本實(shí)用新型涉及一種用于脫氮除磷的復(fù)合人工濕地工藝系統(tǒng)，屬于人工濕地污水處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

人工濕地污水處理系統(tǒng)是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的一種新型污水處理技術(shù)，與傳統(tǒng)的污水二級(jí)生化工藝相比，人工濕地具有凈水效果好、工藝設(shè)備簡(jiǎn)單、對(duì)負(fù)荷變化適應(yīng)性強(qiáng)、工程基建和運(yùn)行費(fèi)用低、生態(tài)環(huán)境效益顯著和可實(shí)現(xiàn)廢水資源化、適合分散或非點(diǎn)源污水處理等特點(diǎn)，在城鎮(zhèn)生活污水處理、城鎮(zhèn)生活污水深度處理、湖泊污染防治、微污水體治理等方面得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

目前我國(guó)人工濕地污水處理工程普遍采用單一的濕地類(lèi)型。大量工程實(shí)踐表明，表面流濕地占地面積大、水力負(fù)荷小、去污能力不如潛流濕地；水平潛流濕地控制相對(duì)復(fù)雜，脫氮除磷效果不如垂直潛流濕地；而垂直潛流濕地對(duì)有機(jī)物的去除效果不如水平潛流濕地。復(fù)合型人工濕地系統(tǒng)與單一類(lèi)型的人工濕地相比，兼具了三種類(lèi)型濕地的優(yōu)點(diǎn)，具有較高的綜合污水處理效果。因此，人工濕地類(lèi)型的優(yōu)化組合是其應(yīng)用推廣務(wù)必解決的關(guān)鍵技術(shù)難題。

目前我國(guó)正大力推進(jìn)城鎮(zhèn)污水處理廠建設(shè)及其提標(biāo)改造工作，高效復(fù)合型人工濕地在城鎮(zhèn)污水處理廠污水深度處理方面具有一定的應(yīng)用前景。與此同時(shí)，我國(guó)也正處在一個(gè)空前快速的新型城鎮(zhèn)化時(shí)代和生態(tài)文明建設(shè)關(guān)鍵期，高效景觀型復(fù)合人工濕地在海綿城市（或城區(qū)）的建設(shè)中也具有廣闊的應(yīng)用前景。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型解決的技術(shù)問(wèn)題是，現(xiàn)有技術(shù)中的人工濕地工藝類(lèi)型單一、復(fù)合人工濕地脫氮除磷效果不好，復(fù)合人工濕地的設(shè)計(jì)不合理，提供一種高效脫氮除磷的復(fù)合人工濕地工藝系統(tǒng)，解決了目前人工濕地景觀效果差、綜合處理效率低和出水水質(zhì)不穩(wěn)定等問(wèn)題，尤其實(shí)現(xiàn)了將《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）的一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)尾水深度凈化到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)。

本實(shí)用新型的技術(shù)方案是，提供一種用于脫氮除磷的復(fù)合人工濕地工藝系統(tǒng)，包括進(jìn)水管、出水管和位于進(jìn)水管和出水管之間的相互串聯(lián)的多級(jí)復(fù)合人工濕地；按水流方向，每一級(jí)復(fù)合人工濕地均包括位于上游的好氧生物塘和位于下游的人工濕地，每個(gè)人工濕地均包括數(shù)個(gè)人工濕地單元；所述好氧生物塘內(nèi)設(shè)多個(gè)溢流堰。

其中，第一級(jí)復(fù)合人工濕地的人工濕地中，每個(gè)人工濕地單元之間相互并聯(lián)，且均為垂直潛流人工濕地單元；

其中，除第一級(jí)復(fù)合人工濕地以外的其他各級(jí)復(fù)合人工濕地的人工濕地中，人工濕地包括若干相互串聯(lián)的人工濕地單元組成的小組，每一個(gè)小組之間相互并聯(lián)；每一個(gè)小組內(nèi)的人工濕地單元既包括水平潛流人工濕地單元，又包括表面流人工濕地單元。

本實(shí)用新型中，按水流方向，將各級(jí)復(fù)合人工濕地分別命名為第一級(jí)、第二級(jí)、第三級(jí)等復(fù)合人工濕地；相應(yīng)地，每一級(jí)復(fù)合人工濕地對(duì)應(yīng)一級(jí)好氧生物塘和人工濕地，即第一級(jí)復(fù)合人工濕地包括位于上游的第一級(jí)好氧生物塘和第一級(jí)人工濕地。

