专利名称：交替式组合湿地系统及高效去除城市尾水中氮磷的方法
技术领域：
本发明涉及一种城市尾水中氮磷的去除系统及方法，更具体的说是交替式组合湿 地系统及高效去除城市尾水中氮磷的方法。
背景技术：
随着工业点源及农业面源污染治理的积极推进及加强，以及城市化进程的加速， 城市尾水的多元汇流特征(生活污水、城市污水厂尾水、城市径流及溢流污水等)、高污染 负荷特征、高负责特征(常规氮磷、重金属及有机污染)已经使其成为流域性河流的主要入 河污染源。最新资料显示，2008年废污水排放量已超过80年代初的1倍以上，这些废污水 80%以上未经处理直接排入江河湖库以及近海海域，使这些水域遭受到前所未有的大面积 污染。2008年，我国七大水系(含国界河流)197条河流的408个地表水监测断面中，54% 以上的监测断面均为劣V类水质。在主要河流污染未能得到有效遏制的同时，社会经济的 发展又使污染负荷不断增加。现有深度处理技术如污水处理厂对污水的集中处置，即使达 到一级A标准，对地表水来说仍为二次污染源，此外，昂贵的建设和运行费用也是一股小城 镇无法承受的，因此，急需一种工程造价低、出水水质好、处理效率高的适宜于污染负荷高、 污染组成复杂的城市尾水生态处置技术。本发明作为一种复合湿地技术正具有建造、运行 费用低，易于维护、技术难度低、适宜在落后地区推广应用的优势。国外人工湿地技术的应用，始于1953，荷兰于1967年开发出一种现称为Lelystad Process的大规模自由水面流湿地处理系统并在荷兰大量建成。20世纪60年代末，有人提 出了根区法湿地系统，美国开发了“厌氧微生物和芦苇处理污水复合系统”标志着人工湿地 作为一种污水处理技术开始受到关注。经过近15年的研究和发展，该技术已在英国、美国、 新西兰、法国、澳大利亚、巴西、荷兰等许多国家得到应用推广，一些发展中国家也开始使用 该技术来解决国内的污水处理问题。应用范围也不断扩大，除了用于处理城市污水外，还应 用于工业废水、农业面源污染、垃圾渗出液、暴雨径流等多种废水的处理，表现出良好的效
里[6] yK ο目前欧洲已有数以百计的人工湿地投入废水处理运行，1996年9月在奥地利维也 纳召开的第4届国际研讨会标志着人工湿地系统作为一种独特新型废水处理技术正式进 入水污染控制领域。但这些应用绝大多数限于单一种类人工湿地的应用。表面流湿地在欧洲发展缓 慢，但在北美，表面流湿地却是主要处理湿地。在欧洲，地下潜流系统应用较多，在欧洲，此 类系统趋向对近1000人口的乡村级社区进行二级处理，北美则趋向更多人口的高级处理， 在澳大利亚和南非则用于处理各类废水。在处理规模上一股有限，难以应用到流域水体治理。美国70%的自由表面流系统 和90%的潜流式系统处理能力小于3800m3/d。潜流式系统的处理规模一股较小，处理能力 范围为5 11400m3/d，中等规模的潜流系统处理能力为210m3/d，平均处理能力为1150m3/ d。自由表面流系统规模较大，处理能力为200 76000m3/d，中等规模处理能力为1770m3/d，平均处理能力为7350m3/d[8]。我国利用人工湿地处理废水发展较晚，现处于起步阶段。自“七五”以来，我国开 展了人工湿地小试、中试到实用规模的试验，取得了人工湿地工艺特征、技术要点和工程参 数等研究成果。在“八五”攻关课题“滇池防护带农田径流污染控制工程技术研究”中，又 首次将处理城市生活污水的人工湿地工程技术用于处理农田废水。现在人工湿地处理技术 在我国已被广泛采用，主要用于处理生活污水、矿山出水、油田采出水、造纸废水、乳制品废 水、炸药废水、炼油废水、畜牧废水等，但应用于水量不稳定、污染成分复杂的重污染城市尾 水河道水体的处理国内外则尚无报道。