申请日2011.12.26
公开(公告)日2012.11.28
IPC分类号C02F3/32; C02F9/14; C02F3/30
摘要
本发明涉及一种适于处理以污水或废水为代表的点污染源，或在处理河水或湖泊沼泽水中包含的多种污染物质方面，可以有选择地或同时对降雨时流出的非点污染源进行深度处理的低能耗型多功能混合人工湿地水质净化系统、污水处理装置以及非点净化装置。所述混合人工湿地水质净化系统包括第一好氧性人工湿地、非好氧性人工湿地和第二好氧性人工湿地。其中，第一好氧性人工湿地在沿竖直方向导流净化对象水的同时去除污染物质。非好氧性人工湿地在沿水平方向导流从第一好氧性人工湿地流入的处理水的同时追加去除污染物质。第二好氧性人工湿地沿竖直方向导流从非好氧性人工湿地流入的处理水，向内侧供应空气，提高流入的处理水的溶解氧。
权利要求书
1.一种混合人工湿地水质净化系统，其特征在于，该系统包括：
第一好氧性人工湿地，所述第一好氧性人工湿地用于在使流入的净化对 象水沿竖直方向导流的同时去除污染物质;
非好氧性人工湿地，所述非好氧性人工湿地用于在使从所述第一好氧性 人工湿地流入的处理水沿水平方向导流的同时，追加去除污染物质;以及
第二好氧性人工湿地，所述第二好氧性人工湿地使从所述非好氧性人工 湿地流入的处理水沿竖直方向导流，向所述第二好氧性人工湿地内侧供应空 气，以提高流入的处理水的溶解氧。
2.根据权利要求1所述的混合人工湿地水质净化系统，其特征在于，
所述第一好氧性人工湿地包括：
第一过滤层，所述第一过滤层包括骨料和第一滤材，所述骨料从为防止 漏水而进行了隔水处理的底面开始层叠放置，所述第一滤材设置于所述骨料 的上部;
第一芦苇屑层，所述第一芦苇屑层设置于所述第一过滤层的上部;
第一分配装置，所述第一分配装置使所述净化对象水经处理后供应的处 理水均匀分散到所述第一芦苇屑层的上部;
第一空气流入管，所述第一空气流入管使空气流入所述第一过滤层;
第一空气供应部，所述第一空气供应部连接于所述第一空气流入管的一 端，使流入的空气向所述第一过滤层的内侧分散供应。
3.根据权利要求2所述的混合人工湿地水质净化系统，其特征在于：
所述第一空气流入管沿竖直方向设置，引导大气的空气从上端部流入， 使所述空气向下侧移动后排出到下端部，
所述第一空气供应部在所述第一过滤层沿水平方向设置，在所述第一空 气供应部上部形成的连接口与所述第一空气流入管的下端部连接，所述第一 空气供应部由在外面上形成通孔的多个隧道型有孔管构成，使从所述第一空 气流入管流入的空气能够供应给所述第一过滤层。
4.根据权利要求3所述的混合人工湿地水质净化系统，其特征在于：
所述隧道型有孔管设置于所述第一过滤层的底面，并使内侧空间部相互 连通，引导处理水移动，所述第一空气流入管相互间隔既定距离设置。
5.根据权利要求1所述的混合人工湿地水质净化系统，其特征在于，
所述非好氧性人工湿地包括：
第二过滤层，所述第二过滤层设置于为防止漏水而进行了隔水处理的底 面上，沿处理水的流动方向，从前方向后方依次设置第一骨料部、第二骨料 部、第三骨料部、所述第二骨料部及所述第一骨料部，骨料的大小按所述第 一骨料部、所述第二骨料部及所述第三骨料部的顺序增大;
第二滤材，所述第二滤材整体铺设于所述第二过滤层的上部。
6.根据权利要求1所述的混合人工湿地水质净化系统，其特征在于，
所述第二好氧性人工湿地包括：
