專利名稱：：斜面潛流人工濕地水處理工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于環(huán)保
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種斜面潛流人工濕地水處理工藝。
背景技術(shù)：
：人工濕地作為一種生態(tài)水處理技術(shù)，在全球范圍內(nèi)得到廣泛認(rèn)同。以英國為例，其已在近20年的時(shí)間里建成了IOOO余個(gè)人工濕地。"十五"以來，人工濕地逐漸成為我國環(huán)?？萍碱I(lǐng)域一個(gè)新的研究熱點(diǎn)，并開始在部分農(nóng)村和偏遠(yuǎn)社區(qū)得到較大規(guī)模的應(yīng)用。實(shí)踐證明，人工濕地具有運(yùn)行費(fèi)用低、適合農(nóng)民管理、易融入農(nóng)村環(huán)境、可以分散化和小型化建設(shè)的優(yōu)點(diǎn)，十分適合于農(nóng)村或偏遠(yuǎn)社區(qū)的污水處理，在村鎮(zhèn)水污染治理領(lǐng)域具有很大的推廣潛力。目前，人工濕地在處理農(nóng)村污水(尤其是含有高濃度氨氮的化糞池排水)時(shí)仍然存在一些不足之處，脫氮效率低是其中最突出的一個(gè)方面。據(jù)報(bào)道，歐洲長期運(yùn)行的工程化人工濕地對氨氮(NH4+-N)的典型去除率區(qū)間只有3550%。如何提高人工濕地的脫氮效率，是目前人工濕地技術(shù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。1983年，德國科學(xué)家提出了人工濕地根區(qū)(rootzone)脫氮理論，這一理論認(rèn)為人工濕地植物能將光合作用產(chǎn)生的氧通過氣道輸送至根區(qū)，使根區(qū)附近出現(xiàn)好氧/缺氧微環(huán)境，從而為濕地脫氮?jiǎng)?chuàng)造條件。根區(qū)理論對于近代人工濕地技術(shù)的發(fā)展起到了十分重要的作用，但是近年來逐漸受到質(zhì)疑。越來越多的人認(rèn)為，在人工濕地凈化過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用的不是植物，而是基質(zhì)。發(fā)明人認(rèn)為，植物在脫氮過程中的貢獻(xiàn)是由植物的生理極限和濕地承受的污染負(fù)荷共同決定的。近幾年，為了降低工程投資，人工濕地正朝著占地越來越小、污染負(fù)荷越來越高的方向發(fā)展。一旦負(fù)荷大于植物供氧和吸收營養(yǎng)物的上限值，人工濕地中起關(guān)鍵作用的凈化單元就將逐漸從植物轉(zhuǎn)向基質(zhì)。在通過強(qiáng)化基質(zhì)脫氮來提高人工濕地的脫氮效率時(shí)，人工濕地增氧、調(diào)節(jié)硝化反硝化反應(yīng)、碳源分配是最重要的三個(gè)環(huán)節(jié)。通常，垂直流濕地(VerticalFlowConstructedWetland，VF)由于大氣復(fù)氧條件好而被認(rèn)為一個(gè)硝化反應(yīng)器，水平流濕地(HorizontalFlowConstructedWetland,HF)則由于缺少氣_水界面而被認(rèn)為一個(gè)反硝化反應(yīng)器。將垂直流濕地與水平流濕地串聯(lián)起來，被證明可以取得滿意的脫氮效果。但是，由于硝化與反硝化反應(yīng)分別在兩個(gè)不同的濕地中進(jìn)行，這不僅增加了處理流程，而且增加了占地面積和基建費(fèi)用。如何能夠在不增加濕地占地的情況下，使一個(gè)濕地同時(shí)進(jìn)行硝化和反硝化反應(yīng)，同步去除MV-N和TN，就成為了一個(gè)值得研究的方向。發(fā)明人稱之為人工濕地單級脫氮技術(shù)。發(fā)明人曾經(jīng)提出序批式人工濕地(CyclicBatchFlowConstructedWetland,CBW，ZL200510028580.6)和改進(jìn)型序批式人工濕地(ModifiedCyclicBatchFlowConstructedWetland,MCBW，ZL200510111535.7)，其以潮沙往復(fù)流為特征，通過調(diào)節(jié)運(yùn)行水位來實(shí)現(xiàn)單級脫氮。