專利名稱：一種用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及污水處理技術領域，特別是用于小規(guī)模孤立污染點源的工業(yè)廢水處理的一 種用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)。
背景技術：
目前在污水處理中廣泛采用人工濕地的方法來進行，人工濕地具有低投資、出水水質 好、抗沖擊力強、操作簡單、建造和運行費用低、維護方便、可使污水處理與環(huán)境生態(tài)建 設有機結合、在處理污水同時創(chuàng)造生態(tài)景觀等特點。現(xiàn)有的人工濕地的方法來對污水進行 處理還停留在處理小規(guī)模的生活污水上，而對于污染量大，成分復雜，廢水中含有致命的 重金屬，嚴重危害到人類的生命安全的工業(yè)廢水，尤其是一些孤立點源的工業(yè)廢水沒有切 實可行的處理工藝。人工濕地根據(jù)系統(tǒng)布水方式以及水在濕地系統(tǒng)中流動方式的不同可以 分為表面流人工濕地、水平潛流人工濕地以及垂直流人工濕地，使用中現(xiàn)有的人工濕地存 在著占地面積大、易堵塞、水力負荷和污染負荷較低、基質成分單一和植物種類偏少、系 統(tǒng)運行壽命較短和冬季運行效果差的不足之處。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的在污水處理中所采用的人工濕地所存在的占地面積大、 易堵塞、水力負荷和污染負荷較低、基質成分單一和植物種類偏少、系統(tǒng)運行壽命較短和 冬季運行效果差的不足之處，提供一種占地面積小、經濟投入少、運行成本較低、不易堵 塞、水力負荷和污染負荷高、運行穩(wěn)定、運行壽命較長、冬季保溫性能高、處理效果好的 用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)。
本發(fā)明一種污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)所采用的技術方案是污水處理的人工 濕地是采用垂直流人工濕地和水平潛流人工濕地立體組合結構，并按不同方向填充基質構 成一種污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)；該立體型人工濕地系統(tǒng)包括高位集水箱、多孔濾 水垂直流人工濕地床、 一級調節(jié)池、跌水槽、格柵池、二級調節(jié)池、水平潛流人工濕地床、 集水池，其中，由一級調節(jié)池和格柵池組成預處理單元，預處理單元建在地表， 一級調節(jié) 池與格柵池之間串聯(lián)在一起，格柵池上的進水口與污水管相接， 一級調節(jié)池上的出水口與 水泵上的進水口相接；跌水槽架空于預處理單元上并朝二級調節(jié)池傾斜；由多孔濾水垂直 流人工濕地床和水平潛流人工濕地床組成組合濕地單元，在組合濕地單元內種植水生或陸 生植物，在多孔濾水垂直流人工濕地床的床底設有多孔濾水板，多孔濾水垂直流人工濕地 床設在跌水槽上方；高位集水箱置于多孔濾水垂直流人工濕地床的上方，高位集水箱進水 口與水泵之間通過總進水管相連接，高位集水箱出水口與布水主管連接，在布水主管上接 有布水支管；二級調節(jié)池與跌水槽落水口連接，二級調節(jié)池與水平潛流人工濕地床通過進
水管連接在一起，水平潛流人工濕地床與集水池通過出水管連接在一起，在集水池上設有 總出水管。
所述跌水槽的坡度為4%-8%。
所述組合濕地單元床體可采用玻璃鋼材料制作。
所述多孔濾水板上的出水孔為均勻分布，出水孔的孔徑為3 5cm，在多孔濾水板上設 有過濾網。
所述組合濕地單元中的多孔濾水垂直流人工濕地床體內自下而上設置礫石層、基質層、 沙土覆蓋層，在礫石層中每隔8 12cm厚設置一塊細孔板，細孔板上的孔徑為2 3cm，在 細孔板上設有過濾網，水平潛流人工濕地床按進水至出水方向分別為礫石配水區(qū)、基質區(qū)、 礫石集水區(qū)，兩種濕地基質種類相同，填充方向分別為垂直方向和水平方向。
所述多孔濾水垂直流人工濕地床、水平潛流人工濕地床按照污水的污染種類和污染負 荷可選擇沸石、石灰石、石英砂、高爐渣、鋼渣、煤渣、草炭、粉煤灰、頁巖中的任兩種 或兩種以上基質組合填充，基質粒徑為0. 2-10cm，多孔濾水垂直流人工濕地床基質粒徑自 下而上逐漸減少，水平潛流人工濕地床基質粒徑自進水口至出水口逐漸增大。
