專利名稱：北方垂直潛流式人工濕地凈化污水的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種人工濕地深度處理污水的方法，具體涉及具有保溫措施、適于在冬季氣候寒冷、冰凍期較長的北方地區(qū)使用的且凈化效果良好的北方人工濕地凈化污水的方法。
背景技術：
隨著工業(yè)的發(fā)展，水污染的加劇，同時淡水資源短缺與人民生活水平提高之間的矛盾日益加劇，水環(huán)境保護的任務也越來越艱巨。近年來，環(huán)境科學研究在迅速發(fā)展，正在積極探索水環(huán)境污染全球效應問題，各種水處理污染的方法層出不窮，其中生態(tài)處理技術——人工濕地技術由于其低投資，出水水質好，抗沖擊力強，操作簡單，建造和運行費用低(僅為傳統(tǒng)二級污水處理廠的1/10～1/2)，維護方便，氨、氮去除率高，同時可使污水處理與環(huán)境生態(tài)建設有機結合，在處理污水同時創(chuàng)造城市生態(tài)景觀等特點逐步被越來越多的國家接受，并廣泛應用。
目前我國人工濕地在長江以南發(fā)展較快，廣州、深圳最快，其次是上海、云南，再次之南京、武漢，長江以北就很少使用人工濕地技術，其主要原因是北方地區(qū)冬季氣候寒冷、冰凍期較長，易造成普通人工濕地系統(tǒng)中的管道結冰、凍裂，而且在這段時期內，人工濕地中的植被枯萎或停止生長；另外，低水溫也嚴重影響到微生物的生長，進而影響到污水的治理效果。上述種種不利因素導致了普通的人工濕地處理系統(tǒng)在北方不能過冬使用或存在著治理效果差的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種能夠克服上述不利因素的人工濕地凈化污水的方法，其不僅具有常規(guī)人工濕地投資低、操作簡單、維護和運行費用低、能改善生態(tài)環(huán)境等特點，而且適宜于在北方全年運行，并在冬季能夠正常進行污水處理，保障經(jīng)處理的污水達標排放或回用。
本發(fā)明解決技術問題所采用的技術方案是根據(jù)經(jīng)預處理的污水濃度的高低，選用多種不同粒徑、不同種類的人工填料基質，配置多層填料層，合理搭配其層次結構，增強人工濕地的物理、化學處理效果，增設的保溫增生層除與其它填料層共同組成巨大的微生物載體網(wǎng)絡外，還起保溫增生作用，促進人工濕地形成巨大的生物膜系統(tǒng)；采用多層管網(wǎng)布局結構，在冬季結冰期間采用保溫增生層或凍土層以下的布水管網(wǎng)布水，能夠防止布水管網(wǎng)的堵塞、凍裂。
原污水經(jīng)過混凝沉淀和完全混合曝氣的預處理后，污水COD降至300mg/L以下，將其上清液引入人工濕地處理，所述人工濕地由基坑、圍堰、布水管網(wǎng)、集水管網(wǎng)、填料層、依附于填料層的微生物群落及植被構成，基坑底和圍堰作加固、防滲處理，對于處理低濃度污水的人工濕地，從下至上分布有以下填料層大顆粒石子層厚度30～50cm粒徑40～80mm中顆粒石子層厚度30～50cm粒徑20～40mm保溫增生層 厚度5～20cm表土層 厚度10～30cm粒徑2～5mm對于處理高濃度污水的人工濕地，從下至上分布有以下填料層小顆粒石子層厚度30～50cm粒徑10～20mm細小顆粒石子層 厚度30～50cm粒徑5～10mm爐渣層 厚度5～15cm 粒徑5～20mm保溫增生層 厚度5～20cm表土層 厚度10～30cm粒徑2～5mm在以上所述垂直潛流式人工濕地的填料層中至少具有兩層布水管網(wǎng)，每層布水管網(wǎng)按一定順序排列，布水管網(wǎng)上分布有一定孔徑的出水孔，在填料層10～50cm之間選擇布水管網(wǎng)的埋入深度，至少使一層布水管網(wǎng)位于保溫增生層或凍土層之下，并用閥門控制使每層布水管網(wǎng)分別獨立工作，冬季霜凍期使用保溫增生層或凍土層以下的布水管網(wǎng)，其余非霜凍期使用最上層布水管網(wǎng)。
