专利名称：一种强化人工湿地污水处理方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种污水处理并进行污水的再生回用技术，特别涉及一种用于乡镇、山区、休假村、疗养院等分散居住地区以及城镇居民小区的生活污水的土地处理并进行污水的再生回用系统，它亦可用于小规模工业废水处理。
尽管诸如活性污泥法、氧化沟、生物流化床、生物滤池、膜一生物反应器等生活污水处理技术比较成熟，但昂贵的造价和运行管理费用限制了它们在散居地区的应用，并且一些处理工艺的氮、磷去除效果差。如传统活性污泥法工艺的吨水基建费用约为1500～2000元，吨水运行费用为0.7～1.2元。对总氮、磷等污染物去除率分别为50～70％、40～60％。膜-生物反应器工艺虽然出水水质很好，处理后污水能达到中水回用要求，但其造价和运行费用则更高。
通常的土地处理工艺，如慢速渗滤系统、快速渗滤系统、地表漫流系统、对生活污水通常具有经济有效的处理效果，但是这些工艺也存在受自然条件影响大、占地面积大等缺点。如快速渗滤系统的吨水占地面积约为2～60m2，地表漫流系统的吨水占地面积约为15～120m2。与之相比，活性污泥法工艺的吨水占地面积仅为1～6m2。人工湿地具有投资低、操作简单、维护和运行费用低等特点，同时能绿化土地，改善生态环境，是适合散居地区以及中、小城镇的污水处理技术。但该技术仍存在着氮、磷去除效果不理想，占地面积大，容易出现污水短流和死区而引起运行效果不能充分发挥等问题。如常规人工湿地对氮、磷的去除率分别为50～70％，60～80％，吨水占地面积达10～20m2。此外，虽然某些土地处理系统，如经过强化布水的地下渗滤系统能大大提高对污水中氮、磷的去除，但其存在土壤容易堵塞，污水处理流量小，占地面积大，运行操作方式复杂等问题，并且需要消耗动力。
本发明技术方案如下一种强化人工湿地污水处理方法，该方法包括如下步骤a.在地面开挖一长方形池体，在池体底部和四周铺上防渗层；b.在池体的前端和三分之一处设置布水管和配水区，在池体的尾部设置集水管和集水区；c.在池体内填充由体积比为50～85％炉渣、10～30％红壤和5～20％腐殖质配制而成的复合填料；在池体的前三分之一段种植根系泌氧能力强的水生植物，在湿地后三分之二段种植生长量大，氮、磷吸收作用好的水生植物。
d.通过前端和三分之一处的布水管使污水进入到池体配水区，经配水区布水后污水均匀进入到池体内部的复合填料中，污水在水生植物、填料以及生长在填料表面的微生物的物理、化学和生化反应联合作用下得以净化，再经集水区和集水管排出池体。
本发明提供的一种人工湿地污水处理系统，其特征在于该系统包括在底部和四周铺有防渗层的长方形池体；在池体的前端和三分之一处分别设置布水管及配水区，在池体的尾部设置集水管和集水区；在池体内填充由炉渣、红壤和腐殖质配制而成的复合填料；在池体的前三分之一段种植根系泌氧能力强的水生植物，在湿地后三分之二段种植生长量大，氮、磷吸收作用好的水生植物。
在本发明所提供的系统中，其长方形池体的长宽比为5～10∶1，深度为60～120cm，坡度0.5％～2％。
本发明所述的布水管和集水管沿90°两侧向下间隔打孔，孔间距10～15cm，孔径2～5mm；所述的集水管采用PVC管和橡胶软管两部分组成。
本发明所述的配水区和集水区填充直径为30～60mm的卵石。
本发明所述的污水处理系统中，在池体的前三分之一段种植芦苇；在湿地后三分之二段种植茭白。
本发明具有以下优点及突出性效果①采用了新型多功能复合填料，对磷等污染物具有很强的吸附能力。填料的水力传导性能良好，孔隙结构发达，适合作为微生物的载体，并且其所含成分能够促进微生物的增长；此外，所采用的填料价格低廉，来源广泛，符合工程上的需要；②填料的填充方式以及布水、集水方式的优化有效地防止了系统内部短路流和死区的出现，提高了系统内部的有效体积，亦有利于对植物的均匀供水；③对氮、磷的去除能力强，可高达90％以上。处理出水水质好，经常规液氯消毒后即可用于中水回用；④由于所配制的填料水力传导性能良好，在一定坡度下污水靠重力就能顺利流经处理系统，因此与地下渗滤等土地处理系统相比，处理流量更大，占地面积减小，并且不会产生填料堵塞现象。另外，运行操作简单，不消耗动力，节省了运行费用。与传统的污水活性污泥法处理工艺比较可以节省基建费用60％～80％，节省运行管理费用80％～100％；⑥污水在系统内部流动，不会孳生蚊蝇、散发不良气味。湿地地表可种植景观植物，可以直接与绿化相结合。⑦可为许多生物提供栖息的场所，具有良好的生态功能及效应。