所述組合濕地單元內所種植水生或陸生植物為花葉美人蕉、水葫蘆、水芹菜、黃菖蒲、 梭魚草、千屈菜、石菖蒲、燈心草、睡蓮、香蒲、薦草、蘆葦、水稻、水蔥、荇菜、莎草 等兩種或兩種以上按季節(jié)及人工濕地類型不同組合。
所述細孔板可采用玻璃鋼材料制成。
本發(fā)明中，多孔濾水垂直流人工濕地床采用垂直方向組合基質，水平潛流人工濕地床 采用在水平方向組合基質的方法，兩種濕地基質種類多樣并且相同。因為污水的污染種類 等相差較大，沒有一種基質能夠有效解決所有污水污染物，此種變方向填充基質的方法可 利用各礦物成分對特定污染物的去除效果，由不同的材料沿垂直、水平方向濾過，發(fā)揮它 們的綜合作用，更廣泛地去除污染物質。例如，沸石可用來去除懸浮物、藻類等，降低出 水濁度，也可去除廢水中有機污染物、處理放射性廢水及重金屬離子；煤渣可用來吸附截 留廢水中的較大分子量的有機污染物和降低廢水的COD;石灰石因含有大量的鈣離子，能 與磷反應生成沉淀，故石灰石可用來去除污水中的磷。
本發(fā)明中，基質粒徑為0.2 10cm。多孔濾水垂直流人工濕地床基質層粒徑為 0. 5-10cm，下層礫石層由下而上分布粒徑3-5cm的大礫石和粒徑l-2cm的小礫石各5-lOcm; 水平潛流人工濕地床基質區(qū)粒徑為0.2-8cm，由出水到進水逐漸增大，礫石配水區(qū)和礫石 集水區(qū)的礫石粒徑為6-10cm，分布于整個床寬，粒徑逐漸增大可構成許多大空隙單元，顯 著提高水力傳導性能，減少基質的封閉性，增強基質的疏松度從而使得濕地的水力傳導性 和通氣狀況得到加強和維持，確保立體型人工濕地系統(tǒng)的持續(xù)運行與處理效果。
本發(fā)明中，組合濕地單元中高效植物的選擇根據(jù)目的污染物種類確定。多孔濾水垂直 流人工濕地床作為人工濕地復合系統(tǒng)中的一級濕地床，選用當?shù)鼗虮镜貐^(qū)天然濕地中存在 的能適應惡劣環(huán)境、具較強的耐污染能力的水生植物或陸生植物，例如在江浙地區(qū)可選用 睡蓮、水稻、水芹菜、水葫蘆、燈心草等，吸收積累水體中的大部分重金屬元素，阻滯水 中漂浮物，吸附水中懸浮顆粒；水平潛流人工濕地床是復合系統(tǒng)凈化污水最主要的區(qū)域，
選用黃菖蒲、花葉美人蕉、蘆葦、千屈菜、梭魚草等根系發(fā)達、生長量大、吸收氮和磷比 較豐富的水生或陸生植物，沉降懸浮顆粒、溶解營養(yǎng)物質和吸收水體殘余重金屬。
本發(fā)明中，選擇合適的水位來滿足不同植物的生長，最適水位為高出沙土覆蓋層 30-60cm。水位梯度是濕地中一個重要的環(huán)境梯度，不同植物適應不同的水位范圍，如黃 菖蒲的最適水位生長范圍為10-20cm，水蔥為30-40cm，蘆葦為30-50cm，睡蓮為30-60cm， 水葫蘆為60-100cm，薦草為60-120cm。
本發(fā)明中，人工濕地的深度按水生植物根系自然擴展的深度來設計，為0.2-0.8米。 如簾草深度為0. 6-0, 76m;蘆葦深度為0. 6-0. 7m;燈心草深度為0. 45-0. 6m;香蒲、燈心 草深度為0. 2-0. 6m。
本發(fā)明中，濕地栽種的植物釆用密植方式以提高處理效果，如蘆葦種植密度為6-8株 /m2，每株6-10根；花葉美人蕉種植密度為3-5株/m2，每株3-7根；黃菖蒲種植密度為15-20 株/m2;睡蓮種植密度為2-3株/m2;千屈菜種植密度為6-10株/m2 ;水蔥種植密度為30-50 株/m2;梭魚草種植密度為16-20株/1112等。
本發(fā)明中，人工濕地系統(tǒng)采用立體型設計，以使污水從多孔布水管垂直而下，經自上 而下的基質逐級處理，最后由床底多孔濾水板上出水孔直接流出，實現(xiàn)真正意義上的垂直 流，可提高污水凈化的效果。跌水槽收集垂直流人工濕地床底垂直流下的處理水，以跌水 形式自流入調節(jié)池，形成獨特的景觀。
本發(fā)明一種用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)用于污水處理時的流程是
1、 將污水經過預處理單元中的格柵池截留并去除污水中大的顆粒污染物和懸浮物；
2、 進入與格柵池串聯(lián)的一級調節(jié)池調節(jié)水量、均衡水質并調節(jié)pH值至植物生長所需
值；
