专利名称：一种变粒径组合填料水平潜流人工湿地污水处理工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于环保技术领域，具体涉及一种变粒径组合填料水平潜流人工湿地污水处理工艺。
背景技术：
国内外湿地处理系统主要用于以污水回用为目标的后续处理工艺，其出水水质良好，基本可达到回用水水质要求。如美国的亚利桑那州凤凰城建设了很多湿地系统，对氨氮及有机物去除效果良好；我国1990年7月在深圳建起第一个人工湿地污水处理系统-白泥坑人工湿地示范工程，实际运行结果表明人工湿地系统去除有机物和悬浮固体的效果较好。北京昌平县处理规模为500m3/d的表面流人工芦苇湿地处理系统运行稳定，抗冲击负荷能力较强，投资和运行费用仅是常规二级处理的1/2～1/5。天津市在大港油田建成了表面流人工湿地和潜流型人工湿地组合的示范工程，用于处理生活污水。但这些湿地的填料基本采用天然土壤，普遍存在占地面积大、处理效果不够稳定和冬季运行效果变差的问题。目前普遍使用的人工湿地系统受各种因素影响处理效果不够稳定，所报道的数据往往差异比较大，主要涉及到运行季节、气温、处理床结构、填料成分、植物种类、系统管理方法等因素。
发明内容
本发明的目的在于提出一种结合自然生态的工程投资省、管理简单、运行维护费用低、处理效果稳定的变粒径组合填料水平潜流人工湿地污水处理工艺。
本发明提出的一种变粒径组合填料水平潜流人工湿地污水处理工艺，具体步骤如下将经过一、二级处理的城市污水或者受污染的自然环境水体中水，通过配水系统水平潜流进入由变粒径组合材料为填料床的人工湿地，人工湿地上种植有水生或陆生植物，污水在人工湿地停留3--30天，利用湿地中填料、水生或陆生植物和微生物之间的相互作用，通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解等过程，对污水中化学需氧量、氮磷等营养元素，金属离子(如Al、Fe、Ba、Cd、Co、B、Cu、Mn、Pb、V、Zn等)，特别是重金属离子，以及各种有毒难降解有机化合物(如农药、二恶英等)和生物毒素(如藻毒素等)进行降解去除，出水排放自然水体或者回用。
本发明中，变粒径组合填料可以采用沸石、砾石、花岗石、页岩、石灰石、高炉渣等中的任两种或两种以上组合。利用各组份对特定污染物的去除效果，选择不同材料的组合，可发挥它们的综合作用，以更广泛地去除污染物质；同时利用它们在不同环境条件下的吸附和解析的特点，均衡不同季节的处理效果。例如沸石对水中的氨氮具有很好的吸附能力，而页岩、石灰石、花岗石等由于钙镁离子含量较高对水中磷有很好的吸附沉淀作用，而高炉渣可以对含有一定酸度的污水具有很好的调节能力。
本发明中，变粒径组合填料的粒径采用5mm-80mm。变粒径填料改变了以往湿地填料粒径单一的缺点，选择不同的粒径的填料，可以增加介质面积，增加微生物的附着面积，利于植物根系发育，减少湿地的水头损失，便于通过植物根系及填料间隙充氧。
本发明中，水生或陆生植物可以采用菖蒲、香蒲、芦苇、鸢尾、香根草、茭白、藨草、柳树及灌木树种等中的一种或几种组合。水生植物在湿地中除了可以直接吸收去除各种污染物，还有下列作用1.通过光合作用为净化作用提供能量来源；2.植物庞大的根系可以增强和维持介质的水力传输，为各种微生物提供了多样的生存环境，根区的细菌群落可降解许多种污染物质；3.植物能输送氧气至根区，有利于微生物的好氧呼吸；4.可作为介质所受污染程度的指示物；5.能固定土壤中的水分，圈定污染区，防止污染源的进一步扩散；6.具有美观可欣赏性，能改善景观生态环境；7.可收割回收资源。例如，处理低浓度重金属污水的试验表明风车草能吸收富集水体中30％的铜和锰，对锌、镉、铅的富集也在5％-15％。
本发明中，人工湿地处理单元中，自下而上，依次为防渗层1、砂垫层2(厚度为30-60mm)、变粒径组合填料层3(厚度为700-1800mm)、上部为覆土4，处理单元两侧填埋在碎石或砾石中。防渗层可以采用不透水材料，如果湿地范围底部为透水率很低的粘土层，可作为防渗层。
本发明中，人工湿地长宽比为5∶1至15∶1，表层覆土0.1米至0.3米，水平潜流的水头标高位于湿地表面下0.1米至0.3米。
本发明的特点如下(1)本发明建设费用低，可以大幅度节省投资，运行管理方便，处理成本低；(2)本发明可以与绿地同时建设，与生态环境建设相协调；(3)本发明通过填料的吸附和微生物的作用，对进水有机污染物、氨氮、总磷去除率可达到90％以上，出水达到市政回用水水质标准；本发明运行效果稳定，受环境影响程度小。
图1为变粒径组合填料水平潜流人工湿地污水处理工艺示意图。
