专利名称：高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷的处理装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于环境工程技术领域，涉及水质净化与生态修复技术，特别是应用于污水处理厂出水深度脱氮除磷处理，更具体地说是一种高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷处理装置。
背景技术：
人工湿地(constructed wetland)，即以人工筑成水池或沟槽，底面铺设防渗漏隔水层，填充一定深度的土壤或填料层，种植芦苇一类的维管束植物或根系发达的水生植物， 污水由湿地的一端通过布水管渠进入，以推流方式与布满生物膜的介质表面和溶解氧进行充分的植物根区接触而获得净化。人工湿地处理技术属于一种生态治理污水的方法，它根据生态装置中物种共生、 物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的再生潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益，是一种较好的生态污水处理方式。在去除污染物的同时，湿地植物还起着维持湿地的过滤条件、防止淤塞的作用；装置可以实现连续进水，对污染物具有较好的处理效果，在管理上应注意防治湿地植物病虫害，植物残体需要及时收割，并补种。近30余年来，国外日益重视湿地对污水的净化作用，把湿地法作为廉价、低能耗和有效处理污水的方法在欧美已得到证实，并在工程应用中取得了巨大成功，七五、八五期间，我国也组织了城市污水湿地处理技术的攻关专题研究，在研究了多种工艺方法的净化功能和工艺参数的基础上，建立了不同规模的示范工程。研究表明，芦苇湿地装置不仅对污水中有机污染有很好的净化效率，而且对N (氮)、P (磷)等营养物和某些重金属也有较高的去除，是一项投资少、见效快、运行费用低、操作简便的城市污水处理与利用的有效途径。人工湿地处理技术比较典型的工程实例包括云南抚仙湖人工湿地、深圳平湖白泥坑人工湿地装置、深圳洪湖公园人工湿地、深圳观澜湖高尔夫球会职工宿舍生活污水湿地处理工程、 深圳市甘坑人工湿地装置工程、重庆市蔡家镇生活污水处理工程等。近年来，该技术的研究和应用日趋广泛。人工湿地工艺常用类型有表面流湿地、水平潜流湿地和垂直流湿地，广泛应用于大型城市污水二级处理水深度净化工艺是表面流湿地，具有投资省、景观效果好等优点，但其占地面积较大；目前大多采用水平潜流湿地类型，该类型湿地受季节性影响较小，处理效果较好，但水力负荷较小，占地面积较大；垂直潜流湿地水力负荷高，占地面积小，在南方多有应用，由于北方冬季冻土层较厚，导致垂直潜流湿地装置无法进行布水。可见人工湿地的发展遇到了几个需要突破的瓶颈(1)目前城市土地资源紧张，开展湿地污水治理时应尽量提高污染物土地面积负荷率，减少吨水土地面积；(2)湿地水力路径较短，其脱氮除磷效果有待进一步改善；(3)污水湿地处理在北方应用时由于天气寒冷、冻土层较深导致湿地运行不稳定、冬季处理效率低等问题。
发明内容本实用新型为了解决上述问题而提供一种高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷的处理装置。本实用新型为解决这一问题所采取的技术方案是本实用新型的高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷的处理装置，包括铺设在湿地池体内周壁和底壁上的防渗层，设置在湿地池体内部中间的隔水层，位于隔水层下方的湿地进水管道和位于隔水层上方的集排水装置；隔水层上方和下方均铺设有填料，填料上方种植湿地植物，隔水层上方靠近集排水装置处设置有砂滤段，湿地池体底部设置有放空管。所述的湿地池体为长方形体，长宽比为1. 5/1-4. 5/1，高度为1. 5_&1，湿地池体结构为砖混或者原状土筑提。所述的隔水层位于湿地池体内高度50-100cm处，隔水层由防渗膜和位于防渗膜上方和下方的粗砂保护层组成，防渗膜后端与湿地墙体距离为50cm-150cm，利于污水从湿地下层返回流到湿地上层。所述的防渗膜上下的粗砂保护层厚度为150mm，粒径为5_15mm，并在粗砂保护层与填料间设有土工布，防止粗砂流失。所述的湿地池体内隔水层下方的填料为30_80mm砾石或碎石，隔离层上方的填料为30-60mm的砾石或碎石，并在湿地池体上方填充20cm厚的种植土，种植土上面种植芦苇、 香蒲、美人蕉等湿地植物。位于湿地池体隔水层上方靠近出水端位置的砂滤段宽度为1. 5-;3m。所述的进水管道、集排水装置和放空管位于湿地池体同一侧，集排水装置由集水管道和排水渠道组成，湿地排水通过集水管道收集后由排水渠道排出。所述的放空管位于离湿地池底200mm处，湿地放空时通过放空管排入排水渠道。本实用新型具有的优点和积极效果是本发明的高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷处理装置，能经济、有效地去除污水中的氮、磷等污染物，突破潜流湿地装置冬季处理效率低、占地面积大、总氮去除效果差等限制，提高土地面积污染物负荷率，大量节省湿地建设用地。采用本发明所述的人工湿地脱氮除磷处理装置，将污水处理厂出水或经过预处理的高硝酸盐氮污水通过管道接入湿地，经过2 3个月的湿地植物生长和生物膜培养，可有效去除污水中的氮磷等污染物，监测结果表明该装置对水体中TN (总氮)去除率可达70 85%，TP (总磷)去除率维持在80 95%，COD (化学需氧量)去除率维持在55 80%之间。