3、 通過水泵將污水抽入高位集水箱由布水主管、布水支管進入多孔濾水垂直流人工 濕地床去除污水中的大部分重金屬、B0Ds、 C0D、懸浮有機污染物、氮和磷并進行硝化作用；
4、 進入底層由多層細孔過濾網過濾后通過床底多孔濾水板上出水孔垂直流入帶傾斜 下底的跌水槽與空氣中的氧氣充分接觸，完成復氧過程，有效增加多孔濾水垂直流人工濕 地床出水的含氧量和溶氧濃度，使水體自凈能力加強；
5、 通過二級調節(jié)池調節(jié)水質、水量后均勻進入具有較好的緩沖和調節(jié)能力可保證出 水穩(wěn)定的水平潛流人工濕地床去除殘余重金屬和有機物并進行反硝化作用去除氮，出水通 過床末端出水管排入集水池，經檢驗達標后排放。
本發(fā)明工藝流程采用的是三級自然落差處理，最高處標高為2. 1-3. lm，第一級人工濕 地床與第二級人工濕地床落差為0. 5-0. 7m，第二級人工濕地床與集水池落差為0. 4-0. 6m， 適當?shù)穆洳畋阌谙到y(tǒng)布水和排水。
本發(fā)明具有如下突出特點 (l)處理效率高。作為一種污水處理工藝，采用濾水板出水的多孔濾水垂直流人工濕 地床與水平潛流人工濕地床串聯(lián)組成復合人工濕地處理系統(tǒng)，主要污染物去除效率高， C0D、 SS、氨氮、總氮、總磷、重金屬都能高效去除，去污效率明顯高于傳統(tǒng)的復合人工 濕地處理系統(tǒng)。符合工業(yè)廢水和生活污水處理的要求。
6 (2) 節(jié)約用地。節(jié)約占地面積是污水處理工藝的一大發(fā)展趨勢，本發(fā)明采用立體疊加 的床體結構，預處理單元建在多孔濾水垂直流人工濕地床下方，合理地利用了空間，不需 另辟他處建預處理單元，節(jié)約工廠土地資源。
(3) 床體釆用玻璃鋼材料制作。玻璃鋼產品強度高，韌性好，重量輕，是同型號混凝 土池體重量的10%，解決了本發(fā)明立體疊加的池體結構的承重問題。同時，玻璃鋼產品具 有良好的耐腐蝕性和冬季保溫性，使用壽命長，維修費用低，能抵抗處理池內各種有機酸、 多種腐蝕氣體、有機溶劑的侵蝕，解決了混凝土表面易腐蝕，水泥池易開裂或脫落，導致 漏水和冬季人工濕地系統(tǒng)凍結的問題。
(4) 基建投資低、管理維護要求低。本發(fā)明所采用的設施建設取材容易，玻璃鋼處理 床與混凝土處理床造價接近，都相對比較低廉。多孔濾水垂直流人工濕地床底不需埋放管 道，通過多層過濾網過濾的污水直接從床底出水孔濾下，在很大程度上減少了堵塞的幾率， 同時也避免了日后維護需清理出基質再疏通管道的弊端。
(5) 處理規(guī)模根據(jù)實際需要可大可小，工藝流程簡單，施工方便。
(6) 出水水質優(yōu)于常規(guī)二級生化處理排放標準，污水水源可就地收集、就地處理和就 地利用，可作為中水回用工業(yè)、城市綠化、農業(yè)灌溉和水產養(yǎng)殖等。


圖1為立體型人工濕地系統(tǒng)結構示意圖。 圖2為圖1的俯視圖。
圖3為立體型人工濕地系統(tǒng)三維結構示意圖。
具體實施例方式
下面通過實施例詳細描述本發(fā)明。 實施例1
一種用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)用于氨基酸廢水處理。 氨基酸廢水處理前，廢水中pH為9.43， C0D為U00mg/1,氨氮為1220mg/l，懸浮物 為600mg/l。
一種用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)的結構按如下設計
預處理單元設計尺寸長X寬X高為5mX3mX0.8m，分兩部分，前一部分為格柵池 (14)，后一部分為一級調節(jié)池(6)，格柵池(14)設粗細格柵兩道，柵條間距IO咖，玻璃鋼 材質，在格柵池(14)中對懸浮物進行初級處理，在一級調節(jié)池(6)中調節(jié)水質、水量。 跌水槽(13):設計尺寸長X寬X高為5.03mX3mX0.6m，坡度6%。 多孔濾水垂直流人工濕地床(3):建立在預處理單元之上，設計尺寸長X寬X高為5m X3mXlm，水位控制在0.3ra-0.4m。其上種植預先篩選出的適應能力和去污能力較強的水 生植物如燈心草、睡蓮、石菖蒲。以沸石、石灰石為基質，基質層(7)上、下方分別為沙 土覆蓋層(5)、礫石層(9)，基質層(7)、沙土覆蓋層(5)、礫石層(9)厚度分別為30cm、 20cra、 10cm，采用表面布水主管(U)、布水支管(12)布水，底部多孔濾水板(10)出水孔(25)出水 方式。