图2为
图1的俯视图。
图中1—防渗层，2—穿孔布水管，3—石块配水区，4-1/3处穿孔布水管，5—前1/3区植物，6—后2/3区植物，7—植物根系，8—石块集水区，9—穿孔集水管，10—隔墙，11—可调水位橡胶管，12—集水渠，13—进水管，14—分流管，15—前1/3填料区，16—后2/3填料区。
强化人工湿地内部的填料主要构成按体积比例由大到小依次为炉渣、红壤和腐殖质，其中红壤的比例为10～30％，腐殖质的比例为5～20％，其余为炉渣；上述填料均匀混合构成复合填料后填充到前1/3填料区15和后2/3填料区16，能有效地避免填料不均引起的湿地内部短流和死区现象。
对湿地的植物种植方式进行了搭配组合。湿地前三分之一段种植根系泌氧能力强的水生植物5，例如可种植芦苇等植物，有利于降解污水中的有机物质。湿地后三分之二段种植生长量大，氮、磷吸收作用强的水生植物6，例如种植茭白，有利于污水中氮、磷的去除。
湿地入水方式对进入湿地的污水进行分流，即除了首端进水，还在湿地的三分之一处设置了布水管4，分流一部分污水，污水分流比例为10～40％。这样减轻了湿地前端的污染物负荷，增加了湿地后端的碳/氮比，有效的保证了反硝化反应的顺利进行，以及污染物的稳定去除；为了使污水在湿地内部能够均匀水平推流，湿地的长宽比控制在5～10∶1。此外，系统采用穿孔管2和4均匀布水，由穿孔集水管9集水，集水管9采用PVC管和橡胶软管两部分组成，布水管和集水管均沿90°两侧向下间隔打孔，孔间距10～15cm，孔径2～5mm；橡胶软管11可调节出水高度。这样可以很方便的调节湿地的水位和改善湿地的流态，避免短流和死区的产生。对湿地布水方式及集水方式进行了优化。
实施例1人工湿地系统内复合填料按体积比由85％炉渣、10％红壤和5％腐殖质混合配制而成。湿地面积为5m2，深度60cm，坡度0.5％，前三分之一段种植芦苇，后三分之二段种植茭白。布水管采用直径25mm的PVC管，沿90°两侧向下间隔打孔，孔间距10cm，孔径2mm；集水管采用直径50mm的PVC管，沿90°两侧向下间隔打孔，孔间距10cm，孔径10mm。可调软管直径为50mm。石块配水区和集水区里填充直径为30～60mm的卵石。系统水力负荷为4cm/d，采用污水连续投配的方式进水，1/3处污水分流比例占污水总量的10％。进水为COD、氨氮、总氮、总磷浓度分别为115～293mg/L、18～40mg/L、15～35mg/L、1.5～3.5mg/L的生活污水。经该强化人工湿地系统处理以后，COD、氨氮、总氮和总磷的去除率均在90％以上，出水中的COD、氨氮、总氮、总磷浓度分别低于40mg/L、4mg/L、7mg/L和0.15mg/L，处理出水达到《生活杂用水水质标准》(CJ25·1-89)。
实施例2人工湿地系统内复合填料按体积比由50％炉渣、30％红壤和20％腐殖质混合配制而成。湿地面积为5m2，深度80cm，坡度1％，前三分之一段种植芦苇，后三分之二段种植茭白。布水管采用直径25mm的PVC管，沿90°两侧向下间隔打孔，孔间距10cm，孔径5mm；集水管采用直径50mm的PVC管，沿90°两侧向下间隔打孔，孔间距10cm，孔径10mm。可调软管直径为50mm。石块配水区和集水区里填充直径为30～60mm的卵石。另外设对照湿地，其结构和运行条件相同，但湿地内部填料采用传统的填充方式，具体为底部填充砾石、中部填充炉渣、表层填充一般土壤。系统水力负荷为6cm/d，采用污水连续投配的方式进水，1/3处污水分流比例占污水总量的20％。投加COD、氨氮、总氮、总磷平均浓度分别为265.2mg/L、21.5mg/L、22.8mg/L、1.79mg/L的生活污水，强化人工湿地系统对COD、氨氮、总氮和总磷的去除率分别为90.0％、89.0％、85.5％、96.6％，处理出水COD、氨氮、总氮、总磷平均浓度分别为26.6mg/L、2.5mg/L、3.1mg/L、0.09mg/L，达到《生活杂用水水质标准》(CJ25·1-89)。而对照湿地处理出水COD、氨氮、总氮、总磷平均45.8mg/L、5.0mg/L、5.2mg/L、0.68mg/L，对COD、氨氮、总氮和总磷的去除率分别为82.7％、77.9％、75.8％、75.4％，远远低于强化人工湿地系统对污染物的去除率。
