专利名称：折流湿地滤池+侧向潜流湿地床污水处理系统及方法
技术领域：
本发明属于污水处理、环境保护技术领域，具体涉及一种折流湿地滤池+侧向潜流湿地床污水处理系统及处理方法。
背景技术：
通过科技查新，目前国内外尚未见有采用折流式湿地滤池和侧向潜流湿地床技术处理城镇污水的研究文献报道，也未见有折流式湿地滤池+侧向潜流湿地床复合技术处理污水的相关报道。
利用“自然净化系统”的生态处理工艺通过回收、利用生物系统中的资源来发挥作用，是污水处理中一种低成本、低能耗、简易有效与生态景观相结合的处理技术，这对于在资金、技术缺乏的地区来讲，是一种可取的水污染防治技术。
现有的人工湿地污水处理方法主要有自由水面(敞流、表面流)型、潜流型、潜流渗滤型、阶梯型等。自由水面型人工湿地的处理原理与生物塘较为相似，其处理效率低，占地和池容大，投资高。潜流湿地主要是利用填料的截滤作用和部分生物吸收作用而去除污染物的，主要问题是污水主要处于厌氧或缺氧条件下，出水水质较差，容易出现死水区和堵塞问题。潜流渗滤型人工湿地实际上是渗滤型土地处理系统的一种，污水由布水系统布水，向下经过填料层和土壤层，最后由埋设在土壤中的集水管收集，主要利用填料和土壤的过滤、吸附作用去除污染物。这些人工湿地处理方法的主要问题有需要较为复杂的布水系统，容易短流，处理效果难于长期维护，容易发生堵塞，占地面积大，主要适用于低浓度的原污水或微污染水等，对于城镇污水效果普遍不好，还没有较好的成功范例。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供一种折流湿地滤池+侧向潜流湿地床污水处理系统及方法，解决现有技术池容利用率低，占地面积大，容易短流，处理效果难以长期保持，不适用于处理较高浓度城镇污水的问题。
本发明的技术方案如下
一种折流湿地滤池+侧向潜流湿地床污水处理系统，它由预处理构筑物、折流式湿地滤池组、侧向潜流湿地床组以梯度向下的形式，依次水路相连而构成。
所述折流式湿地滤池组由多级形成向下梯度的滤池组成，每一滤池内设置有竖向的挡流墙，在滤池上部或底部留出水流通道，水流以上下折流的流态穿过滤池，滤池中放置陶粒或沸石填料并栽种水生植物。
所述的侧向潜流湿地床组由多级梯度向下的侧向潜流湿地床、自然复氧区和兼氧稳定塘组成；每一侧向潜流湿地床内设置有平行交错的导流墙，将床内空间分隔成S形的水流沟道，在沟道中放置陶粒填料，并栽种水生植物；上一级湿地床与下一级湿地床之间由自然复氧区相连，最后一级湿地床连接稳定塘，稳定塘为一容水构筑物，末端底部有排水管道。
所述的不同级折流式湿地滤池以及侧向潜流湿地床中放置的填料粒径依次缩小。
所述的自然复氧区在地势较陡的地区采用跌水曝气池形式，该跌水曝气池与上一级侧向潜流湿地床之间具有1.0米～1.5米的跌水落差。
所述的自然复氧区在地势较平坦的地区采用薄水层复氧沟形式，该薄水层复氧沟为一水平沟道，水流在沟中形成厚度为3～10毫米的薄水层，使得水与空气充分接触，达到自然复氧的目的。
所述的稳定塘中栽种有沉水植物或挺水植物。
所述的预处理构筑物依次由格栅和沉砂池组成。
利用上述系统进行折流湿地滤池+侧向潜流湿地床污处理的方法步骤如下1、先对城镇污水进行预处理，去除粒径较大的漂浮物、悬浮物和泥沙；2、预处理后的污水进入折流式湿地滤池组，污水以上下折流的方式在滤池中推流穿行，在滤池的填料表面形成厌氧生物膜，污水在厌氧微生物的作用下，发生厌氧反应和水解反应，并通过水生植物的叶、茎和根向滤池中部传送溶解氧，形成好氧微环境，去除污水中的有机物和营养物质氮、磷；3、经折流式湿地滤池处理的水向下流入侧向潜流湿地床，污水以S型在湿地床中潜流推行，在水生植物的作用下，湿地床内基本处于兼氧条件下，污水经湿地床之间自然复氧区进行自然复氧，提高后续湿地中含氧量，反复经过多级的潜流湿地床→自然复氧区→潜流湿地床循环进行多级缺氧→好氧→缺氧→好氧循环生物反应，去除有机物和氮；
4、处理后的水最后进入稳定塘，在模拟自然的池塘生态系统中进行进一步进化，检测水质达到排放标准后排出。
发明的优点及积极效果本折流湿地滤池+侧向潜流湿地床污水处理技术与现有人工湿地技术相比具有以下优势。
①现有的人工湿地处理技术主要针对低浓度的微污染水(如受污染河水、雨水)，直接用于处理较高浓度城镇污水的成功实例还不多。本发明技术即是针对较高浓度的城镇污水而开发的。
