專利名稱：：缺氧—好氧垂直流人工濕地處理生活污水的方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及污水處
技術領域：
，具體涉及一種缺氧一好氧(A/0型)垂直流人工濕地處理生活污水的方法及其系統(tǒng)。技術背景生活污水人工濕地處理方法主要有表面流、水平流和垂直流三種。表面流床體高約30cm，采用普通土壤為處理介質(zhì)，并在介質(zhì)層中種植有泌氧能力的大型挺水植物如蘆葦、茭白、香蒲、再力花、美人蕉、菖蒲、水蔥和野生稻等，該系統(tǒng)與自然濕地最接近，污水在填料的表面流動，水位較淺，絕大部分有機物的去除是利用水生植物的泌氧能力為人工濕地基質(zhì)上的生物膜提供氧氣。水平流人工濕地系統(tǒng)水平流床體高80cm，一般填充礫石基質(zhì)。污水先經(jīng)過垂直流床去除大部分有機物和硝化處理后，自流進入水平流床，水在填料表面下滲流，水位較深，因而可充分利用填料表面及植物根系上生物膜及其各種作用處理污水，處理效果較好。垂直流人工濕地系統(tǒng)，一般垂直流床體高100cm以上，通常采用較細的基質(zhì)如砂等作為滲濾介質(zhì)，污水經(jīng)過輸水管道進入垂直流床表層均勻布水，在垂直下滲的過程中得到處理，千濕交替的運行方式使基質(zhì)中的微生物能獲得充足的氧氣，從而提高了其耗氧處理能力和處理效果。在垂直流床中種植有美人蕉、再力花、月季和香根草等?，F(xiàn)有生活污水人工濕地處理方法都存在著不足之處表面流人工濕地方法投資少，但不能充分利用豐富的植物根系，填料也不能充分發(fā)揮其作用，且負荷小，冬季寒冷地區(qū)表層易結冰，夏季會滋長蚊蠅，產(chǎn)生臭味。表面流設計的吋候必須要保障水中有充足的溶解氧以完成NH4、N的硝化，同吋又要使反硝化細菌有適宜的缺氧與好氧交替環(huán)境和充足的有機物作為碳源，以保障反硝化脫氮途徑的順利進行；表面流人工濕地系統(tǒng)對生活污水中磷的去除能力也較差。水平流因供氧條件較差導致硝化效果不是很強，總氮去除率也不高，僅為3045%;其次，水平流人工濕地采用石灰石、大理石或白云石基質(zhì)的除磷效果不高，僅為3050%。不能滿足實際的需要。垂直流人工濕地的處理方法有較強的氧轉(zhuǎn)移能力。但不能很好的提供反硝化所需要的缺氧的環(huán)境，因此垂直流人工濕地對污水中總氮的去除效果不佳。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有生活污水人工濕地處理方法的技術不足，提供一種缺氧一好氧(A/0型)垂直流人工濕地處理生活污水的方法。本發(fā)明的另一目的是提供實現(xiàn)所述方法的系統(tǒng)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案提供一種缺氧一好氧(A/0型)垂直流人工濕地處理生活污水的方法，包括以下步驟(1)污水經(jīng)過沉淀除去砂粒和懸浮顆粒物質(zhì)；(2)沉淀處理后的污水引入缺氧池(A)，由缺氧池進入布水管，通過布水管投配在垂直流人工濕地(0)基質(zhì)上；(3)經(jīng)垂直流人工濕地基質(zhì)的過濾截留和吸附，微生物降解去除大部分耗氧有機物以及植物根系的攝取去除污水中部分氮和TP，進行硝化反應；硝化反應后的硝化水于垂直流人工濕地的底部與內(nèi)碳源污水混和進行部分反硝化反應后流進貯水池；(4)將IC水池中的硝化水抽至缺氧池；引入一部分經(jīng)步驟(1)處理的污水作為碳源，硝化水與碳源污水在缺氧池混合，進行反硝化反應；(5)反硝化反應后的污水再次經(jīng)過垂直流人工濕地，開始下一循環(huán)。所述垂直流人工濕地基質(zhì)為高爐渣和草炭的混合物。所述高爐渣和草炭的體積比優(yōu)選為419:1。步驟(3)所述硝化水與內(nèi)碳源污水的體積比為46:1。步驟(3)所述植物根系為美人蕉根系。