專利名稱：一種污水處理人工濕地系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種污水處理人工濕地系統(tǒng)，屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
我國是農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)村面積占全國土地總面積的57. 59%?！笆濉币?guī)劃(2011)中明確提出要大力推進(jìn)農(nóng)村環(huán)境綜合整治，強(qiáng)調(diào)要加強(qiáng)農(nóng)村飲用水水源地保護(hù)、農(nóng)村河道綜合整治和水污染綜合治理。與城市相比，農(nóng)村經(jīng)濟(jì)實(shí)力薄弱、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)差，農(nóng)村污水處理工藝落后。采用成本低，運(yùn)行簡(jiǎn)單，易于管理的處理工藝，可以實(shí)現(xiàn)農(nóng)村生活污水的循環(huán)利用，節(jié)約水資源，同時(shí)還能有效改善村鎮(zhèn)居民的生活環(huán)境衛(wèi)生狀況，對(duì)于推進(jìn)新農(nóng)村建設(shè)和環(huán)境資源的可持續(xù)發(fā)展具有重大的戰(zhàn)略意義。人工濕地是一種由人工建造和監(jiān)督控制的，與沼澤地類似的地面，它利用自然生 態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物的三重協(xié)同作用來實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的凈化。據(jù)國外資料報(bào)道，一般人工濕地的工程造價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用僅為傳統(tǒng)二級(jí)活性污泥法的1/10-1/2，單位污水耗電和污水處理費(fèi)用明顯低于傳統(tǒng)污水處理廠。人工濕地系統(tǒng)中，微生物的活動(dòng)是廢水有機(jī)物降解的主要因素，是吸收和降解污染物的主要生物群體和承擔(dān)者。在氮的去除方面起主要作用的是氨化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和反硝化細(xì)菌，微生物的反硝化是人工濕地脫氮的主要作用。磷的去除主要通過植物和部分微生物的吸收利用以及濕地基質(zhì)的吸附。人工濕地系統(tǒng)是一個(gè)完整的生態(tài)系統(tǒng)，它形成了內(nèi)部的良好循環(huán)并具有較好的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。然而人工濕地本身也存在不足之處，比如占地面積大，水力停留時(shí)間長(zhǎng)，處理效果受溫度變化和植物生長(zhǎng)成熟程度影響大，缺乏最優(yōu)化設(shè)計(jì)規(guī)范和參數(shù)，有潛在的疾病傳播媒介等，因此需要進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。國內(nèi)外長(zhǎng)期實(shí)踐工程表明，人工濕地對(duì)有機(jī)物的去除率較高，但對(duì)氮磷的去除率偏低且不穩(wěn)定，在現(xiàn)有人工濕地技術(shù)基礎(chǔ)上進(jìn)一步改進(jìn)，強(qiáng)化其脫氮除磷效率才能更好的發(fā)揮作用。研究表明，增大濕地面積、增設(shè)預(yù)處理工藝、外加曝氣和更換基質(zhì)填料等方法能夠提高人工濕地的氮磷去除效率，但同時(shí)也帶來了運(yùn)行成本增加、工藝管理不便的弊端，對(duì)于經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱的農(nóng)村來說難以實(shí)施。申請(qǐng)?zhí)?3238079. 8的中國專利公開了一種人工濕地污水生態(tài)處理裝置。它由布水系統(tǒng)、濕地系統(tǒng)、集水系統(tǒng)組成，布水系統(tǒng)包括布水管和散水管，濕地系統(tǒng)由亞粘土層、砂土層以及不同粒徑的礫石填料層以及防滲層組成，自上而下布置；底部為防滲層。主要處理設(shè)施位于地下，可以保證系統(tǒng)的冬季運(yùn)行。夏季人工濕地中植物生長(zhǎng)茂盛，水體中微生物活動(dòng)旺盛，能夠更好的利用污水中的有機(jī)物，氮磷元素，對(duì)污水具有良好的凈化作用。