②处理效果好，且能够长期保持。污水首先在折流式湿地滤池中发生厌氧生物反应，将原污水中的高分子有机物转化为低分子有机物，提高污水的可生化性，然后在好氧、兼氧的侧向潜流湿地床中去除绝大部分的污染物，最后进入稳定塘，保证出水水质。在水力停留时间在12～24小时内(现有的人工湿地处理技术所需水力停留时间一般需要5-10天)，出水水质完全能够达到国家《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级B标准。填料布置在整个流程方向上，粒径由大到小，能够充分利用填料的截流作用，并且不易堵塞，能够长期保持处理效果。
③池容利用率高，占地面积小，不需额外提供动力。现有的人工湿地污水处理技术常常由于配水不均匀，出现死水区，池容利用率不高；同时处理效率低，池深浅，导致占地面积很大。本发明技术，污水以推流态的形式在整个系统中穿行，在折流式湿地滤池中以上下折流方式通过滤池，在侧向潜流湿地床中以S型流态穿行，整个系统没有死水区，池容利用率大大提高。同时采用先厌氧(折流式湿地滤池)后好氧(侧向潜流湿地床)的处理结构，大大提高处理效率，又增加了池深(主要在第一段折流式滤池)大大减少了占地面积，这对用地紧张的地区，非常有意义。本发明技术处理城市污水所需的单位占地面积为2～3.5m2/(m3/d)，远远低于现有人工湿地处理技术的15～50m2/(m3/d)。
图1是折流式湿地滤池+侧向潜流湿地床污水处理方法的流程图；图2是折流式湿地滤池+侧向潜流湿地床污水处理系统的平面示意图；图3是图2的A向视图。
具体实施例方式
以下结合图1、图2和图3从水处理过程的角度来进一步详细说明本发明城镇污水经进水管道1被送入预处理构筑物2，首先可以经格栅21、沉砂池22进行预处理，去除粒径较大的漂浮物、悬浮物和泥沙等，避免后续折流式湿地滤池发生堵塞。然后污水可以经调节池23调节水量和水质，同时进一步去除粒径较大的悬浮物。
经预处理后的原污水通过管道进入折流式湿地滤池组3。该折流式湿地滤池组3是由三级深度在700～1000毫米的滤池按向下的梯度排列组成。每一滤池内设置有竖向的挡流墙31，在滤池底部留出水流通道32，水流以U形穿过池底，污水以上下折流的方式在滤池组中推流穿行。在折流式湿地滤池中放置粒径12～6mm的陶粒填料或沸石填料33(同一级滤池中可以放置均匀粒径的填料，但不同级滤池的填料粒径应依次缩小)。折流式湿地滤池在正常启动后，填料表面会形成厌氧生物膜，污水在厌氧微生物的作用下，发生厌氧反应和水解反应。原水的大分子有机物会被降解成易于好氧分解的小分子有机物和CH4、H2S和H2O等无机物，同时栽种在滤池中的水生植物34能够吸收一部分营养物质，用于自身生长，同时通过叶、茎和根向滤池中部传送溶解氧，在根区周围局部形成好氧微环境，便于有机物和营养物质氮、磷的去除。
污水经过折流式湿地滤池处理后，通过管道进入侧向潜流湿地床组4处理。侧向潜流湿地床组由多级侧向潜流湿地床41、自然复氧区42和兼氧稳定塘43组成。为了避免配水不均匀，提高池容利用率，每一侧向潜流湿地床内设置有平行交错的导流墙411，将床内空间分隔成S形的水流沟道412，污水以S型在湿地床中潜流推行。湿地床的沟道深度设置为200～500毫米，沟道宽度为400～1000毫米，(视处理水量和用地限制等条件确定)。在沟道中放置陶粒填料，不同级滤池的填料粒径应依次缩小。在沟道中栽种水生植物413。由于整个沟道深度较浅，在植物根系的覆盖范围内，所以在植物栽种较为密集的前提下，湿地床内基本处于兼氧条件下。上一级湿地床与后一级湿地床之间由自然复氧区42相连。在地形较陡时，为了增强复氧量，提高后续湿地中含氧量，可以采用跌水曝气的方式；如果地形较平坦，设置跌水曝气较为困难时，可以采用薄水层复氧沟进行自然复氧(如图2和3中所示)，该沟为一水平沟道，即水流经过一段水平沟道，形成厚度为3～10mm的薄水层，使得水可以和空气广泛接触，增加复氧效率。这样反复经过多级的潜流湿地床→自然复氧区→潜流湿地床→自然复氧区……，污水连续处于多级的缺氧→好氧→缺氧→好氧……循环生物反应，污水中的有机物被很好的去除，同时氮也通过多级的好氧硝化作用和缺氧反硝化作用得到去除。
