一種地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)，保溫濕地床中分布有至少兩組循環(huán)式地熱供暖組件，保溫濕地床兩側分別連接地埋式保溫多孔布水組件和多孔出流組件；保溫濕地床底部和四壁鋪設隔熱石板，保溫濕地床底部的隔熱石板上布置填料，填料中種植有耐寒濕地植物。利用豐富的地熱資源，在消耗少量高品位能的情況下，將低品位熱能抽取供給人工濕地床在冬季維持較高溫度，并具有優(yōu)良的保溫效果，以提高基質微生物和植物的生理活性，達到提高冬季寒冷狀態(tài)下人工濕地的污水凈化效果。結構簡單，不需復雜管理和人員看護，建造和維護成本低，可廣泛應用于冬季寒冷地區(qū)生活污水，養(yǎng)殖廢水，面源污染水體的凈化處理，具有廣闊的發(fā)展前景。
【專利說明】一種地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及污水生態(tài)處理【技術領域】，具體涉及一種適合寒冷地區(qū)冬季污水高效處理的水平潛流人工濕地處理的技術方法，同時還涉及一種寒冷地區(qū)地熱自暖的水平潛流人工濕地污水高效處理系統(tǒng)，適用于寒冷地區(qū)冬季污水的凈化處理。
【背景技術】
[0002]人工濕地是一種新興的污水生態(tài)處理技術，能同時利用填料基質的吸附沉淀，微生物、濕地植物的一系列物、化、生反應來實現(xiàn)對污水的凈化，同時具有效率高、成本低、易于管理等特點，且具有一定的生態(tài)景觀價值，特別適用于農村生活污水、畜禽養(yǎng)殖廢水、部分工業(yè)廢水的集中式凈化處理，在國內的應用前景十分廣泛。
[0003]然而，我國大部分地區(qū)屬于大陸性季風氣候，冬季寒冷，氣溫較低。利用人工濕地技術進行污水處理，往往因為溫度過低，濕地植物和基質微生物的生理活性受到抑制，代謝緩慢，影響處理效果。相關研究表明，人工濕地中硝化-反硝化過程在20°C以上才能發(fā)揮較好的脫氮凈化效果，在低溫狀態(tài)下，人工濕地的處理效果平均降低30%左右，夏季和冬季的處理效果差別甚大。可見，人工濕地冬季處理效果大幅降低，十分不理想。
[0004]目前，已有部分手段提升冬季人工濕地溫度的措施，主要包括:鋪設地膜，收割植物厭氧發(fā)酵供熱，冰層-空氣層阻隔等方法。這些方法在人工濕地保溫效果上并不理想，成本耗費高，管理復雜 ，在可操作性，穩(wěn)定性，實用性等方面存在一定缺陷。目前，寒冷地區(qū)冬季人工濕地保溫措施的研究，仍是一大難點。
[0005]人工濕地保溫的直接有效方法是對濕地床體進行加熱，穩(wěn)定可靠，易于控制。但是此種方法會消耗大量能源，大大提高處理成本。根據(jù)我國的氣候特點和地質特點，利用淺層地熱能源(如地下水、土壤等的能量)，通過輸入少量電能，實現(xiàn)由低品位熱能向高品位熱能轉移。通常消耗IkWh的能量，可以得到4kWh以上的熱量。我國地熱資源豐富，地熱的溫度全年穩(wěn)定，維持在10~25°C之間，基本滿足硝化-反硝化過程的條件。在冬季，把地能中的熱量提取出來，供給人工濕地床是一個十分有效的方法。該方法具有設備投資、維護成本低，無需鍋爐等大型設備；控制運行簡單，穩(wěn)定性較好，無需人員看守等特點。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種冬季提高人工濕地基質床溫度的水平潛流人工濕地，解決人工濕地冬季運行處理效果差的問題，提高人工濕地的凈水效果。
[0007]為了解決上述技術問題，本發(fā)明的技術方案是提供一種地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于:包括保溫濕地床，保溫濕地床中分布有至少兩組循環(huán)式地熱供暖組件，保溫濕地床兩側分別連接地埋式保溫多孔布水組件和多孔出流組件；保溫濕地床底部和四壁鋪設隔熱石板，保溫濕地床底部的隔熱石板上布置填料，填料中種植有耐寒濕地植物。
