一种人工湿地系统及其污水处理方法与流程

本发明涉及污水处理技术领域，具体而言，涉及一种人工湿地系统及其污水处理方法。

背景技术：

人工湿地是以人工建造和监督控制的、与沼泽地相类似的地面，通过自然生态系统中的物理、化学和生物三者协同作用以达到对污水的净化人工湿地作为一种经济高效的污水生态处理技术,人工湿地处理法是一项既高效经济,又具有综合效益的处理方法,是一种结合我国目前污水处理状况联合处理达到国家污水排放综合指标的治理办法,它投资少,建设周期短,处理效率高,可使处理后的污水资源化。自上世纪七、八十年代兴盛起来，广泛应用于大中小城镇和乡村地区的生活污水处理，也有应用于工业和农业。

目前，应用于人工湿地的植物多为一年生的草本植物，主要有：香蒲、花叶芦竹、美人蕉、菖蒲、芦苇、再力花、风车草、梭鱼草等草本植物，我国属于亚热带地区，目前在亚热带地区广泛应用的这些人工湿地草本植物，一般到了冬季时，地上部分会逐渐枯死，造成人工湿地系统1冬季时水质处理效果不稳定，和景观效果差的问题。每年需花费大量的人力物力收割，否则植物枯死后营养会重返水体，造成二次污染。再者，湿地填料易营养饱和而不再具备污染净化能力，而更换填料需要大量的人力物力；最后，现有湿地易堵塞，污水净化能力难以持续。因此，在人工湿地上种植木本陆生植物来解决目前冬季大部分草本水生植物地上部分枯死的问题。选择能长期适应人工湿地水体环境且去污能力强、生长量好的木本植物131是非常重要的。

人工湿地处理效果好，但处理负荷不高，传统的人工湿地吨水处理负荷较小，占地面积大。在这土地日趋紧张的情况下，研发出一种提高吨水处理负荷高且利于木本植物生长，能长期用于污水处理的高效人工湿地处理系统是必要的。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供的一种人工湿地系统及其污水处理方法，更好的克服了上述现有技术存在的问题和缺陷，不仅占地面积较小，吨水处理负荷高，而且营造良好的景观效果。

一种人工湿地系统及其污水处理方法，包括多个垂直流人工湿地单元；每个所述垂直流人工湿地单元包括进水渠、进水配水管道、湿地床体、出水底渠、出水管道和排水渠；所述进水配水管道平铺于所述湿地床体表层；所述进水渠连接所述进水配水管道；所述出水底渠设置在所述湿地床体内底部；所述出水管道一端连接所述出水底渠，另一端穿出所述湿地床体连接所述排水渠；所述湿地床体内设置有木本植物和基质层；所述木本植物栽植于基质层上，所述基质层由下至上依次为砾石层、第一碎石层、沸石与钢渣混合层、粗砂层、生物陶粒与炭粉混合层、第二碎石层及种植土壤层。

进一步地，所述进水配水管道上装有电动阀；所述进水配水管道管底两侧设置有出水孔。

进一步地，所述木本植物为海桑、桐花、木槿、黄槐中的一种或多种。进一步地，所述种植土壤层和所述第二碎石层之间设置有带网孔软板。

进一步地，所述砾石层和所述第一碎石层之间设置有第一通气管道；所述第二碎石层中间设置有第二通气管道；所述第一通气管道和所述第二通气管道均与外部大气环境相连。

进一步地，所述排水渠和所述砾石层之间设置有隔网。

进一步地，所述第一碎石层与所述沸石与钢渣混合层设置有透水土工布。

进一步地，所述出水管道上设置有第三通气管道。

进一步地，多个所述垂直流人工湿地单元平行排布；前一个所述垂直流人工湿地单元的进水渠与相邻的后一个所述垂直流人工湿地单元的进水渠相连接，或者前一个所述垂直流人工湿地单元的进水渠与相邻的后一个所述垂直流人工湿地单元的进水渠为同一个；前一个所述垂直流人工湿地单元的排水渠与相邻的后一个所述垂直流人工湿地单元的排水渠相连接，或者前一个所述垂直流人工湿地单元的排水渠与相邻的后一个所述垂直流人工湿地单元的排水渠为同一个。

