專利名稱：活性基質(zhì)強化型人工潛流濕地裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域的裝置，具體是一種活性基質(zhì)強化型人工潛流濕地裝置。
背景技術(shù)：
隨著我國社會經(jīng)濟的不斷快速發(fā)展，環(huán)境問題日益嚴重，水環(huán)境保護和飲用水源地的安全保障在我國已經(jīng)是一項十分緊迫的工作。在此背景下，目前環(huán)保部門要求各地污水處理廠升級改造到一級A標準，其處理后的尾水才能排放到非封閉型的水體中，如長江等。然而，即使達到一級A標準的尾水按照國家地表水標準衡量仍然屬于劣五類水質(zhì)，會造成封閉性水體的富營養(yǎng)化問題。事實上，我國水環(huán)境問題日益嚴峻，不僅存在污水處理廠的尾水問題，不少通向封閉性水體的河流，例如入湖河流也屬于劣五類水質(zhì)。因此，為了保護湖泊海灣，污水處理廠尾水及入湖河流河水等低污染水的深度處理技術(shù)亟待開發(fā)。污水處理廠經(jīng)二級生化處理后的尾水及入湖河流等低污染水的主要污染指標為氨氮、總氮和總磷。這些污染指標均為生源物質(zhì)，進入流動性差的水體時將導致富營養(yǎng)化問題，然而它們又是植物生長所必需的營養(yǎng)元素，因此特別適合采用水生植物人工濕地進行生態(tài)處理。人工濕地(Constructed Wetland, CW)是根據(jù)天然濕地凈化污水的機理，由人工設(shè)計和建造一定長寬比并經(jīng)過防滲處理的水池或濕地槽，并且填充一定深度的土壤或基質(zhì)層，并且在表層土壤(基質(zhì))中種植一些水生植物的生態(tài)系統(tǒng)。人工濕地污水處理技術(shù)是將污水由濕地的一端通過布水管渠進入，以推流方式與濕地系統(tǒng)中布滿生物膜的介質(zhì)表面和溶解氧充分的植物根區(qū)接觸，在物理、化學、生物共同作用下，通過過濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解等來實現(xiàn)水質(zhì)凈化的生態(tài)處理技術(shù)。人工濕地有兩種，一種是表面流濕地(WFS濕地)，另一種是潛流型濕地(SF濕地)。前者具有投資少、操作簡單、運行費用低等優(yōu)點。后者雖投資較高，但與污水接觸的表面積大，占地面積小、污染物去除率高、冬季不影響運行，且沒有臭味。目前發(fā)達國家的人工濕地污水處理系統(tǒng)主要為潛流式，占90%以上。然而，盡管人工濕地系統(tǒng)具有良好的水質(zhì)凈化效能，針對污水處理廠尾水及入湖河流河水水量大，處理后需要達到的排放水質(zhì)要求高，必須考慮建設(shè)成本問題和用地面積可獲得性問題。盡管潛流濕地比表面流濕地水處理效果更好，但如果按照傳統(tǒng)的潛流濕地工藝，仍需要大量建設(shè)用地。因此，傳統(tǒng)的潛流濕地工藝很難實際用于低污染水的深度處理，迫切需要進行技術(shù)革新，開發(fā)具有更高處理效能的、符合污水處理廠尾水及低污染水體處理要求的新型潛流濕地。現(xiàn)有關(guān)于改進傳統(tǒng)潛流濕地的技術(shù)主要涉及濕地床的構(gòu)造和布局的改良，通過改進水流的流態(tài)和氧氣供應(yīng)狀況等工藝條件以提高污染物處理效果。目前的技術(shù)廣泛采用礫石，沙?；蛎涸葘I養(yǎng)鹽幾乎不具吸附性能的惰性基質(zhì)，或者即使偶爾涉及針對污水中某種污染物的活性基質(zhì)的采用，也沒有全盤考慮在濕地系統(tǒng)中布局針對不同污染物的多種
