具有集成硝化反硝化功能的層疊式複合流人工溼地系統的製作方法

2023-05-01 16:13:16 4

專利名稱：具有集成硝化反硝化功能的層疊式複合流人工溼地系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及水質淨化處理技術，特別是用於處理受汙染河道水源的人工溼地系統。
背景技術：
人工溼地是模擬自然溼地機理的人工生態系統，是利用人工構建的溼地系統中的物理、化學和馴化的生物生化系統協同對汙水進行綜合作用實現對水質的淨化。與傳統概念的汙水處理工藝相比，人工溼地汙水處理系統具有系統維護及運營費用低，對進水負荷變化適應性強，尤其對氮、磷去除效果好，生態環境效益顯著等特點。隨著我國河湖生態修復工作的不斷推進，人工溼地以其獨特的生態淨化功能，在河湖水質淨化中越來越受到人們的關注和應用。 人工溼地從結構原理上主要分為表面流和潛流兩種類型，其中潛流人工溼地又可根據進水在基質中的流動方向分為水平流型和垂直流型兩種。一般而言，單一的溼地結構單元難以滿足溼地防淤堵、有機質及氮磷汙染物去除等多重功能，目前，我國一般採取多級工藝組合以優化溼地結構功能，但也存在佔地面積大的缺點。

實用新型內容為提高溼地綜合效率、減小佔地，本實用新型提供一種具有集成硝化反硝化功能的層疊式複合流人工溼地系統，其結構緊湊、水力負荷大、配水靈活、硝化-反硝化作用效
果顯著。為實現上述目的，本實用新型包括以下技術方案一種具有集成硝化反硝化功能的層疊式複合流人工溼地系統，其包括表層波浪型間歇流布水系統I、下行垂直流溼地2、上層水平潛流溼地3、下層水平潛流溼地4、營養平衡補給井5以及退水調控井6 ；其中，該下行垂直流溼地2位於該溼地系統上層，由基質填料構成，其上種植挺水植物；下行垂直流溼地2表面基質堆砌高度不等，形成表層波浪型間歇流布水系統1，布水花管11布置在波浪的谷底部位，通過脈衝電磁閥自動控制間歇式布水；該下行垂直流溼地2下方為上層水平潛流溼地3，兩者間設置反濾層7 ;上層水平潛流溼地3由基質填料構成；該上層水平潛流溼地3下方為下層水平潛流溼地4，兩者間由不透水層8隔離，並留有折流過流區域81 ;該下層水平潛流溼地4由基質填料構成，底部為隔水層41 ；該營養平衡補給井5為配水井，設置於該溼地系統前端用於收集源水；該配水井連接配水管51，該配水管51水平布設於該上層水平潛流溼地3中；該退水調控井6設置在該溼地系統末端，通過集水管61連接下層水平潛流溼地4收集處理後的水；退水調控井6內部設置水位調節管62進行退水調節；水位調節管62中部連接表層布水管64，表層布水管64與該布水花管11連接；該退水調控井6上端設置溢流口 63與表層波浪型間歇流布水系統I連通。如上所述的層疊式複合流人工溼地系統，優選地，所述表層波浪型間歇流布水系統I的波浪形表面波峰波谷間垂直方向高度差為150-300mm。如上所述的層疊式複合流人工溼地系統，優選地，構成所述下行垂直流溼地2、上層水平潛流溼地3和下層水平潛流溼地4的基質填料為沸石、石灰質碎石、焦渣或其組合，基質填料粒徑為l_30mm，各層厚度均為100-900mm。如上所述的層疊式複合流人工溼地系統，優選地，所述下行垂直流溼地2的基質填料為沸石，粒徑為l_5mm，厚度為700-900mm ;所述上層水平潛流溼地3的基質填料為石灰質碎石，粒徑為10-30mm,厚度為300-480mm ;所述下層水平潛流溼地4基質填料為石灰質碎石，粒徑為10-30mm,厚度為540-900mm。如上所述的層疊式複合流人工溼地系統，優選地，所述反濾層7由碎石構成，粒徑為 5-10mm,厚度為 100-150mm。如上所述的層疊式複合流人工溼地系統，優選地，所述不透水層8由水泥砂漿製成，厚度為50-100mm。如上所述的層疊式複合流人工溼地系統，優選地，所述隔水層41為複合土工膜。如上所述的層疊式複合流人工溼地系統，優選地，所述下行垂直流溼地2內豎直設置排氣管21 ;所述上層水平潛流溼地3內豎直設置排氣管31。如上所述的層疊式複合流人工溼地系統，優選地，所述種植植物選自蘆葦、千屈菜、菖蒲和香蒲。如上所述的層疊式複合流人工溼地系統，優選地，所述系統的水平佔地面積為800-1600m2。本實用新型的有益效果在於該人工溼地系統運行時河道受汙染來水通過表層波浪型間歇流布水系統均勻進入下行垂直流溼地中，由於間歇流提供較高的溶氧條件，來水進行了充分的硝化反應；隨後，水流進入上層水平潛流溼地中進行反硝化反應，進而折流進入下層水平潛流溼地中，其間，通過與營養平衡補給井補給的源水混合，實現碳源補給，來水在下層水平潛流溼地中進一步進行反硝化反應，從而達到高效除氮。該人工溼地系統採用下行垂直流和雙層水平潛流豎向疊合，在垂直溼地床下層布設水平潛流溼地，節約了土地，合理利用了空間，減少了建設成本。人工溼地系統提供間歇流布水、營養平衡補給井，高效集成了氨氮硝化、碳源補充、反硝化脫氮作用，有效提高了溼地對高氨氮河湖水體的淨化效果。實驗結果表明，高水力負荷、高氨氮的河道或湖泊水體經過溼地單元處理，氨氮去除率達到90%，總氮去除率達80%，出口水質明顯改善。