這里以改進(jìn)型序批式人工濕地為例，說明如下改進(jìn)型序批式人工濕地由濕地植物、基質(zhì)、人造樹根和控制系統(tǒng)組成，其具體步驟為周期開始時(shí)，集水管上閥門關(guān)閉，布水系統(tǒng)將污水均勻地分布在基質(zhì)水平斷面，污水向下滲流，由于基質(zhì)孔隙未被水飽和，污水在孔隙間與空氣充分接觸并與微生物、介質(zhì)和植物根系作用，介質(zhì)與根系上的微生物處于硝化環(huán)境；隨著污水不斷流入，基質(zhì)底部形成飽和浸潤面并逐漸上升，飽和浸潤面以下的基質(zhì)孔隙被污水充滿，污水缺乏與空氣接觸機(jī)會，但是繼續(xù)與微生物、介質(zhì)和植物根系發(fā)生相互作用，這部分介質(zhì)與根系上的微生物處于反硝化環(huán)境；當(dāng)飽和浸潤面上升到設(shè)定值時(shí)，集水管上的閥門開啟，基質(zhì)中的水依靠重力迅速排空，在這個(gè)過程中大氣從濕地表面孔隙進(jìn)入上層基質(zhì)并向下擴(kuò)散；當(dāng)飽和浸潤面低于人造樹根的通氣支管后，空氣通過人造樹根直接進(jìn)入底層基質(zhì)并向上擴(kuò)散；當(dāng)濕地中的水完全排空以后集水管上閥門關(guān)閉，周期結(jié)束。這種人工濕地通過時(shí)空交替的缺氧/好氧環(huán)境，提高了人工濕地的單級脫氮能力。不足之處在于，潮汐往復(fù)流的運(yùn)行條件增加了濕地的控制要求。此外，污水處理人工濕地正朝著結(jié)合綠地、景觀和園林的方向發(fā)展。然而，見諸報(bào)道的人工濕地平面都采用水平設(shè)計(jì)，形式單一，景觀上可以發(fā)揮的空間不大。針對這些不足之處，本發(fā)明提出一種斜面潛流人工濕地(Inclinedsubsurfaceflowconstructedwetland,ISF)水處理工藝，以期實(shí)現(xiàn)控制簡單的單級脫氮過程和多樣化的景觀效果。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種斜面潛流人工濕地水處理工藝。本發(fā)明提出的斜面潛流人工濕地水處理工藝，采用斜面潛流人工濕地水處理裝置，所述人工濕地水處理裝置由進(jìn)水管1、通氣管2、集水管3、防滲膜4、基質(zhì)層和植物組成，基質(zhì)層與水平面呈1040°坡度，基質(zhì)層自下而上分別為集水層5、粗砂層6、石子層7和覆土層8，基質(zhì)層上方種植植物，基質(zhì)層四周設(shè)有防滲膜4，水浸潤面9位于石子層，以水浸潤面9為界，基質(zhì)層被分成上部硝化區(qū)和下部反硝化區(qū)，硝化區(qū)和反硝化區(qū)均設(shè)有進(jìn)水管，通氣管2垂直插入硝化區(qū)，集水層5—側(cè)連接集水管3;具體步驟如下部分待處理水進(jìn)入硝化區(qū)以非飽和狀態(tài)流動，水浸潤面以上基質(zhì)層孔隙間除水流外的部分充滿空氣，有利于好氧硝化反應(yīng)進(jìn)行，水中的NH4+-N被微生物氧化為N03—-N，完成硝化反應(yīng)；之后，這部分的處理水進(jìn)入水浸潤面以下，與從反硝化區(qū)進(jìn)水管進(jìn)入的待處理水相混合，水浸潤面以下基質(zhì)層孔隙被水充滿，充氧條件差，有利于反硝化反應(yīng)進(jìn)行，反硝化區(qū)的微生物利用反硝化區(qū)進(jìn)水管的待處理水中碳源還原硝化區(qū)內(nèi)處理水中的N(V-N，N03—-N被還原為N2氣，從而實(shí)現(xiàn)一塊濕地對NH4+-N和TN的去除；硝化區(qū)和反硝化區(qū)進(jìn)水的水量分配關(guān)系為其中Q為總進(jìn)水量，x為硝化區(qū)進(jìn)水量系數(shù)，x=0.50.9，y為反硝化區(qū)進(jìn)水量系數(shù)，y=0.10.5。本發(fā)明中，基質(zhì)層沿寬度方向的斷面為四邊形，深度為0.8-1.2m，集水層5采用粒徑為2-8cm的礫石，粗砂層6采用粒徑為0.8-2mm的工程粗砂，石子層7采用粒徑為2-4cm的礫石，覆土層8由工程粗砂與原土混合而成。本發(fā)明中，所述植物可以選擇根系較發(fā)達(dá)的水生植物，如蘆葦、香蒲、美人蕉，或可以種植草皮。本發(fā)明中，以水浸潤面為界，基質(zhì)層內(nèi)包括硝化區(qū)和反硝化區(qū)兩個(gè)部分，相應(yīng)的進(jìn)水管也分成兩個(gè)區(qū)，使待處理水分別進(jìn)入硝化區(qū)和反硝化區(qū)。硝化區(qū)設(shè)置通氣管2，以補(bǔ)充好氧反應(yīng)所需要的氧氣。