專利名稱：多級復合藕聯(lián)人工濕地系統(tǒng)及其應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于污水處理技術領域，具體涉及一種多級復合藕聯(lián)人工濕地系統(tǒng)及其應用。
背景技術：
經專利及文獻檢索，目前人工濕地處理污水大都局限于單一的濕地類型。中國科學院水生生物研究所發(fā)明的復合垂直流人工濕地增氧系統(tǒng)(專利號200810197811)，其特征是利用在底部設置排空管，以最優(yōu)化增氧條件間歇曝氣來提高脫氮效果，并利用垂直流濕地凈化污水。北京師范大學發(fā)明的分段式自由表面流人工濕地處理方法及系統(tǒng)(專利號CN200410062269.9)，將已有河道改造成分段式自由表面流人工濕地，使地表徑流通過具有不同污染物去除傾向的自由表面流人工濕地模塊，在微生物-植物-填料-水生動物的聯(lián)合作用下使污染得到凈化。但單純的表流或潛流濕地系統(tǒng)存在一些問題，表流濕地具有投資少、操作簡單、運行費用低等特點，但存在不能充分發(fā)揮基質和植物根系的作用，以及占地面積較大、水力負荷率較小、去污能力有限等缺點；潛流濕地具有對BOD、COD去除效果好、保溫性能好、處理效果受氣候影響小等優(yōu)點，但是由于自身的構造，潛流濕地存在供氧不足的缺陷，限制了脫氮效果。就潛流濕地而言，水平潛流人工濕地控制相對復雜，脫氮除磷效果不如垂直流人工濕地；而垂直潛流人工濕地硝化能力雖高于水平潛流濕地，但對有機物的去除能力不如水平潛流人工濕地。如何實現(xiàn)人工濕地污水處理系統(tǒng)的優(yōu)化配置，提高人工濕地對污水的處理效率,是工程中需要解決的問題之一。組合型濕地是一種新的人工濕地工藝，與單一類型人工濕地相比，它對污染物具有較高的去除效果。目前檢索到的專利大都是將垂直流和水平流或潛流和表流直接串聯(lián)，并沒有組合方式上的設計。如山東大學發(fā)明的潛流一表流復合型人工濕地(專利號CN101113050A)，污水先進入潛流層，由潛流層集水池到達表流層，凈化后由集水池排出。比利時路森博格基礎大學為了運用構造人工濕地提高城鎮(zhèn)污水的凈化率，將一系列不同的人工濕地床串聯(lián)形成多種污水處理系統(tǒng)。試驗結果發(fā)現(xiàn)最完善和高效率的系統(tǒng)是由3個連續(xù)的濕地床組成:第一級為水生植物濕地床，緊接著第二級為表流植物濕地床，最后第三級為垂直流濕地床。但表流型與潛流型濕地多級復合藕聯(lián)的工藝技術旨在針對不同的處理對象，采用不同組合方式、組合順序及相應的水力負荷應用于污水處理的可行性。因此，面向我國環(huán)境保護的需要，深入開展該類技術研發(fā)，以獲得更高的污水處理效率是非常必要的。

發(fā)明內容
本發(fā)明需要解決的問題 是通過優(yōu)化組合和多級處理，提高凈污效率，構建復合藕聯(lián)人工濕地系統(tǒng)及其在工業(yè)廢水、生活污水處理中的應用。本發(fā)明的技術方案是:
本發(fā)明所述多級復合藕聯(lián)人工濕地系統(tǒng)由單體濕地床子系統(tǒng)、水動力調配子系統(tǒng)和濕地藕聯(lián)子系統(tǒng)三個部分構成。
