一种用于污水强化处理的抗堵塞串联型人工湿地系统的制作方法

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及一种用于污水强化处理的抗堵塞串联型人工湿地系统。

背景技术：

人工湿地以其出水水质好、低耗高效、兼具景观效应等优点，被越来越多的应用于污水处理厂尾水深度处理、河湖生态修复、面源污染治理等领域，特别是在农村生活污水治理设施提标方面，越来越多的地方倾向于采用人工湿地技术，极大的促进了该技术的推广和应用。

但人工湿地也存在着处理效率不稳定、容易堵塞等问题，特别是其占地面积较大，在地体利用比较紧张的地区，严重限制了其进一步的推广和发展，有待于针对性地从工艺耦合上着手，通过前置强化工艺的加入，削减人工湿地进水污染物负荷，在实现湿地面积减少的同时也减少堵塞概率，各自发挥耦合工艺的技术优势，强化出水水质并减少投资成本。

公开号为cn103508639a的专利说明书公开了一种占地面积小的塘床耦联复合型人工湿地净水系统，所述的净水系统包括上行流高效藻类塘、沉水植物塘和水平潜流人工湿地；所述的上行流高效藻类塘、沉水植物塘及水平潜流人工湿地为相互嵌套的圆形构筑物，从里到外依次是上行流高效藻类塘、沉水植物塘和水平潜流人工湿地；所述上行流高效藻类塘底部铺设有用于注入污水的多孔布水管；沉水植物塘底部填有薄层基质，并种植有沉水植物；所述的水平潜流人工湿地中种植有挺水植物。上述专利技术方案采用塘床耦联复合型人工湿地的方式减小了占地面积，但是仍未关注人工湿地存在的效率不稳定、易堵塞的问题。

公开号为cn103420540a的专利说明书公开了一种基于稳定塘-生态廊道-人工湿地的尾水处理系统，将不同类型稳定塘和人工湿地优化组合，同时利用以沟渠湿地为原型的生态廊道作为输水渠道，形成串联式的好氧与厌氧反应器，促进尾水中污染物的有效去除。上述专利技术的目的不在于充分利用面积受限的湿地面积，注重于尾水处理效果的提升。其它一些专利技术，如公开号为cn106882874a、cn105060612a的中国发明专利文献等，虽然进行了生态塘、生态沟渠等与人工湿地的结合，但是其均不是基于减小人工湿地占地面积的问题考虑得到的技术方案，而且其组合方式是将人工湿地作为前置系统。

技术实现要素：

针对本领域存在的不足之处，以及基于湿地面积受限、易堵塞的问题，本发明提供了一种用于污水强化处理的抗堵塞串联型人工湿地系统，降低了后续人工湿地系统的进水污染物负荷，防止堵塞发生，有效减少人工湿地系统的占地面积，降低投资成本。

一种用于污水强化处理的抗堵塞串联型人工湿地系统，包括顺次连接的前置系统和人工湿地系统；

所述前置系统的主体单元选自生态塘、生态沟渠、植草沟、表流湿地及缓流河道中的一种或几种的组合。

作为优选，所述的前置系统中设有水生植物系统；

所述水生植物系统中的植物为美人蕉、菖蒲、鸢尾、风车草、再力花、花叶芦竹、香根草、千屈菜、苦草、菹草、眼子菜、黑藻、金鱼藻中的一种或几种的组合。

进一步优选，所述水生植物系统包括挺水植物和沉水植物；

所述水生植物系统的种植密度为挺水植物5～15株/m²，沉水植物30～100丛/m²。

作为优选，所述的前置系统中设有强化材料系统，所述强化材料系统的强化材料以分散、箱体装载或者两种模式组合的方式按面积比0.1～1:1悬浮或沉没于所述前置系统的主体单元中。此处的面积比指强化材料覆盖面积与主体单元面积之比。

进一步优选，所述箱体的材质为pvc、不锈钢、玻璃钢、金属网中的一种或几种组合，呈圆球形、多面体和不规则形状中的一种或几种组合，且其上开有直径为2～50mm的圆孔，开孔率为10％～70％。

作为优选，所述强化材料为无机填料、天然高分子材料、有机高分子材料中的一种或几种的组合；

所述的无机填料为轻质火山岩、沸石、陶粒中的一种或几种的组合；

所述的天然高分子材料为玉米芯、丝瓜络、山核桃壳、板栗壳、花生壳、竹纤维及其生物质炭改性制备材料的一种或几种的组合；

所述的有机高分子材料为聚氨酯、弹性填料、无纺布、石墨烯光催化网中的一种或几种的组合。

作为优选，所述的前置系统中设有曝气造流系统，用于辅助所述前置系统获得强化增氧和提升水体循环的效果。

进一步优选，所述的曝气造流系统为接电或太阳能供电方式的岸基曝气、水面曝气、沉水曝气中的一种或几种的组合。

所述的人工湿地系统用于深度处理前置系统来水中的污染物。作为优选，所述的人工湿地系统为表流式人工湿地、潜流式人工湿地、垂直流人工湿地、复合垂直流人工湿地、自通风生态滤床中的一种或几种的组合。

