本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種經(jīng)濟(jì)作物型濾床-潮汐流人工濕地組合污水處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
污水收集技術(shù)出現(xiàn)后，天然濕地便成了便于排放污水的場(chǎng)所，許多國(guó)家至今仍在利用天然濕地直接排放污水或雨水。人工濕地是基于天然濕地的一種由基質(zhì)、水體、植物、微生物及中低等植物所組成的污水生態(tài)處理技術(shù)。污水在濕地的基質(zhì)，植物以及微生物的協(xié)同作用下得到凈化。按污水在濕地床內(nèi)不同的水流方式，通常人工濕地被分為三種形式：表面流人工濕地，水平潛流人工濕地及垂直潛流人工濕地。表面流人工濕地內(nèi)污水主要漫流于基質(zhì)表面，大部分有機(jī)物由植物水下的莖，桿表面的膜完成，雖然運(yùn)行管理簡(jiǎn)單，投資成本少，但其處理效率低，占地面積大且易受自然條件影響。水平潛流人工濕地可以有效去除污水中cod、ss和tp，但濕地內(nèi)的基質(zhì)都處于淹沒(méi)狀態(tài)，致使其復(fù)氧效果不好，使?jié)竦靥幱趨捬鯛顟B(tài)不利于有機(jī)物的分解及硝化反應(yīng)的進(jìn)行，對(duì)tn去除效果較差。垂直潛流人工濕地內(nèi)，污水由于重力作用在基質(zhì)內(nèi)非飽和流動(dòng)，復(fù)氧效果與水平潛流人工濕地較好，然而仍然不能很好的滿足高濃度的有機(jī)物及氨氮去除的要求。
水生植物濾床是一種將根系發(fā)達(dá)的水生植物密植于人工水槽中，使植物生長(zhǎng)過(guò)程中形成的細(xì)密根系充當(dāng)“基質(zhì)”，供微生物附著，同時(shí)攔截顆粒性污染物的新型人工濕地系統(tǒng)，具有管理方便、運(yùn)行成本較低、生態(tài)效益顯著等特點(diǎn)。
人工濕地系統(tǒng)氮的脫除包括基質(zhì)的吸附、植物的吸收、微生物的硝化、反硝化等作用。而微生物的硝化、反硝化作用占據(jù)主導(dǎo)地位，其中硝化過(guò)程是脫氮的限速步驟，直接關(guān)系濕地脫氮性能的高低。傳統(tǒng)的人工濕地復(fù)氧主要依靠植物的根系泌氧和液面擴(kuò)散，但是其復(fù)氧能力仍不能滿足微生物硝化作用，進(jìn)而影響了濕地的脫氮的能力。針對(duì)這一問(wèn)題，新型的潮汐流人工濕地逐漸受到關(guān)注，潮汐流人工濕地采用進(jìn)水—滯留—排水—閑置的方式運(yùn)行，依靠床體飽和浸潤(rùn)面周期性變化將大氣中的氧氣吸入濕地基質(zhì)內(nèi)，提高濕地床體中的氧傳輸量，改善濕地的氧環(huán)境，進(jìn)而強(qiáng)化了濕地對(duì)有機(jī)物及氨氮的去除效果，但潮汐流人工濕地存在易堵塞的問(wèn)題，水生植物濾床內(nèi)無(wú)填充基質(zhì)，植物根系會(huì)截留大量污染物，收割時(shí)隨植物殘?bào)w帶出水體使得床體不易發(fā)生堵塞現(xiàn)象。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
