污水处理厂二级出水的潜流人工湿地系统及其应用

摘要

本发明公开了一种污水处理厂二级出水的潜流人工湿地系统及其应用，包括潜流人工湿地装置，潜流人工湿地装置的进水侧和出水侧分别设有过水花墙，过水花墙设有渗水孔，两侧的过水花墙之间设有湿地基质和湿地植物，潜流人工湿地装置的底部设有底部人工曝气装置；进水侧的过水花墙外部设有预曝气装置，出水侧的过水花墙外部设有集水装置；进水侧设有高位水箱，高位水箱的水平位置高于所述预曝气装置和潜流人工湿地装置，高位水箱通过进水管与所述预曝气装置连通。结构简单、低能耗、低成本、脱氮除磷效率高、占地面积小、运行管理方便、取样方便等优点。尤其适合于城镇污水处理厂二级出水的处理，也适合其他微污染水的处理。

说明书

技术领域

本发明涉及一种水处理技术，尤其涉及一种污水处理厂二级出水的潜流人工湿地系统及其应用。

背景技术

城镇污水处理厂二级处理虽然在很大程度上对污水中的各类污染物质有所削减，但出水中N、P等污染物的相对浓度依然很高，而且C/N较低。当这些污染物伴随着污水厂出水进入受纳水体后，很容易造成受纳水体的富营养化。

现有技术中，城镇污水处理厂深度处理工艺，应用广泛的主要有膜生物反应器(MBR)工艺、曝气生物滤池(BAF)工艺及CASS工艺等，存在工艺落后，基建投资大，运行成本高，处理后的水质不理想等缺点。膜生物反应器(MBR)工艺，系统需氧量大、能耗高，难生物降解物质的积累容易造成微生物的毒害和膜的污染，且膜组件价格目前比较昂贵；曝气生物滤池(BAF)工艺，系统启动速度慢，反冲洗过程中容易造成生物膜脱落，而且运行管理较复杂；CASS工艺，虽然工艺流程简单，但生物脱氮除磷效率难以提高，而且控制方式较为单一。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单、低能耗、低成本、脱氮除磷效率高、占地面积小、运行管理方便、取样方便的污水处理厂二级出水的潜流人工湿地系统。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的污水处理厂二级出水的潜流人工湿地系统，包括潜流人工湿地装置，所述潜流人工湿地装置的进水侧和出水侧分别设有过水花墙，所述过水花墙设有渗水孔，两侧的过水花墙之间设有湿地基质和湿地植物，所述潜流人工湿地装置的底部设有底部人工曝气装置；

所述进水侧的过水花墙外部设有预曝气装置，出水侧的过水花墙外部设有集水装置；

所述进水侧设有高位水箱，所述高位水箱的水平位置高于所述预曝气装置和潜流人工湿地装置，所述高位水箱通过进水管与所述预曝气装置连通。

本发明的上述的污水处理厂二级出水的潜流人工湿地系统的应用，该方法用于北方冬季污水处理，采用预曝气及湿地底部间歇曝气实现脱氮除磷。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的污水处理厂二级出水的潜流人工湿地系统及其应用，由于其采用了预曝气及人工曝气装置，其对所述污水的处理效果，特别是北方冬季处理效果显著提高，避免了传统人工湿地中出现的冬季处理效果不明显的缺点；其次，由于其结构简单及一体式设计，因此其运行管理方便且占地面积小，避免了传统人工湿地占地面积比较大的缺点。能在较长时间内处理效果良好，因此其污染物去除效率高，并能在一定程度上缓解了湿地堵塞问题。尤其适合于城镇污水处理厂二级出水的处理，也适合其他微污染水的处理。

附图说明

图1为本发明的潜流人工湿地系统的结构示意图；

图2为图1的俯视图。

具体实施方式

本发明的污水处理厂二级出水的潜流人工湿地系统，其较佳的具体实施方式如图1、图2所示：

包括潜流人工湿地装置，所述潜流人工湿地装置的进水侧和出水侧分别设有过水花墙，所述过水花墙设有渗水孔，两侧的过水花墙之间设有湿地基质和湿地植物，所述潜流人工湿地装置的底部设有底部人工曝气装置；

