一种用于污水厂尾水处理的人工湿地系统的制作方法

1.本实用新型具体涉及一种用于污水厂尾水处理的人工湿地系统。


背景技术：

2.我国污水处理厂尾水排放必须达到一系列城镇排放标准，通常藻类、悬浮物、胶体等直接导致水体浑浊的污染物可以得到有效去除，但是溶解性有机物、氮和磷化合物等间接导致水体浑浊的污染物会存在残留，这些残留的物质一旦排入其他水体中，会影响水体自净能力，造成水资源污染。同时，为了提高出水水质，在使用紫外线、液氯、臭氧、二氧化氯和次氯酸钠等方法进行消毒处理时，往往会加大化学药剂投量，结果导致新的有害物质产生，如消毒副产物。此外，还有可能产生很多其他具有潜在或直接危害的消毒副产物，目前被报道的消毒副产物已有600多种。所以，达到iv排放标准的污水厂尾水看似清洁，实测不然，必须高度重视。
3.污水处理厂排放标准只有24项常规指标，大量污染物未列入。例如，目前监测发现甲氧苄氨嘧啶、罗红霉素、磺胺甲嘧啶在出水中残留高；氟喹诺酮类、四环素类、阿奇霉素在污泥中残留高，而且发现污泥成为抗生素的“汇”，大量吸附疏水性抗生素。
4.在污水厂消毒过程中，有益菌群，同归于尽。为了杀灭大肠菌群却误杀了众多的有益微生物，如众多的环境友好性极佳的微生物群，例如动胶菌属、短杆菌属、芽孢杆菌属、红螺菌属、红假单胞菌属、红球菌属等具有净水功能且功能较为强大的微生物及一些原、后生动物。这与当前受纳水体的微生态失调、生态系统失衡继而自净力下降的现状息息相关。换言之，消毒越彻底，可能局部水体生态系统安全越差。
5.目前，污水处理厂尾水水质的提升在水环境质量改善中起到日益重要的作用，在人工湿地具有投资省、运行费用低、景观效果好等传统优点基础上，在新时代提高环境质量条件下，保证尾水水质的生态性具有良好的应用前景。随着尾水生态净化系统大规模应用，如何长期防止人工生态系统堵塞现象、维持低温正常运行、解决可利用土地紧张等现存问题，进一步提升尾水的自净能力、提高水体生态环境质量，是目前尾水生态净化系统的研究重点。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的是提供一种用于污水厂尾水处理且能够提升尾水净化效果的人工生态系统。
7.为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：
8.本实用新型第一方面提供一种用于污水厂尾水处理的人工湿地系统，所述人工湿地系统沿水流方向，从上游至下游依次包括
9.生态氧化塘，
10.垂直潜流湿地，所述的垂直潜流湿地通过设有进水泵的管道与所述的生态氧化塘相连通，
11.水平潜流湿地，所述的水平潜流湿地通过管道与所述的垂直潜流湿地相连通，
12.表流湿地，所述的表流湿地通过管道与所述的水平潜流湿地相连通，
13.沉水植物塘，所述的沉水植物塘通过管道与所述的表流湿地相连通。
14.优选地，所述的生态氧化塘的深度为2～6m，进一步优选为3～5m。
15.优选地，所述的生态氧化塘在距离塘底0.5～0.8m处设有进水口，进一步优选为0.6～0.7m。
16.优选地，所述的垂直潜流湿地和所述的水平潜流湿地的长宽比＜5:1，进一步优选为＜4：1，更进一步优选为1.8～3:1。
17.优选地，所述的垂直潜流湿地和所述的水平潜流湿地的水深为0.8～2m，进一步优选为1.0～1.6m，更进一步优选为1.2～1.4m。
18.优选地，所述的垂直潜流湿地和所述的水平潜流湿地的底部水力坡度为0.5～1.5％，进一步优选为0.6～1.0％，更优选为0.65～0.85％；
19.优选地，所述的表流湿地的长宽比为3～20:1，进一步优选为3～10:1，更优选为3～5:1。优选地，所述的表流湿地的水深为0.2～1.5m，进一步优选为0.2～1m，更优选为0.3～0.8m。
20.优选地，所述的表流湿地的水力坡度＜0.7％，进一步优选为＜0.5％，更优选为0.3～0.45％。
21.优选地，所述的表流湿地的水体流速为0.1～0.3m/s，进一步优选为0.1～0.15m/s。
