CN201908002U - 自然曝气垂直潜流式人工湿地污水处理装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种自然曝气垂直潜流式人工湿地污水处理装置，包括预处理池、人工湿地处理池、深度处理池和自然循环池，所述的预处理池包括内池和外池，外池上部通过出水口连通人工湿地处理池中的布水管，所述的人工湿地处理池由复合基质层组合构成，并通过清水出水口连通深度处理池，深度处理池顶部设置导流漏斗，导流漏斗顶端连通自然循环池的导流斜管，导流斜管上分别设置排出管和文丘里管，导流斜管连通内循环管，内循环管经过单向阀由循环进水口连通人工湿地处理池。本实用新型具有污染负荷高、抗冲击能力强、占地面积小、污水处理效率高、运行稳定、能耗低的特点，能有效提高对生活污水处理效率，尤其是对氮、磷、有机物的处理效率，可广泛应用于中小型城镇、城郊、乡镇及农村生活污水的处理。

Description

自然曝气垂直潜流式人工湿地污水处理装置

一、技术领域

本实用新型属于污水处理设备技术领域，具体涉及一种生活污水人工湿地处理技术，特别是较好地利用自然曝气强化了人工湿地系统对生活污水处理效率的自然曝气垂直潜流式人工湿地污水处理装置。

二、背景技术

生活污水以成为各城镇污染的一个主要源头，生活污水进入河流、湖泊、水库等地表水系均给自然水体带来不可忽视的污染。目前，国内80％以上的城镇周边的湖泊、河流、水库都不同程度地受到了来自于城市污水的污染，并造成了大量水系的富营养化污染问题，因此对城镇生活污水的全面截污和集中处理已成为各大中型城镇的主要污水处理措施。

传统的物化+生化工艺的污水处理技术已广泛应用于各城镇污水的处理，如：物理沉淀+化学混凝沉淀的预处理+SBR，A²O、氧化沟等活性污泥法的微生物工艺已广泛应用于各城镇污水处理，处理后的污水可以达到GB 8978 1996一级标准。然而，传统的生活处理工艺投资和运行成本高、管理专业化程度高等特点使得很多城镇在建设好污水处理厂后无法保证其长期稳定运行处理，从而使部分污水处理厂建设后无法实现对城镇污水处理的要求。另外，部分中小型城市、城郊、乡镇等无法满足投资传统污水处理厂建设的要求，以至最终导致日常的生活污水得不到及时处理，而直接排入下游自然水体造成污染。

人工湿地技术自上世纪50年代在德国应用以来，由于其投资和运行成本低、运行稳定、管理方便等特点使得人工湿地技术在不同废水处理过程中得到了广泛的接受。目前，人工湿地以成功应用到生活污水、化工、制药、印染等行业废水、垃圾渗漏液等废水处理过程，并取得较好的应用效果。

人工湿地可分为表流湿地和潜流湿地两种，潜流湿地又包括垂直潜流湿地和水平潜流湿地两种。众多国内外研究结果表明，不同类型人工湿地对生活污水中氮、磷、有机物等污染处理效率差别较大，表流湿地对生活污水中氮、磷和有机物的处理效率分别为15-24％、12-22％和18-30％之间，潜流湿地对生活污水中氮、磷和有机物的处理效率分别为25-45％、23-50％和24-35％之间。人工湿地对生活污水处理效率总体表现为潜流湿地对生活污水处理效率高于表流湿地，而垂直潜流湿地对生活污水处理效率好于水平潜流湿地。

在上世纪80年代末，人工湿地已逐渐进入中国的污水处理并得到了较好的发展。如：上世纪90年代，我国深圳的洪湖人工湿地系统水质净化工程通过建设高效垂直流人工湿地系统处理布吉河河水和周边农村生活污水，出水可满足城镇绿化用水的要求；于本世纪初建立的玉溪九溪人工湿地位于云南省玉溪市九溪镇，通过构建厌氧糖、表流和潜流人工挺水植物塘等以有效处理星云湖出水(劣五类水体)，并取得较好处理效果。然而，目前中国建设的传统人工湿地普遍存在污水处理效率低，对氮、磷污染物的处理效率低，占地面积大(单位面积人工湿地的污水处理日负荷为0.1-0.3t/d)等问题。总体而言，传统人工湿地对生活污水处理效率不高，尤其是对氮、磷、有机物的处理效果较差，占地面积大等问题。一般情况下，生活污水经传统人工湿地处理后一般只能达到GB89781996二级标准。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基建和运行费用低、工艺流程简单、运行管理方便、耐负荷冲击、使用寿命长、污水处理效率高、出水可满足GB 8978 1996一级标准的自然曝气垂直潜流式人工湿地污水处理装置。