作为优选，所述的人工湿地系统中植物为美人蕉、菖蒲、鸢尾、风车草、再力花、花叶芦竹、香根草、千屈菜、苦草、菹草、眼子菜、黑藻、金鱼藻中的一种或几种的组合；

所述的人工湿地系统中，植物种植密度为挺水植物5～15株/m²，沉水植物30～100丛/m²。

所述的用于污水强化处理的抗堵塞串联型人工湿地系统利用水生植物系统、强化材料系统、曝气造流系统等前置系统的耦合作用对污染物进行强化处理；所述的前置系统主要用于强化去除悬浮物、有机污染物、部分氮磷，特别是难降解有机污染物等，减少了后续工艺进水的污染负荷从而减少后续工艺占地面积，也减少堵塞的概率；所述的人工湿地系统利用有限的占地面积强化处理前置系统出水中的有机物污染物及氮磷，稳定出水水质，降低投资成本。

本发明通过前置强化系统的加入，削减人工湿地系统进水污染物浓度，在实现湿地面积减少的同时也减少堵塞概率，各自发挥耦合工艺的技术优势，强化出水水质并减少投资成本。本发明可广泛应用于微污染地表水处理、污水处理厂尾水深度处理、河湖生态修复、生活污水治理等领域。

本发明与现有技术相比，主要优点包括：

1)在生态塘、生态沟渠、植草沟或表流湿地等前置系统中耦合了无机填料、天然高分子材料、有机高分子材料，曝气造流系统，水生植物系统等技术手段，强化了前置系统出水水质效果；

2)前置系统经过上述多手段强化后降低了后续湿地工艺的进水污染物负荷，可有效减少人工湿地系统的占地面积，同时前置系统对悬浮物(ss)等的削减还有利于减少人工湿地系统堵塞的发生；

3)前置系统强化去除悬浮物、有机污染物、部分氮磷，特别是难降解有机污染物，而后置人工湿地系统强化处理前置系统出水中的有机物污染物及氮磷，稳定出水水质，同时显著减少的占地面积，也降低了投资成本。

附图说明

图1为实施例的用于污水强化处理的抗堵塞串联型人工湿地系统的结构示意图；

图中：1-前置系统；2-人工湿地系统；3-管网系统；4-水生植物系统；5-强化材料系统；6-曝气造流系统。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。

如图1所示，本实施例的用于污水强化处理的抗堵塞串联型人工湿地系统，包括顺次连接的前置系统1和人工湿地系统2，二者通过管网系统3连通。

前置系统1的主体单元选自生态塘、生态沟渠、植草沟、表流湿地及缓流河道中的一种或几种的组合。

前置系统1中设有水生植物系统4、强化材料系统5和曝气造流系统6。

水生植物系统4中的植物为美人蕉、菖蒲、鸢尾、风车草、再力花、花叶芦竹、香根草、千屈菜、苦草、菹草、眼子菜、黑藻、金鱼藻中的一种或几种的组合。

水生植物系统4包括挺水植物和沉水植物，种植密度为挺水植物5～15株/m²，沉水植物30～100丛/m²。

强化材料系统5的强化材料以分散、箱体装载或者两种模式组合的方式按面积比0.1～1:1悬浮或沉没于前置系统1的主体单元中。此处的面积比指强化材料覆盖面积与主体单元面积之比。

箱体的材质为pvc、不锈钢、玻璃钢、金属网中的一种或几种组合，呈圆球形、多面体和不规则形状中的一种或几种组合，且其上开有直径为2～50mm的圆孔，开孔率为10％～70％。

强化材料为无机填料、天然高分子材料、有机高分子材料中的一种或几种的组合；

无机填料为轻质陶粒、轻质火山岩、沸石、陶粒中的一种或几种的组合；

天然高分子材料为玉米芯、丝瓜络、山核桃壳、板栗壳、花生壳、竹纤维及其生物质炭改性制备材料的一种或几种的组合；

有机高分子材料为聚氨酯、弹性填料、无纺布、石墨烯光催化网中的一种或几种的组合。

曝气造流系统6用于辅助前置系统1获得强化增氧和提升水体循环的效果。

曝气造流系统6为接电或太阳能供电方式的岸基曝气、水面曝气、沉水曝气中的一种或几种的组合。

人工湿地系统2用于深度处理前置系统1来水中的污染物。人工湿地系统2为表流式人工湿地、潜流式人工湿地、垂直流人工湿地、复合垂直流人工湿地、自通风生态滤床中的一种或几种的组合。

