一种用于污泥处理的垂直潜流式人工湿地装置及方法

技术领域

本发明涉及环境保护中的污水处理技术，具体为一种用于污泥处理的垂直潜流式人工湿地装置及方法。

背景技术

随着我国污水处理能力的快速提高，污水处理厂产生的污泥量也同步大幅度增加。而这些污泥中有大约80％没有得到妥善处理，造成的污染与再污染问题引起了社会的持续关注，污泥处理处置市场必将步入快速发展阶段。按照“绿色、环保、循环、低碳”的污泥处置要求，因地制宜地开发和选择合适的技术就显得尤为重要。传统的污泥堆肥技术存在高成本和对农用安全的担忧，消化技术存在运行费用高的缺点，新兴的焚烧技术投资高、技术复杂，而我国普遍采取的污泥填埋受到越来越严格的限制。因此，污泥处理需要对技术、经济和环境因素综合考虑。

污泥中含有丰富的有机物和氮磷钾等营养元素以及植物生长所必需的各种微量元素如钙、镁、铜、铁等，又可促进湿地植物的生长,湿地植物在生长过程中又促发污泥的稳定和无害化。经稳定和无害化的污泥,作为肥料使用能够改良土壤结构、增加土壤肥力、促进植物的生长，有望解决当今滥施无机化肥造成的土壤肥力下降和用地和养地的矛盾。现有的湿地污泥处理过程中普遍面临以下问题：1、冬季温度较低，污泥干化程度满；2、植物易枯死导致整体系统容易被破坏，传统污水处理装置处理效率低；3、传统污水处理工艺的污泥直接填埋造成环境污染。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种用于污泥处理的垂直潜流式人工湿地装置。此装置采用空气加热器连接通体管，通体管连接处理池，空气经过空气加热器处理后加速了污泥的干化处理，同时减少冬季的湿地植物枯死现象，维持池内生态稳定。

本发明的另一目的是提供一种用于污泥处理的方法。此方法操作简单，节省能源能耗，处理效益高。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于污泥处理的垂直潜流式人工湿地装置，包括空气加热器、通体管、处理池、收集管和湿地植物，所述空气加热器通过通体管与处理池连接，所述处理池的上方设有污泥管，所述处理池内设有过滤层，所述过滤层包括植物碳源填层、粗砂填层、细沙填层、沸石填层、陶粒生物滤料填层和碎石填层，所述植物碳源填层、粗砂填层、细沙填层、沸石填层、陶粒生物滤料填层和碎石填层自上而下依次铺设，所述收集管设置于处理池的底部，所述收集管的排水口伸出处理池外，所述湿地植物种植于处理池中的待处理污泥；

所述通体管包括第一通体管和第二通体管，所述第一通体管的一端与空气加热器连接，所述第一通体管的另一端与第二通体管的下端连接，所述第一通体管设置于处理池中，且位于湿地植物的下方，所述第二通体管的上端伸出处理池的待处理污泥。

优选的，所述空气加热机构包括太阳能集热器、加热器、冷风管、热风管、预热器和鼓风机，所述太阳能集热器与加热器连接，所述太阳能集热器的进风口通过冷风管与加热器的一端连接，所述加热器的另一端与热风管连接，所述热风管通过预热器与鼓风机连接，所述鼓风机与第一通体管连接。

优选的，所述太阳能集热器设有拨片。

优选的，所述第一通体管的数量为5～20根，所述第一通体管之间相互平行且水平铺设于处理池内，所述第二通体管的下端与第一通体管连接，所述第二通体管的上端伸出待处理污泥且与处理池的池壁平行。

优选的，所述收集管的管壁设有孔洞。

优选的，所述收集管的一端伸出处理池的池壁且向下倾斜的坡度为0.5～1.5％。

一种用于污泥处理的方法，包括以下步骤：

步骤S1、将污泥泵入处理池中，污泥经过4～7天的沉淀后形成第一泥饼层，将湿地植物移栽到处理池内；

步骤S2、启动空气加热器，对冷空气进行加热，加热后得到的热空气被送入通体管，对第一泥饼层进行加热，在结合阳光照射、植物蒸腾作用，以对第一层泥饼完成初处理；

步骤S3、待植物生长的高度达到60～80cm，再次注入厚度为45～45cm的污泥，经过处理池过滤处理形成第二泥饼层，调小太阳能加热器的输出功率，太阳能加热器中的蓄电池储存太阳能；

