专利名称：城市污水复合人工湿地处理床的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及污水处理装置。
背景技术：
目前城市污水人工湿地处理装置主要有水平流人工湿地处理床和垂直流人工湿地处理床。水平潜流人工湿地床体高约60～80cm，采用较粗基质如砾石作为处理介质，污水在人工湿地的地表下呈水平流动，并在基质层中种植有泌氧能力的大型挺水植物如芦苇、香蒲和水葱等，利用水生植物的泌氧能力为人工湿地基质上的生物膜分解污水中的有机物质提供氧气。垂直流人工湿地床体高100cm以上，通常采用较细的基质如砂等作为渗滤介质，污水在自表层向下的垂直渗滤过程中得到处理，其所采用的植物大多数为芦苇、风车草和香根草等。存在的不足之处有(1)水平流人工湿地处理床存在好氧条件不足等缺点，它虽能很好地去除SS，并且也能去除一些BOD。但是，它通常对氨氮的去除效果不好。由于它不能完成大部分废水的硝化过程，即使其具有较强的反硝化作用能力，因而也不能独立完成废水的硝化和反硝化两个处理过程，以达到废水脱氮处理的目的。(2)垂直流人工湿地处理床对废水中耗氧有机物的处理能力和硝化能力较强，它比水平流人工湿地具有更好的好氧条件，且对废水中BOD5和COD的去除效果都较好，但对SS的去除效果较水平流人工湿地差；虽然它对废水的硝化处理能力很强，但是其反硝化作用能力也较水平流人工湿地差，因而也不能单独完成废水的硝化和反硝化两个处理过程，以达到废水脱氮处理的目的。(3)垂直流人工湿地处理床和水平流人工湿地处理床两种人工湿地对城市污水中磷的去除能力都较差(＜30-40％)，而且现行广泛采用的砂、砾石等基质对磷的吸附饱和使用寿命都较短，一般为2～3年；即使将水平流人工湿地与垂直流人工湿地串联起来组成复合系统，如仍采用砂、砾石基质，其对磷的去除率仍小于60％。
发明内容
本实用新型的目的是①将两种人工湿地按水平流人工湿地与垂直流处理床顺序组成复合人工湿地，充分利用水平流人工湿地对SS良好的去除能力，减轻废水中SS对垂直流人工湿地处理床的堵塞问题；同时利用水平流人工湿地处理床去除一部分COD、BOD5和氨氮；②利用垂直流人工湿地处理床完成对耗氧有机物的彻底去除和对城市污水的完全硝化；③将垂直流人工湿地处理床的硝化处理出水按一定的回流比回流至水平流人工湿地处理床首端，在水平流人工湿地处理床的缺氧条件下，利用城市污水中的有机物作为碳源完成回流硝化出水的内碳源反硝化脱氮过程；④在水平流人工湿地处理床和垂直流人工湿地处理床中分别采用高磷吸附能力基质，以达到较高的总磷去除率和较长的基质使用寿命等目的。
城市污水复合人工湿地处理床将水平流人工湿地和垂直流人工湿地串联起来，水平流人工湿地在前，垂直流人工湿地在后。城市污水首先经水平流人工湿地的床体处理后，去除大部分SS、COD、BOD5和部分氨氮；接着通过集水池的静水压力向地势稍低的垂直流人工湿地自流布水，利用垂直流人工湿地完成对耗氧有机物的彻底去除和将剩余的氨氮完全硝化；然后将垂直流人工湿地的处理出水按50％～100％的比例用清水泵回流至水平流人工湿地的首端，利用水平流人工湿地的缺氧条件和污水作为碳源完成回流的处理出水的反硝化脱氮过程。在水平流人工湿地和垂直流人工湿地中填充高磷吸附基质，在基质上填充表土覆盖层，并在水平流人工湿地的覆盖层上种植水生植物，在垂直流人工湿地的覆盖层上种植陆生花卉。
城市污水复合人工湿地是利用上述的工艺流程，在脱氮的同时完成对废水中磷的去除。具体方法是在水平流人工湿地中填充对磷有较强固定能力的基质如大理石或白云石和石灰石等，并种植水生植物如水葱和风车草，利用基质和水生植物去除废水中一部分磷；其次，在垂直流人工湿地中填充对磷具有很强固定能力的基质如高炉渣等，并种植美人蕉和茳花，利用高炉渣基质和陆生花卉去除废水中大部分磷；然后，随着处理出水的回流，使其中剩余的磷又一次通过水平流人工湿地和垂直流人工湿地，利用基质、植物和微生物等作用再进一步去除，周而复始，直至污水总磷含量达到城市污水处理厂一级排放标准。
