申请日2007.05.14
公开(公告)日2007.10.17
IPC分类号C02F3/10; C02F3/32
摘要
本发明公开了一种复合垂直下行流人工湿地处理污水的方法，该方法是污水经过两级串联的垂直下行流人工湿地进行处理，两级垂直下行流人工湿地均包括床体、“王”字形布水管和处理介质，在第一级垂直下行流人工湿地的底部布有内碳源污水管，污水在第一级垂直下行流人工湿地的顶部经由“王”字形的布水管均匀进入第一级垂直下行流人工湿地的底部，经过第一级垂直下行流人工湿地处理后的污水与底部的内碳源污水混合后进入第二级垂直下行流人工湿地进行处理。本发明处理成本低、占地面积小、脱氮除磷效果较好。
权利要求书
1、一种复合垂直下行流人工湿地处理污水的方法，其特征在于包括如下步 骤：污水先经集水井收集后由污水泵提升进入初沉池去除砂粒和悬浮颗粒物质， 然后依次经过两级串联的垂直下行流人工湿地进行处理，两级垂直下行流人工 湿地均包括床体、“王”字形布水管和处理介质，在第一级垂直下行流人工湿地的 底部布有内碳源污水管;经初沉池处理的污水在第一级垂直下行流人工湿地的 顶部经由“王”字形布水管均匀投配在第一级垂直下行流人工湿地，然后通过处理 介质的渗滤到达底部，再将经过第一级垂直下行流处理后的污水进入第二级垂 直下行流人工湿地的“王”字形布水管，均匀投配在第二级垂直下行流人工湿地， 再通过处理介质的渗滤到达底部，最后通过出水管排出;所述的处理介质是底 部为砾石层和上部为基质层。
2、根据权利要求1所述的一种复合垂直下行流人工湿地处理污水的方法， 其特征在于：所述的经过第一级垂直下行流处理后的污水与内碳源污水在底部 混合后进入第二级垂直下行流人工湿地的“王”字形布水管。
3、根据权利要求2所述的一种复合垂直下行流人工湿地处理污水的方法， 其特征在于：所述内碳源污水与第一级垂直下行流人工湿地处理后的污水体积 比为1∶1～1∶3。
4、根据权利要求1所述的一种复合垂直下行流人工湿地处理污水的方法， 其特征在于：所述第一级垂直下行流人工湿地中填充的处理介质是底部为砾石 层和上部为基质层，砾石层高为10cm，基质层高度为110cm;基质层填充的处 理基质为高炉渣、瓜米石或者高炉渣和中粗砂组成的混合基质，所述高炉渣与 中粗砂按1∶4～3∶1的体积比例配制;所述第二级垂直下行流人工湿地中填充 的处理介质是底部为砾石层和上部为基质层：砾石层高为10cm，基质层高为 100cm，基质层填充的处理基质为中粗砂、高炉渣或者煤灰渣。
5、根据权利要求4所述的一种复合垂直下行流人工湿地处理污水的方法， 其特征在于：所述的砾石直径为3～5cm，高炉渣的直径为0.1～0.5cm，瓜米石 的直径为0.5～1.0cm，中粗砂的直径为0.05～0.2cm，煤灰渣的直径为0.1～ 2.0cm。
6、根据权利要求1所述的一种复合垂直下行流人工湿地处理污水的方法， 其特征在于：在第一级垂直下行流人工湿地中种植风车草，在第二级垂直下行 流人工湿地中种植美人蕉。
7、实现权利要求1所述的一种复合垂直下行流人工湿地处理污水的方法的 复合垂直下行流人工湿地处理系统，包括初沉池、第一级垂直下行流人工湿地 和第二级垂直下行流人工湿地，所述初沉池通过污水管与第一级垂直下行流人 工湿地连接、第二级垂直下行流人工湿地通过布水主管与第一级垂直下行流人 工湿地的出水管相连，两级垂直下行流人工湿地均设置有“王”字形布水管，并填 充有处理介质，在第一级垂直下行流人工湿地的底部布有内碳源污水管。
