专利名称：能控制甲烷排放的山地城市人工湿地污水处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种山地城市多级阶梯连续/间歇人工湿地污水处理甲烷排放控制反应系统，属于污水处理技术与环境保护技术领域。
背景技术：
如何共同应对全球变暖己经成为国际社会的主要议题和挑战之一。全球气候变化特别是气温的升高与大气中二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等气体含量的升高所产生的温室效应密切相关。湿地甲烷排放占全球总量的20%-26%，甲烷作为主要的温室气体对全球气候变暖的贡献率达到了 20%-39%，而且甲烷在大气中的浓度正以每年O. 8%的速度增长。由于人类活动对自然界的干扰，全球湿地面积迅速减少，自然湿地也逐步受到了人类活动的影响，这使人们逐渐意识到了人工湿地的重要性。因此，在人工湿地的建设和管理过程中，在考虑利用人工湿地生态修复功能的同时，也应该考虑如何减少甲烷的排放。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，旨在提供一种能控制甲烷排放的山地城市人工湿地污水处理系统，采用多级阶梯连续和间歇人工湿地污水处理方法，以减少人工湿地污水处理反应器在处理过程中甲烷的排放。本发明所采用的技术方案如下
能控制甲烷排放的山地城市人工湿地污水处理系统，主要采用以下两个方面的技术实现一、提高水中的溶解氧含量抑制产甲烷菌的活性，通过以下三个方面实现(1)各级人工湿地之间通过水力作用(跌水曝气)增氧；(2)第2-第η级人工湿地通过在闲置时自然复氧；(3)栽植根系发达、输氧能力较强的水生植物。二、采用对产甲烷菌有抑制作用的组合填料。所述的反应系统由多级(如6级)阶梯式人工湿地组成，每级人工湿地的高程依次降低，每级人工湿地内填充有组合填料，填料上种植水生植物。所述人工湿地从第2级开始分成并列的四组，每组均按第2、第3、……第η分为多级。进入第I级人工湿地经处理后向第2级的4组人工湿地配水，2级及以后各级经处理后出水直接流向下一级。所述反应器第I级连续进出水，第2-第η级采用序批式周期性运行，间歇性进出水，每个运行周期都由进水一反应一排放一闲置四个阶段所组成，具体流程如下
进水污水经进水管从每一级人工湿地上部配水渠跌水充氧流入，依靠重力作用下
渗；
反应污水流入过程中挟带空气中大量的氧气进入污水中，可提高污水中的溶解氧浓度，当污水达到预定高度后开始反应，污水与组合填料中的微生物和种植的水生植物充分接触后，污水得到有效处理；
排放经反应后的污水从人工湿地底部的排水管排出；
闲置在此阶段，通过自然复氧恢复微生物活性后进入下一个循环。
通过各级之间水力增氧和间歇性进水的自然复氧,人工湿地保持较高溶解氧状态，使产甲烷菌得到有效抑制，可有效减少甲烷的产生和排放。所述的各级人工湿地中间设有配水渠，配水渠距沙土表面高度20cm，污水在跌落过程中可挟带空气中大量的氧气进入到污水中。各级人工湿地填料底部设有隔墙，隔墙上开有直径为IOOmm的小孔，孔口设置筛网，间距100mm.各级人工湿地底部设有集水廊道，集水廊道高度为25cm，污水经处理在此收集后跌水流向下一级。24
所述人工湿地采用对产甲烷菌有抑制作用的组合填料。该填料由30%-50%的砂料、50%-70%的工业废渣组成；工业废渣是以富含硫酸盐为主，掺有一定含量的磁铁矿和氢氧化物组成，要求硫酸盐中硫酸根的质量比大于15%，磁铁矿中含铁量大于10%，铁离子与硫酸根离子的摩尔比控制在5-10为宜。所述的水生植物为根系发达、输氧能力较强且具有一定景观效应的睡莲和莲藕，种植密度为30-35株/m2。所述第I级人工湿地为连续进出水，第2-6级采用序批式周期性运行，间歇性进出水。所述第I级人工湿地底部集水廊道配水出口处装有自动控制闸板，用于自动向第2级配水。本发明具有如下优点