反硝化區(qū)設(shè)置集水管3，收集凈化水并排出濕地。本發(fā)明中，硝化區(qū)進(jìn)水管和反硝化區(qū)進(jìn)水管均沿表面以下10-20cm傾斜布置(如圖l)，或者硝化區(qū)進(jìn)水管沿表面以下10-20cm傾斜布置，反硝化區(qū)進(jìn)水管在集水管出水口以上5-15cm處水平布置(如圖2)。本發(fā)明中，通氣管2由水平支管和豎直管連接組成，水平支管位于集水管3出口以上15-35cm處水平布置，豎直管伸出基質(zhì)層外，豎直管頂部安裝有雨帽，防止雜物進(jìn)入。本發(fā)明提出的斜面潛流人工濕地水處理工藝，具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)在同一塊濕地內(nèi)進(jìn)行硝化反應(yīng)和反硝化反應(yīng)，處理污水的單級濕地脫氮率提高到50%以上；(2)凈化過程中水依靠重力流動，不需要?jiǎng)恿σ膊恍枰徽{(diào)節(jié)措施，在控制上比序批式人工濕地和改進(jìn)型序批式人工濕地更加簡單；(3)可以利用河道邊坡、山地斜坡構(gòu)建人工濕地，也可以根據(jù)不同的景觀要求，將濕地表面可以設(shè)計(jì)成不同坡度，使?jié)竦鼐坝^更加豐富。圖1為本發(fā)明的一種結(jié)構(gòu)圖示。圖2為本發(fā)明的另一種結(jié)構(gòu)圖示。圖3為本發(fā)明的俯視圖。圖中標(biāo)號1為進(jìn)水管，2為通氣管，3為集水管，4為防滲膜，5為集水層，6為粗砂層，7為石子層，8為覆土，9為水浸潤面，e為坡度。具體實(shí)施例方式下面通過實(shí)施例進(jìn)一步描述本發(fā)明。實(shí)施例1:將本斜面潛流人工濕地處理工藝用于某村落生活污水的處理。該村化糞池排水及廚房排水經(jīng)管道被收集和輸送到該村的一條河邊，經(jīng)過折板沉淀池流入斜面潛流人工濕地，最后排入河道。斜面潛流人工濕地設(shè)計(jì)平均日處理規(guī)模8mVd。河道邊坡寬約4.5m，坡比約為l:5。利用河道邊坡構(gòu)建斜面人工濕地。斜面人工濕地的水平投影尺寸為10.5X3.8=40m、傾角e=11度，設(shè)計(jì)水力負(fù)荷為0.2m3/m2.d。濕地四周采用磚砌擋土墻，原土夯實(shí)后鋪防滲膜，然后填裝基質(zhì)和管件。基質(zhì)層深度1.2m，由下至上依次填裝石子作為集水層5(de=4-6cm)、粗砂層6(de=lmm)、小石子作為石子層(de=l-2cm)、粗砂(de=lmm)與原土混合物作為覆土層8。以斜面人工濕地的最低點(diǎn)標(biāo)高為O，集水管3出口標(biāo)高為90cm、通氣管2的水平支管標(biāo)高為1.lm，布水支管平行在濕地坡面以下15cm。運(yùn)行工況一實(shí)際運(yùn)行水力負(fù)荷0.lm3/m2.d，硝化區(qū)和反硝化區(qū)等量配水，即x=y=0.5。出水達(dá)到一級B排放標(biāo)準(zhǔn)，NH4+-N去除率達(dá)到89%，TN去除率為29%。5表1-運(yùn)行工況一時(shí)的水質(zhì)情況<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注表中單位為mg/L。運(yùn)行工況二實(shí)際運(yùn)行水力負(fù)荷0.lm3/m2.d，硝化區(qū)和反硝化區(qū)不等量配水，即x=0.74，y=0.26。出水達(dá)到一級B排放標(biāo)準(zhǔn)，NH4+-N去除率為61%，TN去除率達(dá)到52%。表2-運(yùn)行工況二時(shí)的水質(zhì)情況<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>注表中單位為mg/L。