本發(fā)明屬于環(huán)境工程領(lǐng)域，特別是指一種用于污水處理的人工濕地裝置及其使用方法。

背景技術(shù)：

目前我國應(yīng)用的人工濕地大多分為表面流濕地和潛流濕地兩類，上述類型人工濕地普遍存在占地面積大、容易堵塞等問題，因而，如何改進人工濕地結(jié)構(gòu)，提高其復(fù)氧效果促進其處理效率，成為人們廣泛關(guān)注的問題。目前，改進人工濕地復(fù)氧效率的常用方法往往是通過設(shè)置電力曝氣機得以實現(xiàn)，這種方法耗電耗能且投入較大，因而需要開發(fā)新型的人工濕地處理工藝。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明針對現(xiàn)有人工濕地工藝復(fù)氧能力的不足，提出了一種無剩余污泥產(chǎn)生。裝置運行過程中不會產(chǎn)生剩余污泥，日常維護簡單處理效果好的新型用于污水處理的人工濕地裝置及其使用方法。

實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種用于污水處理的人工濕地裝置，其特征是：包括有處理人工濕地單元和終端強化除磷人工濕地單元，其中處理人工濕地單元至少有三級，所述處理人工濕地單元包括有隔板、人工濕地填料、水力風(fēng)機、進水區(qū)、曝氣管、出水泵、低液位感應(yīng)器、出水區(qū)、進氣管、溢流管、高液位感應(yīng)器和出水管，所述隔板設(shè)置在人工濕地填料的前后兩側(cè)，且與人工濕地填料的前后兩側(cè)之間均隔開設(shè)置，人工濕地填料前側(cè)與隔板之間的空間構(gòu)成進水區(qū)，人工濕地填料后側(cè)與隔板之間的空間構(gòu)成出水區(qū)，所述曝氣管的端部位于人工濕地填料的底部，出水泵上連接出水管，最前端的處理人工濕地單元為一級處理人工濕地單元，一級處理人工濕地單元的出水管與下一級處理人工濕地單元的進水區(qū)貫通設(shè)置，最后一級處理人工濕地單元的出水管與終端強化除磷人工濕地單元的進水區(qū)貫通設(shè)置，所述終端強化除磷人工濕地單元包括有人工濕地填料、水力風(fēng)機、進水區(qū)、曝氣管、進氣管和系統(tǒng)總出水管，其中終端強化除磷人工濕地單元的曝氣管設(shè)置在終端強化除磷人工濕地單元的人工濕地填料的底部，系統(tǒng)總出水管設(shè)置在終端強化除磷人工濕地單元的人工濕地填料的中部。

本發(fā)明進一步設(shè)置是：所述一級處理人工濕地單元后的處理人工濕地單元的出水泵后還連接有回流管，該回流管的出口部位于上一級處理人工濕地單元的人工濕地填料的頂部。

本發(fā)明再進一步設(shè)置是：所述處理人工濕地單元的水力風(fēng)機位于進水區(qū)上，水力風(fēng)機連接曝氣管和進氣管，水力風(fēng)機運轉(zhuǎn)實現(xiàn)空氣由進氣管進入曝氣管，所述低液位感應(yīng)器和高液位感應(yīng)器設(shè)置在出水區(qū)，低液位感應(yīng)器和高液位感應(yīng)器分別控制出水泵，隔板把各處理人工濕地單元隔開設(shè)置，所述前一級處理人工濕地單元出水管的出口位于下一級處理人工濕地單元進水區(qū)的水力風(fēng)機上方，從而可實現(xiàn)污水流動推動水力風(fēng)機運轉(zhuǎn)。

