专利名称：一种污水处理人工湿地系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种污水处理人工湿地系统，属于环保技术领域。
背景技术：
我国是农业大国，农村面积占全国土地总面积的57. 59%。“十二五”规划(2011)中明确提出要大力推进农村环境综合整治，强调要加强农村饮用水水源地保护、农村河道综合整治和水污染综合治理。与城市相比，农村经济实力薄弱、基础设施建设差，农村污水处理工艺落后。采用成本低，运行简单，易于管理的处理工艺，可以实现农村生活污水的循环利用，节约水资源，同时还能有效改善村镇居民的生活环境卫生状况，对于推进新农村建设和环境资源的可持续发展具有重大的战略意义。人工湿地是一种由人工建造和监督控制的，与沼泽地类似的地面，它利用自然生 态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化。据国外资料报道，一般人工湿地的工程造价和运行费用仅为传统二级活性污泥法的1/10-1/2，单位污水耗电和污水处理费用明显低于传统污水处理厂。人工湿地系统中，微生物的活动是废水有机物降解的主要因素，是吸收和降解污染物的主要生物群体和承担者。在氮的去除方面起主要作用的是氨化细菌、亚硝化细菌和反硝化细菌，微生物的反硝化是人工湿地脱氮的主要作用。磷的去除主要通过植物和部分微生物的吸收利用以及湿地基质的吸附。人工湿地系统是一个完整的生态系统，它形成了内部的良好循环并具有较好的经济效益和生态效益。然而人工湿地本身也存在不足之处，比如占地面积大，水力停留时间长，处理效果受温度变化和植物生长成熟程度影响大，缺乏最优化设计规范和参数，有潜在的疾病传播媒介等，因此需要进一步的改进和完善。国内外长期实践工程表明，人工湿地对有机物的去除率较高，但对氮磷的去除率偏低且不稳定，在现有人工湿地技术基础上进一步改进，强化其脱氮除磷效率才能更好的发挥作用。研究表明，增大湿地面积、增设预处理工艺、外加曝气和更换基质填料等方法能够提高人工湿地的氮磷去除效率，但同时也带来了运行成本增加、工艺管理不便的弊端，对于经济基础薄弱的农村来说难以实施。申请号03238079. 8的中国专利公开了一种人工湿地污水生态处理装置。它由布水系统、湿地系统、集水系统组成，布水系统包括布水管和散水管，湿地系统由亚粘土层、砂土层以及不同粒径的砾石填料层以及防渗层组成，自上而下布置；底部为防渗层。主要处理设施位于地下，可以保证系统的冬季运行。夏季人工湿地中植物生长茂盛，水体中微生物活动旺盛，能够更好的利用污水中的有机物，氮磷元素，对污水具有良好的净化作用。然而秋季时，湿地植物成熟，为防止植物体内吸收的氮磷等营养元素再次进入水体，需进行作物收割处理。随着气温降低，湿地系统中微生物的代谢作用减弱，因此在秋季通过增加植物根际优势微生物的数量，强化植物和微生物对目标污染物的协同去除作用，是一条经济、高效的污染治理新技术。对于经济基础薄弱的农村来说，采用生物技术强化人工湿地来增强污染治理力度，是提高氮磷去除率、节省治污成本的最佳途径。直接增加根际微生物的数量已经成为提高湿地处理效果的发展趋势。
发明内容本实用新型的目的在于提供了一种污水处理人工湿地系统。所述的人工湿地通过投加反硝化聚磷菌，能够使农村生活污水经人工湿地处理的出水的C0D、氨氮和总磷的含量指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) —级B标准。本实用新型提供了一种人工湿地，所述的人工湿地选用页岩和陶粒来构建湿地基
