專利名稱：一種“串聯(lián)-并聯(lián)”可調(diào)式復(fù)合人工濕地系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于生態(tài)工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種“串聯(lián)-并聯(lián)”可調(diào)式復(fù)合人工濕地系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人工濕地(Constructed Wetland, CW)污水處理技術(shù)是70年代末發(fā)展起來的一種污水處理新技術(shù)，它的原理主要是利用濕地中基質(zhì)、水生植物和微生物之間的三重協(xié)同作用，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解來實(shí)現(xiàn)對污水的高效凈選擇。它具有處理效果好(其對BOD的去除率可達(dá)85% 95%，COD的去除率可達(dá)80%以上，處理出水的B0D5可小于10mg/L、SS可小于20mg/L、對TN和TP的去除率分別可達(dá)60%和90% )、運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)管理方便、工程基建和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低(其基建和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用分別為傳統(tǒng)二級活性污泥法處理工藝的1/10至1/2)以及對負(fù)荷變化適應(yīng)能力強(qiáng)等主要特點(diǎn)，比較適合技術(shù)管理水平不高、規(guī)模較小的城鎮(zhèn)或鄉(xiāng)村的污水處理。人工濕地對水體中各種污染物的去除依賴于濕地生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部各種物理、化學(xué)和生化反應(yīng)的協(xié)同作用。根據(jù)徑流方向，人工濕地分為表流濕地和潛流濕地。表流濕地一般水力負(fù)荷較小，對污水的凈化效果易受溫度、太陽輻射、降水等外界條件影響。潛流濕地是污水在人工濕地的土壤表層以下流動，主要依靠基質(zhì)的過濾及表面生物膜的吸附、降解作用凈化污水，由于水流在地表下流動，保溫性能好，處理效果受溫度影響較小。人工濕地技術(shù)是在一定長寬比及底面坡度的洼地中，填充一定的填料形成填料床，在床表面種植具有處理性能好、成活率高、抗污性強(qiáng)的水生植物而構(gòu)成的一個獨(dú)特的動植物生態(tài)系統(tǒng)。根據(jù)水流方式可分為自由表流濕地、潛流濕地和垂直流濕地。根據(jù)濕地中主要植物形式可分為浮水植物系統(tǒng) 、挺水植物系統(tǒng)和沉水植物系統(tǒng)。在我國，人工濕地技術(shù)在理論和實(shí)踐上都不完善，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能解決我國濕地污染嚴(yán)重的問題。因此，為了解決我國濕地污染嚴(yán)重的問題，本發(fā)明通過對濕地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行處理，構(gòu)建生態(tài)沉降塘、懸浮物沉降池、表流濕地、潛流濕地和浮島組成的復(fù)合人工濕地生態(tài)功能單元，經(jīng)過分段分級組合形成“串聯(lián)-并聯(lián)”可調(diào)式功能，達(dá)到易管理、易維護(hù)、高效凈化污水的目標(biāo)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種具有高處理效率、低投資、低運(yùn)行費(fèi)用、低維護(hù)技術(shù)、低能耗、易管理、易維護(hù)、適用范圍廣的“串聯(lián)-并聯(lián)”可調(diào)式復(fù)合人工濕地系統(tǒng)污水處理方法。