單體濕地床子系統(tǒng):單體濕地床子系統(tǒng)由床體、基質和水生植物組成，床體壁厚15cm，均由普通磚與水泥構筑而成，采用加厚聚乙烯膜作壁面防滲處理；同時為保證出水順暢，床底沿水流方向均設置0.5%的坡度；濕地床分為潛流型與表流型兩類。潛流型濕地床的長、寬、高分別為100 cm、60 cm、90 cm ;在短邊側設置兩隔板，隔板距短邊均為15 cm,進水端隔板高85 cm,底部以60 cm寬X 15 cm高的矩形開口與基質相通，出水端隔板高75 cm ;布水管方向與床體寬度方向一致，采用5 cm 口徑的PVC管，長度60cm,布水管兩端封閉,布水管自起始端向末端每隔5 cm開有直徑為2 cm的布水圓孔，共8個布水圓孔，兩端布水圓孔距離布水管兩端各4.5 cm;布水管的進水孔直徑5 cm，上邊距離濕地床外壁頂端5 cm，位于濕地床寬壁的中上部，距離寬壁垂直邊各27.5 cm ;水流經進水孔、布水圓孔進入床體的布水區(qū)，由底部矩形開口進入濕地，經基質和植物共同作用后由表層漫出，并經出水隔板流入床體的集水區(qū)，再經出水孔流出；出水口直徑5cm，距離濕地床底部和靠近一側的床壁邊均為5 cm ;見圖1。表流型濕地床的長、寬、高分別為100 cm、60 cm、90 cm ;為與潛流型濕地床污水處理效果做比較，表流型濕地床內也設置兩隔板，兩隔板距最近側面均為15 cm;布水管沿床體長度方向延伸45 cm,布水管的進水孔上邊距離濕地床外壁頂端5 cm,布水管采用5 cm 口徑的PVC管，位于濕地床寬壁的中上部，距離寬壁垂直邊各27.5 cm ;布水管一端與進水孔連接，末端封閉，從進水隔板開始向末端每隔4 cm開有直徑為2 cm的布水圓孔共5個，保證系統(tǒng)的均勻布水；水流由表面進入濕地，一部分由表面漫出，一部分自上而下由距離濕地床底部35 cm的出水小孔流出，出水小孔孔徑為2 cm,每兩個出水小孔間隔5cm,共6個,兩端出水小孔距離表流型濕地床內壁邊11.5 cm，水流經表面漫流和出水小孔進入集水區(qū)，再經出水孔流出；出水口直徑5 cm，距離濕地床底部和靠近一側的床壁邊均為5 cm;見圖2。單體濕地床中的基質層厚度為60 cm，共分3層；從下至上，第一層為礫石層，高度20 cm，粒徑5 —10 mm ;第二層為陶粒層，高度20 cm，粒徑10 —25 mm ;第三層為鵝卵石層，高度20 cm,粒徑20 — 40 mm ;見圖3。
基質表層單獨種植水蔥或鳶尾，種植密度為6株/m2。水動力調配子系統(tǒng):該系統(tǒng)由配水池、蓄水池、水泵、流量調節(jié)器、布水主管、布水支管、集水管和排水管組成。配水池和蓄水池體積相同，其長、寬、高分別為200 cm、150 cm、100 Cm，污水首先進入配水池，配水池底部高于第一級濕地床5 Cm，第一級濕地床的出水經水泵提升送入蓄水池，水泵型號BQW9-22-2.2，額定揚程22 m,額定功率2.2 kw ;蓄水池比第二級濕地系統(tǒng)高5 cm，之間通過布水主管連接，為了控制和測定進水流量，每一級濕地系統(tǒng)前，安裝含有流量控制閥和電磁流量計的流量調節(jié)器；流量控制閥通徑0.6 cm，控制流量27 L/min。電磁流量計口徑0.6 cm ;同理,每級濕地系統(tǒng)均比下一級濕地系統(tǒng)高5 cm ;第二級濕地系統(tǒng)的出水經過布水主管和布水支管分配到第三級濕地系統(tǒng)；布水主管采用5 cm口徑的PVC管，長度為100 cm，布水支管采用2 cm 口徑的PVC管，長度為50 cm，第二級濕地系統(tǒng)中相鄰兩個濕地床的布水管長度為47 cm，第三級濕地系統(tǒng)中相鄰兩個濕地床的布水管長度為96 cm;最后一級濕地系統(tǒng)中排出的水進入5 cm 口徑的集水管，集水管外接可調高度的排水管將處理后的污水收集后排出，排水管為內徑10 cm的PVC管；見圖4。