專利名稱：土壤柱組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地處理系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種土壤柱組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人工濕地是根據(jù)天然濕地凈化污水的原理，通過(guò)人工建造和監(jiān)督控制來(lái)強(qiáng)化其凈化能力的污水處理技術(shù)。在設(shè)計(jì)和建造人工濕地過(guò)程中，可以在進(jìn)出水方式、流態(tài)、基質(zhì)及植物等方面進(jìn)行選擇和搭配，來(lái)優(yōu)化人工濕地生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學(xué)和生物作用，通過(guò)三個(gè)方面的協(xié)同作用來(lái)去除污水中的污染物，使水質(zhì)得到凈化。根據(jù)濕地中水面位置不同，人工濕地通常分為表面流人工濕地系統(tǒng)和潛流人工濕地系統(tǒng)。表面流人工濕地在內(nèi)部構(gòu)造、生態(tài)結(jié)構(gòu)和外觀上都十分類似于天然濕地，但經(jīng)過(guò)科學(xué)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理和維護(hù)，去污效果優(yōu)于天然濕地系統(tǒng)。表面流人工濕地的水面位于濕地基質(zhì)以上，其水深一般為0. 3^0. 5m。潛流人工濕地的水面位于基質(zhì)層以下，是目前廣泛研究和應(yīng)用的濕地處理系統(tǒng)。根據(jù)潛流人工濕地中的水流狀態(tài)可將其分為水平潛流系統(tǒng)和垂直流系統(tǒng)。人工濕地處理技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于污染水體治理中，在處理工藝方面也日趨成熟，目前這方面已有大量專利申請(qǐng)與授權(quán)。然而，目前人工濕地在內(nèi)部流態(tài)方面多以單一流態(tài)(水平流或垂直流)為主，單一流態(tài)不利于構(gòu)造濕地系統(tǒng)多樣化的微環(huán)境，且無(wú)法充分發(fā)揮濕地系統(tǒng)基質(zhì)的作用；在基質(zhì)方面，人工濕地多以單一基質(zhì)或多種基質(zhì)的簡(jiǎn)單搭配為主，無(wú)法綜合考慮物理化學(xué)作用與微生物作用對(duì)水質(zhì)凈化的貢獻(xiàn)。因此，有針對(duì)性地構(gòu)造人工濕地多流態(tài)結(jié)構(gòu)，將水平流與垂直流相結(jié)合，有目的地設(shè)計(jì)不同功能單元的基質(zhì)組成，采用加強(qiáng)脫氮除磷能力的基質(zhì)，已成為目前人工濕地系統(tǒng)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新突破點(diǎn)。本發(fā)明基于以上設(shè)計(jì)理念創(chuàng)作形成了土壤柱組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種土壤柱組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地處理系統(tǒng)。本發(fā)明提出的土壤柱組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地處理系統(tǒng)，采用復(fù)合潛流的人工濕地模式，由人工濕地池體、土壤柱組合基質(zhì)系統(tǒng)、濕地植物與配水系統(tǒng)組成，土壤柱組合基質(zhì)系統(tǒng)位于人工濕地池體內(nèi)，土壤柱組合基質(zhì)系統(tǒng)自左向右分為前過(guò)濾單元I、組合基質(zhì)脫氮單元II、組合基質(zhì)除磷單元III和精過(guò)濾單元IV，前過(guò)濾單元I自上而下由第一細(xì)礫石層I與第一粗碌石層2組成,第一細(xì)碌石層I厚為28 — 32cm,第一粗碌石層2厚為28_32cm ；組合基質(zhì)脫氮單元II自上而下由細(xì)沸石層4和粗沸石層5組成，細(xì)沸石層4厚為28-32cm，粗沸石層5厚為28-32mm ;組合基質(zhì)除磷單元III自上而下由第二細(xì)礫石層12、鋼渣層7和第二粗礫石層13組成，第二細(xì)礫石層12厚為18-22cm，鋼渣層7厚為8-12cm，第二粗礫石層13厚為28-32cm ;精過(guò)濾單元由第三細(xì)礫石層I構(gòu)成，厚為58_62cm ;組合基質(zhì)脫氮單元