然而秋季時(shí)，濕地植物成熟，為防止植物體內(nèi)吸收的氮磷等營(yíng)養(yǎng)元素再次進(jìn)入水體，需進(jìn)行作物收割處理。隨著氣溫降低，濕地系統(tǒng)中微生物的代謝作用減弱，因此在秋季通過增加植物根際優(yōu)勢(shì)微生物的數(shù)量，強(qiáng)化植物和微生物對(duì)目標(biāo)污染物的協(xié)同去除作用，是一條經(jīng)濟(jì)、高效的污染治理新技術(shù)。對(duì)于經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱的農(nóng)村來說，采用生物技術(shù)強(qiáng)化人工濕地來增強(qiáng)污染治理力度，是提高氮磷去除率、節(jié)省治污成本的最佳途徑。直接增加根際微生物的數(shù)量已經(jīng)成為提高濕地處理效果的發(fā)展趨勢(shì)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供了一種污水處理人工濕地系統(tǒng)。所述的人工濕地通過投加反硝化聚磷菌，能夠使農(nóng)村生活污水經(jīng)人工濕地處理的出水的C0D、氨氮和總磷的含量指標(biāo)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002) —級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)用新型提供了一種人工濕地，所述的人工濕地選用頁巖和陶粒來構(gòu)建濕地基
質(zhì)層。頁巖是人工濕地技術(shù)中應(yīng)用比較成熟的濕地填料，在有機(jī)物、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素的去除方面效果較好。陶粒以頁巖、粘土等惰性物質(zhì)為主要原料并附加少量金屬氧化物高溫焙燒而成。其成份主要以無機(jī)非金屬物質(zhì)為主。粒徑為3-5 mm的陶粒對(duì)微生物具有良好的固定作用，同時(shí)對(duì)磷元素具有很好的吸附作用。較好的是，本實(shí)用新型中，所述污水處理人工濕地系統(tǒng)的構(gòu)成單元結(jié)構(gòu)自下而上依次為碎石層(厚度為150 -180mm)、防滲層(防滲膜)、組合填料層(厚度為600-700 mm)、陶粒層(厚度為150 -180mm)、表面熟土層(厚度為100-150 mm)。較好的是，在本實(shí)用新型中，所述人工濕地長(zhǎng)4 m，寬I m，深L 3 m。較好的是，在本實(shí)用新型中，所述的碎石粒徑范圍為30-100_，組合填料層由粒徑不等的頁巖組成，粒徑范圍為5-30 mm,陶粒粒徑范圍為3-5 mm。較好的是，在本實(shí)用新型中，人工濕地植物采用蘆葦濕地植物進(jìn)行種植，蘆葦根系發(fā)達(dá)，分蘗生長(zhǎng)，耐鹽堿、水質(zhì)凈化能力強(qiáng)。實(shí)用新型人工濕地用于農(nóng)村生活污水回用處理的具體步驟如下( I) 先將生活污水經(jīng)中水站處理，處理后的二級(jí)出水進(jìn)入潛流人工濕地。(2) 將培養(yǎng)活化的反硝化聚磷菌菌液投加到蘆葦人工濕地系統(tǒng)中，繼續(xù)對(duì)二級(jí)出水進(jìn)行進(jìn)一步處理，去除C0D、N、P等污染物；(3) 污水在潛流人工濕地內(nèi)的水力停留時(shí)間為7-9 d。放出上述在潛流人工濕地內(nèi)停留7 d的潛流污水，所述污水水體中的有機(jī)物、氮、磷等污染物含量指標(biāo)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002) —級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)本實(shí)用新型的上述步驟，利用微生物對(duì)濕地的強(qiáng)化作用，通過填料、植物和微生物之間的相互作用，經(jīng)吸附、離子交換、植物吸收和微生物降解等過程，降低水體中的有機(jī)物、氮、磷等污染物的含量，使cod、nh3-n、p含量指標(biāo)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002) 一級(jí) B 標(biāo)準(zhǔn)。本實(shí)用新型具有的有益效果(I)本實(shí)用新型基建費(fèi)用低，運(yùn)行管理方便，處理成本低，噸水處理費(fèi)為O. 23-0. 29元，可以大幅度節(jié)省投資；(2)本實(shí)用新型選用3-5 _陶粒作為人工濕地新型填料，填充于土壤層下方，與植物根系密切接觸，有利于更好的固定根際微生物，使微生物更好的發(fā)揮作用。