專利名稱：：一種無動力一體化人工濕地污水處理技術的制作方法
技術領域：
：本發明涉及環境保護
技術領域：
，尤其涉及污水處理生態工程技術。
背景技術：
：人工濕地污水處理技術是20世紀70年代興起的一種污水處理生態工程新技術，具有投資少、能耗低、管理方便、無二次污染等優點，正在逐漸被應用于廣大農村和中小城鎮生活污水處理領域。人工濕地是人工建造的、可控制的和工程化的濕地系統，一般由池體、人工填料基質、布水系統、集水系統和生長在人工基質上的植物組成，是一個獨特的基質一植物一微生物生態系統。人工濕地生態系統水質凈化的基本原理是在一定的填料上種植特定的植物，將污水投加到人工建造的類似于沼澤的濕地上，當污水流過人工濕地時，經砂石、土壤過濾，植物根際的多種微生物活動，使得水質得到凈化。根據實驗和大量的工程實踐證明，人工生態濾床能夠很好地去除BOD、TSS、N、P，而且對病原細菌、難降解有機化合物以及金屬離子的去除效果也十分有效。人工濕地對環境和經濟的綜合作用主要體現在以下幾個方面彌補或減少因農業和城市發展對天然濕地造成的影響；構建水生系統，產生食物和纖維；調蓄雨水徑流和防洪；進行污水處理，改善水質。潛流式垂直流人工濕地是人工濕地的一種類型，主要特點在于布水系統平鋪在上部基質中，將污水均布在基質水平斷面后，污水均勻向下流動，流動過程中使污水得到凈化;在濕地底部基質中鋪設集水系統，收集處理后均布在水平斷面的出水經匯集后排出。潛流式垂直流人工濕地充分利用了濕地空間，充分發揮了系統間的協同作用，污水處理后可去除大部分有機質并進行較充分硝化作用，己逐漸成為人工濕地技術發展的主流方向。但是傳統的潛流式垂直流人工濕地對污水的反硝化效果不好，不能達到高效脫氮除磷的目的，5由于處理過程中不能充分復氧，對污水進行的好氧脫有機物的效果也不甚理想。鑒于上述缺陷，研究人員發明了大量技術改進潛流式垂直流人工濕地，以增加污染物的處理效率。如中國專利CN1263688C《生活污水垂直流一水平流復合人工濕地脫氮除磷方法》，披露了一種垂直流人工濕地在前，水平流人工濕地在后的串聯式復合人工濕地處理工藝。在水平流濕地前人為補充未處理污水為碳源增加水平流人工濕地的反硝化作用效果。但垂直流濕地不能充分復氧，影響了硝化作用和好氧氧化的處理效果，兩濕地串聯占地面積大、造價高、實用性差。中國專利CN1325397C《序批式潛流人工濕地污水處理工藝》，披露了一種利用機械自動化方式控制電磁閥對濕地間歇排水出水以實現階段性復氧。其在一定程度上增加了垂直潛流式人工濕地的復氧效果，但其需外加動力控制系統，增加了投資，另外對于污水的反硝化脫氮無顯著的促進作用。
發明內容本發明旨在提供一種能夠實現濕地無動力自然復氧，占地面積小，硝化反硝化一體化高效脫氮的無動力一體化人工濕地污水處理技術。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種無動力一體化人工濕地污水處理技術，包括由硝化區域和反硝化區域兩部分組成的垂直流污水生態凈化槽、填充槽內的基質、污水預處理系統、布水系統、集水系統、布氣系統、排污系統和生長在基質上的植物，其特征在于-所述的垂直流污水生態凈化槽分為上下兩個分區硝化區域和反硝化區域，硝化區域在上，反硝化區域在下，所述人工基質分別填充在硝化區域和反硝化區域中；所述的污水預處理系統為利用格柵、三格式沉淀池、厭氧池中的一種或幾種前處理工藝對不同污染負荷的污水進行前處理，經前處理的生活污水經過水泵提升或依靠自然液位高差進入布水系統;預處理后的污水通過交叉布水管網均勻分布于垂直潛流式生態凈化槽硝化區域上，依次垂直滲入硝化區域和反硝化區域的人工基質層；布水系統對生態凈化槽實行間歇布水，并在上層硝化區域底部和內部設有無動力布氣系統，對硝化區域實現連續復氧，使污水在上層硝化區域內進行高效的好氧作用和硝化作用；上層硝化區域出水直接進入下層反硝化區域，在此區域內進行兼氧作用和反硝化作用；下層反硝化區域內設有集水出水系統，集水口設于反硝化區域下方，出水口設于反硝化區域上方，使出水在反硝化區域內保持一定水位。