專利名稱：具有集成硝化反硝化功能的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及水質(zhì)凈化處理技術(shù)，特別是用于處理受污染河道水源的人工濕地系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人工濕地是模擬自然濕地機(jī)理的人工生態(tài)系統(tǒng)，是利用人工構(gòu)建的濕地系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和馴化的生物生化系統(tǒng)協(xié)同對(duì)污水進(jìn)行綜合作用實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的凈化。與傳統(tǒng)概念的污水處理工藝相比，人工濕地污水處理系統(tǒng)具有系統(tǒng)維護(hù)及運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低，對(duì)進(jìn)水負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)，尤其對(duì)氮、磷去除效果好，生態(tài)環(huán)境效益顯著等特點(diǎn)。隨著我國(guó)河湖生態(tài)修復(fù)工作的不斷推進(jìn)，人工濕地以其獨(dú)特的生態(tài)凈化功能，在河湖水質(zhì)凈化中越來越受到人們的關(guān)注和應(yīng)用。 人工濕地從結(jié)構(gòu)原理上主要分為表面流和潛流兩種類型，其中潛流人工濕地又可根據(jù)進(jìn)水在基質(zhì)中的流動(dòng)方向分為水平流型和垂直流型兩種。一般而言，單一的濕地結(jié)構(gòu)單元難以滿足濕地防淤堵、有機(jī)質(zhì)及氮磷污染物去除等多重功能，目前，我國(guó)一般采取多級(jí)工藝組合以優(yōu)化濕地結(jié)構(gòu)功能，但也存在占地面積大的缺點(diǎn)。

實(shí)用新型內(nèi)容為提高濕地綜合效率、減小占地，本實(shí)用新型提供一種具有集成硝化反硝化功能的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)緊湊、水力負(fù)荷大、配水靈活、硝化-反硝化作用效
果顯著。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型包括以下技術(shù)方案一種具有集成硝化反硝化功能的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，其包括表層波浪型間歇流布水系統(tǒng)I、下行垂直流濕地2、上層水平潛流濕地3、下層水平潛流濕地4、營(yíng)養(yǎng)平衡補(bǔ)給井5以及退水調(diào)控井6 ；其中，該下行垂直流濕地2位于該濕地系統(tǒng)上層，由基質(zhì)填料構(gòu)成，其上種植挺水植物；下行垂直流濕地2表面基質(zhì)堆砌高度不等，形成表層波浪型間歇流布水系統(tǒng)1，布水花管11布置在波浪的谷底部位，通過脈沖電磁閥自動(dòng)控制間歇式布水；該下行垂直流濕地2下方為上層水平潛流濕地3，兩者間設(shè)置反濾層7 ;上層水平潛流濕地3由基質(zhì)填料構(gòu)成；該上層水平潛流濕地3下方為下層水平潛流濕地4，兩者間由不透水層8隔離，并留有折流過流區(qū)域81 ;該下層水平潛流濕地4由基質(zhì)填料構(gòu)成，底部為隔水層41 ；該營(yíng)養(yǎng)平衡補(bǔ)給井5為配水井，設(shè)置于該濕地系統(tǒng)前端用于收集源水；該配水井連接配水管51，該配水管51水平布設(shè)于該上層水平潛流濕地3中；該退水調(diào)控井6設(shè)置在該濕地系統(tǒng)末端，通過集水管61連接下層水平潛流濕地4收集處理后的水；退水調(diào)控井6內(nèi)部設(shè)置水位調(diào)節(jié)管62進(jìn)行退水調(diào)節(jié)；水位調(diào)節(jié)管62中部連接表層布水管64，表層布水管64與該布水花管11連接；該退水調(diào)控井6上端設(shè)置溢流口 63與表層波浪型間歇流布水系統(tǒng)I連通。如上所述的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述表層波浪型間歇流布水系統(tǒng)I的波浪形表面波峰波谷間垂直方向高度差為150-300mm。如上所述的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，優(yōu)選地，構(gòu)成所述下行垂直流濕地2、上層水平潛流濕地3和下層水平潛流濕地4的基質(zhì)填料為沸石、石灰質(zhì)碎石、焦渣或其組合，基質(zhì)填料粒徑為l_30mm，各層厚度均為100-900mm。