从现有技术可以看出，人工湿地的确有较好的去污能力，但也有很多报导和研究 表明，人工湿地系统在实际运行状况中特别是在长期运行一段时间后结果并不都令人满 意，出现了很多的问题，这些问题都是有待解决的。其中主要包括(1)去除效率特别是氮、磷的去除效率不稳定。虽然大部分人工湿地都能达到设 计前的预期去除效果，但仍有大量报道和研究表明大多数人工湿地的去除效果要比预期的 差，而且很难保证去除效果的长期稳定性。人工湿地不能很好地解决出水氨氮浓度高的问 题，当温度降低时情况更糟。造成这种差异性的原因主要是湿地的水力负荷、填料和工艺的 不同，诸多的影响因素导致实验室的结果和数据无法和现实中野外的人工湿地相匹配，这 无疑对人工湿地的设计和长效管理造成了很大的困难。(2)湿地填料堵塞的问题。随着人工湿地的运行，有机质会逐渐积累于填料中而造 成填料阻塞。根据美国100多个人工湿地的调查，有将近一半的湿地在投入运行后5年内 形成了堵塞，造成了表面漫流，降低了处理效率。但是因为湿地床的堵塞机理太过于复杂和 广泛，虽然有不少成果，但是还有许多问题有待研究。(3)湿地应用的工艺比较单一。很少出现组合工艺进行联合运用的实例，即使有， 也未进入中试工程阶段，如何发挥各种湿地单元结构的优点、避免其缺点而进行优化组合， 达到最好的污染去除效果，提高系统稳定性，将是未来研究的热点。目前，经检索，关于湿 地的专利总共有145项，涉及到组合工艺的有13项，并无本申请专利设计的组合湿地系 统。相关专利中国共有8项，主要是根据处理对象将几种湿地单元组合后进行应用，其中， 专利号为CN101481177是将表面流和水平潜流湿地组合后处理污废水、CN1686868是将垂 直流和表面流湿地组合后处理家庭废水、CN1884139是将垂直流与表面流实地组合后处理 市政废水、CN2905775是将水平流与垂直流湿地组合后处理废水、CN1686860是将生物调 节池+沉淀池+曝气池+人工潜流+人工表面流组合后用于城镇、河流及水库水体治理、 CN101475289是将强化型生物反应池+潜流湿地系统组合处理污废水、CN101274798是将潜 流湿地+水池组合后处理微污染水源水、CN101177317是将沉淀池+多个垂直流人工湿地组 合后处理污染水体、CN1789175是将厌氧池+跌水复氧接触氧化池+人工湿地组合后处理污 染水体。日本专利1项，专利号为JP11309483的是将带鼓气泵的生物氧化池+多孔植物湿 地床组合后用于多污泥废水的处理；韩国专利3项，主要是将接触氧化/过滤设备与湿地组 合后处理受污染河湖水体，其中，KR20050109183是将湿地单元+接触氧化/过滤设备进行 组合、KR100741019是将配水+垂直湿地+沉淀池+接触氧化池进行组合、KR20060028233 是将上行式接触/过滤设备+人工湿地进行组合；美国专利1项，专利号为US2006124540， 是将厌氧反应器+过滤池+水培反应器+垂直流湿地组合后处理污废水。由上述发明专利可以看出，当前复合人工湿地一股由垂直潜流、水平潜流、表面流三种湿地两两组合后进行 应用，应用对象一股为污染成分相对简单的水体，目前尚未见到应用于污染成分复杂且污 染负荷较高的城市尾水的报道，对这一类污染水体最好的处理方式就是通过对处理工艺中 好氧及厌氧环境的多次交替调控(与污水处理厂中的A/0工艺调节类似)，达到有效去除污 染物的目的。
发明内容