水平潛流人工濕地床(IO):設計尺寸長X寬X高為6mX3mXlm，水位控制在 0.3m-0.5m，坡度1%?；|區(qū)(20)總長為3. 6m，分為沸石基質區(qū)、石灰石基質區(qū)。其上種 植預先篩選出的適應能力和去污能力較強并且觀賞價值高的多種水生植物如黃菖蒲、香 蒲、荇菜、千屈菜、梭魚草、莎草。
氨基酸廢水處理后的排水中pH為6.2, C0D去除率為8(m以上，氨氮去除率為90%以 上，懸浮物去除率為86%以上；日處理量在3噸以上，使氨基酸廢水處理后的排水中的各 項污染物指標達到國家地表水II類水標準。
實施例2:
一種用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)用于鍍鋅廢水處理。
鍍鋅廢水處理前，廢水中pH為3. 48，鉻為22. 77mg/l，鋅為15. 44mg/l,鐵為40. 69mg/l， 錳為20.33mg/1，懸浮物為165mg/1。
一種用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)的結構按如下設計
預處理單元設計尺寸長X寬X高為9mX2.5mX0.8m，分兩部分，前一部分為格柵池 (14)，后一部分為一級調節(jié)池(6)，格柵池(14)設粗細格柵兩道，柵條間距10mm，玻璃鋼 材質，在格柵池(14)中對懸浮物進行初級處理，在一級調節(jié)池(6)中調節(jié)水質、水量。 跌水槽(13):設計尺寸長X寬X高為9.02mX2. 5mX0. 6m,坡度4 %。 多孔濾水垂直流人工濕地(2):建立在預處理單元之上，占地面積共22.5m2，床體長 9m，寬2.5m，深1.25m，床底坡降2%。以石英砂、沸石、煤渣、石灰石為基質，基質層(7) 上、下方分別為沙土覆蓋層(5)、礫石層(9)，基質層(7)、沙土覆蓋層(5)、礫石層(9)厚 度分別為30cm、 20cm、 10cm，采用表面布水主管(ll)、布水支管(12)布水，底部多孔濾水 板(10)出水孔(25)出水方式。視當?shù)匚锓N而定，選擇根系發(fā)達，可凈化污水且有一定價值 的水生植物如水芹菜、水稻、水葫蘆。
水平潛流人工濕地床(19):占地面積25m2，長10m，寬2. 5m，深1.20m，整個床底坡 降1%，基質區(qū)(20)總長為6m，分為石英砂、沸石、煤渣、石灰石基質區(qū)。所種植物為簾 草、黃菖蒲、千屈菜、蘆葦、花葉美人蕉，根據(jù)這類植物的特性，如薦草可以調節(jié)pH，黃 菖蒲、千屈菜、蘆葦去污效果比較好，花葉美人蕉花大鮮艷可塑造景觀效果。 在用本發(fā)明進行鍍鋅廢水處理前，先用氫氧化物沉淀法進行預處理。 鍍鋅廢水處理后的排水中pH為6.8,鉻、鋅、鐵、錳重金屬去除率達到80%以上，懸 浮物去除率達到77%以上。日處理量在5噸以上，出水水質良好，能夠達到國家地表水II 類水標準。
權利要求
1、一種用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)，其特征在于污水處理的人工濕地是采用垂直流人工濕地和水平潛流人工濕地立體組合結構，并按不同方向填充基質構成一種污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)，該立體型人工濕地系統(tǒng)包括高位集水箱(1)、多孔濾水垂直流人工濕地床(3)、一級調節(jié)池(6)、跌水槽(13)、格柵池(14)、二級調節(jié)池(16)、水平潛流人工濕地床(19)、集水池(23)，其中由一級調節(jié)池(6)和格柵池(14)組成預處理單元，預處理單元建在地表，一級調節(jié)池(6)與格柵池(14)之間串聯(lián)在一起，格柵池(14)上的進水口與污水管(15)相接，一級調節(jié)池(6)上的出水口與水泵(4)上的進水口相接；跌水槽(13)架空于預處理單元上并朝二級調節(jié)池(16)傾斜；由多孔濾水垂直流人工濕地床(3)和水平潛流人工濕地床(19)組成組合濕地單元，在組合濕地單元內種植水生或陸生植物，在多孔濾水垂直流人工濕地床(3)的床底設有多孔濾水板(10)，多孔濾水垂直流人工濕地床(3)設在跌水槽(13)上方；高位集水箱(1)置于多孔濾水垂直流人工濕地床(3)的上方，高位集水箱(1)進水口與水泵(4)之間通過總進水管(2)相連接，高位集水箱(1)出水口與布水主管(11)連接，在布水主管(11)上接有布水支管(12)；二級調節(jié)池(16)與跌水槽(13)落水口連接，二級調節(jié)池(16)與水平潛流人工濕地床(19)通過進水管(17)連接在一起，水平潛流人工濕地床(19)與集水池(23)通過出水管(22)連接在一起，在集水池(23)上設有總出水管(24)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)，其特征在于 跌水槽(13)的坡度為4%-8%。