專利名稱：無動力一體化人工濕地污水處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及環(huán)境保護技術領域，尤其涉及污水處理生態(tài)工程技術。
背景技術：
人工濕地污水處理技術是20世紀70年代興起的一種污水處理生態(tài)工程新技術，具有 投資少、能耗低、管理方便、無二次污染等優(yōu)點，正在逐漸被應用于廣大農村和中小城鎮(zhèn) 生活污水處理領域。
人工濕地是人工建造的、可控制的和工程化的濕地系統(tǒng)， 一般由池體、人工填料基質、 布水系統(tǒng)、集水系統(tǒng)和生長在人工基質上的植物組成，是一個獨特的基質一植物一微生物
生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地生態(tài)系統(tǒng)水質凈化的基本原理是在一定的填料上種植特定的植物，
將污水投加到人工建造的類似于沼澤的濕地上，當污水流過人工濕地時，經砂石、土壤過 濾，植物根際的多種微生物活動，使得水質得到凈化。根據實驗和大量的工程實踐證明，
人工生態(tài)濾床能夠很好地去除BOD、 TSS、 N、 P，而且對病原細菌、難降解有機化合物 以及金屬離子的去除效果也十分有效。人工濕地對環(huán)境和經濟的綜合作用主要體現(xiàn)在以下 幾個方面彌補或減少因農業(yè)和城市發(fā)展對天然濕地造成的影響；構建水生系統(tǒng)，產生食 物和纖維；調蓄雨水徑流和防洪；進行污水處理，改善水質。
潛流式垂直流人工濕地是人工濕地的一種類型，主要特點在于布水系統(tǒng)平鋪在上部 基質中，將污水均布在基質水平斷面后，污水均勻向下流動，流動過程中使污水得到凈化； 在濕地底部基質中鋪設集水系統(tǒng)，收集處理后均布在水平斷面的出水經匯集后排出。潛流 式垂直流人工濕地充分利用了濕地空間，充分發(fā)揮了系統(tǒng)間的協(xié)同作用，污水處理后可去 除大部分有機質并進行較充分硝化作用，已逐漸成為人工濕地技術發(fā)展的主流方向。但是 傳統(tǒng)的潛流式垂直流人工濕地對污水的反硝化效果不好，不能達到高效脫氮除磷的目的，由于處理過程中不能充分復氧，對污水進行的好氧脫有機物的效果也不甚理想。鑒于上述 缺陷，研究人員發(fā)明了大量技術改進潛流式垂直流人工濕地，以增加污染物的處理效率。 如中國專利CN 1263688C《生活污水垂直流一水平流復合人工濕地脫氮除磷方法》，披露 了一種垂直流人工濕地在前，水平流人工濕地在后的串聯(lián)式復合人工濕地處理工藝。在水 平流濕地前人為補充未處理污水為碳源增加水平流人工濕地的反硝化作用效果。但垂直流 濕地不能充分復氧，影響了硝化作用和好氧氧化的處理效果，兩濕地串聯(lián)占地面積大、造 價高、實用性差。中國專利CN 1325397C《序批式潛流人工濕地污水處理工藝》，披露了 一種利用機械自動化方式控制電磁閥對濕地間歇排水出水以實現(xiàn)階段性復氧。其在一定程 度上增加了垂直潛流式人工濕地的復氧效果，但其需外加動力控制系統(tǒng)，增加了投資，另 外對于污水的反硝化脫氮無顯著的促進作用。
發(fā)明內容
本實用新型旨在提供一種能夠實現(xiàn)濕地無動力自然復氧，占地面積小，硝化反硝化一 體化高效脫氮的無動力一體化人工濕地污水處理系統(tǒng)。
本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案為 一種無動力一體化人工濕地污 水處理系統(tǒng)，包括由硝化區(qū)域和反硝化區(qū)域兩部分組成的垂直流污水生態(tài)凈化槽、填充 槽內的基質、污水預處理系統(tǒng)、布水系統(tǒng)、集水系統(tǒng)、布氣系統(tǒng)、排污系統(tǒng)和生長在基 質上的植物，其特征在于
所述的垂直流污水生態(tài)凈化槽分為上下兩個分區(qū)硝化區(qū)域和反硝化區(qū)域，硝化區(qū) 域在上，反硝化區(qū)域在下，所述人工基質分別填充在硝化區(qū)域和反硝化區(qū)域中；