第三过滤层，所述第三过滤层由骨料和第三滤材构成，所述骨料从为防 止漏水而进行了隔水处理的底面开始层叠放置，所述第三滤材设置于所述骨 料的上部;
第二芦苇屑层，所述第二芦苇屑层设置于所述第三过滤层的上部;
第二分配装置，所述第二分配装置使所述供应的处理水均匀分散到所述 第二芦苇屑层的上部;
第二空气流入管，所述第二空气流入管使空气流入所述第三过滤层的内 侧;
第二空气供应部，所述第二空气供应部连接于所述第二空气流入管的一 端，使流入的空气向所述第三过滤层的内侧分散供应。
7.根据权利要求6所述的混合人工湿地水质净化系统，其特征在于：
所述第二空气流入管沿竖直方向设置，引导大气的空气从上端部流入， 使所述空气向下侧移动后排出到下端部;
所述第二空气供应部在所述第三过滤层沿水平方向设置，在所述第二空 气供应部上部形成的连接口与所述第二空气流入管的下端部连接，所述第二 空气供应部由在外面上形成通孔的多个隧道型有孔管构成，使从所述第二空 气流入管流入的空气能够供应给所述第三过滤层。
8.根据权利要求7所述的混合人工湿地水质净化系统，其特征在于：
所述隧道型有孔管设置于所述第三过滤层的底面，并使内侧空间部相互 连通，引导处理水移动，所述空气流入管相互间隔既定距离设置。
9.一种污水处理装置，其特征在于，所述污水处理装置包括：
集水槽，所述集水槽包括滤网槽和沉淀槽，所述滤网槽收集净化对象水 并使之通过滤网，以滤除污水内存在的净化对象物，所述沉淀槽连接于所述 滤网槽一侧，使在所述滤网槽滤除了净化对象物的净化对象水中残存的净化 对象物沉淀;
根据权利要求1至8中任意一项所述的混合人工湿地水质净化系统，所 述系统用以处理从所述集水槽排出的处理水;以及
放流槽，所述放流槽设置于所述混合人工湿地水质净化系统的第二好氧 性人工湿地的一侧，所述放流槽收集通过所述第二好氧性人工湿地进行了净 化处理的处理水，使收集的处理水放流到外部。
10.一种能同时净化河流或湖泊沼泽水的自然型非点净化装置，其特征 在于，所述装置包括：
蓄水池，所述蓄水池由埋设于地下的结构物及设置于地表的池塘中的任 意一种构成，所述蓄水池外面部设置有隔水膜以防漏水，所述蓄水池蓄流通 过设置于流入口并根据第一计量值进行启动的流入水闸流入的净化对象水;
预处理部，所述预处理部流入经所述蓄水池处理的处理水并进行预处 理;
根据权利要求1至8中任意一项所述的混合人工湿地水质净化系统，所 述系统用以处理从所述预处理部排出的处理水;以及
控制装置，所述控制装置实时求出流入所述蓄水池的净化对象水的第一 计量值，实时控制所述净化对象水的流入量，实时求出所述第二好氧性人工 湿地最终放流的处理水的第二计量值，实时控制所述处理水的放流量。
11.根据权利要求10所述的能同时净化河流或湖泊沼泽水的自然型非 点净化装置，其特征在于：
所述蓄水池可以蓄流预想的初始降雨非点发生量的0.5～1.0Q，其中，因 初始降雨而发生的非点污染量(Q，m3)=非点污染源发生流域面积(A，m2) ×降雨强度(I，mm)。
12.根据权利要求10所述的能同时净化河流或湖泊沼泽水的自然型非 点净化装置，其特征在于：
所述预处理部包括沿所述蓄水池供应的处理水的流动方向依次设置的 过滤槽、搅拌槽、凝集槽、沉淀槽及预处理水槽，
所述过滤槽包括：外壳，所述外壳形成外形，进行了水密处理;包装箱， 所述包装箱安装于所述外壳的内侧并可拆卸，所述包装箱包括用于在内侧填 充所述植物过滤材料的容纳部和盖住所述容纳部上部的盖部;以及分配管， 所述分配管设置于所述包装箱的上侧，所述分配管在外面上形成多个穿孔， 使从所述蓄水池移送的处理水通过所述穿孔分配给所述包装箱。