優(yōu)選地，所述多級(jí)復(fù)合人工濕地為三級(jí)。

優(yōu)選地，所述復(fù)合人工濕地與出水管之間設(shè)消毒渠。

優(yōu)選地，最后一級(jí)復(fù)合人工濕地的人工濕地中，靠近消毒渠的人工濕地單元為水平潛流人工濕地單元。

優(yōu)選地，每一級(jí)復(fù)合人工濕地的人工濕地中均種植有水生植物。

優(yōu)選地，所述水生植物是美人蕉、蘆葦、香蒲、黃菖蒲、菖蒲、再力花、千屈菜、燈芯草、茭白、旱傘草、香根草、梭魚(yú)草中的一種或兩種以上。

好氧生物塘的底部和各級(jí)人工濕地的周壁、底部均鋪設(shè)有防滲層，周壁鋪設(shè)的防滲層為兩布一膜土工膜防滲層，底部鋪設(shè)的防滲層由兩布一膜的土工防滲膜和位于防滲膜上、下方的粗砂保護(hù)層組成。

人工濕地單元內(nèi)設(shè)有粒徑為20-50mm的碎石、卵石等填料，靠近出水渠約5-15m的范圍內(nèi)的人工濕地單元設(shè)有粒徑為4-6mm的碎石填料過(guò)濾區(qū)。

所述好氧生物塘設(shè)有沉水、挺水、浮水和浮葉植物，沉水植物是苦草、狐尾藻等的組合，挺水植物是香菇草、香蒲、蘆葦、茭白、荷花等的組合，浮水植物是鳳眼蓮、浮萍等的組合，浮葉植物是睡蓮、眼子菜等的組合。

所述各級(jí)人工濕地的人工濕地單元內(nèi)水生植物是美人蕉、蘆葦、香蒲、黃菖蒲、菖蒲、再力花、千屈菜、燈芯草、茭白、旱傘草、香根草、梭魚(yú)草等的一種或兩種以上。

所述各級(jí)人工濕地配水渠均為混凝土結(jié)構(gòu)明渠或暗渠，配水渠內(nèi)的水通過(guò)管道向人工濕地配水，管道上設(shè)有配水操作閥門(mén)。

所述各級(jí)人工濕地出水管道均為水位可調(diào)式出水彎管，出水彎管位于集水渠內(nèi)，集水渠為混凝土結(jié)構(gòu)明渠或暗渠。

所述各級(jí)人工濕地均設(shè)有排空管，排空管中心標(biāo)高與人工濕地底面距離約為150-200mm，排空管上設(shè)有排空操作閥門(mén)，所有排空管均與排空干管連接，排空干管上每隔一定距離設(shè)有排空檢查井。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果在于：本實(shí)用新型將好氧生物塘、垂直潛流濕地、表面流濕地和水平潛流濕地進(jìn)行合理的優(yōu)化組合，實(shí)現(xiàn)了污水高效凈化和城鎮(zhèn)生態(tài)景觀建設(shè)雙重功能。

微污染水體或城鎮(zhèn)污水處理廠一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)尾水中的懸浮物在第一級(jí)好氧生物塘中的沉降和構(gòu)建的植物群落體系對(duì)懸浮物的有效攔截過(guò)濾，降低了進(jìn)入第一級(jí)垂直潛流人工濕地單元中懸浮物含量，從而大大降低了垂直潛流人工濕地出現(xiàn)堵塞的風(fēng)險(xiǎn)。

各級(jí)好氧生物塘的富氧功能及其獨(dú)特的出水堰跌水富氧-即溢流堰，確保了各級(jí)人工濕地單元多年運(yùn)行后不會(huì)出現(xiàn)完全厭氧的情況，實(shí)現(xiàn)了各級(jí)人工濕地單元可以長(zhǎng)效穩(wěn)定運(yùn)行，從而發(fā)揮作為污水凈化和環(huán)境美化的生態(tài)型基礎(chǔ)設(shè)施功能。

各級(jí)好氧生物塘在好氧條件下，利用水生植物、動(dòng)物、微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)的多重協(xié)同作用去除水體中的懸浮物、有機(jī)物和氨氮，同時(shí)利用水生植物吸收去除氮磷。

表面流人工濕地主要通過(guò)表面水流和淺層填料形成好氧環(huán)境條件，在微生物的作用下通過(guò)好氧降解去除水體中的有機(jī)物和氨氮，同時(shí)利用水生植物吸收去除氮磷。

垂直潛流人工濕地單元在水體自上而下（或自下而上）滲流過(guò)程中，以及水平潛流人工濕地單元在水體自流推流布水過(guò)程中，水體歷經(jīng)好氧、缺氧和厭氧環(huán)境填料區(qū)，在水生植物、微生物、填料的協(xié)同下，通過(guò)物理、化學(xué)、生物多重協(xié)同作用實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的去除和脫氮除磷功能，同時(shí)利用水生植物吸收去除氮磷。

