专利名称：植物床式污水资源化处理系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及利用土壤、植物以及微生物等的净化能力来处理污染物的系统，特别是一种可实现污水处理及资源化利用的植物床式处理系统。该系统可对污水中的有害物质进行消化和分解，达到排放和回用标准。并可对污水中的富营养成分进行分解，转化成有机肥为植物吸收利用。
背景技术：
由于经济迅速发展，城市人口急剧增加，生产和生活的用水量也随之剧增。同时，大量生产和生活污水排入江河、湖泊及渗入地下，使众多水源遭受污染，导致包括我国在内的许多国家面临严重缺水形势。所以，防治水污染、保护水环境，尤其是对高效低耗、可资源化利用的污水生态工程处理技术的研究，具有十分重要的意义。
人工湿地污水处理技术是一种经济、有效、对环境无害的污水生态处理技术，在我国的环保技术领域占据重要的地位。人工湿地污水处理技术是指利用土壤、植物以及微生物等自然资源的净化能力来处理污染物的人工构建的湿地，具有能量消耗少、易于维护、运行成本低等优点，适用于对经一次处理或二次处理后的工业和生活污水进行净化处理。
人工湿地技术作为目前一种较为成熟的污水处理技术，国内外已有许多的文献报道，例如，授权公告号CN1075795的中国发明专利公开的“潜流碎石植物床污水处理方法”，授权公告号CN2555267的中国实用新型专利公开的“人工湿地植物床”、以及授权公告号CN1727291的中国发明专利公开的“一种用于污水处理的人工湿地系统”等。在应用方面，国内的深圳、云南、北京及辽宁等省市已成功地建立了工业及生活污水的人工湿地处理系统。
现有的人工湿地类型，可分为自流水表面湿地系统和潜流湿地系统。潜流湿地系统由于污水在土壤内流动的同时被土壤中或植物根系中的微生物净化，处理污水效率高、占用的场所较小，目前被较多的采用。然而，传统的潜流湿地系统在使用中也显露出一些问题，如淤泥、悬浮物在长期运行过程中聚积在土壤和砂石层内，可能降低处理污水效率并引起湿地内部腐烂；污水通常不能均匀分布到人工湿地的各部分，无法充分发挥湿地的处理能力；污水在人工湿地内输送和处理速度还有待于进一步提高；受气候和地理环境等各种因素及植物生长状况的影响，处理效果不够稳定；人工湿地上大多种植水生植物，经济价值不高。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种植物床式污水资源化处理系统，能快速、有效、稳定地去除污水中的有害成份，并实现资源化利用。
为此，本实用新采用如下技术方案植物床式污水资源化处理系统，其特征在于具有由防渗壁围设成的植物床式构造体，在所述植物床式构造体内自上而下依次设置有填土层、保水层、混合填料层和隔水层，在所述保水层和所述混合填料层之间布设有向所述植物床式构造体输送和分配污水的渗灌装置，在所述填土层上种植有植物。
所述的防渗壁可采用耕种建筑材料砌筑。建筑材料应选用稳定好、耐腐蚀、力学性能好的材料。
所述的植物床可以是用于培育苗木的育苗床。
所述的填土层由沙壤土层和沙土混合层组成。
所述的保水层采用各种具有吸收和保持水份能力的材料。优选的，包含具有高吸收和保持水份能力的天然纤维、合成纤维、或者天然或合成纤维织物或无纺布。例如，一种包含涂覆有高吸水材料的天然或合成纤维的织物或无纺布。
所述的渗灌装置，包括由相互连通的渗灌管构成的渗灌管网，渗灌管网连接有污水输入管和污水输出管，污水输入管、污水输出管分别设置有阀门。
所述的渗灌管，包括外壁具有凸台、凸台上开设沟槽、沟槽内设有出水孔的中空管体，以及活动置于沟槽中的挡块，且挡块与沟槽之间形成有渗水间隙。
所述的污水输出管具有溢流通道，以便进行污水处理检测和排出植物床中过量的水。
所述的混合填料层包括卵石、粗沙、褐煤、焦碳混合物。
所述的隔水层采用防渗膜。优选的，采用由高分子材料制成的防腐蚀、无毒的防渗膜，以减小对环境影响。
