掌桥专利:专业的专利平台
掌桥专利
首页

一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地及其运行方法

文献发布时间:2023-06-19 18:35:48


一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地及其运行方法

技术领域

本发明涉及自然生态修复及河湖生态综合治理与环境保护技术领域,更具体地说,涉及一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地及其运行方法。

背景技术

随着我国生态环境综合治理进程的加快,人工湿地技术作为低碳环保的最有效的技术之一,从我国南方地区的普遍应用以及北方地区的逐步应用,人工湿地技术的应用得到长足发展。在湿地技术迅速发展的同时,人们对湿地的净化功能也有了全新的认识。湿地作为"地球之肾",担负着对地球自然水体的水质净化和对污水的处理功能。

人工湿地是一种模拟自然生态的、综合的生态链循环净化系统,包含了湿地床、湿地植物、湿地动物、湿地微生物、以及阳光、雨露、有机物等在综合生态系统中,各类物种的共生、共融、互为制约和平衡发展的物质循环生化原理,有机污染物得以净化,生态环境得以修复,始终保持良好的生态环境平衡。

人工湿地的运行模式,主要是利用湿地植物的生长为水体输送氧气,增加水体的活性,充分利用水体微生物的呼吸作用,将废水中的大部分有机物分解成为二氧化碳和水,厌氧细菌将有机物质分解成二氧化碳和甲烷,硝化细菌将铵盐硝化,反硝化细菌将硝态氮还原成氮气等。污水中的主要有机污染物得到降解和同化,有机污染物得以去除,水质得到净化。

人工湿地的运行管理也比较简单,投建费用低且建设时间短等特点,越来越受到人们的普遍关注及应用,在水体治理、生态修复和增强河湖自净功能方面人工湿地因其独特的优势得到了广泛应用。人工湿地技术也逐渐日趋完善和实用。但是在通过多年的应用研究中发现,人工湿地现状技术还存在许多问题,包括易受气候温度影响,我国北方地区冬季保温及运行管理问题、湿地床基质填料易堵塞、占地面积大、反硝能力差、氨氮、总磷等有机物去除率低、总氮难以去除等诸多问题。

因此,针对上述问题,本发明提出了一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地及其运行方法,通过对传统人工湿地的结构类型、湿地床填料、进水方式等进行优化改造,旨在为解决人工湿地在我国北方地区冬季运行管理问题,确保冬季的正常运行;通过优化配置结构设计,解决湿地填料创的填料堵塞问题;通过优化进出水方式及多模式呼吸型运行方式、智能管理措施,实现湿地自动复氧功能,提高湿地床体的氧环境,解决氨氮去除效率低下问题;通过多种复合填料级配湿地床,强化除磷效果;通过构建硫自养反硝化处理单元,强化总氮去除困难不达标问题;发挥人工湿地工艺技术的优势特点及对有机物去除的最大效能。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明旨在于在解决现有人工湿地存在易受气候温度影响;我国北方地区冬季保温及运行管理能力差;湿地床基质填料易堵塞;占地面积大;反硝能力差;氨氮、总磷等有机物去除率低;总氮难以去除等诸多问题。

技术方案

本发明一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地及其运行方法的目的与功效,由以下具体技术手段达成:一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地,包括:

表流湿地系统,用于污水初步处理;

提升泵站,设置在表流湿地系统侧边,用于提升从表流湿地系统中排出的处理水;

进水分配阀门井,设置在提升泵站侧边,用于对从提升泵站中提升的处理水进行分配;

潮汐流潜流湿地系统,设置在进水分配阀门井侧边,用于对从进水分配阀门井中分配的处理水进行进一步去污处理;

出水造流井,设置在潮汐流潜流湿地系统侧边,用于对潮汐流潜流湿地系统流出的处理水进行分配;

深度脱总氮湿地单元,设置在出水造流井侧边,用于对出水造流井流出的处理水进行去总氮处理;

出水阀门井,设置在深度脱总氮湿地单元侧边,用于对深度脱总氮湿地单元排出的处理水水质控制及排出;

河湖水体,用于纳接处理后的处理水。

进一步地,表流湿地系统包括表流湿地床,表流湿地床一侧固定安装有污水进水管线,且表流湿地床上还种植有表流水生植物,表流湿地床中还设置有表流湿地集水收集浮筒,表流湿地集水收集浮筒下方固接连通有进水连接管。

进一步地,进水连接管出口处固定设置在提升泵站内,提升泵站中固定安装有进水提升泵,进水提升泵输出口处固接有提升泵提升管,提升泵站内还固定安装有控制液位的提升泵液位控制器,且提升泵站侧边外侧固定安装有控制电气的电气总控制箱;

进水阀门井内设有湿地床进水调节阀门、提升泵提升管出水口连接在湿地床进水调节阀门进水口处,湿地床进水调节阀门出水口处分化连接设置有夏季运行进水管与冬季运行及反洗运行进水管,且夏季运行进水管上安装有用于调节进水状态的夏季运行进水管调节阀,而冬季运行及反洗运行进水管设有冬季运行及反洗运行进水管阀。

进一步地,潮汐流潜流湿地床系统包括潮汐流湿地床,潮汐流湿地床内填塞有湿地床填料,湿地床填料上方位置铺设安装有湿地进水布水管,湿地进水布水管进水处与夏季运行进水管出水口处固接,且湿地进水布水管上开设有若干布水孔,潮汐流湿地床中设置有若干竖直布置的呼吸透气通风拔风管和若干横向布置的湿地床呼吸透气网格骨架,呼吸透气通风拔风管与湿地床呼吸透气网格骨架相互固定安装连通布置为平面网状格,呼吸透气通风拔风管上端高出湿地床填料高度,且横向布置的湿地床呼吸透气网格骨架上均设置有若干通气孔,潮汐流湿地床上还种植有若干湿地床植物,且湿地床侧边固定安装有湿地床溢流管,湿地床溢流管溢流出口设置在表流湿地床内,潮汐流湿地床底部设置有用于集水的湿地床集水渠,湿地床集水渠左端与冬季运行及反洗运行进水管连通,右端固接有湿地床集水出水渠。

