專(zhuān)利名稱(chēng)：梯田式復(fù)合垂直流森林濕地及其處理生活污水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種生活污水處理方法，尤其是涉及一種梯田式復(fù)合垂直流森林濕地 及其處理農(nóng)村生活污水的方法。
背景技術(shù)：
飲用水源污染是我國(guó)面臨的重大環(huán)境與公共安全問(wèn)題之一，水源庫(kù)區(qū)生活污水大 多未經(jīng)任何處理便直接排入入庫(kù)溪流是導(dǎo)致水源污染的重要原因。發(fā)展經(jīng)濟(jì)有效、簡(jiǎn)單適 用的適應(yīng)于水源庫(kù)區(qū)的生活污水處理方法，對(duì)于飲用水源保護(hù)具有重要現(xiàn)實(shí)意義。與城市 生活污水比較，水源區(qū)生活污水處理具有以下特點(diǎn)(1)點(diǎn)多、面廣、量小、分散，難以實(shí)現(xiàn) 集中處理；(2)因位于飲用水源保護(hù)區(qū)，其出水水質(zhì)要求較高，特別是脫氮除磷要求更高;[3]因位于農(nóng)村地區(qū)，其管理應(yīng)更為簡(jiǎn)單，投資與運(yùn)行費(fèi)用應(yīng)更為低廉；(4)容易獲得較大 面積的處理土地；( 通常有可資利用的水源地生態(tài)防護(hù)林資源。以上特點(diǎn)，決定了以人工 濕地處理生活污水成為理所當(dāng)然的考慮。但與常規(guī)人工濕地系統(tǒng)相比，水源地人工濕地的 構(gòu)建將面臨以下問(wèn)題
(1)人工濕地通常占地面積較大，但因水源庫(kù)區(qū)大多位于山丘區(qū)，可資利用的土地 多為坡地，以森林表面流形式出現(xiàn)的人工濕地難以滿足污水處理所需水力停留時(shí)間，因此 設(shè)法延長(zhǎng)水力停留時(shí)間是水源地人工濕地面臨的首要問(wèn)題；
(2)人工濕地脫N的主要途徑是微生物的硝化與反硝化作用，但人工濕地常因缺 氧導(dǎo)致硝化過(guò)程不完全，且因可資利用的C源不足而至反硝化過(guò)程不完全，從而影響脫N效 率。因此提高污水中的溶解氧(DO)及濕地中的C:N也是必須考慮的重要因素。
人工濕地系統(tǒng)中氮的存在形式包括有機(jī)氮、氨氮、硝態(tài)氮、業(yè)硝態(tài)氮等，通過(guò)氧化 還原相互轉(zhuǎn)化。通常認(rèn)為，氮的去除作用包括基質(zhì)的吸附、過(guò)濾、沉淀以及氮的揮發(fā)，植物的 吸收和微生物的硝化-反硝化作用，其中微生物的硝化-反硝化起主要作用；污水中DO的 含量對(duì)硝化作用至關(guān)重要，處理氨氮含量高的污水時(shí)往往因?yàn)镈O不足導(dǎo)致硝化作用不足， 不能將氨氮充分轉(zhuǎn)化為反硝化作用的原料硝酸鹽氮和業(yè)硝酸鹽氮而限制了濕地的除氮能 力。為提高人工濕地的供氧能力，通常采用復(fù)合垂直流人工濕地結(jié)構(gòu)或多種結(jié)構(gòu)的雜合體。 垂直流濕地的下行流表層具有最強(qiáng)的硝化作用，也是硝化作用作為氮素主要作用途徑的基 質(zhì)層。但此后沿水流進(jìn)程，隨著氨氮含量的降低和DO的不足，硝化作用迅速降低，反硝化作 用成為主要作用途徑。所以，為提高污水中的DO濃度以有利于硝化過(guò)程，最近國(guó)內(nèi)出現(xiàn)了 跌水充氧接觸氧化與人工濕地相結(jié)合的方法，國(guó)外則出現(xiàn)了以濕地的出水充氣后重新進(jìn)入 濕地循環(huán)處理的方法。
氧的供給是硝化作用的限制因子，而C:N則是反硝化作用的限制因子。反硝化過(guò) 程一般發(fā)生在缺氧或厭氧條件下的腐殖層和濕地土壤中，但并不要求嚴(yán)格的厭氧環(huán)境，因 而在濕地各層都能保持較高的作用強(qiáng)度。研究表明，腐敗的植物殘?bào)w是濕地土壤中有機(jī)質(zhì) 的主要來(lái)源，微生物反硝化時(shí)所利用的主要碳源是植物殘?bào)w腐敗時(shí)所釋放出來(lái)的有機(jī)物， 而不是隨污水進(jìn)入濕地中的有機(jī)物質(zhì)。為有利于反硝化過(guò)程，出現(xiàn)了在濕地中投放植物枯落物以提高C:N的方法，并證明此法可以明顯提高反硝化脫氮效率。人工濕地對(duì)磷的去除 是基質(zhì)吸附、植物吸收和微生物去除3條途徑共同作用的結(jié)果，而基質(zhì)吸附通常起主要作 用，特別是濕地中的腐殖質(zhì)可積累大量的磷。