專利名稱：生活污水垂直流－水平流復(fù)合人工濕地處理床的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及污水處理裝置。
技術(shù)背景生活污水人工濕地處理床主要有垂直流人工濕地處理床和水平流人工濕地處理床兩種。垂直流人工濕地床體高100cm以上，通常采用較細(xì)的基質(zhì)如砂等作為滲濾介質(zhì)，污水在自表層向下的垂直滲濾過程中得到處理，其所采用的植物大多數(shù)為蘆葦、風(fēng)車草、香根草、再力草、莎草和美人蕉等。水平潛流人工濕地床體高約60～80cm，采用較粗基質(zhì)如礫石作為處理介質(zhì)，污水在人工濕地的地表下呈水平流動(dòng)，并在基質(zhì)層中種植有泌氧能力的大型挺水植物如蘆葦、香蒲、水蔥、鳶尾和菖蒲等，利用水生植物的泌氧能力為人工濕地基質(zhì)上的生物膜分解污水中的有機(jī)物質(zhì)提供氧氣。存在的不足之處有(1)水平流人工濕地處理床存在好氧條件不足等缺點(diǎn)，它雖能很好地去除SS，并且也能去除一些BOD。但是，它通常對(duì)氨氮的去除效果不好。由于它不能完成大部分廢水的硝化過程，即使其具有較強(qiáng)的反硝化作用能力，因而也不能獨(dú)立完成廢水的硝化和反硝化兩個(gè)處理過程，以達(dá)到廢水脫氮處理的目的。(2)垂直流人工濕地處理床對(duì)廢水中耗氧有機(jī)物的處理能力和硝化能力較強(qiáng)，它比水平流人工濕地處理床具有更好的好氧條件，且對(duì)廢水中BOD5和COD的去除效果都較好，但對(duì)SS的去除效果較水平流人工濕地處理床差；雖然它對(duì)廢水的硝化處理能力很強(qiáng)，但是其反硝化作用能力也較水平流人工濕地處理床差，因而也不能單獨(dú)完成廢水的硝化和反硝化兩個(gè)處理過程，以達(dá)到廢水脫氮處理的目的。(3)垂直流和水平流兩種人工濕地處理床對(duì)城市污水中磷的去除能力都較差(＜30-40％)，而且現(xiàn)行廣泛采用的砂、礫石等基質(zhì)對(duì)磷的吸附飽和使用壽命都較短，一般為2～3年；即使將水平流人工濕地處理床與垂直流人工濕地處理床串聯(lián)起來組成復(fù)合系統(tǒng)，如仍采用砂、礫石基質(zhì)，其對(duì)磷的去除率仍小于60％。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是①將兩種人工濕地處理床按垂直流與水平流的順序串聯(lián)組成復(fù)合人工濕地處理床，充分利用垂直流人工濕地處理床完成對(duì)耗氧有機(jī)物和懸浮物的大部分去除和對(duì)生活污水的完全硝化，并利用水平流人工濕地處理床完成對(duì)SS、COD和BOD5的徹底去除，并通過反硝化作用完成對(duì)氮的大部分去除；②將一小部分未經(jīng)處理的污水直接進(jìn)入水平流人工濕地處理床首端，在水平流人工濕地處理床的缺氧條件下，利用生活污水中的有機(jī)物作為碳源完成反硝化脫氮過程；③在垂直流人工濕地處理床和水平流人工濕地處理床中分別采用高磷吸附能力基質(zhì)，以達(dá)到較高的總磷去除率和較長(zhǎng)的基質(zhì)使用壽命等目的。