[0008]優(yōu)選地，所述隔熱石板均勻鋪設于保溫濕地床底部與垂向的四個壁面，保溫濕地床底部的隔熱石板上從下至上依次填充粗制多孔蛭石、細礫石、細質多孔蛭石、濕地植物殘體；所述隔熱石板采用巖棉板制作，隔熱石板平均厚度IOcm~15cm,隔熱石板孔隙率30%~35% ;所述粗制多孔蛭石的層高占保溫濕地床高度的28%~32%，粗制多孔蛭石孔隙率65%~75%，粗制多孔蛭石粒徑4cm~5cm ;所述細礫石的層高占保溫濕地床高度的28%~32 細碌石粒徑2cm~4cm ;所述細質多孔蛭石的層高占保溫濕地床高度的20%~25%，細質多孔蛭石孔隙率65%~75%，細質多孔蛭石粒徑2cm~3cm。
[0009]優(yōu)選地，所述濕地植物殘體使用夏秋季收割的耐寒濕地植物的殘體鋪設，所述濕地植物殘體層高為5cm~8cm ;所述耐寒濕地植物為濕地木槿、蘆葦或夾竹桃，所述耐寒濕地植物種植密度為3株/ m2~5株/ m2。
[0010]優(yōu)選地，所述循環(huán)式地熱供暖組件包括恒流水泵，恒流水泵與防銹金屬導熱管和流量控制器相連，防銹金屬導熱管內填充冷卻液，防銹金屬導熱管外包裹導熱管隔溫層；所述循環(huán)式地熱供暖組件個數(shù)為2套~3套。 [0011]優(yōu)選地，所述防銹金屬導熱管材料為防銹金屬管或PVC管，防銹金屬導熱管的內徑為25cm~30cm ;防銹金屬導熱管取熱段地下埋深50m~70m,防銹金屬導熱管供熱段橫向插入保溫濕地床底部以上2m~2.5m處并以環(huán)狀形式鋪設。
[0012]優(yōu)選地，所述冷卻液為質量濃度為15%~18%氯化鈉或氯化鈣的水溶液。
[0013]優(yōu)選地，所述導熱管隔溫層為巖棉，所述導熱管隔溫層厚度3~5cm。
[0014]優(yōu)選地，所述地埋式保溫多孔布水組件包括隔溫原水箱，隔溫原水箱與流量計和流量控制閥相連，流量控制閥與輸水管相連，輸水管與穿孔布水管相連。
[0015]優(yōu)選地，所述隔溫原水箱使用水箱隔溫層包裹，輸水管使用輸水管隔溫層包裹，水箱隔溫層與輸水管隔溫層為厚度為4cm~6cm的巖棉；所述穿孔布水管使用網紗包裹，網紗孔眼大小為1mm~2mm ;所述穿孔布水管穿孔直徑5mm~10mm。
[0016]優(yōu)選地，所述多孔出流組件包括穿孔布水管，穿孔布水管與輸水管相連，輸水管與流量計和流量控制閥相連；所述多孔出流組件與地埋式保溫多孔布水組件埋深相同。
[0017]本發(fā)明的工作原理是:將儲存于隔溫原水箱中的污水，經過2.5小時~3.0小時沉淀后，通過重力流輸送至穿孔布水管，并由流量計和流量控制閥控制流量。恒流水泵的循環(huán)水流量為8m3/h~IOm3 / h。本發(fā)明通過恒流水泵將地熱輸送至保溫濕地床中，提高濕地床基質溫度，提高微生物和植物根系活力，強化硝化-反硝化過程，實現(xiàn)在低溫條件下污水高效處理。經過2天~2.5天的停留時間，出水處理效果理想。
[0018]本發(fā)明的地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)的啟動方法是:春季，取污水處理廠濃縮活性污泥，稀釋后，通入地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)的保溫濕地床中。種植濕地木槿和夾竹桃于保溫濕地床內，等待3月~4月，植物長勢平穩(wěn)。運行前，開啟恒流水泵，調節(jié)循環(huán)冷卻水流量，等待2小時~4小時，地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)啟動完畢。
[0019]本發(fā)明的地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)的運行方法是:將隔溫原水箱中的污水靜置，停留時間為2.5小時~3.0小時。污水通過重力流進入穿孔布水管后流入保溫濕地床，由流量調控閥控制流量，保溫濕地床控制水位為65%~85%保溫濕地床高度。開啟恒流水泵，調節(jié)循環(huán)水流量8m3 /小時~IOm3 /小時，等待2~4小時。污水在保溫濕地床中停留時間達到2天~2.5天后，出水即可達到較好處理效果。[0020]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點是:
[0021]1、本發(fā)明能使人工濕地冬季床體溫度大幅提高，且能維持穩(wěn)定。本發(fā)明中采用了循環(huán)式地熱供暖組件，利用循環(huán)冷卻液與地熱源進行有效熱交換，防銹金屬導熱管將熱源傳輸?shù)饺斯竦卮仓?，提升床體溫度，維持微生物和植物的生理活性，促進植物養(yǎng)分吸收和硝化-反硝化過程，提高冬季污水凈化效果。
[0022]2、本發(fā)明使用地埋式保溫多孔布水組件，濕地床鋪設隔熱石板，使用多孔蛭石，上覆植物殘體，保溫效果好。在實際生活中，一般排放污水溫度要高于環(huán)境溫度，將污水存儲于隔溫原水箱中，能有效防止原水熱量損失，減少地熱消耗，維持濕地床溫度。本發(fā)明中的保溫濕地床能有效防止熱量向環(huán)境散發(fā)，有效維持床體溫度。
[0023]3、本發(fā)明使用多年生濕地木槿等耐寒濕地植物，能在低溫狀態(tài)下越冬，能維持一定長勢，在低溫條件下，亦能吸收污染物。
[0024]4、本發(fā)明 構造簡單，建造和維護成本低，不需復雜的管理和人員看護。
[0025]5、本發(fā)明與常規(guī)人工濕地技術方法相比，具有有效維持冬季人工濕地床體溫度，且具有較高污水凈化效果的特點。本發(fā)明可廣泛應用于冬季寒冷地區(qū)生活污水，養(yǎng)殖廢水，面源污染水體的凈化處理，具有廣闊的發(fā)展前景。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明提供的地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)結構正視圖；
[0027]圖2為本發(fā)明提供的地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)結構俯視圖；
[0028]圖3為本發(fā)明提供的地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)結構左視圖；
[0029]圖4為循環(huán)式地熱供暖組件細部結構示意圖；
[0030]圖5為地埋式保溫多孔布水組件細部結構示意圖；
[0031]圖6為多孔出流組件細部結構示意圖；
[0032]圖中:箭頭表示水流方向；1_保溫濕地床；2_隔熱石板；3_粗制多孔蛭石；4-細礫石；5_細制多孔蛭石；6_濕地植物殘體；7_耐寒濕地植物；8_循環(huán)式地熱供暖組件；9_恒流水泵；10_防銹金屬導熱管；11_冷卻液；12_導熱管隔溫層；13_流量控制器；14_地埋式保溫多孔布水組件；15_隔溫原水箱；16_水箱隔溫層；17_輸水管隔溫層；18_多孔出流組件；19_穿孔布水管；20_輸水管；21_流量控制閥；22_流量計。
【具體實施方式】
[0033]為使本發(fā)明更明顯易懂，茲以一優(yōu)選實施例，并配合附圖作詳細說明如下。
[0034]圖1~圖3為本發(fā)明提供的地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)結構三視圖，所述的地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)結構包括長10m、寬5m、高2m的保溫濕地床I，保溫濕地床I濾料填充高度4.5m，控制水位3.75m。保溫濕地床I中包含2組循環(huán)式地熱供暖組件8，均勻地布置于保溫濕地床I中。保溫濕地床I兩側分別連接地埋式保溫多孔布水組件14與多孔出流組件18。保溫濕地床I中種植耐寒濕地植物7，鋪設隔熱石板2，布置多層填料。
[0035]隔熱石板2米用巖棉板,厚度15cm,孔隙率32%,均勻鋪設于保溫濕地床I底部和四壁。保溫濕地床I從下至上依次填充:粗制多孔蛭石3，層高占保溫濕地床I高度的30%，孔隙率70%，粒徑5cm ;細礫石4，層高占保溫濕地床I高度的30%，粒徑3cm ;細制多孔蛭石5，層高占保溫濕地床I高度的25% ;夏季收割的耐寒植物殘體6，鋪設層高8cm。
[0036]耐寒濕地植物7為長勢好、耐寒、喜濕的濕地挺水植物，本實施例中選用濕地木槿。耐寒濕地植物7種植密度5株/ m2。