8、根据权利要求7所述的复合垂直下行流人工湿地处理系统，其特征在于： 所述“王”字形布水管分布在基质层表面以下10cm处，“王”字形布水管均由布水 主管和布水支管组成，布水主管均分布在床体的中间，布水支管固定连接在布 水主管的两旁，另一端密封。
9、根据权利要求7所述的复合垂直下行流人工湿地处理系统，其特征在于： 所述第一级垂直下行流人工湿地的布水主管与内碳源污水管通过三通管与污水 管相连接。
10、根据权利要求1所述的复合垂直下行流人工湿地处理系统，其特征在于： 所述第一级垂直下行流人工湿地与第二级垂直下行流人工湿地间的落差为20～ 50cm。
说明书
复合垂直下行流人工湿地处理污水的方法及其处理系统
技术领域
本发明属于污水处理领域，具体涉及一种复合垂直下行流人工湿地处理污 水的方法及其处理系统。
背景技术
目前污水复合垂直流人工湿地处理方法主要为下行流与上行流的复合。由 下行池和上行池组成，两池中间设有隔墙，底部连通，床体高50～60cm，污 水从下行流经底部通道流向上行流。下行池表面中央为一根下半部钻有小孔的 穿孔布水管，使进水均匀分布到湿地表面，两池底部为相连的连通管，下钻小 孔，以收集下行池出水并均匀分布上行池的进水，上行池利用“H”型管道收集 系统出水。下行池和上行池均填有一定粒径的砂和砾石作为处理介质，上行流 和下行流都种有植物，如芦苇、风车草、美人蕉和香根草等。存在的不足之处 有：(1)下行流-上行流复合形式的人工湿地系统对污染物的去除效果并不十 分理想，容易造成水流通不畅，填料渗透系数减少，水渗透速率下降会延长水 力停留时间，造成在下行流池表面形成积水层阻碍了空气中的氧气进入基质 层，使得复合垂直流中的好氧微生物活性下降。(2)系统整体缺氧，充氧能力 较低。虽然间歇式进水改善了氧状况，但进水中的溶解氧在下行池即已消耗至 很低的水平，不能提供良好的硝化作用环境条件，不能产生大量硝酸盐作为反 硝化作用的底物，使硝化-反硝化途径不畅通，限制了总氮去除率。(3)反硝 化过程中所需要的碳源得不到充分的保证进一步抑制了总氮的去除效果。(4) 基质的除磷效果不很理想。
发明内容
为了克服现有污水复合垂直流人工湿地处理方法的不足，本发明的首要目 的是提供一种处理成本低、占地面积小、脱氮除磷效果较好的复合垂直下行流 人工湿地处理污水的方法。
本发明的另一目的是提供实现上述方法的复合垂直下行流人工湿地处理 系统。
本发明的目的通过下述技术方案来实现：一种复合垂直下行流人工湿地处 理污水的方法，包括如下步骤：污水先经集水井收集后由污水泵提升进入初沉 池去除砂粒和悬浮颗粒物质，然后依次经过两级串联的垂直下行流人工湿地进 行处理，两级垂直下行流人工湿地均包括床体、“王”字形布水管和处理介质， 在第一级垂直下行流人工湿地的底部布有内碳源污水管;经初沉池处理的污水 在第一级垂直下行流人工湿地的顶部经由“王”字形布水管均匀投配在第一级 垂直下行流人工湿地，然后通过处理介质的渗滤到达底部，再将经过第一级垂 直下行流处理后的污水进入第二级垂直下行流人工湿地的“王”字形布水管，均 匀投配在第二级垂直下行流人工湿地，再通过处理介质的渗滤到达底部，最后 通过出水管排出;所述的处理介质是底部为砾石层和上部为基质层。