II和組合基質(zhì)除磷單元III頂部設(shè)有土壤層3，土壤層3上種植濕地植物11 ;組合基質(zhì)脫氮單元II和組合基質(zhì)除磷單元III內(nèi)垂直均勻布置有土壤柱6 ;土壤柱6 —端位于人工濕地池體內(nèi)底部，另一端位于土壤層3底部；所述配水系統(tǒng)采用配水隔板，前過(guò)濾單元I與組合基質(zhì)脫氮單元II連接處下部設(shè)有第一配水隔板8，組合基質(zhì)脫氮單元II和組合基質(zhì)除磷單元III連接處上部設(shè)有第二配水隔板9，組合基質(zhì)除磷單元III和精過(guò)濾單元IV連接處下部設(shè)有第三配水隔板10 ;其中水流方向?yàn)榍斑^(guò)濾單元I為垂直向下流，組合基質(zhì)脫氮單元II和組合基質(zhì)除磷單元III為水平潛流，精過(guò)濾單元IV為垂直向上流。
本發(fā)明中，所述人工濕地系統(tǒng)池體采用高強(qiáng)度PVC板或混凝土結(jié)構(gòu)，人工濕地系統(tǒng)長(zhǎng)寬比不小于3 :1，單個(gè)人工濕地系統(tǒng)池體寬度小于等于6m，若寬度過(guò)大，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流板分隔。本發(fā)明中，第一配水隔板8高為78-82cm，下部18-22cm處鏤空；第二配水隔板9高為38-42cm，上部鏤空；第三穿孔隔板10高為68_72cm，下部23_27cm處鏤空。本發(fā)明中，第一細(xì)礫石層I、第二細(xì)礫石層12和第三細(xì)礫石層14采用的細(xì)礫石粒徑為5 10_。本發(fā)明中，第一細(xì)礫石層2和第二細(xì)礫石層13采用粗礫石粒徑為15-20mm。本發(fā)明中，細(xì)沸石層4的細(xì)沸石粒徑為10-15mm，粗沸石層5粗沸石的粒徑為15-30mmo本發(fā)明中，所述土壤柱6采用的土壤為疏松河邊土壤，其長(zhǎng)寬高為20cmX 20cmX 60cm,設(shè)置密度 4 個(gè) /m3。本發(fā)明中，濕地植物采用蘆葦、香蒲或茭白中至少一種。本發(fā)明中，所采用的基質(zhì)材料中礫石、沸石、鋼渣在使用前需進(jìn)行沖洗處理，鋼渣需要較大的沖洗強(qiáng)度，每天早晚各沖洗一次，持續(xù)三天。土壤柱所選土壤采用河邊疏松土壤，施工時(shí)采用高強(qiáng)度PVC板固定為立方柱體，先將土壤填入，然后將周遭基質(zhì)填入，待全部填埋完畢后，將PVC板抽出。本發(fā)明中，由于基質(zhì)選取特殊，尤其是除磷單元中含有堿性基質(zhì)鋼渣，因此需要選取具有較好耐堿性的水生植物作為濕地植物，且在野外環(huán)境中生命力強(qiáng)、生物量大的植物，本發(fā)明綜合選取了蘆葦、香蒲、茭白作為人工濕地植物，采用多種植物混種的方式，以實(shí)現(xiàn)不同植物相配合，并使得多種植物根系相結(jié)合最大程度上利用基質(zhì)空間，以加強(qiáng)整個(gè)系統(tǒng)的凈化作用。由于采用以上組合基質(zhì)人工濕地系統(tǒng)技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)
I、土壤柱組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)可處理微污染富營(yíng)養(yǎng)化河水、農(nóng)村養(yǎng)殖廢水、湖體水、初期雨水、污水廠尾水，本發(fā)明主要針對(duì)N、P污染物的去除。2、組合基質(zhì)系統(tǒng)采用土壤柱、沸石、鋼渣、礫石相結(jié)合，沸石具有很強(qiáng)的氮吸附能力，鋼渣具有較好的離子交換能力，能夠有效吸附水中磷，土壤柱一方面可向基質(zhì)系統(tǒng)中引入大量微生物，促進(jìn)基質(zhì)系統(tǒng)生成硝化反硝化能力強(qiáng)的生物膜，另一方面可促進(jìn)植物根系在基質(zhì)系統(tǒng)中延伸，有利于促進(jìn)基質(zhì)系統(tǒng)中的空氣流通，同時(shí)豐富了基質(zhì)系統(tǒng)中的生境類型，為不同微生物生長(zhǎng)繁殖提供很好的生存空間。