[0037]圖4所示為循環(huán)式地熱供暖組件細部結構示意圖,所述循環(huán)式地熱供暖組件8包括:恒流水泵9，防銹金屬導熱管10，冷卻液11，導熱管隔溫層12，流量控制器13。恒流水泵9與防銹金屬導熱管10和流量控制器13相連，防銹金屬導熱管10內填充冷卻液11，防銹金屬導熱管10外包裹導熱管隔溫層12。
[0038]防銹金屬導熱管10材料選用防銹鐵管，內徑30cm，防銹金屬導熱管10取熱段地下埋深50m，防銹金屬導熱管10供熱段橫下插入保溫濕地床I內部，插入位置為保溫濕地床I底部以上2m處，以環(huán)狀形式鋪設。
[0039]冷卻液11選用含15%氯化鈉水溶液。導熱管隔溫層12材料選用巖棉,厚度5cm。
[0040]圖5所示為地埋式保溫多孔布水組件細部結構示意圖，地埋式保溫多孔布水組件14包括隔溫原水箱15，流量計22，流量控制閥21，水箱隔溫層16，輸水管20，輸水管隔溫層17,穿孔布水管19。隔溫原水箱15與流量計22和流量控制閥21相連，流量控制閥21與輸水管20相連，輸水管20與穿孔布水管19相連。隔溫原水箱15使用水箱隔溫層16包裹，水箱隔溫層材料選用巖棉，水箱隔溫層厚度4cm。地埋式保溫多孔布水組件14中的輸水管20使用輸水管隔溫層17包裹，材料選用巖棉，包裹厚度5cm。地埋式保溫多孔布水組件14埋深1.2m。
[0041]圖6所示為多孔出流組件細部結構示意圖，多孔出流組件18包括穿孔布水管19，輸水管20，流量計22，流量控制閥21。穿孔布水管19與輸水管20相連，輸水管20與流量計22和流量控制閥21相連。多孔出流組件18埋深1.2m。
[0042]本發(fā)明的地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)的啟動方法是:春季，將取自污水處理廠厭氧消化池中的濃縮活性污泥稀釋，通入地熱自暖水平潛流人工濕地系統(tǒng)的保溫濕地床I中。種植耐寒濕地植物-濕地木槿于保溫濕地床I內。等待3月，待植物長勢平穩(wěn)，出水水質穩(wěn)定，地熱自暖水平潛流人工濕地系統(tǒng)啟動完畢。
[0043]本發(fā)明的地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)的運行方法是:將原水通入隔溫原水箱15中，靜置時間為2.5小時，利用重力流，經過輸水管20，將原水通過穿孔布水管19放入保溫濕地床I中，由流量調控閥21控制流量，保溫濕地床I控制水位3.Sm。開啟恒流水泵9，調節(jié)冷卻液流量為8m3 / h。污水在保溫濕地床中的停留時間達到后2天后，出水即可達到排水要求。
[0044]在隔溫原水箱15的進水中的COD為200mg / L~320mg / L、總氮為45mg/L~55mg/L，水溫5°C~8°C，停留時間為2天時，出水COD為35mg/L~48mg/L，總氮為IOmg/L~12mg / L，COD去除率為84%，總氮去除率約78%。凈化效果明顯。
[0045]冬季運行4.5個月后，實測保溫濕地床I中部平均水溫12°C，局部18°C，基本能達到硝化-反硝化所需要的溫度環(huán)境。濕地木槿長勢較好，未有出現(xiàn)霜凍現(xiàn)象。
[0046] 本發(fā)明的地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)在冬季的運行效果良好。
【權利要求】
1.一種地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于:包括保溫濕地床(1)，保溫濕地床(1)中分布有至少兩組循環(huán)式地熱供暖組件(8)，保溫濕地床(1)兩側分別連接地埋式保溫多孔布水組件(14)和多孔出流組件(18);保溫濕地床(1)底部和四壁鋪設隔熱石板(2)，保溫濕地床(1)底部的隔熱石板(2)上布置填料，填料中種植有耐寒濕地植物⑵。