解決的技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明的目的是解決傳統(tǒng)人工濕地復(fù)氧能力低、脫氮效果不足、易堵塞且經(jīng)濟(jì)效益低的問(wèn)題，提供一種經(jīng)濟(jì)作物型濾床-潮汐流人工濕地組合污水處理系統(tǒng)，利用濾床內(nèi)植物根系墊層攔截大量顆粒性污染物且于收割時(shí)隨植物殘?bào)w帶出水體，防止污水流經(jīng)潮汐流人工濕地時(shí)造成堵塞的問(wèn)題。同時(shí)，潮汐流人工濕地采用進(jìn)水—滯留—排水—閑置的方式運(yùn)行，依靠床體飽和浸潤(rùn)面周期性變化將大氣中的氧氣吸入濕地基質(zhì)內(nèi)，提高濕地床體中的氧傳輸量，改善濕地的氧環(huán)境，進(jìn)而強(qiáng)化了濕地對(duì)有機(jī)物及氨氮的去除效果。陶粒與礫石基質(zhì)對(duì)磷也有較強(qiáng)的吸附性能。
技術(shù)方案：經(jīng)濟(jì)作物型濾床-潮汐流人工濕地組合污水處理系統(tǒng)，包括水生蔬菜濾床系統(tǒng)和潮汐流人工濕地系統(tǒng)；所述水生蔬菜濾床系統(tǒng)由濾床床體和集水渠組成，在濾床內(nèi)分級(jí)種植水生蔬菜，污水流經(jīng)濾床床體后進(jìn)入集水渠，再通過(guò)管道引入潮汐流人工濕地系統(tǒng)，所述潮汐流人工濕地系統(tǒng)采用三種填充基質(zhì)，基質(zhì)層上種植糧食型作物。
進(jìn)一步地，所述水生蔬菜為水雍菜、茭白或番茄中的一種或幾種。
進(jìn)一步地，所述潮汐流人工濕地系統(tǒng)采用pvc材質(zhì)的穿孔布水進(jìn)水。
進(jìn)一步地，所述糧食型作物為水稻或小麥。
進(jìn)一步地，所述潮汐流人工濕地系統(tǒng)采用三種填充基質(zhì)從上到下依次為細(xì)礫石、陶粒、粗礫石。
進(jìn)一步地，所述細(xì)礫石粒徑10~15mm，陶粒粒徑10~25mm，大礫石粒徑30~50mm。
經(jīng)濟(jì)作物型濾床-潮汐流人工濕地組合污水處理方法，采用連續(xù)進(jìn)水的方式將污水送入水生蔬菜濾床床體內(nèi)，污水流濾床經(jīng)植物吸收、根系攔截以及微生物的共同作用后經(jīng)濾床出水管進(jìn)入集水渠，再?gòu)募?nèi)引入潮汐流人工濕地中，停留后從潮汐流人工濕地中排空。
上述經(jīng)濟(jì)作物型濾床-潮汐流人工濕地組合污水處理系統(tǒng)在強(qiáng)化污水處理中的應(yīng)用。
有益效果：
1.潮汐流人工濕地采用進(jìn)水—滯留—排水—閑置的方式運(yùn)行，依靠床體飽和浸潤(rùn)面周期性變化將大氣中的氧氣吸入濕地基質(zhì)內(nèi)，提高濕地床體中的氧傳輸量，改善濕地的氧環(huán)境，進(jìn)而強(qiáng)化了濕地對(duì)有機(jī)物及氨氮的去除效果；水生蔬菜濾床內(nèi)無(wú)填充基質(zhì)，植物根系會(huì)截留大量顆粒性污染物，收割時(shí)隨植物殘?bào)w帶出水體，能有效解決后續(xù)潮汐流人工濕地堵塞的問(wèn)題。
2.濾床內(nèi)種植植物搭配為水雍菜，茭白，番茄，潮汐流人工濕地內(nèi)分季節(jié)種植水稻與小麥，均屬于根系發(fā)達(dá)，生物量較大的經(jīng)濟(jì)型植物，能保證系統(tǒng)有較好的脫氮除磷效果，且不同植物生長(zhǎng)周期不同，搭配種植與分開(kāi)換茬能保證系統(tǒng)中始終存在植物，出水水質(zhì)穩(wěn)定。
3.潮汐流人工濕地采用穿孔布水管進(jìn)水，能保證濕地均勻進(jìn)水，穿孔布水管位于基質(zhì)上方，跌水的進(jìn)水方式能提高濕地進(jìn)水溶解氧濃度。
4.該裝置運(yùn)行簡(jiǎn)單，管理方便，造價(jià)較低，適于農(nóng)村分散式生活污水的處理。
附圖說(shuō)明
圖1為實(shí)施例1中經(jīng)濟(jì)植物型濾床-潮汐流人工濕地組合污水處理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