22.优选地，所述的表流湿地包括水深为0.2～1.5m的浅水区及选择性设置的水深＞2m的深水区，当所述表流湿地具有所述深水区时，所述的深水区的面积占所述的表流湿地总面积的20％以下。
23.优选地，所述的沉水植物的有效水深为1.5～2.5m，进一步优选为1.7～2m。
24.优选地，所述的垂直潜流湿地包括从上向下依次设置的第一填料层、第二填料层、第三填料层；所述的第一填料层中设有沿水平方向延伸的多孔管a，所述的多孔管a通过管道与所述的生态氧化塘相连通，所述的第三填料层中设有沿水平方向延伸的多孔管b，所述的多孔管b通过管道与所述的水平潜流湿地相连通。处置潜流湿地采取强流量分配布水方式，水体从多孔管a进入第一填料层，向下渗透经第二填料层进入第三填料层，在第三填料层中进入多孔管b中，最终通过管道通入水平潜流湿地。
25.本实用新型中，所述的第一填料层、第二填料层、第三填料层中使用现有常用填料并按现有常规技术设置各填料层。
26.优选地，第一填料层、第二填料层、第三填料层中填料的粒径比为3～4.5:1:3～4.5，进一步优选为3.5:1:3.5。
27.优选地，第一填料层、第二填料层、第三填料层的填料深度比为1:2～5:0.8～1.2，优选为1:3:1。
28.进一步优选地，所述的第一填料层中沿水平方向等距间隔布置多条所述的多孔管a，各多孔管a分别与设有分流阀的总管相连通，所述的总管与所述的生态氧化塘相连通。通过水平方向设置的多个多孔管和分流阀，一方面可以调节各个多孔管的水量，另一方面将垂直潜流湿地分为多个工作区，减轻负荷，并使各个工作区间歇工作，给予休息时间，延长
使用寿命。
29.进一步优选地，所述的水平潜流湿地包括靠近所述的垂直潜流湿地的粗填料区、靠近所述的表流湿地的细填料区，所述的粗填料区和所述的细填料区的交界处设有孔径小于细填料的粒径的10％的多孔隔板；所述的粗填料区设有孔径小于粗填料的粒径的10％的多孔管c，所述的多孔管c具有纵向延伸段和自所述的纵向延伸段向所述的细填料区延伸的水平延伸段，所述的纵向延伸段通过管道与所述的多孔管b相连通，所述的细填料区设有沿竖直方向延伸的多孔管d，所述的多孔管d通过管道与所述的表流湿地相连通。水平潜流湿地采用“t”性型布水方式，有利于水平潜流湿地在水平方向上均匀布水。
30.本实用新型中，通过粗填料区控制水体bod值，通过细填料控制水力传导度。
31.本实用新型中，所述的粗填料区使用的粗填料的孔径大于所述的细填料区使用的细填料的孔径，所述的粗填料和所述的细填料均为现有技术中常用的填料。
32.进一步优选地，所述的多孔管c具有多段沿所述的纵向延伸段间隔分布的水平延伸段。通过在纵向延伸段上间隔分布多段水平延伸段的方式进一步保证水平潜流湿地整体在水平方向上均匀布水。
33.进一步优选地，所述的生态氧化塘和所述的垂直潜流湿地之间设有第一储水池，所述的第一储水池通过设有进水泵的管道与所述的生态氧化塘相连通，所述的第一储水池通过溢流管道与所述的多孔管a相连通；所述的垂直潜流湿地和所述的水平潜流湿地之间设有第二储水池，所述的第二储水池通过潜流管与所述的多孔管b相连通，所述的第二储水池通过溢流管道与所述的多孔管c相连通；所述的水平潜流湿地和所述的表流湿地之间设有第三储水池，所述的第三储水池通过溢流管道与所述的多孔管d相连通，所述的第三储水池还通过溢流管道与所述的表流湿地相连通。通过设置第一储水池且第一储水池中的水体以溢流方式进入多孔管a，可以减小水体对垂直潜流层的冲击作用；通过设置第二储水池且第二储水池中的水体以溢流方式进入多孔管c，同样可以减小水体对水平潜流层的冲击作用；通过设置第三储水池且第三储水池中的水体以溢流方式进入表流湿地中，使系统中水体流动通畅且不需再外部提供动力。
34.进一步优选地，所述的多孔管a、所述的多孔管b、所述的多孔管c、所述的多孔管d中至少所述的多孔管a和所述的多孔管d的开孔区设置为百叶窗形开口。