生活污水垂直流-水平流復(fù)合人工濕地處理床是將垂直流人工濕地處理床和水平流人工濕地處理床串聯(lián)起來，垂直流人工濕地處理床在前，水平流人工濕地處理床在后。生活污水首先經(jīng)垂直流人工濕地處理床的床體處理后，去除部分SS、COD、BOD5并進(jìn)行硝化作用；接著通過集水池的靜水壓力向地勢(shì)稍低的水平流人工濕地處理床自流布水，利用水平流人工濕地處理床完成對(duì)有機(jī)物的徹底去除，并通過反硝化作用完成對(duì)氮的去除，并使部分未經(jīng)處理的污水直接進(jìn)入水平流人工濕地處理床前端以補(bǔ)充碳源，提高水平流對(duì)氮的去除效果。在垂直流人工濕地處理床和水平流人工濕地處理床中填充高磷吸附基質(zhì)，并在垂直流人工濕地處理床上種植陸生花卉和鮮切花卉，在水平流人工濕地處理床的覆蓋層上種植蔬菜。
生活污水垂直流—水平流復(fù)合人工濕地除磷方法是利用上述脫氮方法的工藝流程，在脫氮的同時(shí)完成對(duì)廢水中磷的去除。具體方法是首先，在垂直流人工濕地中填充對(duì)磷具有很強(qiáng)固定能力的基質(zhì)高爐渣，并種植美人蕉、月季和玫瑰，利用高爐渣基質(zhì)和花卉植物去除廢水中大部分磷；在水平流人工濕地中填充對(duì)磷有較強(qiáng)固定能力的基質(zhì)如大理石或石灰石和煤渣等，并種植蔬菜如西洋菜、蕹(通)菜、韭菜、生菜、黃瓜、西紅柿(櫻桃番茄)、慈姑和茭白等，利用基質(zhì)和蔬菜去除廢水中一部分磷。
現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作說明


圖1為生活污水垂直流—水平流復(fù)合人工濕地處理床結(jié)構(gòu)圖。
圖2為生活污水垂直流—水平流復(fù)合人工濕地處理床垂直流床結(jié)構(gòu)圖。
圖3為生活污水垂直流—水平流復(fù)合人工濕地處理床水平流床結(jié)構(gòu)圖。
圖中1-格柵、2-沉淀池、3-污水管、4-布水主管、5-布水支管、6-高磷吸附基質(zhì)層、7-礫石墊層、8-污水排水管、9-集水池、10-污水排水管、11-污水進(jìn)水管、12-礫石配水區(qū)、13-煤渣基質(zhì)區(qū)、14-高爐渣覆蓋層、15-礫石集水區(qū)、16- 排水管、17-清水池、18-污水進(jìn)水管。
生活污水垂直流—水平流復(fù)合人工濕地處理床由垂直流人工濕地處理床、集水池和水平流人工濕地處理床、清水池組成，按垂直流人工濕地處理床在前，水平流人工濕地處理床在后的順序串聯(lián)起來組成生活污水垂直流—水平流復(fù)合人工濕地處理床，垂直流人工濕地處理床與水平流人工處理床之間設(shè)有集水池，水平流人工濕地處理床后面設(shè)有清水池，各池間用管道連接。垂直流人工濕地處理床與清水池及水平流人工濕地處理床要有一定的落差，清水池除有管導(dǎo)與垂直流人工濕地處理床及水平流人工濕地處理床連接外，還有導(dǎo)管與污水管連接。
垂直流人工濕地處理床由床體和布水管組成，床體的床壁和底部用不滲漏材料做成，如果建造在地面上，床壁為水泥抹面的磚結(jié)構(gòu)，底部為混凝土結(jié)構(gòu)。床體從下而上分布為礫石墊層7和高磷吸附基質(zhì)層6。床體高度90cm以上，礫石墊層7厚度10～15cm，由下而上分布粒徑約4cm的石灰石和粒徑約1cm的石灰石；高磷吸附基質(zhì)層厚度為70～80cm，高磷吸附基質(zhì)層放置高爐渣，高爐渣粒徑為0.25mm～5mm。布水管分布在高磷吸附基質(zhì)的表面，采用表面布水以防阻塞。在垂直流床體中種植耐低溶解氧的花卉如玫瑰、康乃馨、劍蘭、非洲菊、百合花、茳花、美人蕉等。