所述的污水預處理系統(tǒng)為利用格柵、三格式沉淀池、厭氧池中的一種或幾種前處理 工藝對不同污染負荷的污水進行前處理，經前處理的生活污水經過水泵提升或依靠自然 液位高差進入布水系統(tǒng);預處理后的污水通過交叉布水管網均勻分布于垂直潛流式生態(tài) 凈化槽硝化區(qū)域上，依次垂直滲入硝化區(qū)域和反硝化區(qū)域的人工基質層；布水系統(tǒng)對生 態(tài)凈化槽實行間歇布水，并在上層硝化區(qū)域底部和內部設有無動力布氣系統(tǒng)，對硝化區(qū) 域實現(xiàn)連續(xù)復氧，使污水在上層硝化區(qū)域內進行高效的好氧作用和硝化作用；上層硝化 區(qū)域出水直接進入下層反硝化區(qū)域，在此區(qū)域內進行兼氧作用和反硝化作用；下層反硝化區(qū)域內設有集水出水系統(tǒng)，集水口設于反硝化區(qū)域下方，出水口設于反硝化區(qū)域上方， 使出水在反硝化區(qū)域內保持一定水位。
在垂直流污水生態(tài)凈化槽內，污水通過與基質、微生物和植物根系的作用，實現(xiàn)物 理凈化、生物凈化作用，達到降低污水的SS、 BOD、 COD、細菌和高效脫氮除磷的目 的。
作為優(yōu)選，所述布水系統(tǒng)為設置在上層污水硝化區(qū)域基質表層下5-10cm的布水管 網，該布水管網包含有進水閥門、進水口、布水主管和多個與該布水主管連接的布水分 支，布水主管和布水分支呈垂直"王"字分布或交叉"王"字分布，布水分支上開有布 水小孔。
作為優(yōu)選，所述集水系統(tǒng)為設置在下層反硝化區(qū)域的集水管網，該集水管網包含有 集水口、垂直集水分支、水平集水分支、與垂直集水分支和水平集水分支連接的集水主 管、出水口和出水閥門；集水主管和水平集水分支呈垂直"王"字分布或交叉"王"字 分布，垂直集水分支與水平集水分支和集水主管之間呈空間垂直分布，中間管路相通； 集水口設在垂直集水分支末端，為圓形管路截面上開有的數(shù)個集水小孔組成，集水口距 離整個池體底部的距離不大于反硝化區(qū)域總高度的1/3;水平集水分支、集水主管和集 水口位于同一水平高度，它們的水平位置為下層反硝化槽體頂端介于距反硝化槽體頂端 2/3高度之間。
作為優(yōu)選，所述布氣系統(tǒng)為分布在上層一組或多組管身開滿小孔的布氣管網；每組 布氣管網由水平布氣管、與水平布氣管垂直相連的數(shù)個垂直布氣分支組成；所述垂直布 氣分支一端連接位于上層硝化區(qū)域底部到距離上層硝化區(qū)域底部2/3高度之間的水平 布氣分支，另一端豎直伸出池體基質頂部，與外部空氣相連通，垂直布氣分支頂端高于 基質層表面3-10cm，并設有防塵帽，防止大顆粒物質進入管體堵塞布氣管。
作為優(yōu)選，所述的垂直流污水生態(tài)凈化槽反硝化區(qū)域底部可呈中間低凹狀，低凹最 低處設有排水管，排水管表面布滿排水小孔，排水管一端封閉，另一端伸出槽外作為排 污口，排污口設排污閥門，正常工作時排污閥門關閉，槽體沖洗時排污閥門開啟。
作為優(yōu)選，上層硝化區(qū)域內部人工基質從下到上的結構分層及材料厚度如下排水 層，采用粒徑8-16mm礫石，厚度10-35cm;過渡層，采用粒徑4-8mm礫石，厚度8-15cm;
6生化處理過渡層，采用特殊級配0.2-6111111無泥粗砂，厚度50-60cm;表層采用粒徑 8-16mm礫石，厚度4-8cm;所述垂直流污水生態(tài)凈化槽上部種植的植物選自蘆葦、蘆 竹、香蒲、美人蕉、風車草、再力草、香根草、玫瑰、月季、萬壽菊等中的一種或多種;
所述下層反硝化區(qū)域內部基質從下到上的結構分層及材料厚度如下防滲層，采用 0.5mm以上PE膜雙面土工布或厚度為l-5cm的天然粘土防滲層；過渡層，采用粒徑 5-10mm礫石，厚度10-20cm;生化處理過渡層，采用煤渣基質層0.2-6mm，厚度50-60cm。
