專利名稱：序批式潛流人工濕地污水處理工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)保技術領域，具體涉及一種序批式潛流人工濕地污水處理工藝。
背景介紹潛流濕地(人工濕地技術的一種)是一種典型的污水生態(tài)處理技術。由于它具有運行費用低、維護管理簡單、對周邊環(huán)境影響小、可以分散化和小型化建設的特點，在城郊農(nóng)村地區(qū)十分適用。經(jīng)過近30年的時間，表面不積水的下行流濕地逐漸成為潛流濕地技術發(fā)展的主流方向。下行流濕地具有以下特點(1)布水系統(tǒng)埋在濕地表面土層之下，由此實現(xiàn)濕地的潛流布水；(2)布水系統(tǒng)平鋪在濕地上部基質(zhì)層中，把污水均布在濕地水平斷面后，污水均勻向下流動，在流動過程中水質(zhì)得到凈化，(3)集水系統(tǒng)平鋪在濕地底部基質(zhì)層中，收集均布在濕地水平斷面的污水，污水匯集后經(jīng)集水干管流入出水槽，最后翻越出水槽薄板堰排出。出水槽薄板堰用來調(diào)節(jié)濕地浸潤線。
研究與實踐表明，在各種潛流濕地形式中，下行流濕地的水力條件最好，水力負荷高且最容易保證濕地在潛流狀態(tài)下運行。但是，該技術仍然存在以下缺點(1)輪休效果差。濕地進水期間，浸潤線以下的基質(zhì)孔隙被污水充滿；濕地輪休期間(停止進水)，浸潤線以下的基質(zhì)孔隙仍然被污水充滿，輪休效果差。
(2)充氧能力差。下行流濕地通過三條途徑向基質(zhì)中的微生物充氧植物、預曝氣和大氣。下行流濕地幾乎不能有效利用大氣復氧途徑，只能通過植物和預曝氣向基質(zhì)充氧。研究表明，當濕地處理生活污水時，由于污染負荷明顯高于植物及預曝氣充氧能力的上限，植物泌氧和預曝氣對基質(zhì)內(nèi)的溶解氧濃度幾乎沒有影響。
這兩個缺點使下行流濕地技術在推廣中存在3個瓶頸(1)造成基質(zhì)堵塞，表面壅水，惡化濕地運行環(huán)境?；|(zhì)堵塞主要來源于截留污水中的有機質(zhì)和基質(zhì)中細菌的增殖，由于人工濕地不可能實施反沖洗，所以這些積累的有機質(zhì)和細菌殘體只能通過自身分解來消耗，之后基質(zhì)中的孔道才能得以疏通。但是，由于下行流濕地的充氧能力差，基質(zhì)內(nèi)是典型的缺氧/厭氧環(huán)境(DO≤0.1mg/L)，微生物降解有機質(zhì)只能以速度慢、效率低的厭氧途徑進行，如果截留有機質(zhì)的分解速度沒有污水攜入污染物的速度快，堵塞就會發(fā)生。(2)由于濕地充氧能力差，基質(zhì)內(nèi)是典型的缺氧/厭氧環(huán)境，經(jīng)監(jiān)測氨化細菌是優(yōu)勢菌群，硝化細菌幾乎沒有，因此對氨氮的去除能力很低。(3)下行流濕地必須通過輪休來恢復基質(zhì)透水性能，一方面，由于輪休期間下行流濕地中的水得不到放空，降低了輪休恢復基質(zhì)透水性能的作用；另一方面輪體增大了濕地的總面積，也就增加了造價。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)存下行流濕地的缺點，提出一種序批式潛流人工濕地污水處理工藝。
本發(fā)明提出的序批式潛流人工濕地污水處理工藝，即通過在序批式潛流人工濕地中連續(xù)進水、周期性落干過程凈化污水，其具體步驟為在由濕地植物、基質(zhì)層組成的序批式潛流人工濕地中，周期開始時，通過布水系統(tǒng)將污水均勻地分布在由基質(zhì)層組成的人工濕地斷面，污水向下流動，由于基質(zhì)層呈落干狀態(tài)，基質(zhì)層中的孔隙間充滿空氣，水流在基質(zhì)孔道內(nèi)呈非滿流狀態(tài)，污水與空氣充分接觸，并與微生物、基質(zhì)和植物根系作用；隨著污水不斷流入，基質(zhì)層內(nèi)自由水面形成，并逐漸抬升，處于自由水面以下的水繼續(xù)與微生物、基質(zhì)和植物根系作用；當自由水面上升至設定值時，電磁閥開啟，基質(zhì)層中的水排空，通過水在迅速下降過程中產(chǎn)生的負壓抽吸空氣進入基質(zhì)層空隙間，實現(xiàn)基質(zhì)層大氣復氧，污水處理周期結(jié)束。
