專利名稱：人工濕地污水處理系統(tǒng)及應用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，尤其涉及一種農(nóng)村生活污水的人工濕地處理污水系統(tǒng)及應用。
背景技術(shù)：
農(nóng)村生活污水主要生活廢料和人的排泄物，一般不含有毒物質(zhì)，往往含有氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)，還有大量的細菌、病毒和寄生蟲卵，可生化性較好，易處理。農(nóng)村生產(chǎn)污水是指畜禽養(yǎng)殖業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，農(nóng)產(chǎn)品加工等小作坊加エ廠產(chǎn)生的高濃度有機廢水，其特點為水利用率低，雜質(zhì)顆粒較大，水量小且不均勻，水質(zhì)大部分可生化性較 好，這些廢水往往與生活污水混雜在一起無法區(qū)分處理。人工濕地(Constructed Wetland)是近二十多年來發(fā)展起來的一種廢水處理新技木。自前西德首先建造人工濕地以來，該技術(shù)在美國、歐洲及澳大利亞ー些發(fā)達國家得到迅速發(fā)展，十多年前國內(nèi)亦建成了人工濕地污水處理實驗工程。濕地去除污染物的機理是極其復雜的，不是靠單一因素實現(xiàn)的，而是綜合了物理、化學和生物各方面的因素。人工濕地凈化污水的物理、化學以及生物過程除了具有土地處理的基本反應和相互作用的一般功能外，更重要的是濕地中長有的水生植物的發(fā)達根系為微生物提供了大量繁殖、棲息的場所，植物、微生物、污染物的相互作用是濕地去除污染物的關(guān)鍵所在。植物是人工濕地的重要組成部分，按生態(tài)類型可分為濕生植物、挺水植物、漂浮植物和沉水植物。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)有很多種類對有機污染和重金屬污染具有很強的浄化能力。人エ濕地中多采用挺水植物。國際上公認的濕地淡水水生植物優(yōu)勢品種有寬葉香蒲(Typhalatifoli a )、蘆韋(Phragmites austra -Iis)、苦卓(Vallisneria americana )、軟水草(H yd rill a verticilla _ta)、狐尾藻(My riophyll um sp icatum )、英白(Zizanira caduci flo-ra )、燈芯草(Juncus e ffucus )等。在應用中，應針對性地根據(jù)農(nóng)村生活污水的污染物特征，選取對氮、磷、有機物污染等處理效果好的植物構(gòu)建人工濕地植物系統(tǒng)。茭白是我國特有的水生蔬菜。世界上把茭白作為蔬菜栽培的只有我國和越南。茭白有秋產(chǎn)單季茭和秋夏雙季茭兩類。這兩者均用分株繁殖，長江流域單季茭在清明至谷雨分墩定植，夏秋雙季茭可分春秋兩季，春栽在谷雨前后，秋栽在立秋前后。地下都在土中越冬。雄茭，即是一種光長葉、不結(jié)茭的茭白。和正常植株比較，〃雄茭〃植株高大，生長勢強，葉長而寬，莖桿圓不膨大，長莖中空，薹管高，其各方面的耐受カ較強。唐柳鵬等人在《沸石-茭白復合床技術(shù)脫氮中試研究》(《環(huán)境污染治理技術(shù)與設備》2004年2月第5卷第2期)一文中，得出如下結(jié)論(I)以沸石為基質(zhì)構(gòu)造的人工濕地在脫氮效果上優(yōu)于普通人工濕地，在水力負荷為O. 4m3/ m2, d，總氮負荷為12. 7gN/ m2, d條件下，總氮的去除率可達81%; (2)沸石-茭白復合床對氨氮有穩(wěn)定的去除率，保持在70%-85%左右，而對硝態(tài)氮的去除受水中碳源的影響；(3)有植物栽種的床體在改善脫氮的環(huán)境方面優(yōu)于無植物的床體，就總氮去除率而言，可提高5%-15%左右。(4)沸石-茭白床的脫氮主要集中在床體的前部，床體前O. 7m處總氮的去除率達到40%。但是其實際應用仍未解決，如受氣候、茭白品種、沸石粒徑等等實際操作。