多級(jí)好氧生物塘和人工濕地以及表面流人工濕地和水平潛流人工濕地的有機(jī)組合，構(gòu)建了多級(jí)交替變化的好氧、缺氧和厭氧環(huán)境條件區(qū)，再利用不同環(huán)境區(qū)中的水生植物、微生物和填料的多重協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)多級(jí)懸浮物過(guò)濾沉降、有機(jī)物降解、硝化/反硝化脫氮、以及磷的吸附、釋放和吸收等過(guò)程，尤其強(qiáng)化了脫氮除磷效果。

最后一級(jí)人工濕地系統(tǒng)中，距離消毒渠最近人工濕地單元內(nèi)填充4-6mm小粒徑碎石填料，即為碎石填料過(guò)濾區(qū)，可以進(jìn)一步保證出水懸浮物和氮磷等關(guān)鍵指標(biāo)達(dá)標(biāo)。

采用本實(shí)用新型高效脫氮除磷的復(fù)合人工濕地工藝系統(tǒng)進(jìn)行城鎮(zhèn)污水處理廠一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)尾水深度處理，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：在不外加乙酸鈉等碳源的情況下，該復(fù)合人工濕地系統(tǒng)對(duì)一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)尾水中總氮（TN）的去除率達(dá)到20%-40%，總磷（TP）的去除率達(dá)到30%-50%?？傊?，本實(shí)用新型能經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定、有效地將城鎮(zhèn)污水處理廠一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)尾水深度凈化到一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，既克服了濕地工藝類(lèi)型單一的缺點(diǎn)、改善了傳統(tǒng)復(fù)合濕地工藝脫氨除磷效率低的難題、增強(qiáng)了城鎮(zhèn)污水處理廠生態(tài)景觀，又突破了只有工業(yè)水處理技術(shù)才能作為城鎮(zhèn)污水處理廠尾水提標(biāo)改造的技術(shù)瓶頸。

附圖說(shuō)明

圖1表示實(shí)施例1提供的三級(jí)復(fù)合人工濕地系統(tǒng)。其中：11表示進(jìn)水管，22表示消毒渠，33表示出水管，T代表好氧生物塘，T-1為第一級(jí)好氧生物塘，T-2為第二級(jí)好氧生物塘，T-3為第三級(jí)好氧生物塘；I代表第一級(jí)人工濕地，II代表第二級(jí)人工濕地，III代表第三級(jí)人工濕地；相應(yīng)地，I-1、I-2、I-3、I-4表示第一級(jí)人工濕地中的四個(gè)人工濕地單元；II-1、II -2、II-3、II-4表示第二級(jí)人工濕地中的四個(gè)人工濕地單元；III-1、III-2、III-3、III-4表示第三級(jí)人工濕地中的四個(gè)人工濕地單元。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

如圖1所示，本實(shí)用新型一種高效脫氮除磷三級(jí)復(fù)合人工濕地工藝系統(tǒng)，按水流方向包括依次連接的進(jìn)水管11、三級(jí)復(fù)合人工濕地、消毒渠22、出水管33，三級(jí)復(fù)合人工濕地（或稱(chēng)三級(jí)子系統(tǒng)）自高而低布置，三級(jí)子系統(tǒng)均包括好氧生物塘和人工濕地。好氧生物塘底部和人工濕地周壁、底部均鋪設(shè)有防滲層，周壁鋪設(shè)的防滲層為兩布一膜土工膜防滲層，底部鋪設(shè)的防滲層由兩布一膜土工防滲膜和位于防滲膜上、下方的粗砂保護(hù)層組成。污水（或城鎮(zhèn)污水處理廠一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)尾水）首先進(jìn)入第一級(jí)好氧生物塘（T-1）[好氧生物塘以下可簡(jiǎn)稱(chēng)生物塘]，利用兩條配水渠收集第一級(jí)生物塘出水并利用配水管道對(duì)第一級(jí)垂直潛流的人工濕地（I-1、I-1、I-2、I-3和I-4）配水，利用集水渠收集第一級(jí)垂直潛流人工濕地（I）出水進(jìn)入第二級(jí)生物塘（T-2），利用配水渠收集第二級(jí)生物塘（T-2）出水并利用配水管道對(duì)第二級(jí)水平潛流人工濕地（II-1、II-2）配水，利用集水渠收集第二級(jí)水平潛流人工濕地（II-1、II-2）出水并對(duì)第二級(jí)表面流人工濕地（II-3、II-4）配水，利用集水渠收集第二級(jí)表面流人工濕地（II-3、II-4）出水進(jìn)入第三級(jí)生物塘（T-3），利用配水渠收集第三級(jí)生物塘（T-3）出水并利用配水管道對(duì)第三級(jí)表面流人工濕地（III-1、III-2）配水，利用集水渠收集第三級(jí)表面流人工濕地（III-1、III-2）出水并對(duì)第三級(jí)水平潛流人工濕地（III-3、III-4）配水，最后三級(jí)水平潛流人工濕地（III-3、III-4）出水經(jīng)集水渠匯集到紫外消毒渠進(jìn)行消毒處理，其中生物塘內(nèi)均設(shè)數(shù)個(gè)溢流堰。