13.根据权利要求12所述的能同时净化河流或湖泊沼泽水的自然型非 点净化装置，其特征在于：
在所述蓄水池上，连接有第一移送管和直接引导管，其中，所述第一移 送管使流入的因降雨引起的非点污染水引导至所述分配管，使所述非点污染 水沿所述过滤槽、所述搅拌槽、所述凝集槽、所述沉淀槽及所述预处理水槽 依次移动，直接引导管引导流入水直接向所述预处理水槽移动。
14.根据权利要求10所述的能同时净化河流或湖泊沼泽水的自然型非 点净化装置，其特征在于：
在所述第二好氧性人工湿地中还设置有放流管，以引导排出的处理水放 流到河流或湖泊和沼泽。
说明书
水质净化系统、污水处理装置和自然型非点净化装置
技术领域
本发明涉及混合人工湿地水质净化系统及利用该净化系统的污水处理 装置以及能同时净化河流或湖泊沼泽水的自然型非点净化装置，更详细地 说，涉及一种适于处理以污水或废水为代表的点污染源，或在处理河水或湖 泊沼泽水中包含的多种污染物质方面，可以有选择地或同时对降雨时流出的 非点污染源进行深度处理的低能耗型多功能混合人工湿地水质净化系统及 利用该净化系统的污水处理装置以及能同时净化河流或湖泊沼泽水的自然 型非点净化装置。
背景技术
一般而言，水质污染源从防治与管理的目的，大致分为点污染源(point pollution source)和非点污染源(nonpoint pollution source)。
其中，上述点污染源是指生活污水或工厂废水、畜牧业废水等在特定位 置排出污染水的污染源。
另外，上述非点污染源是在大地、公路、农田、山地、工地等不特定场 所排出水质污染物质的排放源，流经耕地、牧场、城市地区、山林地区、停 车场、公路、各种工程地区、工厂及工业地区的雨水地表径流或渗入地内的 水中包含的污染物质是非点污染源的主要发生事例。
迄今，为了净化上述点及非点水质污染源，应用了多种多样的技术，其 中，人工湿地水质净化技术在施工费、维护管理费方面比较经济，而且可以 获得比较稳定的水质净化效果，作为低能耗型没有任何问题，净化设施的运 转便利，基于上述优点，其应用性正在大幅度扩大。
但是，以往的人工湿地净化技术大部分是利用单一反应槽，采用垂直流 或水平流式人工湿地的情形，但难以高效处理高浓度污染物质及诸如氮和磷 的富营养化物质，随着流量或水质变动，处理效率也会大为不同，就这种层 面而言，存在无法完全摆脱原有自然净化技术的局限的问题。
另外，人工湿地净化技术尽管有多种优点，但根据污染源种类的不同， 通常需要确保10～30m2/m3·日以上的占地面积，因此，这被认为是其最大 的缺点。
上述点污染源的处理主要使用的机器式及以装置型设备为主的处理方 式要求经过高度训练的专业人员常驻并进行持续管理，属于高能耗型技术， 从这种层面而言，实际上目前正在寻找代替技术，而在维护管理非常苛刻、 管理费昂贵这一方面，也被认为是其缺点。
因此，为解决被认为利用以往自然净化技术难以处理的高浓度流入水的 高效处理问题，面临需要开发可以处理作为富营养化根源的氮及磷的自然型 净化技术。
非点污染源具有的特性是，污染物质发生原因为人为的或自然的，排放 地点不特定，在被稀释及扩散的同时，排放到广阔区域，不仅预测困难，而 且难以收集，处理效率不衡定，净化设施的设计及应用、维护管理困难。