图1是本实用新型的高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷处理装置的结构示意图；图2是本实用新型的高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷处理装置进水和集排水装置的剖面示意图。附图中主要部件符号说明1 湿地池体2 填料3 湿地植物4 隔水层5 砂滤段6 进水管道
4[0026]7 集排水装置9 放空管11 排水渠道
8 防渗层 10 集水管道 12 防渗膜13:粗砂保护层。
具体实施方式
以下参照附图及实施例对本实用新型进行详细的说明。图1是本实用新型的高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷处理装置的结构示意图；图2是本实用新型的高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷处理装置进水和集排水装置的剖面示意图。如图1和图2所示，本实用新型的高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷的处理装置，包括铺设在湿地池体1内周壁和底壁上的防渗层8，设置在湿地池体1内部中间的隔水层4，位于隔水层4下方的湿地进水管道6和位于隔水层4上方的集排水装置7。隔水层4上方和下方均铺设有填料2，填料2上方种植湿地植物3，隔水层4上方靠近集排水装置7处设置有砂滤段5，湿地池体1底部设置有放空管9。湿地池体1为长方形体，长宽比为1. 5/1-4. 5/1，高度为1. 5-^1，湿地池体1为砖混结构，如果建设区域土壤渗透系数符合要求，可以用原状土进行筑提。隔水层4位于湿地池体内高度50-100cm处，隔水层4由防渗膜12和位于防渗膜 12上方和下方的粗砂保护层13组成，防渗膜12后端与湿地墙体距离为50cm-150cm，利于污水从湿地下层返回流到湿地上层。隔水层4将湿地池体1分为上下两层，下层为厌氧/ 缺氧区，利于反硝化菌生长，可显著提高人工湿地污水中硝酸盐氮的反硝化速率，降低人工湿地出水中总氮浓度；上层为好氧区，可以进一步去除污水中的有机物。防渗膜12上下的粗砂保护层13厚度为150mm，粒径为5_15mm，并在粗砂保护层与填料间设有土工布，防止粗砂流失。湿地池体1内隔水层3下方的填料2为30_80mm砾石或碎石，隔离层3上方的填料2为30-60mm的砾石或碎石，并在湿地池体上方填充20cm厚的种植土，种植土上面种植
芦苇、香蒲、美人蕉等湿地植物。位于湿地池体隔水层上方靠近出水端位置的砂滤段5宽度为1. 5-;3m。进水管道 6、集排水装置7和放空管9位于湿地池体1同一侧，其中进水管道6位于隔水层4下方，集排水装置7位于隔水层4上方。集排水装置7由集水管道10和排水渠道11组成，集水管道10收集的湿地出水输送至排水渠11。放空管位于离湿地池底200mm处，湿地检修时可以通过放空管9将湿地水体排至排水渠道11。本实用新型的具体实施例如下实施例1高负荷往复式潜流人工湿地池体为砖混结构，其形状为长方形体，长X宽X高为 30X20X1. 8m，在湿地池体周边均铺设两布一膜土工膜防渗层，在纵向离湿地池底0. 8m处设置隔水层，将湿地分隔为两层，下层首先填充0. 65m厚的30-80mm砾石，再在上填充0. 15m 的粗砂层，在粗砂保护层上铺设HDPE防渗膜，防渗膜后端与湿地墙体距离为lm，利于污水从湿地下层返回流到湿地上层，在防渗膜上填充0. 15m粗砂保护层，在粗砂保护层上填充 0. 45m厚的30-60mm砾石，再在上面填充0. ^ii种植土，上面种植芦苇、香蒲、美人蕉等湿地植
5物，在湿地出水端设置长X宽X高为1. 5X20X0. 5m的砂滤池。湿地进水管道和集排水装置位于湿地池体同侧，其中进水管道位于隔水层下方0. ^!处，集水管道位于隔水层上方 0. 4m处，收集的湿地出水输送至排水渠。实施时将污水处理厂出水通过进水管道接入湿地中，经过2 3个月的湿地植物和生物膜培养，将会形成一个由细菌、真菌、植物等多个营养级组成的复杂生态装置，湿地下层为厌氧/缺氧区，利于反硝化菌生长，可显著提高人工湿地污水中硝酸盐氮的反硝化速率，降低人工湿地出水中总氮浓度；上层为好氧区，可以进一步去除污水中的有机物。实施例2在天津某污水处理厂后端采用高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷处理装置，填料为砾石，湿地植物为芦苇和香蒲，经过1年的稳定运行，通过对该装置进出水进行监测， 结果表明该装置对水体中TN去除率为75%，TP去除率维持在90%，COD去除率维持在80%。