作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，在以上所述的人工濕地的保溫增生層之下還設置有以下填料層大砂層 厚度30～50cm粒徑0.5～2mm米石層 厚度20～40cm粒徑5～10mm本發(fā)明中配置于填料層中的保溫增生層的基質材料可以由生物纖維和鋸末混合而成，可有效保溫增溫和促進微生物生長；所述各粒級石子層和米石層可選用石灰石、石碳石、礫石、花崗巖碎石、頁巖；所述表土層可選用的基質材料有風化砂、膨潤土、泥炭和鋁礬土等。
人工濕地中的每層布水管網(wǎng)由兩排平行支管道和與其垂直相連主管道構成，管徑由出水量決定，每條布水支管下部兩側分布有與水平方向呈40～50°的出水孔，出水孔直徑5～8mm，孔間距5～10cm。
為方便控制，可每層布水管網(wǎng)的控制閥門均配置于閥門井當中，閥門井上方加蓋井蓋。
所述人工濕地基坑長寬比在1∶1～1∶3之間，開挖的池底坡度為1％～8％，向集水管出口方向傾斜，基坑深0.5～2.5m，坑池之間可串聯(lián)、并聯(lián)。人工濕地中的集水管網(wǎng)由長、短管道構成，管徑由出水量決定，長管為主要集水管道，長管上部兩側分布有與水平方向呈40～50°的進水孔，埋入池底收集整池集水，短管用于排出由于池底坡度而滯留的水。集水管道進水孔直徑5～15mm，進水孔分布間距5～10cm。
在所述人工濕地的表土層上種植適應北方生長的根系發(fā)達、生物量較大、耐污能力強的植物品種，如蘆葦、風車草、美人蕉、查莆、水冬青或水蓮子等。
所述人工濕地在冬季運行期間，在人工濕地表面覆蓋植被秸稈和塑料薄膜，起到保溫作用。
所述人工濕地的建造地點，可根據(jù)氣候條件因地制宜地選擇在背風、向陽的地帶。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點及突出性效果1.創(chuàng)新了人工濕地填料種類、深度及配置比例，北方垂直潛流式人工濕地填料層深度一般在1.5～2.5m左右(根據(jù)當?shù)貧鉁囟?，填料采用風化石、風化砂、石灰石等多種可用殘渣，并配置保溫增生層，組成科學的微生物載體網(wǎng)絡，能夠快速形成生物膜系統(tǒng)，增強了人工濕地系統(tǒng)的凈化功能。
2.創(chuàng)立了深層潛伏式多層布水管網(wǎng)布局結構，解決了冬季結冰期的防凍、防裂、防溢、防滲的治理技術問題。
3.在無法依賴濕地植物凈化功能的情況下，還可依靠濕地多層次的基質填料和巨大的生物膜系統(tǒng)達到去除有害物質、凈化水質的目的。
4.多種冬季保溫措施和技術措施的應用，使填料床內被處理的廢水溫度保持在15～20℃左右，可保證濕地生化反應得以正常進行，從而解決人工濕地在北方不能過冬使用的問題或治理效果差的問題。


圖1為一種處理低濃度污水的北方垂直潛流式人工濕地填料層布置圖；圖2為一種處理高濃度污水的北方垂直潛流式人工濕地填料層布置圖；圖3為一種北方垂直潛流式人工濕地的管道布置結構縱剖圖；圖4為圖3的D-D剖視圖；圖5為圖3的A-A剖視圖；圖6為圖3的B-B剖視圖；圖7為圖3的C-C剖視圖。
圖中1-圍堰、2-基坑底、3-大顆粒石子層(厚度40cm、粒徑40～80mm)、4-中顆粒石子層(厚度40cm、粒徑20～30mm)、5-大砂層(厚度40cm、粒徑0.5～2mm)、6-米石層(厚度30cm、粒徑5～10mm)、7-保溫增生層(厚度10cm)、8-表土層(厚度20cm、粒徑2～5mm)、9-蘆葦、10-小顆粒石子層(厚度40cm、粒徑10～20mm)、11-細小顆粒石子層(厚度40cm、粒徑5～10mm)、12-篩洗煤渣層、13-大砂層(厚度45cm、粒徑0.5～2mm)、14-米石層(厚度30cm、粒徑5～10mm)、15-基坑、16-集水長管、17-下層布水管網(wǎng)、18-上層布水管網(wǎng)、19-布水支管出水孔、20-布水支管、21-集水管進水孔、22-布水管網(wǎng)主管、23-集水短管、24-閥門、I-布水支管排水孔橫剖放大圖、II-集水支管集水孔橫剖放大圖。