I、采用多级阶梯连续和间歇运行的人工湿地技术，各级人工湿地之间通过水力作用(跌水曝气)增氧，第2-第η级人工湿地通过在闲置时自然复氧，这样使人工湿地保持较高溶解氧状态，使产甲烷菌得到有效抑制，有效减少甲烷的产生和排放。2、通过组合填料使产甲烷菌的活性得到抑制，减少了甲烷的排放，减少温室气体对环境的破坏。3、溶解氧含量高，BOD去除能力强，能够脱氮除磷。4、运行管理简单，对整个反应器是连续流，对第2-6级又是间歇流。5、工程投资省，省去了调节池，所使用的填料为砂粒和工业废渣。6、运行成本低。利用山地城市特有地形，全过程重力流，无须动力提升和曝气，能耗低。本技术特别适用于分散式农村或小城镇生活污水处理。
图I.本发明一种实施方式的平面示意 图2.本发明一种实施方式的剖面 图中1:进水管2:配水渠3:水生植物 4:沙土
5:组合填料6:集水廊道7:出水管。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。为进一步阐述本发明为达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳的实施例，对依据本发明提出的反应系统做详细说明。、
如图I与图2所示，本反应系统由第1-6级人工湿地串联而成，每级人工湿地的高程依次降低。每级人工湿地又由进水管I、配水渠2、水生植物3、沙土 4、组合填料5、集水廊道6、出水管7等组成。人工湿地的池体采用矩形钢筋混凝土池体，池体内填充10-15cm沙土 4，50-60cm填料5，填料上种植有水生植物3。人工湿地顶部和底部分别设置有配水渠2和集水廊道6。污水通过配水渠2跌水进入各级人工湿地中，污水与填料中的微生物和水生植物充分接触反应后，污水通过底部重力流排出。以上人工湿地从第2级开始分成并列的A、B、C、D四组、，每组均按第2、第3、第4、第5第6分为多级。第I级人工湿地同时向第2级的每一组人工湿地配水，采用连续进出水方式。第2级及以后各级经处理后出水直接流向下一级，第2-第6级采用序批式周期性运行，间歇性进出水，每个运行周期都由进水一反应一排放一闲置四个阶段所组成。排空后 的人工湿地进入闲置期，填料中的微生物依靠自然复氧作用恢复活性后再次进入下一个循环周期中。主要技术参数
第I级连续进出水，水力停留时间4h ；
第2-6级序批式进出水，周期性循环，具体技术参数如下 每周期运行时间4h ；
进水时间lh;
反应时间lh;
排水时间lh;
闲置时间lh;
人工湿地长宽比5:1;
水力负荷3. 4cm-6. 7cm/d;
布水深度夏季<10cm, 一般5-10cm ;冬季<30cm, 一般10_15cm ；
有机负荷80-130kgB0D/(hm2 · d)；
氮负荷25kg/ (hm2 · d)。以第2级人工湿地的具体运行为例，其方式如下
0-Ih 第2级第I组Al进水；
1-2h:第2级第2组BI进水；第2级第I组Al反应；
2-3h 第2级第3组Cl进水；第2级第2组BI反应；第2级第I组Al排水；
3-4h 第2级第4组Dl进水；第2级第3组Cl反应；第2级第2组BI排水；第2级第I组Al闲置；
BI、Cl、Dl循环方式同Al ;以后各级循环方式同第2级，相当每级运行周期为4小时，整个反应系统的运行周期为24小时。对整个反应系统而言属连续运行，相对第2-6级是间歇性周期运行的。当然本反应系统的运行并不局限于此，可根据当地污水情况灵活变动。本系统采用的组合填料由30%_50%的砂料、50%_70%的工业废渣组成。工业废渣是以富含硫酸盐为主，掺有磁铁矿和氢氧化物组成，要求硫酸盐中硫酸根的质量比大于15%，磁铁矿中含铁量大于10%，铁离子与硫酸根离子的摩尔比控制在5-10为宜。
权利要求