本發(fā)明中，設定值為預設開閥高度，出水槽水位上升到布水系統(tǒng)下8～12cm處，電磁閥打開；出水槽水位下落到與集水系統(tǒng)同高，電磁閥關閉。
本發(fā)明中，設定值為預設開閥時間，預設開閥時間為10～300分鐘，關閥時間為1～48小時。
本發(fā)明提出的序批式潛流人工濕地，由布水系統(tǒng)2、基質(zhì)層3、集水系統(tǒng)9和控制系統(tǒng)組成，其中，控制系統(tǒng)由電磁閥7和開閉控制設備12連接組成，布水系統(tǒng)2的布水管位于基質(zhì)層3表面下10～15cm處，集水系統(tǒng)9位于基質(zhì)層3的底部，集水系統(tǒng)9中的集水干管10通過三通11一端連接電磁閥7，另一端通過出水管6連接出水槽4，基質(zhì)層3的表面是種植的水生或陸生植物1。
本發(fā)明中，所述水生或陸生植物為香蒲、蘆葦、美人蕉、香根草、燈芯草、旱傘草、蘆竹等之一種或幾種組合。
本發(fā)明中，基質(zhì)層3自上而下分別由工程砂石、小礫石、大礫石組成，根據(jù)進水水質(zhì)的不同選擇的基質(zhì)層總厚度為60～120cm，其中，工程砂石厚度為0～950mm，粒徑為1～15mm，小礫石厚度為50～100mm，粒徑為10～40mm，大礫石厚度為100～150mm，粒徑為30～60mm。
本發(fā)明中，控制系統(tǒng)由電磁閥7和雙位時間控制器連接組成。
本發(fā)明中，控制系統(tǒng)由電磁閥7和開閉控制設備12組成，出水槽水位控制電磁閥開閉。設定出水槽水位與濕地基質(zhì)中的自由水面同高度，當出水槽水位上升到預設高水位時，即布水系統(tǒng)下8～12cm處，電磁閥打開；當出水槽水位下落到預設低水位時，即與集水系統(tǒng)同高時，電磁閥關閉。為了節(jié)省投資，控制系統(tǒng)可以由電磁閥7和雙位時間控制器組成，采用雙位時間控制器控制電磁閥開閉。預設開閥時間為10～300分鐘，關閥時間為1～48小時，控制電磁閥在設定時間內(nèi)開閉。
本發(fā)明中污水凈化過程在基質(zhì)層中完成，污水在基質(zhì)中的自由水面可以占據(jù)不同的位置，稱為浸潤面；其自由水面曲線稱為浸潤線。本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、濕地連續(xù)進水，使占地面積降到最小；2、浸潤線高低不停變化，能最大限度利用大氣復氧能力，使好氧/厭氧環(huán)境交替出現(xiàn)，從而提高基質(zhì)微生物量及活性，營造更好的微生物反應環(huán)境，提高氨氮去除能力、減輕壅堵現(xiàn)象；3、同時具備連續(xù)流濕地和間歇流濕地的優(yōu)點，合二為一；4、污水在基質(zhì)內(nèi)的停留時間與普通下行流濕地相同，克服了下行流濕地低浸潤線運行時硝化能力強，但停留時間短、缺少缺氧環(huán)境的矛盾；5、系統(tǒng)自動控制，操作管理簡便。
本發(fā)明中提出的序批式潛流人工濕地以浸潤線不斷上下起伏、抽吸大氣向基質(zhì)復氧為特征，整合了連續(xù)流濕地和間歇流濕地的優(yōu)勢，能夠數(shù)十倍地增強濕地的充氧能力、使氨氮去除效率提高5倍以上，同時顯著減輕濕地壅堵現(xiàn)象、最大限度減小濕地的占地面積。該發(fā)明突破了現(xiàn)有濕地技術的瓶頸，并且全自動控制，操作管理十分簡單。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖示。
