自清式微曝气复合人工湿地污水处理系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型属于污水处理技术领域，具体涉及自清式微曝气复合人工湿地污水处理系统。
【背景技术】
[0002]人工湿地是根据天然湿地净化污水的原理，通过人工建造和监督控制来强化其净化能力的污水处理技术。它是由透水性的基质、植物、水体、好氧或厌氧微生物种群和动物共同组成的复合系统。污水在人工湿地中经过包括生物降解、过滤、沉淀和吸附等作用处理后，污水中的有机化合物、悬浮固体、一些含氮化合物、磷和病原菌都得到了极大的削减。
[0003]人工湿地处理技术是未来水质提标一大热门处理技术，其具有投资省、效率高、环境效益好等优点，非常适合中、小城镇的污水处理。传统的人工湿地包括表面流型、潜流型和垂直流型，但由于自身构造的限制，使得溶解氧浓度偏低，占地面积较大，填料易堵塞等。在传统的污水处理中，曝气量通常为气水比>3:1，有的甚至为10:1。而在污水厂的运行中，曝气机的耗电费用占了很大部分，因此，如何在保证出水水质的情况下又能降低气水比，成为现今研究的热点。根据美国于2000年对多个运行中的人工湿地进行调查，发现有近50%的人工湿地系统在投入使用5年后出现了不同程度的堵塞。堵塞不仅会引起湿地过水能力的降低，从而导致大量污水壅积在湿地表面并阻隔氧气向基质层内扩散，降低湿地对污染物的去除效果，使出水水质达不到设计标准，此外堵塞还会缩短人工湿地的运行寿命。尤其是对垂直流人工湿地，其堵塞问题较为严重。
[0004]氮素污染的加剧也是近年来引起我国湖泊、河流以及近海等水域水华和赤潮大规模爆发的重要因素之一，因此，如何去除氮素污染引起了人们的广泛关注。近年来，随着生物脱氮理论与技术的突破，以ANAMMOX工艺为代表的新型生物脱氮技术逐渐进入人们视野。与传统生物脱氮技术相比，ΑΝΑΜΜ0Χ菌为化学自养型细菌，并且ANAMMOX反应途径较短，因此ANAMMOX反应不需要碱度补偿和投加有机碳源，只需要维持较低的溶解氧，即可实现当废水进水C/N〈3.4时或高氨氮废水的脱氮反应，从而节约了大量的能源和物料，节省运行成本，具有可持续发展的意义。ANAMMOX反应是微生物直接将NH/-N和N02-N反应转化为N2，达到脱氮的目的，其中作为电子受体的N02——般由氨转化而来。
[0005]已见公知的人工湿地如CN102531187A “一种层叠式垂直流-水平潜流组合湿地处理生活污水的方法”、CN203639245U“一种组合人工湿地系统”、CN103708621A “一种组合人工湿地系统及其污水处理方法”等主要是对人工湿地的流态、填料进行改造组合，其填料易堵塞，不适宜处理较高浓度的污水，占地面积较大。而在人工湿地中，将反冲洗自清技术、微曝气技术和基于ANAMMOX脱氮原理的侧向潜流湿地技术同时系统的应用于人工湿地则未见报道。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型要解决的技术问题是传统人工湿地溶解氧偏低，占地面积较大，填料易堵塞，对高浓度污水处理效果差。
[0007]本实用新型的技术方案如下:
[0008]本实用新型提出的自清式微曝气复合人工湿地污水处理系统包括依次水流连通的预处理构筑物、自清式微曝气竖向折流湿地污水处理装置、可实现ANAMMOX脱氮的侧向潜流人工湿地污水处理装置和生物观测塘;整个系统各部分的组成关系如下:
[0009]预处理构筑物上设置有系统进水管；
[0010]自清式微曝气竖向折流湿地污水处理装置由配水区、池体和集水区组成；待处理污水经进水管流入配水区，再通过溢流的方式从配水区流入池体，经池体处理后的出水采用溢流的方式流入集水区；所述池体为多级不同处理功能的竖向折流湿地串联而成，沿水流方向依次为厌氧湿地、碳氧化湿地和短程硝化-反硝化湿地，厌氧湿地和碳氧化湿地各采用一个单元池，短程硝化-反硝化湿地由若干单元池组成;厌氧湿地从底部到顶部依次设置有反冲洗管和填料层，碳氧化湿地和短程硝化-反硝化湿地从底部到顶部依次设置有反冲洗管、微曝气管、填料层和水生植物，采用分级微曝气方式，总的曝气量的气水比小于2:1，并控制碳氧化湿地的曝气量大于短程硝化-反硝化湿地，使碳氧化湿地中水的溶解氧达到1?2mg/L，短程硝化-反硝化湿地水中的溶解氧达到0.5mg/L；