在垂直流污水生態凈化槽內，污水通過與基質、微生物和植物根系的作用，實現物理凈化、生物凈化作用，達到降低污水的SS、BOD、COD、細菌和高效脫氮除磷的目的。作為優選，所述布水系統為設置在上層污水硝化區域基質表層下5-10cm的布水管網，該布水管網包含有進水閥門、進水口、布水主管和多個與該布水主管連接的布水分支，布水主管和布水分支呈垂直"王"字分布或交叉"王"字分布，布水分支上開有布水小孔。作為優選，所述集水系統為設置在下層反硝化區域的集水管網，該集水管網包含有集水口、垂直集水分支、水平集水分支、與垂直集水分支和水平集水分支連接的集水主管、出水口和出水閥門；集水主管和水平集水分支呈垂直"王"字分布或交叉"王"字分布，垂直集水分支與水平集水分支和集水主管之間呈空間垂直分布，中間管路相通；集水口設在垂直集水分支末端，為圓形管路截面上開有的數個集水小孔組成，集水口距離整個池體底部的距離不大于反硝化區域總高度的1/3;水平集水分支、集水主管和集水口位于同一水平高度,它們的水平位置為下層反硝化槽體頂端介于距反硝化槽體頂端2/3高度之間。作為優選，所述布氣系統為分布在上層一組或多組管身開滿小孔的布氣管網；每組布氣管網由水平布氣管、與水平布氣管垂直相連的數個垂直布氣分支組成；所述垂直布氣分支一端連接位于上層硝化區域底部到距離上層硝化區域底部2/3高度之間的水平布氣分支，另一端豎直伸出池體基質頂部，與外部空氣相連通，垂直布氣分支頂端高于基質層表面3-10cm，并設有防塵帽，防止大顆粒物質進入管體堵塞布氣管。作為優選，所述的垂直流污水生態凈化槽反硝化區域底部可呈中間低凹狀，低凹最低處設有排水管，排水管表面布滿排水小孔，排水管一端封閉，另一端伸出槽外作為排污口，排污口設排污閥門，正常工作時排污閥門關閉，槽體沖洗時排污閥門開啟。作為優選，上層硝化區域內部人工基質從下到上的結構分層及材料厚度如下排水層，采用粒徑8-16mm礫石，厚度10-35cm;過渡層，采用粒徑4-8mm礫石，厚度8-15cm;生化處理過渡層，采用特殊級配0.2-6111111無泥粗砂，厚度50-60cm;表層采用粒徑8-16mm礫石，厚度4-8cm;所述垂直流污水生態凈化槽上部種植的植物選自蘆葦、蘆竹、香蒲、美人蕉、風車草、再力草、香根草、玫瑰、月季、萬壽菊等中的一種或多種;所述下層反硝化區域內部基質從下到上的結構分層及材料厚度如下防滲層，采用0.5mm以上PE膜雙面土工布或厚度為l-5cm的天然粘土防滲層；過渡層，采用粒徑5-10mm礫石，厚度10-20cm;生化處理過渡層，采用煤渣基質層0.2-6mm，厚度50-60cm。作為優選，所述上層硝化區域四周側壁可呈一定坡度，坡度范圍0-10%;所述下層反硝化區域四周側壁可呈一定坡度，坡度范圍0-5%。本發明具有以下有益效果硝化與反硝化一體化，采用除磷濾渣，高效脫氮除磷；結構簡單、占地面積小，節約土地資源，進、出水落差小，污水不需回流，場地不受限制，處理規模不受限制；間歇式進水，上層好氧、下層兼氧巧妙設計，實現自然無動力復氧促進氧化、硝化等反應的進行,提高污染物好氧處理效率；種蘆葦，蘆竹等濕地植物，抗酸堿，可去除污染負荷大的污染物。