具體實施例方式
下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述實施例1 甲造紙廠污水處理工程實施本發(fā)明的技術方案設計處理能力600噸/天(最大負荷能力為1000噸/天)，人工濕地總面積1400m2，分二格，每格700m2，兩格并聯(lián)，分別進水。
原污水經(jīng)過格柵進入混凝沉淀池沉淀后，然后進入曝氣池充氧氧化，再將經(jīng)過預處理的COD降至300mg/L以下的上清液引入人工濕地處理。人工濕地由基坑15、圍堰1、上、下布水管網(wǎng)18、17、集水管16、23、填料層、依附于填料層的微生物群落及蘆葦9構成，基坑底2和圍堰1作加固、防滲處理，每格人工濕地從下至上依次分布以下填料層，如圖2所示小顆粒石子層(厚度40cm，選用風化石子、粒徑10～20mm)10；細小顆粒石子層(厚度40cm，選用風化石子、粒徑5～10mm)11；爐渣層(厚度10cm，選用篩洗煤渣、粒徑5～20mm)12；
大砂層(厚度45cm，砂子粒徑0.5～2mm)13；米石層(厚度20cm，米石粒徑5～10mm)14；保溫增生層(厚度10cm)7；表土層(厚度20cm，選用風化砂、粒徑2～5mm)8。
在填料層設置有兩層布水管網(wǎng)17、18，上層布水管網(wǎng)18位于風化層8內，埋入深度10cm，下層布水管網(wǎng)位于米石層6，埋入深度距地面40cm，上、下兩層布水管網(wǎng)按一定順序排列，如圖3、圖4所示。每層布水管網(wǎng)由兩排平行支管道20和與其垂直相連主管道22構成，管徑由出水量決定，每條布水支管下部兩側分布有與水平方向呈45°的出水孔20，出水孔20處鋪設碎石以防堵塞。采用配置于閥門井中的閥門24控制每一層布水管網(wǎng)分別獨立工作，冬季霜凍期使用下層布水管網(wǎng)17，其余非霜凍期使用最上層布水管網(wǎng)18，使污水凈化的效果可達到最佳。
保溫增生層7的基質材料采用生物纖維類物質和經(jīng)發(fā)酵的鋸末混拌而成，既有效保溫增溫(提高溫度5～8℃)，又可提高生物附著力，促進微生物的生長、吸附及對污染體的分解消化。
開挖的每格人工濕基坑長寬比為1∶1，基坑深1.9m，坑池底1坡度2％，向集水管16、23出口方向傾斜。集水管網(wǎng)由兩長兩短管道構成，管徑由出水量決定，長管16為主要集水管道，集水管上部兩側分布有與水平方向呈45°的進水孔21，進水孔直徑5～15mm，分布間距5～10cm。長管16埋入池底收集整池集水，短管23用于排出由于池底坡度而滯留的水，如圖7所示。
在表土層8上種植適應北方生長的根系發(fā)達、生物量較大、耐污能力強、具有一定經(jīng)濟價值的蘆葦9。
冬季把秋末收割的蘆葦9平鋪在人工濕地表面，上面再覆蓋一層塑料薄膜，起到保溫作用(填料床內被處理的廢水溫度可保持在15～20℃)；在冬季還要對裸露在濕地外的輸水管道進行保溫防凍處理。
人工濕地的建造地點選擇在冬季背風、向陽的地帶。
該項處理工程于2005年7月底開始運行，從近一年的試運行情況看，處理效果穩(wěn)定、出水水質較好(附環(huán)保部門2006年6月份驗收、監(jiān)測結果，見表1)。
尤其是冬季采用保溫措施后，能滿足達標排放的處理要求。
