CN116161797B - 一种污水处理用人工湿地系统及其运行方法 - Google Patents

Abstract

生活污水处理用人工湿地系统，包括位于池体内床体，在池体内设置有隔离墙，隔离墙将床体从进水到出水方向分割成床体A、床体B，布水支管从床体A的下部进入，在隔离墙的上部固定设置有沿左右水平方向的C型集水管，在C形集水管上沿宽度方向上固定连接有多根水平前后方向的布水溢流管，布水溢流管上开设有多个出水孔，床体B的上部沿左右方向固定设置有多个的槽体，槽体底面及周壁上开设有渗水孔，槽体之间具有间隙，槽体内的滤网之内具有土壤，槽体的高度低于布水溢流管，布水溢流管位于槽体的上方，在床体B的底部安装有倒U形的虹吸排水管，虹吸排水管的顶端低于C型集水管，虹吸排水管的出口位于排水渠内。本发明脱氮效果好。

Description

一种污水处理用人工湿地系统及其运行方法

技术领域

本发明涉及污水处理，特别涉及一种污水处理用人工湿地系统及其运行方法，属于环保技术领域。

背景技术

对于分散型的生活污水，如农村乡镇污水，由于并入市政污水处理系统成本太高，人工湿地在过去被证明很适合这种污水的进行处理，采用人工湿地处理污水耗能低、环境友好，具有较好的环境效益和社会效益，除了生活污水外，人工湿地还可以用到很多场合，如湖泊中的水处理、污水处理厂的尾水处理，目前人工湿地在这些应用中具有很多的案例，在中国专利文献中也有很多关于人工湿地方面的公开的技术方案，业界公知，现有的人工湿地系统运行过程中问题主要有以下几个方面：一是对于具有一定含氮量的生活污水处理过程中，硝化过程需要在好氧的环境中进行，反硝化需要在缺氧的环境中进行，缺氧环境在人工湿地中易于形成，如何能够对湿地有效的供氧以满足脱氮处理中的硝化过程，二是如何避免堵塞延长湿地系统的使用寿命，对于第一个问题，传统的方法还是采用对人工湿地内间歇曝气，还有的在曝气的同时安装泵循环实现回流来达到更好的出水效果，然而这种方式虽然有一定的效果，但需要耗费能量，处理成本高；基于这一问题，业界还提出了跌水设计以及潮汐流人工湿地的方式，其中跌水设计需要有落差结构，很多场合并不适用，；潮汐流是在湿地运行中对湿地内交替充水和排干以提供交替的缺氧、好氧环境用以提高脱氮效果，其排水可以采用水泵或者虹吸排水，但这种运行方式经过研究复氧能力还是有限，为了提高更好的复氧能力，中国专利申请号2019110554552（一种强力脱氮无动力复氧的潜流人工湿地系统及其应用）公开了一种采用曝气部件增氧的技术方案，该方案虽然可以在一定程度上提高床体的复氧能力，但复氧后再进水迅速淹没后又变为缺氧状态，且硝化、反硝化发生的场所重叠，不能兼顾不同菌群，目前的潮汐流湿地运行中因为存在长时间的排空，由于在排空时植物周围的水体明显降低，对植物的利用作用明显存在不足。对于第二个问题，很多人工湿地上还是采用曝气来防止湿地内部堵塞。