但是其沒有設定合理的復合床的布局，僅對空白和種植茭白床進行了簡單對照，但其結(jié)果的有效性對本發(fā)明起了較大啟發(fā)。袁俊吉等人在《農(nóng)村污水加入對模擬稻田生態(tài)系統(tǒng)中氮、磷的影響》(2010年10月第24卷第5期)提到外源污水的加入對土壤中T N、T P等全量養(yǎng)分的含量影響較小，但堿解氮、O I s en — P、NH+4 — N、N O 3-— N等有顯著變化，相同施肥條件下壟作較平作能夠獲得更高的糧食產(chǎn)量這意味著能夠通過植物帶走更多的氮、磷。本發(fā)明中引進了壟作濕地的應用，更加提高了污水處理及效率。周上博等人在《關(guān)于水葫蘆生態(tài)系統(tǒng)處理農(nóng)村污水的研究》(《中國環(huán)境管理》2010年6月)一文中對運用水葫蘆生態(tài)系統(tǒng)集中處理農(nóng)村生活污水的可行性進行了論述，對水葫蘆生態(tài)系統(tǒng)進行模式化設計，并對生態(tài)池的生態(tài)效應和可行性進行了分析。雖然對生態(tài)池進行了嚴格控制進行了闡述，以避免水葫蘆外逃，防止水葫蘆破壞生態(tài)池外界的水生態(tài)系統(tǒng)等，但是一旦有惡劣天氣，仍然難以防止各類意外狀況發(fā)生，故本發(fā)明選擇既能作為經(jīng)濟作物，又有較好吸附能力的茭白作為生態(tài)系統(tǒng)處理中的重要植物。盧少勇等人在《人工濕地沸石填充方式研究》一文中，針對傳統(tǒng)的沸石濕地系統(tǒng)中沸石用量大，與沸石相關(guān)的費用高的缺點，提出采用前置沸石和表鋪沸石填充方式來改善濕地中的污染物去除效果。底鋪沸石的總氮和總磷去除效果最好；表鋪沸石的總氮、總磷和CODCr去除效果比前置沸石的好，有植物和土壌的濕地系統(tǒng)增加前置沸石段后CODCr的去除率升高3.4%，増加表鋪沸石后CODCr去除率提高12. 3%。但其應用中沒有提到非沉淀類物質(zhì)如何處理，本發(fā)明添加了部分懸浮于水中的蛭石，使吸附效果立體化。目前還未有文獻涉及人工濕地中，經(jīng)濟類作物與除污類作物混種，并達到良好污水治理效果的相關(guān)報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針的目的是提供ー種污水處理效果好，脫氨氮能力高，操作簡單，降低了種植成本，對環(huán)境友好的用于農(nóng)村生活污水的人工濕地污水處理系統(tǒng)及應用。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明通過下述技術(shù)方案得以解決
人工濕地污水處理系統(tǒng)，包括前置網(wǎng)閘、進水翻板、第一水生植物種植區(qū)、第一過濾池、第二水生植物種植區(qū)、沸石蛭石過濾堤、出水翻板、絮凝沉淀緩沖池、第三水生植物種植區(qū)、第二過濾池、經(jīng)濟作物種植區(qū)、后翻板、后置網(wǎng)閘，所述前置網(wǎng)閘、進水翻板、第一水生植物種植區(qū)、第一過濾池、第二水生植物種植區(qū)、沸石蛭石過濾堤、出水翻板、絮凝沉淀緩沖池、第三水生植物種植區(qū)、第二過濾池、經(jīng)濟作物種植區(qū)、后翻板、后置網(wǎng)閘依次順序設置。作為優(yōu)選，所述的第一、ニ、三水生植物種植區(qū)包括池體、填充于池體內(nèi)的填料床體、種植于填料床體上的水生植物以及設置在池內(nèi)的布水管和集水管，所述填料床體為沸石、蛭石、黃壤或紅壤、腐殖質(zhì)、沙礫、礫石中任意一種或幾種組成的填料床體。作為優(yōu)選，所述的水生植物為茭白、水蔥、蘆葦中任ー種或幾種，選擇茭白，則除了圖中11位置處種植經(jīng)濟類作物茭白，其余位置均種植雄茭。雄茭選自附近農(nóng)田中茭白種植區(qū)內(nèi)長勢較好的雄茭根系。作為優(yōu)選，所述的填料床體含有下列體積百分比的組分沸石65-75%、蛭石2-12%、黃壤或紅壤10-15%、腐殖質(zhì)5-15%。