本發明涉及的人工濕地污水處理系統具有結構簡單、安裝容易、布水均勻、水位調節自由方便、不耗電、成本低，可以用于多種類型污水處理，例如生活污水、垃圾滲濾液、農業污水、石油化工廢水、城市暴雨地表徑流以及湖泊河流污染控制等。選擇合適的植物品種還有美化周邊環境的作用。圖1為本發明的一種實施例結構示意圖；圖2為圖1布水管網的一種結構示意圖；圖3為圖1布水管網的另一種結構示意圖；圖4為圖1排水管網的結構俯視圖；圖5為布水分支剖視圖。8圖中l一預處理池，2—水泵，3—進水閥門，4、濕地植物，5—布水管網，6—池體硝化區域，7—防塵帽，8—垂直布氣分支，9—水平布氣管，IO"布氣小孔，11一出7jC闊門，12—出水口，13—垂直集水分支，14"^f污口，154一污閥門，16—排水小孔，17—排水管，18—集水口，19"池體反硝化區域，20""進水口，21—布水主管，22—布水分支，23—布水小L，24—水平集水分支，25—集水主管具體實施例方式下面通過實施案例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體說明。在本實施例中，預處理通常在三格式沉淀池中完成，污泥將定期清理。對于濃度較高的污水，可在濾床前端加建厭氧池。良好的預沉淀處理是人工生態濾床長期有效運行的保證，同時也能起到調節污水水量和水質的作用。經過預處理的污水，由間歇式污水泵提升，按照設定的控制參數，均勻分配到垂直流污水生態凈化槽上層硝化區域人工基質的表面。本發明的主體污水處理區域一垂直流污水生態凈化槽，它被分隔為相連通的上、下兩個區域，上層硝化區域四周側壁呈5%坡度，下底與下層反硝化區域上部連通，下層反硝化區域為長方體池體；上層硝化區域池內填充人工基質作為污水過濾床和微生物好氧氧化及硝化床，下層反硝化區域填充的人工基質作為污水過濾床和微生物兼氧氧化及反硝化床。上層硝化區域填設的基質由下到上分別為厚度10-35cm，粒徑8-16mm的礫石層；厚度8-15cm,粒徑4-8mm的礫石層；厚度50-60cm，粒徑0.2-6mm的無泥粗砂層；厚度4-8cm，粒徑8-16mm礫石表層。生態凈化床表層種植的濕地植物為蘆葦和蘆竹。經預處理的污水通過水泵2提升，經進水閥門3進入交叉布水管網5的布水主管21和布水分支22，最終通過布水分支22上的布水小孔23進入池體基質層。布水分支22與布水主管21在同一水平面上，與其垂直相連呈"王"字型(如圖2所示)或交叉"王"字型(如圖3所示)，布水分支22末端封閉，管體每隔10-20cm均勻開有布水小孔23，該布水小孔左右對稱，且都位于管體的水平中心線以下。無動力布氣系統由3-5組布氣管網組成，它們均勻埋設在上層硝化池內部。每一組布氣管網都由相連通的水平布氣分支和垂直布氣分支8組成，其中靠近池體外壁的垂直布氣9分支可沿池體坡度適當傾斜，管體上開有無數布氣小孔10，其中垂直布氣分支8上端伸出池體外的部分均加蓋防塵帽。此無動力布氣系統能夠使池體基質自然富氧且富氧充分均勻，滿足微生物好養反應的需要，另外從上層硝化區域流入下層反硝化區域的污水也可在流動過程在無動力布氣系統的作用下增加溶解氧，使下層污水處理區域形成兼氧環境，提高污水的氧化效率。經上層硝化區域處理后的污水直接滲入下層反硝化處理區域，該區域內填設的基質由下到上依次為厚度10-20cm，粒徑5-10mm的礫石；厚度50-60cm，粒徑0.2-6mm的煤渣基質層。該池體內鋪設有潛入式集水管網，具有如下特點垂直集水分支13與水平集水分支24和集水主管25之間呈空間垂直分布，中間管路相通；集水口設在垂直集水分支13末端，為圓形管路截面上開有的數個集水小孔組成，集水口距離整個池體底部的距離不大于反硝化區域總高度的1/3;水平集水分支24、集水主管25和集水口位于同一水平高度，它們的水平位置為下層反硝化槽體頂端介于距反硝化槽體頂端2/3高度之間。