本發(fā)明再進一步設(shè)置是：單個處理人工濕地單元的有效排水體積指該處理人工濕地單元內(nèi)所排放的高液位感應(yīng)器和低液位感應(yīng)器之間的蓄水量，單個處理人工濕地單元的有效排水體積是該級處理人工濕地單元總蓄水體積的70%-100%，一級處理人工濕地單元之后的單個處理人工濕地單元的有效排水體積是上一級處理人工濕地單元有效排水體積的2.1-2.3倍，一級處理人工濕地單元之后的單個處理人工濕地單元的出水泵的排水流量設(shè)定為上一級處理人工濕地單元的出水泵流量的2-3倍，回流管的回流量設(shè)定為與上一級處理人工濕地單元出水管的排水流量一致且出水管的排水量為上一級處理人工濕地單元出水泵流量的1-2倍。

本發(fā)明再進一步設(shè)置是：所述的處理人工濕地單元的人工濕地填料為沸石、頁巖、礫石、陶粒或磚頭中的一種或幾種，一級處理人工濕地單元內(nèi)的人工濕地填料的粒徑為5-8cm，一級處理人工濕地單元后的處理人工濕地單元的人工濕地填料的粒徑為3-5cm，再之后的處理人工濕地單元的人工濕地填料的粒徑為1-3cm，終端強化除磷人工濕地單元內(nèi)所放置的人工濕地填料為石灰石、貝殼、珊瑚石、頁巖陶?；蛩杷徕}中的一種或幾種，其粒徑為1-3cm，處理人工濕地單元和終端強化除磷人工濕地單元的表面種植植物。

本發(fā)明使用方法的技術(shù)方案是：污水首先通過進入一級處理人工濕地單元的進水區(qū)，進水區(qū)有效寬度為30-50cm，長度與一級處理人工濕地單元的寬度一致，然后污水進入一級處理人工濕地單元的人工濕地填料區(qū)，污水進入時帶動水力風(fēng)機運行，水力風(fēng)機連接曝氣管和進氣管，空氣由進氣管進入然后從曝氣管排出，對人工濕地填料區(qū)充氧的作用，污水經(jīng)過人工濕地填料區(qū)后進入出水區(qū)，在出水區(qū)中設(shè)置出水泵、出水管、低液位感應(yīng)器和高液位感應(yīng)器，當(dāng)一級處理人工濕地單元中的液位達到高液位感應(yīng)器時啟動出水泵排水，當(dāng)達到低液位感應(yīng)器時候關(guān)閉出水泵，一級處理人工濕地單元與下級人工濕地單元通過隔板隔離保持相互獨立，一級處理人工濕地單元的出水管與出水泵相連并穿過隔板，出口在處理人工濕地單元的進水區(qū)，一級處理人工濕地單元的出水由出水泵排入下級人工濕地單元的進水區(qū)，一級處理人工濕地單元后的處理人工濕地單元依次按照上述方式工作，然后最后一級處理人工濕地單元的出水管排水給終端強化除磷人工濕地單元的進水區(qū)，污水在強化除磷人工濕地單元中的停留時間為4-12h，最后經(jīng)終端強化除磷人工濕地單元內(nèi)放置系統(tǒng)總出水管排出。

本發(fā)明使用方法進一步技術(shù)方案是：所述一級處理人工濕地單元后的處理人工濕地單元的出水泵后還連接有回流管，該回流管的出口部位于上一級處理人工濕地單元的人工濕地填料的頂部，污水通過回流管同時流向上一級處理人工濕地單元的人工濕地填料的頂部，所述終端強化除磷人工濕地單元進水區(qū)的污水進入時帶動終端強化除磷人工濕地單元的水力風(fēng)機運行，水力風(fēng)機連接曝氣管和進氣管，空氣由進氣管進入然后從曝氣管排出，對終端強化除磷人工濕地單元的人工濕地填料區(qū)充氧的作用。

本發(fā)明裝置和方法的優(yōu)點在于：

1.裝置運行簡單、維護方便。系統(tǒng)主體機械設(shè)備僅為幾臺出水泵，沒有額外的動力設(shè)備，使用方法簡單。

2.運行成本低。系統(tǒng)僅有幾臺設(shè)備，因而所需電費較省，運行成本低。

3.處理效果好，通過無動力水力曝氣設(shè)備的充氧作用，及人工濕地干濕交替運行時自然復(fù)氧的控制方式，可以使得裝置具有良好的充氧能力，大大促進裝置的運行效能，出水水質(zhì)較好。