土壤對(duì)多種有機(jī)物具有較強(qiáng)的吸附作用，使之固定于土壤中，通過(guò)微生物的生物氧化，轉(zhuǎn)化為易被植物吸收的低分子有機(jī)質(zhì)或無(wú)機(jī)質(zhì)。3、人工濕地植物系統(tǒng)采用蘆葦、香蒲、茭白等多種植物混種，充分發(fā)揮植物地上與地下空間的互補(bǔ)作用，更好地發(fā)揮不同植物根系與微生物之間的協(xié)同作用，最大程度促進(jìn)系統(tǒng)硝化反硝化能力。4、整個(gè)系統(tǒng)采用復(fù)合流態(tài)，水流在系統(tǒng)中依次經(jīng)過(guò)垂直向下流、水平潛流、垂直向上流，增加了水流過(guò)程上的生境多樣性，形成厭氧、好氧反復(fù)交替的微生物生存環(huán)境，促進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)部微生物群落的多樣性，最終加強(qiáng)系統(tǒng)的硝化反硝化能力。5、本發(fā)明處理微污染水體時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)占地小、投資少、運(yùn)行穩(wěn)定、管理方便，系統(tǒng)基質(zhì)使用時(shí)間長(zhǎng)，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)堵塞情況時(shí)，只需更換前過(guò)濾單元中的基質(zhì)即可。本系統(tǒng)脫氮除磷能力強(qiáng)，可有效去除微污染水體中的氮磷，系統(tǒng)出水可以穩(wěn)定達(dá)到地表水III或II類水標(biāo)準(zhǔn)，是一種有效的微污染水體脫氮除磷凈化技術(shù)。


圖I為本發(fā)明反應(yīng)裝置示意圖。圖中標(biāo)號(hào)1、II、III、IV分別為前過(guò)濾單元、組合基質(zhì)脫氮單元、組合基質(zhì)除磷單元、精過(guò)濾單元；1為第一細(xì)礫石層，2為第一粗礫石層，3為土壤層，4為細(xì)沸石層，5為粗沸石層，6為土壤柱，7為鋼渣層，8、9、10分別為第一隔水板、第二隔水板和第三隔水板，11為濕地植物，12為第二細(xì)礫石層，13為第二粗礫石層，14為第三細(xì)礫石層。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。下面通過(guò)實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明
實(shí)施例I :
實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)某地瓶窯鎮(zhèn)張堰村
處理對(duì)象張堰村村級(jí)河道中的微污染水體，該水體污染源主要為農(nóng)村面源污染、農(nóng)村生活污水與養(yǎng)殖廢水，水中有機(jī)物含量相對(duì)較小，氮磷污染為主要的水質(zhì)問(wèn)題?；诒景l(fā)明中提出的土壤柱組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，我們?cè)O(shè)計(jì)了三套不同的組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地系統(tǒng)，人工濕地池體由PVC板焊接而成，長(zhǎng)寬高尺寸為1.4mX0. 4mX0. 7m，內(nèi)部由PVC板分隔成四個(gè)區(qū)域前過(guò)濾單元I、組合基質(zhì)脫氮單元II、組合基質(zhì)除磷單元III、精過(guò)濾單元IV，長(zhǎng)度分別為0. 1,0. 6,0. 6,0. lm，基質(zhì)總厚度為0. 6m,控制有效水深為0.55m，處理水力負(fù)荷為630mm/d，停留時(shí)間為I天。由圖I所示，本系統(tǒng)由人工濕地池體、土壤柱組合基質(zhì)系統(tǒng)、濕地植物系統(tǒng)與配水系統(tǒng)組成。