进一步地,出水造流井分隔设置有两部分井体,湿地床集水出水渠出口处固定连通设置在出水造流井一侧井体中,且该侧井体内设置有控制液位高度的出水电动阀液位控制器,出水造流井另一侧井体内设置有出水管,出水管上固接连通设置有旁路出水管,出水管上与旁路出水管相接处两侧均设置有出水电动阀门,旁路出水管上设置有旁路出水控制电动阀,旁路出水管出水口处设置在河湖水体中。

进一步地,深度脱总氮湿地单元包括湿地填料床,湿地填料床上方位置铺设安装有进水布水管,进水布水管左侧与出水管固接,且进水布水管上开设有若干布水孔,湿地填料床中设置有若干竖直布置的湿地床呼吸通风拔风管和若干横向布置的湿地床通风透气网格骨架,湿地床呼吸通风拔风管与湿地床通风透气网格骨架相互固定安装连通布置为平面网状格,湿地床呼吸通风拔风管上端高出湿地填料床高度,且横向布置的湿地床通风透气网格骨架上均设置有若干通气孔,湿地填料床上还种植有若干湿地植物,且湿地填料床侧边设置有用于溢流的湿地溢流管,湿地溢流管溢流口也设置在表流湿地床中,湿地填料床底部设置有用于集水的出水集水渠,出水集水渠出口处固接连通有湿地床出水管。

进一步地,出水阀门井内固定安装有竖直设置的湿地多液位出水集水管,湿地床出水管出口处与湿地多液位出水集水管固接连通,湿地多液位出水集水管内设置有控制其液位的出水电动阀液位控制器,出水阀门井内还固定安装有竖直设置的多液位排水汇水总管,湿地多液位出水集水管与多液位排水汇水总管之间固定设置有若干高度不同的出水电动阀,多液位排水汇水总管底部固接有出水总管,出水总管出水口处设置在河湖水体中。

进一步地,采用6个单元为一组潮汐流湿地床交替并联系统,共设置两组并联运行,为一级湿地,两组总共12个单元格,分别为1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#;二级湿地设置为四个湿地填料床单元格,分别为-1#、-2#、-3#、-4#;其中以第一级湿地的1#、2#、3#为第一深度处理单元与-1#对应;4#、5#、6#为第二深度处理单元与-2#对应;7#、8#、9#为第三深度处理单元与-3#对应;10#、11#、12#为第四深度处理单元与-4#对应。

本发明还提供了一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地运行方法,包括以下步骤:

S1:将污水引入表流湿地床进行预处理,经表流湿地集水收集浮筒收集,进入提升泵站内,提升泵站内水经过进水提升泵、湿地床进水调节阀门将水输送到潮汐流潜流湿地系统中;

S2:在夏季进水期时,采用上进水方式,将夏季运行进水管调节阀打开,冬季运行及反洗运行进水管阀关闭,潮汐流湿地床上部通过湿地进水布水管多点均布布水,下向流流经湿地床填料,进过第一次过滤,上向流流经湿地床填料,经过第二次过滤;

S3:在冬季进水期时,采用下进水方式,将夏季运行进水管调节阀关闭,冬季运行及反洗运行进水管阀打开,利用湿地床集水渠作为进水管进水,处理水首先上向流流经湿地床填料,实现第一次过滤,当水满时,开启出水电动阀门,处理水经湿地床集水出水渠排出,排水过程中实现二次过滤;

S4:在淹没期时,进入潮汐湿地床内的处理水逐渐蓄满整个床体层,形成床体淹没状态,停止进水;

S5:在排水期时,保留淹状态若干个小时后,开启潮汐湿地床尾端的出水电动阀门,排空潮汐湿地床内水后,关闭出水电动阀门;

S6:在放空期,随着出水电动阀门排水同时,形成真空虹吸呼吸现象,含氧空气随着水体的呼吸透气通风拔风管被吸入湿地床填料层中,形成吸气状态,迅速进入填料附着的生物膜内,完成生物膜的复氧,生物膜在不断的厌氧、缺氧、好氧生境下,增强对水体氨氮、总磷的去除效果,自此,完成一个进水、淹没、排水、放空循环周期;

S7:处理水经过潮汐流湿地床系统后从出水电动阀门排出,对于总氮要求不高的区域,出水经过旁路出水管直接排入河湖水体;对于对总氮要求较高的区域,潮汐流湿地床系统出水经出水管直接进入深度脱总氮湿地单元;

S8:处理水进入深度脱总氮湿地单元后,依据潮汐流湿地床系统的运行模式,即进水、淹没、排水、放空四个阶段周期运行,经处理后的水从湿地床出水管排出;

S9:处理水从湿地床出水管出口排入出水阀门井,利用多液位排水汇水总管等结构,用出水电动阀液位控制器调控深度脱总氮湿地单元处理后水质及效果,出水达标后,直接外排到河湖水体中,或者作为中水回用。

进一步地,潮汐流湿地床运行时间按照12h运行一次,一昼夜24h运行两次,设定运行时间为进水期4h、淹没期2h、排水期1h、放空期5h;

湿地填料床单元运行时间按照4h运行一次,一昼夜24h运行六次,设定运行时间为进水期1h、静置期1h、排水期1h、放空期1h;