實施例2 乙造紙廠污水處理工程實施本發(fā)明的技術實施方案設計處理能力為2000噸/天(1年后可負荷3000噸/天)，人工濕地總面積3000m2，分6格，每格500 m2，采用并聯(lián)形式運行，每格單獨進、排水。開挖的每格人工濕地池形長寬比為1∶1.1，池深1.8m，池底2坡度2％，向集水管16、23出口方向傾斜。每格人工濕地均采用如圖1所示的填料層結構(從下至上)大顆粒石子層(厚度40cm，選用石灰石、粒徑40～80mm)3；中顆粒石子層(厚度40cm，選用青石子，粒徑20～30mm)4；大砂層(厚度40cm，砂子粒徑0.5～2mm)5；米石層(厚度30cm，米石粒徑5～10mm)6；保溫增生層(厚度10cm)7；表土層(厚度20cm、選用風化砂，粒徑2～5mm)8。
原污水進入生化塘處理后，進入接觸氧化池，在好氧微生物的作用下，氧化、降解廢水中的有機物，接觸氧化池出水自流進入斜板沉淀池進行沉淀處理，上清液自流進人工濕地處理。接觸氧化、混凝沉淀工序去除率為84％，人工濕地進水COD可保持在300mg/L以下。廢水定量加菌進入濕地，在床內停留24～48小時后排放，出水達到國家排放標準(附環(huán)保部門驗收、監(jiān)測結果，見表2)。
其它處理過程及人工濕地的結構布置的實施同實施例1。
該項處理工程于2006年2月竣工，同年4月底開始運行，處理效果穩(wěn)定，各項技術指標達到設計要求。
表1 進出水質檢測情況(2006年6月)

表2 進出水質檢測情況(2006年7月)

權利要求
1.一種北方垂直潛流式人工濕地凈化污水的方法，原污水經(jīng)過混凝沉淀和完全混合曝氣的預處理后，污水COD降至300mg/L以下，將其上清液引入人工濕地處理，所述人工濕地由基坑、圍堰、布水管網(wǎng)、集水管網(wǎng)、由透水性基質組成的具有一定層數(shù)結構的填料層、依附于填料層的微生物群落及植被構成，基坑底和圍堰作加固、防滲處理，其特征是對于處理低濃度污水的人工濕地，從下至上分布有以下填料層大顆粒石子層厚度30～50cm 粒徑40～80mm中顆粒石子層厚度30～50cm 粒徑20～40mm保溫增生層 厚度5～20cm表土層 厚度10～30cm 粒徑2～5mm所述垂直潛流式人工濕地至少具有兩層布水管網(wǎng)，每層布水管網(wǎng)按一定順序排列，布水管網(wǎng)上分布有一定孔徑的出水孔，在填料層10～50cm之間選擇布水管網(wǎng)的埋入深度，至少使一層布水管網(wǎng)位于保溫增生層或當?shù)囟緝鐾翆又?，并采用閥門控制使每層布水管網(wǎng)分別獨立工作，冬季霜凍期使用保溫增生層或凍土層以下的布水管網(wǎng)，其余非霜凍期使用最上層布水管網(wǎng)。
2.一種北方垂直潛流式人工濕地凈化污水的方法，原污水經(jīng)過混凝沉淀和完全混合曝氣的預處理后，污水COD降至300mg/L以下，將其上清液引入人工濕地處理，所述人工濕地由基坑、圍堰、布水管網(wǎng)、集水管網(wǎng)、由透水性基質組成的具有一定層數(shù)結構的填料層、依附于填料層的微生物群落及植被構成，基坑底和圍堰作加固、防滲處理，其特征是對于處理高濃度污水的人工濕地，從下至上分布有以下填料層小顆粒石子層 厚度30～50cm 粒徑10～20mm細小顆粒石子層厚度30～50cm 粒徑5～10mm爐渣層厚度5～15cm 粒徑5～20mm保溫增生層厚度5～20cm表土層厚度10～30cm 粒徑2～5mm所述垂直潛流式人工濕地至少具有兩層布水管網(wǎng)，每層布水管網(wǎng)按一定順序排列，布水管網(wǎng)上分布有一定孔徑的出水孔，在填料層10～50cm之間選擇布水管網(wǎng)的埋入深度，至少使一層布水管網(wǎng)位于保溫增生層或凍土層之下，并采用閥門控制使每層布水管網(wǎng)分別獨立工作，冬季霜凍期使用保溫增生層或凍土層以下的布水管網(wǎng)，其余非霜凍期使用最上層布水管網(wǎng)。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的北方垂直潛流式人工濕地凈化污水的方法，其特征是在保溫增生層之下還分布有以下填料層大砂層厚度30～50cm 粒徑0.5～2mm米石層厚度20～40cm 粒徑5～10mm