1.发明要解决的技术问题针对上述技术背景中提出的问题，本发明以污染负荷高(污染源多元汇流，包括 污水厂尾水、工农业废水等)的城市尾水为应用对象，提供了交替式组合湿地系统及高效 去除城市尾水中氮磷的方法，以垂直复合流湿地结构单元_表面流湿地结构单元_潜流湿 地结构单元_生态塘湿地结构单元多级串联组合形成的人工湿地系统，对城市尾水进行深 度处置，利用不同结构单元不同的溶氧环境，对生物系统进行调控，进一步提高脱氮除磷效 率，使出水水质长期稳定能够达到地表水水环境质量IV类水体标准，满足城市尾水直排进 入下游河道的要求。2.本发明的技术方案发明原理针对城市尾水中氨氮、总氮、TP及CODtfa污染负荷高及成分复杂的污染特征，考虑 污水处理工艺中好氧_厌氧交替高效脱氮除磷机制，选用垂直复合流湿地结构单元_表面 流湿地结构单元_潜流湿地结构单元_生态塘湿地结构单元组合工艺流程，利用不同结构 单元不同的溶氧环境及生物系统结构进行调控，来达到高效脱氮除磷的目的。按照工程设计和水体流态的差异，人工湿地污水处理系统可以分为表面流人工湿 地、潜流人工湿地和垂直流人工湿地。表面流人工湿地是指废水在填料表面漫流，它与自然 湿地最为接近，表面流人工湿地充氧效果好，净化负荷不高，占地面积大，绝大部分有机物 的降解是由长在植物水下茎杆上的生物膜来完成。潜流人工湿地是指水在填料表面下渗 流，一方面可以充分利用填料表面生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料截留作 用，提高处理效果和处理能力；另一方面由于水流在地表下流动，保温性好，处理效果受气 候影响小，且卫生条件比表面流人工湿地有明显改善。垂直流人工湿地根据不同的结构分 为单一下行的垂直流人工湿地以及垂直复合流人工湿地，垂直复合流人工湿地是一种具有 独特的下行流_上行流复合水流方式的湿地系统，它使水流更加充分地流过处理基质，解 决了以往渗滤湿地“短路”的问题，并且形成了好氧与厌氧条件并存的复合水处理结构，显 著提高了系统脱氮效果。生态塘是以太阳能为初始能源，利用在塘中种植水生植物，进行水产、水禽养殖， 形成人工生态系统，并通过生态系统中的多条食物链将污水中的有机污染物进行降解和转 化，并以水生植物、水产和水禽的形式进行资源回收，使污水处理与利用结合起来，实现污 水处理资源化。本发明的技术方案如下一种交替式组合湿地系统，包括取水系统，按照垂直复合流_表面流_潜流_生态 塘四种人工湿地结构单元顺序分布。
取水系统的泵坑进水口设置格栅网可以达到去除较大悬浮物的预处理效果。垂直复合流人工湿地单元由于其抗水力冲击能力较强和独特的均勻布水方式，将 其放在组合工艺前端，结合泌氧植物配置，使污水在从结构单元下行池向上行池流动过程 中经历好氧_兼性厌氧_兼性好氧_好氧的生化反应历程，有利于将大分子有机污染物质 (难降解COD)厌氧分解为小分子易于降解物质，也有利于氮化合物的好氧硝化及厌氧反硝 化过程，达到高效去除总氮、COD的效果，湿地基质填料也可高效去除TP，基质上生长的植 物也可通过根系泌氧加速系统复氧过程并降低系统堵塞几率；表面流人工湿地面积较宽阔，水力负荷较小，具有表曝增氧作用，将其放在系统中 部，有利于恢复系统中的好氧环境，进一步极大发挥好氧脱氮除磷微生物生物活性，能够将 垂直流单元中厌氧分解的小分子污染物进一步氧化消解，结合植物系统使其在各形态氮去 除中起到关键作用；潜流人工湿地单元，水在基质下流动，能保证较好的出水水质，置于第三个结构单 元，潜流湿地所营造的微好氧及厌氧环境，既可以进一步发挥将难降解有机分子分解为易 降解有机小分子的作用，又可以再次激发厌氧反硝化过程微生物的活性，出现另一个去除 各形态氮的高潮；生态塘放置在最后，单元结构中水流缓慢，人工水草丰盛，溶氧又恢复充足，水生 植物及好氧微生物的联合作用可进一步降低出水污染负荷，特别是在TP及氨氮去除中发 挥重要作用，保证出水水质。