3吸附基質(zhì)，更沒有涉及針對低污染水實際情況的多種活性基質(zhì)的優(yōu)化配置及與工藝條件的匹配，因此很難全面大幅度地提高潛流濕地的污水處理效能。經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN101007673公開了一種多組份填料基質(zhì)潛流濕地凈化處理設(shè)備及潛流濕地凈化方法，即在潛流濕地的中部設(shè)置分隔池壁從而將濕地床分隔成下行池和上行池，池內(nèi)均勻組合充填不同粒徑滲濾材料，使池內(nèi)的沿程滲透系數(shù)不同，形成波浪式的水流運行形態(tài)，污水在凈化處理過程中反復經(jīng)過厭氧和好氧的過程，從而提高脫氮效果。填充基質(zhì)層中揉入了高效去磷層以強化脫磷效果。該技術(shù)的不足之處在于1)填充基質(zhì)層中沒有吸附氮的活性基質(zhì)，不能形成氮的高濃度區(qū)，因此氮去除速率慢；2)盡管滲透系數(shù)高的粗粒徑層易于形成好氧環(huán)境，而滲透系數(shù)低的中粒徑層易于形成厭氧環(huán)境，但由于沒有人工輔助下的供氧，位于中粒徑層之后的粗粒徑層事實上并不會呈現(xiàn)很好的好氧狀態(tài)；幻不同粒徑和材料的基質(zhì)層分層填充且采用不同形狀(梯形和倒梯形)的填充方式給施工及施工后的維護帶來不便；4)盡管揉入了高效去磷層，但依靠其中含有的豐富鐵離子和鋁離子來促進污水中的磷形成絮凝沉淀，隨著運行時間的推移該絮凝沉淀物必將很快引起堵塞問題。尤其在連通下行池和上行池的裝置底部的狹窄通道更是如此。況且形成絮凝沉淀需要反應(yīng)物濃度高，如果污水中磷濃度較低，但對于環(huán)境來說仍形成污染，除磷效果勢必有限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種活性基質(zhì)強化型人工潛流濕地裝置，在裝置中分段設(shè)置不同的污染物凈化功能區(qū)，在不同段填充不同的活性基質(zhì)且配置相應(yīng)的工藝條件，實現(xiàn)低污染水中污染物處理效能的全面大幅度提高。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的，本發(fā)明包括濕地槽和跌水曝氣臺階，其中 濕地槽的前端設(shè)有開口作為進水口，濕地槽的后端設(shè)有開口作為出水口，跌水曝氣臺階的上端與濕地槽的出水口連接。所述的濕地槽經(jīng)過防滲處理，包括進水調(diào)節(jié)池、過濾格柵、土壤層、植物層、網(wǎng)層、 好氧脫氨除磷單元、隔板和厭氧除磷單元，其中進水調(diào)節(jié)池與進水口連接，過濾格柵位于進水調(diào)節(jié)池和好氧脫氨除磷單元之間，隔板垂直設(shè)置于好氧脫氨除磷單元和厭氧除磷單元之間，植物層、土壤層和網(wǎng)層由上而下依次覆蓋于好氧脫氨除磷單元和厭氧除磷單元的上部，植物層種植于土壤層上且植物層的根系向下延伸并分別貫穿好氧脫氨除磷單元和厭氧除磷單元。所述的植物層為挺水植物和/或濕生植物。所述的好氧脫氨除磷單元包括脫氨除磷活性基質(zhì)、底部柵格和曝氣管，其中底部柵格設(shè)置于好氧脫氨除磷單元的下部，脫氨除磷基質(zhì)填充于底部柵格以上的空間，曝氣管設(shè)置在底部柵格的下面。所述的脫氨除磷活性基質(zhì)由天然沸石和方解石組成。所述的厭氧除磷單元由方解石、活性氧化鋁和水化硅酸鈣組成。本發(fā)明通過以下方式工作尾水由進水口進入進水調(diào)節(jié)池；經(jīng)過過濾格柵去除大型懸浮固體后，尾水進入好氧脫氨除磷單元，在此單元中，曝氣管的曝氣不僅保持單元的好氧狀態(tài)，而且使得尾水的水流變成不規(guī)則的紊流，充分均勻地與脫氨除磷活性基質(zhì)接觸，天然沸石吸附凈化尾水中的氨氮，在好氧脫氨除磷單元中形成氨氮高濃區(qū)，硝化細菌在好氧狀態(tài)下將氨氮氧化成硝酸鹽氮，方解石吸附凈化尾水中的磷，植物的根系吸收無機氮磷，微生物在好氧狀態(tài)下先將有機氮化合物降解為氨氮，再將氨氮氧化成硝酸鹽氮；接著尾水進入?yún)捬醭讍卧?，在好氧脫氨除磷單元形成的硝酸鹽氮被脫氮菌還原成氮氣和氧化氮氣體除去，方解石、活性氧化鋁和水化硅酸鈣進一步吸附凈化尾水中的磷；從厭氧除磷單元流出的尾水溶解氧含量低，由出水口到達跌水曝氣臺階的上端，接著沿臺階向下流動，在流動的過程中通過大氣復氧作用提高溶解氧含量，達到排放要求。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，在裝置中分段設(shè)置不同的污染物凈化功能區(qū)，在不同段填充不同的活性基質(zhì)且配置相應(yīng)的工藝條件，實現(xiàn)低污染水中污染物處理效能的全面大幅度提高。