35.现有多孔管中水体进入第一填料层时以垂直方向进入，容易造成填料被冲散，同时在不进水时，填料容易将孔堵住，本实用新型中将多孔管a的开孔区设置为百叶窗形开口，可改变水流进入第一填料层时的流向，使水流以一定的角度斜向进入第一填料层，然后再在重力作用下向下渗透，减小水流对填料的冲击力，同时还能防止孔被堵塞。现有细填料区的水体进入多孔管时以垂直于多孔管的方向进入，容易将填料或细微杂质颗粒冲入孔中造成堵塞，本实用新型中将多孔管d的开孔区设置为百叶窗形开口，水流以以一定的角度斜向进入多孔管d，有效防止多孔管d堵塞的现象。
36.优选地，所述的表流湿地中采用迂回流道，保证水体流动性，均匀布水。
37.优选地，所述的表流湿地中种植乔灌草类、挺水植物类、浮水植物类中的一种或多种，同时放养水生昆虫类、螺类、贝类、虾类、蟹类、鱼类中的一种或多种。
38.进一步优选地，沿岸向表流湿地中心方向依次配置乔灌草类、挺水植物类、浮水植物类。
39.更优选地，挺水植物类的种植密度宜为9～15株/m2，浮水植物类的种植密度宜为3～10株/m2。
40.更优选地，所述的乔灌草类选自美人蕉、风车草。
41.更优选地，所述的挺水植物类选自菖蒲、水葱。
42.更优选地，所述的浮水植物类选自睡莲类、萍蓬草。
43.更优选地，优先放养水生昆虫、螺类、贝类、杂食性虾类和小型杂食性蟹类，再逐步引入本地肉食性或杂食性鱼类。
44.更优选地，水生动物投放面积占表流湿地水面面积的5％～10％。
45.更优选地，水生动物宜选择不同季相的种类，其中水生昆虫、螺类、贝类放养密度为2～20个/m2，杂食性虾类和小型杂食性蟹类投放密度为2～10个/m3。
46.优选地，所述的沉水植物塘中种植沉水植物类、挺水植物类、浮水植物类中的一种或多种，同时设置面积不超过所述的沉水植物塘水面面积的10％的生态浮岛。
47.进一步优选地，所述的生态浮岛面积为所述的沉水植物塘水面面积的6～8％。
48.更优选地，所述的沉水植物类选自金鱼藻、苦草类。
49.更优选地，所述的挺水植物类选自荷花、芦苇。
50.更优选地，所述的浮水植物类选自苔菜、铜钱草。
51.更优选地，所述的生态浮岛由泽泻、香蒲形成。
52.优选地，所述的水平潜流湿地的下端部还通过管道与所述的沉水植物塘的下端部相连通，所述的管道位于所述的表流湿地底部下方0.10
‑
0.3m处。此设置可防止温度过低时，水平潜流湿地中水体冻结而无法进入沉水植物塘中并导致前方负荷过大，进而影响人工湿地系统的运行，从而为本技术的人工湿地系统在低温下的正常运行做充分准备。
53.(1)本实用新型确定了潜流湿地和表流湿地等各个功能区的串联方式，并给出了最佳的组合参数。
54.(2)本实用新型的人工生态系统可有效提高污水厂尾水的生态环境，提高尾水微生物环境和自净能力。经考察发现，将本实用新型的人工生态系统与现有人工生态系统相比，水体中微生物群落丰富度增加70％以上，微生物多样性增加85％以上，透明度提高60％以上，含氧量增加70％以上。
55.(3)本实用新型的人工生态系统中巧妙设计潜流湿地布水方式，有效防止堵塞。
56.(4)本实用新型的人工生态系统设置位于表流湿地下方的用于连通水平潜流层和沉水植物塘的管道，为系统低温运行做充分准备。
57.(5)本实用新型的人工生态系统在运行过程中无需外加动力，如曝气、搅拌等。
58.(6)本实用新型的人工生态系统运行维护简单，系统中无复杂专业设备，仅需定期对湿地植物进行管理维护。
59.(7)本实用新型的人工生态系统除了具有稳定污水厂尾水水质的优点，还具有的优秀的污染物消除潜力。
60.与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
61.本实用新型的用于污水厂尾水处理的人工湿地系统能够提升尾水净化效果、保证尾水水质的生态性，且运行维护简单，具有良好的应用前景。
附图说明
62.附图1为本实用新型的具体实施例的用于污水厂尾水处理的人工湿地系统的结构示意图；
63.附图2为附图1的用于污水厂尾水处理的人工湿地系统的垂直潜流湿地的结构示意图；
64.附图3为附图1的用于污水厂尾水处理的人工湿地系统的水平潜流湿地的结构示意图；
65.附图4为本实用新型的用于污水厂尾水处理的人工湿地系统的表流湿地的流道设置示意图；