实施例3对天津某景观河道水体采用预处理+高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷处理装置，填料为碎石，种植美人蕉，经过1年半的连续监测，该装置水力负荷为1. 0m3/m2-d,对水体中TN去除率为78%，TP去除率维持在88%，COD去除率维持在85%。本实用新型的湿地处理装置有效地节约了土地面积，增加了湿地床体深度，提高了湿地单位面积污染物负荷率，实施时将污水处理厂出水或经过预处理后的高硝酸盐氮污水通过进水管道进入湿地下层，湿地下层生境环境处于厌氧/缺氧状态，DO(溶解氧)< 0.5 mg /L，有利用反硝化细菌的生长与繁殖，可显著提高人工湿地污水中硝酸盐氮的反硝化速率，有利于污水中总氮的去除；污水通过湿地下层的反硝化脱氮和厌氧除磷后，折返流入湿地上层，在植物根系输氧和表面大气复氧的作用下，上层生境环境DO浓度一般维持在1.5 2.0 mg /L，湿地上层DO含量明显高于湿地下层，为污水有机污染物的进一步去除提供了良好的环境，同时，通过湿地填料的吸附和沉淀作用、微生物的聚集作用以及湿地植物的吸收作用等多种途径，促使出水中的总磷浓度亦有所降低，实现了高负荷往复式潜流人工湿地深度脱氮除磷的目的。综上所述，本实用新型的内容并不局限在的实施例中，相同领域内的有识之士可以在本发明的技术指导思想之内可以轻易提出其他的实施例，但这种实施例都包括在本发明的范围之内。
权利要求1.一种高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷的处理装置，其特征在于该处理装置包括铺设在湿地池体(1)内周壁和底壁上的防渗层(8)，设置在湿地池体(1)内部中间的隔水层(4)，位于隔水层(4)下方的湿地进水管道(6)和位于隔水层(4)上方的集排水装置(7); 隔水层(4)上方和下方均铺设有填料(2)，填料(2)上方种植湿地植物(3)，隔水层(4)上方靠近集排水装置(7 )处设置有砂滤段(5 )，湿地池体底部设置有放空管(9 )。
2.根据权利要求1所述的高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷的处理装置，其特征在于湿地池体(1)为长方形体，长宽比为1. 5/1-4. 5/1，高度为1. 5-aii，湿地池体结构为砖混或者原状土筑提。
3.根据权利要求1所述的高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷的处理装置，其特征在于隔水层(4)位于湿地池体(1)内高度50-100cm处，隔水层(4)由防渗膜(12)和位于防渗膜上方和下方的粗砂保护层(13)组成，防渗膜后端与湿地墙体距离为50cm-150cm，利于污水从湿地下层返回流到湿地上层。
4.根据权利要求3所述的高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷的处理装置，其特征在于防渗膜(12)上下的粗砂保护层(13)厚度为150mm，粒径为5_15mm，并在粗砂保护层与填料间设有土工布，防止粗砂流失。
5.根据权利要求1所述的高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷的处理装置，其特征在于湿地池体内隔水层下方的填料为30-80mm砾石或碎石，隔离层上方的填料为30_60mm的砾石或碎石，并在湿地池体上方填充20cm厚的种植土。
6.根据权利要求1所述的高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷的处理装置，其特征在于位于湿地池体隔水层上方靠近出水端位置的砂滤段(5)宽度为1. 5-;3m。
7.根据权利要求1所述的高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷的处理装置，其特征在于进水管道(6)、集排水装置(7)和放空管(9)位于湿地池体(1)同一侧，集排水装置(7) 由集水管道(10)和排水渠道(11)组成，湿地排水通过集水管道(10)收集后由排水渠道 (11)排出。
8.根据权利要求1所述的高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷的处理装置，其特征在于放空管(9)位于离湿地池底200mm处，湿地放空时通过放空管(9)排入排水渠道。
专利摘要本实用新型涉及一种高负荷往复式潜流人工湿地脱氮除磷的处理装置，该处理装置包括铺设在湿地池体(1)内周壁和底壁上的防渗层(8)，设置在湿地池体(1)内部中间的隔水层(4)，位于隔水层(4)下方的湿地进水管道(6)和位于隔水层(4)上方的集排水装置(7)；隔水层(4)上方和下方均铺设有填料(2)，填料(2)上方种植湿地植物(3)，隔水层(4)上方靠近集排水装置(7)处设置有砂滤段(5)，湿地池体底部设置有放空管(9)。该装置具有高效脱氮除磷、冬季低温稳定运行、占地面积少和污染负荷率高等优点。
文档编号C02F3/30GK202148222SQ20112020170
公开日2012年2月22日 申请日期2011年6月16日 优先权日2011年6月16日
发明者于丹, 刘红磊, 周滨, 孙贻超, 李莉, 袁敏, 邵晓龙 申请人:天津市环境保护科学研究院