另外還可添加1_5%的石灰，用于緩釋調(diào)解PH值。沸石吸附氨氮達到飽和后，無法再吸附與交換氨氮，則可通過濕地中生長的植物，消耗沸石所吸附的氨氮，使沸石、獲得再生，這樣周而復始，提高人工濕地脫氨氮及富營養(yǎng)物質(zhì)的能力。紅壤和黃壤是長江以南的大部分地區(qū)以及四川盆地周圍的山地。中亞熱帶季風氣候區(qū)。氣候溫暖，雨量充沛，年平均氣溫16 26°C，年降水量1500毫米左右。植被為亞熱帶常綠闊葉林。黃壤形成的熱量條件比紅壤略差，而水濕條件較好。有機質(zhì)來源豐富，但分解快，流失多，故土壌中腐殖質(zhì)少，土性較粘，因淋溶作用較強，故鉀、鈉、鈣、鎂積存少，而含鐵鋁多，土呈均勻的紅色。因黃壤中的氧化鐵水化，土層呈黃色。腐殖質(zhì)為土壌有機質(zhì)在微生物作用下形成的復雜而較穩(wěn)定的大分子有機化合物。腐殖質(zhì)是土壌有機質(zhì)的主要組成部分，一般占有機質(zhì)總量的50 70%。腐殖質(zhì)的主要組成元素為碳、氫、氧、氮、硫、磷等。 腐殖質(zhì)并非単一的有機化合物，而是在組成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)上既有共性又有差別的一系列有機化合物的混合物，其中以胡敏酸與富里酸為主。作為優(yōu)選，所述的沸石的填料高度控制為O. 5-1. 2m，其氨氮的交換容量為7_15
kg/πΓ ο作為優(yōu)選，所述的沸石選用斜發(fā)沸石；蛭石選用膨脹蛭石，標準為松散比重>160kg/m3，吸水性> 45%，雜質(zhì)比例< lkg/m3。其中，部分蛭石不固定入濕地底部，懸浮于水中，有利于吸收固定水質(zhì)中的相關(guān)營養(yǎng)物質(zhì)，利于分壟種植的茭白茭白根系的吸收，其效果類似于根瘤菌。生蛭石片經(jīng)過高溫焙燒后，其體積能迅速膨脹數(shù)倍至數(shù)十倍，體積膨脹后的蛭石就叫膨脹蛭石膨脹，膨脹蛭石有獨特的構(gòu)造特性和表面性質(zhì)，以及無毒、無菌和化學惰性，可用作載體，吸附劑，固著劑，和飼料添加剤。作為優(yōu)選，所述的絮凝沉淀緩沖池池底由蛭石、沸石結(jié)合水泥制作而成，且與水流方向形成坡度，坡度為10-30度。作為優(yōu)選，所述的第一水生植物種植區(qū)、第二水生植物種植區(qū)及第三水生植物種植區(qū)內(nèi)水生植物的種植排列方向與水流方向均相同，所述第二水生植物種植區(qū)種植壟間距離為第一水生植物種植區(qū)的I. 5倍；所述第三水生植物種植區(qū)種植壟間距離為第一水生植物種植區(qū)的3倍。作為優(yōu)選，所述的第一過濾池、第二過濾池內(nèi)混種茭白，茭白種植方向與水流方向成75-90度角；所述的第一過濾池、第二過濾池底部沿水流方向斜面遞增鋪設沸石，斜面與水平面夾角為10-30度。人工濕地污水處理系統(tǒng)的應用，主要用于處理低濃度生活污水，所述污水COD為20-120mg/L，氨氮含量為 10-50 mg/L。本技術(shù)主要應用于農(nóng)村污水出水ロ附近，以及禽畜養(yǎng)殖基地出水ロ附近。進入該系統(tǒng)的污水應經(jīng)過相應的理化指標檢測，確定其不是有毒有害含重金屬或者對人體有較大毒害作用的化工廢水。本技術(shù)除污區(qū)的茭白優(yōu)選雄茭，除污區(qū)處理的最后一道為種植區(qū)(圖中11)區(qū)域可采用經(jīng)濟作物茭白，充分利用污水中已經(jīng)經(jīng)過處理的營養(yǎng)物質(zhì)，形成有經(jīng)濟價值的茭白，。
如圖所示，污水進水方式選擇，控制生活污水(若該生活污水濃度太高，則引入周邊河水以稀釋)，經(jīng)過過濾網(wǎng)閘(網(wǎng)孔口徑根據(jù)實際調(diào)整，在3-30目之間調(diào)整)，過濾掉相應的雜質(zhì)，網(wǎng)閘由兩道網(wǎng)組成，交界處為中間。該設置有利于增加兩側(cè)的水的流速，而且網(wǎng)閘起到阻攔經(jīng)濟魚類通過逃脫的作用。生活污水與河水進入由升降調(diào)整翻板控制的通道，進入已經(jīng)分隴種植的茭白，兩側(cè)茭白采用沸石為基，種植基本高于水面，根系扎于水面以下的沸石基上。分隴種植的優(yōu)勢在于，有利于裸露在沸石基外的、根系較為發(fā)達的茭白對水中的氮磷元素進行吸收，同時能増加水流速度，提高污水處理效率。經(jīng)上述系統(tǒng)處理后的污水已經(jīng)可以 達到無污染排放，可進入農(nóng)田直接用于灌溉。本發(fā)明由于采用了以上技術(shù)方案，具有顯著的技術(shù)效果