第一深度处理单元中前段1#湿地床排水时间对应的后端-1#湿地床的第一个进水时段,进水时间为1h,淹没时间为1h,排水时间为1h,放空时间为1h,自此,第一个运行时段完成,前段2#湿地床排水时间对应的后端-1#湿地床的第二个进水时段,前段3#湿地床排水时间对应的后端-1#湿地床的第三个进水时段;

在经过12h后前段1#湿地床再次排水对应的后端-1#湿地床的第四个进水时段,前段2#湿地床排水时间对应的后端-1#湿地床的第五个进水时段,前段3#湿地床排水时间对应的后端-1#湿地床的第六个进水时段。

-2#、-3#、-4#湿地床运行模式和-1#湿地运行等同。

有益效果:

1、本发明提供了一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地及其运行方法,设置了潮汐流人工湿地系统,依据潮汐流人工湿地的多模式运行,即进水、淹没、排水、放空四个阶段周期,模拟海水的自然潮汐规律,周而复始的实现多模式运行;潮汐流湿地的多模式运行,间歇进水瞬时排水,湿地床在较短的淹没时间和较长的排空时间,能够更有利于污染物的去除。

2、本发明提供了一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地及其运行方法,潮汐流湿地基质内部周期性水位上下波动所产生的对流供氧使得潮汐流湿地具有极强的“吸氧”能力,保证氧化及硝化反应等所需要的氧气,同时,潮汐流湿地床间歇进水和瞬间排水的多模式运行方式,提高了湿地床体的复氧充氧能力,改善了床体有氧微环境,提高了微生物对有机物的降解及对氨氮的氧化去除,从而极大地提高湿地污染物削减负荷和处理效果,降低了湿地占地面积。

3、本发明提供了一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地及其运行方法,除氮除磷去除效果好,表面污染物负荷(氨氮)是传统垂直流人工湿地的1.2~3.5倍,对于湿地床的多重填料的分层级配设置,有机污染物在湿地床中重力沉降去除、过滤,通过颗粒间相互引力作用及植物根系的阻截作用使可沉降及可絮凝固体被阻截而去除;有机污染物通过生物硝化-反硝化作用去除氮;部分微量元素被微生物、植物利用氧化并经阻截或结合而被去除;植物根系分泌物对大肠杆菌和病原体有灭活作用植物吸收相当数量的氮和磷能被植物吸收而去除,植物每年收割一次,可将氮、磷吸收、合成后分移出人工湿地系统。

4、本发明提供了一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地及其运行方法,采用三种形式的结构设计及运行模式,彻底解决传统湿地的填料堵塞问题;第一,采用冬季进水运行模式,利用底部湿地床集水渠进水,溢流出水,实现对湿地床填料的反洗,微动力反冲洗使潮汐流湿地床有更强的抗堵塞能力;第二,当夏季运行模式开启一段时间后,可利用冬季进水模式,定期对湿地床填料进行反冲洗以防止其堵塞;第三,通过呼吸透气通风拔风管与湿地床呼吸透气网格骨架联合组成湿地床防堵塞骨架,将潮汐流湿地床分层分割,利用通气管网骨架结构,实现对潮汐流湿地床的供气呼吸、供水反洗,通过空气的多向流动、水体的多向流动,空气与水体的交错流动,缓解湿地床局部生物性淤堵,改变湿地运行方式与湿地内部环境,防止填料床的淤积堵塞;二级深度脱总氮湿地单元的防堵塞设计同于一级潮汐流潜流湿地系统。

5、本发明提供了一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地及其运行方法,采用硫自养反硝化脱氮技术,利用硫杆菌自养反硝化;在缺氧或厌氧条件下,某些光能营养型、无机化能营养型的硫氧化细菌,可利用还原态硫(S2-,S0,SO32-,S4O62-,S2O32-等)作为电子供体,以NO3--N为电子受体,同时通过氧化还原态硫获取能量,将NO3--N还原为氮气,以此去除湿地床中的总氮。

6、本发明提供了一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地及其运行方法,设有两套配水系统,在东北地区可全年运行,冬季仍有明显处理效果;冬季运行保温有两种保温运行方式,第一,在冬季封冻前,对湿地进行高水位运行,随着气温的持续降低,直至冰冻期在湿地表层形成冰盖层,利用冰盖层实现对湿地床的保温;第二,就是将收割后的湿地植物,就地覆盖处理,可起到良好的隔热保温作用,尤其是降雪过后,植物表层覆盖有大量的积雪更有助于提高生态系统的环境温度,可将微生物的代谢活性稳定在较高程度;从而实现在我国北方地区,潮汐流人工湿地冬季的稳定运行。

7、本发明提供了一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地及其运行方法,通过独特的潮汐流湿地床设计,较传统垂直流人工湿地规范要求,潮汐流湿地设计表面水力负荷为0.8~1.0m

8、本发明提供了一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地及其运行方法,通过设计潮汐流人工湿地,水质整体改善明显,创造了良好的生态环境,并为多物种生物提供适宜生长的生境,在维持自然平衡中起着非常重要的作用;潮汐流湿地系统不仅可以为水禽提供丰富的食物来源,繁茂的植物群丛也可以为水禽提供栖息繁殖所必需的安全空间,对于增加地区的生物多样性和生态系统的稳定性、调节当地气候具有重要的意义;同时还可起到涵蓄水源、调节水量的作用,还可以补充地下水资源;湿地出水可以作为灌溉用水和河道生态补水的水源,可以逐步缓解当地用水紧缺的状况,利于促进区域环境良性发展。