如上所述的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述下行垂直流濕地2的基質(zhì)填料為沸石，粒徑為l_5mm，厚度為700-900mm ;所述上層水平潛流濕地3的基質(zhì)填料為石灰質(zhì)碎石，粒徑為10-30mm,厚度為300-480mm ;所述下層水平潛流濕地4基質(zhì)填料為石灰質(zhì)碎石，粒徑為10-30mm,厚度為540-900mm。如上所述的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述反濾層7由碎石構(gòu)成，粒徑為 5-10mm,厚度為 100-150mm。如上所述的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述不透水層8由水泥砂漿制成，厚度為50-100mm。如上所述的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述隔水層41為復(fù)合土工膜。如上所述的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述下行垂直流濕地2內(nèi)豎直設(shè)置排氣管21 ;所述上層水平潛流濕地3內(nèi)豎直設(shè)置排氣管31。如上所述的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述種植植物選自蘆葦、千屈菜、菖蒲和香蒲。如上所述的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，優(yōu)選地，所述系統(tǒng)的水平占地面積為800-1600m2。本實(shí)用新型的有益效果在于該人工濕地系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)河道受污染來水通過表層波浪型間歇流布水系統(tǒng)均勻進(jìn)入下行垂直流濕地中，由于間歇流提供較高的溶氧條件，來水進(jìn)行了充分的硝化反應(yīng)；隨后，水流進(jìn)入上層水平潛流濕地中進(jìn)行反硝化反應(yīng)，進(jìn)而折流進(jìn)入下層水平潛流濕地中，其間，通過與營(yíng)養(yǎng)平衡補(bǔ)給井補(bǔ)給的源水混合，實(shí)現(xiàn)碳源補(bǔ)給，來水在下層水平潛流濕地中進(jìn)一步進(jìn)行反硝化反應(yīng)，從而達(dá)到高效除氮。該人工濕地系統(tǒng)采用下行垂直流和雙層水平潛流豎向疊合，在垂直濕地床下層布設(shè)水平潛流濕地，節(jié)約了土地，合理利用了空間，減少了建設(shè)成本。人工濕地系統(tǒng)提供間歇流布水、營(yíng)養(yǎng)平衡補(bǔ)給井，高效集成了氨氮硝化、碳源補(bǔ)充、反硝化脫氮作用，有效提高了濕地對(duì)高氨氮河湖水體的凈化效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高水力負(fù)荷、高氨氮的河道或湖泊水體經(jīng)過濕地單元處理，氨氮去除率達(dá)到90%，總氮去除率達(dá)80%，出口水質(zhì)明顯改善。

圖I是實(shí)施例I的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)縱向剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是實(shí)施例I的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)平面結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面通過實(shí)例詳細(xì)描述本實(shí)用新型。實(shí)施例I具有集成硝化反硝化功能的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)[0026]如圖I和圖2所示，在本實(shí)用新型的一種優(yōu)選實(shí)施方式中，具有集成硝化反硝化功能的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)包括表層波浪型間歇流布水系統(tǒng)I、下行垂直流濕地2、上層水平潛流濕地3、下層水平潛流濕地4、營(yíng)養(yǎng)平衡補(bǔ)給井5以及退水調(diào)控井6。下行垂直流濕地2、上層水平潛流濕地3和下層水平潛流濕地4均由基質(zhì)填料構(gòu)成，本實(shí)用新型的基質(zhì)填料為沸石、石灰質(zhì)碎石、焦渣或其組合。