发明内容

本发明的目的在于克服目前的人工湿地中存在的上述问题，提供一种生活污水处理用人工湿地系统及其运行方法。

为实现本发明的目的，采用了下述的技术方案：生活污水处理用人工湿地系统，包括池体、位于池体内床体，床体包括多层填料，多层填料自上而下由粒度依次变大，床体的上方具有土壤层，土壤层中种植有植物，床体的进水连接在布水总管上，布水总管上安装有调节阀，布水总管上通过横管连接有多根平行的布水支管，在池体内设置有隔离墙，隔离墙将床体从进水到出水方向分割成床体A、床体B，布水支管从床体A的下部进入，在隔离墙的上部固定设置有沿左右水平方向的C型集水管，C型集水管开口朝向床体A侧，C型集水管开口上固定安装有防止填料进入的滤网，在C形集水管上沿宽度方向上固定连接有多根水平前后方向的布水溢流管，布水溢流管上开设有多个出水孔，床体B的上部沿左右方向固定设置有多个的槽体，槽体底面及周壁上开设有渗水孔，在槽体底面及周壁上敷设有柔性滤网，槽体之间具有间隙，槽体内的滤网之内具有土壤，床体B上方的植物位于槽体内，槽体的高度低于布水溢流管，布水溢流管位于槽体的上方，在床体B的底部安装有倒U形的虹吸排水管，虹吸排水管的顶端低于C型集水管，虹吸排水管的出口位于排水渠内。

进一步的；在床体B位于虹吸排水管顶端之下的填料中具有空腔体，所述的空腔体上具有空腔，空腔的口为缩口，空腔体的口朝下。

进一步的；所述的布水溢流管上的出水位于下部两侧，在布水溢流管外固定设置有开口管，开口管的开口向下，开口管内壁上固定连接有多个梳状齿。

进一步的；所述的布水总管上连接有反冲管，在C形集水管端部固定连接有抽水管，反冲管、抽水管上均安装有阀门。

进一步的；所述的床体A与床体B的长度比为1:1.2—2.5。

进一步的；所述的虹吸排水管为多根，多根虹吸排水管的顶端位于至少两个高度上。

进一步的；在虹吸排水管位于床体B中竖直管靠近下端的管壁上开设有多个孔，多个孔位于不同高度上。

生活污水处理用人工湿地系统的运行方法，采用上述的生活污水处理用人工湿地系统，湿地系统运行时进水时，开启布水总管上的调节阀，使待处理的水进入床体A内，当布水溢流管开设流水时，关闭调节阀，使水在床体A中停留3-4小时；然后开启调节阀继续进水，水通过布水溢流管、槽体进入床体B中，调节调节阀的大小使床体B中的虹吸排水管每隔3-6小时发生一次虹吸排水，排水时间在15-40min。

进一步的；当床体A发生堵塞时，关闭调节阀，分别在反冲管和抽水管上连接水泵进行反冲洗，反冲洗水从反冲管进入、抽水管流出。

本发明的积极有益技术效果在于：本发明能够更好的进行脱氮中的反硝化、硝化过程，脱氮效果好，且植物的利用充足。具体的益处结合具体实施方式中的说明一并解释。

附图说明

图1是本发明的示意图。

图2是图1中隔离墙上端的示意图。

图3是槽体内的示意图。

图4是布水溢流管处的截面示意图。

图5是空腔体增氧硝化的示意图。

具体实施方式

为了更充分的解释本发明的实施，提供本发明的实施实例，这些实施实例仅仅是对本发明的阐述，不限制本发明的范围。

附图中各标记为：1：床体A；2：床体B；3：进水渠；4：布水管；5：调节阀；6：槽体；7：植物；8：反冲管；9：抽水管；10：虹吸排水管；11：孔；12：隔离墙；13：C形集水管；14：布水溢流管；141：出水孔；15：水；16：开口管；161：梳状齿；17：空腔体；171：空腔；172：缩口18：布水总管；