采用人工建造好氧生物塘或?qū)μ烊簧锾吝M(jìn)行適當(dāng)修復(fù)，在好氧生物塘中構(gòu)建淺水區(qū)、過(guò)渡區(qū)和深水區(qū)三個(gè)區(qū)域。第一級(jí)生物塘容積3850m³，兩側(cè)淺水區(qū)總寬7m、水深≤0.4m，兩側(cè)過(guò)渡區(qū)總寬6m、水深0.4-1.6m，中間深水區(qū)寬2-8m、水深1.6-2m。第二級(jí)生物塘容積1750m³，兩側(cè)淺水區(qū)總寬2m、水深≤0.3m，兩側(cè)過(guò)渡區(qū)總寬3m、水深0.3-1.2m，中間深水區(qū)寬2-8m、水深1.2-1.5m。第三級(jí)生物塘容積3200m³，兩側(cè)淺水區(qū)總寬7m、水深≤0.4m，兩側(cè)過(guò)渡區(qū)總寬6m、水深0.4-1.6m，中間深水區(qū)寬2-10m、水深1.6-2.0m。好氧生物塘內(nèi)配置有沉水、挺水、浮水和浮葉植物。

采用磚混結(jié)構(gòu)的類(lèi)長(zhǎng)方形池體，第一級(jí)人工濕地池體的長(zhǎng)寬尺寸均約為（68-81）m×（43-57）m，面積均約為3300m²，碎石粒徑約20-50mm、深度約為1.2m，碎石床體積約為4000m³。第二級(jí)人工濕地池體的長(zhǎng)寬尺寸均約為（94-98）m×（44-57）m，面積均約為4250m²，碎石粒徑約30-40mm，第二級(jí)水平潛流人工濕地碎石深度約為1.0m、碎石床體積約為4250m³，第二級(jí)表面流濕地碎石深度約0.6m、碎石床體積約為2600 m³。第一級(jí)、第二級(jí)人工濕地各池體在垂直于長(zhǎng)度方向上用200mm厚磚混結(jié)構(gòu)墻體近似等間距分割為4個(gè)小濕地單元。第三級(jí)人工濕地池體的長(zhǎng)寬尺寸均約為（68-86）m×（52-56）m，面積均約為4000m²，碎石粒徑約40-50mm，第三級(jí)表面流濕地碎石深度約0.6m、碎石床體積約為2500 m³，三級(jí)水平潛流濕地碎石深度約為1.0m、碎石床體積約為4000m³。第三級(jí)人工濕地各池體在垂直于寬度方向上用200mm厚磚混結(jié)構(gòu)墻體近似等間距分割為3個(gè)小濕地單元。

各級(jí)好氧生物塘底部和人工濕地的周壁、底部均鋪設(shè)兩布一膜土工膜防滲層。好氧生物塘種植有苦草、狐尾藻等沉水植物，香菇草、香蒲、蘆葦、茭白等挺水植物，睡蓮、眼子菜等浮葉植物。一級(jí)人工濕地種植有黃菖蒲、香蒲、蘆葦、美人蕉、香根草等植物，二級(jí)人工濕地種植有黃菖蒲、香蒲、旱傘草、美人蕉、燈芯草、茭白等植物，三級(jí)人工濕地種植有再力花、蘆葦、菖蒲、千屈菜、美人蕉、梭魚(yú)草等植物，其中垂直潛流濕地植物種植密度不小于9株/ m²，表面流濕地和水平潛流濕地植物種植密度不小于6株/ m²。

將我國(guó)中部城市某污水處理廠一級(jí)B標(biāo)準(zhǔn)尾水接入該三級(jí)復(fù)合型人工濕地工藝系統(tǒng)中，經(jīng)過(guò)3-6個(gè)月的濕地植物生長(zhǎng)、馴化及生物膜培養(yǎng)后，進(jìn)行污水深度處理。已經(jīng)過(guò)4年多的穩(wěn)定運(yùn)行，近期對(duì)該三級(jí)復(fù)合人工濕地系統(tǒng)進(jìn)出水的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為：進(jìn)水水質(zhì)約為 COD 26.5mg/L、SS 16mg/L、TN 17.8mg/L、TP 0.7mg/L，出水水質(zhì)約為COD 15.9mg/L、SS 6mg/L、TN 12.5mg/L、TP 0.43mg/L。