專利名稱：無(wú)堵塞高效垂直潛流人工濕地污水處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污水處理生態(tài)工程技術(shù)，屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種 無(wú)堵塞高效垂直潛流人工濕地污水處理方法。
背景技術(shù)：
人工濕地污水處理技術(shù)是20世紀(jì)70年代興起的一種污水處理生態(tài)工程 新技術(shù)，由于具有投資少、能耗低、管理方便、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，正逐漸 被應(yīng)用于廣大中小城鎮(zhèn)和鄉(xiāng)村地區(qū)的生活污水處理中。垂直下行潛流人工濕 地(Vertical Subsurface Downflow Wetlands, VSDW)作為人工濕地的一種 類型，其主要特點(diǎn)在于布水系統(tǒng)平鋪在濕地上部基質(zhì)中，把污水均布在濕 地水平斷面后，污水均勻向下流動(dòng)，在流動(dòng)過(guò)程中水質(zhì)得到凈化；集水系統(tǒng) 平鋪在濕地底部基質(zhì)中，收集均布在濕地水平斷面的污水，匯集后排出。 VSDW充分利用了濕地的空間，發(fā)揮了系統(tǒng)間的協(xié)同作用，使污水處理能力 得到了大幅度提高，且占地面積相對(duì)較小，因而逐漸成為人工濕地技術(shù)發(fā)展 的主流方向。
但在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，該類型人工濕地往往存在兩種情況(l)粗粒徑基 質(zhì)的VSDW中基質(zhì)孔隙率大，水力停留時(shí)間短，使基質(zhì)表面的微生物不能有 效的去除污染物。且由于粗粒徑基質(zhì)持水率較低，若垂直潛流人工濕地中全 部采用該類型基質(zhì)，將不能有效保證植物的存活率；(2)細(xì)粒徑基質(zhì)的VSDW 對(duì)污染物的初期處理效果較好，但隨著該類型人工濕地的長(zhǎng)期運(yùn)行，最終都 會(huì)造成基質(zhì)的堵塞，從而導(dǎo)致濕地系統(tǒng)滲透系數(shù)明顯減小，基質(zhì)表面嚴(yán)重雍 水，引發(fā)惡臭，惡化運(yùn)行環(huán)境，同時(shí)雍水還阻隔氧氣向基質(zhì)層內(nèi)擴(kuò)散，進(jìn)而 降低污染物(主要是有機(jī)物和氨氮等)的去除效果。
有研究表明，人工濕地基質(zhì)粒徑分布對(duì)孔隙大小及水容量有決定性的影 響，合理調(diào)控基質(zhì)間空隙率可以產(chǎn)生三個(gè)方面的效應(yīng)合理調(diào)節(jié)水力停留時(shí) 間，確保出水的水質(zhì)效果；提供植物根系的生長(zhǎng)有效空間，增加基質(zhì)內(nèi)充 氣，加速微生物的降解反應(yīng)；減少堵塞現(xiàn)象，延長(zhǎng)濕地系統(tǒng)的有效使用時(shí) 間。因此，VSDW工藝目前存在處理效果好但易發(fā)生堵塞、不發(fā)生堵塞但處 理效果差等問(wèn)題，其根本原因在于未能選擇良好的基質(zhì)粒徑、種類和未能合 理布置布水管。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)垂直下行潛流濕地的缺點(diǎn)，提出一種無(wú)堵塞高效 垂直潛流人工濕地污水處理方法。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明一種無(wú)堵塞高效垂直潛流人工濕地污水處理方 法，布水系統(tǒng)平鋪在濕地上部基質(zhì)中，把污水均布在濕地水平斷面后，污水 均勻向下流動(dòng)，在流動(dòng)過(guò)程中水質(zhì)得到凈化；集水系統(tǒng)平鋪在濕地底部基質(zhì) 中，收集均布在濕地水平斷面的污水，匯集后排出，采用連續(xù)、落空方式運(yùn) 行，或者，采用變水位方式運(yùn)行，其由濕地植物、布水主干管、布水支管、 細(xì)粒徑基質(zhì)、中粒徑基質(zhì)和集水管組成所述污水處理系統(tǒng)，其中
第一、布水主干管和支管位于細(xì)粒徑基質(zhì)底面下方，支管均勻的分布在
部分濕地植物中，支管下方全部采用5 10mm的中粒徑基質(zhì)； 第二、集水管位于中粒徑基質(zhì)的底部；
