竹炭复合填料生物防堵型生活污水深度处理人工湿地系统的制作方法

本发明属于环境工程污水处理技术领域，涉及一种强化生物、生态作用的农村生活污水高效深度的竹炭复合填料生物防堵型生活污水深度处理人工湿地系统。

背景技术：

人工湿地是20世纪70年代发展起来的一种新型污水处理工艺，通过湿地基质、湿地植物及微生物的协同作用，实现对污染物的高效去除。人工湿地具有处理效果好、建设运行费用低，维护管理方便等优点，因而被广泛应用到生活污水、工业废水、地表污染水等的处理。

人工湿地是由湿地基质、湿地植物和湿地微生物组成的复杂生态系统。湿地基质为湿地微生物附着提供了载体，其特性对湿地微生物种类和数量具有重要影响；同时湿地基质种类、理化特性对污染物的去除能力也会产生巨大影响。

湿地微生物在人工湿地有机物及氮的去除中起到决定性的作用；湿地植物的吸收是氮、磷去除的重要途径，其对氮、磷吸收能力与植物种类及植物生物量密切相关，对某种湿地植物而言，氮、磷去除效率与植物生物量成正相关。因此，调控湿地基质微生物种类及数量，提高湿地植物生物量，是提高湿地净化效果的有效途径。

传统人工湿地基质主要有土壤、石英砂和砾石等，在具体人工湿地中，基质往往比较单一。在污水处理过程中因基质上生长的微生物膜增厚、腐烂的植物根系的积累，再加上污水中的一些悬浮物导致填料堵塞，影响湿地处理效率，破坏其运行稳定性，是人工湿地运行管理中亟待解决的共性问题。

生物炭通常指由木材、农业废弃物、植物枯枝落叶等生物质在缺氧和温度低于700℃条件下热解形成的多孔炭材料。由于该物质在自然环境中能稳定存在数千年或更长时间，具有很大的“固碳”潜力，从而缓解全球气候变暖、增加陆地“碳汇”。同时生物炭对土壤理化及生物学特性具有调节作用，可促进植物根系生长、发育，增强植物对氮、磷的吸收利用效率，提高土壤中微生物活性。因此，生物炭被逐渐应用在生态环境污染治理，产生良好的生态效益和环保效应。

目前，本领域技术人员致力于开发一种竹炭复合填料生物防堵型生活污水深度处理人工湿地系统。

技术实现要素：

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明的技术目的在于提供了一种增强微生物和植物作用，解决人工湿地堵塞问题的竹炭复合填料生物防堵型生活污水深度处理人工湿地系统。

为实现上述技术目的，本发明提供了一种竹炭复合填料生物防堵型生活污水深度处理人工湿地系统，所述竹炭复合填料生物防堵型生活污水深度处理人工湿地系统包括人工湿地池体、穿孔排水收集管和填料层，所述填料层垂直方向由上到下依次为植物基质填料层和生物填料层两层，所述植物基质填料层和生物填料层之间设置有钢混结构的渗滤板；所述植物基质填料层由上到下依次设置有配水总管、湿地植物、植物基质层、第二砾石层和土工布，所述人工湿地池体在靠近所述植物基质层的位置的侧壁上设置有进水配水槽和设置在所述进水配水槽上的进水总管，所述进水总管与配水总管相连通；所述生物填料层由上到下依次设置有复合生物填料层、均质砂层和第一砾石层；所述人工湿地池体的底部设置有穿孔排水收集管，所述穿孔排水收集管与出水槽、出水总管依次相连接。

进一步地，所述人工湿地采用钢筋混凝土结构，人工湿地池体内部侧壁和底部均设置防渗层，所述湿地植物为黄昌蒲；所述的植物基质层由竹炭、壤土、砂砾按一定比例混合而成。

进一步地，所述的植物基质层由按质量百分比含量的如下组分组成：

竹炭5-10％，

壤土20-25％，

石英砂65-75％。

更进一步地，所述的植物基质层的厚度为35cm，所述第二砾石层的厚度为5-10cm。

进一步地，所述植物基质层的竹炭、壤土和石英砂的粒径为3-5mm，所述第二砾石层的砾石粒径为5-10mm。

进一步地，所述土工布为透水型土工布，所述渗滤板的渗滤孔直径为2cm，所述渗滤板的孔间隔距离为5cm，所述渗滤板的厚度为5-10cm。

更进一步地，所述生物填料层的厚度为120cm，其中复合生物填料层的厚度为40cm，所述均质砂层的厚度为50cm，所述第一砾石层的厚度为30cm；所述均质砂层的砂粒的粒径为5-8mm，所述第一砾石层的粒径为10-25mm。