其中：1-高位水箱，2-進(jìn)水閥門，3-濾床植物，4-濾床出水管，5-集水渠，6-蠕動(dòng)泵，7-plc時(shí)控計(jì)，8-穿孔布水管，9-濕地植物，10、11、12-濕地基質(zhì)，13-電磁閥，14-濕地出水管。
具體實(shí)施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。
實(shí)施例1
如圖1所示，一種經(jīng)濟(jì)作物型濾床-潮汐流人工濕地組合污水處理方法及系統(tǒng)，包括水生蔬菜濾床和潮汐流潛流人工濕地兩個(gè)主體系統(tǒng)；水生蔬菜濾床系統(tǒng)主要由進(jìn)水閥門（2），濾床床體，濾床出水管（4），集水渠（5）組成，濾床進(jìn)水流量通過(guò)進(jìn)水閥門（2）調(diào)節(jié)，濾床內(nèi)植物定植到泡沫板上分級(jí)種植，泡沫板覆蓋到濾床水面，濾床出水管（4）設(shè)置不同高度以控制濾床水深；所述潮汐流人工濕地系統(tǒng)主要由蠕動(dòng)泵（6），plc時(shí)控計(jì)（7），穿孔布水管（8），潮汐流人工濕地出水管（14），電磁閥（13）以及潮汐流人工濕地基質(zhì)層組成，所述潮汐流人工濕地內(nèi)分層填充三種基質(zhì)；在所述潮汐流人工濕地基質(zhì)層上分季節(jié)種植糧食型作物。所述水生蔬菜濾床系統(tǒng)位于潮汐流人工濕地系統(tǒng)前端，水生蔬菜濾床出水即為潮汐流人工濕地進(jìn)水。
潮汐流人工濕地系統(tǒng)主要由蠕動(dòng)泵（6），plc時(shí)控計(jì)（7），穿孔布水管（8），潮汐流人工濕地出水管（10），濕地基質(zhì)層（10）、（11）與（12）和濕地植物（9）組成，潮汐流濕地內(nèi)分層填充厚度共為60cm的三種不同基質(zhì)，從到下依次為細(xì)礫石、陶粒及粗礫石，細(xì)礫石粒徑為為10~15mm，陶粒粒徑為10~25mm，粗礫石粒徑為30~50mm。濕地內(nèi)分季節(jié)種植水稻、小麥兩種不同的糧食作物，濕地底部設(shè)電磁閥、plc時(shí)控計(jì)與出水管，整個(gè)潮汐流人工濕地的操作過(guò)程通過(guò)plc時(shí)控計(jì)控制完成。
上述的系統(tǒng)污水脫氮除磷過(guò)程包括以下步驟：采用連續(xù)進(jìn)水的方式將高位水箱（1）中的污水通過(guò)進(jìn)水閥門（2）送入水生蔬菜濾床床體內(nèi)，污水流濾床經(jīng)植物吸收、根系攔截以及微生物的共同作用后經(jīng)濾床出水管進(jìn)入集水渠（5），通過(guò)plc時(shí)控計(jì)（7）控制蠕動(dòng)泵（6）將集水渠內(nèi)的污水經(jīng)穿孔布水管（8）送入潮汐流人工濕地中，停留16h后通過(guò)電磁閥（13）控制潮汐流人工濕地出水管（10）將凈化后的污水排空，所述潮汐流人工濕地進(jìn)入落干期，落干期為8h。
濾床內(nèi)種植植物搭配為水雍菜，茭白，番茄。水雍菜根系活性高，生長(zhǎng)速率快，可多次收割，脫氮除磷效果顯著。茭白根深且發(fā)達(dá)，有利于微生物的附著生長(zhǎng)。番茄是茄果類蔬菜中根系較發(fā)達(dá)的蔬菜，莖部著水后可快速生根。不同植物根系分布于對(duì)養(yǎng)分的需求不同，不同類型植物的搭配能有效利用污水中的營(yíng)養(yǎng)成分，同時(shí)不同植物生長(zhǎng)周期不同，搭配種植可以保證換茬時(shí)濾床中存在植物，使濾床有較穩(wěn)定的出水水質(zhì)。