为了更好地实现本发明，经过第一级垂直下行流处理后的污水还可以与内 碳源污水(未经处理的污水)在其底部混合后进入第二级垂直下行流人工湿地 的“王”字形布水管，均匀进入第二级垂直下行流人工湿地进行处理。
在第一级垂直下行流人工湿地的底部布设内碳源污水管。内碳源污水管设 在第一级垂直下行流人工湿地的底部，通过调节进水阀门来控制内碳源污水的 量调节第二级垂直下行流人工湿地进行反硝化作用时的碳氮比值。所述内碳源 污水(未经处理的污水)通过第一级垂直下行流人工湿地底部的内碳源污水管 导入，与经过第一级垂直下行流人工湿地处理后的污水进行充分混合，所述内 碳源污水与第一级垂直下行流人工湿地处理后的污水体积比为1∶1～1∶3。 这样做的目的是利用污水中的有机物(BOD)作为碳源，解决第二级下行流 人工湿地反硝化过程中碳源不足的问题，进一步促进第二级垂直下行流人工湿 地反硝化脱氮过程。同时第二级垂直下行流人工湿地进一步完成对NH4 +-N、 COD和BOD5的去除。内碳源污水通过第一级垂直下行流人工湿地的底部直 接进入第二级垂直下行流人工湿地，可以降低第一级垂直下行流人工湿地所承 受的污染负荷，减少系统堵塞以及壅水现象的发生。
所述第一级垂直下行流人工湿地中填充的处理介质是底部为砾石层和上 部为基质层，砾石层高为10cm、砾石直径为3～5cm，基质层高为110cm;基 质层填充的处理基质为高炉渣、瓜米石或者高炉渣和中粗砂组成混合基质等， 所述高炉渣与中粗砂按1∶4～3∶1的体积比例配制。所述第二级垂直下行流 人工湿地中填充的处理介质是底部为砾石层和上部为基质层：砾石层高为 10cm、砾石直径为3～5cm，基质层高度为100cm，基质层填充的处理基质为 中粗砂、高炉渣或者煤灰渣等。第一级垂直下行流人工湿地的作用主要是去除 大部分的好氧有机物、悬浮物和总磷，以及对污水进行硝化作用，还有就是进 行部分的反硝化作用去除部分总氮。第二级垂直下行流人工湿地的作用主要是 去除大部分的好氧有机物、悬浮物和总磷、以及对污水进行硝化和反硝化作用。
所述的砾石直径为3～5cm，高炉渣直径为0.1～0.5cm，瓜米石的直径为 0.5～1.0cm，中粗砂的直径为0.05～0.2cm，煤灰渣的直径为0.1～2.0cm。
在第一级垂直下行流人工湿地中种植风车草，在第二级垂直下行流人工湿 地中种植美人蕉。利用风车草和美人蕉的植物吸收作用去除部分的氮和磷。
本发明还可处理与城市污水和生活污水等类似水质的污水。
实现上述方法的复合垂直下行流人工湿地处理系统，包括初沉池、第一级 垂直下行流人工湿地和第二级垂直下行流人工湿地，所述初沉池通过污水管与 第一级垂直下行流人工湿地连接，第一级垂直下行流人工湿地通过布水主管与 第二级垂直下行流人工湿地的出水管相连，两级垂直下行流人工湿地均设置有 “王”字形布水管，并填充有处理介质，在第一级垂直下行流人工湿地的底部布 有内碳源污水管。
所述“王”字形布水管分布在基质层表面以下10cm处，两级垂直下行流湿 地的“王”字形布水管均由布水主管和多条布水支管组成，两级垂直下行流人工 湿地的布水主管均分布在床体的中间，其长度与床体长度相当，其中一端密封， 布水支管固定连接在布水主管的两旁，另一端密封，其长度为床体宽度的一半， 布水支管向下部位开有小孔。
所述第一级垂直下行流人工湿地的布水主管与内碳源污水管通过三通管 与污水管相连接。
所述第一级垂直下行流人工湿地与第二级垂直下行流人工湿地间的落差 为20～50cm。该落差是为了使第一级垂直下行流人工湿地的表层处于好氧状 态，有利于去除有机物、除磷和实现对污水的硝化作用。