现结合附图对本实用新型作说明
图1为城市污水复合人工湿地处理床结构图。
图2为城市污水复合人工湿地水平流人工湿地处理床结构图。
图3为城市污水复合人工湿地垂直流人工湿地处理床结构图。
图中1-格栅、2-集水井、3-污水管、4-砾石配水区、5-大理石或白云石基质区、6-砾石集水区、7-石英砂覆盖层、8-排水管、9-集水池、10-布水主管、11-表土覆盖层、12-高磷吸附基质层、13-砾石垫层、14-清水池、15-清水回流潜水泵、16-污水进水管、17-污水排水管、18-布水支管、19-砾石配水层、20-排水管。
城市污水复合人工湿地处理床，由水平流人工湿地处理床在前垂直流人工湿地处理床在后的顺序串联起来组成复合人工湿地处理床，在水平流人工湿地处理床与垂直流人工湿地处理床之间设有集水池，垂直流人工湿地处理床后面设有清水池，各池间用管道连接。水平流人工湿地处理床的床体内依次设置砾石配水区4，大理石或自云石基质区5，砾石集水区6，其上面设置石英砂覆盖层7，床体上部设有污水进水管16与污水管3相连接，污水管3上设有阀门，床体底部设有排水管 字形排水管8， 字形排水管8上设有阀门，集水池9建造在水平流人工湿地处理床的床体出水口一端，并与水平流人工湿地处理床的床体连成一体，设在水平流人工湿地处理床体底部的 字形排水管8的出水口应在集水池9的上部，集水池9底部设有污水排水管17，污水排水管17上设有阀门，垂直流人工湿地处理床设在集水池9的污水排水管17下方，垂直流人工湿地处理床由床体和布水管组成；床体由上而下设置表土覆盖层11，砾石配水层19，高磷基质吸附层12和砾石垫层13；底部设有排水管20，排水管20上设有阀门；布水管分布在砾石配水层19中，布水管由布水主管10和多条布水支管18组成，布水支管18固定在布水主管10上，布水支管开有小孔；布水主管10与集水池9的污水排水管17相连接；垂直流人工湿地处理床的排水管下方设有清水池14，清水池14上设有清水回流潜水泵15。
所说水平流人工湿地处理床床体的砾石配水区4和砾石集水区6各占床体总长度的1/4，大理石或白云石基质区5占床体总长度的1/2。
所说的砾石配水区4和砾石集水区6填充石灰石，大理石或白云石基质区5填充大理石或白云石，填充高度为床体的85～90％；其上面填充石英砂作为覆盖层7，填充高度为床体的10～15％。
垂直流人工湿地处理床床体高度为120cm以上，表土覆盖层11厚度为5～10cm，砾石配水层19厚度为5～10cm，高磷吸附基质层12厚度为80～100cm，砾石垫层13厚度为10～20cm。
所说的表土覆盖层11放置自然土壤，砾石配水层19放置砾石，豆石，高磷吸附基质层12放置高炉渣或高炉渣与草炭和农田耕层土壤按13～18∶1∶1的体积比混配而成的混合填料。
覆盖层7上面种植芦苇、香蒲、灯心草、水葱、风车草、香根草、美人蕉等植物。
表上覆盖层11上面种植耐低溶解氧的花卉如玫瑰、康乃馨、剑兰、非洲菊、百合花、茳花、美人蕉等。
水平流人工湿地处理床床体和垂直流人工湿地处理床床体的床壁和底部用不渗漏材料做成，如果建造在地面上其床壁为水泥抹面的砖结构，底部为混凝土结构。
本实用新型是这样实现城市污水首先经过格栅1除去污水中的杂物，污水进入集水井2，由清水泵将集水井2污水抽出，沿污水管3、污水进水管16进入水平流人工湿地的前端的砾石配水区4，并流经水平流人工湿地的砾石配水区4，大理石或白云石基质区5和砾石集水区6。污水经过水平流人工湿地后，利用水平流人工湿地中砾石孔隙的过滤作用，去除污水中的SS，避免了SS对垂直流人工湿地的堵塞。污水经过水平流人工湿地，利用水平流人工湿地的石灰石、大理石或白云石等高磷吸附基质的吸附作用及植物根系摄取作用去除污水中的COD、BOD5和部分氨氮。水平流人工湿地的污水经过 字形排水管8进入集水池9， 字形排水管8在水平流床底部， 字形排水管8的出水口比污水进水管16的进水口有10cm落差， 字形排水管8设阀门，控制污水的排出速度和水平流床的储水量。