4.景觀效果好，人工濕地裝置表面種植景觀植物，外觀效果較好。

5.無剩余污泥產(chǎn)生。裝置運行過程中不會產(chǎn)生剩余污泥，日常維護簡單。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明實施例的裝置示意圖。

圖中:a為處理人工濕地單元、a2為水力風(fēng)機、a3為進水區(qū)、a4為曝氣管、a5為出水泵、a6為低液位感應(yīng)器、a7為出水區(qū)、a8為隔板、a9為進氣管、a10為出水管、a11為回流管、a12為溢流管、a13為高液位感應(yīng)器、a14為人工濕地填料、b為終端強化除磷人工濕地單元、b2為水力風(fēng)機、b3為進水區(qū)、b4為曝氣管、b8為隔板、b9為進氣管、b14為人工濕地填料、b15為系統(tǒng)總出水管。

具體實施方式

如圖1所示，一種用于污水處理的人工濕地裝置，包括有處理人工濕地單元a和終端強化除磷人工濕地單元b，其中處理人工濕地單元a至少有三級，所述處理人工濕地單元a包括有隔板a8、人工濕地填料a14、水力風(fēng)機a2、進水區(qū)a3、曝氣管a4、出水泵a5、低液位感應(yīng)器a6、出水區(qū)a7、進氣管a9、溢流管a12、高液位感應(yīng)器a13和出水管a10，所述隔板a8設(shè)置在人工濕地填料a14的前后兩側(cè)，且與人工濕地填料a14的前后兩側(cè)之間均隔開設(shè)置，人工濕地填料a14前側(cè)與隔板a8之間的空間構(gòu)成進水區(qū)a3，人工濕地填料a14后側(cè)與隔板a8之間的空間構(gòu)成出水區(qū)a7，所述曝氣管a4的端部位于人工濕地填料a14的底部，出水泵a5上連接出水管a10，最前端的處理人工濕地單元a為一級處理人工濕地單元a，一級處理人工濕地單元a的出水管a10與下一級處理人工濕地單元a的進水區(qū)a14貫通設(shè)置，最后一級處理人工濕地單元a的出水管a10與終端強化除磷人工濕地單元b的進水區(qū)b3貫通設(shè)置，所述終端強化除磷人工濕地單元b包括有人工濕地填料b14、水力風(fēng)機b2、進水區(qū)b3、曝氣管b4、進氣管b9和系統(tǒng)總出水管b15，其中終端強化除磷人工濕地單元b的曝氣管b4設(shè)置在終端強化除磷人工濕地單元b的人工濕地填料b14的底部，系統(tǒng)總出水管b15設(shè)置在終端強化除磷人工濕地單元b的人工濕地填料b14的中部。