圖中標號1為濕地植物，2為布水系統(tǒng)，3為基質(zhì)層，4出水槽，5為出水堰板，6為出水管，7為電磁閥，8為浸潤線，9為集水系統(tǒng)，10為集水干管，11為三通，12為開閉控制設備。
具體實施例方式
下面通過實施例進一步描述本發(fā)明。
實施例1，序批式潛流人工濕地處理典型城市污水。城市污水經(jīng)過自然沉淀后進入序批式潛流人工濕地，濕地種植蘆葦，基質(zhì)層總厚度800mm，由上至下分別是第一層0～550mm范圍是1～5mm粒徑的工程砂石；第二層550～650mm范圍是10～30mm粒徑的小礫石；第三層650～800mm范圍是30～50mm粒徑的大礫石。最小運行水力負荷0.25m3/m2.d。運行周期開始時，通過布水系統(tǒng)將城市污水均勻地分布在由基質(zhì)層組成的人工濕地斷面，污水向下流動，此時基質(zhì)層落干，基質(zhì)層中的孔隙間充滿空氣，水流在基質(zhì)孔道內(nèi)呈非滿流狀態(tài)，污水與空氣充分接觸，并與微生物、基質(zhì)和植物根系作用，污水不斷流入，基質(zhì)層內(nèi)自由水面形成，并逐漸抬升，在自由水面以下的水繼續(xù)與微生物、基質(zhì)和植物根系作用；電磁閥由時間繼電器控制，關閥時間23.5小時，當達到預設開閥時間，電磁閥開啟，在200分鐘內(nèi)排空基質(zhì)層中的水，通過水在迅速下降過程中產(chǎn)生的負壓抽吸空氣進入基質(zhì)層空隙間，實現(xiàn)大氣復氧，運行周期結(jié)束。出水優(yōu)于GB18918-2002中的二級排放標準。
實施例2，序批式潛流人工濕地凈化受污染湖水。湖水經(jīng)過預沉淀區(qū)直接泵入濕地，濕地種植香蒲，基質(zhì)層總厚度1000mm，由上至下分別是第一層0～750mm范圍是5～15mm粒徑的工程砂石；第二層750～850mm范圍是20～40mm粒徑的小礫石；第三層850～1000mm范圍是40～60mm粒徑的大礫石。濕地的運行水力負荷四季相差變化很大，最小值為0.8m3/m2.d。運行周期開始時，通過布水系統(tǒng)將污染湖水均勻地分布在由基質(zhì)層組成的人工濕地斷面，污水向下流動，此時基質(zhì)層落干，基質(zhì)層中的孔隙間充滿空氣，水流在基質(zhì)孔道內(nèi)呈非滿流狀態(tài)，污水與空氣充分接觸，并與微生物、基質(zhì)和植物根系作用，污水不斷流入，基質(zhì)層內(nèi)自由水面形成，并逐漸抬升，在自由水面以下的水繼續(xù)與微生物、基質(zhì)和植物根系作用；為了應對變化的運行水力負荷，采用水位反饋控制電磁閥，當出水槽水位上升到基質(zhì)表面以下200mm時開閥；當出水槽水位下落到基質(zhì)層以下900mm時關閥，基質(zhì)層中的水排空，通過水在迅速下降過程中產(chǎn)生的負壓抽吸空氣進入基質(zhì)層空隙間，實現(xiàn)大氣復氧，運行周期結(jié)束，出水優(yōu)于GB3838-2002中的IV類地表水標準。
權利要求
1.序批式潛流人工濕地污水處理工藝，通過在序批式潛流人工濕地中連續(xù)進水、周期性落干過程凈化污水，其特征是在由濕地植物、基質(zhì)層組成的序批式潛流人工濕地中，周期開始時，通過布水系統(tǒng)將污水均勻地分布在由基質(zhì)層組成的人工濕地斷面，污水向下流動，由于基質(zhì)層呈落干狀態(tài)，基質(zhì)層中的孔隙間充滿空氣，水流在基質(zhì)孔道內(nèi)呈非滿流狀態(tài)，污水與空氣充分接觸，并與微生物、基質(zhì)和植物根系作用；隨著污水不斷流入，基質(zhì)層內(nèi)自由水面形成，并逐漸抬升，處于自由水面以下的水繼續(xù)與微生物、基質(zhì)和植物根系作用；當自由水面上升至設定值時，電磁閥開啟，基質(zhì)層中的水排空，通過水在迅速下降過程中產(chǎn)生的負壓抽吸空氣進入基質(zhì)層空隙間，實現(xiàn)基質(zhì)層大氣復氧，污水處理周期結(jié)束。