作為優(yōu)選，所述上層硝化區(qū)域四周側壁可呈一定坡度，坡度范圍0-10%;所述下層 反硝化區(qū)域四周側壁可呈一定坡度，坡度范圍0-5%。
本實用新型具有以下有益效果
硝化與反硝化一體化，采用除磷濾渣，高效脫氮除磷；結構簡單、占地面積小，節(jié)約 土地資源，進、出水落差小，污水不需回流，場地不受限制，處理規(guī)模不受限制；間歇式 進7K，上層好氧、下層兼氧巧妙設計，實現(xiàn)自然無動力復氧促進氧化、硝化等反應的進行， 提高污染物好氧處理效率；種蘆葦，蘆竹等濕地植物，抗酸堿，可去除污染負荷大的污染 物。
本實用新型涉及的人工濕地污水處理系統(tǒng)具有結構簡單、安裝容易、布水均勻、水位 調節(jié)自由方便、不耗電、成本低，可以用于多種類型污水處理，例如生活污水、垃圾滲濾 液、農業(yè)污水、石油化工廢水、城市暴雨地表徑流以及湖泊河流污染控制等。選擇合適的 植物品種還有美化周邊環(huán)境的作用。


圖1為本實用新型的一種實施例結構示意圖； 圖2為圖1布水管網的一種結構示意圖； 圖3為圖1布水管網的另一種結構示意圖； 圖4為圖1排水管網的結構俯視圖； 圖5為布水分支剖視圖。圖中l(wèi)一預處理池，2—水泵，3—進水閥門，4、濕地植物，5—布水管網，6—池體 硝化區(qū)域，7—防塵帽，8—垂直布氣分支，9一水平布氣管，IO"布氣小孔，ll一出TK閥 門，12—出水口， 13—垂直集水分支，14"Hf污口， 15—排污閥門，16—排水小孔，17— 排水管，18—集水口， 19"池體反硝化區(qū)域，20~進水口， 21—布水主管，22^^J水分支， 23—布水小 L， 24—水平集水分支，25^集水主管
具體實施方式
下面通過實施案例，并結合附圖，對本實用新型的技術方案作進一步具體說明。
在本實施例中，預處理通常在三格式沉淀池中完成，污泥將定期清理。對于濃度較高 的污水，可在濾床前端加建厭氧池。良好的預沉淀處理是人工生態(tài)濾床長期有效運行的保 證，同時也能起到調節(jié)污水水量和水質的作用。經過預處理的污水，由間歇式污水泵提升， 按照設定的控制參數(shù)，均勻分配到垂直流污水生態(tài)凈化槽上層硝化區(qū)域人工基質的表面。
本實用新型的主體污水處理區(qū)域一垂直流污水生態(tài)凈化槽，它被分隔為相連通的上、 下兩個區(qū)域，上層硝化區(qū)域四周側壁呈5%坡度，下底與下層反硝化區(qū)域上部連通，下層 反硝化區(qū)域為長方體池體；上層硝化區(qū)域池內填充人工基質作為污水過濾床和微生物好 氧氧化及硝化床，下層反硝化區(qū)域填充的人工基質作為污水過濾床和微生物兼氧氧化及反 硝化床。上層硝化區(qū)域填設的基質由下到上分別為厚度10-35cm，粒徑8-16mm的礫石 層；厚度8-15cm，粒徑4-8mm的礫石層；厚度50-60cm，粒徑0.2-6mm的無泥粗砂層； 厚度4-8cm，粒徑8-16mm礫石表層。生態(tài)凈化床表層種植的濕地植物為盧葦和蘆竹。
經預處理的污水通過水泵2提升，經進水閥門3進入交叉布水管網5的布水主管21 和布水分支22，最終通過布水分支22上的布水小孔23進入池體基質層。布水分支22與 布水主管21在同一水平面上，與其垂直相連呈"王"字型(如圖2所示)或交叉"王" 字型(如圖3所示)，布水分支22末端封閉，管體每隔10-20cm均勻開有布水小孔23， 該布水小孔左右對稱，且都位于管體的水平中心線以下。
無動力布氣系統(tǒng)由3-5組布氣管網組成，它們均勻埋設在上層硝化池內部。每一組布 氣管網都由相連通的水平布氣分支和垂直布氣分支8組成，其中靠近池體外壁的垂直布氣分支可沿池體坡度適當傾斜，管體上開有無數(shù)布氣小孔10，其中垂直布氣分支8上端伸出 池體外的部分均加蓋防塵帽。此無動力布氣系統(tǒng)能夠使池體基質自然富氧且富氧充分均 勻，滿足微生物好養(yǎng)反應的需要，另外從上層硝化區(qū)域流入下層反硝化區(qū)域的污水也可在 流動過程在無動力布氣系統(tǒng)的作用下增加溶解氧，使下層污水處理區(qū)域形成兼氧環(huán)境，提 高污水的氧化效率。