一种人工湿地系统的污水处理方法，包括将污水收集于进水渠中，所述进水渠中的污水经所述进水配水管道进入所述湿地床体，所述出水底渠收集经所述湿地床体净化后的尾水并经所述出水管道排出到排水渠中；其中，多个所述垂直流人工湿地单元采用交替间歇进水的方式，每个所述垂直流人工湿地单元的周期运行时间为4-6h，进水与落干的时长比值小于1:2。

与现有技术相比，本发明的一种人工湿地系统及其污水处理方法的有益效果是：

1、本发明的一种人工湿地系统及其污水处理方法通过采用多个垂直流人工湿地单元，比单一人工湿地单元净化效果更好，能够更有效的去除氮、磷的污染物；

2、本发明的多个垂直流人工湿地单元采用交替间歇进水方式，为每个单元的木本植物提供一个复氧恢复期，促进木本植物根系发展，使木本植物生长量增大，从而促进对污水中氮、磷等污染物的吸收净化；

3、本发明采用特定的配水方式(即湿干比)及湿地床结构合理布置，一方面形成好氧、厌氧交替环境，另一方面通过物理、化学、生物的三重共同作用来实现对污水的净化作用，有效解决了湿地床体堵塞问题及木本植物长期生长在水中造成根系缺氧，生长量不大，净化效果不好，甚至缺氧死亡，存活率不高的问题。

4、本发明在人工湿地部分形成良好的景观效果，净化水质的同时也美化环境，可以作为科研、教育基地。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明的一个垂直流人工湿地单元的结构示意图；

图2位本发明的整体结构示意图；

附图标号说明：

1 人工湿地系统

10 垂直流人工湿地单元

11 进水渠

12 进水配水管道

13 湿地床体

14 出水底渠

15 出水管道

16 排水渠

121 电动阀

131 木本植物

132 基质层

1321 砾石层

1322 第一碎石层

1323 沸石与钢渣混合层

1324 粗砂层

1325 生物陶粒与炭粉混合层

1326 第二碎石层

1327 种植土壤层

1328A 带网孔软板

1328B 土工布

1328C 隔网

1329A 第一通气管道

1329B 第二通气管道

1329C 第三通气管道

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对人工湿地系统及其污水处理方法进行更全面的描述。附图中给出了人工湿地系统及其污水处理方法的首选实施例。但是，人工湿地系统及其污水处理方法可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对人工湿地系统及其污水处理方法的公开内容更加透彻全面。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

参阅图1及图2，本发明提供的一种人工湿地系统1，包括多个垂直流人工湿地单元10；每个所述垂直流人工湿地单元10包括进水渠11、进水配水管道12、湿地床体13、出水底渠14、出水管道15和排水渠16；所述进水配水管道12平铺于所述湿地床体13表层；所述进水渠11连接所述进水配水管道12；所述出水底渠14设置在所述湿地床体13内底部；所述出水管道15一端连接所述出水底渠14，另一端穿出所述湿地床体13连接所述排水渠16；所述湿地床体13内设置有木本植物131和基质层132；所述木本植物131栽植于基质层132上，所述基质层132由下至上依次为砾石层1321、第一碎石层1322、沸石与钢渣混合层1323、粗砂层1324、生物陶粒与炭粉混合层1325、第二碎石层1326及种植土壤层1327。

需要理解的是，所述进水渠11用于收集有待于处理的污水，污水通过进水配水管道12引进湿地床体13进行净化处理；所述出水底渠14用于收集经湿地床体13净化处理后的处理水，并通过出水管道15排出到排水渠16中。