实施例3人工湿地系统内复合填料按体积比由60％炉渣、25％红壤和15％腐殖质混合配制而成。湿地面积为5m2，深度120cm，坡度2％，前三分之一段种植芦苇，后三分之二段种植茭白。布水管采用直径25mm的PVC管，沿90°两侧向下间隔打孔，孔间距10cm，孔径5mm；集水管采用直径50mm的PVC管，沿90°两侧向下间隔打孔，孔间距10cm，孔径10mm。可调软管直径为50mm。石块配水区和集水区里填充直径为30～60mm的卵石。另外设对照湿地，湿地结构和运行条件相同，但内部填料由炉渣和一般土壤混合而成。系统水力负荷为9cm/d，采用污水连续投配的方式进水，1/3处污水分流比例占污水总量的40％。投加COD、氨氮、总氮、总磷平均浓度分别为252.4mg/L、20.2mg/L、25.3mg/L、3.34mg/L的生活污水，系统处理出水中的COD、氨氮、总氮、总磷平均24.3mg/L、2.6mg/L、3.0mg/L、0.12mg/L，对COD、氨氮、总氮和总磷的去除率分别为90.4％、86.9％、88.3％、96.2％，处理出水达到《生活杂用水水质标准》(CJ25·1-89)。而对照湿地处理出水中的COD、氨氮、总氮、总磷平均60.6mg/L、6.2mg/L、6.7mg/L、0.59mg/L，对COD、氨氮、总氮和总磷的去除率分别为76.0％、69.6％、73.6％、82.1％，远远低于强化人工湿地系统对污染物的去除率。
权利要求
1.一种强化人工湿地污水处理方法，该方法包括如下步骤a.在地面开挖一长方形池体，在池体底部和四周铺上防渗层；b.在池体的前端和三分之一处设置布水管和配水区，将所处理的污水进行分流；在池体的尾部设置集水管和集水区；c.在池体内填充由体积比为50～85％炉渣、10～30％红壤和5～20％腐殖质配制而成的复合填料；在池体的前三分之一段种植根系泌氧能力强的水生植物，在湿地后三分之二段种植生长量大，氮、磷吸收作用好的水生植物。d.通过前端和三分之一处的布水管使污水进入到池体配水区，经配水区布水后污水均匀进入到池体内部的复合填料中，污水在水生植物、填料以及生长在填料表面的微生物的物理、化学和生化反应联合作用下得以净化，再经集水区和集水管排出池体。
2.按照权利要求1所述的湿地污水处理方法，其特征在于所述的污水分流比例为在池体三分之一处的污水占污水总量的10～40％。
3.按照权利要求1所述的湿地污水处理方法，其特征在于所述的根系泌氧能力强的水生植物为芦苇；所述的生长量大，氮、磷吸收作用好的水生植物为茭白。
4.实施如权利要求1所述方法的人工湿地污水处理系统，其特征在于该系统包括在底部和四周铺上防渗层的长方形池体；在池体的前端和三分之一处分别设置布水管及配水区，在池体的尾部设置集水管和集水区；在池体内填充由炉渣、红壤和腐殖质配制而成的复合填料；在池体的前三分之一段种植根系泌氧能力强的水生植物，在湿地后三分之二段种植生长量大，氮、磷吸收作用好的水生植物。
5.按照权利要求4所述的污水处理系统，其特征在于所述的长方形池体的长宽比为5～10∶1，深度为60～120cm，坡度0.5％～2％。
6.按照权利要求4所述的污水处理系统，其特征在于所述的布水管和集水管沿90°两侧向下间隔打孔，孔间距10～15cm，孔径2～5mm；所述的集水管采用PVC管和橡胶软管两部分组成。
7.按照权利要求4或5所述的污水处理系统，其特征在于所述的配水区和集水区填充直径为30～60mm的卵石。
8.按照权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于在池体的前三分之一段种植芦苇，在湿地后三分之二段种植茭白。
全文摘要
一种强化人工湿地污水处理方法及系统，涉及一种适于小规模工业废水和乡镇、休假村、疗养院等分散居住地区以及城镇居民小区的生活污水处理并回用的土地处理方法及装置。本发明将污水通过布水系统均匀地投配到具有良好通气透水性能的复合填料层中，该复合填料由炉渣、红壤和腐殖质组成的；并组合种植根系泌氧能力强和生长量大，氮、磷吸收作用好的植物，在填料—微生物—植物系统的联合净化功能作用下净化污水。本发明基建费用省，基本无动力消耗，对生活污水中的COD、氨氮、总氮和总磷的去除率可以达到90％以上，而且处理流量大，不会产生填料堵塞现象；处理出水可直接用于回用，地表能种植景观植物，可以与生态建设及城镇绿化功能相结合。
文档编号C02F3/32GK1475448SQ0315005
公开日2004年2月18日 申请日期2003年7月31日 优先权日2003年7月31日
发明者胡洪营, 刘超翔, 钱易, 黄霞, 施汉昌 申请人:清华大学