布水管分布在高磷吸附基質(zhì)的表面，布水管由布水主管4和多條布水支管5組成，布水主管4分布在高磷吸附基層的中間，其長(zhǎng)度與床體長(zhǎng)度相當(dāng)，其中一端密封，另一端與污水進(jìn)水管3相連接，布水支管5固定連接在布水主管的兩旁，另一端密封，其長(zhǎng)度為床體寬度的一半，布水支管向下部位開有小孔。
垂直流人工濕地處理床的床底具有一定的排水坡度便于排水，在排水口上安裝排水管8，在排水管8上設(shè)有閥門，以控制處理出水的排水速度。在垂直流人工濕地處理床床體的出水口一端建造與床體連接成一體的集水池9，經(jīng)垂直流人工濕地處理床處理的污水通過排水管8排放到集水池9，排水管8的排水口與進(jìn)水管11的進(jìn)水口要有落差。集水池9底部設(shè)有排水管10，排水管8和排水管10上設(shè)有閥門，以控制排水速度。另從污水進(jìn)水管3接一支管18至集水池9，使一部分污水直接進(jìn)入水平流補(bǔ)充碳源。
生活污水垂直流—水平流復(fù)合人工濕地處理床中的水平流人工濕地處理床床體的床壁和底部用不滲漏材料做成，如果建造在地面上其床壁為水泥抹面的磚結(jié)構(gòu)，底部為混凝土結(jié)構(gòu)。
水平流人工濕地處理床床體從污水的進(jìn)口到污水的出口依次設(shè)置礫石配水區(qū)12，煤渣基質(zhì)區(qū)13，礫石集水區(qū)15，床體上部設(shè)有進(jìn)水管11，底部設(shè) 字型排水管16。礫石配水區(qū)12和礫石集水區(qū)15各占床體總長(zhǎng)度的20％以下。煤渣基質(zhì)區(qū)13占床體總長(zhǎng)度的60％以上。礫石配水區(qū)12和礫石集水區(qū)15填充破碎的大理石或石灰石，粒徑為3～5cm。煤渣基質(zhì)區(qū)13填充煤渣。礫石配水區(qū)、礫石集水區(qū)和煤渣基質(zhì)區(qū)的填料填充厚度為70～80cm，在填料上面填充高爐渣作為高爐渣覆蓋層14，高爐渣覆蓋層厚度為10～15cm，水平流人工濕地處理床床體高度為90cm以上。在高爐渣覆蓋層上種植西洋菜、通菜、韭菜、生菜、黃瓜、西紅柿(櫻桃番茄)、慈姑、茭白等蔬菜。在高爐渣覆蓋層以下，設(shè)置進(jìn)水管11，進(jìn)水管11與集水池的污水排水管10相連接。在水平流人工濕地處理床床體的出水口一端建造清水池17，經(jīng)床體處理的污水通過 字形排水管16排放到清水池17， 字形排水管16上設(shè)有閥門，以控制排水速度。
清水池17是收集水平流人工濕地處理床處理出水的砂井，其壁和底部為不滲漏材料做成，如果建造在地面上，其壁為水泥抹面的磚結(jié)構(gòu)，底為混凝土結(jié)構(gòu)。為了降低處理池2的建造成本，三個(gè)垂直流人工濕地處理床并聯(lián)與一個(gè)集水池串聯(lián)，三個(gè)水平流人工濕地處理床并聯(lián)。每個(gè)垂直流人工濕地處理床都裝有閥門的排水管與集水池接通，集水池底設(shè)有排水管與三個(gè)水平流人工濕地處理床接通，每個(gè)水平流人工濕地處理床都裝有閥門的排水管與清水池接通。