如附图所示，生活污水处理用人工湿地系统，包括池体、位于池体内床体，床体包括多层填料组成，本实施例中，床体填料与通常相同，此案有三层，三层填料自上而下由粒度依次变大，人工湿地填料和植物可是目前的公知技术，填料可采用廉价的砾石，，可以采用沸石、蛭石、石灰石等公知的填料。上层填料的粒度在2mm左右，中间层的粒度在4mm左右，下层的在6-7mm左右，床体的上方具有土壤层，土壤层中种植有植物7，床体的进水连接在布水总管18上，布水总管上安装有调节阀5，调节阀可调节进水量，布水总管上通过横管连接有多根平行的布水支管4，横管是与池体宽度方向一致的管，位于床体A内的布水支管上开设有多个布水孔，布水管、布水孔均为现有技术中公知的技术，所述的布水总管上连接有反冲管8，在池体内设置有隔离墙12，隔离墙将床体从进水到出水方向分割成床体A1、床体B2，所述的床体A与床体B的长度比为1:1.2—2，布水支管4从池体A的下部进入，布水支管从底部进入，由于本人工湿地中持续进水，水从下至上溢流，可以有效的避免上方对上方土壤部分的冲涮，导致其进入床体A中导致堵塞，可以延长湿地的使用寿命。

在隔离墙的上部固定设置有沿左右水平方向的C型集水管13，在C形集水管端部固定连接有抽水管，反冲管、抽水管上均安装有阀门。

C型集水管开口朝向床体A侧，C型集水管开口上固定安装有防止填料进入的滤网，在C形集水管上沿宽度方向固定连接有多根水平前后方向的布水溢流管14，布水溢流管上开设有多个出水孔141，所述的布水溢流管上的出水孔位于下部两侧，在布水溢流管外固定设置有开口管16，开口管的开口向下，开口管内壁上固定连接有多个梳状齿161，这种设计是为了尽量降低出水孔141中流出的水与槽体中土壤部分的干涉，避免水携带细小颗粒进入床体B，延长床体B的寿命。

床体B的上部固定沿左右方向固定设置有多个的槽体6，槽体底面及周壁上开设有渗水孔，在槽体底面及周壁上敷设有柔性滤网，相邻的槽体之间具有间隙，间隙上覆盖有滤网，槽体内的滤网之内具有土壤，土壤的高度位于槽体内三分之二高度以下，床体B上方的植物位于槽体内，槽体6的高度低于布水溢流管4；，布水溢流管位于槽体的上方，布水溢流管中的水流入槽体内后经过滤网可从渗水孔、槽体之间的中进入床体B；滤网可以防止颗粒进入床体B导致堵塞，槽体可以防止土壤流失，还可以对溢流布水管下来的水进行沉淀，槽体沉淀量较多时由于其位于表面，便于人工清理，由于进入床体B的水经过槽体沉淀和滤网，所以不易造成床体B的堵塞，有利于延长床体B的使用寿命，水进入槽体内可以充分的利用植物对污水的降解作用，由于床体A中持续进水，所以槽体中一直具有水，植物持续对水进行降解。

在床体B位于虹吸排水管顶端之下的填料中具有空腔体17，更为具体的，空腔体位于虹吸管壁上的孔11之上的填料中，所述的空腔体上具有空腔171，空腔的口为缩口172，空腔体的口朝下，空腔体的粒度大小与所在层的填料大小相适应，空腔体可采用烧制的陶瓷体，也可此采用硬度较大的其它无机矿物烧制，空腔体的作用是在液位上升时空腔内能储存空气，为硝化反应提供氧气来源，由于液面是至下而上上升的，所以当空腔体被水淹没时，其缩口部位被水封后气体就无法排除，从而在床体B内部形成可进行硝化反应的“微反应器”，有利于对水进行硝化，空腔体在填料中的占比在20%-40%之间较为适宜，占比大，微反应器会增多，在床体B的底部安装有倒U形的虹吸排水管10，虹吸排水管的顶端低于C型集水管，虹吸排水管的出口位于排水渠内。所述的虹吸排水管为多根，多根虹吸排水管的顶端位于至少两个高度上，虹吸排水管的型号相同，顶端高，底端也相应提高。实践中，只需要太高其中一种虹吸排水管即可，虹吸排水管的型号相同，顶端高，底端也相应提高。这种设计主要是为了较低的虹吸排水管的进水口发生故障不能产生虹吸，通常情况下，顶端高的虹吸排水管是不发生虹吸排水的。在虹吸管位于床体B中竖直管靠近下端的管壁上开设有多个孔11，多个孔位于不同高度上。孔的作用是虹吸排水时水位降低到孔处时，破坏虹吸，使虹吸排水管停止排水，使在虹吸排水前不久一段时间内以及在虹吸排水过程中才进入床体B内的水留在床体B中进行较为彻底的反硝化过程，也使床体B底部长期存有一定高度的水，保持良好的缺氧环境，使床体B下部基本又成完全与空气隔绝的反硝化区，提高整体的脱氮效果。