集水池9的污水利用水平流人工湿地与垂直流人工湿地的落差，经过污水排水管17进入布水主管10和布水支管18进入垂直流人工湿地，污水在垂直流人工湿地中向下潜流，经过表土覆盖层11、砾石配水层19、高磷吸附层12、砾石垫层13，污水经过垂直流人工湿地后由基质的吸附作用和植物根系的摄取作用完成对耗氧有机物的彻底去除和完全硝化，垂直流人工湿地的污水利用垂直流人工湿地床体与清水池具有落差，污水经过排水管20流入清水池，排水管上设有阀门，控制污水的流量和垂直流人工湿地的储水量，清水池中的污水，利用清水回流泵15将污水按50-100％回流比抽回至水平流人工湿地首端的砾石配水区4，再一次对污水进行处理，周而复始，直至污水中总磷的去除率达到90～99％以上，出水中总磷的浓度小于0.5mg/L，达到了城市污水处理厂一级排放标准。
本实用新型具有以下优点①与单一的水平流人工湿地或垂直流人工湿地系统相比，本实用新型对城市污水中SS、COD和BOD5的去除效果和处理出水水质都优于单一水平流或垂直流人工湿地；同时解决了垂直流人工湿地易被城市污水中SS的堵塞问题以及水平流人工湿地处理城市污水时好氧处理能力不足等缺点。
②本实用新型利用水平流人工湿地去除大部分SS，一部分COD、BOD5和废水的氨化及部分硝化，利用垂直流人工湿地完成COD和BOD5的大部分去除功能以及废水的完全硝化和SS的部分去除功能；将垂直流人工湿地硝化出水部分回流至水平流人工湿地首端，在水平流人工湿地的缺氧环境条件下，利用污水和床体积累的有机质作为碳源完成硝化回流水的内碳源反硝化脱氮作用，同时增加了水平流人工湿地对BOD5和COD的去除能力。从而可以使复合人工湿地对一般城市污水中COD、BOD5、KN和TN的去除率分别达到80-90％、85-95％、60-90％和30-60％以上，处理出水中COD、BOD5和SS的浓度分别小于60、20和20mg/L，基本上达到城市污水处理厂排放标准。
③利用水平流人工湿地中大理石或白云石和石灰石等基质对磷的固定作用，完成对废水中磷的部分去除功能；利用垂直流人工湿地填充的高炉渣基质完成废水中大部分磷的去除功能。同时利用水平流和垂直流人工湿地中栽种的水生植物和陆生花卉根系的摄取作用去除部分磷，从而可使复合人工湿地对化粪池出水中总磷的去除率达到90～99％以上，处理出水中总磷的浓度小于0.5mg/L，达到城市污水处理厂一级排放标准，并且本发明创造技术对磷的使用寿命达到8～10年以上。
具体实施方式
日设计处理水量0.5～2.5m3/d。
设计参数格栅采用2cm×2cm铁丝网，直立于化粪池出水口与地下引水管相接的检查井中。
集水井设计尺寸为2.0m×1.8m×2.0m，有效水深1.0m，有效容积3.6m3，砖结构水泥抹面。
水平流人工湿地设计内径尺寸长×宽为3.0m×3.45m×0.8m的矩形池一个，分两部分。前一部分为水平流床，后一部分为水平流床出水集水池。水平流床又分为三个池并联运行，单池实用的尺寸长×宽为2m×1m。集水池的实用尺寸长×宽为0.46m×3.09m。水平流床分砾石配水区、基质区和砾石集水区，各占床体长度的1/4、1/2、1/4，分别填充的是石灰石、大理石、石灰石。其上覆盖一层厚10cm的石英砂。集水池收集三块水平流床处理出水混合后，通过管道、阀门借助静水压力向三块垂直流床自流配水。
垂直流人工湿地设计外径尺寸长×宽×高为1.42m×3.45m×1.2m，分三格，单池实用尺寸长×宽1.0m×1.0m×1.2m。实际使用面积共3.0m2。垂直流床垫层由砾石、小砾石和豆石组成，厚10cm；高炉渣基质层厚90～100cm；布水层由砾石和豆石组成，厚5～10cm；表土覆盖层由自然土壤组成，厚5～10cm。
运行时间和运行方式从2003年6月开始试运行，采用的HTR为5、4、3和2天。在3块水平流床上，第1块(HF1)种植风车草，第2块(HF2)种植水葱，第3块(HF3)为不种植的对照。在3块垂直流床上，第1块(VF1)种植茳花，第2块(VF2)种植美人蕉，第3块(VF3)为不种植的对照。