步骤S4、第一泥饼层和第二泥饼层经过45～50天的处理后，污泥中的渗滤液渗透至碎石填层流入收集管，收集管收集渗滤液排放至自然水体，铲除第一层泥饼层和第二泥饼层。

优选的，在步骤S1中，泵入污泥的厚度为25～35cm，湿地植物栽植密度为4～8株/㎡，栽植深度不超过粗砂填层。

优选的，在步骤4中，在收集管的管体外壁被包裹一层厚度为10～30cm的碎石层，此碎石层中的碎石的直径为4～6cm。

优选的，所述的湿地植物为黄菖蒲或蒲苇与芦苇。

本发明相对现有技术具有以下优点及有益效果：

1、本发明用于污泥处理的垂直潜流式人工湿地装置，此装置采用空气加热机构连接通体管，通体管与处理池连接，冷空气经过空气加热机构加热处理后通过通体管输送至处理池内，加速了污泥的干化处理，同时减少冬季的湿地植物枯死现象，污泥中的污水经过处理池处理后流入收集管，收集管排出后再次利用。

2、本发明用于污泥处理的垂直潜流式人工湿地装置，此装置采用空气加热机构有效利用光能清洁能源加热空气，加热后的空气通过通体管输送到处理池，加速污泥净化效率，维持池内生态稳定，且拥有较长的使用年限，对环境治理效果显著，且节约能源无污染。

3、本发明用于污泥处理的垂直潜流式人工湿地装置，此装置采用过滤层处理水泥，此过滤层从上至下的微生物的分解反应由好氧至厌氧的转化，增加了污泥中的总氮处理效率，过滤层中的植物碳源层为微生物的分解提供充足的能源，以及有效催化微生物的加快反应，过滤层中的沸石填层、陶粒生物滤料填层和碎石填层吸附污水进行吸附，除去污水中大量的氮磷排放于沟渠。

4、本发明用于污泥处理的垂直潜流式人工湿地装置，此装置采用沸石填层、陶粒生物滤料填层和碎石填层建造成本低，对于活性污泥的处理效果较好，同时种植湿地植物可作为经济作物，适用于农村污水剩余污泥的大面积处理，处理效益高。

5、本发明用于污泥处理的方法，此方法操作简单，采用分批次处理污泥周期短，效率高无污染，节省能源能耗，处理污泥经济效益好。

附图说明

图1是本发明的一种用于污泥处理的垂直潜流式人工湿地装置的结构示意图。

图2是本发明的一种用于污泥处理的垂直潜流式人工湿地装置的处理池俯视图。

其中，1为太阳能集热器，2为处理池，3为污泥管，4为进风口，5为通体管，501为第一通体管，502为第二通体管，6为鼓风机，7为预热器，8为拨片，9为通风管，901为冷风管，902为热风管，10为加热器，11为收集管，12为碎石填层，13为陶粒生物滤料填层，14为沸石填层，15为细沙填层，16为粗砂填层，17为植物碳源层，18为泥饼层，19为泥水层，20为湿地植物。

具体实施方式

下面接合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。

如图1至2所示，一种用于污泥处理的垂直潜流式人工湿地装置，包括空气加热器、通体管、处理池、收集管和湿地植物，所述空气加热器通过通体管与处理池连接，所述处理池的上方设有污泥管，污泥管的开口端朝向处理池，所述处理池内设有植物碳源填层、粗砂填层、细沙填层、沸石填层、陶粒生物滤料填层和碎石填层，所述植物碳源填层、粗砂填层、细沙填层、沸石填层、陶粒生物滤料填层和碎石填层自上而下依次铺设，所述收集管设置于处理池的底部，所述收集管的排水口伸出处理池外，所述湿地植物种植于处理池中的待处理污泥。污泥在重力作用、蒸散发作用和植物的蒸腾呼吸作用下逐渐干化，污泥中的水份的有机物质一部分被表层植物吸收，污泥中的泥饼层在植物碳源供应充足的情况下微生物反应强烈，处理池的上部形成的好氧，处理池的下部形成厌氧环境，通过硝化反硝化作用对渗滤液中的氮元素有效去除。空气加热器将热空气输送至处理池，加速污泥净化效率，减少冬季的湿地植物枯死现象，维持池内生态稳定，且拥有较长的使用年限，对环境治理效果显著。