上層硝化區域污水進入下層反硝化區域后繼續垂直下滲，至反硝化區域底部，由于集水管網出水口設在反硝化槽體上部，經反硝化區域處理至池體底部的出水雖然在池體底部進入集水口，但并不能即刻出水，污水在底部向上聚積，待垂直集水分支的出水水位達到出水口高度后方可由出水口出水。潛入式集水管網的作用是使污水在下層反硝化床中停留時間增長，營造兼氧環境，使有機物和總氮的降解更加充分。如圖1所示，本實施例底部設有排污管，排污管的管身開有大量排污小孔，通過排污口14與外界相連，排污口前設有排污閥門15。本人工濕地污水處理系統正常運行時排污閥門關閉。當濾床基質層發生堵塞或需要清理時，將排污閥門打開，向上部布水管網中通濾池沖洗水，沖洗后的污水通過排污管排出濾池外，達到系統維護的目的。本實施例的主要工藝參數如下上層硝化區域面積120m2，高度1.0m，下層反硝化區域面積100m2，高度0.8m。污水處理量20-1001/d，水力停留時間1-4天。下表所示為某農村生活污水經本無動力一體化人工濕地的主要污染物處理效果-<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>權利要求1、一種無動力一體化人工濕地污水處理技術，包括由硝化區域和反硝化區域兩部分組成的垂直流污水生態凈化槽、填充槽內的人工基質、污水預處理系統、布水系統、集水系統、布氣系統、排污系統和生長在人工基質上的植物，其特征在于所述的垂直流污水生態凈化槽分為上下兩個分區硝化區域和反硝化區域，硝化區域在上，反硝化區域在下，所述人工基質分別填充在硝化區域和反硝化區域中；所述的污水預處理系統為利用格柵、三格式沉淀池、厭氧池中的一種或幾種前處理工藝，對不同污染負荷的污水進行前處理，經前處理的生活污水經過水泵提升或依靠自然液位高差進入布水系統；預處理后的污水通過交叉布水管網均勻分布于垂直潛流式生態凈化槽硝化區域上，依次垂直滲入硝化區域和反硝化區域的人工基質層；布水系統對生態凈化槽實行間歇布水，并在上層硝化區域底部和內部設有無動力布氣系統，對硝化區域實現連續復氧；上層硝化區域出水直接進入下層反硝化區域，在此區域內進行兼氧作用和反硝化作用；下層反硝化區域內設有集水出水系統，集水口設于反硝化區域下方，出水口設于反硝化區域上方。2、根據權利要求1所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在于所述布水系統為設置在上層污水硝化區域基質表層下5-10cm的布水管網，該布水管網包含有進水閥門、進水口、布水主管和多個與該布水主管連接的布水分支，布水主管和布水分支呈垂直"王"字分布或交叉"王"字分布，布水分支上開有布水小孔。3、根據權利要求1所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在于所述集水系統為設置在下層反硝化區域的集水管網；該集水管網包含有集水口、垂直集水分支、水平集水分支、與垂直集水分支和水平集水分支連接的集水主管、出水口和出水閥門；集水主管和水平集水分支呈垂直"王"字分布或交叉"王"字分布，垂直集水分支與水平集水分支和集水主管之間呈空間垂直分布，中間管路相通；水平集水分支、集水主管和集水口位于同一水平高度，它們的水平位置為下層反硝化槽體頂端介于距反硝化槽體頂端2/3高度之間。