本發(fā)明在于構(gòu)建的復(fù)合人工濕地，是基于“串聯(lián)-并聯(lián)”模式的，并且能夠可調(diào)節(jié)，整個系統(tǒng)由生態(tài)沉降塘(圖1)、懸浮物沉降池(圖2和圖3)、潛流濕地(圖4和圖5)、表流濕地(圖6)和浮島(圖7)組成的(圖8)，首先通過生態(tài)沉降塘沉降污水中的泥沙并進(jìn)行一定的初級處理，然后進(jìn)入懸浮物沉降池，將污水中的懸浮物沉降至底部之后進(jìn)入潛流濕地生態(tài)功能單元，最后進(jìn)入多段表流濕地生態(tài)功能單元，進(jìn)行逐級攔截、過濾、沉降和降解污染物。本發(fā)明可根據(jù)污染物的種類及污染程度，對復(fù)合人工濕地生態(tài)功能單元的順序、級段數(shù)以及植物配置進(jìn)行調(diào)節(jié)。其中，所述生態(tài)沉降塘(圖1)通過減緩水流流速并提高水力停留時(shí)間，使得污水得到充分靜止促進(jìn)泥沙沉降；岸帶(I)采用濕地植物護(hù)岸；同時(shí)在生態(tài)沉降塘(圖1)中配置浮島(2)對污水進(jìn)行初級凈化，設(shè)置入水口(3)和出水口(4)各一處。。所述懸浮物沉降池(圖2和圖3)由水泥池(5)、進(jìn)水口(6)和出水口(7)各一處以及隔柵(8)組成，通過減緩來自生態(tài)沉降塘的水流流速并提高水力停留時(shí)間，其中出口裝有格柵用于阻擋懸浮物進(jìn)入到潛流濕地，使得經(jīng)過生態(tài)沉降塘(圖1)初步沉降的污水進(jìn)一步沉降和過濾，充分靜止促進(jìn)懸浮物沉降，用于減少對潛流濕地堵塞問題。所述潛流濕地處理方法主要包括在建立潛流濕地的水道鋪設(shè)防滲膜；潛流濕地墻體(9)由混凝土和粘土夯實(shí)做成；在防滲膜上方依次填充圓形礫石(13)、塊狀礫石(12)、碎石(11)和砂土(10);同時(shí)配有出水口(14) 一處，并每隔3-8m豎立帶孔(16)的復(fù)氧處理裝置(15)用于透氣；保持I 5%的總體坡度。進(jìn)入潛流濕地的污水在床體的表面下流動，一方面可以充分利用填料表面生長的生物膜、豐富的植物根系及表層填料截留等作用，提高處理效果和處理能力；另一方面由于水流在地表下流動，保溫性好，處理效果受氣候影響較小，且衛(wèi)生條件較好。所述潛流濕地各個處理單元采用并行方式與懸浮物沉降池(圖2和圖3)相連，形成“并聯(lián)”模式，便于潛流濕地運(yùn)營期維護(hù)，即當(dāng)某一潛流濕地單元發(fā)生堵塞失去凈化功能時(shí)，可以人為關(guān)閉并及時(shí)進(jìn)行維修，而此時(shí)其他單元由于采取了并聯(lián)方式仍然可以保障運(yùn)行，確保整個復(fù)合人工濕地繼續(xù)運(yùn)行。所述表流濕地處理方法主要通過植物的莖葉的攔截、填料的吸附過濾和污染物的自然沉降，以及植物的吸收來達(dá)到去除污染物的目的。污水在填料的上層水平流動，固態(tài)懸浮物被填料及植物根系阻擋截留而沉淀，微生物也附著在填料或植物的根莖葉上發(fā)揮生物降解作用，同時(shí)植物體本身也有強(qiáng)`大的吸收能力，能夠吸收水中污染物累積在植物體內(nèi)，從而去除水中污染物。所述表流濕地構(gòu)建方法主要包括在建立表流濕地的水道鋪設(shè)防滲膜，防止污水下滲污染地下水；填充砂壤土、壤土和粘土等材料作為濕地植物生長的基質(zhì)；保持I 5%的總體坡度；根據(jù)不同的填充模式及水深種植相應(yīng)的濕地植物，一般水深15 30cm可種植香蒲、慈姑、扁桿薦草、水芹等，水深30 55cm種植水蔥、黑三棱、菖蒲等，水深55cm以上種植荇菜、狐尾草、水鱉等。