人工湿地系统2中植物为美人蕉、菖蒲、鸢尾、风车草、再力花、花叶芦竹、香根草、千屈菜、苦草、菹草、眼子菜、黑藻、金鱼藻中的一种或几种的组合，种植密度为挺水植物5～15株/m²，沉水植物30～100丛/m²。

本实施例的用于污水强化处理的抗堵塞串联型人工湿地系统利用水生植物系统3、强化材料系统4、曝气造流系统6等与前置系统1的主体单元的耦合作用对污染物进行强化处理；前置系统1主要用于强化去除悬浮物、有机污染物、部分氮磷，特别是难降解有机污染物等，减少了后续工艺进水的污染负荷从而减少后续工艺占地面积，也减少堵塞的概率；人工湿地系统2利用有限的占地面积强化处理前置系统1出水中的有机物污染物及氮磷，稳定出水水质，降低投资成本。

应用例1

基于本发明的技术原理构建了生态塘(不规则塘，有效水域面积2m²，平均水深1m)-水平潜流人工湿地(长方形构造，面积4m²，高1.2m，填料有效装填高度1m，装填5～12mm粒径的沸石填料)耦合系统。设置进水水量为1.6t/d，模拟污水处理厂一级a标准的尾水配水后进入耦合系统，在耦合系统成熟后稳定运行期为2个月。第1个月工况：不在生态塘中加入强化材料系统；第2个月工况：在生态塘中加入强化材料系统。

本应用例的前置系统主体单元为生态塘，设置有水生植物系统，种植了沉水植物，种类为苦草，种植密度为30丛/m²。

本应用例的前置系统还包括强化材料系统，其强化材料以分散的方式悬浮于生态塘中，面积比为1/3。

本应用例的强化材料系统为无机填料，具体为改性的轻质陶粒。

本应用例不采用曝气造流系统。

本应用例的人工湿地系统为水平潜流式，所种植物为再力花，种植密度为9株/m²。

本应用例利用水生植物系统、强化材料系统等生态塘系统的耦合作用对污染物进行强化处理；生态塘系统主要用于强化去除悬浮物、有机污染物、部分氮磷，特别是难降解有机污染物等，减少了人工湿地系统进水的污染负荷从而减少了其占地面积，也减少堵塞的概率；人工湿地系统利用有限的占地面积强化处理生态塘系统出水中的有机物污染物及氮磷，稳定出水水质，降低投资成本。

本应用例中，在生态塘中加入强化材料系统的第2个月的工况下比未加入强化材料系统的第1个月工况对codcr、nh3-n、tp的去除率分别提升了为36％、28％和29％。

应用例2

应用例2除所添加的强化材料系统为石墨烯光催化网外，其它参数均与实例1相同，先后对比运行了2个月时间。

本实例2中，在生态塘中加入石墨烯光催化网的第2个月的工况下比未加入石墨烯光催化网的第1个月工况对codcr、nh3-n、tp的去除率分别提升了为54％、48％和36％，去除率提升明显。

应用例3

本应用例与应用例1一样设置进水水量为1.6t/d，模拟污水处理厂一级a标准的尾水配水后进入耦合系统，在耦合系统成熟后稳定运行期为2个月。第1个月工况：不开启曝气造流系统；第2个月工况：曝气造流系统每天运行4周期，每周期曝气开启4h，停曝2h。

本应用例的前置系统主体单元为生态塘，设置有水生植物系统，种植了沉水植物，种类为苦草，种植密度为30丛/m²。

本应用例的前置系统还包括强化材料系统，其强化材料以分散的方式悬浮于生态塘中，面积比为1/3。

本应用例的强化材料系统为无机填料，具体为改性的轻质陶粒。

本应用例采用曝气造流系统方式为水面曝气，具体为浮体式曝气增氧机，功率为0.75kwh。

本应用例的人工湿地系统为水平潜流式，所种植物为再力花，种植密度为9株/m²。

本应用例利用水生植物系统、强化材料系统、曝气造流系统等生态塘系统的耦合作用对污染物进行强化处理；生态塘系统主要用于强化去除悬浮物、有机污染物、部分氮磷，特别是难降解有机污染物等，减少了人工湿地系统进水的污染负荷从而减少了其占地面积，也减少堵塞的概率；人工湿地系统利用有限的占地面积强化处理生态塘系统出水中的有机物污染物及氮磷，稳定出水水质，降低投资成本。

本应用例中，在曝气造流系统开启的第2个月的工况下比未开启曝气造流系统工况对codcr、nh3-n、tp的去除率分别提升了为80％、75％和45％，去除率提升明显。

此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。