第三、細(xì)粒徑基質(zhì)的表面種植濕地植物，細(xì)粒徑基質(zhì)順沿布水支管方向 長(zhǎng)條形布置，污水向下沿植物根系滲流形成下滲水流，各長(zhǎng)條形細(xì)粒徑基質(zhì) 間由中粒徑基質(zhì)填充至表面齊平，中粒徑基質(zhì)的表面裸露用作大氣復(fù)氧的通 道，形成大氣復(fù)氧廊道，污水在孔隙間與通過(guò)大氣復(fù)氧廊道進(jìn)出的空氣充分 接觸，并與微生物、基質(zhì)和植物根系作用后經(jīng)由集水系統(tǒng)排出，大氣從大氣 復(fù)氧廊道表面孔隙通過(guò)擴(kuò)散和對(duì)流進(jìn)入各層基質(zhì)并向布水區(qū)中的水體擴(kuò)散， 使基質(zhì)、根系上的微生物都處于硝化環(huán)境。
在上述方案基礎(chǔ)上，所述的細(xì)粒徑基質(zhì)粒徑小于5mm，細(xì)粒徑基質(zhì)之間 的大氣復(fù)氧廊道由中粒徑基質(zhì)構(gòu)成，表面寬度為200 400mm。
所述的中粒徑基質(zhì)，粒徑范圍為5 10mm， d1Q、 d3Q、 d6o和d5()分別約 在4.00mm、 5.70mm、 7.40mm和6.80mm。
所述細(xì)粒徑基質(zhì)的厚度為100 150mm，寬度為500 1000mm。
所述的污水凈化過(guò)程在中粒徑基質(zhì)中完成，基質(zhì)中含有植物根系和微生 物，濕地的有效高度為600 800mm。
所述的布水主干管采用環(huán)狀方式布置，布水支干管位于細(xì)粒徑基質(zhì)底部 正下方。
所述濕地植物1旱生或水生植物，包括金雞菊、草皮、香蒲、蘆葦、 美人蕉、香根草、燈芯草、旱傘草和蘆竹之一種或幾種組合。
所述細(xì)粒徑基質(zhì)為中粒徑基質(zhì)表面的覆蓋層，覆蓋層采用土壤、砂土混 合物或礫石與土壤混合物。
所述的中粒徑基質(zhì)為單粒徑的高爐渣、礫(碎)石或煤灰渣等一種組成。
本發(fā)明原理是，由布水系統(tǒng)、濕地植物、基質(zhì)和集水系統(tǒng)組成污處理系 統(tǒng)，采取連續(xù)進(jìn)水、落空或變水位方式運(yùn)行，其污水處理的基本過(guò)程為布 水系統(tǒng)通過(guò)主干管配水支管將污水連續(xù)均勻地分布在部分基質(zhì)水平斷面，污 水向下滲流，由于基質(zhì)孔隙未被水充滿，污水在孔隙間與通過(guò)大氣復(fù)氧廊道 進(jìn)出的空氣充分接觸，并與微生物、基質(zhì)和植物根系作用后經(jīng)由集水系統(tǒng)排 出。在水流流動(dòng)的過(guò)程中，大氣從大氣復(fù)氧廊道表面孔隙通過(guò)擴(kuò)散和對(duì)流進(jìn) 入各層基質(zhì)并向布水區(qū)中的水體擴(kuò)散，使基質(zhì)、根系上的微生物都處于硝化 環(huán)境；布水支管下方全部采用5 10mm的中粒徑基質(zhì)，可有效保證人工濕 地在高水力負(fù)荷條件下運(yùn)行不會(huì)發(fā)生堵塞現(xiàn)象。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下
1、濕地中整個(gè)布水區(qū)全部采用5 10mm粒徑的基質(zhì)，在運(yùn)行過(guò)程中不 會(huì)發(fā)生人工濕地堵塞現(xiàn)象；
2、 通過(guò)中粒徑基質(zhì)大氣復(fù)氧廊道提高大氣復(fù)氧強(qiáng)度，增加了基質(zhì)層內(nèi) 不同高度布水區(qū)污水的復(fù)氧能力，有效提高了濕地的氨氮和有機(jī)物去除能 力；
3、 整個(gè)濕地基本采用單一基質(zhì)，可有效減少該類型濕地的建造難度和 成本；且本發(fā)明中濕地的有效高度只有600 800mm，從而使?jié)竦卦靸r(jià)降低 20% 30%;采用高爐渣或煤灰渣作為中粒徑基質(zhì)5可有效提高濕地的磷素 去除能力。
本發(fā)明提出的無(wú)堵塞高效垂直潛流人工濕地污水處理方法NVSDW在運(yùn) 行過(guò)程中不會(huì)發(fā)生基質(zhì)堵塞、濕地表面雍水現(xiàn)象。在連續(xù)進(jìn)水、落空條件下 運(yùn)行可高效去除有機(jī)物、氨氮和總磷等污染物；若結(jié)合采用變水位方式運(yùn) 行，可進(jìn)一步有效去除總氮等污染物。本發(fā)明建造方便，成本低廉，操作管 理十分簡(jiǎn)單。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖示。 圖2為圖l之俯視圖。