以上系统具体实施方案为—种高效去除城市尾水中氮磷的方法，其步骤为(1)取水系统采用泵坑集水后用潜水泵将城市尾水提升高度后再用管道送至垂直 复合流人工湿地单元布水系统，然后均勻的流入垂直复合流人工湿地；(2)进入垂直复合人工流湿地单元下行池的城市尾水，采用“王”字型均勻布水， 水流向下经下行池与上行池底部连接管道后，由上行池集水槽集水后排出系统；水力负荷 0. 60 0. 90m7m2 · d，长宽比小于2 1，坡度为0. 15% 1 % ；(3)通过穿孔管将复合垂直流人工湿地出水送入表面流湿地结构单元前端，进行 前端配水，后端由穿孔管表面集水后排出系统，池内呈波形布水；水力负荷0. 15 0. 2m3/ m2 · d，池体长宽比控制在3 1以下，坡度为0.05% 0.5% ；池体无防渗层，基质采用天 然土壤；植物系统宜保留土著物种如芦苇，在无芦苇地方增植水葱、香蒲或美人蕉；(4)表面流人工湿地单元出水经配水槽由进水方孔均勻流入潜流人工湿地单元， 潜流人工湿地单元尾段设置集水槽，槽体尺寸与前端配水槽完全一样，每隔0. 5 Im设置 出水孔一个；水力负荷0.80 1.25m7m2*d，池体长宽比控制在3 2以下，坡度为0.2% 1% ；填料选择和布置情况与垂直复合流人工湿地一致；污水从出水孔中流入集水槽内，再 由管道送至生态塘；植物系统池体前端选择千屈菜，后端选择水生鸢尾；(5)污水从潜流单元出水孔中流入集水槽后，由管道送至生态塘，塘体有效水深设 为2. 0m，3个处理单元间用土坝分隔，污水经过3个处理单元呈波形流动，最终在尾端进入 生态河道排入流域性河道；水力负荷0. 25 0. 40m3/m2 ·(!，长宽比控制在3 1以下，坡度 为0. 05% 0. 5% ；生态塘中种植浮水植物。上述步骤(2)中水力负荷0.6 0.90m7m2*d，长宽比小于2 1，坡度为0.15% 1%。基质上生长的植物选择根系发达粗大和泌氧能力较强的植物。上述步骤(5)中生态塘中池底开挖后夯实，不铺设防渗设施；种植浮水植物苦叶 草、睡莲以及浮萍，放养鱼类。3.有益效果本发明提供一种交替式组合湿地系统及高效去除城市尾水中氮磷的方法，以垂直 复合流湿地结构单元_表面流湿地结构单元_潜流湿地结构单元_生态塘湿地结构单元多 级串联组合形成的人工湿地系统，对城市尾水进行深度处置，经过中试规模的实例验证，相 对于已有湿地系统表现为以下优点(1)由垂直复合流人工湿地单元、表面流人工湿地单元、潜流人工湿地单元及生 态塘湿地单元构建的组合人工湿地系统，以不同粒径砾石作为中试垂直复合流和潜流湿地 主要构建基质，表面流人工湿地为天然土壤，以菖蒲、麦冬草、葱兰、水生燕尾、芦苇、千屈菜 和水生鸢尾六种植物类型在不同湿地单元配置，可维持湿地的长期有效运行(未出现明 显堵塞溢流现象)，系统对COD、TN、氨氮、TP的累积平均去除率分别达到55. 6%,84.0%, 76. 7%,84. 4%左右。(2)温度、水力负荷、植物及工艺形式对组合人工湿地氮磷的去除效率影响显著， 垂直复合流人工湿地水力负荷为0. 9m3/m2 · d及5 6月系统运行效果最优。(3)系统前端垂直复合流人工湿地结构单元对水体中污染物的去除率占总系统污 染物总去除量的60%左右，其次为表面流人工湿地单元及潜流人工湿地单元，但生态塘单 元在氨氮特别是TP去除上表现突出。