图中标号1为防渗层，2为砂垫层，3为变粒径组合填料，4为覆土，5为配水管，6为碎石配水区，7为碎石出水区，8为出水花墙，9为出水渠。
具体实施例方式
下面通过实施例进一步描述本发明。
实施例1以二级处理的城市污水尾水处理为例。工艺流程按附图1所示。此时二级处理出水的水质特征表现为COD＜60mg/L，总氮＜15mg/L、且其组分中90％以上为硝酸盐氮形式，总磷＜1mg/L、且其组分中99％为生物活性磷。运行变粒径组合填料水平潜流人工湿地污水处理工艺，水力负荷30cm/d，污水在湿地中停留7天，通过填料的粒径级配、不同性状的填料组合及湿地景观植物的共同作用，实现生物脱氮(主要表现为微生物的反硝化作用)及除磷(主要表现为不同填料的物理吸附作用和植物吸收)。运行结果为，COD＜10mg/L、SS＜10mg/L、总氮去除率＞80％、总磷去除率＞85％，出水水质符合国家地表水IV类水标准。
城市污水厂二级处理出水，污染物浓度不高，选用陶粒、砾石等低成本多孔填料作为主要生物生长介质，维持较大的比表面积，为微生物提供更大的生活空间，从而提高反硝化效率；并配以石灰石、花岗岩、页岩等除磷效果好的填料强化除磷效果。选用芦苇、香蒲等当地优势植物作为湿地植物。
实施例2以一级处理的城市污水尾水处理为例。工艺流程按附图1所示。此时一级处理出水的水质特征表现为COD在60mg/L～150mg/L，总氮在20mg/L～35mg/L、且其组分中99％以上为氨氮形式，总磷在2～3mg/L、且其组分中80％为生物活性磷。运行变粒径组合填料水平潜流人工湿地污水处理工艺，水力负荷10cm/d，污水在湿地中停留20天，利用湿地中基质、水生植物和微生物之间的相互作用，通过一系列的物理、化学及生物的途径净化污水，可实现氮素的转化和去除、实现磷素的生化及物化去除。运行结果为，COD＜15mg/L、SS＜10mg/L、总氮去除率＞90％、总磷去除率＞95％，出水水质符合国家地表水IV类水标准。
进水污染物浓度较高，水质较差，为防止填料被堵塞，在粒径上选用30mm至50mm的大粒径填料占70％，种类上选用沸石等对氨氮有很好吸附作用的多孔填料，并配以石灰石、花岗岩、页岩等除磷效果好的填料强化除磷效果，湿地植物选择了当地根系发达、输氧能力较强、去除氨氮能力强的优势植物种群，如藨草、芦苇等，综合作用表明出水水质良好，达到了国家地表水IV类水标准。
权利要求
1.一种变粒径组合填料水平潜流人工湿地污水处理工艺，其特征在于具体步骤如下将经过一、二级处理的城市污水或者受污染的自然环境水体中水，通过配水系统水平潜流进入由变粒径组合材料为填料床的人工湿地，人工湿地上种植有水生或陆生植物，污水在人工湿地中停留3--30天，利用湿地中填料、水生植物和微生物之间的相互作用，有效降解去除污水中化学需氧量、氮、磷、金属离子以及各种有毒难降解有机化合物和生物毒素，出水排放自然水体或者回用。
2.根据权利要求1所述的污水处理工艺，其特征在于所述变粒径组合填料为沸石、砾石、花钢石、页岩、石灰石、高炉渣中的任两种或两种以上组合。
3.根据权利要求2所述的污水处理工艺，其特征在于所述填料的粒径为5mm-80mm。
4.根据权利要求1所述的污水处理工艺，其特征在于所述水生或陆生植物为菖蒲、香蒲、芦苇、鸢尾、香根草、茭白、藨草、柳树及灌木树种之一种或几种组合。
5.根据权利要求1所述的污水处理工艺，其特征在于所述人工湿地，自下而上依次为防渗层(1)、砂垫层(2)、变粒径组合填料层(3)、上部为覆土(4)，湿地两侧填埋有碎石或砾石。
6.根据权利要求1所述的污水处理工艺，其特征在于人工湿地长宽比为5∶1至15∶1，表层覆土0.1米至0.3米，水平潜流的水头标高位于湿地表面下0.1米至0.3米。
全文摘要
本发明属新型环保技术领域，具体涉及一种变粒径组合填料水平潜流人工湿地污水处理工艺，该工艺可用于经过一级处理或二级处理的城市污水尾水处理，也可用于受污染水体的水质修复，出水可以达到地表水IV级以上标准。将待处理污水通过配水系统引入变粒径组合填料水平潜流人工湿地，利用湿地中基质、水生植物和微生物之间的相互作用，通过一系列的物理、化学及生物的途径净化污水，出水排放自然水体或回用。处理系统可以与绿地建设相结合，工程投资省，管理简单，运行维护费用低、处理效果稳定。
文档编号C02F3/32GK1587107SQ20041006623
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月9日 优先权日2004年9月9日
发明者周琪, 杨殿海, 顾国维, 谭洪兴, 张军 申请人:同济大学