濕地填充基質(zhì)的粒徑，由下到上依次減小，有助于微生物在濕地上層小粒徑填料中形成生物膜，豐富的微生物有助于更好的去除污水的氮磷。(3)本實(shí)用新型中選用根際微生物豐富的蘆葦作為濕地植物，對(duì)有機(jī)物、氮、磷去除效果良好。(4)本實(shí)用新型中通過投加反硝化聚磷菌加強(qiáng)了微生物對(duì)濕地的強(qiáng)化作用，有效提高了污水中氮磷素的去除效率。(5)本實(shí)用新型中的污水處理效果較好，能使農(nóng)村生活污水經(jīng)人工濕地處理的出水的C0D、氨氮和總磷的含量指標(biāo)達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)。

圖I為本實(shí)用新型人工濕地現(xiàn)場(chǎng)布置平面圖。圖2為本實(shí)用新型一種以頁巖和頁巖陶粒為基質(zhì)填料的人工濕地內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。 圖3為本實(shí)用新型加菌強(qiáng)化蘆葦人工濕地對(duì)COD的處理效果圖。圖4為本實(shí)用新型加菌強(qiáng)化蘆葦人工濕地對(duì)氨氮的處理效果圖。圖5為本實(shí)用新型加菌強(qiáng)化蘆葦人工濕地對(duì)硝態(tài)氮和亞硝態(tài)氮的處理效果圖。圖6為本實(shí)用新型加菌強(qiáng)化蘆葦人工濕地對(duì)總氮的處理效果圖。圖7為本實(shí)用新型加菌強(qiáng)化蘆葦人工濕地對(duì)總磷的處理效果圖。其中，I.碎石層，2.防滲層，3.組合填料層，4.陶粒層，5.表面熟土層。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明。實(shí)施例用于說明本實(shí)用新型內(nèi)容，而不是限定本實(shí)用新型內(nèi)容。實(shí)施例I如圖I所示，濕地系統(tǒng)總占地約100 m2，由8個(gè)面積大小相同的單池組成。單池長(zhǎng)
4m，寬I m，深I(lǐng). 5 m。單池的蓄水量約為1000 L。池中每隔一米設(shè)有垂直高度間隔15 cm的5個(gè)出水孔，便于取樣檢測(cè)。濕地通過末端底部設(shè)置出水孔，池外連接上部開口、高I. 3 m的出水管來控制濕地最高水位。如圖2所示，自下而上依次為碎石層I (厚度為150 -180mm)、防滲層2 (防滲膜)、組合填料層3 (厚度為600-700 mm)、陶粒層4 (厚度為150 _180mm)、表面熟土層5。濕地底部為粒徑大于3 cm的頁巖,距底部O. 15 m到O. 6 m為粒徑3 cm左右的頁巖,0.6 m到O. 75 m處粒徑為3-5 mm的陶粒；表層10 cm為細(xì)土層。濕地植物采用根際微生物豐富的蘆葦進(jìn)行分池種植。中水站二級(jí)出水首先進(jìn)入配水箱，然后由配水箱分別向八個(gè)人工濕地進(jìn)行均勻布水。處理后的出水經(jīng)收集后直接外排。八個(gè)單池既可獨(dú)立運(yùn)行，互不干擾，又可同時(shí)運(yùn)行，共同發(fā)揮作用。且各池中都安裝有曝氣閥，可以實(shí)現(xiàn)單獨(dú)曝氣，運(yùn)行簡(jiǎn)易，方便。實(shí)施例2秋季對(duì)蘆葦濕地進(jìn)行生物強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)。在啟動(dòng)運(yùn)行期，將培養(yǎng)的反硝化細(xì)菌的菌液(OD600=L O)按5%的比例投加于人工濕地中，取水力停留時(shí)間7 d。在運(yùn)行過程中，污水在潛流人工濕地內(nèi)停留10 d,濕地內(nèi)的填料、植物和微生物之間相互作用，通過填料、植物和微生物之間的相互作用，經(jīng)吸附、離子交換、植物吸收和微生物降解等過程，降低水體中的有機(jī)物、氮、磷等污染物的含量，使COD、NH3-N, P含量達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002) 一級(jí) B 標(biāo)準(zhǔn)。具體處理效果見圖3、圖4、圖5、圖6、圖7。強(qiáng)化蘆葦濕地對(duì)COD的去除效果明顯(見圖3)，第7天時(shí)則降至60 mg/L以下，COD去除率為83. 4%，比對(duì)照組提高了 12. 6%。圖