(4)系统沿程脱氮微生物、氮浓度及其去除率的相关分析、聚类及主成份分析表 明，对于复合垂直流系统，总氮去除率、氨氮去除率、氨化细菌和亚硝化细菌之间呈现显著 正相关，与反硝化细菌呈现显著负相关，这说明在垂直复合流湿地单元中，总氮的去除可能 主要依赖于其它的脱氮机理；对于表面流和潜流单元，TN去除率与氨氮去除率、反硝化菌 相关性显著，说明该类湿地系统中脱氮的主要途径是通过微生物的硝化_反硝化作用来进 行；TP的去除主要依赖于基质吸附及植物的吸收消耗。(5)当 TN、TP、氨氮、CODtfa 进水浓度为 15 31mg/L、1.2 1.3mg/L、11.9 13. 9mg/L、16. 4 18. 7mg/L时，出水主要污染物控制指标为3. 7 4. 7mg/L、0. 1 0. 5mg/ L、l. 7 3. 2mg/L、5. 8 6. 7mg/L，系统运行稳定、未出现明显系统堵塞问题、动力消耗小、 维护管理方便，值得在类似城市尾水处理中进行推广。(6)多级串联组合湿地工程建成并运行后，将对服务区域的城市达标尾水进行进 一步处理，也改善了水环境、水生态环境质量，美化景观，具有良好的环境经济效益。(7)湿地示范工程的建设，可使得多种湿生、水生植物，野生动物得到恢复，形成良 好的湿地生态、景观环境，可以作为旅游、科研和教育基地。(8)组合湿地系统各结构单元的去除效率见表1。表1组合湿地系统各结构单元的去除效率统计
图1为本发明系统工艺流程图；图2为复合垂直流人工湿地结构及布水系统系统平面布置及剖面3为表面流人工湿地结构及布水系统系统平面布置及剖面图；图4为潜流人工湿地结构及布水系统系统平面布置及剖面图；图5为生态塘结构及布水系统系统平面布置及剖面图。
具体实施例方式本发明的实例验证工程总处理规模IOOOm3AL占地约15000m2，主要内容包括取 水泵坑(1座)、垂直复合流人工湿地(SOOm2X2座)、表面流人工湿地(3300m2X2座)、潜 流人工湿地(600m2X2座)和生态塘(1800m2X2座)。湿地工程平面布置平行布置两套完全相同的垂直流_表面流_潜流_生态塘多 级串联组合人工湿地中试系统，试验占地面积约15000m2。系统平面流程图见附图1。各个湿地单元的结构参数详述如下1、取水系统
中试组合人工湿地高程要远高于取水河流平均水位，所以采用泵坑集水后用潜水 泵将水提升至一定高度再用管道送至垂直复合流布水系统的取水方式。泵坑采用砖砌结构，高4. lm，平面尺寸为2. 25mX3m，砖墙厚0. 24m，表面用20mm厚 的75号防水砂浆找平。在泵坑底部靠近取水河流的一边开一引水孔，孔径为0. 6mX0. 6m, 孔口加钢丝网，防止杂物进入泵坑堵塞潜水泵进水口。泵坑内布置两台潜水泵分别为两套 平行人工湿地系统供水，潜水泵型号为100WQ65-15-5. 5。潜水泵与垂直复合流人工湿地布水系统主管道相连的是一根直径为90mm的软 管，软管通过蝶阀与主管道相连，这样就可以有效的控制进水流量。在每个垂直复合流人工 湿地的布水管网系统前端均设置了 LU-2121-80型电磁流量计(15 150m3/h)，可有效监测 人工湿地进水即时流量和某一时间段内的总进水流量。2、垂直复合流人工湿地结构单元(1)主要设计参数设计流量500m7d水力负荷0·625mVm2 · d长宽比L B = 2 1坡度0.15%(2)场地布置单个垂直复合流人工湿地单元共分为两级——下行池和上行池，两池用砖墙隔 开。单池净尺寸为14.43X43. 30m2，上行池、下行池净尺寸为14. 43X21. 65m2。取墙壁 厚度为0. 05m,单池具体尺寸为14. 53X43. 45m2，上行池、下行池尺寸为14. 53X21. 75m2， 垂直复合流人工湿地总尺寸为29. 02X43. 45m2。砖墙上每Im布设穿水方孔，孔径为 IOOmmX 100mm。两套系统的垂直复合流人工湿地平行布置，中间用碎石子铺设宽3m的道 路。