在濕地槽全程形成磷的高濃度區(qū)，有利于植物的生長以及植物對營養(yǎng)鹽污染負荷的吸收作用，且通過植物收割可以將營養(yǎng)鹽帶出系統(tǒng)之外；濕地槽中，水面設(shè)置在網(wǎng)層以下，存在著未浸入水中的脫氨除磷活性基質(zhì)和除磷活性基質(zhì)，該活性基質(zhì)部分空氣循環(huán)好， 維持著適當?shù)臏貪穸龋沁m合生物生長的最佳場所；生長旺盛的植物為反硝化菌供給更豐富的有機碳源，促進厭氧除磷單元的脫氮作用進行；含有豐富多彩的微生物和動物群落的土壤層與濕地槽內(nèi)直接進行凈化作用的活性基質(zhì)及植物根系在生物活動方面處于連續(xù)的系統(tǒng)，土壤層可反復為活性基質(zhì)層提供生物“源”的功能，使得系統(tǒng)生物活動和生命力旺盛， 水質(zhì)凈化效果更好。土壤層是良好的隔熱材料，能防止氣溫低時污水處理性能下降，因而本技術(shù)易在寒冷地區(qū)推廣。臭氣在通過覆蓋土壤的過程中，土壤粒子可以吸附臭氣，土壤中的微生物可將惡臭物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無臭味的物質(zhì)。因此本技術(shù)裝置設(shè)置在生活區(qū)也容易被居民接受。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。如圖1所示，本實施例裝置包括濕地槽1和跌水曝氣臺階2，其中濕地槽1的前端設(shè)有開口作為進水口 3，濕地槽的后端設(shè)有開口作為出水口 4，跌水曝氣臺階2的上端與濕地槽的出水口 4連接。所述的濕地槽1經(jīng)過防滲處理，包括進水調(diào)節(jié)池5、過濾格柵6、土壤層7、植物層 8、網(wǎng)層9、好氧脫氨除磷單元10、隔板11和厭氧除磷單元12，其中進水調(diào)節(jié)池5與進水口 3連接，過濾格柵6位于進水調(diào)節(jié)池5和好氧脫氨除磷單元10之間，隔板11垂直設(shè)置于好氧脫氨除磷單元10和厭氧除磷單元12之間，植物層8、土壤層7以及網(wǎng)層9依次由上而下覆蓋于好氧脫氨除磷單元10和厭氧除磷單元12的上部，植物層8的根系向下延伸并分別貫穿好氧脫氨除磷單元10和厭氧除磷單元12垂直方向的大部分。所述的過濾格柵6用于防止大型懸浮固體進入好氧脫氨除磷單元10引起的堵塞問題。
所述的網(wǎng)層9用于阻止土壤粒子進入好氧脫氨除磷單元10和厭氧除磷單元12，而不阻止植物層8的根系、土壤動物、土壤微生物、空氣和水的通過。所述的植物層8具體為挺水植物和/或濕生植物。所述的好氧脫氨除磷單元10包括脫氨除磷活性基質(zhì)13、底部柵格14和曝氣管 15，其中底部柵格14設(shè)置于好氧脫氨除磷單元10的下部，脫氨除磷活性基質(zhì)13填充于底部柵格14以上的空間，曝氣管15設(shè)置在底部柵格14的下面。所述的脫氨除磷活性基質(zhì)13由天然沸石和方解石組成，其中天然沸石和方解石的質(zhì)量比為4 1。所述的厭氧除磷單元12由除磷活性基質(zhì)16填充而成。所述的除磷活性基質(zhì)16由方解石、活性氧化鋁和水化硅酸鈣組成，其中方解石、 活性氧化鋁和水化硅酸鈣的質(zhì)量比為6 1 3。本發(fā)明通過以下方式工作尾水由進水口 3進入進水調(diào)節(jié)池5 ；經(jīng)過過濾格柵6去除大型懸浮固體后，尾水進入好氧脫氨除磷單元10，在此單元中，曝氣管15的曝氣不僅保持單元的好氧狀態(tài)，而且使得尾水的水流變成不規(guī)則的紊流，充分均勻地與脫氨除磷活性基質(zhì)13接觸，脫氨除磷活性基質(zhì)13中的天然沸石吸附凈化尾水中的氨氮，在好氧脫氨除磷單元10中形成氨氮高濃區(qū)，硝化細菌在好氧狀態(tài)下將氨氮氧化成硝酸鹽氮，脫氨除磷活性基質(zhì)13中的方解石吸附凈化尾水中的磷，植物層8的根系吸收無機氮磷，微生物在好氧狀態(tài)下先將有機氮化合物降解為氨氮，再將氨氮氧化成硝酸鹽氮；接著尾水進入?yún)捬醭讍卧?2，在好氧脫氨除磷單元10形成的硝酸鹽氮被脫氮菌還原成氮氣和氧化氮氣體除去，除磷活性基質(zhì)16中的方解石、活性氧化鋁和水化硅酸鈣進一步吸附凈化尾水中的磷；從厭氧除磷單元12流出的尾水溶解氧含量低，由出水口 4到達跌水曝氣臺階2的上端，接著沿臺階向下流動，在流動的過程中通過大氣復氧作用提高溶解氧含量，達到排放要求。