可以在垂直流人工濕地中種植美人蕉，利用美人蕉的植物攝取作用去除部分磷。步驟(4)所述硝化水與碳源污水的體積比為4:1。本發(fā)明同時提供了一種實現(xiàn)所述復合人工濕地處理生活污水方法的系統(tǒng)，包括沉淀池、高位水箱、缺氧池、垂直流人工濕地和貯水池；所述沉淀池與高位水箱之間設有水泵和連接水管；所述沉淀池通過水管分別與缺氧池和垂直流人工濕地底部相連；所述垂直流人工濕地設有出水閥門與貯水池相通；所述缺氧池和貯水池通過水管相連。所述垂直流人工濕地填充有基質(zhì)并配有布水管；所述缺氧池在垂直流人工濕地上方位置，其底部設置有孔與垂直流人工濕地的布水管相連；所述貯水池在垂直流人工濕地下方位置，貯水池屮裝有潛水泵，池底部設有排水閥門。所述布水管由布水主管和多條布水支管組成"王"字形，分布于垂直流人工濕地基質(zhì)表面下510cm處；所述布水主管分布在垂直流人工濕地的中間，其長度與基質(zhì)長度相同；所述布水支管長度為基質(zhì)寬度的--半，其一端固定在布水主管的兩旁并與布水主管相連通，另一端密封，布水支管向下部位開有小孔。所述缺氧池內(nèi)設置有隔板。本發(fā)明將污水先經(jīng)過先經(jīng)沉淀池去除砂粒和較大顆粒的懸浮物(SS)后，抽入高位水箱，再自流進入垂直流人工濕地，去除大部分SS、C0D、B0D5，并進行廢水的硝化作用，通過垂直流人工濕地的出水閥門到達垂直流人工濕地下方的貯水池，貯水池的作用是暫時貯水，硝化水由此被水泵抽升至垂直流上方的缺氧池，與作為碳源的污水在缺氧池混合反應，再自流至垂直流人工濕地，最后經(jīng)貯水池出水。缺氧池在垂直流人工濕地的上面，其底部有孔與垂直流人工濕地的配水管相連；垂直流人工濕地填充有處理介質(zhì)，并且濕地床上種有美人蕉；貯水池在垂直流人工濕地的下方，貯水池中裝有潛水泵，池底部有排水閥門，可人為地控制是否排水。所述垂直流人工濕地中填充的處理介質(zhì)為高爐渣和草炭的混合基質(zhì)。垂直流人工濕地的作用是對耗氧有機物的大部分去除和對生活污水的完全硝化；缺氧池的作用是經(jīng)垂直流人工濕地排出的硝化水和提供碳源的污水在這里進行反硝化，進一歩完成對NH4+-N的去除。沉淀池接出的一條污水管將一部分污水通至垂直流人工濕地的底部，污水作為內(nèi)碳源，進一步完成對NH4+-N的去除。沉淀池接出的污水管將一部分污水直接流入缺氧池作為碳源，與從IC水池抽入的水在缺氧池中混合，污水與從貯水池抽入的水的體積比優(yōu)選為l:4。目的是利用生活污水中的有機物(BOD)作為碳源，在缺氧池的缺氧條件下，完成垂直流人工濕地處理出水中的硝酸鹽在缺氧池中的反硝化脫氮過程。沉淀池接出的污水管將另一部分污水直接引入垂直流人工濕地的底部作為碳源，與經(jīng)過垂直流人工濕地填料處理的水在垂直流人工濕地的底部混合，污水與經(jīng)垂直流人工濕地填料處理的水的體積比優(yōu)選為1:46。目的是利用生活污水中的有機物(B0D)作為碳源，在垂直流人工濕地底部淹水缺氧條件下，完成硝酸鹽的反硝化脫氮過程。在垂直流人工濕地中也經(jīng)歷了一次反硝化反應，通過反硝化作用和水生植物等的吸收完成對氮的部分去除。綜上所述，缺氧一好氧(A/0型)垂直流人工濕地處理生活污水中有機物和脫氮方法是生活污水先進入沉淀池去除砂粒和較大顆粒的懸浮物(SS)后，再經(jīng)垂直流人工濕地處理后，去除大部分SS、C0D、B0D5，并進行廢水的硝化作用，接著流向貯水池，經(jīng)水泵提升至缺氧池反硝化再次流入垂直流人工濕地處理，在垂直流人工濕地中也經(jīng)歷了一次反硝化反應，通過反硝化作用和水生植物等的吸收完成對氮的部分去除。A/0型垂直流人工濕地去除生活污水中磷方法是利用上述有機物和脫氮方法的流程，在去除有機物和脫氮的同時完成對廢水中磷的去除。具體方法是在垂直流人工濕地中填充對磷具有很強固定能力的高爐渣和草炭混合基質(zhì)，可以去除污水中絕大部分磷；此外，美人蕉的植物攝取作用可去除污水中的一部分磷。