所述复合垂直下行流人工湿地处理城市污水中有机物和脱氮方法是：将两 级垂直下行流人工湿地进行串联，在第一级垂直下行流人工湿地的底部布设内 碳源污水管用以调节第二级垂直下行流人工湿地进水的碳源和氮源的比例。城 市污水先进入初沉池去除部分SS(砂粒和较大颗粒的悬浮物)后，然后自流 进入第一级垂直下行流人工湿地通过“王”字形的布水管进行均匀布水，经过第 一级垂直下行流人工湿地处理后，去除大部分SS、COD、BOD5，并进行废水 的硝化作用，接着流向底部与内碳源污水(将初沉池的部分出水直接引入第一 级垂直下行流湿地作为内碳源污水)进行充分混合，利用第二级垂直下行流人 工湿地完成对有机物的大部分去除，在有适当的碳氮比的条件下通过反硝化作 用和水生植物等的吸收完成对氮的部分去除。
所述复合垂直下行流人工湿地系统去除城市污水中磷方法是：利用上述有 机物和脱氮方法的工艺流程，在去除有机物和脱氮的同时完成对废水中磷的去 除。具体方法是：在两级垂直下行流人工湿地系统中填充对磷有一定吸附作用 的处理基质。具体为：在所述的第一级垂直下行流人工湿地中填充砾石、高炉 渣或者混合基质，在所述的第二级垂直下行流人工湿地中填充高炉渣、中粗砂 或者煤灰渣。利用两级垂直下行流人工湿地系统中基质的作用以及湿地植物 (第一级垂直下行流人工湿地为风车草，第二级垂直下行流人工湿地为美人 蕉)的吸收作用可以有效的去除污水中的磷。
本发明与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
①利用第一级垂直下行流人工湿地去除部分TN(总氮)、TP(总磷)、COD (化学需氧量)、BOD5(五日生化需氧量)、SS(悬浮物)，利用第二级垂直下 行流人工湿地完成COD、BOD5、SS和TP的部分去除功能，通过调节所添加 内碳源污水的量，控制第二级垂直下行流人工湿地进水的碳氮比保持在一定的 水平，促进第二级垂直下行流人工湿地系统反硝化作用的进行，进一步提高总 氮的去除效果。同时也相应的提高了整套系统对BOD5和COD的去除能力， 在一定程度上降低了第一级垂直下行流人工湿地的污染负荷，防止了管道堵塞 以及壅水现象的发生。
在水力负荷分别为0.6m3/m2·d，1.2m3/m2·d，2.4m3/m2·d时，经过复合垂 直下行流人工湿地系统处理的城市污水出水COD均小于50mg/L、BOD5除当 水力负荷达到2.4m3/m2·d部分大于10mg/L外其余均小于10mg/L，系统出水 COD、BOD5均达到城市污水处理厂一级排放标准。系统出水NH4 +-N浓度均 小于30mg/L，达到城市污水处理厂二级排放标准。
②利用两级垂直下行流人工湿地系统中的基质对磷的吸附固定作用以及 两级垂直下行流人工湿地系统中所种植的风车草和美人蕉的吸收作用，可以使 复合垂直下行流人工湿地系统对磷的去除率在水力负荷为2.4m3/m2·d，1.2 m3/m2·d和0.6m3/m2·d时达到70%以上。且处理出水中的TP浓度均小于1mg/L， 达到了城市污水处理厂一级排放标准。
③在第一级垂直下行流底部布设的内碳源污水管通过控制添加的内碳源 污水的量可以有效的调节第二级垂直下行流进水的碳氮比，使得第二级垂直下 行流进行反硝化作用时既有充足的硝酸盐态氮作为底物，又为微生物进行反硝 化作用提供了充足的碳源，充分促进了总氮的去除。