經上層硝化區(qū)域處理后的污水直接滲入下層反硝化處理區(qū)域，該區(qū)域內填設的基質由 下到上依次為厚度10-20cm，粒徑5-10mm的礫石；厚度50-60cm，粒徑0.2-6mm的煤 渣基質層。該池體內鋪設有潛入式集水管網，具有如下特點垂直集水分支13與水平 集水分支24和集水主管25之間呈空間垂直分布，中間管路相通；集水口設在垂直集水 分支13末端，為圓形管路截面上開有的數(shù)個集水小孔組成，集水口距離整個池體底部 的距離不大于反硝化區(qū)域總高度的1/3;水平集水分支24、集水主管25和集水口位于 同一水平高度，它們的水平位置為下層反硝化槽體頂端介于距反硝化槽體頂端2/3高度 之間。上層硝化區(qū)域污水進入下層反硝化區(qū)域后繼續(xù)垂直下滲，至反硝化區(qū)域底部，由 于集水管網出水口設在反硝化槽體上部，經反硝化區(qū)域處理至池體底部的出水雖然在池 體底部進入集水口，但并不能即刻出水，污水在底部向上聚積，待垂直集水分支的出水 水位達到出水口高度后方可由出水口出水。潛入式集水管網的作用是使污水在下層反硝 化床中停留時間增長，營造兼氧環(huán)境，使有機物和總氮的降解更加充分。
如圖1所示，本實施例底部設有排污管，排污管的管身開有大量排污小孔，通過排 污口 14與外界相連，排污口前設有排污閥門15。本人工濕地污水處理系統(tǒng)正常運行時 排污閥門關閉。當濾床基質層發(fā)生堵塞或需要清理時，將排污閥門打開，向上部布水管 網中通濾池沖洗水，沖洗后的污水通過排污管排出濾池外，達到系統(tǒng)維護的目的。
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權利要求1、一種無動力一體化人工濕地污水處理系統(tǒng)，包括由硝化區(qū)域和反硝化區(qū)域兩部分組成的垂直流污水生態(tài)凈化槽、填充槽內的人工基質、污水預處理系統(tǒng)、布水系統(tǒng)、集水系統(tǒng)、布氣系統(tǒng)、排污系統(tǒng)和生長在人工基質上的植物，其特征在于所述的垂直流污水生態(tài)凈化槽分為上下兩個分區(qū)硝化區(qū)域和反硝化區(qū)域；硝化區(qū)域在上，反硝化區(qū)域在下，所述人工基質分別填充在硝化區(qū)域和反硝化區(qū)域中；所述的污水預處理系統(tǒng)為利用格柵、三格式沉淀池、厭氧池進行前處理，然后經過水泵提升或依靠自然液位高差進入布水系統(tǒng)；在上層硝化區(qū)域內均勻分布有布水管網，硝化區(qū)域底部和內部設有無動力布氣系統(tǒng)；下層反硝化區(qū)域內設有集水出水系統(tǒng)，集水口設于反硝化區(qū)域下方，出水口設于反硝化區(qū)域上方。
2、 根據權利要求1所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在于所述 布水系統(tǒng)為設置在上層污水硝化區(qū)域基質表層下5-10cm的布水管網，該布水管網依次包 含有進水閥門、進水口、布水主管和多個與該布水主管連接的布水分支；布水主管和布 水分支呈垂直"王"字分布或交叉"王"字分布，布水分支上開有布水小孔。
3、 根據權利要求1所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在于所述 集水系統(tǒng)為設置在下層反硝化區(qū)域的集水管網；該集水管網依次包含有集水口、垂直集 水分支、水平集水分支、與垂直集水分支和水平集水分支連接的集水主管、出水口和出 水閥門；集水主管和水平集水分支呈垂直"王"字分布或交叉"王"字分布；垂直集水 分支與水平集水分支和集水主管之間呈空間垂直分布，中間管路相通；水平集水分支、集水主管和集水口位于同一水平高度，它們的水平位置為下層反硝化槽體頂端介于距反 硝化槽體頂端2/3高度之間。