2.如權利要求1所述的一種地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于:所述隔熱石板(2)均勻鋪設于保溫濕地床(1)底部與垂向的四個壁面，保溫濕地床(1)底部的隔熱石板(2)上從下至上依次填充粗制多孔蛭石(3)、細礫石(4)、細質多孔蛭石(5)、濕地植物殘體(6);所述隔熱石板(2)采用巖棉板制作，隔熱石板(2)平均厚度10cm~15cm，隔熱石板⑵孔隙率30%~35% ;所述粗制多孔蛭石(3)的層高占保溫濕地床(1)高度的28%~32%，粗制多孔蛭石(3)孔隙率65%~75%，粗制多孔蛭石(3)粒徑4cm~5cm;所述細礫石(4)的層高占保溫濕地床⑴高度的28%~32%，細礫石(4)粒徑2cm~4cm;所述細質多孔蛭石(5)的層高占保溫濕地床(1)高度的20%~25%，細質多孔蛭石(5)孔隙率65%~75%，細質多孔蛭石(5)粒徑2cm~3cm。
3.如權利要求2所述的一種地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于:所述濕地植物殘體(6)使用夏秋季收割的耐寒濕地植物(7)的殘體鋪設，所述濕地植物殘體(6)層高為5cm~8cm;所述耐寒濕地植物(7)為濕地木槿、蘆葦或夾竹桃，所述耐寒濕地植物(7)種植密度為3株/ m2~5株/ m2。
4.如權利要求1所述的一種地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于:所述循環(huán)式地熱供暖組件(8)包括恒流水泵(9)，恒流水泵(9)與防銹金屬導熱管(10)和流量控制器(13)相連，防銹金屬導熱管(10)內填充冷卻液(11)，防銹金屬導熱管(10)外包裹導熱管隔溫層(12);所述循環(huán)式地熱供暖組件⑶個數(shù)為2套~3套。
5.如權利要求4所述的一種地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于:所述防銹金屬導熱管(10)材料為防銹金屬管或PVC管，防銹金屬導熱管(10)的內徑為25cm~30cm ;防銹金屬導熱管(10)取熱段地下埋深50m~70m,防銹金屬導熱管(10)供熱段橫向插入保溫濕地床(1)底部以上2m~2.5m處并以環(huán)狀形式鋪設。
6.如權利要求4所述的一種地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于:所述冷卻液(11)為質量濃度為15%~18%氯化鈉或氯化鈣的水溶液。
7.如權利要求4所述的一種地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于:所述導熱管隔溫層(12)為巖棉，所述導熱管隔溫層(12)厚度3~5cm。
8.如權利要求1所述的一種地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于:所述地埋式保溫多孔布水組件(14)包括隔溫原水箱(15)，隔溫原水箱(15)與流量計(22)和流量控制閥(21)相連，流量控制閥(21)與輸水管(20)相連，輸水管(20)與穿孔布水管(19)相連。
9.如權利要求1所述的一種地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于:所述隔溫原水箱(15)使用水箱隔溫層(16)包裹，輸水管(20)使用輸水管隔溫層(17)包裹，水箱隔溫層(16)與輸水管隔溫層(17)為厚度為4cm~6cm的巖棉；所述穿孔布水管(19)使用網紗包裹，網紗孔眼大小為1mm~2mm ;所述穿孔布水管(19)穿孔直徑5mm~10mm0
10.如權利要求1所述的一種地熱自暖水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)，其特征在于:所述多孔出流組件(18)包括穿孔布水管(19)，穿孔布水管(19)與輸水管(20)相連，輸水管(20)與流量計(22)和流量控制閥(21)相連；所述多孔出流組件(18)與地埋式保溫多孔布水組件(14)埋 深相同。
【文檔編號】C02F3/34GK103936160SQ201410139363
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月9日 優(yōu)先權日:2014年4月9日
【發(fā)明者】王宇暉, 雷曉輝, 宋新山, 龔娟, 廖衛(wèi)紅, 趙曉祥, 李宏偉, 劉學華, 何媛, 王蘇艷, 王俊峰, 嚴登明, 呂睿喆 申請人:東華大學