这种非点污染源可以分为在降雨排出水中占最多部分的沉淀泥沙、诸如 氮及磷的引起富营养化的营养物质、少量便会危及水生生物生命的油脂及重 金属物质、有机物质、诸如农药的危及水生生物生命的毒性物质、各种细菌 及病毒、从工业现场及垃圾等中流失的掺杂物等，非点污染源的物质的发生、 排放量极大地受到降雨等气候条件的左右。
另一方面，以往非点污染源的控制方法分为设置各种处理设施及结构物 进行控制的物理性方法和应用诸如土地利用规则的非物理性工艺的方法。
而且，就前者而言，包括需要大量维护管理的浸透型和装置型、诸如 依靠沉淀及潜流功能去除污染物质的自由流型人工湿地和潜流池塘的潜流 型、植被过滤带·植被河道等的植被型、诸如高速凝集·沉淀设施的污水 处理型、设置于河边或河流内并对污染物质进行处理的复合接触氧化设施 等。
但是，就这些在先技术而言，与非点污染源净化能力相比，初期投资费 用相对较高，或维护管理困难。
另外，就后者而言，由于净化效率低，可能引起民众不满，因而难以应 用。
而且，处理工艺局限于诸如沉淀、过滤的物理处理方法，去除包含诸如 氮及磷的营养盐类的非点污染物质的性能可能低下。
另外，依靠过滤和植物的吸收能力，去除污染水中包含的悬浊性固体物 质、有机物及营养盐类，根据地区、季节的不同，在持续保持性能方面会有 局限。
而且，作为利用了由砾石、碎石等构成的水中滤材层的单纯过滤系统， 滤材层管理可能会效果微弱，或者营养盐类去除性能可能甚微。
另外，过去在管理和降低污染物质方面，也主要是采取针对点污染源处 理的水质净化政策，然而最近，随着生活水平的提高和城市化，由于地区的 不透水率增加，降雨排出特性发生变化，各种污染物质大量排入水系，成为 水质低下的原因，为了寻找政策性解决对策和改善非点污染源引起的河流及 湖泊水质，需要积极应对包含降雨径流的非点污染源。
特别是，非点污染物质流入地表水或地下水后，污染物质难以直接净化， 非点污染源处理离污染源越远，处理费用越增加，因此，目前的实际情况是， 亟待开发一种可在非点污染物质发生地点设置净化设施且净化能力优秀的 净化系统。
另外，实际上无法根据由流量及水质决定的条件进行运营及监视，净化 设施管理的问题日益抬头，需要引进易于维护管理、可廉价高效实现运营目 标的运营系统相关技术。
进而，要求开发一种净化系统，同时具有可以根据不同时期有效地使用 的功能，在夏季的降雨时，净化因降雨引起的非点污染水，在晴天时或诸如 枯水期的时候，净化河流的河水或湖泊沼泽水。
发明内容
为解决如上问题，本发明要解决的技术课题是提供一种混合人工湿地水 质净化系统，在原来以单纯净化为目的的人工湿地等普通自然净化技术基础 上，可以进行深度处理，以便能够控制特定的污染源。
本发明要实现的另一技术课题是提供一种混合人工湿地水质净化系统， 根据是否供应空气区分为好氧性、非好氧性区域，各单位工序提供适合有机 物、氮及磷处理的最佳流动方式，垂直流和水平流的人工湿地在各污染物质 的去除方面具有不同特性，在滞留时间方面也表现出巨大差异。
本发明要实现的另一技术课题是提供一种混合人工湿地水质净化系统， 即使人工湿地水质净化系统的主要处理方法相同，但应用的预处理设施根据 处理对象污染物质的种类和浓度而异，通过设定各反应槽的适当滞留时间， 使用标准化、定型化的滤材，具备必要时供各单位工序的一定量的处理水再 循环所需的返送管线。
本发明要实现的另一技术课题是提供一种混合人工湿地水质净化系统， 为实现高效率的污染物质处理，从以往的单一反应槽型人工湿地，按阶段组 合各人工湿地反应槽，构成使各反应槽实现功能化的混合型人工湿地，能够 在污染物质处理中表现出最佳效率。