本实用新型的目的是这样实现的：包括预处理池、人工湿地处理池、深度处理池和自然循环池，所述的预处理池包括内池和外池，进水管连通内池，内池底部连通外池，外池上部通过出水口连通人工湿地处理池中的布水管，所述的人工湿地处理池由复合基质层组合构成，人工湿地处理池底部通过清水出水口连通深度处理池，深度处理池底部设置过滤填料，深度处理池顶部设置导流漏斗，导流漏斗顶端连通自然循环池的导流斜管，导流斜管上分别设置排出管和文丘里管，导流斜管连通内循环管，内循环管经过单向阀由循环进水口连通人工湿地处理池。

预处理池通过污水在外池水位上升过程中的自然沉淀作用完成初级处理，以清除污水中的部分SS；预处理池中的挺水植物根系以吸收所需营养的方式固定污水中的氮、磷污染物；浮游植物的覆盖作用使外池处于相对厌氧环境，对生活污水中有机污染物进行厌氧降解。预处理池中停留3-5天，去除部分COD(化学需氧量)、BOD(生化需氧量)、氨氮、TSS(总悬浮物)等污染物，降低进入人工湿地处理池的污水污染负荷，提高污水的可生化性。

预处理后的污水进入人工湿地布水管，自上而下潜流至人工湿地基质层底部，人工湿地通过物理拦截、过滤、化学反应沉淀等作用实现对生活污水中氮、磷、有机物、SS等污染物的处理；不同粒度的湿地基质层将为湿地微生物的生长提供构架和支撑；自上而下由细至粗的人工湿地基质层可有效解决传统人工湿地的堵塞问题。在基质表面和植物根系区域形成的湿地微生物在好氧和厌氧条件下实现对有机物的降解、含氮污染物的转化，对含磷污染物降解、聚合等，生活污水在人工湿地处理池中停留1-3天，可有效去除污水中的COD、BOD、含氮污染物、含磷污染物、TSS等污染物。随后污水进入深度处理池，经过滤填料的过滤沉淀后上升至导流漏斗，进入导流斜管并通过出水口外排，一部分水通过在导流斜管上安装的文丘里管、内循环管、单向阀及人工湿地处理池中的循环进水口进入，实现对预处理池中污水的自然曝气，以提高处理效率。

本实用新型具有污染负荷高、抗冲击能力强、占地面积小、污水处理效率高、运行稳定、能耗低等特点，能有效提高对生活污水处理效率，尤其是对氮、磷、有机物的处理效率，可广泛应用于中小型城镇、城郊、乡镇及农村生活污水的处理。

附图说明

附图为本实用新型处理装置整体结构示意图。

图中：I-预处理池，II-人工湿地处理池，III-深度处理池，IV-自然循环池，1-进水管，2-浮游植物，3-外池，4-内池，5-出水口，6-挺水植物，7-布水管，8-种植基质层，9-细粒基质层，10-中粒基质层，11-粗粒基质层，12-清水出水口，13-过滤填料，14-导流漏斗，15-导流斜管，16-排出管，17-文丘里管，18-内循环管，19-单向阀，20-循环进水口。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明，但不以任何方式对本实用新型加以限制，基于本实用新型教导所作的任何变换，均落入本实用新型的保护范围。

如附图所示，本实用新型包括预处理池I、人工湿地处理池II、深度处理池III和自然循环池IV，所述的预处理池I包括内池和外池，进水管1连通内池，内池底部连通外池，外池上部通过出水口5连通人工湿地处理池II中的布水管7，所述的人工湿地处理池II由复合基质层组合构成，人工湿地处理池II底部通过清水出水口12连通深度处理池III，深度处理池III底部设置过滤填料13，深度处理池III顶部设置导流漏斗14，导流漏斗14顶端连通自然循环池IV的导流斜管15，导流斜管15上设置排出管16并设置文丘里管17，导流斜管15连通内循环管18，内循环管18经过单向阀19由循环进水口20连通人工湿地处理池II。

