[发明专利]一种复合式深层人工湿地系统及运行方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于水源水原位净化的复合式深层人工湿地系统及运行方法。属于给水处理技术领域。

背景技术

人工湿地是水环境治理中一种典型的原位生态修复技术，水源水中的污染物在人工湿地中主要是通过基质-植物-微生物三者协同作用而去除。基质通过吸附、沉淀、过滤等物理、化学作用去除水体污染物，同时为微生物附着和水生植物生长提供适宜条件。水生植物通过吸附与同化作用吸收去除水体污染物。硝化细菌与反硝化细菌等微生物通过硝化-反硝化作用去除水体氮素污染物。传统的水平潜流人工湿地的床体一般高60-100cm，原水(水源水)通过水平推流方式在人工湿地系统中得到处理，该水平潜流人工湿地系统能够承受较大的水力负荷和污染负荷，可实现氮、磷、悬浮物、有机物、大肠杆菌和重金属等多种污染物的去除。与物理、化学及其他生物处理工艺相比较，人工湿地技术具有出水水质稳定、基建和运行费用低、维护管理方便、耐冲击负荷强等生产性优势。同时因水生植物的设置而具有美学价值，改善了城市水处理环境。因此，人工湿地技术具有较为广阔的发展空间。

虽然人工湿地凭借以上优势不断地应用于水环境修复，但人工湿地存在的应用局限阻碍了其进一步发展，主要表现在：(1)低温问题：冬季水生植物枯萎，根系的作用大打折扣，对污染物质的吸附作用和输送氧气能力大大降低，同时，低温会影响系统内硝化细菌、反硝化细菌等功能菌的活性，从而降低系统对污染物质的去除效率。(2)溶解氧问题：由于人工湿地系统对于氮素的转化与去除依靠硝化作用进行，而溶解氧是影响硝化强度的重要控制因素，水平潜流人工湿地由于缺少大气复氧作用，冬季植物萎缩致使根系泌氧作用减弱后，系统内溶解氧不足，致使生物脱氮效果降低。(3)堵塞问题：由于传统人工湿地系统进行人工排泥的可能性较小，系统运行过程中不断出现悬浮物质的堆积，使得系统孔隙率逐渐降低。针对人工湿地在水处理应用中存在的问题，研究人员提出相应的改进措施：中国专利《潮汐流一水平潜流组合人工湿地强化脱氮的方法及其系统》(申请号：201210487252.2)针对系统易堵塞及溶解氧不足的问题，设置潮汐流与水平潜流的组合工艺。此方法利用水平潜流人工湿地长时间所处的缺氧状态，利于反硝化作用的进行。另一方面，利用潮汐流人工湿地系统较好的氧环境提高系统硝化强度。通过两者的结合，强化组合人工湿地系统的脱氮效能。中国专利《上向流曝气生物滤池一水平潜流人工湿地组合中水处理系统》(申请号：201310005326.9)将曝气生物滤池与水平潜流式人工湿地进行组合，提高水平潜流湿地的溶解氧水平，提高系统脱氮效能，降低小规模中水回用成本。但现阶段应用的复合式人工湿地仅仅是传统的表面流人工湿地、水平潜流式人工湿地、垂直流人工湿地的平面串联应用，仍然存在着占地面积较大、易堵塞及由于冬季低温、溶解氧不足和功能分析不明确等运行与设计缺陷导致的冬季处理效率较低等问题。

发明内容

本发明的目的是设计一种占地面积较小、功能分区明确，从而能提高出水处理效果和抗击环境变化的能力的复合式深层人工湿地处理系统，以及运行方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术措施是开发纵向空间，将表面流人工湿地、双向垂直流人工湿地及水平潜流式人工湿地进行纵向结合，节省了湿地系统占地面积。

为实现以上效果，本发明的系统由表面流反应区，下向垂直流反应区，水平潜流反应区，上向垂直流反应区和出水区5个区组成，表面流反应区自上而下由种植了水生植物的沙土和粘土构成，作为隔水层的粘土下面是水平潜流反应区，水平潜流反应区内设有大粒径石英砂，表面流反应区和水平潜流反应区的一侧通过溢流堰板设有下向垂直流反应区，下向垂直流反应区内部装填砾石，其底部设有排泥阀的；水平潜流反应区处的溢流堰板上开设穿墙孔，穿墙孔与大粒径石英砂之间装有雨花石，水平潜流反应区的底端通过雨花石设有排泥阀；表面流反应区和水平潜流反应区的另外一侧通过穿孔花墙自下而上设有上向垂直流反应区和出水区，水平潜流反应区处的穿孔花墙上也开设穿墙孔，穿墙孔与水平潜流反应区中大粒径石英砂之间也装填有雨花石，上向垂直流反应区内部装有小粒径石英砂，底部设有排泥阀；出水区内设有V型槽和出水管，将处理合格的原水引出系统流至天然水体；进水穿孔管将待处理原水引入表面流反应区，进行净化处理。

上述的水平潜流反应区中的沙土选用当地表层土，设置厚度为200mm，粘土选用当地紫砂泥，设置厚度为150mm。

上述的下向垂直流反应区中装填的砾石的厚度为650mm、粒径为10～15mm。