所述通体管包括第一通体管和第二通体管，所述第一通体管的一端与空气加热器连接，所述第一通体管的另一端与第二通体管的下端连接，所述第一通体管设置于处理池中，且位于湿地植物的下方，所述第二通体管的上端伸出处理池的待处理污泥。空气经过空气加热器加热处理后输送至通体管，第一通体管位于处理池的中部，第一通体管中的热空气给处理池中的微生物提供热量，微生物的活性增强，加速了污泥的干化处理，处理池的上部受到通体管加热后，减少冬季的湿地植物枯死现象，收集管收集污泥中过滤后的的渗滤液排放至蓄水池，再次利用渗滤液浇灌农作物。

所述空气加热机构包括太阳能集热器、加热器、冷风管、热风管、预热器和鼓风机，所述太阳能集热器与加热器连接，太阳能集热器收集太阳光散发的热量，收集处理后的热量也可以用于加热空气，同时太阳能清洁能源转化为电能，太阳能集热器中还设有蓄电池，用于储存电能，便于在没有太阳光的情况下也能为加热器提供电能。所述太阳能集热器的进风口通过冷风管与加热器的一端连接，冷空气通过冷风管进入加热器内，加热器对冷空气进行加热处理，所述加热器的另一端与热风管连接，加热后的热空气进入到热风管，所述热风管通过预热器与鼓风机连接，热空气进入预热器进行预热，预热器使热空气始终维持一定的温度，预热器的热空气传输至鼓风机，所述鼓风机与第一通体管连接，鼓风机转动施加压力将热空气压入第一通体管。第一通体管和第二通体管内的热空气加热处理池，提高过滤池中溶解氧含量，加强微生物作用，冬季提高植物活性，防止植物枯死导致污泥表面大量腐殖质淤积。此装置采用加热器有效利用光能清洁能源加热空气，空气通过通体管输送到处理池，加速污泥净化效率，减少冬季的湿地植物枯死现象，维持池内生态稳定、无污染，且拥有较长的使用年限，对环境治理效果显著。

所述太阳能集热器设有拨片，拨片用于调节太阳能集热器上的太阳板，拨片依据太阳光的发射角度调整太阳板的被照射角度，增大太阳光的吸收效率，从而增加蓄电池的蓄电能量。

所述第一通体管的数量为5～20根，所述第一通体管之间相互平行且水平铺设于处理池内，所述第二通体管的下端与第一通体管连接，所述第二通体管的上端伸出待处理污泥且与处理池的池壁平行。第一通体管设置于细砂填层和粗砂填层之间，有利于处理池的上部和下部均能接热空气，采用多根第一通体管有利于处理池内的热量分布均衡，使处理池内的微生物活性增强，促进渗滤液中的微生物的杂质吸附，同时也促进湿地植物生长，湿地植物不易被冷空气侵袭，减少湿地植物的死亡率。

所述植物碳源填层为玉米芯、柑橘叶和稻壳的废弃混合物，填层厚度为8～15cm，所述粗砂填层和细沙填层的厚度均为25～35cm。植物吸收污泥中的部分的磷类物质和有机物质，植物碳源层为微生物的活动提供充足的能源，粗砂填层和细砂填层用于过滤渗滤液中的有机物和杂质。所述沸石填层为菱沸石，所述菱沸石的直径为3～6cm，所述菱沸石的厚度为35～45cm，此菱沸石用于软化硬水，吸附渗滤液中的金属离子，吸附渗滤液中的放射性污染物。所述陶粒微生物滤料填层中的颗粒直径为3～5cm，所述陶粒微生物滤料的厚度为55～65cm，此陶粒微生物滤料填层截污能力强，处理出水水质高。所述碎石填层为方解石，所述方解石的直径为4～16cm，所述方解石的厚度为60～100cm。方解石能过滤渗滤液中残留的杂质，还可以吸附渗滤液中的异味物质。此装置采用植物碳源填层、粗砂填层、细沙填层、沸石填层、陶粒生物滤料填层和碎石填层，从上至下的微生物的分解反应由好氧至厌氧的转化对污泥中的总氮得到处理，植物碳源层为微生物的分解提供充足的能源，以及有效催化微生物的加快反应，沸石填层、陶粒生物滤料填层和碎石填层吸附污水进行吸附，除去污水中大量的氮磷排放于沟渠。对于活性污泥的处理效果较好，同时种植湿地植物可作为经济作物，适用于农村污水剩余污泥的大面积处理，处理效益高。