5顯示，實(shí)驗(yàn)過程中蘆葦加菌強(qiáng)化濕地中NH3-N濃度呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)，與對(duì)照組相比具有更優(yōu)的去除效果。NH3-N濃度7天時(shí)降至7. 7 mg/L，達(dá)到水質(zhì)排放標(biāo)準(zhǔn)(NH3-N〈8 mg/L),NH3-N的去除主要在前7天內(nèi)，去除率達(dá)到81%。而對(duì)照組NH3-N為28. 6 mg/L未達(dá)標(biāo)。圖6中，由于反硝化細(xì)菌的作用，蘆葦濕地加菌強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)時(shí)在初始階段均出現(xiàn)N03_-N濃度先升高后降低，與同期的對(duì)照組相比均具有較好的N03_-N去除效果。濕地中的反硝化細(xì)菌在N的轉(zhuǎn)化中起了關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用，使得Ν02_-Ν濃度保持在較低范圍內(nèi)(見圖6)，保證了濕地系統(tǒng)正常運(yùn)行，免于Ν02_-Ν的毒害作用。通過生物強(qiáng)化作用，人工濕地對(duì)TN的去除效果要明顯好于對(duì)照實(shí)驗(yàn)組(見圖4)。圖7顯示，加菌強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組TP濃度降低趨勢(shì)相似，由于初始進(jìn)水濃度較低，約為O. 7 mg/L，加菌強(qiáng)化對(duì)P的去除作用不明顯。水力停留時(shí)間7·天時(shí)，P濃度達(dá)標(biāo)(P〈0. 5 mg/L)。本實(shí)用新型基建費(fèi)用省，運(yùn)行過程中無需曝氣，即能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，可以有效節(jié)省工藝運(yùn)行成本，維護(hù)簡(jiǎn)單，噸水處理費(fèi)為O. 23-0. 29元。通過投加反硝化細(xì)菌對(duì)秋季人工濕地進(jìn)行生物強(qiáng)化，水力停留時(shí)間7 d時(shí)，C0D、氨氮和總磷的去除效果顯著，處理后的廢水達(dá)到《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB18918-2002) —級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)，有效改善人工濕地系統(tǒng)占地面積大，水力停留時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)，具有良好的社會(huì)環(huán)境經(jīng)濟(jì)效益。
權(quán)利要求1.一種污水處理人工濕地系統(tǒng)，其特征是，所述的人工濕地的組成自下而上依次為碎石層、防滲層、組合填料層、陶粒層、表面熟土層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種污水處理人工濕地系統(tǒng)，其特征是，所述的碎石層碎石粒徑范圍為30-100mm，所述的防滲層為一層防滲膜，組合填料層由粒徑不等的頁巖組成，粒徑范圍為5-30 mm，陶粒層陶粒粒徑范圍為3-5 mm。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種污水處理人工濕地系統(tǒng)，其特征是，碎石層厚度為·150-180 mm，組合填料層厚度為600-700 mm，陶粒層厚度為150-180 mm，表面熟土層厚度為·100 -150mm。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種污水處理人工濕地系統(tǒng)，所述的人工濕地的組成自下而上依次為碎石層、防滲層、組合填料層、陶粒層、表面熟土層。人工濕地植物采用蘆葦濕地植物進(jìn)行種植。本實(shí)用新型選用3-5mm陶粒作為人工濕地新型填料，填充于土壤層下方，與植物根系密切接觸，有利于更好的固定根際微生物，使微生物更好的發(fā)揮作用。濕地填充基質(zhì)的粒徑，由下到上依次減小，有助于微生物在濕地上層小粒徑填料中形成生物膜，豐富的微生物有助于更好的去除污水的氮磷。
文檔編號(hào)C02F3/32GK202729889SQ20122037567
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年7月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月31日
發(fā)明者裴海燕, 胡文容, 邵媛媛, 孟盼盼, 李政 申請(qǐng)人:山東大學(xué)