下行垂直流濕地2位于濕地系統(tǒng)上層，基質(zhì)填料為沸石，粒徑為l_5mm，厚度為700-900_，其上種植蘆葦、千屈菜、菖蒲、香蒲等挺水植物。下行垂直流濕地2表面基質(zhì)堆砌高度不等，形成表層波浪型間歇流布水系統(tǒng)1，波浪形表面波峰波谷間垂直方向高度差為150-300_。布水花管11布置在波浪的谷底部位，通過脈沖電磁閥自動(dòng)控制間歇式布水。河道受污染來水通過表層波浪型間歇流布水系統(tǒng)均勻進(jìn)入下行間歇垂流濕地中，由于間歇流能提供較高的溶氧條件，河道高氨氮受污染來水在下行垂流濕地中進(jìn)行充分的硝化反應(yīng)。下行垂直流濕地2下方為上層水平潛流濕地3，兩者間設(shè)置反濾層7。上層水平潛 流濕地3的基質(zhì)填料為石灰質(zhì)碎石，粒徑為10-30mm，厚度為300_480mm。反濾層7由碎石構(gòu)成，粒徑為5-10臟，厚度為100-150mm。下行垂直流濕地2和上層水平潛流濕地3內(nèi)分別豎直設(shè)置排氣管21、31，排氣管的作用是排放給水過程中帶入的氣體及厭氧環(huán)境下反硝化作用產(chǎn)生的氣體，保證水流運(yùn)行通暢。上層水平潛流濕地3下方為下層水平潛流濕地4，兩者間由不透水層8隔離，并留有折流過流區(qū)域81。下層水平潛流濕地4的基質(zhì)填料為石灰質(zhì)碎石，粒徑為10-30mm，厚度為540-900mm。不透水層8由水泥砂衆(zhòng)制成,厚度為50_100mm。下層水平潛流濕地4的底部是復(fù)合土工膜作為隔水層41。受污染來水通過下行間歇垂流濕地2后進(jìn)入下方的上層水平潛流濕地3中進(jìn)行反硝化反應(yīng)，進(jìn)而通過折流過流區(qū)域81進(jìn)入下層水平潛流濕地4中進(jìn)一步進(jìn)行反硝化反應(yīng)。在進(jìn)入下層水平潛流濕地4之前，水流與通過營(yíng)養(yǎng)平衡補(bǔ)給井補(bǔ)給的源水(也可在此添加其它碳源)進(jìn)行充分混合，實(shí)現(xiàn)碳源補(bǔ)給，然后在下層水平潛流濕地4中進(jìn)行反硝化反應(yīng)，從而達(dá)到高效去除NH3-N和TN。營(yíng)養(yǎng)平衡補(bǔ)給井5為配水井，設(shè)置于該濕地系統(tǒng)前端用于收集源水，配水井連接配水管51，該配水管51水平布設(shè)于該上層水平潛流濕地3中。處理完的水經(jīng)過退水調(diào)控井6實(shí)現(xiàn)均勻退水。退水調(diào)控井6設(shè)置在濕地系統(tǒng)末端，通過集水管61連接下層水平潛流濕地4收集處理后的水。退水調(diào)控井6內(nèi)部設(shè)置水位調(diào)節(jié)管62進(jìn)行退水調(diào)節(jié)。水位調(diào)節(jié)管62中部連接表層布水管64，表層布水管64與該布水花管11連接。退水調(diào)控井6上端設(shè)置溢流口 63與表層波浪型間歇流布水系統(tǒng)I連通。層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)采用混凝土或其他材料作為隔墻及擋墻9，通過管道連接進(jìn)出水。該系統(tǒng)的水平占地面積通常為800-1600m2。實(shí)施例2凈化羅馬東湖污染水實(shí)驗(yàn)使用實(shí)施例I所述的具有集成硝化反硝化功能的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，下行垂直流濕地2上種植蘆葦和香蒲挺水植物，厚度為800mm、上層水平潛流濕地結(jié)構(gòu)3厚度為400mm、下層水平潛流濕地4厚度為700mm，系統(tǒng)的水平占地面積為1600m2。應(yīng)用濕地單元處理引自羅馬兩東湖的源水1400m3/d,來水中氨氮平均濃度14. lmg/1，總氮平均濃度21. lmg/1，水力負(fù)荷為O. 88mVm2 · d，處理后氨氮去除率達(dá)到88%，總氮去除率達(dá)80%，出口水質(zhì)明顯改善。
權(quán)利要求1.