[0011 ]可实现ANAMMOX脱氮的侧向潜流人工湿地污水处理装置由自然复氧槽、侧向潜流湿地床组成，其中一个自然复氧槽连接一个侧向潜流湿地床组成一组单元池，多组单元池串联沿梯度向下共同组成所述湿地污水处理装置;所述自然复氧槽为跌跃式薄水层自然复氧槽;所述侧向潜流湿地床包含湿地床体、布水管、集水管、填料、湿地植物和含ANAMMOX菌的沉积物;布水管和集水管均设置在侧向潜流湿地床底部，分别布置在侧向潜流湿地床的进水端和出水端，以实现侧向潜流湿地床中的水流均匀性，含ANAMMOX菌的沉积物铺在填料上；
[0012]生物观测塘中栽种水生植物，还设置有出水管，通过溢流的方式出水。
[0013]其中，自清式微曝气竖向折流湿地污水处理装置的池体设置有横向隔墙，将池体沿水流方向分隔为单独的单元池，上一个单元池的出水采用穿孔溢流的方式流入下一个单元池，并在穿孔处设置有一个阀门，以控制单元池的进水和出水;每个单元池内均设置有一个墙体与水流方向垂直的横向挡墙，将单元池分为前后两段，横向挡墙底部开孔，使每个单元池内的水流能够在湿地池中上下翻腾通过，形成折流式水流形态，避免死水区。
[0014]其中，微曝气管包含曝气主管、曝气干管和曝气支管，曝气主管沿人工湿地外一侧布置，曝气主管上分出数根曝气干管，每个单元池内有至少一根曝气干管，曝气干管沿池壁向下并在池底横向布置，曝气干管上分出数根曝气支管，曝气支管纵向并排布置，曝气主管和每根曝气干管上均设置有阀门，所述曝气管支管的曝气孔直径大小为1?3mm;所述的反冲洗管包含反冲洗主管、反冲洗干管和反冲洗支管，反冲洗管布置在池体底部，反冲洗主管沿人工湿地外一侧布置，并接出数根反冲洗干管，每一根反冲洗干管横向伸入一个单元池，反冲洗干管再接出纵向并排布置的反冲洗支管，反冲洗主管和每根干管上均设置有阀门；反冲洗主管上还设置有放空管;单元池还设置有溢流管，用于将反冲洗产生的污水排出。
[0015]其中，曝气孔沿曝气支管轴向设置为两排，两排曝气孔的中心线过曝气支管轴心线的夹角为90°。
[0016]其中，可实现ANAMMOX脱氮的侧向潜流人工湿地污水处理装置的湿地床体的有效水深高度为ο.4?0.6m。
[0017]其中，自清式微曝气竖向折流湿地污水处理装置的湿地填料粒径为10?50mm，根据水流方向，单元池内填料粒径依次降低。
[0018]其中，可实现ANAMMOX脱氮的侧向潜流人工湿地污水处理装置的填料为碎石、混凝土骨料或瓦烁中的一种或几种，粒径为5?10mm，根据水流方向，单元池内填料粒径依次降低。
[0019]本实用新型中，自清式微曝气竖向折流湿地采用微曝气的方式，进一步提升了湿地填料层内部的溶解氧含量，植物根系释氧和曝气相结合保证了有机物能够被顺利的去除。与传统的曝气方式相比，微曝气量小缓慢，适量的曝气促进了湿地中生物膜的发展，使其不会因大量曝气对生物膜造成冲刷，同时减少矿物质的积累，保证了填料之间的水流通路。另外微曝气的方式也在保证出水水质条件下，更加节省能耗，减少了运行成本。
[0020]另外，自清式微曝气竖向折流湿地所采用的是可调节的微曝气方式，可通过阀门的启闭对每一反应单元的曝气量进行调节，使得本反应器可以较灵活的适应各种不同的水质变化。当进水COD含量高时，可通过控制阀门使部分反应单元进行曝气或者进行间歇曝气，进而强化了反应池的好氧一缺氧环境，强化有机物的去除效果；当进水C0D含量较低时，可关闭微曝气采用自然复氧来维持填料层溶解氧水平，进一步节省能耗。
[0021]人工湿地的堵塞问题一直比较严重，运行一段时间后均会出现不同程度的堵塞，且一旦堵塞难以修复。经试验研究证明，人工湿地其污水中的有机质主要被吸附截留在反应器进水部分，且沿污水流动方向填料层中的有机质含量逐渐递减。因而在本实用新型的自清式微曝气竖向折流湿地中，前一个反应池的填料粒径较后一个反应池的填料粒径大，并配合微曝气所形成的局部紊流冲刷作用，使得填料不易堵塞，并且使得反应池靠后端也能吸附截留一定量的有机质，使得后端也有较为充足的碳源来保证生物脱氮除磷的效果。在