(3)填料选择根据前期的试验成果，考虑到填料获取的难易度和价格选择了三种不同的粒径的 砾石(分别为30-60mm、10-30mm、6-10mm)通过从下到上由大到小的组合方式形成了垂直复 合流人工湿地的基质层。(4)防渗措施在开挖池体后对池底进行夯实，再在下行池和上行池底部铺设厚0. 8mm的防渗膜 (HDPE)，池墙体表面用20mm厚75号防水砂浆找平，墙体上穿管道用的预留孔，在穿完管道 后用防水砂浆填实。为了防止填料砾石对防渗膜造成损害，在防渗膜上加铺5cm的粗沙。(5)布水系统垂直复合人工湿地流下行池采用穿孔管网，采用“王”字型均勻布水，污水由潜水 泵提升后通过管径为IlOmm的管道进入布水管网。布水支管采用50mm耐腐蚀的硬聚氯乙 稀(U-PVC)管，干管则采用IlOmm U-PVC管。共设置2组平行的配水干管，每支干管连接16 支支管，干管单支长18m，支管单支长4. 5m。(6)植物系统选择黄菖蒲、麦冬草、葱兰和水生燕尾种植于垂直复合流人工湿地中。其中黄菖 蒲、麦冬草分别种于下行池的前端和后端，种植密度12cmX 12cm，葱兰和水生燕尾分别种于上行池的前端和后端，种植密度为12cmX 12cm。(7)排水系统垂直复合流人工湿地下行池，采用穿孔管网均勻布水；中间水流经过下行池与上 行池底部连接管道后流入上行池，由上行池集水槽集水后排出系统。集水槽位于上行池的 后部，长20m宽0. 25m,每隔Im设出水方孔一个，孔径50mmX 50mm，最后通过穿孔管将复合 垂直流人工湿地出水送入表面流湿地结构单元前端，出水管道为160mmU-PVC管。垂直复合流人工湿地面积800m2，其中，长40m，宽20m，基质层高0. 7m，平面布置及 布水系统见附图2。3、表面流人工湿地结构单元(1)主要设计参数设计流量500m7d水力负荷0·15m3/m2 · d长宽比L B = 3 1坡度0.05%(2)场地布置单池净尺寸为28. 87X86. 60m2，将每座池体分成四格，布置成波形，延长水力 停留时间，每格的净尺寸为28. 87 X 21. 65m2。取墙壁厚度为0. 05m,单池具体尺寸为 28. 97X86. 70m2。池体设计水深0. 30m，超高0. IOm0每个单元间由土坝分割，坝体长30m， 宽2m，边坡坡度为1 3。(3)填料选择表面流人工湿地最接近自然湿地，池内无填料布置，基质为自然土壤。(4)防渗措施无防渗措施。(5)布水及排水系统通过穿孔管将复合垂直流人工湿地出水送入池体前端，进行前端配水；(6)植物系统为了更加贴近于自然湿地的状态，表面流人工湿地中并没有种植大量的外来植 物，而是保留了池中的大片土生芦苇，在没有芦苇的地方种植了少量的水葱、香蒲和美人蕉 等。在种植后一个月发现，人工种植的植物并没有较好的生长，芦苇生长迅速，逐渐占据了 表面流人工湿地池内的绝大部分空间。(7)排水系统表面流人工湿地单元后端由穿孔管表面集水后排出系统，输水管道为160mmU-PVC 管。出水经配水槽由进水方孔均勻流入潜流人工湿地单元。表面流人工湿地面积3300m2，其中，长110m，宽30m，池深4m，平面布置及布水系统 见附图3。4、潜流人工湿地结构单元(1)主要设计参数设计流量500m7d水力负荷1.25mVm2 · d