9、本发明提供了一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地及其运行方法,通过设计潮汐流人工湿地,适用于各种类型的水质治理,具体为生活污水处理(市政、别墅区、农村、餐饮、酒店、农家乐)、河湖水体及地表水体的生态化修复治理、污水处理厂的水质升级提标处理、工业废水的尾水处理;适用于各类水体有机污染物(COD、氨氮、总磷、总氮、SS等)的高效去除;尤其适用于生态水体有机总氮的高效去除。

附图说明:

图1为本发明主视剖视示意图。

图2为本发明俯视平面示意图。

图3为本发明进水分配阀门井处主视剖视示意图。

图4为本发明潮汐流湿地系统处俯视剖视示意图。

图5为本发明湿地床溢流管处主视剖视示意图。

图6为本发明湿地床集水渠处侧视剖视示意图。

图1-6中:

1-表流湿地系统、101-污水进水管线、102-表流湿地集水收集浮筒、103-进水连接管、104-表流湿地水生植物;

2-提升泵站、201-进水提升泵、202-提升泵提升管、203-提升泵液位控制器、204-电气总控制箱;

3-进水分配阀门井、301-湿地床进水调节阀门、302-湿地床夏季运行进水管调节阀;

4-潮汐流潜流湿地系统、401-湿地进水布水管、402-呼吸透气通风拔风管、403-湿地床植物、404-湿地床填料、405-湿地床溢流管、406-湿地床集水出水渠、407-湿地床呼吸通风透气网格骨架、408-冬季运行及反洗运行进水管阀、409-湿地床集水渠;

5-出水造流井、501-出水电动阀门、502-出水管、503-旁路出水控制电动阀、504-旁路出水管、505-出水电动阀液位控制器;

6-深度脱总氮湿地单元、601-进水布水管、602-湿地填料床、603-湿地植物、604-湿地溢流管、605-湿地床呼吸通风拔风管、606-湿地床出水管、607-湿地床通风透气网格骨架、608-出水集水渠;

7-出水阀门井、701-湿地多液位出水集水管、702-出水电动阀、703-出水总管、704-出水电动阀液位控制器、705-多液位排水汇水总管;

8-河湖水体。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例,基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

如附图1-6所示,一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地,由表流湿地系统1、提升泵站2、进水分配阀门井3、潮汐流潜流湿地系统4、出水造流井5、深度脱总氮湿地单元6、出水阀门井7及河湖水体8组成。

其中,表流湿地系统1包括表流湿地床,表流湿地床一侧固定安装有污水进水管线101,且表流湿地床上还种植有表流水生植物104,表流湿地床中还设置有表流湿地集水收集浮筒102,表流湿地集水收集浮筒102下方固接连通有进水连接管103,污水首先进入表流湿地床进行预处理,之后从表流湿地集水收集浮筒102流出。

具体的,表流水生植物104为停水植物、沉水植物,可以为荷花、睡莲、芦苇、金鱼藻、苦草类植物。

其中,提升泵站2设置在表流湿地床隔壁,进水连接管103出口处固定设置在提升泵站2内,即表流湿地床中预处理后的污水经过进水连接管103流入提升泵站2内,提升泵站2中固定安装有进水提升泵201,进水提升泵201输出口处固接有提升泵提升管202,提升泵站2内还固定安装有控制液位的提升泵液位控制器203,且提升泵站2侧边外侧固定安装有控制电气的电气总控制箱204。

具体的,提升泵液位控制器203可采用超声波液位控制器,电气总控制箱204可采用PLC智能控制系统,实现系统的无人值守,自动运行。

其中,进水阀门井3设置在提升泵站隔壁,且进水阀门井3内设有湿地床进水调节阀门301、提升泵提升管202出水口连接在湿地床进水调节阀门301进水口处,湿地床进水调节阀门301出水口处分化连接设置有夏季运行进水管与冬季运行及反洗运行进水管,且夏季运行进水管上安装有用于调节进水状态的夏季运行进水管调节阀302,而冬季运行及反洗运行进水管设有冬季运行及反洗运行进水管阀408;夏季运行进水管调节阀302,可设置为手动调节阀,当春、夏、秋三季运行时,开启此阀门,实现上部进水下部出水运行模式,冬季运行及反洗运行时,关闭夏季运行进水管调节阀302,开启冬季运行及反洗进水管阀(408),实现底部进水,底部出水运行模式。

其中,潮汐流潜流湿地床系统4设置在进水分配阀门井3隔壁,包括潮汐流湿地床,潮汐流湿地床内填塞有湿地床填料404,湿地床填料404上方位置铺设安装有湿地进水布水管401,湿地进水布水管401进水处与夏季运行进水管出水口处固接,且湿地进水布水管401上开设有若干布水孔,潮汐流湿地床中设置有若干竖直布置的呼吸透气通风拔风管402和若干横向布置的湿地床呼吸透气网格骨架407,呼吸透气通风拔风管402与湿地床呼吸透气网格骨架407相互固定安装连通布置为平面网状格,呼吸透气通风拔风管402上端高出湿地床填料404高度,且横向布置的湿地床呼吸透气网格骨架407上均设置有若干通气孔,潮汐流湿地床上还种植有若干湿地床植物403,且湿地床侧边固定安装有湿地床溢流管405,湿地床溢流管405溢流出口设置在表流湿地床上,即溢流部分水返回到表流湿地床,潮汐流湿地床底部设置有用于集水的湿地床集水渠409,湿地床集水渠409左端与冬季运行及反洗运行进水管连通,右端固接有湿地床集水出水渠406。

具体的,湿地进水布水管401可采用PE材质,按照单个单元湿地床表面积呈日字型布置。

具体的,呼吸透气通风拔风管402与湿地床呼吸透气网格骨架407材质可采用PE、PVC材质,抗压能力强。优选的,单个单元的网格状架体可按照床体深度分上中下三层布置。