66.附图1中，1、生态氧化塘；2、垂直潜流湿地；21、第一填料层；22、第二填料层；23、第三填料层；24、多孔管a；241、分流阀；25、多孔管b；3、水平潜流湿地；31、粗填料区；32、多孔隔板；33、细填料区；34、多孔管c；341、纵向延伸段；342、水平延伸段；35、多孔管d；4、表流湿地；5、沉水植物塘；6、进水泵房；71、第一储水池；72、第二储水池；73、第三储水池；81、第一溢流管；82、第二溢流管；83、第三溢流管；84、第四溢流管；85、第五溢流管；86、第六溢流管；9、潜流管；10、流量控制阀。
具体实施方式
67.下面结合附图所示的实施例对本实用新型作进一步描述，除非文中明确给出不可结合的描述，否则各特征可以根据需要进行结合。
68.本实用新型中上下左右的方位词是以审阅者正对附图1的方位为准，其中生态氧化塘1所在侧为左，沉水植物塘5所在侧为右。
69.实施例1和对比例1使用的尾水均来自同一污水经城镇污水处理厂(或设施)处理后的出水。
70.实施例1
71.本实施例为本实用新型的用于污水厂尾水处理的人工生态系统的一种优选方式。如附图1所示，本实施例的人工生态系统，沿水流方向，从上游至下游(图1中从左至右)包括依次串联设置的生态氧化塘1、进水泵房6、第一储水池71、垂直潜流湿地2、第二储水池72、水平潜流湿地3、第三储水池73、表流湿地4、沉水植物塘5。其中，进水泵房是为了安置进水泵，其他实施例中可根据实际情况设置；第一储水池71、第二储水池72、第三储水池73是为了保证系统水流以溢流方式向下游流动而设置的，在其他实施方式中可根据实际情况选择是否设置。
72.生态氧化塘1与用于污水厂尾水进水的管道相连通，管道上设有流量控制阀10，生态氧化塘1还通过管道与安置在进水泵房6中的进水泵相连接，进水泵将来自生态氧化塘1的水体通过管道输送至第一储水池71，第一储水池71的上端部通过第一溢流管81与垂直潜流湿地2相连通。
73.本实施例中，生态塘设计参数：水深3.3
‑
3.6m，进水口设置在高于塘底0.65m处。生态氧化塘1中的微生物等采用现有技术中的即可。
74.如附图2所示，垂直潜流湿地2包括从上向下依次设置的第一填料层21、第二填料层22、第三填料层23。第一填料层21中设有沿水平方向延伸的多孔管a 24，第一填料层21中
沿水平方向间隔设置两条多孔管a 24，两条多孔管a 24分别与设有分流阀241的总管相连通，总管与第一溢流管81相连通。当然在其他实施方式中，可根据需要在第一填料层21中沿水平方向仅设置一条多孔管a 24或等距间隔设置两条以上多孔管a 24，优选设置多条多孔管a 24，将垂直潜流湿地2分为多个工作区，减轻负荷，并使各个工作区间歇工作，给予休息时间，延长使用寿命。第三填料层23中设有沿水平方向延伸的多孔管b 25，多孔管b 25通过潜流管9与第二储水池72相连通，第二储水池72通过第二溢流管82与水平潜流湿地3相连通。
75.本实施例中，垂直潜流湿地2设计参数：长宽比2:1，水深1.4m，底部的水力坡度为0.85％，第一填料层21、第二填料层22、第三填料层23中填料的粒径比为3.5:1:3.5，填料深度比为1:3:1，在其他实施方式，按从上至下，填料以细孔隙—粗孔隙—细孔隙分布即可，具体粒径比及深度比可根据实际需求设置。如附图3所示，水平潜流湿地3包括靠近垂直潜流湿地2的粗填料区31、靠近表流湿地4的细填料区33，粗填料区31和细填料区33的交界处设有孔径小于细填料的粒径的10％的多孔隔板32。粗填料区31设有孔径小于粗填料的粒径的10％的多孔管c 34，多孔管c 34具有纵向延伸段341和自纵向延伸段341向细填料区33延伸的水平延伸段342，纵向延伸段341通过第二溢流管82与第二储水池72相连通。通过采用“t”性型布水方式，有利于水平潜流湿地3在水平方向上均匀布水，本实施例中，多孔管c 34具有两段沿所述的纵向延伸段341间隔分布的水平延伸段342，进一步保证水平潜流湿地3整体在水平方向上均匀布水。细填料区33设有沿竖直方向延伸的多孔管d 35，多孔管d 35通过第三溢流管83与第三储水池73相连通，第三储水池73通过设有流量控制阀10的第四溢流管84与表流湿地4相连通。