质层。页岩是人工湿地技术中应用比较成熟的湿地填料，在有机物、氮、磷等营养元素的去除方面效果较好。陶粒以页岩、粘土等惰性物质为主要原料并附加少量金属氧化物高温焙烧而成。其成份主要以无机非金属物质为主。粒径为3-5 mm的陶粒对微生物具有良好的固定作用，同时对磷元素具有很好的吸附作用。较好的是，本实用新型中，所述污水处理人工湿地系统的构成单元结构自下而上依次为碎石层(厚度为150 -180mm)、防渗层(防渗膜)、组合填料层(厚度为600-700 mm)、陶粒层(厚度为150 -180mm)、表面熟土层(厚度为100-150 mm)。较好的是，在本实用新型中，所述人工湿地长4 m，宽I m，深L 3 m。较好的是，在本实用新型中，所述的碎石粒径范围为30-100_，组合填料层由粒径不等的页岩组成，粒径范围为5-30 mm,陶粒粒径范围为3-5 mm。较好的是，在本实用新型中，人工湿地植物采用芦苇湿地植物进行种植，芦苇根系发达，分蘖生长，耐盐碱、水质净化能力强。实用新型人工湿地用于农村生活污水回用处理的具体步骤如下( I) 先将生活污水经中水站处理，处理后的二级出水进入潜流人工湿地。(2) 将培养活化的反硝化聚磷菌菌液投加到芦苇人工湿地系统中，继续对二级出水进行进一步处理，去除C0D、N、P等污染物；(3) 污水在潜流人工湿地内的水力停留时间为7-9 d。放出上述在潜流人工湿地内停留7 d的潜流污水，所述污水水体中的有机物、氮、磷等污染物含量指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) —级标准。根据本实用新型的上述步骤，利用微生物对湿地的强化作用，通过填料、植物和微生物之间的相互作用，经吸附、离子交换、植物吸收和微生物降解等过程，降低水体中的有机物、氮、磷等污染物的含量，使cod、nh3-n、p含量指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) 一级 B 标准。本实用新型具有的有益效果(I)本实用新型基建费用低，运行管理方便，处理成本低，吨水处理费为O. 23-0. 29元，可以大幅度节省投资；(2)本实用新型选用3-5 _陶粒作为人工湿地新型填料，填充于土壤层下方，与植物根系密切接触，有利于更好的固定根际微生物，使微生物更好的发挥作用。湿地填充基质的粒径，由下到上依次减小，有助于微生物在湿地上层小粒径填料中形成生物膜，丰富的微生物有助于更好的去除污水的氮磷。(3)本实用新型中选用根际微生物丰富的芦苇作为湿地植物，对有机物、氮、磷去除效果良好。(4)本实用新型中通过投加反硝化聚磷菌加强了微生物对湿地的强化作用，有效提高了污水中氮磷素的去除效率。(5)本实用新型中的污水处理效果较好，能使农村生活污水经人工湿地处理的出水的C0D、氨氮和总磷的含量指标达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准。
图I为本实用新型人工湿地现场布置平面图。图2为本实用新型一种以页岩和页岩陶粒为基质填料的人工湿地内部结构示意图。 图3为本实用新型加菌强化芦苇人工湿地对COD的处理效果图。图4为本实用新型加菌强化芦苇人工湿地对氨氮的处理效果图。图5为本实用新型加菌强化芦苇人工湿地对硝态氮和亚硝态氮的处理效果图。图6为本实用新型加菌强化芦苇人工湿地对总氮的处理效果图。图7为本实用新型加菌强化芦苇人工湿地对总磷的处理效果图。其中，I.碎石层，2.防渗层，3.组合填料层，4.陶粒层，5.表面熟土层。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步的说明。实施例用于说明本实用新型内容，而不是限定本实用新型内容。实施例I如图I所示，湿地系统总占地约100 m2，由8个面积大小相同的单池组成。单池长
4m，宽I m，深I. 5 m。单池的蓄水量约为1000 L。池中每隔一米设有垂直高度间隔15 cm的5个出水孔，便于取样检测。湿地通过末端底部设置出水孔，池外连接上部开口、高I. 3 m的出水管来控制湿地最高水位。如图2所示，自下而上依次为碎石层I (厚度为150 -180mm)、防渗层2 (防渗膜)、组合填料层3 (厚度为600-700 mm)、陶粒层4 (厚度为150 _180mm)、表面熟土层5。湿地底部为粒径大于3 cm的页岩,距底部O. 15 m到O. 6 m为粒径3 cm左右的页岩,0.6 m到O. 75 m处粒径为3-5 mm的陶粒；表层10 cm为细土层。湿地植物采用根际微生物丰富的芦苇进行分池种植。