4、根據權利要求3所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在于所述集水口設在垂直集水分支末端，為圓形管路截面上開有的數個集水小孔組成，集水口距離整個池體底部的距離不大于反硝化區域總高度的1/3。5、根據權利要求1或2或3所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在于所述布氣系統為分布在上層一組或多組管身布滿小孔的布氣管網；每組布氣管網由水平布氣管、與水平布氣管垂直相連的數個垂直布氣分支組成；所述垂直布氣分支一端連接位于上層硝化區域底部到距離上層硝化區域底部2/3高度之間的水平布氣分支，另一端豎直伸出池體基質頂部，與外部空氣相連通，垂直布氣分支頂端高于基質層表面3-10cm，并設有防塵帽。6、根據權利要求1或2或3所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在于所述垂直流污水生態凈化槽的反硝化區域底部呈中間低凹狀，低凹最低處設有排水管，排水管表面布有多個排水小孔，排水管一端封閉，另一端伸出槽外作為排污口，排污口設排污閥門。7、根據權利要求1或2或3所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在于所述上層硝化區域內部人工基質從下到上的結構分層及材料厚度如下排水層，采用粒徑8-16mm礫石，厚度10-35cm;過渡層，采用粒徑4-8mm礫石，厚度8-15cm;生化處理過渡層，采用特殊級配0.2-6mm無泥粗砂，厚度50-60cm;表層，采用粒徑8-16mm礫石，厚度4-8cm;所述垂直流污水生態凈化槽上部種植的植物選自蘆葦、蘆竹、香蒲、美人蕉、風車草、再力草、香根草、玫瑰、月季、萬壽菊等中的一種或多種。8、根據權利要求1或2或3所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在于所述下層反硝化區域內部人工基質從下到上的結構分層及材料厚度如下過渡層，采用粒徑5-10mm礫石，厚度10-20cm;生化處理過渡層，采用煤渣基質層0.2-6mm，厚度50隱60cm。9、根據權利要求8所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在于所述過渡層下面有采用厚度為0.5mm以上的PE膜雙面土工布或厚度為l-5cm的天然粘土防滲仏10、根據權利要求1或2或3所述的無動力一體化人工濕地污水處理技術，其特征在于:所述上層硝化區域四周側壁呈0-10%的坡度;所述下層反硝化區域四周側壁呈0-5%的坡度。全文摘要本發明公開了一種無動力一體化人工濕地污水處理技術。其特征在于垂直流污水生態凈化槽分為上下兩個分區；污水預處理系統為利用格柵、三格式沉淀池、厭氧池中的一種或幾種前處理工藝，經前處理的生活污水經過水泵提升或依靠自然液位高差進入布水系統；預處理后的污水通過交叉布水管網均勻分布于垂直潛流式生態凈化槽硝化區域上，依次垂直滲入硝化區域和反硝化區域的人工基質層；布水系統對生態凈化槽實行間歇布水，并在上層硝化區域底部和內部設有無動力布氣系統，對硝化區域實現連續復氧；上層硝化區域出水直接進入下層反硝化區域；下層反硝化區域內設有集水出水系統，集水口設于反硝化區域下方，出水口設于反硝化區域上方，使出水在反硝化區域內保持一定水位。本發明能夠實現濕地無動力自然復氧，占地面積小，硝化反硝化一體化高效脫氮。文檔編號C02F3/30GK101538086SQ200910096399公開日2009年9月23日申請日期2009年2月26日優先權日2009年2月26日發明者馮元群,斌吳,穎康,沈加思,江蔣,邵衛偉申請人:浙江省環境監測中心