竖向流立体式人工湿地污水处理系统和污水处理方法与流程

本发明涉及生活污水收集与处理，特别涉及竖向流立体式人工湿地污水处理系统和污水处理方法。

背景技术：

随着城市生活污水收集与处理比重的日益提升，农村分散式生活污水、雨水径流面源污染等逐渐成为环境问题的主要污染负荷来源。人工湿地是解决小流量生活污水的最佳措施。植物种植密度提高，植物吸收的氮磷等营养元素增加，同时，由于植物根系的泌氧作用，营造了良好的好氧环境，提高了生物作用对污染负荷的去除。鉴于根系层是生物密度最大，污染净化效率最高的位置，为了提高污染去除效果。

例如公开号为cn105084650b的专利文献公开了一体化污水生物生态处理系统，包括依次连通并成g字形分布的调节池、污泥池、表面布水式生物滤池和循环生物强化接触池，循环生物强化接触池采用中央岛式循环结构，中央布置斜板沉淀池和竖向流湿地，三者也依次连通，进水管从调节池接入，出水管从竖向流湿地接出；所述表面布水式生物滤池设在循环生物强化接触池上方，有高程上的差异；表面布水式生物滤池和污泥池之间设有污泥回流通道；所述表面布水式生物滤池内填料采用半软性填料，填料制作成具有相同尺寸和形状的单元块，每块填料由压成波纹状的薄片交叉组装而成，滤池上部并在填料上方安装圆形自旋转布水器；所述循环生物强化接触池为好氧—缺氧环境，具有依次交替分布的好氧区与厌氧区，好氧区与厌氧区之比为4：1，好氧区内安装射流曝气机，采用微曝气技术，循环生物强化接触池的填料为多面空心球填料；所述竖向流湿地内放置具有除磷特性的富铁矿填料。

但传统人工湿地由于根系均在上层30～40cm，生物量同样集聚在该层，根系层以下生物量极少，净化效果较差。但由于上层根系和生物膜的堵塞影响，水平推流式人工湿地渗流则这主要集中在下层，竖向流人工湿地则在根系层停留时间相对较短，影响污水净化，降低去除效率。

技术实现要素：

本发明公开了一种竖向流立体式人工湿地污水处理系统和方法，改变植物的种植方式，使根系分布于填料层整个空间，延长了污水在高效的根系层内的停留时间，从而提高净化效率。

一种竖向流立体式人工湿地污水处理系统，包括填充填料的人工湿地箱体，种植在人工湿地箱体内的植物，进入管组件以及出水管组件，所述人工湿地箱体自上而下划分为多层种植区，每层种植区的侧壁开设有沿周向分布的多个植物种植槽；所述进入管组件布置在所述人工湿地箱体的顶部，所述出水管组件布置在所述人工湿地箱体的底部。

本发明所提供的人工湿地由两部分组成，第一部分是人工湿地的箱体结构，包括箱体结构周边的植物种植槽，槽内种植湿地植物，在植物根系向水性的作用下，根系将充满整个从上到下的填料层。第二部分是进出水系统，进水系统主要有布水管和布水支管组成，确保进水均匀分布，出水管分布于箱体底部，均匀收集净化后的出水。

为增加植物光合作用，优选的，相邻层种植区的植物种植槽在垂直方向上错位分布。所述植物种植槽为固定在人工湿地箱体的侧壁上且与人工湿地箱体内部连通的种植盒，所述植物种植槽的三侧周边高度需高于植物种植槽与人工湿地箱体的连接孔。

为了防止填料层的堵塞，优选的，所述人工湿地箱体内部自上而下分别为配水卵石层、填料层和收集层，所述填料层覆盖所述种植区。配水卵石层可以均匀水流，填料层净化污水，收集层与所述出水管组件连通，有效将净化后的水排出。

为了提高水渗透过程的均匀性，优选的，所述进入管组件包括：

进水布水管，布置在所述配水卵石层的上方；进水布水管为主管路，基本覆盖所述配水卵石层的上方，比如如果人工湿地箱体是长方体，进水布水管沿长度方向延伸且布置在中间位置。