本實(shí)用新型是這樣實(shí)現(xiàn)生活污水首先經(jīng)過格柵1除去污水中的雜物，污水進(jìn)入沉淀池2，由清水泵將沉淀池2污水抽出，沿污水管3進(jìn)入布水主管4和布水支管5進(jìn)入垂直流人工濕地處理床，污水在垂直流人工濕地處理床中向下潛流，經(jīng)過高磷吸附基質(zhì)層6、礫石墊層7，污水經(jīng)過垂直流人工濕地處理床后由于基質(zhì)的吸附作用和植物根系的攝取作用完成對(duì)耗氧有機(jī)物的徹底去除和完全硝化，垂直流人工濕地處理床的污水利用垂直流人工濕地處理床床體與集水池具有落差，污水經(jīng)過排水管8流入集水池，排水管上設(shè)有閥門，控制污水的流量和垂直流人工濕地處理床的儲(chǔ)水量，集水池9的污水利用垂直流人工濕地處理床與水平流人工濕地處理床的落差，流經(jīng)水平流人工濕地處理床的礫石配水區(qū)12，煤渣基質(zhì)區(qū)13和礫石集水區(qū)15。污水經(jīng)過水平流人工濕地處理床后，利用水平流人工濕地處理床中礫石孔隙的過濾作用，去除污水中的SS。污水經(jīng)過水平流人工濕地處理床，利用水平流人工濕地處理床的煤渣基質(zhì)的吸附作用及植物根系攝取作用去除污水中的COD、BOD5和大部分氨氮。水平流人工濕地處理床的污水經(jīng)過排水管16進(jìn)入清水池17，排水管16為 字形，設(shè)在水平流床底部，并設(shè)有閥門，控制污水的排出速度和水平流床的儲(chǔ)水量。另外，使部分未經(jīng)處理的污水直接沿污水進(jìn)水管18進(jìn)入集水池9，然后利用垂直流人工濕地處理床和水平流人工濕地處理床的落差進(jìn)入水平流床，以補(bǔ)充碳源。
發(fā)明創(chuàng)造具有以下優(yōu)點(diǎn)①與單一的水平流人工濕地處理床或垂直流人工濕地處理床系統(tǒng)相比，本實(shí)用新型創(chuàng)造對(duì)生活污水中SS、COD和BOD5的去除效果和處理出水水質(zhì)都優(yōu)于單一水平流或垂直流人工濕地處理床；同時(shí)解決了水平流人工濕地處理床處理生活污水時(shí)好氧處理能力不足等缺點(diǎn)。
②本實(shí)用新型創(chuàng)造利用垂直流人工濕地處理床去除部分SS、COD、BOD5和廢水的完全硝化，利用水平流人工濕地處理床完成COD和BOD5的大部分去除功能以及廢水的反硝化和SS的大部分去除功能；污水經(jīng)垂直流人工濕地處理床硝化后進(jìn)入水平流人工濕地處理床，并使一部分未經(jīng)處理的污水直接進(jìn)入水平流，在水平流人工濕地處理床的缺氧環(huán)境條件下，利用污水和床體積累的有機(jī)質(zhì)作為碳源完成反硝化脫氮作用，同時(shí)增加了水平流人工濕地處理床對(duì)BOD5、COD和氮的去除能力。垂直流—水平流復(fù)合人工濕地處理床不需要回流，從而解決了水平流-垂直流復(fù)合人工濕地處理床的回流問題，降低了動(dòng)力消耗和處理成本。復(fù)合人工濕地處理床對(duì)一般城市生活污水中COD、BOD5和TN的去除率分別達(dá)到80-90％、85-95％、40-50％以上，處理出水中COD、BOD5和SS的濃度分別小于60、20和20mg/L，達(dá)到城市污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)。
③利用垂直流人工濕地處理床填充的高爐渣基質(zhì)完成廢水中大部分磷的去除功能；利用水平流人工濕地處理床中大理石或石灰石以及煤渣等基質(zhì)對(duì)磷的固定作用，完成對(duì)廢水中磷的部分去除功能。同時(shí)利用垂直流和水平流人工濕地處理床中栽種的蔬菜和陸生花卉及鮮切花卉根系的攝取作用去除部分磷，從而可使復(fù)合人工濕地處理床對(duì)化糞池出水中總磷的去除率達(dá)到80～95％以上，處理出水中總磷的濃度小于1mg/L，達(dá)到城市污水處理廠一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，并且本實(shí)用新型創(chuàng)造技術(shù)對(duì)磷的使用壽命達(dá)到8～10年以上。