同時(shí)污水中被濾床植物根系截留顆粒性污染物會(huì)在收割時(shí)隨植物殘?bào)w帶出水體，可有效解決后續(xù)潮汐流人工濕地堵塞的問(wèn)題。潮汐流人工濕地內(nèi)分季節(jié)種植糧食型作物水稻、小麥，水稻于6月份栽苗，10月下旬收割；小麥于10月下旬種植，次年5月份收割。水生蔬菜濾床和潮汐流人工濕地分開(kāi)換茬，使至少有一級(jí)系統(tǒng)出水水質(zhì)較好，保證整個(gè)系統(tǒng)的氮磷去除的穩(wěn)定性。濾床與濕地內(nèi)均種植根系發(fā)達(dá)且生物量大植物，保證了系統(tǒng)的脫氮除磷效果，且種植糧食作物與蔬菜能為農(nóng)村地區(qū)帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)效益。
潮汐流人工濕地最下層填充厚度為30cm的粗礫石層作為濕地集水區(qū)與磷素的吸附介質(zhì)，之上填充粒徑為厚度為15cm陶粒層作為植物根系與微生物生長(zhǎng)附著主要介質(zhì)，最上層填充粒徑為厚度為15cm的細(xì)礫石層，防止輕質(zhì)陶粒漂??；礫石對(duì)磷有較大的吸附飽和度，能保證潮汐流人工濕地除磷效果；陶粒表面粗糙，植物根系及微生物易于附著。
潮汐流人工濕地采用進(jìn)水—滯留—排水—閑置的方式運(yùn)行，依靠床體飽和浸潤(rùn)面周期性變化將大氣中的氧氣吸入濕地基質(zhì)內(nèi)，提高濕地床體中的氧傳輸量，改善濕地的氧環(huán)境，進(jìn)而強(qiáng)化了濕地對(duì)有機(jī)物及氨氮的去除效果。潮汐流人工濕地系統(tǒng)水力負(fù)荷為0.2-0.4m3?m-2?d-1，采用1周期/d的運(yùn)行方式，濕地的運(yùn)行時(shí)間為：進(jìn)水40min、反應(yīng)16h、排空3-5min、閑置8h。
利用上述實(shí)施方式凈化污水，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在平均進(jìn)水nh4+-n、tn及tp平均濃度分別為10.7、25.6、和1.94mg?-1的條件下，組合生態(tài)系統(tǒng)對(duì)nh4+-n、tn及tp的去除率平均值分別達(dá)到90.3%、59.7%和65.5%，除個(gè)別點(diǎn)外出水nh4+-n、tn均達(dá)到了gb18918-2002一級(jí)a標(biāo)準(zhǔn)，tp均達(dá)到gb18918-2002一級(jí)b標(biāo)準(zhǔn)。
本發(fā)明中采用水生植物濾床串聯(lián)潮汐流人工濕地，而且，本發(fā)明中改變以往濕地種植景觀植物不具經(jīng)濟(jì)效益等缺點(diǎn)，種植具有較高經(jīng)濟(jì)效益的蔬菜及糧食作物且對(duì)不同種類植物、濾床與濕地植物進(jìn)行分開(kāi)換茬，綜合考慮了人工濕地種植物的生長(zhǎng)特性、系統(tǒng)的處理效果及穩(wěn)定性，且種蔬菜與糧食型植物能的帶來(lái)一定的經(jīng)濟(jì)收益，同步實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的環(huán)境效益與經(jīng)濟(jì)效益。
以上所述具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式，在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，還可以做出若干修改和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。