处理后的水最后进入兼氧稳定塘43，兼氧稳定塘为一容水构筑物，末端底部有排水管道5。在兼氧稳定塘43中可以栽种一些沉水植物或挺水植物431，同时可以饲养鱼类，模拟自然的池塘生态系统。经湿地床处理后的污水可以在稳定塘中得到进一步进化，同时可以通过稳定塘中的鱼类及其它一些指示性生物来表征出水的水质好坏。
本申请人采用本发明系统及方法分别在四川省凉山州泸沽湖风景区污水处理站(2000m3/d)和重庆市忠县新生镇污水处理厂(800m3/d)中实验应用，处理效果良好，出水水质达到国家标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级标准。在四川省凉山州泸沽湖风景区污水处理站的应用中，原污水设计进水水质为COD350mg/L，BOD 200mg/L，NH3-N 35mg/L，TP 4.0mg/L，水力停留时间为24小时的情况下，出水水质达到国家标准《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的一级A标准。
权利要求
1.折流湿地滤池+侧向潜流湿地床污水处理系统，其特征在于系统由预处理构筑物、折流式湿地滤池组、侧向潜流湿地床组以梯度向下的形式，依次水路相连而构成；所述折流式湿地滤池组由多级形成向下梯度的滤池组成，每一滤池内设置有至少一块竖向的挡流墙，在滤池上部或底部留出水流通道，水流以上下折流的流态穿过滤池，滤池中放置陶粒或沸石填料并在顶部栽种水生植物；所述的侧向潜流湿地床组由多级梯度向下的侧向潜流湿地床、自然复氧区和兼氧稳定塘组成；每一侧向潜流湿地床内设置有平行交错的导流墙，将床内空间分隔成S形的水流沟道，在沟道中放置陶粒填料，并栽种水生植物；上一级湿地床与下一级湿地床之间由自然复氧区相连，最后一级湿地床连接兼氧稳定塘，兼氧稳定塘为一容水构筑物，末端底部有排水管道。
2.根据权利要求1所述的污水处理系统，其特征在于所述的不同级折流湿地滤池和侧向潜流湿地床中放置的填料粒径依次缩小。
3.根据权利要求1或2所述的污水处理系统，其特征在于所述的自然复氧区是一跌水曝气池，该跌水曝气池与上一级侧向潜流湿地床之间具有1.0～1.5米的跌水落差。
4.根据权利要求1或2所述的污水处理系统，其特征在于所述的自然复氧区是一薄水层复氧沟，该薄水层复氧沟为一水平沟道，水流在沟中形成厚度为3～10毫米的薄水层。
5.根据权利要求1或2所述的污水处理系统，其特征在于所述的兼氧稳定塘中栽种有沉水植物或挺水植物。
6.根据权利要求1或2所述的污水处理系统，其特征在于所述的预处理构筑物依次由格栅和沉砂池组成。
7.折流湿地滤池+侧向潜流湿地床污处理方法，处理步骤如下(1)先对城镇污水进行预处理，去除粒径较大的漂浮物、悬浮物和泥沙；(2)预处理后的污水进入折流式湿地滤池组，污水以上下折流的方式在滤池中推流穿行，在滤池的填料表面形成厌氧生物膜，污水在厌氧微生物的作用下，发生厌氧反应和水解反应，并通过水生植物的叶、茎和根向滤池中部传送溶解氧，形成好氧微环境，去除污水中的有机物和营养物质氮、磷；(3)经折流式湿地滤池处理的水向下流入侧向潜流湿地床，污水以S型在湿地床中潜流推行，在水生植物的作用下，湿地床内基本处于兼氧条件下，污水经湿地床之间自然复氧区进行自然复氧，提高后续湿地中含氧量，反复经过多级的潜流湿地床→自然复氧区→潜流湿地床循环进行多级缺氧→好氧→缺氧→好氧循环生物反应，去除有机物和氮；(4)处理后的水最后进入稳定塘，在模拟自然的池塘生态系统中进行进一步净化，检测水质达到排放标准后排出。
全文摘要
本发明涉及一种折流湿地滤池+侧向潜流湿地床污水处理系统及方法，系统由预处理构筑物、折流式湿地滤池组、侧向潜流湿地床组以梯度向下的形式，依次水路相连而构成；折流式湿地滤池组的每一滤池内设置有至少一块竖向的挡流墙，水流以上下折流的流态穿过滤池，滤池中放置陶粒或沸石填料并在顶部栽种水生植物；侧向潜流湿地床组由多级侧向潜流湿地床、自然复氧区和兼氧稳定塘组成；每一侧向潜流湿地床中的水呈S形水平潜行，上一级湿地床与下一级湿地床之间由自然复氧区相连，使污水进行多级好氧→缺氧→好氧循环生物反应。本系统池容利用率高，占地面积小，方法处理效果好，且能够长期保持，特别适用于处理较高浓度城镇污水。
文档编号C02F3/02GK1693231SQ20051005704
公开日2005年11月9日 申请日期2005年4月28日 优先权日2005年4月28日
发明者翟俊, 何强, 肖海文, 司马卫平, 魏武强 申请人:重庆大学