本發(fā)明采用去除氨氮效果較好的斜發(fā)沸石和膨脹蛭石，作為人工濕地的填料，利用了沸石-茭白-蛭石的人工濕地，形成了水底、水中、水面的污水富營養(yǎng)物質(zhì)吸收體系。該人エ濕地采用了合理的組合分壟種植，輪種了茭白，通過縱向配合橫向的行列種植，延長了污水處理的實際流域長度，更好發(fā)揮了茭白在沸石-茭白-蛭石立體人工濕地中的作用，逐級排污處理，并在最終處理階段將形成了經(jīng)濟類作物，水質(zhì)得到良好改善的同時節(jié)約了經(jīng)濟作物種植成本。


圖I是本發(fā)明人工濕地系統(tǒng)單元一示意圖。圖2是本發(fā)明人工濕地系統(tǒng)單元ニ示意圖。圖3是圖I俯視示意圖。圖4是本發(fā)明人工濕地系統(tǒng)部分截面圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖I至圖4與具體實施例對本發(fā)明作進ー步詳細描述
實施例I
人工濕地污水處理系統(tǒng)(組合參見圖I、圖2)內(nèi)復合填充料有72%不同顆徑的沸石，沸石氨氮的交換容量為5 10kg/m3,粒徑為50mm、20mm、5mm的斜發(fā)沸石填料以I :1 1的體積比混合，3%的膨脹蛭石，12%的紅壤和5%的腐殖質(zhì)，濕地面積20m 2，坑深I(lǐng). Im,坡度5%(8ロh/L=5%)，沸石、蛭石過濾池斜面坡度15度。布水管采用25mm的PVC管，集水管采用50mm的PVC管。人工濕地表面種植茭白，按照處理單元I和2的圖示構(gòu)建小型生態(tài)系統(tǒng)；在該濕地培養(yǎng)23天之后，采用生活污水連續(xù)進水的方式，生活污水COD、氨氮分別為60mg/L、30mg/L，處理出水C0D、氨氮去除率分別為91%、93%。實施例2
人工濕地污水處理系統(tǒng)(參見圖I、圖2)內(nèi)復合填充料有60%不同顆徑的沸石，沸石氨氮的交換容量為5 10kg/m3,粒徑為50mm、20mm、5mm的斜發(fā)沸石填料以I :1 1的體積比混合，5%膨脹蛭石，20%的紅壤和15%的腐殖質(zhì)組成，濕地面積IOm 2，坑深I(lǐng). Om,坡度3%(SPh/L=3%)。布水管采用25mm的PVC管，集水管采用50mm的PVC管。人工濕地表面種植茭白；濕地各類生物生長適應30天之后，采用生活污水連續(xù)進水的方式，生活污水C0D、氨氮分別為60mg/L、30mg/L，處理出水COD、氨氮去除率分別為93%、95%?？傊陨纤鰞H為本發(fā)明的較佳實施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等 變化與修飾，皆應屬本發(fā)明專利的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于包括前置網(wǎng)閘(I)、進水翻板(2)、第一水生植物種植區(qū)(3)、第一過濾池(4)、第二水生植物種植區(qū)(5)、沸石蛭石過濾堤(6)、出水翻板(7)、絮凝沉淀緩沖池(8)、第三水生植物種植區(qū)(9)、第二過濾池(10)、經(jīng)濟作物種植區(qū)(11)、后翻板(12)、后置網(wǎng)閘(13 )，所述前置網(wǎng)閘(I)、進水翻板(2 )、第一水生植物種植區(qū)(3)、第一過濾池(4)、第二水生植物種植區(qū)(5)、沸石蛭石過濾堤(6)、出水翻板(7)、絮凝沉淀緩沖池(8)、第三水生植物種植區(qū)(9)、第二過濾池(10)、經(jīng)濟作物種植區(qū)(11)、后翻板(12)、后置網(wǎng)閘(13)依次順序設置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的第一、ニ、三水 