而使池体中水流产生水平横向流动的效果。生态调节沉淀池用于调节水量和稳定水质;生态调节沉淀池的出水口包括第一出路和第二出路，第一出路与正向进水口连接，第二出路与反向进水口连接;
双向横流生态过滤单元的反向出水口、正向出水口分别通过管路连接多层介质潜流湿地。
进一步的，双向横流生态过滤单元的填料包括上部填料层和底部承托层，上部填料层采用粒径为15-30mm的碎砖;底部承托层采用粒径为40-50mm的混凝土砌块;填料层底部为水平面。
进一步的，多层介质潜流湿地包括填料层，填料层包括由上到下依次设置的上部填料层、上层空气层、中部填料层、下层空气层及底部承托层;上部填料层采用粒径15-25mm的碎石，中部填料层采用粒径25-40mm的碎砌块，下部填料层采用粒径40-60mm的碎砖，上层空气层和下层空气层均采用将砌块设置为梅花状架空层;多层介质潜流人工湿地的填料层内还设置有竖向通气管，竖向通气管最上端穿过上层填料层与空气相通;竖向通气孔最上端开口向下设置弯头。
进一步的，多层介质潜流湿地还包括布水管道，布水管道设置在多层介质潜流人工湿地的顶部，布水管道的截面下端设置若干出水孔;上层空气层、下层空气层中设置有水平通气管，水平通气管横截面上均匀开设若干通气孔，水平通气管与竖向通气管联通。
进一步的，折流式潜流湿地内设置有若干竖向导流墙，导流墙的上部或底部设置预留开口，预留开口采用穿孔花墙;折流式潜流湿地内的填料粒径从上到下依次增大。
进一步的，折流式潜流湿地内的填料从上到下依次设置为第一填料层、第二填料层及第三填料层;第一填料层为粒径20-30mm的碎砖块;第二填料层为粒径30-40mm的建筑碎砌块;第三填料层为粒径40-60mm的混凝土砌块。
进一步的，还包括表流湿地，表流湿地与折流式潜流湿地连接;表流湿地底部采用素土夯实后铺设HDPE防渗土工膜垫层，表流湿地内填料包括上层填料、下层填料，上层填料采用粗砂，下层填料采用细土。
进一步的，还包括生态人工湖，生态人工湖通过配水渠道与表流湿地连接;生态人工湖湖底采用素土夯实，并采用HDPE防渗土工膜垫层，防渗土工膜上部铺设有细土;生态人工湖湖底设置有集水坑，集水坑底部设置排水管;生态人工湖中栽种有挺水植物或浮叶植物。
进一步的，还包括提升泵，提升泵通过管道与生态调节沉淀池连接;提升泵采用潜污泵，提升泵进水口前端还设置有第一格栅、第二格栅;第一格栅和第二格栅均采用直插式格栅，第一格栅为粗格栅，第二格栅为细格栅。
一种复合式人工湿地污水处理方法，包括以下步骤：
步骤1：待处理污水首先进入生态沉淀池进行预处理，去除悬浮物、漂浮物或泥沙;
步骤2：预处理后的污水正向或反向进入双向横流生态过滤单元，实现污水中有机物氧化和反硝化脱氮;
步骤3：经过双向横流生态过滤单元处理的水向下流入多层介质潜流湿地，污水在非饱和条件下，强化有机物去除、磷的吸附以及深度硝化;
步骤4：经过多层介质潜流湿地处理的水向下流入折流式潜流湿地，污水在基质填料中连续均匀折流，使污染物与填料充分接触，在饱和流营造缺氧环境，实现反硝化脱氮;
步骤5：经过折流式人工潜流湿地处理的水向下流入表流湿地，实现有机物和氮的深度去除;
步骤6：处理后的水最后进入生态人工湖，进一步水质保障和生态景观营造，最终出水依据相应水质标准进行再生水回用或生态河湖补水。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种复合式人工湿地处理系统，通过双向横流过滤单元、多层介质潜流湿地及折流式潜流湿地的组合，为微生物脱氮创造硝化-反硝化的环境，确保了处理系统实现良好的脱氮效果;本发明中污水经过一次提升之后完全依靠重力配水的方式进行，处理过程中不产生任何能量消耗;本发明建设投资小，运营管理方便，运行过程不需投加任何药物，对水体中总氮及水体透明度有显著的改善效果。
进一步的，采用双向横流过滤单元，营造理想的推移流条件，利用待处理污水中的溶解氧，在前段过滤单元中实现有机物的好氧生物降解，填料颗粒表面形成生物膜，随着溶解氧浓度沿污水流向降低，在后段滤层中营造缺氧或厌氧条件;横流过滤单元通过水位调节实现双向进出水，当前段过滤单元中生物膜成熟后，倒换水流方向，使生物膜位于过滤单元后段，为缺氧或厌氧条件下的反硝化过滤提供“内生碳源”;过滤运行期间，根据生物膜形成情况定期倒换水流方向，在过滤廊道中持续保持“好氧生物过滤+内生碳源利用反硝化过滤”的运行状态，在无外加碳源的条件下，同步实现有机物氧化和反硝化脱氮;通过内生碳源利用实现滤层的自我再生，有效防止生物膜老化与脱落造成的滤层堵塞，省去了滤池反冲洗的操作环节。
进一步的，多层介质潜流人工湿地设置三层填料层和两层空气层，保证了填料层内部的氧气含量，实现了污水在多层介质潜流人工湿地中形成非饱和流的条件，强化有机物去除、磷的吸附以及深度硝化。
进一步的，采用折流式潜流人工湿地实现了污水在填料层中连续均匀折流，污水始终在填料内部流动，竖向折流强化了污染物与填料介质的接触时间，同时饱和流营造缺氧环境，实现反硝化脱氮。
进一步的，本发明处理系统中，填料材料为粒径范围为15-60mm不同级配的碎石、碎砖及建筑砌块等，填料均采用廉价的建筑废料，实现“以废治废”的目的，建设投资低。
进一步的，与常规的人工湿地污水处理相比，本发明首先是采用一次提升后完全依靠重力配水的方式进行，后端不产生任何的能量消耗;其次，该人工湿地处理系统采用多种高效湿地处理技术组合，通过多种国内外新型先进技术的优化组合，而不是采用简单传统的单一型湿地处理技术，确保系统实现良好的脱氮效果;另外，该湿地系统单元中填料均采用廉价的建筑废料，采用“以废治废”思路进行实施。填料包括粒径范围为15-60mm不同级配的碎石、碎砖及建筑砌块等;最后，该湿地系统中的双向横流过滤单元、以及非饱和多层竖向流和饱和流折流式潜流湿地处理单元的组合，为微生物脱氮创造硝化-反硝化的环境，确保该湿地系统能够实现良好的脱氮效果。
本发明一种高负荷复合式人工湿地污水处理系统，多级组合工艺，实现污水中悬浮物、有机物、总氮、总磷的深度处理。特别是对于总氮，双向横流滤池作为第一级处理单元;然后多层介质潜流湿地和折流式潜流湿地分别作为非饱和流和饱和流湿地，可营造微生物硝化和反硝化环境，实现氮的进一步去除;然后表流湿地和生态人工湖进一步实现总氮的深度削减。该专利的核心技术点就是最大限度的削减总氮，同时兼顾系统造价(采用建筑碎砌块作为填料，即实现资源回收同时可降低成本)和方便管理运营。