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)，其特征在于所 述組合濕地單元床體采用玻璃鋼材料制作。
4、 根據(jù)權利要求l所述的一種用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)，其特征在于多 孔濾水板(10)上的出水孔(25)為均勻分布，出水孔(25)的孔徑為3 5cm，在多孔濾水板(10) 上設有過濾網。
5、 根據(jù)權利要求1所述的一種用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)，其特征在于所 述組合濕地單元中的多孔濾水垂直流人工濕地床(3)體內自下而上設置礫石層(9)、基質層(7)、沙土覆蓋層(5)，在礫石層(9)中每隔8 12cm厚設置一塊細孔板(8),細孔板(8)上 的孔徑為2 3cm，在細孔板(8)上設有過濾網，水平潛流人工濕地床(19)按進水至出水方向 分別為礫石配水區(qū)(18)、基質區(qū)(20)、礫石集水區(qū)(21)，兩種濕地基質種類相同，填充方 向分別為垂直方向和水平方向。
6、 根據(jù)權利要求1所述的一種用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)，其特征在于所 述多孔濾水垂直流人工濕地床(3)、水平潛流人工濕地床(19)按照污水的污染種類和污染負 荷可選擇沸石、石灰石、石英砂、高爐渣、鋼渣、煤渣、草炭、粉煤灰、頁巖中的任兩種 或兩種以上基質組合填充，基質粒徑為0.2-10cm，多孔濾水垂直流人工濕地床(3)基質粒徑 自下而上逐漸減少，水平潛流人工濕地床(19)基質粒徑自進水口至出水口逐漸增大。
7、 根據(jù)權利要求l所述的一種用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)，其特征在于組合濕地單元內所種水生或陸生植物為花葉美人蕉、水葫盧、水序菜、黃菖蒲、梭魚草、千屈菜、石菖蒲、燈心草、睡蓮、香蒲、薦草、蘆葦、水稻、水蔥、荇菜、莎草等兩種或兩 種以上按季節(jié)及人工濕地類型不同組合。
8、根據(jù)權利要求5所述的一種用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)，其特征在于細 孔板(8)采用玻璃鋼材料制成。
全文摘要
本發(fā)明涉及污水處理技術領域，特別是用于小規(guī)模孤立污染點源的工業(yè)廢水處理的一種用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)。本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有的在污水處理中所采用的人工濕地所存在的占地面積大、水力負荷和污染負荷較低和系統(tǒng)運行壽命較短的不足，提供一種占地面積小、水力負荷和污染負荷高、運行壽命較長的用于污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)。本發(fā)明的要點是污水處理的人工濕地是采用垂直流人工濕地和水平潛流人工濕地立體組合結構，并按不同方向填充基質構成一種污水處理的立體型人工濕地系統(tǒng)；該立體型人工濕地系統(tǒng)包括高位集水箱、多孔濾水垂直流人工濕地床、一級調節(jié)池、跌水槽、格柵池、二級調節(jié)池、水平潛流人工濕地床、集水池。
文檔編號C02F3/00GK101186382SQ20071016445
公開日2008年5月28日 申請日期2007年11月28日 優(yōu)先權日2007年11月28日
發(fā)明者鵬 劉, 張曉斌, 徐根娣, 星 李 申請人:浙江師范大學