具體實(shí)施方式
日設(shè)計(jì)處理水量0.9～3.0m3/d。
設(shè)計(jì)參數(shù)格柵采用2cm×2cm鐵絲網(wǎng)，直立于化糞池出水口與地下引水管相接的檢查井中。
沉淀池設(shè)計(jì)尺寸為2.0m×1.8m×2.0m，有效水深1.0m，有效容積3.6m3，磚結(jié)構(gòu)水泥抹面。
垂直流人工濕地處理床設(shè)計(jì)外徑尺寸長(zhǎng)×寬×高為3.35m×3.67m×0.9m，分三格，單池實(shí)用尺寸長(zhǎng)×寬2.9m×1.1m×0.9m。實(shí)際使用面積共12m2。垂直流床墊層直徑為8cm和4cm的石灰石組成，厚10～15cm；高爐渣基質(zhì)層厚75～80cm。集水池的實(shí)用尺寸長(zhǎng)×寬為0.4m×3.37m。集水池收集三塊垂直流床處理出水混合后，通過管道、閥門借助靜水壓力向三塊水平流床自流配水。
水平流人工濕地處理床設(shè)計(jì)內(nèi)徑尺寸長(zhǎng)×寬×高為2.7m×3.37m×0.9m的矩形池一個(gè)。水平流床又分為三個(gè)池并聯(lián)運(yùn)行，單池實(shí)用的尺寸長(zhǎng)×寬×高為2.7m×1.1×0.9m。水平流床分礫石配水區(qū)、基質(zhì)區(qū)和礫石集水區(qū)，各占床體長(zhǎng)度的1/5、3/5、1/5，分別填充的是石灰石或大理石、煤渣、石灰石或大理石。其上覆蓋一層厚10cm的高爐渣。
運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行方式從2004年3月開始試運(yùn)行，采用的HRT為1、2和3天。在3塊垂直流床上，第1塊(VF1)為不種植物的對(duì)照，第2塊(VF2)種植玫瑰，第3塊(VF3)種植美人蕉。在3塊水平流床上，第1塊(HF1)為不種植物的對(duì)照，第2塊(HF2)種植通菜，第3塊(HF3)種植西洋菜。
處理效果(mg/L，％)如表1、表2、表3和表4所示。
表1為生活污水經(jīng)垂直流—水平流復(fù)合人工濕地處理床脫氮除磷處理后，污水中的COD濃度變化情況；表2為生活污水經(jīng)垂直流—水平流復(fù)合人工濕地處理床脫氮除磷處理后，污水中的BOD5濃度變化情況；表3為城市污水經(jīng)復(fù)合人工濕地處理床脫氮除磷處理后，污水中的TN濃度變化情況；
表4為城市污水經(jīng)垂直流—水平流復(fù)合人工濕地處理床脫氮除磷處理后，污水中的TP濃度變化情況。
COD濃度變化情況

表1
BOD5濃度變化情況

表2
TN濃度變化情況

表3
TP濃度變化情況