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下有益效果①利用垂直流人工濕地去除部分TN、TP、C0D、B0D5、SS和廢水的絕大部分硝化，利用缺氧池廢水的反硝化作用；污水經(jīng)垂直流人工濕地硝化后進入缺氧池在缺氧環(huán)境條件下，利用污水中有機物(BOD)作為碳源完成反硝化脫氮作用。A/0型垂直流人工濕地對城市污水中C0D、B0D5、腿4+^和11^的去除率分別達到7585%、7080%、7090°/。和5060%以上，處理出水中C0D和BODs的濃度分別小于60和20mg/L，基本上達到城市污水處理廠一級排放標準。②利用垂直流人工濕地填充的高爐渣和草炭混合基質(zhì)完成污水中絕大部分磷的去除功能；同時利用垂直流人工濕地中栽種美人蕉的植物攝取作用去除部分磷，從而可使A/0型垂直流人工濕地對城市污水中TP的去除率達到8085%以上，處理出水中的TP濃度小于lmg/L,基本達到了城市污水處理廠一級排放標準，并且本發(fā)明創(chuàng)造技術對磷的使用壽命達到10年以上。③為了進-一步提高總氮的去除效果，將一部分污水直接加入垂直流人工濕地底部，利用垂直流床的缺氧與好氧交替條件和污水中有機物(BOD)作為碳源，將來自垂直流床上部處理出水屮的硝酸鹽態(tài)氮在垂直流床底部缺氧的環(huán)境下還原成N20和N2。④垂直流人工濕地、缺氧池、貯水池在空間上上下設置，相當于僅需要一個垂直流人工濕地床面積，節(jié)省了占地面積，同吋也降低基建投資和處理成本。圖1為A/0型垂直流人工濕地缺氧池結構圖；圖2為A/0型垂直流人工濕地垂直流床結構圖；圖3為A/0型垂直流人工濕地貯水池結構圖；圖4為A/0型垂直流人工濕地系統(tǒng)整體結構圖。具體實施方式下面結合附圖和具體實施例來進一步說明本發(fā)明。按照以下步驟處理生活污水(1)污水經(jīng)過沉淀除去砂粒和懸浮顆粒物質(zhì)；(2)沉淀處理后的污水引入缺氧池，由缺氧池進入布水管，通過布水管投配在垂直流人工濕地基質(zhì)上；(3)經(jīng)垂直流人工濕地基質(zhì)的過濾截留和吸附，微生物降解去除大部分耗氧有機物以及植物根系的攝取去除污水中部分氮和TP，進行硝化反應；硝化反應后的硝化水于垂直流人工濕地的底部與內(nèi)碳源污水混和進行部分反硝化反應后流進貯水池；(4)將貯水池屮的硝化水抽至缺氧池；引入一部分經(jīng)歩驟(1)處理的污水作為碳源，硝化水與碳源污水在缺氧池混合，進行反硝化反應；(5)反硝化反應后的污水再次經(jīng)過垂直流人工濕地，開始下--實現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)包括沉淀池、高位水箱、缺氧池、垂直流人工濕地和貯水池。垂直流人工濕地由床體和布水管組成，床體的床壁用不滲漏材料做成，床壁為水泥抹面的磚結構，底部為混凝土結構。床體為混合基質(zhì)層，厚度為85cm，填充高爐渣和草炭混合基質(zhì)。布水管分布在混合基質(zhì)層表面以下510cm處，并在垂直流床體中種植植物美人襟。作為本發(fā)明的典型設計，系統(tǒng)結構如附圖14所示，圖中沉淀池l、水泵2、高位水箱3、污水管4、閥門水表5、布水主管6、布水支管7、缺氧池污水碳源加入管8、垂直流床污水碳源加入管9、硝化水回流管10、水泵11、混合基質(zhì)層12、缺氧池出水閥門13、垂直流人工濕地出水閥門14、貯水池出水閥門15、隔板16。"王"字形布水管分布在混合基質(zhì)表面以下510cm處，布水管由布水主管6和多條布水支管7組成，布水主管6分布在床體的中間，其長度與床體長度相當，其中一端密封，另一端與缺氧池出水口13相連接，布水支管7固定連接在布水主管的兩旁，另一端密封，其長度為床體寬度的一半，布水支管向下部位開有小孔。在入水口上安裝污水管4，在污水管4上設有閥門和水表5，以控制污水的進水速度。