土壤柱組合基質(zhì)系統(tǒng)分為前過(guò)濾單元I、組合基質(zhì)脫氮單元II、組合基質(zhì)除磷單元III、精過(guò)濾單元IV,其結(jié)構(gòu)如 圖I所示。前過(guò)濾單元由細(xì)礫石層I與粗礫石層2組成，細(xì)礫石粒徑5 10mm，層厚30cm，粗礫石粒徑15-20mm，層厚30cm ;組合基質(zhì)脫氮單元由土壤層3、細(xì)沸石層4、粗沸石層5與土壤柱6組成,土壤層厚5 IOcm,細(xì)沸石粒徑10-15mm,層厚30cm,粗沸石粒徑15-30mm,層厚30mm，土壤柱為20cmX20cmX60cm的立方體；組合基質(zhì)除磷單元由土壤層3、細(xì)礫石層I、鋼渣層7、粗礫石層2與土壤柱6組成，土壤層厚10cm，細(xì)礫石粒徑5-lOcm，層厚20cm，鋼渣粒徑15-20mm,層厚10cm,粗碌石粒徑15_30mm,層厚30cm ;精過(guò)濾單元由細(xì)碌石層I構(gòu)成，細(xì)石樂(lè)石粒徑層厚60cm。特別需要注意的是,系統(tǒng)土壤采用河邊疏松土壤，切不可使用農(nóng)田土壤。河水由向下流經(jīng)前過(guò)濾單元I、向上流經(jīng)組合基質(zhì)脫氮單元II、水平潛流經(jīng)組合基質(zhì)除磷單元III、向上流經(jīng)精過(guò)濾單元IV，整個(gè)人工濕地系統(tǒng)構(gòu)造多種流態(tài)，使水流在系統(tǒng)內(nèi)部盡量多地經(jīng)過(guò)基質(zhì)，在系統(tǒng)內(nèi)形成多種微系統(tǒng)以促進(jìn)硝化反硝化作用，最終達(dá)到增大脫氮除磷的效果。其中，三套裝置的組合基質(zhì)與植物系統(tǒng)有所不同，具體配置見(jiàn)下表
權(quán)利要求
1.一種土壤柱組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于采用復(fù)合潛流的人工濕地模式，由人工濕地池體、土壤柱組合基質(zhì)系統(tǒng)、濕地植物與配水系統(tǒng)組成，土壤柱組合基質(zhì)系統(tǒng)位于人工濕地池體內(nèi)，土壤柱組合基質(zhì)系統(tǒng)自左向右分為前過(guò)濾單元(I)、組合基質(zhì)脫氮單元(II)、組合基質(zhì)除磷單元(III)和精過(guò)濾單元(IV)，前過(guò)濾單元(I)自上而下由第一細(xì)礫石層(I)與第一粗礫石層(2)組成，第一細(xì)礫石層(I)厚為28 - 32cm，第一粗礫石層(2)厚為28-32cm;組合基質(zhì)脫氮單元(II)自上而下由細(xì)沸石層(4)和粗沸石層(5)組成，細(xì)沸石層(4)厚為28-32cm，粗沸石層(5)厚為28_32mm ;組合基質(zhì)除磷單元(III)自上而下由第二細(xì)礫石層(12)、鋼渣層(7)和第二粗礫石層(13)組成，第二細(xì)礫石層(12)厚為18-22cm，鋼渣層(7)厚為8_12cm，第二粗礫石層(13)厚為28_32cm ;精過(guò)濾單元由第三細(xì)礫石層(I)構(gòu)成，厚為58-62cm;組合基質(zhì)脫氮單元(II)和組合基質(zhì)除磷單元(III)頂部設(shè)有土壤層(3)，土壤層(3)上種植濕地植物(11);組合基質(zhì)脫氮單元(II)和組合基質(zhì)除磷單元(III)內(nèi)垂直均勻布置有土壤柱￠) ;土壤柱(6) —端位于人工濕地池體內(nèi)底部，另一端位于土壤層(3)底部；所述配水系統(tǒng)采用配水隔板，前過(guò)濾單元(I)與組合基質(zhì)脫氮單元(II)連接處下部設(shè)有第一配水隔板(8)，組合基質(zhì)脫氮單元II和組合基質(zhì)除磷單元III 連接處上部設(shè)有第二配水隔板(9)，組合基質(zhì)除磷單元(III)和精過(guò)濾單元(IV)連接處下部設(shè)有第三配水隔板(10);其中水流方向?yàn)榍斑^(guò)濾單元(I)為垂直向下流，組合基質(zhì)脫氮單元(II)和組合基質(zhì)除磷單元(III)為水平潛流，精過(guò)濾單元(IV)為垂直向上流。