所述表流濕地各個處理單元采用串行方式與潛流濕地相連，形成“串聯(lián)”模式，便于節(jié)約占地和日常維護(hù)。在本發(fā)明的“串聯(lián)-并聯(lián)”可調(diào)式復(fù)合人工濕地系統(tǒng)處理方法中，對于有較大水面的表流濕地，還可采用人工浮島處理方法。所述浮島(21)處理方法主要利用生態(tài)工學(xué)原理，人為將濕生植物或經(jīng)改良后的陸生植物，以浮島(21)作為載體，種植到富營養(yǎng)化水體的水面，通過植物的生長吸收、吸附、降解富集在水體中的氮、磷及有害物質(zhì)，同時(shí)為多種生物創(chuàng)造環(huán)境，協(xié)同提高水質(zhì)、美化景觀，在一定程度上重建并恢復(fù)水生生態(tài)系統(tǒng)。此外，浮島(21)處理技術(shù)還具有一定的消波護(hù)岸作用。本發(fā)明采用的浮島(21)，每一種模式中的植物可以起到不同凈化效果，根據(jù)情況也可以選擇其中一種或幾種搭配使用。本發(fā)明采用的浮島(21)，是由空心圓形橡膠浮圈(22)、絹網(wǎng)(23)和帶有麻繩的鐵錨(24和25)組成。本發(fā)明在借鑒已有人工濕地處理技術(shù)的基礎(chǔ)上，集成了表流濕地、潛流濕地和浮島技術(shù)，通過采用了不同基質(zhì)、不同水深及不同濕地植物的多種搭配分段構(gòu)建的生態(tài)沉降塘、懸浮物沉降池、表流濕地、潛流濕地以及人工浮島綜合運(yùn)用的污水濕地處理系統(tǒng)，通過對這些功能單元進(jìn)行“串聯(lián)-并聯(lián)”可調(diào)式分段分級組合，能有效地去除污染物，改善濕地生態(tài)環(huán)境。本發(fā)明具有高處理效率、低投資、低運(yùn)行費(fèi)用、易于維護(hù)、低能耗、適用范圍廣的特色。


圖1為本發(fā)明實(shí)例生態(tài)沉降塘處理方法的布置圖；圖2為本發(fā)明實(shí)例懸浮物沉降池處理方法的布置圖；圖3為本發(fā)明實(shí)例懸浮物沉降池處理方法的剖面圖；圖4為本發(fā)明實(shí)例潛流濕地處理方法的剖面
圖5為本發(fā)明實(shí)例潛流濕地復(fù)氧處理裝置；圖6為本發(fā)明實(shí)例表流濕地處理方法的剖面圖；圖7為本發(fā)明實(shí)例浮島處理方法的剖面圖；圖8為本發(fā)明實(shí)例”串聯(lián)-并聯(lián)”可調(diào)式復(fù)合人工濕地系統(tǒng)處理方法示意圖。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。圖1用本發(fā)明實(shí)例來說明生態(tài)沉降塘處理方法，其生態(tài)沉降塘水深設(shè)計(jì)為1.5m,長度40m，寬度15m，生態(tài)沉降塘內(nèi)配有浮島，岸帶采用黃花鳶尾、蘆葦?shù)葷竦刂参镞M(jìn)行護(hù)岸，同時(shí)設(shè)置入水口和出水口各一處。圖2和圖3用本發(fā)明實(shí)例來說明懸浮物沉降池處理方法，懸浮物沉降池由水泥池、進(jìn)水口和出水口各一處以及隔柵組成，隔柵安置在出水口之前，用于過濾懸浮物，設(shè)計(jì)深度為2m,長度20m,寬度15m。圖4用本發(fā)明實(shí)例來說明潛流濕地處理方法。潛流濕地的污水在濕地床體的表面下流動，一方面可以充分利用填料表面生長的生物膜、豐富的植物根系及表層填料截留等作用，提高處理效果和處理能力；另一方面由于水流在地表下流動，保溫性好，處理效果受氣候影響較小，且衛(wèi)生條件較好。潛流濕地處理方法主要包括:在建立潛流濕地的水道上鋪設(shè)防滲膜；潛流濕地墻體(9)由混凝土和粘土夯實(shí)做成；在防滲膜上方依次填充圓形碌石(13,直徑25cm 35cm)、塊狀碌石，12,尺寸規(guī)格20cm 30cm)、碎石(11,尺寸規(guī)格1.0cm 3.0cm)和砂土