进一步地，所述生物填料层内的复合填料由悬浮球生物填料内部填充k1型有机合成流化床填料和陶粒填料复合而成，k1型有机合成流化床填料和陶粒填料在悬浮球生物填料内的填充度为70-80％。

进一步地，所述悬浮球生物填料的直径为8cm，k1型流化床有机合成填料和陶粒填料的直径均为1cm，k1型流化床有机合成填料与悬浮球生物填料各占50％。

更进一步地，所述人工湿地系统的进水总管、配水总管、出水总管和穿孔排水收集管的材质均为pvc管。

本发明的有益效果：

本发明为生态滤床工艺和人工湿地工艺的有机耦合，体现了两种工艺特点，增强微生物和植物作用，解决人工湿地堵塞问题，水处理效率高，生物净化效果好。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

(1)本发明将人工湿地填料层分隔成2个区域，上层主要为植物基质层，下层为生物填料层，中间采用透水型土工布和渗滤板间隔，阻止植物基质层土壤颗粒及死亡的植物根系等进入下层导致人工湿地堵塞。

(2)生物炭(竹炭)密度小，比表面积大，为微生物附着生长提供了良好的栖息场所，提高了基质内微生物种群及丰度，从而强化了湿地污水生物净化效果。

(3)生物炭(竹炭)促进了植物根系生长，增强了植物利用水中氮、磷等物质能力，增加了植物地表生物量，从而提高了湿地净化污水的效果。

(4)在下层填充悬浮球生物填料(填充k1型流化床有机合成填料和陶粒填料)，挂膜后进一步强化了湿地脱氮效果，降低了出水总氮。

(5)本发明上层采用生态渗滤处理，下层采用生物复合填料及无机石英砂滤料粒径由粗至细，达到了生物处理与深度过滤一体化效果。

(6)本发明通过调节出水口位置，使上层植物基质层处在饱气状态，污水在好氧条件下实现有机物的降解和硝化过程；而渗滤板下层填料处在饱水状态，污水在缺氧状态而进水反硝化脱氮，最后通过无机砂粒层进一步截流少量悬浮固体颗粒，降低出水的浊度和色度，特别是氮磷污染物的去除。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中生物炭(竹炭)扫描电镜图；

图3为本发明中所使用的复合生物填料图片；

图4为本发明中施加生物炭(竹炭)与未施加生物炭(竹炭)的人工湿地上菖蒲生长特性对比图；

图5为本发明中施加生物炭(竹炭)与未施加生物炭(竹炭)的人工湿地内微生物种群多样性比较图；

其中：1人工湿地池体、2穿孔排水收集管、3砾石层、4均质砂层、5复合生物填料、6渗滤板、7土工布、8砾石层、9进水配水槽、10进水总管、11配水总管、12湿地植物、13植物基质层出水槽、14出水槽、15出水总管。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本发明的目的、特征和效果。

实施例1

本发明的一种竹炭复合填料生物防堵型生活污水深度处理人工湿地系统，包括人工湿地池体1、穿孔排水收集管2和填料层。

填料层垂直方向由上到下依次为植物基质填料层和生物填料层两层。

植物基质填料层和生物填料层之间设置有钢混结构的渗滤板6。

植物基质填料层包括配水总管11、植物基质层13、第二砾石层8、土工布7和湿地植物12。

植物基质填料层由上到下依次设置有配水总管11、湿地植物12、植物基质层13、第二砾石层8和土工布7，人工湿地池体1在靠近植物基质层13的位置的侧壁上设置有进水配水槽9和设置在进水配水槽9上的进水总管10，进水总管10与配水总管11相连通。