生植物種植區(qū)(3、5、9)包括池體、填充于池體內(nèi)的填料床體、種植于填料床體上的水生植物以及設置在池內(nèi)的布水管和集水管，所述填料床體為沸石、蛭石、黃壤或紅壤、腐殖質(zhì)、沙礫、礫石中任意一種或幾種組成的填料床體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的水生植物為茭白、水蔥、蘆葦中任ー種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的填料床體含有下列體積百分比的組分沸石65-75%、蛭石2-12%、黃壤或紅壤10-15%、腐殖質(zhì)5_15%。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的沸石的填料高度控制為O. 5-1. 2m，其氨氮的交換容量為7-15 kg/m3。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的沸石選用斜發(fā)沸石；蛭石選用膨脹蛭石，標準為松散比重> 160kg/m3，吸水性>45%，雜質(zhì)比例< lkg/m3。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的絮凝沉淀緩沖池(8)池底由蛭石、沸石結(jié)合水泥制作而成，且與水流方向形成坡度，坡度為10-30度。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的第一水生植物種植區(qū)(3)、第二水生植物種植區(qū)(5)及第三水生植物種植區(qū)(9)內(nèi)水生植物的種植排列方向與水流方向均相同，所述第二水生植物種植區(qū)(5)種植壟間距離為第一水生植物種植區(qū)(3)的I.5倍；所述第三水生植物種植區(qū)(9)種植壟間距離為第一水生植物種植區(qū)(3)的3倍。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于所述的第一過濾池(4)、第二過濾池(10)內(nèi)混種茭白，茭白種植方向與水流方向成75-90度角；所述的第一過濾池(4)、第二過濾池(10)底部沿水流方向斜面遞增鋪設沸石，斜面與水平面夾角為10-30度。
10.一種如權(quán)利要求1-9任一所述的人工濕地污水處理系統(tǒng)的應用，其特征在于主要用于處理低濃度生活污水，所述污水COD為20-120mg/L，氨氮含量為10-50 mg/L。
全文摘要
本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，公開了一種農(nóng)村生活污水的人工濕地污水處理系統(tǒng)及應用。包括前置網(wǎng)閘、進水翻板、第一水生植物種植區(qū)、第一過濾池、第二水生植物種植區(qū)、沸石蛭石過濾堤、出水翻板、絮凝沉淀緩沖池、第三水生植物種植區(qū)、第二過濾池、經(jīng)濟作物種植區(qū)、后翻板、后置網(wǎng)閘，所述前置網(wǎng)閘、進水翻板、第一水生植物種植區(qū)、第一過濾池、第二水生植物種植區(qū)、沸石蛭石過濾堤、出水翻板、絮凝沉淀緩沖池、第三水生植物種植區(qū)、第二過濾池、經(jīng)濟作物種植區(qū)、后翻板、后置網(wǎng)閘依次順序設置。本發(fā)明具有污水處理效果好，脫氨氮能力高，操作簡單，降低了種植成本，對環(huán)境友好的優(yōu)點。
文檔編號C02F9/14GK102659279SQ20121007368
公開日2012年9月12日 申請日期2012年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月20日
發(fā)明者丁青松, 蘇玉剛, 荊政, 鄭展望 申請人:浙江商達環(huán)保有限公司