缺氧池內(nèi)在靠近垂直流床的1/3處，設一水泥隔板16。垂直流污水碳源加入管9上設有水表5，一端直接與污水管4連接，另-一端沿著池壁插入垂直流床混合基質(zhì)層12底部。硝化水回流管10上設有水表5，一端直接與水泵ll連接，另一端沿著池壁插入缺氧池。缺氧池出水閥門13和垂直流出水閥門14可以控制出水的速度。曰設計處理水量0.32-1.28m3/d。設計參數(shù)格柵采用2cmX2cm鐵絲網(wǎng)，直立于化糞池出水口與地下引水管相接的檢查井中。沉淀池設計尺寸為2.0mX1.8mX2.0m，有效水深l.Om，有效容積3.6m3，磚結構水泥抹面。缺氧池設計長X寬X高為1.0mX0.80mX2.0m，磚結構水泥抹面。垂直流人工濕地設計尺寸可參照長X寬X高為1.6mXl.OmXl.Om，磚結構水泥抹面。單池實用尺寸可參照長X寬1.0mX1.0mX0.85m。其中，混合基質(zhì)層厚1.00m，由高爐渣和草炭混合組成。實驗系統(tǒng)分兩個垂直流床并聯(lián)運行，一個垂直流床為不種植植物的對照，另一個垂直流床種植植物，種植的植物為美人蕉。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)生活污水首先經(jīng)過沉淀池1除去污水中的砂粒和懸浮顆粒物質(zhì)，然后用水泵2提升進入高位水箱3，再沿著污水管4進入缺氧池，污水經(jīng)缺氧池底部設置的孔進入布水主管6，在進入布水主管6前有控制閥門和計量水表5，布水支管7直接放置在垂直流床混合基質(zhì)的表面上，污水從布水支管7均勻開設的小孔投配在垂直流床混合基質(zhì)層12上，污水經(jīng)過混合基質(zhì)層12垂直向下滲濾，由于基質(zhì)的過濾截留和吸附作用以及植物根系的攝取作用完成對耗氧有機物和TP的大部分去除和硝化。內(nèi)碳源污水經(jīng)管道9進入垂直流床的底部，與下滲的己經(jīng)混和基質(zhì)處理過的水混和，在垂直流床的底部停留一段吋間，完成部分反硝化反應。垂直流人工濕地的處理出水可利用垂直流人工濕地床體與貯水池之間的落差，打開閥門14，出水自流進入貯水池。硝化水經(jīng)過水泵11通過管道IO提升至缺氧池，管道10上裝有水表5，同時從高水位箱3引入一部分污水通過管道4直接加到缺氧池作為碳源，與垂直流床的硝化出水在缺氧池混合，進行反硝化，然后溢流通過隔板16，再進入布水主管6，此為一個完整的循環(huán)。處理效果(mg/L，％)如表l、表2、表3、表4和表5所示。其中，表1為不同回流比下a/0型垂直流人工濕地系統(tǒng)對生活污水的處理效果情況；表2為垂直流內(nèi)反硝化對生活污水的處理效果情況；表3為缺氧池內(nèi)隨回流量的增加nhz-n、no3—-n的濃度的動態(tài)變化；表4為缺氧池內(nèi)隨停留時間NH4+-N、N03—-N和TN的濃度的動態(tài)變化；表5為A/0型垂直流人工濕地系統(tǒng)對生活污水的處理效果。表1:不同回流比下系統(tǒng)對生活污水的處理效果情況<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表2:垂直流內(nèi)反硝化對生活污水的處理效果情況<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>表3:缺氧池內(nèi)隨回流量的增加叫+-N、N(V-N的濃度的動態(tài)變化<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表4:缺氧池內(nèi)隨停留吋間NH4+-N、N03—-N和TN的濃度的動態(tài)變化<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表5:A/0型垂直流人工濕地系統(tǒng)對生活污水的處理效果<table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>權利要求1.