所述进水侧的过水花墙外部设有预曝气装置，出水侧的过水花墙外部设有集水装置；

所述进水侧设有高位水箱，所述高位水箱的水平位置高于所述预曝气装置和潜流人工湿地装置，所述高位水箱通过进水管与所述预曝气装置连通。

所述的预曝气装置为箱体结构，在装置底部设置有曝气管，所述曝气管连接有曝气机，所述预曝气装置与潜流人工湿地装置的体积比为1/12-1/8。

所述过水花墙为两个穿孔板之间填充有砾石填充物的实体结构。

所述底部人工曝气装置包括一组平行的间隔曝气管，所述曝气管连接有曝气机。

所述湿地基质的下层为3-8cm粒径的砾石层；中间层为1-5mm粒径的滤料基质，包括火山岩、石灰石、粉煤灰、沸石中的一种或多种；最上层为当地粘土。

所述湿地植物包括芦苇、香蒲、美人蕉、黄花鸢尾中的一种或多种。

所述湿地植物的的种植密度为15-20株/m²

所述集水装置包括集水箱，所述集水箱在不同高度设有多个取样阀门，所述集水装置与潜流人工湿地装置的体积比为1/12-1/10。

本发明的上述的污水处理厂二级出水的潜流人工湿地系统的应用，该方法用于北方冬季污水处理，采用预曝气及湿地底部间歇曝气实现脱氮除磷。

系统的进水负荷为0.6-1.2m³/(m²·d)。

本发明也可以用于其它地区和季节的污水处理。

本发明的潜流人工湿地系统，污水在经过预曝气后，再经过潜流人工湿地，能得到达到《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》III类标准的清水。结构简单、低能耗、低成本、脱氮除磷效率高、占地面积小、运行管理方便、取样方便，主要用于处理城镇污水处理厂二级出水。

具体实施例：

如图1、图2所示，本发明的潜流人工湿地系统，是让污水在经过预曝气后，再经过潜流人工湿地，在进水负荷为0.6-1.2m³/(m²·d)范围内，得到达到《地表水环境质量标准(GB3838-2002)》III类标准的清水。

本发明的预曝气装置是一个箱体结构，在箱体的底部设置有一个连接曝气机的曝气管，曝气管上均匀地打有直径相同的小孔。预曝气装置与潜流人工湿地装置的体积比为1/12-1/8，圆管内径8-12mm，圆管上小孔孔径为2-4mm。根据需要，曝气机可以选择适合的型号。

本发明的潜流湿地装置与预曝气装置为一体式结构，且在湿地内部填充有不同粒径、不同厚度的各种滤料基质，如砾石、火山岩、石灰石、粉煤灰、沸石及粘土等。底部为砾石层，最上层为粘土层。

本发明中，基质粒径为0.2-8cm。下层砾石层填充有粒径为3-8cm；根据需要，中间层填充有粒径为1-5mm的滤料基质，包括火山岩、石灰石、粉煤灰、沸石等，并根据具体情况进行混合填充或正反粒径填铺；最上层填充当地粘土。

本发明中，芦苇、香蒲、美人蕉、黄花鸢尾等适合北方地区的湿地植物被应用于该湿地中。湿地栽种的植物采用密植方式以提高处理效果，几种植物的种植密度为15-20株/m2。根据需要，也可以选择其它的种植密度。

本发明中，在湿地箱体的侧面设有水及滤料取样孔，分别在不同滤料过水面积及滤床深度取样，分析其处理效果。取水孔孔径为8-12mm，并连接有长圆管，管上打有直径为2-4mm的小孔。滤料取样孔孔径为40-60mm。

本发明中，在箱体结构底部设有人工曝气装置，其作用在于湿地充氧及在冬季用于湿地装置保温。根据需要，在箱体底部设置一套曝气系统，其曝气装置中具体参数与预曝气装置基本相同。

本发明中，在湿地出水口位置设置有集水装置，并根据湿地深度，设置不同水位条件下的取样阀门。集水装置与潜流人工湿地装置的体积比为1/12-1/10。

该发明的较佳具体实施方式是，城镇污水处理厂二级出水，通过高位水箱自流进入预曝气系统装置，经一定时间的预曝气，然后进入潜流人工湿地装置，在湿地内经过基质的吸附作用，基质及植物根系表面的微生物作用等一系列复杂的物理、化学作用，能够有效地去除所述污水中的主要污染物，其中，对总氮和总磷的去除效果明显，特别是在较高水力负荷0.6-1.2m³/(m²·d)时，依然对污水处理效果良好。

北方冬季湿地的运行处理效果一直是人工湿地研究的重点，该发明在湿地的底部设置了曝气管，既能保证湿地内一定的溶解氧浓度，又能通过冬季曝气起到一定的保温作用，提高出水中的污染物去除效果。该发明充分考虑了所需取样的位置及方式，并进行了优化设计，使取样点精确而且方便。该发明实现了对城镇污水处理厂二级出水中氨氮、总氮、总磷、COD等主要污染物的较佳处理效果。

本发明具有以下优点和积极意义：

(1)充分利用人工湿地预曝气装置，提高所要处理污水中的溶解氧，为潜流人工湿地提供较佳的污染物去除生境，从而大大提高湿地的脱氮除磷效果。

(2)通过湿地底部的人工曝气系统，使人工湿地在北方的冬季运行方面取得了一定的突破，使人工湿地在冬季对主要污染物的去除仍能达到较佳的效果。

(3)该发明采用了一体式结构设计，缩小了占地面积，从而节约了成本。

(4)运行管理方便，无需人员维护。

具体实验例：

以北方某城镇污水处理厂二级出水为原水，原水中COD_cr58.9～79.6mg/l NH₃-N 1.2～6.8mg/l，TN 3.2～12.5mg/l，TP1.3～5.7mg/l，经本发明处理，水力负荷为0.8m³/(m²·d)时，出水COD_cr小于20mg/l，NH₃-N小于1.0mg/l，TN小于1.0mg/l，TP小于0.2mg/l。经过长时间运行(六个月以上)，出水水质稳定。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。