所述收集管的管壁设有孔洞，所述孔洞的直径为3～5mm，此孔洞用于收集渗滤液，渗滤液流入进收集管，通过收集管排入蓄水池，蓄水池利用渗滤用于浇灌，渗透液收集管的一端与处理池的池壁相抵连接，所述渗透液收集管的另一端伸出处理池的池壁且向下倾斜的坡度为0.5～1.5％。采用倾斜坡度的设计，让渗滤液更快的排入蓄水池。

一种用于污泥处理的方法，包括以下步骤：

步骤S1、将污泥泵入处理池中，污泥经过4～7天的沉淀后形成第一泥饼层，剩余的污水进入过滤层形成渗滤液，将湿地植物移栽到处理池内；沉淀过后的第一泥饼层土壤结构紧密，拥有适宜的种植条件，从而避免过快的移栽湿地植物，导致湿地植物无法存活。

步骤S2、启动空气加热器，对冷空气进行加热，加热后得到的热空气被送入通体管，对第一泥饼层进行加热，在结合阳光照射、植物蒸腾作用，以对第一层泥饼完成初处理；热空气经过第一通体管进入第二通体管，增加处理池内的微生物活性，提高微生物处理污水中的杂质，实现污泥的高效干化处理，同时增强湿地植物的抗冻性，避免湿地植物死亡。

步骤S3、待植物生长的高度达到60～80cm，再次注入厚度为45～45cm的污泥，经过处理池过滤处理形成第二泥饼层，调小太阳能加热器的输出功率，太阳能加热器中的蓄电池储存太阳能；湿地植物成长起来后的抗冻性和吸附能力增强，存活率增加，可以一次性处理较厚的污泥，污泥中的渗滤液经过过滤层，渗滤液流入到收集管，经过过滤层处理后，渗滤液达到排放标准，渗滤液排放至蓄水池或者排放到自然水体。

步骤S4、第一泥饼层和第二泥饼层经过45～50天的处理后，污泥中的渗滤液渗透至碎石填层流入收集管，收集管收集渗滤液排放至自然水体，铲除第一层泥饼层和第二泥饼层。第一泥饼层和第二泥饼层经过处理后可达到填埋标准，或者经工厂二次加工制作陶粒生物滤料作为其他污泥处理池填料进行二次运用。

在步骤1中，泵入污泥的厚度为25～35cm，湿地植物栽植密度为4～8株/㎡，根据湿地植物的罐径来分布种植密度，过于紧密导致湿地植物光合作用的面积减少，不利于生长与存货，过于疏松同时会导致湿地植物无法有效的吸附污泥中的金属与杂质，栽植深度不超过粗砂填层，湿地植物的根系埋入粗砂，导致湿地植物没有良好的种植环境而死亡。

在步骤4中，在收集管的管体外壁被包裹一层厚度为10～30cm的碎石层，此碎石层中的碎石的直径为4～6cm。此碎石为方解石，方解石可以过滤渗滤液中剩余部分的杂质和异味物质。细小的方解石形成多个孔洞，减小渗滤液的流速，从而渗滤液中的杂质获得更多分解时间，经过处理后的水流入收集管也符合再次使用的水质标准。

所述的湿地植物为黄菖蒲或蒲苇/芦苇。此黄菖蒲或蒲苇/芦苇价格便宜但是吸附重金属的能力强，适应环境的能力显著，比较经济实用。

采用上述的处理方法。操作简单，分批次处理污泥周期短和效率高，且无污染，节省能源能耗，处理污泥的经济效益好。

上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。