与现有的人工湿地污水处理系统相比，本实用新型提供的植物床式污水资源化处理系统具有以下突出优点(1)采用埋设的渗灌装置输送和分配污水，能使污水快速、均匀地分布于植物床内，可大大缩短处理时间，提高处理效果。由于采用渗灌的方式，能有效地阻止污水中的淤泥、悬浮物排入植物床内，从而保证了长期稳定的处理效率。
(2)在植物床内形成立体配置的多个功能处理区，能够通过土壤消纳，微生物分解，植物吸收等多个途径，对污水中的重金属离子、未完全氧化和降解的有机、无机化合物等有害物质进行快速、有效地消化和分解，使排放水的水质均达到国家农田灌溉水质标准。同时对污水中的富营养成分进行分解，转化成有机肥为植物吸收利用。
具体地说，在混合填料层形成厌氧微生物区，起到吸附有害物，产生腐殖质，分解污水中富营养成分，改良盐碱水质的作用；保水层起到保持和传递水、肥、微生物的作用，并可截留一部分雨、雪水供植物吸收，为植物提供良好的生长条件，同时在该区域形成兼性微生物区；填土层为好氧微生物区；植物通过根系吸收污水中的营养物质加以利用，并吸附和富集污水中的重金属和一些有毒有害物质，同时通过光合作用和运输作用，将氧运输到根部，在根区周围形成好氧微生物区。
(3)植物床内适于种植各种旱生植物，特别是经济价值高的植物，能够产生很好的经济效益。
本实用新型提供的植物床式污水资源化处理系统的详细构造和功能，以及其他的有益效果，通过下述实施例更详细地予以说明。
图1是本实用新型提供的植物床式污水资源化处理系统的剖面示意图。
图2是图1植物床式污水资源化处理系统中使用的渗灌管沿A-A横截面的示意图。
具体实施方式
本实用新型提供一种植物床式污水资源化处理系统。
i.植物床式污水资源化处理系统的构造参照图1，包括由高度0.70～0.95m的墙体1围设而成的等高的四边形植物床式构造体。植物床式构造体的面积在1000～900000m2，长宽比小于5∶1，内部形成能容纳400m3～360000m3污水的容积，污水处理能力按48小时内处理和排放污水100m3～50000m3设计。
墙体1，用建筑材料砌筑而成并作相应的防渗漏处理。建筑材料应选用稳定好、耐腐蚀、力学性能好的材料，如混凝土预制件、砖等墙体材料。最好采用水泥空心砌块，例如本申请人已经获得专利权的、公告号CN2613534的“高强度空心砌块”。这种空心砌块是一种轻质建筑材料，具有较强的承重、抗冲击、抗剪切能力。
隔水层2，铺设在植物床式构造体内底部，用于阻止污水向地下渗漏。隔水层2由厚度0.06～1.0mm的聚氯乙稀或聚丙烯防渗膜构成，具有防腐蚀、无毒、稳定期长的特点。
混合填料层3，铺设在隔水层2上面。混合填料层3由以下体积百分比的物料组成卵石50％，粗砂30％，褐煤15％，焦炭5％。混合填料层3的厚度为0.15～0.28m。
渗灌装置，包括由相互连通的渗灌管4构成的渗灌管网，其水平安装在混合填料层3的上面。渗灌管网连接有延伸至植物床外的污水输入管8和污水输出管9，污水输入管8、污水输出管9分别设置有输入阀门10、输出阀门11。污水输出管11中形成有溢流通道12。
渗灌管4，可采用本申请人已经获得专利权的、授权公告号CN1253974的一种管道装置。参照图2，渗灌管4包括一中空管体401，管体外壁具有凸台402，凸台402上开设沟槽403，沟槽403内设有出水孔404，在沟槽403内设置有活动挡块405，挡块405与沟槽402之间形成有渗水间隙406。关于渗灌管4的更详细描述，可参照授权公告号CN1253974的专利说明书。
保水层5，在渗灌管网上先覆盖一层粗沙层或沙土层，再覆盖上保水材料形成保水层5。保水材料可根据实际情况选择，如在西部干旱或盐碱地，选择涂覆聚乙烯醇或其他高吸水材料的40g/m2～300g/m2的无纺布，而在中、东部地区，可选择天然棕榈纤维组成厚度为2～30mm的棕榈纤维层，以发挥各自功能。