在濕地中投放植物枯落物的方法可以增加濕 地腐殖質(zhì)，因而對(duì)磷的去除也有一定作用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的提供一種適應(yīng)于山丘坡地且脫氮除磷效果好的生活污水人工濕地 處理方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案一種基于森林生態(tài)系統(tǒng)的生活污水梯田式復(fù)合垂直流森林濕 地處理方法，其特征在于將山丘坡地改造為梯田，并將梯田構(gòu)造為由下向流與上向流相結(jié) 合的復(fù)合式垂直流人工濕地，垂直流濕地植物及填料與常規(guī)人工濕地相同；但上下兩級(jí)梯 田之間以森林表面流濕地相連通，污水通過(guò)上一級(jí)梯田的下向流及上向流濕地后溢流進(jìn)入 森林表面流濕地，然后由表面流濕地再進(jìn)入下一級(jí)梯田濕地進(jìn)一步處理。
本發(fā)明的技術(shù)效果
(1)實(shí)施簡(jiǎn)單只需依山就勢(shì)地將坡地改造為梯田式垂直流濕地，其填料可就地 取材；通過(guò)增加梯田級(jí)數(shù)及延長(zhǎng)梯田長(zhǎng)度等簡(jiǎn)單手段，可方便地實(shí)現(xiàn)理想的水力停留時(shí)間， 并獲得較高的水質(zhì)處理效果；
(2)凈化率高垂直流濕地主要處于缺氧環(huán)境，經(jīng)森林表面流濕地自然曝氣充氧 后(類(lèi)似于跌水充氧)，進(jìn)入下一級(jí)梯田濕地的污水DO含量將會(huì)有所提高，有利于強(qiáng)化硝化 過(guò)程；森林表面流濕地中大量枯落物及土壤腐殖質(zhì)層為反硝化過(guò)程提供了充足碳源，自然 地提高了 C:N，因而有利于強(qiáng)化反硝化過(guò)程；此外，經(jīng)林地土壤膠體的吸附與離子交換以及 微生物活動(dòng)和植物吸收，污水水質(zhì)也將得到進(jìn)一步改善；通過(guò)梯田式濕地與林地表面流的 多次缺氧與好氧的交替處理，有望達(dá)到較高的水質(zhì)處理效果；
(3)適應(yīng)性強(qiáng)通過(guò)實(shí)現(xiàn)污水的梯級(jí)凈化而使其具有較強(qiáng)的耐沖擊負(fù)荷能力；其 處理能力可根據(jù)水力負(fù)荷要求而變化，既適應(yīng)于單家獨(dú)院也適應(yīng)于相對(duì)集中的村鎮(zhèn)污水處 理；其種植的植物可根據(jù)“適地適樹(shù)”原則進(jìn)行選擇；
(4)管理方便只需將污水引入最上一級(jí)梯田濕地；其管理與普通人工濕地相同；
(5)費(fèi)用低廉其工程投資與常規(guī)人工濕地相同；運(yùn)行費(fèi)用僅為污水引入梯田的 電費(fèi)；且地形條件有利時(shí)(如建在山腰的農(nóng)戶或度假村等)，可望實(shí)現(xiàn)生活污水無(wú)動(dòng)力凈 化。


圖1為所述梯田式復(fù)合垂直流森林濕地剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為所述梯田式復(fù)合垂直流森林濕地平面結(jié)構(gòu)投影示意圖。
1為集水溝，2為布水堰，3為梯田式復(fù)合垂直流人工濕地(31為下向流人式濕地， 32為上向流人式濕地，33為隔流堰)，4為林地(表面流濕地)，5為林地植物，6為柔性緩沖 材料，7為排水溝或擋水墻。
具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作具體說(shuō)明。
實(shí)施例
參照?qǐng)D1及圖2，一種梯田式復(fù)合垂直流森林濕地及其處理生活污水的方法，包括 集水溝1，布水堰2，梯田式復(fù)合垂直流人工濕地3，林地(表面流濕地)4，林地植物5，柔性 緩沖材料6，排水溝7。
其具體實(shí)施方法是
(1)將經(jīng)過(guò)預(yù)處理(如常規(guī)厭氧消化)的生活污水引入鄰近的山丘坡地，在坡地上 沿按等高線開(kāi)挖水平集水溝1，生活污水引入集水溝1。
( 將坡地改造為梯田式復(fù)合垂直流人工濕地3。單個(gè)的梯田式復(fù)合垂直流人工 濕地3與現(xiàn)有公知的復(fù)合垂直流人工濕地相同，分為下向流31和上向流32兩部份，中間以 隔流堰33相隔，其填料與普通人工濕地相同或就地取材。濕地內(nèi)種植耐水植物，如蘆葦、菖浦寺。
(3)集水溝布水堰2以溢流方式布水，其出水進(jìn)入梯田式復(fù)合垂直流人工濕地3。