具体的,湿地床填料404可选用鹅卵石、火山岩、沸石等,单个单元按照不同粒径分层级配,均匀铺设。作为一种具体的实施例,鹅卵石粒径可设置为

具体的,湿地床植物403可选择黄菖蒲、芦苇、香蒲、黄花鸢尾等水生植物,单个单元且呈条状依次栽种,栽种密度可参考15株/㎡。

具体的,湿地床集水渠409为U型集水槽,材质可为混凝土浇筑、树脂混凝土成品。湿地床集水渠409上部为格宾石笼压盖设计。

具体的,潮汐流湿地床底部铺设防渗土工布,铺装形式两布一膜,SN2/PE-600g,规格150g/0.3mm/150g。

具体的,潮汐流潜流湿地系统4可根据实际处理规模设置为若干个多数组并列多模式交替运行。

其中,出水造流井5设置在潮汐流湿地床隔壁,出水造流井5分隔设置有两部分井体,湿地床集水出水渠406出口处固定连通设置在出水造流井5一侧井体中,且该侧井体内设置有控制液位高度的出水电动阀液位控制器505,出水造流井5另一侧井体内设置有出水管502,出水管502上固接连通设置有旁路出水管504,出水管502上与旁路出水管504相接处两侧均设置有出水电动阀门501,旁路出水管504上设置有旁路出水控制电动阀503,旁路出水管504出水口处设置在河湖水体8中。

其中,深度脱总氮湿地单元6设置在出水造流井5隔壁,包括湿地填料床602,湿地填料床602上方位置铺设安装有进水布水管601,进水布水管601左侧与出水管502固接,且进水布水管601上开设有若干布水孔,湿地填料床602中设置有若干竖直布置的湿地床呼吸通风拔风管605和若干横向布置的湿地床通风透气网格骨架607,湿地床呼吸通风拔风管605与湿地床通风透气网格骨架607相互固定安装连通布置为平面网状格,湿地床呼吸通风拔风管605上端高出湿地填料床602高度,且横向布置的湿地床通风透气网格骨架607上均设置有若干通气孔,湿地填料床602上还种植有若干湿地植物603,且湿地填料床602侧边设置有用于溢流的湿地溢流管604,湿地溢流管604溢流口也设置在表流湿地床上,湿地填料床602底部设置有用于集水的出水集水渠608,出水集水渠608出口处固接连通有湿地床出水管606。

具体的,湿地进水布水管601可采用PE材质,按照单个单元湿地床表面积呈日字型布置。

具体的,呼吸透气通风拔风管605与湿地床呼吸透气网格骨架607材质可采用PE、PVC材质,抗压能力强。优选的,单个单元的网格状架体可按照床体深度分上中下三层布置。

具体的,湿地填料床602可选用鹅卵石、硫黄颗粒等,单个单元按照不同粒径分层级配,均匀铺设。作为一个具体的实施例,鹅卵石粒径可设置为

具体的,湿地植物603可选择黄菖蒲、芦苇等水生植物,单个单元且呈条状依次栽种,栽种密度可参考15株/㎡。

具体的,出水集水渠608为U型集水槽,材质可为混凝土浇筑、树脂混凝土成品。出水集水渠608上部为格宾石笼压盖设计。

其中,出水阀门井7设置在深度脱总氮湿地单元6隔壁,且出水阀门井7内固定安装有竖直设置的湿地多液位出水集水管701,湿地床出水管606出口处与湿地多液位出水集水管701固接连通,湿地多液位出水集水管701内设置有控制其液位的出水电动阀液位控制器704,出水阀门井7内还固定安装有竖直设置的多液位排水汇水总管705,湿地多液位出水集水管701与多液位排水汇水总管705之间固定设置有若干高度不同的出水电动阀702,多液位排水汇水总管705底部固接有出水总管703,出水总管703出水口处设置在河湖水体8中。

具体的,湿地多液位出水集水管701材质可选用PE、PVC材质。深度脱总氮湿地单元6出水采用多液位控制出水方式,便于监控出水质量,出水通过出水电动阀702自动调节出水运行状态。出水通过出水总管703直接排入河湖水体8中,或可作为中水回用。

由上述技术方案构建的一种多模式运行呼吸型潮汐流人工湿地,其具体的运行方式为:

首先将待处理水引入表流湿地床进行预处理,去除待处理水中大部分悬浮物,经表流湿地集水收集浮筒102收集,进入提升泵站2内,提升泵站2内水经过进水提升泵201、湿地床进水调节阀门301将水输送到潮汐流潜流湿地系统4中。

潮汐流潜流湿地系统4依据潮汐流人工湿地的多模式运行,即进水、淹没、排水、放空四个阶段周期,模拟海水的自然潮汐规律,周而复始的多模式运行。潮汐流潜流湿地系统4可设置有若干个潮汐流湿地床,并列交替运行,实现间歇进水,连续排水。

在进水期,提升泵站2内水经过进水提升泵201提升,经若干个湿地床进水调节阀门301,分别控制、交替进水、依次进入潮汐流湿地床系统4的若干潮汐流湿地床内,湿地床进水状态时,随着水位的升高,拔风管系统形成呼气拔风,床体内的空气随着水位的升高而排出,形成呼气状态。进水时开启进水控制阀,关闭排水阀。