本發(fā)明實施例中，所述一級處理人工濕地單元a后的處理人工濕地單元a的出水泵a5后還連接有回流管a11，該回流管a11的出口部位于上一級處理人工濕地單元a的人工濕地填料a14的頂部。所述處理人工濕地單元a的水力風(fēng)機a2位于進水區(qū)a3上，水力風(fēng)機a2連接曝氣管a4和進氣管a9，水力風(fēng)機a2運轉(zhuǎn)實現(xiàn)空氣由進氣管a9進入曝氣管a4，所述低液位感應(yīng)器a6和高液位感應(yīng)器a13設(shè)置在出水區(qū)a3，低液位感應(yīng)器a6和高液位感應(yīng)器a13分別控制出水泵a5，隔板a8把各處理人工濕地單元a隔開設(shè)置，所述前一級處理人工濕地單元a出水管a10的出口位于下一級處理人工濕地單元a進水區(qū)a3的水力風(fēng)機a2上方，從而可實現(xiàn)污水流動推動水力風(fēng)機運轉(zhuǎn)。在本發(fā)明實施例中，單個處理人工濕地單元a的有效排水體積指該處理人工濕地單元a內(nèi)所排放的高液位感應(yīng)器a13和低液位感應(yīng)器a6之間的蓄水量，單個處理人工濕地單元a的有效排水體積是該級處理人工濕地單元a總蓄水體積的70%-100%，一級處理人工濕地單元a之后的單個處理人工濕地單元a的有效排水體積是上一級處理人工濕地單元a有效排水體積的2.1-2.3倍，一級處理人工濕地單元a之后的單個處理人工濕地單元a的出水泵a5的排水流量設(shè)定為上一級處理人工濕地單元a的出水泵a5流量的2-3倍，回流管a11的回流量設(shè)定為與上一級處理人工濕地單元a出水管a10的排水流量一致且出水管a10的排水量為上一級處理人工濕地單元a出水泵a5流量的1-2倍。

在本發(fā)明實施例中個，所述的處理人工濕地單元a的人工濕地填料a14為沸石、頁巖、礫石、陶粒或磚頭中的一種或幾種，一級處理人工濕地單元a內(nèi)的人工濕地填料a14的粒徑為5-8cm，一級處理人工濕地單元a后的處理人工濕地單元a的人工濕地填料a14的粒徑為3-5cm，再之后的處理人工濕地單元a的人工濕地填料a14的粒徑為1-3cm，終端強化除磷人工濕地單元b內(nèi)所放置的人工濕地填料b14為石灰石、貝殼、珊瑚石、頁巖陶?；蛩杷徕}中的一種或幾種，其粒徑為1-3cm，處理人工濕地單元a和終端強化除磷人工濕地單元b的表面種植植物。

本發(fā)明使用方法的實施例是：污水首先通過進入一級處理人工濕地單元a的進水區(qū)a3，進水區(qū)a3有效寬度為30-50cm，長度與一級處理人工濕地單元a的寬度一致，然后污水進入一級處理人工濕地單元a的人工濕地填料a14區(qū)，污水進入時帶動水力風(fēng)機a2運行，水力風(fēng)機a2連接曝氣管a4和進氣管a9，空氣由進氣管a9進入然后從曝氣管a4排出，對人工濕地填料a14區(qū)充氧的作用，污水經(jīng)過人工濕地填料a14區(qū)后進入出水區(qū)a7，在出水區(qū)a7中設(shè)置出水泵a5、出水管a10、低液位感應(yīng)器a6和高液位感應(yīng)器a13，當(dāng)一級處理人工濕地單元a中的液位達到高液位感應(yīng)器a13時啟動出水泵a5排水，當(dāng)達到低液位感應(yīng)器a6時候關(guān)閉出水泵，一級處理人工濕地單元a與下級人工濕地單元a通過隔板a8隔離保持相互獨立，一級處理人工濕地單元a的出水管a10與出水泵a5相連并穿過隔板，出口在處理人工濕地單元a的進水a(chǎn)3區(qū)，一級處理人工濕地單元a的出水由出水泵a5排入下級人工濕地單元a的進水區(qū)a3，一級處理人工濕地單元a后的處理人工濕地單元a依次按照上述方式工作，然后最后一級處理人工濕地單元a的出水管a10排水給終端強化除磷人工濕地單元b的進水區(qū)b3，污水在強化除磷人工濕地單元b中的停留時間為4-12h，最后經(jīng)終端強化除磷人工濕地單元b內(nèi)放置系統(tǒng)總出水管b15排出。