需要理解的是，所述木本植物131采用耐缺氧、根长增幅大、根系去污能力强、生长量大的木本植物131。所述种植土壤的厚度约为400-600mm，例如400mm、500mm或600mm等；所述种植土壤可列举为海泥、红土壤、黑土壤、海砂、石米等中的一种或几种，也可根据上述种植的木本植物131品种选择合适的土壤成分。所述第一碎石层1322和第二碎石层1326的碎石粒径均为4-6cm；所述第二碎石层1326的厚度约为120-180mm，例如120mm、130mm、150mm、160mm或180mm等；所述第二碎石层1326的厚度为120-180mm，例如120mm、130mm、150mm、160mm或180mm等；所述第一碎石层1322的厚度约为80-120mm，例如80mm、90mm、100mm、110mm或120mm等。

需要理解的是，是一种生物膜载体滤料，具有轻质，比表面积大，吸附能力强的优点；生物陶粒易挂膜、与生物相容性好、利于污水中氮磷、细菌等的去除，且多孔轻质不易板结。木炭粉是用农作物枳杆、林业剩余物制成的炭粉；木炭粉在相对湿度为50％以上时，能迅速吸附20％左右的水分，可以用来保持土壤水分，并为湿地床中下部增加碳源。所述生物陶粒与炭粉混合层1325的厚度约为150-250mm，例如150mm、200mm或250mm等。

需要理解的是，沸石及钢渣中钙盐、铝盐含量大，具有很好的除磷效果。所述沸石与钢渣混合层1323的厚度约为150-250mm，例如150mm、200mm或250mm等。所述砾石层1321的砾石粒径为3-5cm，所述砾石层1321的厚度约为80-120mm，例如80mm、90mm、100mm、110mm或120mm等。所述砾石层1321和所示第一碎石层1322用于对污水的强化脱氮处理。

由上述描述可知，本发明的一种人工湿地系统及其污水处理方法通过采用多个(≥3个)垂直流人工湿地单元10，比单一人工湿地单元净化效果更好，能够更有效的去除氮、磷的污染物；另外通过湿地床结构合理布置，通过物理、化学、生物的三重共同作用来实现对污水的净化作用，有效解决了湿地床体13堵塞问题及木本植物131长期生长在水中造成根系缺氧，生长量不大，净化效果不好，甚至缺氧死亡，存活率不高的问题，非常适合生活污水、城镇污水、养殖废水或其它富营养化水体的净化。并且本发明在人工湿地床体部分形成良好的景观效果，净化水质的同时也美化环境，可以作为科研、教育基地。

进一步地，所述进水配水管道12上装有电动阀121；所述进水配水管道12管底两侧设置有出水孔(未示出)。

上述，所述进水配水管道12(管径约9-12cm，连接进水渠11一端开放，另一端封闭)平铺于湿地床体13表层，一半露出地面。所述垂直流人工湿地单元10通过所述进水配水管道12上的电动阀121来控制进水时间。所述进水配水管道12管底两侧设置有出水孔，所述出水孔可以为多个，利于引入的污水均布于湿地床体13表层；优选的，所述出水孔孔径约4-6mm，距离管底三分之一处，相邻出水孔的孔间距约4-6mm。

进一步地，所述木本植物131为海桑、桐花、木槿、黄槐中的一种或多种。

上述，海桑、桐花属于红树林系，对土壤含盐量要求不高，可用泥质滩涂土壤种植。所述木本植物131为海桑、桐花、木槿、黄槐中的一种或多种，一方面解决了人工湿地草本植物到了冬季时，地上部分会逐渐枯死，营养会重返水体，造成人工湿地系统1冬季时水质处理效果不稳定、二次污染及景观效果差的问题；另一方面解决了每年需花费大量的人力物力收割的问题。

进一步地，所述种植土壤层1327和所述第二碎石层1326之间设置有带网孔软板1328A。

上述带网孔软板1328A将上层土壤和湿地床体13下层基质隔离开来，采用垂直流方式将部分污染物截留在表层种植土壤中，既克服了湿地植物枯萎凋落物造成二次污染的生态问题，实现木本植物131对污水的净化；又解决了湿地床体13下层基质更换困难的难题。所述带网孔软板1328A可列举为带网孔的塑料软板。