长宽比L B = 3 2坡度0.2%(2)场地布置单池净尺寸为12. 91X38. 73m2，取墙壁厚度为0. 05m,单池具体尺寸为 13. 01X38. 83m2，总尺寸为25. 97X38. 83m2。两套系统的潜流人工湿地与垂直复合流人工 湿地一致也为平行布置，中间为3m宽的碎石路面。(3)填料选择潜流人工湿地中填料的选取和布置情况与垂直复合流人工湿地基本一致，采用三 种不同粒径的砾石组合而成。(4)防渗措施防渗措施为池底部铺设厚0. 8mm的防渗膜(HDPE)，池体表面和渠底用20mm厚75 号防水砂浆找平，墙体上穿管道的预留孔，穿完管道后用防水砂浆填实。为了防止填料砾石 对防渗膜造成损害，在防渗膜上加铺5cm的粗沙。(5)布水系统为了保证潜流人工湿地内的推流流态和水力负荷的分布均勻，在潜流人工湿地的 前端设置了配水槽，槽长20m宽0. 25m，每隔Im设置一个进水方孔，孔径为50mmX50mm。 污水从表面流第4单元中的管道进入配水槽，再均勻流入潜流人工湿地。进水管道为 160mmU-PVC 管。(6)植物系统潜流人工湿地中选择千屈菜种于池体前端，水生鸢尾种于后端，植物种植密度均 为 12cmX 12cm。(7)排水系统潜流人工湿地尾段设置集水槽，槽体尺寸与前端配水槽完全一样，每隔Im设置出 水孔一个，孔径50mmX 50mm。污水从出水孔中流入集水槽内，再由管道送至生态塘，管道为 160mmU-PVC 管。潜流人工湿地面积600m2，其中，长20m，宽30m，基质深0. 7m，平面布置及布水系统 见附图4。5、生态塘结构单元生态塘设计流量500m3/d，水力负荷0. 28m7m2*d，长宽比L B = 3 1，坡度: 0. 05%。单个塘体净尺寸为30 X 60m2，塘体有效水深设为2. 0m，考虑超高0. 5m，有效容积为 3600m3,总容积为4500m3。2套生态塘系统平行布置，中间为宽3m的碎石子路。3个处理单 元间用土坝分隔，土坝长27m，宽2m，边坡坡度为1 5。其平面布置及布水系统见附图5。污水由管径为160mm的U-PVC管从潜流人工湿地的集水槽中送至生态塘中，经过 3个处理单元，与表面流人工湿地一样污水在生态塘中呈波形流动，最终在尾端进入生态河 道排入取水河流。池底开挖后夯实，不铺设防渗设施。生态塘中主要种植了浮水植物，包括 苦叶草，睡莲以及浮萍。由于塘中水质较好，因此，还可以考虑放养鱼类，优化塘中的生态系 统。
权利要求
一种交替式组合湿地系统，包括取水系统，其特征在于按照垂直复合流 表面流 潜流 生态塘四种人工湿地结构单元顺序分布。
2.根据权利要求1所述的湿地系统，其特征在于垂直复合流人工湿地单元共分为两 级下行池和上行池，选择30 60mm、10 30mm、6 IOmm三种不同的粒径的砾石作为填 料，通过从下到上由大到小的组合方式形成了垂直复合流人工湿地的基质层，下行池采用 穿孔管网均勻布水，上行池采用集水槽集水后排出系统，将黄菖蒲、麦冬草、葱兰或水生燕 尾种植于垂直复合流人工湿地中。
3.根据权利要求2所述的湿地系统，其特征在于表面流湿地单元中填料选择为自然土 壤；无防渗措施；通过穿孔管将复合垂直流人工湿地出水送入池体前端，进行前端配水，后 端由穿孔管表面集水后排出系统，池内成波形布水；其中植物为芦苇、水葱、香蒲或美人蕉。
4.根据权利要求3所述的湿地系统，其特征在于潜流人工湿地单元中填料选择和布置 情况与垂直复合流人工湿地一致；在潜流人工湿地单元的前端设置配水槽，设若干个进水 方孔，污水从表面流人工湿地单元中的管道进入配水槽，再均勻流入潜流人工湿地；尾段设 置集水槽，设置若干出水孔，污水从出水孔中流入集水槽内，再由管道送至生态塘；潜流人 工湿地中选择千屈菜种于池体前端，水生鸢尾种于后端。
5.根据权利要求1 4中任一项所述的湿地系统，其特征在于生态塘设置有若干个处 理单元，处理单元间用土坝分隔，污水从潜流人工湿地的集水槽中送至生态塘中，经过处理 单元，与表面流人工湿地一样污水在生态塘中呈波形流动，最终在尾端进入生态河道排出， 生态塘中种植浮水植物。