在本發(fā)明實施例中，所述一級處理人工濕地單元a后的處理人工濕地單元a的出水泵a5后還連接有回流管a11，該回流管a11的出口部位于上一級處理人工濕地單元a的人工濕地填料a14的頂部，污水通過回流管a11同時流向上一級處理人工濕地單元a的人工濕地填料a14的頂部，所述終端強化除磷人工濕地單元b進水區(qū)b3的污水進入時帶動終端強化除磷人工濕地單元b的水力風(fēng)機b2運行，水力風(fēng)機b2連接曝氣管b4和進氣管b9，空氣由進氣管b9進入然后從曝氣管b4排出，對終端強化除磷人工濕地單元b的人工濕地填料b14區(qū)充氧的作用。

本裝置和方法的一個具體使用實施例如下：

在溫州市某住宅小區(qū)采用本工藝方法處理污水，小區(qū)人口合計1000人，每日產(chǎn)生污水100m³，收集的污水平均濃度cod為350mg/l，氨氮為40mg/l,總磷為5mg/l。

在該小區(qū)綠地中建有有效占地面積共213m²、有效深度為2.0m、總高為2.5m的長方形人工濕地，人工濕地放置填料后的孔隙率為50%,人工濕地四周池壁由鋼筋混凝土材質(zhì)構(gòu)成，其中第一級處理人工濕地單元a污水有效停留時間為6h，占地面積為25m²，第二級處理人工濕地單元a占地面積為52.5m²，第三級處理人工濕地單元a占地面積為110.5m²，終端強化除磷人工濕地單元b的面積為25m²。

其中污水由dn100pvc管收集進入一級處理人工濕地單元a的進水區(qū)a3，dn100pvc的管底距離地面為20cm，一級處理人工濕地單元a進水區(qū)a3由開孔直徑為10mm、開孔間隔為100mm、墻厚為240mm的多孔磚墻隔離形成，進水區(qū)a3長5m，寬度為300mm，在一級處理人工濕地單元a進水區(qū)a3內(nèi)部，設(shè)有dn25的不銹鋼曝氣管a4和不銹鋼進氣管a9，不銹鋼曝氣管a4伸入長度為4.4m的處理人工濕地單元a內(nèi)部底部，且不銹鋼曝氣管a4按1m的間距設(shè)置布氣橫管，布氣橫管為dn25的不銹鋼管，且在橫管上按照200mm的間隔開直徑為15mm的曝氣孔，其中在曝氣管a4上部距離地面約30cm處設(shè)置有水力風(fēng)機a2，水力風(fēng)機a2由不銹鋼制成，水力風(fēng)機a2的葉輪位于dn100的出水管a10下方，風(fēng)機葉輪片長度為5cm，葉輪片共4片，在污水的沖擊下，水力風(fēng)機a2的葉輪片會進行旋轉(zhuǎn)并推動風(fēng)機，使得風(fēng)機壓縮空氣使其對處理人工濕地單元a內(nèi)部進行鼓氣，促進其處理效果。在處理人工濕地單元a四周池壁及多孔磚墻圍成的區(qū)域內(nèi)，放置粒徑為3-5cm的礫石填料，填充礫石填料后，濕地內(nèi)部的平均孔隙率為50%左右，濕地表面種植密度為6-8株/m²的美人蕉。在處理人工濕地單元a尾端，設(shè)置出水區(qū)a7，出水區(qū)a7由開孔直徑為10mm、開孔間隔為100mm、墻厚為240mm的多孔磚墻制隔板與處理人工濕地單元a池壁隔離形成，出水區(qū)a7長5m，寬度為300mm，出水區(qū)a7內(nèi)放置功率為0.35kw的潛水出水泵a5，出水泵a5通過在出水區(qū)a7設(shè)置的高液位感應(yīng)器a13和低液位感應(yīng)器a6控制其啟動和關(guān)閉，高液位感應(yīng)器a13設(shè)置在出水區(qū)a7距離地面35cm處，低液位感應(yīng)器a6設(shè)置在出水區(qū)a7距離濕地底部約15cm處，當(dāng)處理人工濕地單元a中污水水位達到高液位感應(yīng)器a13處時，出水泵a5啟動排水，當(dāng)水位液位降低至低液位感應(yīng)器a6時，出水泵a5停止排水，有效排水水位高度為2.0m，并通過閥門控制，調(diào)節(jié)出水泵a5的流量為40m³/h,一級處理人工濕地單元a出水泵a5連接dn50pvc出水管a10，出水管a10管底距離地面為20cm，出水管a10開口處在二級處理人工濕地單元a的進水區(qū)a3內(nèi)，且在二級處理人工濕地單元a水力風(fēng)機a2的上方，出水能推動水力風(fēng)機a2轉(zhuǎn)動。