(4)梯田式復(fù)合垂直流人工濕地3的出水均勻進(jìn)入林地系統(tǒng)4。森林生態(tài)系統(tǒng)中 的土壤及林下枯落物層對(duì)污水中的污染物具有吸附和降解能力；而林地植被5對(duì)污水中的 營(yíng)養(yǎng)性污染物則有吸收作用；表層土壤及枯落物層可形成好氧型生物膜，可實(shí)現(xiàn)好氧降解 及大氣復(fù)氧過(guò)程。
(5)根據(jù)地形條件及以上系統(tǒng)的處理效果，可在以上林地系統(tǒng)4的下方重復(fù)設(shè)置 類(lèi)似系統(tǒng)，使污水多次交替進(jìn)行厭氧-好氧過(guò)程及吸附降解過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)凈化處理。
(6)實(shí)際工程中，可建立兩套相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)交替運(yùn)行。為避免大氣降 水對(duì)污水處理場(chǎng)的影響，可在處理場(chǎng)四圍設(shè)置擋水墻或排水溝7。
(7)為防止污水漫灌條件下可能造成林地表面的土壤侵蝕，可采用以下措施一 是在梯田濕地3與林地4結(jié)合處設(shè)置柔性緩沖材料6，以盡可能降低滴水對(duì)林地土壤的沖 擊；二是在林地遍植耐水植被5，以降低水流對(duì)土壤的侵蝕。
權(quán)利要求
1.一種梯田式復(fù)合垂直流森林濕地及其處理生活污水的方法，其特征在于將山丘坡 地改造為梯田，并將梯田構(gòu)造為梯田式復(fù)合垂直流人工濕地3 ；梯田濕地3的植物及填料與 常規(guī)人工濕地相同，但上下兩級(jí)梯田濕地3之間以森林表面流濕地4相連通，污水通過(guò)上一 級(jí)梯田濕地3的下向流濕地31及上向流濕地32后溢流進(jìn)入森林表面流濕地4，然后由表面 流濕地4再進(jìn)入下一級(jí)梯田濕地3進(jìn)一步處理。
2.權(quán)利要求1所述的梯田式復(fù)合垂直流森林濕地及其處理生活污水的方法，其特征在 于所述梯田濕地3由下向流濕地31與上向流濕地32構(gòu)成。
3.權(quán)利要求1所述的梯田式復(fù)合垂直流森林濕地及其處理生活污水的方法，其特征在 于所述梯田式復(fù)合垂直流森林濕地包括與梯田濕地3相連接的林地4。
4.權(quán)利要求1所述的梯田式復(fù)合垂直流森林濕地及其處理生活污水的方法，其特征在 于生活污水進(jìn)入集水溝1，并由集水溝1經(jīng)布水堰2以溢流方式進(jìn)入梯田式復(fù)合垂直流森 林濕地。
5.權(quán)利要求1所述的梯田式復(fù)合垂直流森林濕地及其處理生活污水的方法，其特征在 于在梯田濕地3與林地4結(jié)合處設(shè)置柔性緩沖材料6。
6.權(quán)利要求1所述的梯田式復(fù)合垂直流森林濕地及其處理生活污水的方法，其特征在 于在林地4植有耐水植被5。
7.權(quán)利要求1所述的梯田式復(fù)合垂直流森林濕地及其處理生活污水的方法，其特征在 于在梯田式復(fù)合垂直流森林濕地處理場(chǎng)四圍設(shè)置有擋水墻或排水
全文摘要
本發(fā)明涉及一種生活污水處理方法，尤其是涉及一種在坡地上實(shí)現(xiàn)梯田式復(fù)合垂直流森林濕地并將其運(yùn)用于農(nóng)村生活污水處理的方法。其特征在于將山丘坡地改造為梯田，并將梯田構(gòu)造為梯田式復(fù)合垂直流人工濕地3；梯田濕地3的植物及填料與常規(guī)人工濕地相同，但上下兩級(jí)梯田濕地3之間以森林表面流濕地4相連通，污水通過(guò)上一級(jí)梯田濕地3的下向流濕地31及上向流濕地32后溢流進(jìn)入森林表面流濕地4，然后由表面流濕地4再進(jìn)入下一級(jí)梯田濕地3進(jìn)一步處理。本發(fā)明實(shí)施簡(jiǎn)單、凈化率高、適應(yīng)性強(qiáng)、管理方便、費(fèi)用低廉，特別適用于山丘區(qū)農(nóng)村生活污水處理。
文檔編號(hào)C02F3/32GK102030443SQ200910153050
公開(kāi)日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2009年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月25日
發(fā)明者朱建林 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)