中水站二级出水首先进入配水箱，然后由配水箱分别向八个人工湿地进行均匀布水。处理后的出水经收集后直接外排。八个单池既可独立运行，互不干扰，又可同时运行，共同发挥作用。且各池中都安装有曝气阀，可以实现单独曝气，运行简易，方便。实施例2秋季对芦苇湿地进行生物强化实验。在启动运行期，将培养的反硝化细菌的菌液(OD600=L O)按5%的比例投加于人工湿地中，取水力停留时间7 d。在运行过程中，污水在潜流人工湿地内停留10 d,湿地内的填料、植物和微生物之间相互作用，通过填料、植物和微生物之间的相互作用，经吸附、离子交换、植物吸收和微生物降解等过程，降低水体中的有机物、氮、磷等污染物的含量，使COD、NH3-N, P含量达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) 一级 B 标准。具体处理效果见图3、图4、图5、图6、图7。强化芦苇湿地对COD的去除效果明显(见图3)，第7天时则降至60 mg/L以下，COD去除率为83. 4%，比对照组提高了 12. 6%。图
5显示，实验过程中芦苇加菌强化湿地中NH3-N浓度呈现逐渐降低的趋势，与对照组相比具有更优的去除效果。NH3-N浓度7天时降至7. 7 mg/L，达到水质排放标准(NH3-N〈8 mg/L),NH3-N的去除主要在前7天内，去除率达到81%。而对照组NH3-N为28. 6 mg/L未达标。图6中，由于反硝化细菌的作用，芦苇湿地加菌强化实验时在初始阶段均出现N03_-N浓度先升高后降低，与同期的对照组相比均具有较好的N03_-N去除效果。湿地中的反硝化细菌在N的转化中起了关键的调节作用，使得Ν02_-Ν浓度保持在较低范围内(见图6)，保证了湿地系统正常运行，免于Ν02_-Ν的毒害作用。通过生物强化作用，人工湿地对TN的去除效果要明显好于对照实验组(见图4)。图7显示，加菌强化实验组和对照组TP浓度降低趋势相似，由于初始进水浓度较低，约为O. 7 mg/L，加菌强化对P的去除作用不明显。水力停留时间7·天时，P浓度达标(P〈0. 5 mg/L)。本实用新型基建费用省，运行过程中无需曝气，即能达到排放标准，可以有效节省工艺运行成本，维护简单，吨水处理费为O. 23-0. 29元。通过投加反硝化细菌对秋季人工湿地进行生物强化，水力停留时间7 d时，C0D、氨氮和总磷的去除效果显著，处理后的废水达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002) —级B标准，有效改善人工湿地系统占地面积大，水力停留时间长等缺点，具有良好的社会环境经济效益。
权利要求1.一种污水处理人工湿地系统，其特征是，所述的人工湿地的组成自下而上依次为碎石层、防渗层、组合填料层、陶粒层、表面熟土层。
2.根据权利要求I所述的一种污水处理人工湿地系统，其特征是，所述的碎石层碎石粒径范围为30-100mm，所述的防渗层为一层防渗膜，组合填料层由粒径不等的页岩组成，粒径范围为5-30 mm，陶粒层陶粒粒径范围为3-5 mm。
3.根据权利要求I所述的一种污水处理人工湿地系统，其特征是，碎石层厚度为·150-180 mm，组合填料层厚度为600-700 mm，陶粒层厚度为150-180 mm，表面熟土层厚度为·100 -150mm。
专利摘要本实用新型涉及一种污水处理人工湿地系统，所述的人工湿地的组成自下而上依次为碎石层、防渗层、组合填料层、陶粒层、表面熟土层。人工湿地植物采用芦苇湿地植物进行种植。本实用新型选用3-5mm陶粒作为人工湿地新型填料，填充于土壤层下方，与植物根系密切接触，有利于更好的固定根际微生物，使微生物更好的发挥作用。湿地填充基质的粒径，由下到上依次减小，有助于微生物在湿地上层小粒径填料中形成生物膜，丰富的微生物有助于更好的去除污水的氮磷。
文档编号C02F3/32GK202729889SQ20122037567
公开日2013年2月13日 申请日期2012年7月31日 优先权日2012年7月31日
发明者裴海燕, 胡文容, 邵媛媛, 孟盼盼, 李政 申请人:山东大学