(10);同時(shí)配有出水口(14) 一處；在砂土上種植水杉、蘆葦和鳶尾以及美人蕉等濕地植被；并每隔5m豎立帶孔(16)的潛流濕地復(fù)氧處理裝置(15)用于透氣；潛流濕地保持4%的總體坡度，保證水流自流出潛流濕地進(jìn)入表流濕地。圖5用本發(fā)明實(shí)例來說明潛流濕地復(fù)氧處理裝置(15)，由PVC管制成，PVC管開有若干小孔(16)用于透氣，直徑為20cm。圖6用本發(fā)明實(shí)例來說明表流濕地處理方法。表流濕地處理方法主要通過植物的莖葉的攔截、填料的吸附過濾和污染物的自然沉降，以及植物的吸收來達(dá)到去除污染物的目的。污水在填料的上層水平流動，固態(tài)懸浮物被填料及植物根系阻擋截留而沉淀，微生物也附著在填料或植物的根莖葉上發(fā)揮生物降解作用，同時(shí)植物體本身也有強(qiáng)大的吸收能力，能夠吸收水中污染物累積在植物體內(nèi)，從而去除水中污染物。表流濕地處理方法主要包括:在建立表流濕地的水道上建有防滲粘土層(17)，防止污水下滲污染地下水；在粘土層上方依次填充砂土和種植土等(17)材料作為濕地植物生長的基質(zhì)；保持2%的總體坡度；根據(jù)不同的填充模式及水深種植相應(yīng)的濕地植物，濕生環(huán)境種植垂柳、蘆葦?shù)葷竦刂脖?18)般水深15 50cm種植鳶尾、水芹、香蒲、黑三棱、菖蒲、燈芯草等(19);水深55cm以上種植荇菜、穗狀狐尾藻、水鱉等(20)，同時(shí)安置浮島
(21)。圖7用本發(fā)明實(shí)例來說明浮島(21)處理方法。浮島(21)處理方法主要利用生態(tài)工學(xué)原理，人為將濕生植物或經(jīng)改良后的陸生植物，以浮島(21)作為載體，種植到富營養(yǎng)化水體的水面，通過植物的生長吸收、吸附、降解富集在水體中的氮、磷及有害物質(zhì)，同時(shí)為多種生物創(chuàng)造環(huán)境，協(xié)同提高水質(zhì)、美化景觀，在一定程度上重建并恢復(fù)水生生態(tài)系統(tǒng)。此夕卜，浮島(21)處理技術(shù)還具有一定的消波護(hù)岸作用。浮島(21)處理方法主要與有較大水面的表流濕地結(jié)合運(yùn)用，浮島(21)長寬均為3.0m，帶有麻繩的鐵錨(24和25)長度為2.0m。圖8用本發(fā)明實(shí)例來說明濕地處理方法。該系統(tǒng)是一種新型的、生態(tài)的污水處理系統(tǒng)，是通過在人工濕地填料上種植特定的濕地植物，并集成新型浮島和潛流濕地構(gòu)建技術(shù)建立起的復(fù)合人工濕地生態(tài)系統(tǒng)。當(dāng)污水通過該系統(tǒng)時(shí)，其中的污染物被系統(tǒng)吸收或分解，使出水水質(zhì)得到有效凈化，實(shí)現(xiàn)污水達(dá)標(biāo)排放。太湖三山島復(fù)合人工濕地污水處理系統(tǒng)全長250m，占地面積約40畝，系統(tǒng)共分6段(26 31)。其功能配置:①生態(tài)沉降塘(26)；②懸浮物沉降池(27);③潛流濕地(28);④表流濕地I (29);⑤表流濕地II (30) 表流濕地 111(30)。其中26為表流濕地功能單元，是三山島生活污水匯集區(qū)，通過人工管道將整個島嶼250農(nóng)戶的生活污水集中到泵房，并進(jìn)行初步的處理；27為配有網(wǎng)托式人工浮島的表流濕地功能單元，長65m、寬10m、水深1.2m，植物以鳳眼蓮和空心蓮子菜為主，濕地岸帶植物為蘆葦、黃花鳶尾等，采用濕地植物生態(tài)護(hù)岸；28為潛流濕地功能單元，東邊寬65m，西邊寬30m,北邊長67m,南邊長66m,水面位于碌石下5cm左右。