进水渠内的水经过了对悬浮物的拦截以及初步过滤、沉淀或者是污水处理厂已经经过相应处理的尾水，在人工湿地运行前，在床体A接入A/O工艺反硝化菌群，床体B接入A/O工艺中的二沉池中的污泥，本人工湿地运行时，床体A中充满水，营造了很好的缺氧环境，反硝化菌群不易被破坏，有利于反硝化的进行，且未经生化处理的污水中的碳源能够满足反硝化的需要，在床体A中水中的NO2-和NO3-在缺氧条件下以及反硝化菌的作用下被还原为N2；床体A上部的水可与植物持续充分接触通过植物降解，通过布水溢流管的水进入槽体内后再次经过沉淀、过滤、植物降解后落到床体B内，床体B液位在虹吸排空后位于最下端，上部为空隙状态，具有充分的氧气，水通过填料下落过程中与氧气充分的接触，水落到液面处时，还能产生跌水增氧效果，为硝化反应提供有氧环境，液面下的水可利用水位下降时床体B的复氧继续进行硝化反应，在床体B水位上升时，空腔体下部的缩口被液封，其内封闭的气体也能够形成局部的硝化反应器，所以床体B上部采用多种方式为床体B提供好氧条件，非常有利于较为彻底的硝化反应，在靠近液面处、液面以上均为硝化反应提供了良好的条件，有利于硝化反应的进行，在床体B中氨氮在硝化菌的作用下被转化为NO2-和NO3-，而液面之下为相对缺氧环境，床体B底部更为严格的缺氧环境，又为反硝化提供了很好的条件，所以经过硝化反应后水中的NO2-和NO3-在缺氧条件下以及反硝化菌的作用下又能够被还原为N2，使在床体A中经过反硝化、又经过植物根部的自上而下落入池体B内的水先后经历硝化、反硝化过程，NH4+、NO3-（NO2）的浓度大为降低，且池体B中的硝化反应所处的高度范围相对稳定，有利于菌群的生长和稳定起到良好的脱氮效果，当液位达到虹吸排水管的顶部时，产生虹吸效应，开始排水，排水过程中又会吸入氧气，反复的进水、排水使硝化生物膜的更新较快，更有利于脱氮。人工湿地植物可以是目前常用的芦苇、荷花等。 湿地系统运行时进水时，开启布水总管上的调节阀，使待处理的水进入床体A内，当布水溢流管开设流水时，关闭调节阀，使水在床体A中停留3-4小时；然后开启调节阀继续进水，水通过布水溢流管、槽体进入床体B中，调节调节阀的大小使床体B中的虹吸排水管每隔3-6小时发生一次虹吸排水，排水时间在15-40min。当床体A发生堵塞时，关闭调节阀，分别在反冲管和抽水管上连接水泵进行反冲洗，反冲洗水从反冲管进入、抽水管流出。