權(quán)利要求一種斜面潛流人工濕地水處理工藝，其特征在于采用斜面潛流人工濕地水處理裝置，所述斜面潛流人工濕地水處理裝置由進(jìn)水管(1)、通氣管(2)、集水管(3)、防滲膜(4)、基質(zhì)層和植物組成，基質(zhì)層與水平面呈10～40°坡度，基質(zhì)層自下而上分別為集水層(5)、粗砂層(6)、石子層(7)和覆土層(8)，基質(zhì)層上方種植植物(10)，基質(zhì)層四周設(shè)有防滲膜(4)，水浸潤面(9)位于石子層，以水浸潤面(9)為界，基質(zhì)層被分成上部硝化區(qū)和下部反硝化區(qū)，硝化區(qū)和反硝化區(qū)均設(shè)有進(jìn)水管，通氣管(2)垂直插入硝化區(qū)，集水層(5)一側(cè)連接集水管(3)；具體步驟如下部分待處理水進(jìn)入硝化區(qū)以非飽和狀態(tài)流動，水浸潤面以上基質(zhì)層孔隙間除水流外的部分充滿空氣，有利于好氧硝化反應(yīng)進(jìn)行，水中的NH4+-N被微生物氧化為NO3--N，完成硝化反應(yīng)；之后，這部分的處理水進(jìn)入水浸潤面，與從反硝化區(qū)進(jìn)水管進(jìn)入的待處理水相混合，水浸潤面以下基質(zhì)層孔隙被水充滿，充氧條件差，有利于反硝化反應(yīng)進(jìn)行，反硝化區(qū)的微生物利用反硝化區(qū)進(jìn)水管的待處理水中碳源還原硝化區(qū)內(nèi)處理水中的NO3--N，NO3--N被還原為N2氣，從而實(shí)現(xiàn)一塊濕地對NH4+-N和TN的去除；硝化區(qū)和反硝化區(qū)進(jìn)水的水量分配關(guān)系為<mfencedopen='{'close=''><mtable><mtr><mtd><mi>Q</mi><mo>=</mo><mi>xQ</mi><mo>+</mo><mi>yQ</mi></mtd></mtr><mtr><mtd><mi>x</mi><mo>+</mo><mi>y</mi><mo>=</mo><mn>1</mn></mtd></mtr></mtable></mfenced>其中Q為總進(jìn)水量，x為硝化區(qū)進(jìn)水量系數(shù)，x＝0.5～0.9，y為反硝化區(qū)進(jìn)水量系數(shù)，y＝0.1～0.5。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜面潛流人工濕地水處理工藝，其特征在于基質(zhì)層沿寬度方向的斷面為四邊形，深度為0.8-1.2m，集水層(5)采用粒徑為2-8cm的礫石，粗砂層(6)采用粒徑為0.8-2mm的工程粗砂，石子層(7)采用粒徑為2-4cm的礫石，覆土層(8)由工程粗砂與原土混合而成。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的斜面潛流人工濕地水處理工藝，其特征在于所述植物(10)采用根系較發(fā)達(dá)的水生植物或草皮。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜面潛流人工濕地水處理工藝，其特征在于硝化區(qū)進(jìn)水管和反硝化區(qū)進(jìn)水管均沿坡面以下10-20cm傾斜布置，或者硝化區(qū)進(jìn)水管沿坡面以下10-20cm傾斜布置，反硝化區(qū)進(jìn)水管在集水管出水口以上5-15cm處水平布置。5.根據(jù)權(quán)利要求l所述的斜面潛流人工濕地水處理工藝，其特征在于通氣管(2)由水平支管和豎直管連接組成，水平支管位于集水管(3)出口以上15-35cm處水平布置，豎直管伸出基質(zhì)層外，豎直管頂部安裝有雨帽。全文摘要本發(fā)明屬于環(huán)保
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種斜面潛流人工濕地水處理工藝。斜面潛流人工濕地水處理工藝由進(jìn)水管、通氣管、集水管、防滲膜、基質(zhì)層和植物組成。濕地?cái)嗝鏋樗倪呅?，分成硝化區(qū)和反硝化區(qū)，待處理水相應(yīng)地分成兩股分別進(jìn)入這兩個(gè)區(qū)。硝化區(qū)進(jìn)水完成硝化后進(jìn)入反硝化區(qū)，與反硝化區(qū)進(jìn)水混合并利用其中碳源進(jìn)行反硝化，從而實(shí)現(xiàn)對NH4+-N和TN的去除。本發(fā)明的特點(diǎn)為在同一塊濕地內(nèi)進(jìn)行硝化-反硝化反應(yīng)，處理污水的單級濕地脫氮率提高到50％以上；凈化過程中水依靠重力流動，處理過程不需動力也不需運(yùn)行維護(hù)；可以利用河道邊坡、山地斜坡建設(shè)，也可以根據(jù)不同的景觀要求，將濕地表面可以設(shè)計(jì)成不同坡度，使?jié)竦鼐坝^更加豐富。文檔編號C02F3/30GK101708897SQ20091019937公開日2010年5月19日申請日期2009年11月26日優(yōu)先權(quán)日2009年11月26日發(fā)明者徐祖信,李懷正,王晟,王欣然,金偉申請人:同濟(jì)大學(xué)