一種具有集成硝化反硝化功能的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，其包括表層波浪型間歇流布水系統(tǒng)(I)、下行垂直流濕地(2)、上層水平潛流濕地(3)、下層水平潛流濕地(4)、營(yíng)養(yǎng)平衡補(bǔ)給井(5)以及退水調(diào)控井(6)； 其中，該下行垂直流濕地(2)位于該濕地系統(tǒng)上層，由基質(zhì)填料構(gòu)成，其上種植挺水植物；下行垂直流濕地(2)表面基質(zhì)堆砌高度不等，形成表層波浪型間歇流布水系統(tǒng)(1)，布水花管(11)布置在波浪的谷底部位，通過脈沖電磁閥自動(dòng)控制間歇式布水； 該下行垂直流濕地(2)下方為上層水平潛流濕地(3)，兩者間設(shè)置反濾層(7);上層水平潛流濕地(3)由基質(zhì)填料構(gòu)成； 該上層水平潛流濕地(3)下方為下層水平潛流濕地(4)，兩者間由不透水層(8)隔離，并留有折流過流區(qū)域(81);該下層水平潛流濕地(4)由基質(zhì)填料構(gòu)成，底部為隔水層(41)； 該營(yíng)養(yǎng)平衡補(bǔ)給井(5)為配水井，設(shè)置于該濕地系統(tǒng)前端用于收集源水；該配水井連接配水管(51)，該配水管(51)水平布設(shè)于該上層水平潛流濕地(3)中； 該退水調(diào)控井(6)設(shè)置在該濕地系統(tǒng)末端，通過集水管￠1)連接下層水平潛流濕地(4)收集處理后的水；退水調(diào)控井￠)內(nèi)部設(shè)置水位調(diào)節(jié)管￠2)進(jìn)行退水調(diào)節(jié)；水位調(diào)節(jié)管(62)中部連接表層布水管(64)，表層布水管￠4)與該布水花管(11)連接；該退水調(diào)控井(6)上端設(shè)置溢流口 ￠3)與表層波浪型間歇流布水系統(tǒng)(I)連通。
2.如權(quán)利要求I所述的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述表層波浪型間歇流布水系統(tǒng)(I)的波浪形表面波峰波谷間垂直方向高度差為150-300_。
3.如權(quán)利要求2所述的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述下行垂直流濕地(2)的基質(zhì)填料為沸石，粒徑為l_5mm，厚度為700-900mm;所述上層水平潛流濕地(3)的基質(zhì)填料為石灰質(zhì)碎石，粒徑為10-30mm，厚度為300-480mm ;所述下層水平潛流濕地(4)基質(zhì)填料為石灰質(zhì)碎石，粒徑為10-30mm，厚度為540-900mm。
4.如權(quán)利要求3所述的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述反濾層(7)由碎石構(gòu)成，粒徑為5-10mm,厚度為100_150臟。
5.如權(quán)利要求3所述的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述不透水層(8)由水泥砂衆(zhòng)制成，厚度為50-100mm。
6.如權(quán)利要求3所述的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述隔水層(41)為復(fù)合土工膜。
7.如權(quán)利要求2所述的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述下行垂直流濕地(2)內(nèi)豎直設(shè)置排氣管(21);所述上層水平潛流濕地(3)內(nèi)豎直設(shè)置排氣管(31)。
8.如權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)的水平占地面積為800-1600m2。
專利摘要一種具有集成硝化反硝化功能的層疊式復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，包括層疊式設(shè)置的表層波浪型間歇流布水系統(tǒng)、下行垂直流濕地、上層水平潛流濕地和下層水平潛流濕地，以及營(yíng)養(yǎng)平衡補(bǔ)給井和退水調(diào)控井。河道受污染來水通過表層波浪型間歇流布水系統(tǒng)均勻進(jìn)入下行垂直流濕地中，由于間歇流提供較高的溶氧條件，來水進(jìn)行了充分的硝化反應(yīng)；隨后，水流進(jìn)入上層水平潛流濕地中進(jìn)行反硝化反應(yīng)，進(jìn)而折流進(jìn)入下層水平潛流濕地中，其間，通過與營(yíng)養(yǎng)平衡補(bǔ)給井補(bǔ)給的源水混合，實(shí)現(xiàn)碳源補(bǔ)給，來水在下層水平潛流濕地中進(jìn)一步進(jìn)行反硝化反應(yīng)，從而達(dá)到高效除氮。該系統(tǒng)合理利用空間，減少建設(shè)成本，硝化-反硝化作用效果顯著。
文檔編號(hào)C02F3/32GK202658012SQ20122021383
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月11日
發(fā)明者孟慶義, 劉培斌, 尹玉冰, 常國(guó)梁, 胡曉靜, 葉芝菡, 黃炳彬, 魏煒, 何春利 申請(qǐng)人:北京市水利科學(xué)研究所, 北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院