填土层6，铺设在保水层5的上面。填土层6由沙壤土上表层和沙土混合下表层组成，厚度为0.40～0.65m。可在填土层6中养殖蚯蚓等土壤微型动物，以进一步提高分解和消纳功能。
植物7，种植在填土层6。包括各种的旱生植物，如各种农作物、林木、园艺植物等。从经济角度考虑，最好选择经济价值高的苗木。苗木可根据自然条件选择适宜的品种，例如在西北地区可选择枣树丰产林、杨树人工速生丰产用材林等，在中、东部地区可选择毛竹林、衫木速生丰产林]、柠檬按速生丰产林等。种植时可按林业部育苗床的最高密度标准栽种。
ii.植物床式污水资源化处理系统的使用方法待处理的污水，如经过一级处理后的工业或生活污水，或经过固液分离后的畜禽污水。污水中含生物需氧量BOD5≤400，化学需氧量COD≤600，悬浮物≤400，阴离子表面活性剂≤20，总磷(P)≤50，凯氏氮≤80。
在温度≥25℃的自然气候条件下，打开渗灌装置的输入阀门10、关闭输出阀门11，先将一定量的污水通过污水输入管8送入渗灌管4，污水从渗灌管4的渗水间隙406渗出并进入混合填料层3，此时可通过渗灌装置再送入少量的蛋白酶、淀粉酶和脂肪酶，静置约15天，待混合填料层3内厌氧消化反应基本完成并熟化后，即可开始进行污水处理。
将新的污水仍经渗灌装置的污水输入管8输入，待水位升至溢流高度并开始从溢流通道12溢出时，关闭输入阀门10。在温度≥25℃，放置2～4天。植物床通过土壤消纳、微生物分解、植物吸收等过程，对污水中的重金属离子、未完全氧化和降解的有机、无机化合物等有害物质进行快速、有效地消化和分解。在此过程中，通过溢流通道12不断监测污水的各项指标，当符合国家农田灌溉水质标准(GB5084-92 1992-10-01)时，打开输出阀门11通过污水输出管11进行排放。由于虹吸效应，植物床内已处理的污水将通过渗水间隙406反渗进渗灌管4，并连续排出。排放的水可供给农田灌溉使用。
iii.植物床式污水资源化处理系统的各部分功能混合填料层3，卵石和粗沙能吸附磷，褐煤在厌氧消化过程中分解产生胡敏酸，是良好的盐碱地改良剂和肥田剂，焦炭能吸附大量的微生物和氨氮，并促使二者“亲近”地连续反应。该区域中具有高密度和高度熟化后的厌氧微生物，能与污水进行大量的、均匀的质能交换。
渗灌装置，用于输送、分配和排放污水。渗灌管4的独特结构能使污水快速、均匀地分布于植物床内，可大大缩短处理时间，提高处理效果；能有效地阻止污水中的淤泥、悬浮物排入植物床内，保证系统长期稳定的处理效率；能将大量的空气定期引入到保水层5和填土层6中，使该层中的氧气量达到普通土壤层含氧气量的100倍以上，极大的加强了兼性和好氧微生物的繁殖扩散能力，使其繁殖速率呈指数级增加。另外，通过管网系统可监测水质的变化，灵活地控制整个反应过程，确保物理、化学、生物反应能够快速、全面、稳定、顺利的进行。
保水层5，起到保持和传递水、肥、微生物的作用，并可截留一部分雨、雪水供植物吸收，在该区域内为兼性微生物繁殖和生长营造有利条件。
填土层6，形成好氧微生物繁殖和生长区。沙土混合层有利于氧气迅速扩散至沙壤土表层，与表层的好氧和兼性微生物形成新一轮质能交换，最大限度地促进土壤微生物种群生长。另外，填土层6中生长的蚯蚓等土壤微型动物，能进一步提高分解和消纳功能。
植物7，其底下根系在生长过程能吸收大量的水分、养分和多种微量元素，地上叶片在进行光合作用的同时，一方面借蒸腾作用将地下的这些水分、养分和微量元素吸收进体内，另一方面也将光合作用后产生的部分营养物质反输入根系部分，在根系快速发展的同时，也促进了水土中有机物质的分解。由于植物床中具备了富营养、多水分和先进的渗灌装置等条件，能支持植物7的高度密种植。并且，通过苗木的移栽能大量的、连续的带走填土层中的富营养物质和微量元素，进一步增强了污水处理效果。