圖中標(biāo)號(hào)1為濕地植物，2為進(jìn)水主干管，3為布水支干管，4為細(xì)粒 徑基質(zhì)，5為中粒徑基質(zhì)，6為出水主干管，7為通過(guò)基質(zhì)孔隙的大氣復(fù)氧，
8為下滲水流，i為大氣復(fù)氧廊道，n為布水區(qū)，m為集水區(qū)。
具體實(shí)施例方式
下面通過(guò)實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。如圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖示和圖2 為圖l之俯視圖所示
本發(fā)明提出的無(wú)堵塞高效垂直潛流人工濕地，由濕地植物1、布水主干 管2、布水支管3、細(xì)粒徑基質(zhì)4、中粒徑基質(zhì)5和集水管6組成，其中，細(xì) 粒徑基質(zhì)4順沿布水支管3方向長(zhǎng)條形布置，各長(zhǎng)條形細(xì)粒徑基質(zhì)4間由中 粒徑基質(zhì)5填充至表面齊平；布水干管2和支管3位于基質(zhì)4底面下方，集
水管6位于中粒徑基質(zhì)5的底部，細(xì)粒徑基質(zhì)4的表面種植濕地植物1，中 粒徑基質(zhì)5的表面裸露用作大氣復(fù)氧的通道。
本發(fā)明中，所述細(xì)粒徑基質(zhì)4為中粒徑基質(zhì)5表面的覆蓋層，覆蓋層采 用土壤、砂土混合物或礫石與土壤混合物。
本發(fā)明中，中粒徑基質(zhì)5為單粒徑的高爐渣、礫(碎)石或煤灰渣等一 種組成。
本實(shí)施例中無(wú)堵塞高效垂直潛流人工濕地NVSDW處理城市生活污 水，原水經(jīng)初沉池絮凝沉淀后作為濕地的進(jìn)水，其化學(xué)需氧量(COD)為 133 310mg/L，平均值為225 mg/L;氨氮(NH4+"N0為13.0 39.7mg/L，平均 值為25.0mg/L;總氮(TN)為21.7 41.6mg/L，平均值為27.1mg/L;總磷(TP) 為U7 2.66mg/L，平均值為L(zhǎng)75mg/L;懸浮固體(SS)為64 192mg/L，平 均值為113mg/L。 NVSDW表面種植戸蘋(píng)，基質(zhì)總厚度800mm，基質(zhì)采用單 一粒徑的高爐渣(5 10mm)。布水管中心標(biāo)高700mm，集水管中心標(biāo)高 50mm，細(xì)粒徑基質(zhì)寬度750mm，大氣復(fù)氧廊道寬度300mm。若采用連續(xù)進(jìn) 水、落空方式運(yùn)行，在進(jìn)水水力負(fù)荷為0.5m3/m2.d條件下，通過(guò)該NVSDW 的處理，出水中化學(xué)需氧量平均為31 mg/L，氨氮平均為0.55 mg/L，總磷平 均為0.38mg/L，總氮平均為19.6mg/L，達(dá)到GB18918-2002中一級(jí)B放標(biāo) 準(zhǔn)；若采用變水位方式運(yùn)行，可使出水總氮降低到13.5mg/L，達(dá)到 GB18918-2002中 一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1、一種無(wú)堵塞高效垂直潛流人工濕地污水處理方法，布水系統(tǒng)平鋪在濕地上部基質(zhì)中，把污水均布在濕地水平斷面后，污水均勻向下流動(dòng)，在流動(dòng)過(guò)程中水質(zhì)得到凈化；集水系統(tǒng)平鋪在濕地底部基質(zhì)中，收集均布在濕地水平斷面的污水，匯集后排出，其特征在于由濕地植物、布水主干管、布水支管、細(xì)粒徑基質(zhì)、中粒徑基質(zhì)和集水管組成所述污水處理系統(tǒng)，采用連續(xù)、落空方式運(yùn)行，或者，采用變水位方式運(yùn)行，其中，第一、布水主干管和支管位于細(xì)粒徑基質(zhì)底面下方，支管均勻的分布在部分濕地植物中，支管下方全部采用5～10mm的中粒徑基質(zhì)；第二、集水管位于中粒徑基質(zhì)的底部；第三、細(xì)粒徑基質(zhì)順沿布水支管方向長(zhǎng)條形布置，細(xì)粒徑基質(zhì)的表面種植濕地植物，污水向下沿植物根系滲流形成下滲水流，各長(zhǎng)條形細(xì)粒徑基質(zhì)間由中粒徑基質(zhì)填充至表面齊平，中粒徑基質(zhì)的表面裸露用作大氣復(fù)氧的通道，形成大氣復(fù)氧廊道，污水在孔隙間與通過(guò)大氣復(fù)氧廊道進(jìn)出的空氣充分接觸，并與微生物、基質(zhì)和植物根系作用后經(jīng)由集水系統(tǒng)排出，大氣從大氣復(fù)氧廊道表面孔隙通過(guò)擴(kuò)散和對(duì)流進(jìn)入各層基質(zhì)并向布水區(qū)中的水體擴(kuò)散，使基質(zhì)、根系上的微生物都處于硝化環(huán)境。