处理效果(mg/L，％)如表1、表2、表3和表4所示。
表1为城市污水经复合人工湿地脱氮除磷处理后，污水中的COD浓度变化情况；表2为城市污水经复合人工湿地脱氮除磷处理后，污水中的BOD5浓度变化情况；表3为城市污水经复合人工湿地脱氮除磷处理后，污水中的KN浓度变化情况；表4为城市污水经复合人工湿地脱氮除磷处理后，污水中的TN浓度变化情况；表5为城市污水经复合人工湿地脱氮除磷处理后，污水中的TP浓度变化情况。
表1
表2
表3
表4
表权利要求1.城市污水复合人工湿地处理床，含有水平流人工湿地处理床和垂直流人工湿地处理床；其特征在于水平流人工湿地处理床在前，垂直流人工湿地处理床在后的顺序串联起来组成复合人工湿地处理床；在水平流人工湿地处理床与垂直流人工湿地处理床间设有集水池，垂直流人工湿地处理床后面设有清水池，各池间用管道连接；水平流人工湿地处理床的床体内依次设置砾石配水区(4)，大理石或白云石基质区(5)，砾石集水区(6)，其上面设置石英砂覆盖层(7)，床体上部设有污水进水管(16)与污水管(3)相连接，污水管(3)上设有阀门，床体底部设有 字形排水管(8)， 字形排水管(8)设有阀门，集水池(9)建造在水平流人工湿地处理床的床体出水口一端，并与水平流人工湿地处理床的床体连成一体，设在水平流人工湿地处理床体底部的 字形排水管(8)的出水口应在集水池(9)的上部， 字形排水管(8)上有阀门，集水池(9)底部设有污水排水管(17)，污水排水管(17)上设有阀门，垂直流人工湿地处理床设在集水池(9)的污水排水管(17)下方，垂直流人工湿地处理床由床体和布水管组成；床体由上而下设置表土覆盖层(11)，砾石配水层(19)，高磷基质吸附层(12)和砾石垫层(13)下；底部设有排水管(20)，排水管(20)上设有阀门；布水管分布在砾石配水层(19)中，布水管由布水主管(10)和多条布水支管(18)组成，布水支管(18)固定在布水主管(10)上，布水支管开有小孔；布水主管(10)与集水池(9)的污水排水管(17)相连接；垂直流人工湿地处理床的排水管下方设有清水池(14)，清水池(14)上设有清水回流潜水泵(15)。
2.根据权利要求1所说的城市污水复合人工湿地处理床，其特征在于所说水平流人工湿地处理床床体的砾石配水区(4)和砾石集水区(6)各占床体总长度的1/4，大理石或白云石基质区(5)占床体总长度的1/2。
3.根据权利要求1所说的城市污水复合人工湿地处理床，其特征在于所说的砾石配水区(4)和砾石集水区(6)填充石灰石，大理石或白云石基质区(5)填充大理石或白云石，填充高度为床体的85～90％；其上面填充石英砂作为覆盖层(7)，填充高度为床体的10～15％。
4.根据权利要求1所说的城市污水复合人工湿地处理床，其特征在于垂直流人工湿地处理床床体高度为120cm以上，表土覆盖层(11)厚度为5～10cm，砾石配水层(19)厚度为5～10cm，高磷吸附基质层(12)厚度为80～100cm，砾石垫层(13)厚度为10～20cm。
5.根据权利要求4所说的垂直流人工湿地处理床，其特征在于所说的表土覆盖层(11)放置自然土壤，砾石配水层(19)放置砾石，豆石，高磷吸附基质层(12)放置高炉渣或高炉渣与草炭和农田耕层土壤按13～18∶1∶1的体积比混配而成的混合填料。
专利摘要城市污水复合人工湿地处理床涉及污水处理装置。利用水平流人工湿地处理床与垂直流人工湿地处理床串联组成复合人工处理床处理城市污水，水平流人工采用连续运行方式，垂直流床的硝化处理出水按50％－100％的回流比回流至水平流进行反硝化脱氮处理。水平流床填充富含钙的大理石或白云石和石灰石，垂直流床填充富含铁、钙、硅和铝等氧化物的高炉渣或其与草炭和土壤混合配制的人工基质。水平流床所栽种的水生植物为风车草和水葱，垂直流床栽种的陆生花卉为美人蕉和茳花。
文档编号C02F1/28GK2756623SQ200320117108
公开日2006年2月8日 申请日期2003年10月17日 优先权日2003年10月17日
发明者崔理华 申请人:华南农业大学