为验证本申请技术方案的增氧有效性，在实验室中对本技术方案中的增氧部分进行了模拟对比实验，实验采用两个长0.5m、宽0.2m、深0.6的箱体，其中一个箱体从0.2长度处采用隔板（隔离墙）隔开，实验中采用砾石作为填料，上层厚0.15m、中层后0.3、下层厚0.15m，在隔板的后方的池体中上层、中层、中层与下层交界处填充有网购的陶瓷葫芦小药瓶，大小与相应的层的粒度基本相当，填充比在20%左右，陶瓷葫芦小药瓶开口朝下，虹吸管上的小孔距离底部10mm，污水采用调制的污水，污水COD110mg/L，氨氮为40mg/L，没有隔板的为A池，有隔板的为B池，两个池均从前底部进水，进水采用可控流量的小水泵，A池中接入A/O处理中的二沉池污泥，B池的隔板前接入反硝化池的污泥，隔板后接入二沉池的污泥，B池从隔板上部采用溢流管溢流布水，A池采用潮汐流运行，运行周期为10h，B池每个5小时虹吸排水一次，经过稳定运行后测定其排水指标，A池的COD去除率约在33-39%，氨氮去除率约在20-24%，B池的COD去除率约在50-56%，氨氮去除率约在33-38%，上述实验由于时间条件所限，并无植物参与，上述实验证明本方案应该有较好的硝化作用，对氨氮的去除率较潮汐流明显提高。

在详细说明本发明的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围，且本发明亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。

Claims (6)

1.一种污水处理用人工湿地系统，包括池体、位于池体内床体，床体包括多层填料，多层填料自上而下由粒度依次变大，床体的上方具有土壤层，土壤层中种植有植物，床体的进水连接在布水总管上，布水总管上安装有调节阀，布水总管上通过横管连接有多根平行的布水支管，其特征在于：在池体内设置有隔离墙，隔离墙将床体从进水到出水方向分割成床体A、床体B，布水支管从床体A的下部进入，在隔离墙的上部固定设置有沿左右水平方向的C型集水管，C型集水管开口朝向床体A侧，C型集水管开口上固定安装有防止填料进入的滤网，在C型集水管上沿宽度方向固定连接有多根水平前后方向的布水溢流管，布水溢流管上开设有多个出水孔，床体B的上部沿左右方向固定设置有多个槽体，槽体底面及周壁上开设有渗水孔，在槽体底面及周壁上敷设有柔性滤网，槽体之间具有间隙，槽体内的滤网之内具有土壤，床体B上方的植物位于槽体内，槽体的高度低于布水溢流管，布水溢流管位于槽体的上方，在床体B的底部安装有倒U形的虹吸排水管，虹吸排水管的顶端低于C型集水管，虹吸排水管的出口位于排水渠内；在床体B位于虹吸排水管顶端之下的填料中具有空腔体，所述的空腔体上具有空腔，空腔的口为缩口，空腔体的口朝下；所述的布水溢流管上的出水位于下部两侧，在布水溢流管外固定设置有开口管，开口管的开口向下，开口管内壁上固定连接有多个梳状齿；所述的布水总管上连接有反冲管，在C型集水管端部固定连接有抽水管，反冲管、抽水管上均安装有阀门。

2.根据权利要求1所述的一种污水处理用人工湿地系统，其特征在于：所述的床体A与床体B的长度比为1:1.2—2.5。

3.根据权利要求1所述的一种污水处理用人工湿地系统，其特征在于：所述的虹吸排水管至少为两根，两根虹吸排水管的顶端位于不同高度上。

4.根据权利要求1所述的一种污水处理用人工湿地系统，其特征在于：在虹吸排水管位于床体B中竖直管靠近下端的管壁上开设有多个孔，多个孔位于不同高度上。

5.一种污水处理用人工湿地系统的运行方法，采用权利要求1所述的一种污水处理用人工湿地系统，其特征在于：湿地系统运行时进水时，开启布水总管上的调节阀，使待处理的水进入床体A内，当布水溢流管开始流水时，关闭调节阀，使水在床体A中停留3-4小时；然后开启调节阀继续进水，水通过布水溢流管、槽体进入床体B中，调节调节阀的大小使床体B中的虹吸排水管每隔3-6小时发生一次虹吸排水，排水时间在15-40min。

6.根据权利要求5所述的一种污水处理用人工湿地系统的运行方法，其特征在于：当床体A发生堵塞时，关闭调节阀，分别在反冲管和抽水管上连接水泵进行反冲洗，反冲洗水从反冲管进入、抽水管流出。