一種缺氧-好氧垂直流人工濕地處理生活污水的方法，其特征在于包括以下步驟(1)污水經(jīng)過沉淀除去砂粒和懸浮顆粒物質(zhì)；(2)沉淀處理后的污水引入缺氧池，由缺氧池進入布水管，通過布水管投配在垂直流人工濕地基質(zhì)上；(3)經(jīng)垂直流人工濕地基質(zhì)的過濾截留和吸附，微生物降解去除大部分耗氧有機物以及植物根系的攝取去除污水中部分氮和TP，進行硝化反應；硝化反應后的硝化水于垂直流人工濕地的底部與內(nèi)碳源污水混和進行部分反硝化反應后流進貯水池；(4)將貯水池中的硝化水抽至缺氧池；引入一部分經(jīng)步驟(1)處理的污水作為碳源，硝化水與碳源污水在缺氧池混合，進行反硝化反應；(5)反硝化反應后的污水再次經(jīng)過垂直流人工濕地，完成一個循環(huán)。2、根據(jù)權利要求1所述缺氧一好氧垂直流人工濕地處理生活污水的方法，其特征在于所述垂直流人工濕地基質(zhì)為高爐渣和草炭的混合物。3、根據(jù)權利要求2所述缺氧一好氧垂直流人工濕地處理生活污水的方法，其特征在于所述高爐渣和草炭的體積比為419:1。4、根據(jù)權利要求1所述缺氧一好氧垂直流人工濕地處理生活污水的方法，其特征在于步驟(3)所述硝化水與內(nèi)碳源污水的體積比為46:1。5、根據(jù)權利要求1所述缺氧一好氧垂直流人工濕地處理生活污水的方法，其特征在于步驟(3)所述植物根系為美人蕉根系。6、根據(jù)權利要求1所述缺氧一好氧垂直流人工濕地處理生活污水的方法，其特征在于步驟(4)所述硝化水與碳源污水的體積比為4:1。7、一種實現(xiàn)權利要求1所述缺氧一好氧垂直流人工濕地處理生活污水的方法的系統(tǒng)，其特征在于包括沉淀池、高位水箱、缺氧池、垂直流人工濕地和貯水池；所述沉淀池與高位水箱之間設有水泵和連接水管；所述沉淀池通過水管分別與缺氧池和垂直流人工濕地底部相連；所述垂直流人工濕地設有出水閥門與貯水池相通；所述缺氧池和IC水池通過水管相連。8、根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述垂直流人工濕地填充有基質(zhì)并配有布水管；所述缺氧池在垂直流人工濕地上方位置，其底部設置有孔與垂直流人工濕地的布水管相連；所述貯水池在垂直流人工濕地下方位置，貯水池中裝有潛水泵，池底部設有排水閥門。9、根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于所述布水管由布水主管和多條布水支管組成"王"字形，分布于垂直流人工濕地基質(zhì)表面下510cm處；所述布水主管分布在垂直流人工濕地的中間，其長度與基質(zhì)長度相同；所述布水支管長度為基質(zhì)寬度的一半，其一端固定在布水主管的兩旁并與布水主管相連通，另一端密封，布水支管向下部位開有小孔。10、根據(jù)權利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于所述缺氧池內(nèi)設置有隔板。全文摘要本發(fā)明公開了一種缺氧—好氧垂直流人工濕地處理生活污水的方法，生活污水先進入沉淀池去除砂粒和較大顆粒的懸浮物后，再經(jīng)垂直流人工濕地處理，去除大部分SS、COD、BOD₅，并進行廢水的硝化作用，接著流向貯水池，經(jīng)水泵提升至缺氧池反硝化再次流入垂直流人工濕地處理，并在去除有機物和脫氮的同時完成對廢水中磷的去除。本發(fā)明同時公開了實現(xiàn)上述方法的系統(tǒng)。本發(fā)明方法處理生活污水成本低，占地面積小，去除磷氮效果好。文檔編號C02F9/14GK101269897SQ20081002781公開日2008年9月24日申請日期2008年4月30日優(yōu)先權日2008年4月30日發(fā)明者雪孟,崔理華,朱夕珍申請人:華南農(nóng)業(yè)大學