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)堵塞高效垂直潛流人工濕地污水處理方 法，其特征在于，所述的細(xì)粒徑基質(zhì)粒徑小于5mm，細(xì)粒徑基質(zhì)之間的大氣 復(fù)氧廊道由中粒徑基質(zhì)構(gòu)成，表面寬度為200 400mm。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的無(wú)堵塞高效垂直潛流人工濕地污水處理方 法，其特征在于，所述的中粒徑基質(zhì)粒徑范圍為5 10mm。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)堵塞高效垂直潛流人工濕地污水處理方 法，其特征在于，所述細(xì)粒徑基質(zhì)的厚度為100 150mm，寬度為500 1000mm。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)堵塞高效垂直潛流人工濕地污水處理方 法，其特征在于，所述的污水凈化過(guò)程在中粒徑基質(zhì)中完成，基質(zhì)中含有植 物根系和微生物，濕地的有效高度為600 800mm。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)堵塞高效垂直潛流人工濕地污水處理方 法，其特征在于，所述的布水主干管采用環(huán)狀方式布置，布水支干管位于細(xì) 粒徑基質(zhì)底部正下方。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)堵塞高效垂直潛流人工濕地污水處理方 法，其特征在于，所述濕地植物1旱生或水生植物，包括金雞菊、草皮、 香蒲、蘆葦、美人蕉、香根草、燈芯草、旱傘草和蘆竹之一種或幾種組合。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)堵塞高效垂直潛流人工濕地污水處理方 法，其特征在于，所述細(xì)粒徑基質(zhì)為中粒徑基質(zhì)表面的覆蓋層，覆蓋層采用 土壤、砂土混合物或礫石與土壤混合物。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)堵塞高效垂直潛流人工濕地污水處理方 法，其特征在于，所述的中粒徑基質(zhì)為單粒徑的高爐渣、礫(碎)石或煤灰 渣等一種組成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無(wú)堵塞高效垂直潛流人工濕地污水處理方法。由濕地植物、布水主干管、布水支管、細(xì)粒徑基質(zhì)、中粒徑基質(zhì)和集水管組成污水處理系統(tǒng)，采取連續(xù)進(jìn)水、落空或變水位方式運(yùn)行，其中，布水主干管和支管位于細(xì)粒徑基質(zhì)底面下方，支管均勻的分布在部分濕地植物中，支管下方全部采用5～10mm的中粒徑基質(zhì)；集水管位于中粒徑基質(zhì)的底部；細(xì)粒徑基質(zhì)順沿布水支管方向長(zhǎng)條形布置，細(xì)粒徑基質(zhì)的表面種植濕地植物，污水向下沿植物根系滲流形成下滲水流，各長(zhǎng)條形細(xì)粒徑基質(zhì)間由中粒徑基質(zhì)填充至表面齊平，中粒徑基質(zhì)的表面裸露形成大氣復(fù)氧廊道，污水在孔隙間與通過(guò)大氣復(fù)氧廊道進(jìn)出的空氣充分接觸，并與微生物、基質(zhì)和植物根系作用后經(jīng)由集水系統(tǒng)排出。本發(fā)明高負(fù)荷進(jìn)水條件下不會(huì)發(fā)生濕地堵塞現(xiàn)象，高效凈化污水，建造方便，低成本廉，操作管理簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F3/32GK101177321SQ20071017058
公開(kāi)日2008年5月14日 申請(qǐng)日期2007年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月19日
發(fā)明者葉建鋒, 徐祖信, 李懷正 申請(qǐng)人:徐祖信;葉建鋒;李懷正