76.本实施例中，水平潜流湿地3设计参数：长宽比2.8:1，水深1.2m，底部的水力坡度为0.65％。粗填料区31使用的粗填料的孔径大于细填料区33使用的细填料的孔径，粗填料和细填料均为现有技术中常用的填料并按现有常规技术设置各填料区。
77.本实施例中，多孔管a 24的开孔区设置为百叶窗形开口，使水流以一定的角度斜向进入第一填料层21，然后再在重力作用下向下渗透，减小水流对填料的冲击力，同时还能防止孔被堵塞。多孔管d 35的开孔区也设置为百叶窗形开口，水流以一定的角度斜向进入多孔管d 35，有效防止多孔管d 35堵塞的现象。在其他实施例中，跟根据实际需求选择将多孔管b 25和/或多孔管c 34的开孔区同样也设置为百叶窗形开口。
78.本实施例中，多孔管a 24和多孔管d 35的端部设置为检查端口，方便采集样品用于水质检测。
79.如附图4所示，表流湿地4表流湿地4中采用迂回流道，保证水体流动性，均匀布水。表流湿地4通过设有流量控制阀10的第五溢流管85与沉水植物塘5相连通
80.本实用新型中，表流湿地4设计参数：长宽比为3.5:1，水力坡度0.4％，浅水区水深控制在0.3m～0.8m，深水区(水深＞2m)的面积占表流湿地4总面积的10％，通过流量控制阀10控制水体流速为0.3m/s，由沿岸向湿地中心方向依次配置乔灌草(美人蕉、风车草)、挺水植物(菖蒲、水葱、)、浮叶植物系列(睡莲类、萍蓬草)，初期先放置水生昆虫、螺类、贝类、虾类，再逐步引入蟹类、本地肉食性或杂食性鱼类。
81.第三储水池73通过还通过设有流量控制阀10的第六溢流管86与沉水植物塘5的下端部相连通，第六溢流管86位于表流湿地4底部下方0.10
‑
0.3m处。第六溢流管86为低温下
系统正常运行做充分准备。
82.本实施例中，沉水植物塘5设计参数：有效水深1.8m，以沉水植物(金鱼藻、苦草类)为主，并搭配挺水植物(荷花)和浮水植物(苔菜)，同时设置7.7％生态浮岛(泽泻、香蒲)。
83.本实施例中，潜流管9和所有的溢流管均沿水平方向延伸。
84.在其他实施方式中，垂直潜流湿地2、水平潜流湿地3、表流湿地4、沉水植物塘5的设计参数可根据具体可施展空间及具体自然环境设置长宽、水深、流速、植物和动物种类等，本实施仅是一种优选方式。
85.对比例1
86.与实施例1基本相同，区别仅在于将垂直潜流湿地2和水平潜流湿地3的位置互换，即待处理尾水先经过水平潜流湿地3，再经过垂直潜流湿地2。
87.分别用实施例1和对比例1的尾水处理系统处理某污水厂处理的尾水，在水温＞12℃时的尾水的水质指标为：cod
cr 30mg/l左右，nh3‑
n 1.5mg/l左右，tn 10mg/l左右，tp 0.3mg/l左右，经尾水处理系统处理后的处理水在水温＞12℃时的水质指标见表1。
88.表1单位：mg/l
[0089][0090]
codcr《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》(gb11914
‑
89)；
[0091]
nh3‑
n《水质氨氮的测定纳氏试剂分光光度法》(hj 535
‑
2009)；
[0092]
tn《水质总氮的测定碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》(hj 636
‑
2012)；
[0093]
tp《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》(gb/t 11893
‑
1989)；
[0094]
浊度(ntu)《水质浊度的测定》(gb/t 13200
‑
1991)(第二篇)。
[0095]
上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此限制本实用新型的保护范围。凡根据本实用新型精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。