生物填料层由上到下依次设置有复合生物填料层5、均质砂层4和第一砾石层3。

人工湿地池体1的底部设置有穿孔排水收集管2，穿孔排水收集管2与出水槽14、出水总管15依次相连接。

人工湿地采用钢筋混凝土结构，人工湿地池体1内部侧壁和底部均设置防渗层，湿地植物12为湿地植物，如黄昌蒲、芦苇、香蒲等。

植物基质层13由竹炭、壤土、砂砾按一定比例混合而成。

植物基质层由按质量百分比含量的如下组分组成：

竹炭9％，

壤土20％，

石英砂71％。

第二砾石层8的厚度为10cm。

植物基质层13的竹炭、壤土和石英砂的粒径为3mm，第二砾石层8的砾石粒径为9mm。

土工布7为透水型土工布，渗滤板6的渗滤孔直径为2cm，渗滤板6的孔间隔距离为5cm，渗滤板6的厚度为5cm。

生物填料层的厚度为120cm，其中复合生物填料层5的厚度为40cm，均质砂层4的厚度为50cm，第一砾石层3的厚度为30cm；均质砂层4的砂粒的粒径为6mm，第一砾石层3的粒径为10mm。

生物填料层内的复合填料由悬浮球生物填料内部填充k1型有机合成流化床填料和陶粒填料复合而成，k1型有机合成流化床填料和陶粒填料在悬浮球生物填料内的填充度为70％。

悬浮球生物填料的直径为8cm，k1型流化床有机合成填料和陶粒填料的直径均为1cm，k1型流化床有机合成填料与悬浮球生物填料各占50％。

人工湿地系统的进水总管10、配水总管11、出水总管15和穿孔排水收集管2的材质均为pvc管。

实施例2

实施例2与实施例1基本相同，所不同之处在于：

本实施例的竹炭复合填料生物防堵型生活污水深度处理人工湿地系统，的植物基质层由按质量百分比含量的如下组分组成：

竹炭10％，

壤土25％，

石英砂65％。

植物基质层13的厚度为35cm，第二砾石层8的厚度为5cm。

植物基质层13的竹炭、壤土和石英砂的粒径为5mm，第二砾石层8的砾石粒径为5mm。渗滤板的厚度为9cm。

均质砂层4的砂粒的粒径为8mm，第一砾石层3的粒径为25mm。

生物填料层内的复合填料由悬浮球生物填料内部填充k1型有机合成流化床填料和陶粒填料复合而成，k1型有机合成流化床填料和陶粒填料在悬浮球生物填料内的填充度为80％。

实施例3

实施例3与实施例1基本相同，所不同之处在于：

本实施例的竹炭复合填料生物防堵型生活污水深度处理人工湿地系统，植物基质层由按质量百分比含量的如下组分组成：

竹炭5％，

壤土20％，

石英砂75％。

第二砾石层8的厚度为8cm。植物基质层13的竹炭、壤土和石英砂的粒径为4mm，第二砾石层8的砾石粒径为10mm。渗滤板的厚度为10cm。

均质砂层4的砂粒的粒径为7mm，第一砾石层3的粒径为20mm。

生物填料层内的复合填料由悬浮球生物填料内部填充k1型有机合成流化床填料和陶粒填料复合而成，k1型有机合成流化床填料和陶粒填料在悬浮球生物填料内的填充度为75％。

试验1

在如下实例中，人工湿地高200cm，直径30cm。植物基质层粒径为3-5mm的竹炭、壤土、石英砂混合物，混合比例为5:20:75。厚度为35cm；植物基质层下面是粒径为5-10mm的砾石，砾石层厚度为10cm，渗滤板厚度5cm。渗滤板下面依次为40cm厚的复合生物填料层，50cm均质砂层和30cm的砾石层，其中均质砂层砂粒的粒径为5-8mm，均质砂层下面是10-25mm的砾石层(厚30cm),砾石层内，离池底10cm处布设内径为6cm的穿孔管收集排水。进水量为0.012m³/h，水力停留时间12～15h。该实施例生物炭-复合生物填料强化型人工湿地为期1年来对生活污水深度处理效果的检测的试验数据如表1所示：

表1

由表1所示，本发明的强化型人工湿地对氮、磷及有机污染物的去除率均高于普通人工湿地，经其处理后，出水悬浮固体颗粒少，浊度、色度更低。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。