一級處理人工濕地單元a出水進入二級處理人工濕地單元a，二級處理人工濕地單元a及三級處理人工濕地單元a的隔板a8、水力風(fēng)機a2、進水區(qū)a3、曝氣管a4、低液位感應(yīng)器a6、出水區(qū)a7、進氣管a9、溢流管a12、高液位感應(yīng)器a13等結(jié)構(gòu)與功能的設(shè)置與一級處理人工濕地單元a地類似，區(qū)別在于濕地規(guī)模、出水方式和填料粒徑。其中二級處理人工濕地單元a和三級處理人工濕地單元a的寬度均為5m，長度分別為10.5m和22.1m，二級處理人工濕地單元a和三級處理人工濕地單元a的進水區(qū)a3及出水區(qū)a7寬度均為30cm；二級處理人工濕地單元a中填充直徑為2-3cm的礫石，三級處理人工濕地單元a中填充直徑為1-2cm的礫石；二級處理人工濕地單元a及三級處理人工濕地單元a的出水泵a5均連接dn50pvc回流及出水系統(tǒng)管網(wǎng)，其中二級處理人工濕地單元a出水泵a5連接的回流管a11伸入到一級處理人工濕地單元a上部填料層中，回流管a11管底距離一級處理人工濕地單元a填料頂部為20cm，回流管a11管底按照間隔15cm開直徑為2mm的孔，使得回流污水能夠通過回流管a11均勻分布在一級處理人工濕地單元a的填料內(nèi)部，二級處理人工濕地單元a的出水管a10伸入到三級處理人工濕地單元a的進水區(qū)a3內(nèi)，三級處理人工濕地單元a的回流管a11和出水管a10設(shè)置與二級處理人工濕地單元a類似，三級處理人工濕地單元a的出水管a10進入終端強化除磷人工濕地單元b，三級處理人工濕地單元a的回流管a11進入二級處理人工濕地單元a，回流管a11按照間隔15cm開直徑為2mm的孔，三級處理人工濕地單元a的出水管a10進入終端強化處理人工濕地單元b的進水區(qū)b3；二級處理人工濕地單元a的出水泵a5功率為0.7kw，通過閥門調(diào)節(jié)控制，二級處理人工濕地單元a的回流管a11流量為40m³/h,出水管a10流量為80m³/h，三級處理人工濕地單元a的出水泵a5功率為1.5kw，通過閥門調(diào)節(jié)控制，三級處理人工濕地單元a的回流管a11流量為40m³/h,出水管a10流量為160m³/h。

終端強化除磷人工濕地單元b寬度為5m，長度為5m，終端強化除磷人工濕地單元b的水力風(fēng)機b2、進水區(qū)b3、曝氣管b4和進氣管b9的物理結(jié)構(gòu)與上述處理人工濕地類似，終端強化除磷人工濕地單元b內(nèi)填充的是石灰石質(zhì)強化除磷填料，填料的粒徑為1-2cm，在終端強化除磷人工濕地單元b距離頂部上層30cm處，設(shè)置dn100的pvc系統(tǒng)排水總管b15，排水總管b15底部按照間隔15cm開直徑為2mm的孔，用于排除處理后的出水。

該小區(qū)污水經(jīng)過上述污水處理設(shè)施處理后，出水達到了《城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（gb/t18920-2002）中的規(guī)定值，可回用于綠化、沖廁、景觀等用途，有效實現(xiàn)了水資源的回用。