系统运行一段时间后，在其底部会沉积少量的反应污泥，当厌氧消化功能下降到原有水平的30％时，应将反应污泥及时取出，并按占填土层6体积比例20％的量加到填土层6中，这样既能消除污泥又能补充表填土层6的养分，并且在苗木移栽时又可随苗木根系母土带出。
冬季由于低温，将严重影响污水处理效果和苗木生长，通过渗灌装置能输入加温后的污水，以维持物理、生化反应的条件；另外，在植物床上部加设塑料大棚，形成有利于苗木生长的环境条件，也有助于维持处理污水的基本功能，并进行反季节栽种，获得良好的苗木经济收益。而在春、夏季节经常有持续降水，当植物床内水位超过溢流高度时，雨水形成外压，大量进入渗灌管4并通过溢流通道12自动排涝。由此，可实现四季连续、正常运作。
iv.产业应用性本实用新型提供的植物床式污水资源化处理系统，是一种旱作式可控潜流湿地污水处理和资源化应用系统。以面积1000m2的处理设施计算，建设总投资为8000～10000元，每日可承载的污水处理量为50～100m3，每立方米的污水处理成本≤0.10元，处理后的污水可提供超过设施面积10～30倍的旱作农田灌溉使用或30～50倍的防风、绿化林木灌溉使用，每年苗木的净收益≥5000元。具有良好的产业应用前景。
以上结合了实施例对本实用新型提供的植物床式污水资源化处理系统进行了说明，但这并不构成对本实用新型的限制。任何在同样的构思下所作出的修改和变化，也均属于本实用新型保护的范围。
权利要求1.植物床式污水资源化处理系统，其特征在于具有由防渗壁围设成的植物床式构造体，在所述植物床式构造体内自上而下依次设置有填土层、保水层、混合填料层和隔水层，在所述保水层和所述混合填料层之间布设有向所述植物床式构造体输送和分配污水的渗灌装置，在所述填土层上种植有植物。
2.根据权利要求1所述的植物床式污水资源化处理系统，其特征在于所述的植物床是用于培育苗木的育苗床。
3.根据权利要求1或2所述的植物床式污水资源化处理系统，其特征在于所述的植物床上部设置有防护棚。
4.根据权利要求1所述的植物床式污水资源化处理系统，其特征在于所述的填土层由沙壤土层和沙土混合层组成。
5.根据权利要求1所述的植物床式污水资源化处理系统，其特征在于所述的保水层包含具有高吸收和保持水份能力的天然纤维、合成纤维、或者天然或合成纤维织物或无纺布。
6.根据权利要求1所述的植物床式污水资源化处理系统，其特征在于所述的渗灌装置包括由相互连通的渗灌管构成的渗灌管网，渗灌管网连接有污水输入管和污水输出管，污水输入管、污水输出管分别设置有阀门。
7.根据权利要求6所述的植物床式污水资源化处理系统，其特征在于所述的渗灌管包括外壁具有凸台、凸台上开设沟槽、沟槽内设有出水孔的中空管体，以及活动置于沟槽中的挡块，且挡块与沟槽之间形成有渗水间隙。
8.根据权利要求6所述的植物床式污水资源化处理系统，其特征在于所述的污水输出管具有溢流通道。
9.根据权利要求1所述的植物床式污水资源化处理系统，其特征在于所述的混合填料层包括卵石、粗沙、褐煤、焦碳混合物。
10.根据权利要求1所述的植物床式污水资源化处理系统，其特征在于所述的隔水层采用防渗膜。
专利摘要植物床式污水资源化处理系统，具有由防渗壁围设成的植物床式构造体，在植物床式内自上而下依次设置有填土层、保水层、混合填料层和隔水层，在保水层和混合填料层之间布设有向植物床式输送和分配污水的渗灌装置，在填土层上种植有植物。渗灌装置能使污水快速、均匀地分布于植物床内，缩短处理时间，并能有效地阻止污水中的淤泥、悬浮物排入植物床内，从而提高和稳定处理效果。植物床通过土壤消纳，微生物分解，植物吸收等多个途径对污水中的有害物质进行快速、有效地消化和分解，使排放水的水质均达到国家农田灌溉水质标准。同时对污水中的富营养成分进行分解、转化为植物吸收利用。
文档编号C02F3/32GK2928836SQ200620085778
公开日2007年8月1日 申请日期2006年6月14日 优先权日2006年6月14日
发明者丁荣吾 申请人:丁荣吾