所述的预处理池的内池容积为外池的1/2-1/4。所述的预处理池内种植浮游植物2，浮游植物2包括凤眼莲、大飘、浮萍中的一种或一种以上的组合。

所述的人工湿地处理池由方形或圆柱形构筑物建造而成，并在构筑物池内铺设人工湿地基质。人工湿地基质的铺设一般包括2-5层，自下而上形成先粗后细的人工湿地基质复合层。

所述的人工湿地处理池III中自下而上依次设置粗粒基质层11、中粒基质层10、细粒基质层9和种植基质层8。

所述的粗粒基质层11为砾石层，所述的中粒基质层10为陶粒层，所述的细粒基质层9为煤渣层；所述的种植基质层8为粘土层。

所述的粗粒基质层11之基质粒径为5-10cm，铺设厚度为20-40cm；

所述的中粒基质层10之基质粒径为3-5cm，铺设厚度为30-50cm；

所述的细粒基质层9之基质粒径为1-3cm，铺设厚度为20-40cm；

所述的种植基质层8的铺设厚度为10-20cm。

所述的种植基质层11种植耐污性好的挺水植物，种植密度为10-30×10-30cm。所述的挺水植物包括芦苇、茭草、水葱、菖蒲、香蒲中的一种或一种以上的组合。

所述的布水管7位于细粒基质层9与种植基质层8之间。

所述的布水管7管径为10-40mm，布水管7的铺设间距为30-80cm。

所述的过滤填料包括纤维球和/或鹅卵石。

本实用新型的工作要求：

1、系统进水指标：COD＜400mg/L，优选80-350mg/L；BOD＜250mg/L，优选50-200mg/L；氨氮＜60mg/L，优选25-45mg/L；总磷＜5mg/L，优选1.2-3.8mg/L；

2、及时清理预处理池和深度处理池的污泥，定期收割和打捞挺水植物；

3、确保合理的运行参数，随时疏通布水管、导流斜管、文丘里管、单向阀等，定期检查或维修管道输配系统。

实例一

云南省昆明市某高校校园生活污水处理实例，处理量4-12t/d，预处理池I为圆形，池高2.5m，内池半径为0.2m，外池半径为0.8m。在水面种植50-80％覆盖度的凤眼莲浮游植物；人工湿地处理池II尺寸为3×2×2m。湿地基质自下而上分别为碎石(粒度5-8cm，厚度为30cm)、陶粒(粒度3-4cm，厚度为40cm)、煤渣(2-3cm，厚度40cm)和粘土(3-5mm，厚度30cm)，并以20×20cm间距种植挺水植物6，为茭草；深度处理池III的尺寸为1×0.5×0.5m、中部方形导流漏斗14底部尺寸为1×0.5m和上部导流斜管15内径为0.1m，导流斜管15连接至人工湿地处理池II中的循环进水口处，高度为1.3m，以实现对污水的内循环处理。

污水取自生活污水蓄水池，通过潜水泵由1进入预处理池I内层并逐步向外层自流，停留48hrs后由出水口5排出，污水由布水管7进入人工湿地处理池II中并由经清水出水口12流入深度处理池III，经过滤填料13过滤后的污水通过导流斜管15的虹吸作用进入自然循环池，并依次经文丘里管17、内循环管18、单向阀19和循环进水口20完成48hrs内循环处理，处理后的污水由排出管16排出。主要污染物的去除效果见表1。

表1：本例生活污水净化效果及季节性差异对比表

由表1可知，本实用新型对校园生活污水的处理效果因季节不同而异，夏季最好，冬季最差，这是因为冬季外界气温较低等原因导致。从全年运行状况来看，PO₄-P和TP污染物的去除率为83-96％之间，COD的污染去除率为72-88％之间，NH₃-N和TN污染物的去除率为53-84％之间，出水水质始终可达到GB8978-1996一级排放标准。

实例二

云南省文山州某村农村生活污水处理实例，处理量6-8t/d。预处理池I为方形，池高2m，内池尺寸为0.2×0.22m，外池尺寸为0.8×0.8m，水面种植60％覆盖度的凤眼莲浮游植物；人工湿地处理池II为尺寸为2.5×2×1.6m。湿地基质自下而上分别为碎石(粒度5-8cm，厚度为30cm)、陶粒(粒度3-4cm，厚度为30cm)、煤渣(2-3cm，厚度30cm)和粘土(3-5mm，厚度20cm)，粘土基质中以15×15cm间距种植挺水植物菖蒲；深度处理池III尺寸为0.6×0.4×0.5m、中部方形导流漏斗底部尺寸为0.6×0.4m和上部斜管内径为0.1m，导流斜管15连接至人工湿地处理池进水口20，高度为1.1m，以实现对污水的内循环处理。

污水取自生活污水蓄水池，通过潜水泵由1进入预处理池I内层并逐步向外层自流，停留24hrs后由出水口5排出，污水由布水管7进入人工湿地处理池II中并由经清水出水口12流入深度处理池III，经过滤填料13过滤后的污水通过导流斜管15的虹吸作用进入自然循环池，并依次经文丘里管17、内循环管18、单向阀19和循环进水口20完成72hrs内循环处理，处理后的污水由排出管16排出。主要污染物的去除效果见表2。