在淹没期,进入潮汐湿地床内的处理水逐渐蓄满整个床体层,形成床体淹没状态,停止进水。

在排水期,保留淹状态若干个小时后,开启潮汐湿地床尾端的出水电动阀门501,排空潮汐湿地床内水后,关闭排水阀。

在放空期,随着出水电动阀门501排水同时,形成真空虹吸呼吸现象,含氧空气随着水体的呼吸透气通风拔风管402被吸入湿地床填料404层中,形成吸气状态,迅速进入填料附着的生物膜内,完成生物膜的复氧,生物膜在不断的厌氧、缺氧、好氧生境下,增强对水体氨氮、总磷的去除效果,实现对水体有机物的去,自此,完成一个循环周期。

处理水经过潮汐流湿地床系统4后从出水电动阀门501排出,对于总氮要求不高的区域,出水可经过旁路出水管504直接排入河湖水系;处理水经过潮汐流湿地床系统4处理后,COD、BOD、氨氮、总磷、SS等有机污染物基本的得以去除,但潮汐流湿地床对于总氮难于去除,对于对总氮要求较高的区域,潮汐流湿地床系统4出水经出水管502直接进入深度脱总氮湿地单元6。

处理水进入深度脱总氮湿地单元6后,同理,依据潮汐流湿地床系统4的运行模式,即进水、淹没、排水、放空四个阶段周期,模拟海水的自然潮汐规律,周而复始运行;深度脱总氮湿地单元6可设置为若干个湿地填料床602,设计原则,基本与前端的潮汐湿地床匹配设计,并列交替运行,实现间歇进水,连续排水;出水达标后,直接外排到河湖水体8中,或者作为中水回用;深度脱总氮湿地单元6的湿地床出水管606出口处,设置了出水阀门井7,利用多液位排水汇水总管705等结构,用出水电动阀液位控制器704调控深度脱总氮湿地单元6处理后水质及效果,系统可设置为自动运行模式。

其中,上述潮汐流湿地床系统4的运行机理为:

充水阶段中,潮汐流湿地床初期进水时,湿地进水布水管401均匀在湿地床填料404上部表面布水,水流下向流沿潮汐流湿地床纵向垂直、过滤、下渗到其床体底部,污染物被湿地床填料404过滤吸附,含氧空气亦被吸入湿地床填料404中,实现潮汐流湿地床内的氧气供应,部分污染物被湿地床填料404吸附、微生物降解;随着水位的缓慢、逐渐升高至水满,呼吸透气通风拔风管402与湿地床呼吸通风透气网格骨架407中的空气被呼出潮汐流湿地床面,整个湿地床填料404被水淹没,污水、填料、微生物膜在潮汐流湿地床内产生厌氧、缺氧、好氧的生物环境,有机物得以去除;人工湿地对于磷的去除途径主要是,湿地植物吸收,湿地微生物自身合成以及湿地基质的吸附、络合、和沉淀。

淹没阶段中,污水从潮汐流湿地床底部上向流,当水位升高到潮汐流湿地床最高位,污水淹没整个床体,污水在此期间停留时间2-3h;淹没阶段初期,随着水位的不断升高,实现污水在潮汐流湿地床内的上向流二次过滤、吸附、微生物的净化;淹没阶段主要进行污染物的吸附、截留、以及污水在潮汐流湿地床的厌氧-缺氧-好氧生境下的有机物降解去除作用;在淹没水状态下,基质及基质表面附着的微生物膜,首先对污染物进行最大程度的吸附和截留,去除有机物。

排水阶段中,污水经过潮汐流湿地床淹没期的生化处理,达到设计的停留时间后,开启潮汐流湿地床尾端的出水电动阀门501,迅速排空潮汐流湿地床内处理水;随着潮汐流湿地床水位的逐渐下降,在湿地床呼吸通风透气网格骨架407处形成真空虹吸现象,含氧空气随着水体的呼吸透气通风拔风管402被吸入湿地床填料404中,形成吸气状态,迅速进入填料附着的生物膜内,完成生物膜的复氧,生物膜在不断的厌氧、缺氧、好氧生境下,增强对水体氨氮、总磷的去除效果,实现对水体有机物的去除;湿地床在水排空的同时,同步大量的气态氧被吸入潮汐流湿地床基质孔隙,并在很短时间内,迅速传输到微生物膜内部,为微生物膜提供氧气,供硝化细菌将吸附的氨氮转化为硝态氮,进一步转化为氮气排出系统,氨氮得以去除。

放空阶段中,随着水体的排空,大量的富氧空气的进入,潮汐流湿地床处于被空气完全侵润状态,湿地床填料404充分与空气接触,大大的增强了湿地的自然复氧能力,附着在填料表面的生物膜表层形成好氧氧化化层,有机物得以分解,随着氧化层的分解、氧化、生物膜的脱落,生物膜内层兼氧膜显露出来,继续与空气接触,形成氧化层,分解有机物,直至氧化分解脱落;放空期的停留时间为6-9h;至此,完成潮汐流人工湿地运行的一个周期,各池体单元依次类推,周而复始的运行;放空阶段,硝态氮在反硝化菌的作用下,发生了反硝化脱氮反应,氨氮有机物降解的同时将硝态氮转化为氮气排至空气中。

总氮去除过程中,本发明采用硫自养反硝化脱氮技术,利用硫杆菌自养反硝化;硫自养反硝化是指在缺氧或厌氧条件下,某些光能营养型、无机化能营养型的硫氧化细菌,可利用还原态硫(S2-,S0,SO32-,S4O62-,S2O32-等)作为电子供体,以NO3--N为电子受体,同时通过氧化还原态硫获取能量,将NO3--N还原为氮气的过程。

脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans),它能在胞外聚集单质硫,在厌氧条件下以硝酸盐作为电子受体进行生长;脱氮硫杆菌为革兰氏阴性菌,细胞形态为短杆状,长度约0.5×(1.0~3.0)μm,具有内褶结构,端生鞭毛,运动性强,专性自养,兼性厌氧,最适pH值为中性,在8~37℃范围内均能生长,最适生长温度为28~30℃,是中温菌;广泛分布在土壤、淡水、海水、矿山的排水、阴沟污水、含硫温泉以及硫沉积的地方。