改造工程包括復(fù)氧管安裝、雜物清除，礫石鋪設(shè)(粒徑5 6cm)，局部配置有可拆洗潛流濕地處理模塊，底層采用粘土基質(zhì)夯實(shí)防滲，最上層栽種水生美人蕉、黃花鳶尾、水菖蒲和水莎草等，該段與27處理單元維持高差0.5m左右，布水采用滴管或漫灌兩種方式。29為表流濕地功能單元的第一處理單元，采用串聯(lián)結(jié)構(gòu)，總長度195m，均寬度29m，水深設(shè)計(jì)為0.4m,主要工程包括微地形改造技術(shù)、水力聯(lián)通技術(shù)等，該段濕地植物配置以旱柳和當(dāng)?shù)爻了脖粸橹鳎o(hù)岸以挺水植物護(hù)岸為主。30為表流濕地功能單元的第二處理單元，采用并聯(lián)結(jié)構(gòu)；每個單元長度138m，均寬度32m，水深設(shè)計(jì)為0.5m， 主要工程包括微地形改造技術(shù)、基質(zhì)改良技術(shù)等；凈化植物以香鋪、睡蓮、空心蓮子菜和蘆葦為主，景觀營造植物以慈姑、王蓮為主；護(hù)岸植物選擇黃花鳶尾、再力花等為主。31為表流濕地功能單元的第三處理單元，長132m、寬度25m，水深1.5m，植物配置選擇沉水植物和漂浮植物，沉水植物選擇狐尾藻、眼子菜和菹草，用于浮島的植物選擇黃花水龍、水花生、水鱉、大漂等；浮島采用固定網(wǎng)托式浮島(利用牽引和錨定方式將其固定在局部)，護(hù)岸采用塊石護(hù)岸技術(shù)。各濕地生態(tài)功能單元可根據(jù)污染物的種類及污染程度，順序、級段數(shù)以及水生植物可進(jìn)行調(diào)節(jié)。雖然，上文中已經(jīng)用一般性說明及具體實(shí)施方案對本發(fā)明作了詳盡的描述，但在本發(fā)明基礎(chǔ)上，可以對之作一些修改或改進(jìn)，這對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。因此，在不偏離本發(fā)明 精神的基礎(chǔ)上所做的這些修改或改進(jìn)，均屬于本發(fā)明要求保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種基于“串聯(lián)-并聯(lián)”可調(diào)試復(fù)合人工濕地系統(tǒng)，由生態(tài)沉降塘(圖1)、懸浮物沉降池(圖2和圖3)、潛流濕地(圖4和圖5)、表流濕地(圖6)和浮島(圖7)組成，首先通過生態(tài)沉降塘(圖1)沉降污水中的泥沙并進(jìn)行一定的初級處理，然后進(jìn)入懸浮物沉降池(圖2和圖3)，將污水中的懸浮物沉降至底部之后進(jìn)入潛流濕地(圖4和圖5)生態(tài)功能單元，最后進(jìn)入多段表流濕地(圖6)生態(tài)功能單元，進(jìn)行逐級攔截、過濾、沉降和降解污染物。本發(fā)明可根據(jù)污染物的種類及污染程度，對復(fù)合人工濕地生態(tài)功能單元的順序、級段數(shù)以及植物配置進(jìn)行調(diào)節(jié)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的生態(tài)沉降塘，其特征在于，通過減緩水流流速并提高水力停留時(shí)間，使得污水得到充分靜止促進(jìn)泥沙沉降；岸帶(I)采用濕地植物護(hù)岸；同時(shí)在生態(tài)沉降塘(圖1)中配置浮島(2)對污水進(jìn)行初級凈化，設(shè)置入水口(3)和出水口(4)各一處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的懸浮物沉降池，其特征在于，由水泥池(5)、進(jìn)水口(6)和出水口(7)各一處以及隔柵(8)組成，通過減緩來自生態(tài)沉降塘的水流流速并提高水力停留時(shí)間，其中出口裝有格柵用于阻擋懸浮物進(jìn)入到潛流濕地，使得經(jīng)過生態(tài)沉降塘初步沉降的污水進(jìn)一步沉降和過濾，充分靜止促進(jìn)懸浮物沉降，用于減少對潛流濕地堵塞問題。