表2：本例生活污水净化效果及季节性差异对比表

由表2可知，本实用新型对农村生活污水的处理效果因季节不同而异，夏季最好，冬季最差，这是因为冬季外界气温较低等原因导致。从本人工湿地的全年运行状况来看，PO4-P和TP污染物的去除率为85-93％之间，COD的污染去除率为63-91％之间，NH3-N和TN污染物的去除率为53-78％之间，出水水质始终可达到GB 8978-1996一级排放标准。

本实用新型的优点

1、本实用新型集自然循环装置与人工湿地处理装置于一体，有利于湿地微生物的形成和繁殖，对生活污水中污染物的降解去除；自上而下由细到粗的复合基质层及垂直潜流方式有效克服了传统人工湿地的堵塞问题。

2、本实用新型将虹吸原理运用到深度处理池，以实现对生活污水的内循环重复处理；同时，引入文丘里管实现了对生活污水的自然曝气过程，以使循环进入人工湿地处理池的污水溶解氧含量高于传统人工湿地的3-5倍，从而强化了人工湿地系统的好氧处理。

3、本实用新型一体化设计，工艺简单，受外界条件影响小，抗冲击能力强，出水水质稳定，能满足城镇、农村生活污水的处理要求，可达到GB 8978-1996一级排放标准。

4、本实用新型基建费用低(800-2000元/t)，设备购置少(仅需数台高压泵和污水布水管和输送管)、运行灵活、维护管理方便、无需投加化学试剂，处理成本仅为常规处理方法的10-40％(0.03-0.1元/t)，使用寿命长达10年以上。

5、本实用新型非常适合我国国情，能广泛应用于近郊、乡镇和农村等污水产生量小且分散的点源生活污水的处理。

Claims (8)

1.一种自然曝气垂直潜流式人工湿地污水处理装置，包括预处理池(I)、人工湿地处理池(II)、深度处理池(III)和自然循环池(IV)，其特征是：所述的预处理池(I)包括内池(4)和外池(3)，进水管(1)连通内池(4)，内池(4)底部连通外池，外池(3)上部通过出水口(5)连通人工湿地处理池(II)中的布水管(7)，所述的人工湿地处理池(II)由复合基质层组合构成，人工湿地处理池(II)底部通过清水出水口(12)连通深度处理池(III)，深度处理池(III)底部设置过滤填料(13)，深度处理池(III)顶部设置导流漏斗(14)，导流漏斗(14)顶端连通自然循环池(IV)的导流斜管(15)，导流斜管(15)上分别设置排出管(16)和文丘里管(17)，导流斜管(15)连通内循环管(18)，内循环管(18)经过单向阀(19)由循环进水口(20)连通人工湿地处理池(II)。

2.根据权利要求1所述的自然曝气垂直潜流式人工湿地污水处理装置，其特征是：所述的预处理池(I)内池(3)容积为外池(4)的1/2-1/4；所述的预处理池(I)内种植浮游植物(2)，浮游植物包括凤眼莲、大飘、浮萍中的一种或一种以上的组合。

3.根据权利要求1所述的自然曝气垂直潜流式人工湿地污水处理装置，其特征是：所述的人工湿地处理池(II)中自下而上依次设置粗粒基质层(11)、中粒基质层(10)、细粒基质层(9)和种植基质层(8)。

4.根据权利要求3所述的自然曝气垂直潜流式人工湿地污水处理装置，其特征是：所述的粗粒基质层(11)为砾石层，所述的中粒基质层(10)为陶粒层，所述的细粒基质层(9)为煤渣层；所述的种植基质层(8)为粘土层。

5.根据权利要求3或4所述的自然曝气垂直潜流式人工湿地污水处理装置，其特征是：所述的粗粒基质层(11)之基质粒径为5-10cm，铺设厚度为20-40cm；所述的中粒基质层(10)之基质粒径为3-5cm，铺设厚度为30-50cm；所述的细粒基质层(9)之基质粒径为1-3cm，铺设厚度为20-40cm；所述的种植基质层(8)的铺设厚度为10-20cm。

6.根据权利要求3或4所述的自然曝气垂直潜流式人工湿地污水处理装置，其特征是：所述的种植基质层(8)种植耐污性好的挺水植物(6)，种植密度为10-30×10-30cm，所述的挺水植物包括芦苇、茭草、水葱、菖蒲、香蒲中的一种或一种以上的组合。

7.根据权利要求1所述的自然曝气垂直潜流式人工湿地污水处理装置，其特征是：所述的布水管(7)位于细粒基质层(9)与种植基质层(8)之间。

8.根据权利要求1或7所述的自然曝气垂直潜流式人工湿地污水处理装置，其特征是：所述的布水管(7)管径为10-40mm，布水管(7)的铺设间距为30-80cm。 

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