脱氮硫杆菌是化能自养型细菌,在氧化硫化物的过程获得能量,并以硝酸盐为电子受体;因此,这是一类在废水同步脱硫反硝化处理工艺中起主要作用的微生物;脱氮硫杆菌能够利用的氮源范围很广,包括氨盐、硝酸盐、亚硝酸盐以及氨基酸等;在厌氧条件下,硝酸盐因作为电子受体而被还原并生成氮气;在硫循环体系中,好氧条件下,脱氮硫杆菌以氧为电子受体氧化还原硫化合物而获得能量;厌氧条件下,脱氮硫杆菌以反硝化反应的方式同时参与硫、氮循环,以硝酸盐中的氧来氧化硫化合物。

脱氮硫杆菌是一种专性自养和兼性厌氧型细菌;在好氧条件下可以将硫单质和硫化物氧化为硫酸盐;在厌氧条件下,利用硝酸盐作为电子受体,可以进行自养反硝化。

硫自养反硝化具有两个优势,一是不需要投加有机物作为碳源,节省资源的同时防止二次污染的产生;二是产生的污泥量极少,因此降低到了污泥的处理量和处理费用。

其中,潮汐流湿地床系统4分为两种进水模式:

在夏季时,采用上进水方式,从提升泵站2输入的处理水经过夏季运行进水管从潮汐流湿地床上部均匀布水,此时夏季运行进水管调节阀302打开,冬季运行及反洗运行进水管阀408关闭;上部通过湿地进水布水管401多点均布布水,下向流流经湿地床填料404,进过第一次过滤,上向流流经湿地床填料404,经过第二次过滤。

在冬季时,采用下进水方式,从提升泵站2输入的处理水经过冬季运行及反洗运行进水管,利用湿地床集水渠409作为进水管进水,此时夏季运行进水管调节阀302关闭,冬季运行及反洗运行进水管阀408打开;进水首先上向流流经湿地床填料404,实现第一次过滤,当水满淹没期满时,开启排水阀,处理水经湿地床集水出水渠406排出,排水过程中实现二次过滤。

其中,本发明采用三种形式的结构设计及运行模式,彻底解决传统湿地的填料堵塞问题;第一,采用冬季进水运行模式,利用底部湿地床集水渠409进水,溢流出水,实现对湿地床填料404的反洗,微动力反冲洗使潮汐流湿地床有更强的抗堵塞能力;第二,当夏季运行模式开启一段时间后,可利用冬季进水模式,定期对湿地床填料404进行反冲洗以防止其堵塞;第三,通过呼吸透气通风拔风管402与湿地床呼吸透气网格骨架407联合组成湿地床防堵塞骨架,将潮汐流湿地床分层分割,利用通气管网骨架结构,实现对潮汐流湿地床的供气呼吸、供水反洗,防止填料床的淤积堵塞;二级深度脱总氮湿地单元6的防堵塞设计同于一级潮汐流潜流湿地系统。

其中,本发明的冬季运行保温有两种保温运行方式,第一,在冬季封冻前,对湿地进行高水位运行,随着气温的持续降低,直至冰冻期在湿地表层形成冰盖层,利用冰盖层实现对湿地床的保温;第二,就是将收割后的湿地植物,就地覆盖处理,可起到良好的隔热保温作用,尤其是降雪过后,植物表层覆盖有大量的积雪更有助于提高生态系统的环境温度,可将微生物的代谢活性稳定在较高程度,从而实现湿地冬季稳定运行。

其中,作为一种本发明多模式运行的具体实施方案为,本发明采用的工艺是“预处理+表流湿地+潮汐流潜流湿地(两级)+排水形式”,其中,潮汐流潜流湿地两级为,一级潮汐流潜流湿地系统4和二级深度脱总氮湿地单元6,两级湿地单元串联运行。

具体工艺设计形式如下:

1、当潮汐流湿地设置为单套时,潮汐流人工湿地系统运行,采用进水、淹没、排水、放空四个阶段周期循环运行,深度处理部分与前段设计相同。

2、当潮汐流湿地设置为若干个湿地床时,采用并列交替运行模式,实现间歇进水,瞬时排水。

3、潮汐流潜流湿地采用并列交替运行时,举例说明,如附图2所示,如潮汐流湿地床单元格设置为1#、2#、3#、4#、5#、6#、共6格为一组,单组运行时间按照12h运行一次,一昼夜24h运行两次;设定运行时间为,潮汐流潜流湿地进水期4h、淹没期2h、排水期1h、放空期5h。

开启方式为,见下表:

第二组:7#、8#、9#、10#、11#、12#,运行时间按照12h运行一次,一昼夜24h运行两次;设定运行时间为,潮汐流潜流湿地进水期4h、淹没期2h、排水期1h、放空期5h;开启方式1#与7#、2#与8#、3#与9#、4#与10#、5#与11#、6#与12#对应相同。

两组并列运行,即为,1#、7#湿地单元进水阀门在0点同时启动,其他进水阀门和出水阀门关闭状态;按照设定的进水时间,依次2#、8#湿地单元进水阀门启动、3#、9#湿地单元进水阀门启动、4#、10#湿地单元进水阀门启动、5#、11#湿地单元进水阀门启动、6#、12#湿地单元进水阀门启动;依次周而复始,自动运行。