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的土壤柱組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于所述人工濕地系統(tǒng)池體采用高強(qiáng)度PVC板或混凝土結(jié)構(gòu)，人工濕地系統(tǒng)長(zhǎng)寬比不小于3 :1，單個(gè)人工濕地系統(tǒng)池體寬度小于等于6m，若寬度過(guò)大，應(yīng)設(shè)置導(dǎo)流板分隔。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的土壤柱組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于第一配水隔板(8)高為78-82cm，下部18_22cm處鏤空；第二配水隔板(9)高為38_42cm，上部鏤空；第三穿孔隔板(10)高為68-72cm，下部23_27cm處鏤空。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的土壤柱組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于第一細(xì)礫石層(I)、第二細(xì)礫石層(12)和第三細(xì)礫石層(14)采用的細(xì)礫石粒徑為5 10mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的土壤柱組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于第一細(xì)礫石層(2)和第二細(xì)礫石層(13)采用粗礫石粒徑為15-20_。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的土壤柱組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于細(xì)沸石層(4)的細(xì)沸石粒徑為10-15mm，粗沸石層(5)粗沸石的粒徑為15_30mm。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的土壤柱組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于所述土壤柱(6)采用的土壤為疏松河邊土壤,其長(zhǎng)寬高為20cmX20cmX60cm,設(shè)置密度4個(gè)/m3。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的土壤柱組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地處理系統(tǒng)，其特征在于濕地植物采用蘆葦、香蒲或茭白中至少一種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種土壤柱組合基質(zhì)復(fù)合流人工濕地處理系統(tǒng)，采用復(fù)合潛流的人工濕地模式，由人工濕地池體、土壤柱組合基質(zhì)系統(tǒng)、濕地植物系統(tǒng)與配水系統(tǒng)組成。土壤柱組合基質(zhì)系統(tǒng)是整個(gè)人工濕地系統(tǒng)的核心，包括前過(guò)濾單元、組合基質(zhì)脫氮單元、組合基質(zhì)除磷單元、精過(guò)濾單元，其中組合基質(zhì)脫氮單元與除磷單元中設(shè)置土壤柱。人工濕地植物系統(tǒng)由蘆葦、香蒲、茭白等水生植物混種組成，覆土種植于組合基質(zhì)脫氮單元與組合基質(zhì)除磷單元上。人工濕地池體與配水系統(tǒng)相配合，構(gòu)造出垂直向下流、垂直向上流、水平潛流等多流態(tài)的人工濕地系統(tǒng)。本發(fā)明產(chǎn)品各部分設(shè)計(jì)合理、結(jié)構(gòu)科學(xué)、占地少、運(yùn)行成本低、管理方便，是一種有效凈化污染水體的新型人工濕地技術(shù)。
文檔編號(hào)C02F9/14GK102633407SQ201210101870
公開(kāi)日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2012年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月10日
發(fā)明者李建華, 楊長(zhǎng)明, 蔡雯娟, 薛龍 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)