本发明要实现的另一技术课题是提供一种高效率的混合人工湿地水质 净化系统，为防止诸如污染浓度较高、含有大量固体物质的污水或废水的点 污染源的颗粒状物质堵塞人工湿地的孔隙，稳定地长期使用，设置至少具备 两段以上的沉淀室的沉淀分离槽，依次设置第一好氧性人工湿地、非好氧性 人工湿地及有选择地运营的第二好氧性人工湿地。
本发明要实现的另一技术课题是提供一种混合人工湿地水质净化系统， 设置有蓄水池和过滤槽，有效处理非点污染物质的高浓度颗粒状物质，与降 雨条件无关地蓄流作为计划的初期降雨径流的非点污染源，在后端依次设置 上述第一好氧性人工湿地、非好氧性人工湿地及第二好氧性人工湿地。
本发明要实现的另一技术课题是提供一种混合人工湿地水质净化系统， 具备信息技术(IT)及随处的(Ubiquitous)的实时控制装置，该实时控制 装置设置于可以增大非点污染物质沉淀效率及减小冲击负荷的另外的蓄水 池及过滤槽，可以实时测量流入水、放流水的流量及水质并传输，根据流量 及水质调节包含降雨径流的非点污染物质的流入，或控制处理水的放流、返 送。
本发明要实现的另一技术课题是提供一种混合人工湿地水质净化系统， 在夏季降雨时，净化因降雨引起的非点污染水;晴天时或诸如枯水期的时候， 可以同时净化河流或湖泊沼泽水。
为实现上述技术课题，本发明提供一种混合人工湿地水质净化系统，包 括：第一好氧性人工湿地，该第一好氧性人工湿地用于在使流入的净化对象 水沿竖直方向导流的同时去除污染物质;非好氧性人工湿地，该非好氧性人 工湿地用于在使从上述第一好氧性人工湿地流入的处理水沿水平方向导流 的同时，追加去除污染物质;以及第二好氧性人工湿地，该第二好氧性人工 湿地用于使从上述非好氧性人工湿地流入的处理水沿竖直方向导流，向内侧 供应空气，提高流入的处理水的溶解氧。
其中，上述第一好氧性人工湿地可以包括：第一过滤层，该第一过滤层 由骨料和第一滤材构成，骨料从为防止漏水而进行了隔水处理的底面起层叠 放置，第一滤材设置于上述骨料的上部;第一芦苇屑层，该第一芦苇屑层设 置在上述第一过滤层的上部;第一分配装置，该第一分配装置使上述净化对 象水经处理后供应的处理水均匀分散到上述第一芦苇屑层的上部;空气流入 管，该空气流入管使空气流入上述第一过滤层;第一空气供应部，该第一空 气供应部连接于上述第一空气流入管的一端，使流入的空气向上述第一过滤 层的内侧分散供应。
而且，上述第一空气流入管沿竖直方向设置，引导大气的空气从上端部 流入，向下侧移动后，排出到下端部;上述第一空气供应部在上述第一过滤 层沿水平方向设置，在上部形成的连接口与上述第一空气流入管的下端部连 接，上述第一空气供应部可以由在外面上形成通孔的多根隧道型有孔管构 成，以使从上述第一空气流入管流入的空气可以供应给上述第一过滤层。
另外，上述隧道型有孔管配置于上述第一过滤层的底面，并使内侧空间 部相互连通，引导处理水移动，上述第一空气流入管相互间隔既定距离设置。
而且，上述非好氧性人工湿地可以包括：第二过滤层，该第二过滤层设 置于为防止漏水而进行了隔水处理的底面上，沿处理水的流动方向，从前方 向后方依次设置第一骨料部、第二骨料部、第三骨料部、上述第二骨料部及 上述第一骨料部，骨料的大小按上述第一骨料部、上述第二骨料部及上述第 三骨料部的顺序增大;第二滤材，整体铺设于上述第二过滤层的上部。