2.根據(jù)權利要求1所述的序批式潛流人工濕地污水處理工藝，其特征在于設定值為預設開閥高度，出水槽水位上升到布水系統(tǒng)下8～12cm處，電磁閥打開；出水槽水位下落到與集水系統(tǒng)同高，電磁閥關閉。
3.根據(jù)權利要求1所述的序批式潛流人工濕地污水處理工藝，其特征在于設定值為預設開閥時間，預設開閥時間為10～300分鐘，關閥時間為1～48小時。
4.一種序批式潛流人工濕地，其特征在于由布水系統(tǒng)(2)、基質(zhì)層(3)、集水系統(tǒng)(9)和控制系統(tǒng)組成，其中，控制系統(tǒng)由電磁閥(7)和開閉控制設備(12)連接組成，布水系統(tǒng)(2)的布水管位于基質(zhì)層(3)表面下10～15cm處，集水系統(tǒng)(9)位于基質(zhì)層(3)的底部，集水系統(tǒng)(9)中的集水干管(10)通過三通(11)一端連接電磁閥(7)，另一端通過出水管(6)連接出水槽(4)，基質(zhì)層(3)的表面是種植的水生或陸生植物。
5.根據(jù)權利要求4所述的序批式潛流人工濕地，其特征在于所述水生或陸生植物為香蒲、蘆葦、美人蕉、香根草、燈芯草、旱傘草、蘆竹之一種或幾種組合。
6.根據(jù)權利要求4所述的序批式潛流人工濕地，其特征在于基質(zhì)層(3)自上而下分別由工程砂石、小礫石、大礫石組成，基質(zhì)層總厚度為60～120cm，其中，工程砂石厚度為0～950mm，粒徑為1～15mm，小礫石厚度為50～100mm，粒徑為10～40mm，大礫石厚度為100～150mm，粒徑為30～60mm。
7.根據(jù)權利要求4所述的序批式潛流人工濕地，其特征在于控制系統(tǒng)由電磁閥(7)和雙位時間控制器連接組成。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)保技術領域，具體涉及一種序批式潛流人工濕地污水處理工藝。通過在序批式潛流人工濕地中連續(xù)進水、周期性落干過程凈化污水，布水系統(tǒng)將污水均勻地分布在由基質(zhì)層組成的人工濕地斷面，污水向下流動，基質(zhì)層處于落干狀態(tài)，污水在基質(zhì)孔隙間與空氣充分接觸，并與微生物、基質(zhì)和植物根系作用，污水不斷流入，基質(zhì)層內(nèi)自由水面形成，并逐漸抬升，自由水面以下的水繼續(xù)與微生物、基質(zhì)和植物根系作用；當水面上升至預設高度或達到預設開閥時間，電磁閥開啟，基質(zhì)層中的水排空，通過水在迅速下降過程中產(chǎn)生的負壓抽吸空氣進入基質(zhì)層空隙間，實現(xiàn)大氣復氧，運行周期結(jié)束。本發(fā)明以潛流濕地浸潤線不斷上下起伏、抽吸大氣向基質(zhì)復氧為特征，能夠數(shù)十倍地增強濕地的充氧能力、使氨氮去除效率提高5倍以上，同時顯著減輕濕地壅堵現(xiàn)象、減小濕地面積。本發(fā)明突破了現(xiàn)有濕地技術的瓶頸，并且全自動控制，操作管理十分簡單。
文檔編號C02F3/32GK1760145SQ200510028580
公開日2006年4月19日 申請日期2005年8月8日 優(yōu)先權日2005年8月8日
發(fā)明者徐祖信, 王晟, 李懷正 申請人:徐祖信, 王晟, 李懷正