进一步地，所述第一碎石层1322与所述沸石与钢渣混合层1323之间设置有土工布1323B。

需要理解的是，土工布1328B是由合成纤维通过针刺或编织而成的透水性土工合成材料，具有重量轻、成本低、耐腐蚀、具有透水性能好、隔离、增强等优良性能。通过在所述第一碎石层1322与所述沸石与钢渣混合层1323之间设置土工布1328B，一方面用于防止细小的钢渣渗透到湿地床体13底部，另一方面利于经沸石与钢渣混合层1323处理后的处理水渗透到所述第一碎石层1322。

进一步地，所述砾石层1321和所述第一碎石层1322之间设置有第一通气管道1329A；所述第二碎石层1326中间设置有第二通气管道1329B；所述第一通气管道1329A和所述第二通气管道1329B均与外部大气环境相连。

进一步地，所述出水底渠14和所述砾石层1321之间设置有隔网1328C。

上述，通过在所述砾石层1321和所述第一碎石层1322之间设置第一通气管道1329A，用于为湿地床体13底层提供溶解氧，增强硝化脱氮。通过在所述第二碎石层1326中间设置第二通气管道1329B，用于为木本植物131根系增加氧气含量，防止湿地床体13堵塞，同时加大木本植物131的生长量，促进木本植物131对有机污染物的吸收和去除。所述隔网1328C用于将湿地床体13与排水渠16隔离开；所述隔网1328C的材质可列举为不锈钢材质。

进一步地，所述出水管道15上设置有第三通气管道1329C。

上述，通过在所述出水管道15上设置第三通气管道1329C，增加了湿地床体13的透水量，使湿地床体13不易堵塞。

进一步地，如图2所示，多个所述垂直流人工湿地单元10平行排布；前一个所述垂直流人工湿地单元10的进水渠11与相邻的后一个所述垂直流人工湿地单元10的进水渠11相连接，或者前一个所述垂直流人工湿地单元10的进水渠11与相邻的后一个所述垂直流人工湿地单元10的进水渠11为同一个；前一个所述垂直流人工湿地单元10的排水渠16与相邻的后一个所述垂直流人工湿地单元10的排水渠16相连接，或者前一个所述垂直流人工湿地单元10的排水渠16与相邻的后一个所述垂直流人工湿地单元10的排水渠16为同一个。

需要理解的是，通过将多个(优选为4个)所述垂直流人工湿地单元10平行排布，且相邻垂直流人工湿地单元10的进水渠11和排水渠16相连接或者为同一个，使整体人工湿地系统1更佳紧凑美观。

一种人工湿地系统1的污水处理方法，包括将污水收集于进水渠11中，所述进水渠11中的污水经所述进水配水管道12进入所述湿地床体13，所述出水底渠14收集经所述湿地床体13净化后的尾水并经所述出水管道15排出到排水渠16中；其中，多个所述垂直流人工湿地单元10采用交替间歇进水的方式，每个所述垂直流人工湿地单元10的周期运行时间为4-6h，进水与落干的时长比值小于1:2。

上述，多个所述垂直流人工湿地单元10采用交替间歇进水的方式为每个单元的木本植物131提供一个复氧恢复期，促进木本植物131根系发展，使木本植物131生长量增大，从而促进对污水中氮、磷等污染物的吸收净化。可以理解的是，每个所述垂直流人工湿地单元10的周期运行时间为4-6h，例如4h、4.5h、5h、5.5h或6h等；进水与落干的时长比值小于1:2，有利于形成湿地床体13形成好氧、厌氧交替环境，提升湿地床体13对污水的净化处理效果。在一种实施方式中，每个所述垂直流人工湿地单元10的周期运行时间为4h，可进水时长为1h，落干时长为3h；在另一种实施方式中，每个所述垂直流人工湿地单元10的周期运行时间为6h，可进水时长为1.5h，落干时长为4.5h。

尽管以上较多使用了表示结构的术语，例如“垂直流人工湿地单元”、“湿地床体”、“进水配水管道”等，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。