濕地藕聯(lián)子系統(tǒng):該系統(tǒng)由三級六個單體濕地床、藕聯(lián)控制閥和聯(lián)通管道組成，第一級濕地單元為I個濕地床；第二級為3個濕地床；第三級2個濕地床；藕聯(lián)控制閥門口徑4P6,位于每個濕地床之前，共6個，分別為控制閥1、11、111、1￥、乂、/1，通過控制閥的開與關，實現(xiàn)濕地床的組合方式變化；聯(lián)通管道用于連接各級濕地床及水動力調配子系統(tǒng)，將其組成不同方式；包括主管與支管，主管口徑5 cm,長度100 cm,支管口徑2 cm,長度50 cm;第二級濕地系統(tǒng)中相鄰兩個濕地床的聯(lián)通管長度為47 cm，第三級濕地系統(tǒng)中相鄰兩個濕地床的聯(lián)通管長度為96 cm ;當?shù)谝患墳楸砹餍蜐竦卮?，且控制閥I開，第二級中的潛流濕地床前控制閥II開，加上第三級表流型濕地床前控制閥V開，其余濕地床前閥門II1、IV、VI關時，就形成了表流一潛流一表流型的濕地藕聯(lián)系統(tǒng)；此子系統(tǒng)以單體濕地床為對象，可變元素是濕地床類型；將這些元素通過單體濕地床前的藕聯(lián)控制閥進行需要的開和關，可以產生串聯(lián)48種、并聯(lián)5種及串并聯(lián)12種系統(tǒng)；見圖4、圖5。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比其有益效果是:
與單一的表流人工濕地或潛流人工濕地系統(tǒng)相比，本發(fā)明將兩者的優(yōu)點結合起來形成互補，對污水中脫氮效果優(yōu)于單一表流或潛流人工濕地，也改善了系統(tǒng)水流方式和處理單元工藝；而且利用潛流與表流濕地的組合，實現(xiàn)了夏季與冬季、一年生與多年生植物的搭配，從而擴大了不同季節(jié)植物種類的選擇范圍。本發(fā)明設計簡明，運行管理簡單，可單獨使用，也可根據具體污染負荷、配水條件，由多個濕地床組合成多級復合藕聯(lián)人工濕地，能夠使人工濕地優(yōu)勢互補，從而增強污水的凈化效果，對生態(tài)環(huán)境的保護有重要的實踐意義；同時，該系統(tǒng)本身可通過基質、水生植物和微生物之間的相互作用，通過一系列物理的、化學的以及生物的途徑凈化污水，提高環(huán)境承載力。從表I可以看出，3種組合方式對污水中COD都有較好的去除效果，去除率均達到85%以上，對TP的去除率達到90%以上，而串并聯(lián)組合方式對TN的去除率達68.44%，具顯著優(yōu)勢。表I不同組合方式進出水水質
權利要求
1.一種多級復合藕聯(lián)人工濕地系統(tǒng)，其特征是由以下三個部分構成: (1)單體濕地床子系統(tǒng):由床體、基質和水生植物組成；為保證出水順暢，床底沿水流方向均設置0.5%的坡度，濕地床分為潛流型與表流型兩類；潛流型濕地床的長、寬、高分別為100 cm、60 cm、90 cm,在短邊側設置兩隔板,兩隔板距短邊均為15 cm,進水端隔板高85 cm,底部以60 cm寬X 15 cm高的矩形開口與基質相通，出水端隔板高75 cm ;表流型濕地床的長、寬、高分別為100 cm、60 cm、90 cm，為與潛流型濕地床污水處理效果做比較，表流型濕地床內也設置兩隔板，兩隔板距最近側面均為15 cm ;由兩級并聯(lián)濕地床與另一級單體濕地床構成串聯(lián)組合；濕地基質共分3層，從下至上，第一層為礫石層，第二層為陶粒層，第三層為鵝卵石層，采用生長態(tài)勢良好的水蔥和鳶尾兩種濕地植物幼苗單獨栽種于基質上，種植密度為6株/ m2 ; (2)水動力調配子系統(tǒng):包括布水和集水系統(tǒng)；布水系統(tǒng)由配水池、蓄水池、水泵、流量調節(jié)器、布水主管和多條布水支管組成；集水系統(tǒng)由集水管和排水管組成； (3)濕地藕聯(lián)子系統(tǒng):將表流型、潛流型濕地系統(tǒng)進行藕聯(lián)，此子系統(tǒng)包括三級六個單體濕地床、藕聯(lián)控制閥和聯(lián)通管道，第一級濕地單元為I個濕地床；第二級為3個濕地床；第三級2個濕地床；藕聯(lián)控制閥門口徑4P6，位于每個濕地床之前，共6個，分別為控制閥1、I1、II1、IV、V、VI ;聯(lián)通管道包括主管與支管，用于連接各級濕地床及水動力調配子系統(tǒng)，主管口徑5 cm,長度100 cm,支管口徑2 cm,長度50 cm ;第二級濕地系統(tǒng)中相鄰兩個濕地床的聯(lián)通管長度為47 cm，第三級濕地系統(tǒng)中相鄰兩個濕地床的聯(lián)通管長度為96 cm;以單體濕地床為對象，可變元素是濕地床類型；將這些元素通過單體濕地床前的藕聯(lián)控制閥進行開和關來產生65種串聯(lián)、并聯(lián)及串并聯(lián)形式。
2.根據權利要求1所述一種多級復合藕聯(lián)人工濕地系統(tǒng)，其特征在于該系統(tǒng)的應用方法為:污水經配水池首先進入控制閥I之后的第一級人工濕地床，出水經泵的作用提升至蓄水池中，蓄水池的出水分流，污水利用坡度落差由布水主管分別到達布水支管，流向地勢稍低的第二級濕地系統(tǒng)，第二級濕地床的出水再流向下一級濕地系統(tǒng)，采用小流量進水的連續(xù)運行方式，污水停留I一5d`后經集水管、排水管排出藕聯(lián)濕地系統(tǒng)，完成對污水的凈化。
3.根據權利要求1所述的一種多級復合藕聯(lián)人工濕地系統(tǒng)應用在生活污水、工業(yè)廢水的凈化或對富營養(yǎng)化湖泊與河流水體的治理中。
全文摘要
本發(fā)明屬于污水處理技術領域，具體涉及一種多級復合藕聯(lián)人工濕地系統(tǒng)及其應用。該系統(tǒng)由單體濕地床子系統(tǒng)、水動力調配子系統(tǒng)和濕地藕聯(lián)子系統(tǒng)組成。單體濕地床分為潛流型與表流型，內部設置三類基質層，基質中種植水生植物;水動力調配子系統(tǒng)包括布水與集水系統(tǒng)。表流型與潛流型濕地構成藕聯(lián)子系統(tǒng)的主體，通過開啟不同的調節(jié)閥，可形成串聯(lián)、并聯(lián)、串并聯(lián)等不同的處理組合。該系統(tǒng)通過構筑不同類型的濕地床形成不同類別的污水處理單元，再將其優(yōu)化組合成一個有機系統(tǒng)，多層次分級處理污水，以提高人工濕地的凈污能力。


AA配水池；BB布水主管；CC流量調節(jié)器；DD第一級濕地床；EE水泵；FF蓄水池；GG布水支管；HH第二級濕地床；II第三級濕地床；JJ集水管；KK:排水管；LL:藕聯(lián)控制閥；圖中箭頭為水流方向。
文檔編號C02F3/34GK103112988SQ20111009178
公開日2013年5月22日 申請日期2011年4月13日 優(yōu)先權日2011年4月13日
發(fā)明者安樹青, 任麗君, 汪曉燕, 殷盛來, 王慶, 夏露 申請人:南京大學