4、 根據權利要求3所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在于所述集水口設在垂直集水分支末端，為圓形管路截面上開有的數(shù)個集水小孔組成，集水口距 離整個池體底部的距離不大于反硝化區(qū)域總高度的1/3。
5、 根據權利要求1或2或3所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在 于所述布氣系統(tǒng)為分布在上層一組或多組管身布滿小孔的布氣管網；每組布氣管網由水平布氣管、與水平布氣管垂直相連的數(shù)個垂直布氣分支組成；所述垂直布氣分支一端 連接位于上層硝化區(qū)域底部到距離上層硝化區(qū)域底部2/3高度之間的水平布氣分支，另 一端豎直伸出池體基質頂部，與外部空氣相連通，垂直布氣分支頂端高于基質層表面 3-10cm，并設有防塵帽。
6、 根據權利要求1或2或3所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在 于所述垂直流污水生態(tài)凈化槽的反硝化區(qū)域底部呈中間低凹狀，低凹最低處設有排水 管，排水管表面布有多個排水小孔，排水管一端封閉，另一端伸出槽外作為排污口，排 污口設排污閥門。
7、 根據權利要求1或2或3所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在于所述上層硝化區(qū)域內部人工基質從下到上的結構分層及材料厚度如下排水層，采用粒徑8-16mm礫石，厚度10-35cm;過渡層，采用粒徑4-8mm礫石，厚度8-15cm;生 化處理過渡層，采用特殊級配0.2-6mm無泥粗砂，厚度50-60cm;表層，采用粒徑8-16mm 礫石，厚度4-8cm。
8、 根據權利要求1或2或3所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在 于所述下層反硝化區(qū)域內部人工基質從下到上的結構分層及材料厚度如下過渡層， 采用粒徑5-10mm礫石，厚度10-20cm;生化處理過渡層，采用煤渣基質層0.2-6mm，厚 度50-60cm。
9、 根據權利要求8所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在于所述過渡層下面有采用厚度為0.5mm以上的PE膜雙面土工布或厚度為l-5cm的天然粘土防 滲層。
10、 根據權利要求1或2或3所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征 在于:所述上層硝化區(qū)域四周側壁呈0-10%的坡度;所述下層反硝化區(qū)域四周側壁呈0-5% 的坡度。
專利摘要本實用新型公開了一種無動力一體化人工濕地污水處理系統(tǒng)。其特征在于垂直流污水生態(tài)凈化槽分為上下兩個分區(qū)，經前處理的生活污水經過水泵提升或依靠自然液位高差進入布水系統(tǒng)，預處理后的污水通過交叉布水管網均勻分布于垂直潛流式生態(tài)凈化槽硝化區(qū)域上，依次垂直滲入硝化區(qū)域和反硝化區(qū)域的人工基質層，布水系統(tǒng)對生態(tài)凈化槽實行間歇布水，并在上層硝化區(qū)域底部和內部設有無動力布氣系統(tǒng)，對硝化區(qū)域實現(xiàn)連續(xù)復氧，上層硝化區(qū)域出水直接進入下層反硝化區(qū)域，下層反硝化區(qū)域內設有集水出水系統(tǒng)，集水口設于反硝化區(qū)域下方，出水口設于反硝化區(qū)域上方，使出水在反硝化區(qū)域內保持一定水位。本實用新型能夠實現(xiàn)濕地無動力自然復氧，占地面積小，硝化反硝化一體化高效脫氮。
文檔編號C02F3/30GK201372233SQ20092011460
公開日2009年12月30日 申請日期2009年2月26日 優(yōu)先權日2009年2月26日
發(fā)明者馮元群, 斌 吳, 穎 康, 沈加思, 江 蔣, 邵衛(wèi)偉 申請人:浙江省環(huán)境監(jiān)測中心