多根布水支管，与所述进水布水管连通以覆盖整个配水卵石层表面。支管的设置可以使水流分布更均匀。

确保均匀进水，优选的，所述配水卵石层的卵石粒径大于所述填料层的填料粒径。粒径大的卵石可以分流污水，使污水渗入填料层时分散更均匀。

为了提高净化效果，优选的，所述填料层的填料粒径为0.8～1.2cm。用较大颗粒填料配合非饱和渗流可以有效避免填料层的堵塞。

人工湿地箱体的形状可以根据环境进行设计，为了充分利用填料层的净化效果，优选的，所述人工湿地箱体为圆筒形，圆筒半径不大于植物根系深度。

为了充分利用填料层的净化效果，优选的，所述人工湿地箱体为长方体，长方体的宽度不大于两倍的植物根系深度。

对于流量较大的工况，可以多个个人工湿地箱体由进水干管向每个人工湿地箱体配水，形成多个箱体并联运行，优选的，所述污水处理系统包括多个人工湿地箱体，所述进入管组件包括主管道以及多根并联接入主管道的进水布水管，每根进水布水管对应一个人工湿地箱体的顶部，所述出水管组件包括主回水管道以及多根并联接入主管道的收集出水管，每根收集出水管对应接入一个人工湿地箱体的底部。

本发明还提供了一种竖向流立体式人工湿地污水处理方法，使用上述的竖向流立体式人工湿地污水处理系统，所述进入管组件进入人工湿地箱体的水量小于填料的下渗流量。

本发明为提高人工湿地的净化效率，改变传统人工湿地根系层停留时间短，净化率有限的问题，提升传统的竖向流人工湿地的处理效率，并采用非饱和渗流方式运行，避免生物膜堵塞填料颗粒，引起人工湿地失效。

本发明的有益效果：

(1)本发明结构简单，模块化，可根据流量大小，添加不同模块进行组合布置，并联运行；

(2)本发明植物密度高、填料层内植物根系、微生物数量丰富，提高净化效率；

(3)本发明采用非饱和渗流运行方式，相对于饱和渗流，可降低填料堵塞风险。

附图说明

图1为单个人工湿地箱体的竖向流立体式人工湿地污水处理系统的剖视示意图。

图2为单个人工湿地箱体的竖向流立体式人工湿地污水处理系统的结构示意图。

图3为多个人工湿地箱体并联的竖向流立体式人工湿地污水处理系统的结构示意图。

图中，1、人工湿地箱体；2、植物种植槽；3、进水布水管；4、配水卵石层；5、填料层；6、植物根系；7、收集层；8、收集出水管；9、布水支管；10、植物；11、进水干管；12、植物槽连接孔；13、出水干管。

具体实施方式

如图1～3所示，本实施例的竖向流立体式人工湿地污水处理系统包括人工湿地箱体1和进出水管组，人工湿地箱体自上而下划分为多层种植区，每层种植区的侧壁开设有沿周向分布的多个植物种植槽2；进入管组件布置在人工湿地箱体1的顶部，出水管组件布置在人工湿地箱体1的底部。

人工湿地箱体1为长方体，长方体的宽度不大于两倍的植物根系6深度，相邻层种植区的植物种植槽2在垂直方向上错位分布。植物种植槽2与人工湿地箱体1通过植物槽连接孔12连通。

人工湿地箱体1内部自上而下分别为配水卵石层4、填料层5和收集层7，填料层覆盖种植区。

进入管组件包括：进水布水管3，布置在配水卵石层4的上方；多根布水支管9，与进水布水管3连通以覆盖整个配水卵石层4。

配水卵石层4的卵石粒径大于填料层5的填料粒径。填料层的填料粒径为1.0cm。

植物种植槽2均匀分布在箱体两侧，每层植物种植槽2相互交叉，使植物10光合作用充分。箱体内，上层配水卵石层4为粗卵石，主要起布水作用，低层为收集层7，也为粗颗粒的卵石构成，收集出水管8敷设于底部。进水通过进水布水管3和布水支管9，将污水均匀洒在人工湿地箱体1表层，污水经配水卵石层4均匀分配后，进入填料层5，填料层5中密布根系，起到了很好的吸收和泌氧作用，使微生物作用强烈，从而净化污水。净化后的水则有收集管8收集后出水排放。

对于流量较大的工况，可以若干个人工湿地箱体1由进水干管11向每个人工湿地箱体1配水，形成若干个箱体并联运行。人工湿地箱体之间留存一定空间，确保两侧植物光合作用。植物种植槽2内植物种植也可根据株高进行调节，上层种植株高较低的，下层种植株高较高的，以便植物更充分的进行光合作用，提高运行效果。