6.根据权利要求1 4中任一项所述的湿地系统，其特征在于取水系统采用泵坑集水 后用潜水泵将水提升后再用管道送至垂直复流人工湿地合流布水系统，在泵坑底部靠近取 水河道的一边开一引水孔，孔口加格栅网，防止杂物进入泵坑堵塞潜水泵进水口 ；潜水泵与 垂直复合流人工湿地布水系统主管道相连，软管通过蝶阀与主管道相连控制取水流量。
7.一种高效去除城市尾水中氮磷的方法，其步骤为(1)取水系统采用泵坑集水后用潜水泵将城市尾水提升高度后再用管道送至垂直复合 流人工湿地单元布水系统，然后均勻的流入垂直复合流人工湿地；(2)进入垂直复合人工流湿地单元下行池的城市尾水，采用“王”字型均勻布水，水流向 下经下行池与上行池底部连接管道后，由上行池集水槽集水后排出系统；水力负荷0. 60 0. 90m7m2 · d，长宽比小于2 1，坡度为0. 15% 1 % ；(3)通过穿孔管将复合垂直流人工湿地出水送入表面流湿地结构单元前端，进行前端 配水，后端由穿孔管表面集水后排出系统，池内呈波形布水；水力负荷0. 15 0. 2m3/m2-d, 池体长宽比控制在3 1以下，坡度为0.05% 0.5%;池体无防渗层，基质采用天然土壤； 植物系统宜保留土著物种如芦苇，在无芦苇地方增植水葱、香蒲或美人蕉；(4)表面流人工湿地单元出水经配水槽由进水方孔均勻流入潜流人工湿地单元，潜流 人工湿地单元尾段设置集水槽，槽体尺寸与前端配水槽完全一样，每隔0. 5 Im设置出水 孔一个；水力负荷0.80 1.25m7m2*d，池体长宽比控制在3 2以下，坡度为0.2% 1% ；填料选择和布置情况与垂直复合流人工湿地一致；污水从出水孔中流入集水槽内，再 由管道送至生态塘；植物系统池体前端选择千屈菜，后端选择水生鸢尾；(5)污水从潜流单元出水孔中流入集水槽后，由管道送至生态塘，塘体有效水深设为2. 0m，3个处理单元间用土坝分隔，污水经过3个处理单元呈波形流动，最终在尾端进入生 态河道排入流域性河道；水力负荷0. 25 0. 40m3/m2 ·(!，长宽比控制在3 1以下，坡度为 0. 05% 0. 5% ；生态塘中种植浮水植物。
8.根据权利要求7所述的高效去除城市尾水中氮磷的方法，其特征在于步骤(2)中水 力负荷0.6 0.90m7m2*d，长宽比小于2 1，坡度为0. 15% 1 %，步骤(3)中基质上生 长的植物选择根系发达粗大和泌氧能力较强的植物。
9.根据权利要求7所述的高效去除城市尾水中氮磷的方法，其特征在于步骤(5)中生 态塘中池底开挖后夯实，不铺设防渗设施；种植浮水植物苦叶草、睡莲以及浮萍，放养鱼类。
全文摘要
本发明公开了交替式组合湿地系统及高效去除城市尾水中氮磷的方法，属于废水治理领域。该系统包括取水系统，其按照垂直复合流-表面流-潜流-生态塘四种人工湿地结构单元顺序分布。该系统取水系统将城市尾水均匀的流入垂直复合流人工湿地；进入的城市尾水，采用“王”字型均匀布水，出水进入表面流湿地结构单元前端，后端由穿孔管表面集水后排出系统；出水经配水槽由进水方孔均匀流入潜流人工湿地单元；而后污水流入集水槽后，送至生态塘。本发明系统对COD、TN、氨氮、TP的累积平均去除率分别达到55.6％、84.0％、76.7％、84.4％左右。系统改善了水环境、水生态环境质量，美化景观，具有良好的环境经济效益。
文档编号C02F9/14GK101921042SQ20101022477
公开日2010年12月22日 申请日期2010年7月13日 优先权日2010年7月13日
发明者倪利晓, 徐峰, 敖静, 赵振华, 阮晓红, 马天海 申请人:南京大学