1.一种能控制甲烷排放的山地城市人工湿地污水处理系统，其特征在于所述的处理系统由多级阶梯式人工湿地组成，每级人工湿地的高程依次降低，每级人工湿地内填充有组合填料，填料上种植水生植物；所述人工湿地从第2级开始分成并列的四组，每组均按第.2、第3、……第η分为多级，所述第I级人工湿地同时向第2级的每ー组人工湿地配水，第.2级及以后各级经处理后出水直接流向下ー级；所述第I级人工湿地连续进出水，第2-第η级人工湿地采用序批式周期性运行，间歇性进出水，每个运行周期都由进水一反应ー排放ー闲置四个阶段所组成，具体流程如下 进水污水经进水管从每ー级人工湿地上方跌水充氧流入，依靠重力作用下渗； 反应污水流入过程中挟带空气中大量的氧气进入污水中，当污水达到预定高度后开始反应，污水与组合填料中的微生物和种植的水生植物充分接触后，污水得到有效处理； 排放经反应后的污水从姆ー级人工湿地底部的排水管排出； 闲置在此阶段，通过自然复氧恢复微生物活性后进入下一个循环； 通过各级之间跌水曝气水力增氧和间歇性进水的自然复氧，人工湿地保持较高溶解氧状态，使产甲烷菌得到有效抑制，有效减少甲烷的产生和排放。
2.根据权利要求I所述的能控制甲烷排放的山地城市人工湿地污水处理系统，其特征在于所述人工湿地采用对产甲烷菌有抑制作用的组合填料，该填料由30%-50%的砂料、.50%-70%的エ业废渣组成；エ业废渣是以富含硫酸盐为主，掺有磁铁矿和氢氧化物的物料组成，要求硫酸盐中硫酸根的质量比大于15%，磁铁矿中含铁量大于10%，铁离子与硫酸根离子的摩尔比控制在5-10为宜。
3.根据权利要求I或2所述的能控制甲烷排放的山地城市人工湿地污水处理系统，所述的各级人工湿地上方设有配水渠，污水在跌落过程中挟带空气中大量的氧气进入到污水中；各级人工湿地的组合填料底部设有隔墙，隔墙上开有小孔，孔ロ设置筛网；各级人工湿地底部设有集水廊道，污水经处理在此收集后跌水流向下ー级。
4.根据权利要求3所述的能控制甲烷排放的山地城市人工湿地污水处理系统，其特征在于所述配水渠距组合填料上的沙土表面高度20cm，组合填料底部隔墙的小孔间距.100mm,集水廊道高度为25cm。
5.根据权利要求3所述的所述能控制甲烷排放的山地城市人工湿地污水处理系统，其特征在于所述的水生植物为根系发达、输氧能力较强且具有一定景观效应的睡蓮和莲藕，种植密度为30-35株/m2。
6.根据权利要求3所述的能控制甲烷排放的山地城市人工湿地污水处理系统，其特征在于所述第2级人工湿地的具体运行方式如下 .Ο-lh:第2级第I组Al进水； .1-2h :第2级第2组BI进水；第2级第I组Al反应； .2-3h:第2级第3组Cl进水；第2级第2组BI反应；第2级第I组Al排水； .3-4h:第2级第4组Dl进水；第2级第3组Cl反应；第2级第2组BI排水；第2级第.1组Al闲置； BI、Cl、Dl循环方式同Al ;以后各级循环方式同第2级，相当每级运行周期为4小吋，整个反应器的运行周期为24小吋。
7.根据权利要求3所述的能控制甲烷排放的山地城市人工湿地污水处理系统，其特征在于所述人工湿地每级底部集水廊道的配水出口处装有自动控制闸板，用于自动向下一级配水。
全文摘要
一种能控制甲烷排放的山地城市人工湿地污水处理系统，其由高程依次降低的多级阶梯式人工湿地组成，每级人工湿地内填充有组合填料并种水生植物；所述人工湿地从第2级开始分成并列的四组，每组均按第2、第3、……第n分为多级，所述第1级人工湿地同时向第2级的每一组人工湿地配水，第2级及以后各级经处理后出水直接流向下一级；所述第1级连续进出水，第2-第n级采用序批式周期性运行，间歇性进出水，每个运行周期都由进水—反应—排放—闲置四个阶段所组成。本系统整体上是连续流，在第2-第n级是间歇流，各级人工湿地之间通过跌水曝气增氧，第2-n级通过在闲置时自然复氧，并结合采用对产甲烷菌有抑制作用的组合填料，能有效控制甲烷的产生和排放。
文档编号C02F3/32GK102633366SQ201210134240
公开日2012年8月15日 申请日期2012年5月3日 优先权日2012年5月3日
发明者刘洪达, 刘立, 张赛, 方俊华, 李更生, 杨世琪, 柴宏祥, 王伟杰, 王 琦, 胡学斌 申请人:重庆大学