表權(quán)利要求1.生活污水垂直流—水平流復(fù)合人工濕地處理床，含有垂直流人工濕地處理床和水平流人工濕地處理床；其特征在于按垂直流人工濕地處理床在前，水平流人工濕地處理床在后的順序串聯(lián)起來組成生活污水垂直流—水平流復(fù)合人工濕地處理床；在垂直流人工濕地處理床與水平流人工濕地處理床間設(shè)有集水池，水平流人工濕地處理床后面設(shè)有清水池，垂直流人工濕地處理床的床體內(nèi)自下而上設(shè)有礫石墊層(7)，高磷吸附基質(zhì)層(6)，礫石墊層(7)內(nèi)由下而上放置粒徑為4-1cm石灰石，高磷吸附基質(zhì)層(6)放置粒徑為0.25-5mm高爐渣，高磷吸附基質(zhì)層表面設(shè)布水管，布水管由布水主管(4)和多條布水支管(5)組成，布水支管(5)固定在布水主管(4)上，布水支管(5)向下部位開有小孔，布水主管(4)與污水管(3)連接；布水主管(4)上設(shè)有閥門，垂直流人工濕地處理床底部設(shè)有污水排水管(8)，集水池(9)建造在垂直流人工濕地處理床的床體出水口一端，污水排水管(8)安裝在集水池(9)的上方，集水池(9)底部設(shè)有污水排水管(10)，集水池(9)上還有一導(dǎo)管與污水管(3)連接，水平流人工濕地處理床從污水的進(jìn)口到污水的出口依次設(shè)置礫石配水區(qū)(12)，煤渣基質(zhì)區(qū)(13)，礫石集水區(qū)(15)，礫石配水區(qū)(12)和礫石集水區(qū)(15)填放粒徑為3-5cm大理石或石灰石，煤渣基質(zhì)層區(qū)(13)填放煤渣，在礫石配水區(qū)(12)、礫石集水區(qū)(15)、煤渣基質(zhì)區(qū)(13)上面填放高爐渣作為高爐渣覆蓋層(14)，床體底部設(shè) 字形排水管(16)，污水排水管(10)的排水口設(shè)在高爐渣覆蓋層中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的生活污水垂直流—水平流復(fù)合人工濕地處理床，其特征在于垂直流人工濕地處理床床體高度為90cm以上，礫石墊層厚度為10-15cm，高磷吸附基質(zhì)層為70-80cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的生活污水垂直流—水平流復(fù)合人工濕地處理床，其特征在于所說水平流人工濕地處理床床體的礫石配水區(qū)(12)和礫石集水區(qū)(15)各占床體總長(zhǎng)度的20％以下，煤渣基質(zhì)區(qū)(13)占床體總長(zhǎng)度占床體總長(zhǎng)度的60％以上。
專利摘要生活污水垂直流－水平流復(fù)合人工濕地處理床涉及污水處理裝置。利用垂直流人工濕地處理床與水平流人工濕地處理床串聯(lián)組成復(fù)合系統(tǒng)處理生活污水，垂直流人工濕地處理床采用干濕交替方式運(yùn)行，水平流人工濕地處理床采用連續(xù)運(yùn)行方式，部分未經(jīng)處理的污水直接進(jìn)入水平流人工濕地處理床補(bǔ)充碳源，提高水平流人工濕地處理床對(duì)氮的去除效果。垂直流人工濕地處理床填充富含鐵、鈣、硅和鋁等氧化物的高爐渣，水平流人工濕地處理床填充富含鈣的大理石或石灰石和煤渣。垂直流人工濕地處理床的覆蓋層上栽種的花卉為陸生花卉為美人蕉、月季和鮮切花卉——玫瑰、非洲菊，水平流人工濕地處理床的覆蓋層上栽種西洋菜、蕹(通)菜、韭菜、生菜、黃瓜、西紅柿(櫻桃番茄)、慈姑和茭白。
文檔編號(hào)C02F3/32GK2717942SQ20042004649
公開日2005年8月17日 申請(qǐng)日期2004年6月2日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月2日
發(fā)明者崔理華, 朱夕珍 申請(qǐng)人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)