另外，上述第二好氧性人工湿地可以包括：第三过滤层，该第三过滤层 由骨料和第三滤材构成，骨料从为防止漏水而进行了隔水处理的底面起层叠 放置，第三滤材设置于上述骨料的上部;第二芦苇屑层，该第二芦苇屑层设 置于上述第三过滤层的上部;第二分配装置，该第二分配装置使上述供应的 处理水均匀分散到上述第二芦苇屑层的上部;第二空气流入管，该第二空气 流入管使空气流入上述第三过滤层的内侧;第二空气供应部，该第二空气供 应部连接于上述第二空气流入管的一端，使流入的空气向上述第三过滤层的 内侧分散供应。
而且，上述第二空气流入管沿竖直方向设置，引导大气的空气从上端部 流入，向下侧移动后，排出到下端部;上述第二空气供应部在上述第三过滤 层沿水平方向配置，在上部形成的连接口与上述第二空气流入管的下端部连 接，上述第二空气供应部可以由在外面上形成通孔的多根隧道型有孔管构 成，以使从上述第二空气流入管流入的空气可以供应给上述第三过滤层。
另外，上述隧道型有孔管配置于上述第三过滤层的底面，并使内侧空间 部相互连通，引导处理水移动，上述空气流入管可以相互间隔既定距离设置。
而且，本发明提供一种污水处理装置，包括：集水槽，该集水槽由滤网 槽和沉淀槽构成，滤网槽收集净化对象水并使之通过滤网，滤除污水内存在 的净化对象物，沉淀槽连接于上述滤网槽一侧，使在上述滤网槽滤除了净化 对象物的净化对象水中残存的净化对象物沉淀;混合人工湿地水质净化系 统，用以处理从上述集水槽排出的处理水;以及放流槽，该放流槽设置于上 述混合人工湿地水质净化系统的第二好氧性人工湿地的一侧，收集通过上述 第二好氧性人工湿地进行了净化处理的处理水，并将收集的处理水放流到外 部。
另外，本发明提供一种能同时净化河流或湖泊沼泽水的自然型非点净化 装置，包括：蓄水池，该蓄水池由埋设于地下的结构物及设置于地表的池塘 中的任意一种构成，蓄水池外面部设置有隔水膜以防漏水，蓄流通过设置于 流入口并根据第一计量值进行启动的流入水闸流入的净化对象水;预处理 部，该预处理部流入经上述蓄水池处理的处理水并进行预处理;混合人工湿 地水质净化系统，该混合人工湿地水质净化系统用以处理从上述预处理部排 出的处理水;以及控制装置，该控制装置实时求出流入上述蓄水池的净化对 象水的第一计量值，实时控制上述净化对象水的流入量，实时求出上述第二 好氧性人工湿地最终放流的处理水的第二计量值，实时控制上述处理水的放 流量。
其中，上述蓄水池可以蓄流预想的初始降雨非点发生量的0.5～1.0Q[因 初始降雨而发生的非点污染量(Q，m3)=非点污染源发生流域面积(A，m2) ×降雨强度(I，mm)]。
而且，上述预处理部包括沿上述蓄水池供应的处理水的流动方向依次设 置的过滤槽、搅拌槽、凝集槽、沉淀槽及预处理水槽，上述过滤槽可以包括： 外壳，该外壳形成外形，进行了水密处理;包装箱，该包装箱安装于上述外 壳的内侧并可拆卸，包括用于在内侧填充上述植物过滤材料的容纳部和盖住 上述容纳部上部的盖部;以及分配管，该分配管设置于上述包装箱的上侧， 在外面上形成多个穿孔，使从上述蓄水池移送的处理水通过上述穿孔分配给 上述包装箱。
另外，在上述蓄水池上，可以连接第一移送管和直接引导管，其中，第 一移送管使流入的因降雨引起的非点污染水引导至上述分配管，并沿上述过 滤槽、上述搅拌槽、上述凝集槽、上述沉淀槽及上述预处理水槽依次移动; 直接引导管引导流入水直接向上述预处理水槽移动。
而且，在上述第二好氧性人工湿地中还可设置放流管，引导排出的处理 水放流到河流或湖泊沼泽。