以1#湿地单元为例,0点时,进水阀门启动、当运行到4点时湿地床水满,进水期间湿地床为兼氧环境,1#、7#湿地单元进水阀门关闭,开始进入淹没期,淹没期为厌氧环境,当时间运行到6点整时,排水阀门打开,开始快速排水,排水期为缺氧环境,排水到7点,关闭排水阀门,湿地床开始放空,放空期间为好氧环境;到12点,开启湿地单元进水阀,进入第二个流程循环,即12点进水,16点停止进水,进入淹没期,当时间运行到18点整时,排水阀门打开,开始快速排水,到19点,关闭排水阀门,湿地床开始放空;到0点,开启湿地单元进水阀,进入第二个流程循环,整个流程是在厌氧、缺氧、好氧的环境下运行,强化了氨氮、COD、总磷的去除效率,有机物得以去除。

4、深度脱总氮湿地单元6运行,单元设置可根据实际水量设置为前段潮汐流湿地床3个单元格一组,配置一个湿地填料床602一个单元格形式。

深度脱总氮湿地单元6和前述的潮汐流潜流湿地系统4一样,采用并列交替运行时,举例说明,如潮汐流湿地床设置为1#、2#、3#、4#、5#、6#、共6格为一组,设置湿地填料床602两格,-1#、-2#为一组,其中:1#、2#、3#潮汐流湿地床对应-1#湿地填料床602;4#、5#、6#潮汐流湿地床对应-2#湿地填料床602;两组并联运行,单组运行时间按照12h运行一次,一昼夜24h运行两次;设定运行时间24小时内,共为6个运行时段。每个运行时段4小时,进水期1h、静置期1h、排水期1h、放空期1h。

具体的运行方式为,见下表:

具体的,以-1#深度脱总氮湿地运行为例,前段1#湿地床排水时间为上午的6点开始,7点结束,那么,对应的后端深度多氮湿地-1#的第一个进水时段,也为6-7点,进水时间为1h;静置反应时间为7-8点,1h;排水复氧时间为8-9点,1h;放空复氧时间为9-10点,1h;自此,第一个运行时段完成。

第二个进水时段,从前段2#湿地床排水10-11点开始,进水时间为1h;静置反应时间为11-12点,1h;排水复氧时间为12-13点,1h;放空复氧时间为13-14点,1h;自此,第二个运行时段完成。

第三个进水时段,从前段3#湿地床排水14-15点开始,进水时间为1h;静置反应时间为15-16点,1h;排水复氧时间为16-17点,1h;放空复氧时间为17-18点,1h;自此,第三个运行时段完成。

第四个进水时段,从前段1#湿地床排水18-19点开始,进水时间为1h;静置反应时间为19-20点,1h;排水复氧时间为20-21点,1h;放空复氧时间为21-22点,1h;自此,第四个运行时段完成。

第五个进水时段,从前段2#湿地床排水22-23点开始,进水时间为1h;静置反应时间为23-0点,1h;排水复氧时间为0-1点,1h;放空复氧时间为1-2点,1h;自此,第五个运行时段完成。

第六个进水时段,从前段3#湿地床排水2-3点开始,进水时间为1h;静置反应时间为3-4点,1h;排水复氧时间为4-5点,1h;放空复氧时间为5-6点,1h;自此,第六个运行时段完成。

同理,-2#湿地运行模式和-1#湿地运行等同;至此,第一组潮汐流湿地床整个工艺流程运行完毕。

出水电动阀可根据实际运行水质工况,调整切换出水电动阀702中的①、②、③阀门。

第二组:7#、8#、9#、10#、11#、12#,和第一组的运行模式完全相同,本文不在赘述

其中,具体实施方式为:

实施例一

采用本发明多模式呼吸型潮汐流人工湿地系统运行方式一,在城镇生活污水处理厂尾水提标改造中,采用6个单元为一组潮汐流湿地床交替并联系统,共设置两组并联运行,为一级湿地,两组总共12个单元格、二级湿地设置为四个深度脱氮单元,其中以第一级湿地的1#、2#、3#为第一深度处理单元;4#、5#、6#为第二深度处理单元;7#、8#、9#为第三深度处理单元;10#、11#、12#为第四深度处理单元。

按照上表依次开启1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#进水阀门,按照上述分组,出水分别排入相应的深度处理单元(-1#、-2#、-3#、-4#),深度净化后排放。

生活污水处理厂日均污水量为10万m

经处理后,二级湿地总排放口出水COD为11~20mg/L,BOD为2~6mg/L,NH3-N为0.2~0.8mg/L,TN为1~2mg/L,出水达到地表水环境三类值以下,处理效果显著,为污水处理厂水质升级,起到了应用示范作用。

实施例二,

采用本发明多模式呼吸型潮汐流人工湿地系统运行方式二,在河道黑臭水体治理中的应用,采用本发明中第一个运行模式,即先表流湿地、潜流湿地,深度脱氮湿地,出水水质要求达到地表水三类标准,出水返回到下游河段。

具体的,在河道的旁侧建设湿地系统,引入河道水量为5万m

处理工艺设计6个单元潜流湿地床为一组潮汐流湿地床交替并联系统,共设置两组并联运行,为一级湿地,两组总共12个单元格。二级湿地设置为四个深度脱氮单元,其中以第一级湿地的1#、2#、3#为第一深度处理单元;4#、5#、6#为第二深度处理单元;7#、8#、9#为第三深度处理单元;10#、11#、12#为第四深度处理单元;四个单元出水汇总返回河道下游,河道水质得到大幅提升。

按照上表依次开启1#、2#、3#、4#、5#、6#、7#、8#、9#、10#、11#、12#进水阀门,按照上述分组,出水分别排入相应的深度处理单元(-1#、-2#、-3#、-4#),深度净化后排放。

河道引入水量为5万m

技术分类

06120115626664