本實施例實施的尾水在處理前雖達到國家污水排放標準，但按地表水標準衡量仍為劣ν類水，主要污染指標為總氮15mg/L，氨氮％ig/L，總磷0. 8mg/L, C0D60mg/L。尾水經(jīng)過本發(fā)明裝置的處理后，實際的檢測的結(jié)果為總氮的去除率達到80%，氨氮去除率達到 98%，總磷去除率可達到90%，COD去除率可達到65%，實現(xiàn)了對污染物的處理效能全面大幅度提高。
權(quán)利要求
1.一種活性基質(zhì)強化型人工潛流濕地裝置，包括濕地槽和跌水曝氣臺階，其中濕地槽的前端設(shè)有開口作為進水口，濕地槽的后端設(shè)有開口作為出水口，跌水曝氣臺階的上端與濕地槽的出水口連接，其特征在于所述的濕地槽經(jīng)過防滲處理，包括進水調(diào)節(jié)池、過濾格柵、土壤層、植物層、網(wǎng)層、好氧脫氨除磷單元、隔板和厭氧除磷單元，其中進水調(diào)節(jié)池與進水口連接，過濾格柵位于進水調(diào)節(jié)池和好氧脫氨除磷單元之間，隔板垂直設(shè)置于好氧脫氨除磷單元和厭氧除磷單元之間，植物層、土壤層和網(wǎng)層由上而下依次覆蓋于好氧脫氨除磷單元和厭氧除磷單元的上部， 植物層種植于土壤層上且植物層的根系向下延伸并分別貫穿好氧脫氨除磷單元和厭氧除磷單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性基質(zhì)強化型人工潛流濕地裝置，其特征是，所述的植物層為挺水植物和/或濕生植物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性基質(zhì)強化型人工潛流濕地裝置，其特征是，所述的好氧脫氨除磷單元包括脫氨除磷活性基質(zhì)、底部柵格和曝氣管，其中底部柵格設(shè)置于好氧脫氨除磷單元的下部，脫氮除磷基質(zhì)填充于底部柵格以上的空間，曝氣管設(shè)置在底部柵格的下面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的活性基質(zhì)強化型人工潛流濕地裝置，其特征是，所述的脫氨除磷活性基質(zhì)由天然沸石和方解石組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的活性基質(zhì)強化型人工潛流濕地裝置，其特征是，所述的脫氨除磷活性基質(zhì)中天然沸石和方解石的質(zhì)量比為4 1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的活性基質(zhì)強化型人工潛流濕地裝置，其特征是，所述的厭氧除磷單元由方解石、活性氧化鋁和水化硅酸鈣組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的活性基質(zhì)強化型人工潛流濕地裝置，其特征是，所述的厭氧除磷單元中方解石、活性氧化鋁和水化硅酸鈣的質(zhì)量比為6 1 3。
全文摘要
一種環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域的活性基質(zhì)強化型人工潛流濕地裝置，包括濕地槽和跌水曝氣臺階，其中濕地槽的前端設(shè)有開口作為進水口，濕地槽的后端設(shè)有開口作為出水口，跌水曝氣臺階的上端與濕地槽的出水口連接。在裝置中分段設(shè)置不同的污染物凈化功能區(qū)，在不同段填充不同的活性基質(zhì)且配置相應(yīng)的工藝條件，實現(xiàn)低污染水中污染物處理效能的全面大幅度提高。
文檔編號C02F3/32GK102173511SQ20111000974
公開日2011年9月7日 申請日期2011年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月18日
發(fā)明者吳德意, 李春杰 申請人:上海交通大學