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛流濕地，其特征在于，主要包括在建立潛流濕地的水道鋪設(shè)防滲膜；潛流濕地墻體(9)由混凝土和粘土夯實(shí)做成；在防滲膜上方依次填充圓形礫石(13)、塊狀礫石(12)、碎石(11)和砂土(10);同時(shí)配有出水口(14) 一處，并每隔3-8m豎立帶孔(16)的復(fù)氧處理裝置(15)用于透氣；保持I 5%的總體坡度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的潛流濕地，其特征在于，潛流濕地各個處理單元采用并行方式與懸浮物沉降池相連，形成“并聯(lián)”模式，便于潛流濕地運(yùn)營期維護(hù)，即當(dāng)某一潛流濕地單元發(fā)生堵塞失去凈化功能時(shí)，可以人為關(guān)閉并及時(shí)進(jìn)行維修，而此時(shí)其他單元由于采取了并聯(lián)方式仍然可以保障運(yùn)行，確保整個復(fù)合人工濕地繼續(xù)運(yùn)行。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的表流濕地，其特征在于，包括在建立表流濕地的水道鋪設(shè)防滲膜，防止污水下滲污染地下水；填充砂壤土、壤土和粘土等材料作為濕地植物生長的基質(zhì)；保持I 5%的總體坡度；根據(jù)不同的填充模式及水深種植相應(yīng)的濕地植物，一般水深15 30cm可種植香蒲、慈姑、扁桿薦草、水芹等，水深30 55cm種植水蔥、黑三棱、菖蒲等，水深55cm以上種植荇菜、狐尾草、水鱉等。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的表流濕地，其特征在于，表流濕地各個處理單元采用串行方式與潛流濕地相連，形成“串聯(lián)”模式，便于節(jié)約占地和日常維護(hù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的浮島(21)，其特征在于，本發(fā)明采用的浮島(21)，是由空心圓形橡膠浮圈(22)、絹網(wǎng)(23)和帶有麻繩的鐵錨(24和25)組成。
全文摘要
本發(fā)明屬于生態(tài)工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種“串聯(lián)-并聯(lián)”可調(diào)式復(fù)合人工濕地系統(tǒng)。本發(fā)明通過對濕地生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行處理，構(gòu)建生態(tài)沉降塘、懸浮物沉降池、表流濕地、潛流濕地和浮島組成的復(fù)合人工濕地生態(tài)功能單元，經(jīng)過分段分級組合形成“串聯(lián)-并聯(lián)”可調(diào)式功能，形成高處理效率、低投資、低運(yùn)行費(fèi)用、低維護(hù)技術(shù)、低能耗、易管理、易維護(hù)、適用范圍廣的“串聯(lián)-并聯(lián)”可調(diào)式復(fù)合人工濕地系統(tǒng)。本發(fā)明可根據(jù)污染物的種類及污染程度，對復(fù)合人工濕地生態(tài)功能單元的順序、級段數(shù)以及植物配置進(jìn)行調(diào)節(jié)。
文檔編號C02F9/14GK103241893SQ20131014345
公開日2013年8月14日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者崔麗娟, 趙欣勝, 李偉 申請人:中國林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)新技術(shù)研究所