4.根據(jù)權利要求1或2所述的北方垂直潛流式人工濕地凈化污水的方法，其特征是保溫增生層的基質材料由生物纖維和鋸末混合而成，可有效保溫增溫和促進微生物生長；所述各粒級石子層和米石層的基質材料可選用石灰石、石碳石、礫石、花崗巖、頁巖；所述表土層可選用的基質材料有風化砂、膨潤土、泥炭和鋁礬土。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的北方垂直潛流式人工濕地凈化污水的方法，其特征是每層布水管網(wǎng)的控制閥門均置于閥門井當中，閥門井上方有井蓋。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的北方垂直潛流式人工濕地凈化污水的方法，其特征是每層布水管網(wǎng)由兩排平行支管道和與其垂直相連主管道構成，管徑由過水量決定，每條布水支管下部兩側分布有與水平方向呈40～50°的出水孔，出水孔直徑5～8mm，孔間距5～10cm。
7.根據(jù)權利要求1或2所述的北方垂直潛流式人工濕地凈化污水的方法，其特征是所述人工濕地基坑長寬之比在1∶1～1∶3之間，開挖的基坑底坡度為1％～8％，向集水管出口方向傾斜，基坑深0.5～2.5m，基坑池之間可串聯(lián)、并聯(lián)；所述集水管網(wǎng)由長、短管道構成，管徑由出水量決定，長管為主要集水管道，在其上部兩側分布有與水平方向呈40～50°的進水孔，進水孔直徑為5～15mm，分布間距5～10cm，長管埋入池底收集整池集水，短管用于排出由于池底坡度而滯留的水。
8.根據(jù)權利要求1或2所述的北方垂直潛流式人工濕地凈化污水的方法，其特征是在表土層上種植適應北方生長的根系發(fā)達、生物量較大、耐污能力強的植物品種，如蘆葦、風車草、美人蕉、查莆、水冬青或水蓮子。
9.根據(jù)權利要求1或2所述的北方垂直潛流式人工濕地凈化污水的方法，其特征是冬季在人工濕地表面覆蓋植被秸稈和塑料薄膜，起保溫作用。
10.根據(jù)權利要求1或2所述的北方垂直潛流式人工濕地凈化污水的方法，其特征是人工濕地的建造地點，根據(jù)氣候條件選擇在背風、向陽的地帶。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種污水深度處理方法，特別是涉及一種有保溫措施、適于在冬季氣候寒冷、冰凍期較長的北方地區(qū)使用的且凈化效果良好的人工濕地凈化污水的方法。本發(fā)明創(chuàng)新了填料種類、深度及配置比例，并配置保溫增生層，組成科學的微生物載體網(wǎng)絡，能夠快速形成生物膜系統(tǒng)，使?jié)竦叵到y(tǒng)在無法依賴濕地植物凈化功能的情況下，也可依靠濕地基質填料、生物膜系統(tǒng)達到去除有害物質、凈化水質的目的；采用深層潛伏式多層布水管網(wǎng)布局結構，解決了冬季結冰期的防凍、防裂、防溢、防滲的治理技術問題；采用的多種保溫技術措施，冬季可保持填料床內被處理的廢水溫度在15～20℃左右，解決了人工濕地在北方不能過冬使用或冬季治理效果差的問題。
文檔編號C02F3/32GK101028951SQ200610107078
公開日2007年9月5日 申請日期2006年9月21日 優(yōu)先權日2006年9月21日
發(fā)明者張四海, 王培名 申請人:河南亞神環(huán)?？萍加邢薰? 張四海