圖I是實施例I的層疊式複合流人工溼地系統縱向剖面結構示意圖。圖2是實施例I的層疊式複合流人工溼地系統平面結構示意圖。
具體實施方式
下面通過實例詳細描述本實用新型。實施例I具有集成硝化反硝化功能的層疊式複合流人工溼地系統[0026]如圖I和圖2所示，在本實用新型的一種優選實施方式中，具有集成硝化反硝化功能的層疊式複合流人工溼地系統包括表層波浪型間歇流布水系統I、下行垂直流溼地2、上層水平潛流溼地3、下層水平潛流溼地4、營養平衡補給井5以及退水調控井6。下行垂直流溼地2、上層水平潛流溼地3和下層水平潛流溼地4均由基質填料構成，本實用新型的基質填料為沸石、石灰質碎石、焦渣或其組合。下行垂直流溼地2位於溼地系統上層，基質填料為沸石，粒徑為l_5mm，厚度為700-900_，其上種植蘆葦、千屈菜、菖蒲、香蒲等挺水植物。下行垂直流溼地2表面基質堆砌高度不等，形成表層波浪型間歇流布水系統1，波浪形表面波峰波谷間垂直方向高度差為150-300_。布水花管11布置在波浪的谷底部位，通過脈衝電磁閥自動控制間歇式布水。河道受汙染來水通過表層波浪型間歇流布水系統均勻進入下行間歇垂流溼地中，由於間歇流能提供較高的溶氧條件，河道高氨氮受汙染來水在下行垂流溼地中進行充分的硝化反應。下行垂直流溼地2下方為上層水平潛流溼地3，兩者間設置反濾層7。上層水平潛 流溼地3的基質填料為石灰質碎石，粒徑為10-30mm，厚度為300_480mm。反濾層7由碎石構成，粒徑為5-10臟，厚度為100-150mm。下行垂直流溼地2和上層水平潛流溼地3內分別豎直設置排氣管21、31，排氣管的作用是排放給水過程中帶入的氣體及厭氧環境下反硝化作用產生的氣體，保證水流運行通暢。上層水平潛流溼地3下方為下層水平潛流溼地4，兩者間由不透水層8隔離，並留有折流過流區域81。下層水平潛流溼地4的基質填料為石灰質碎石，粒徑為10-30mm，厚度為540-900mm。不透水層8由水泥砂眾製成,厚度為50_100mm。下層水平潛流溼地4的底部是複合土工膜作為隔水層41。受汙染來水通過下行間歇垂流溼地2後進入下方的上層水平潛流溼地3中進行反硝化反應，進而通過折流過流區域81進入下層水平潛流溼地4中進一步進行反硝化反應。在進入下層水平潛流溼地4之前，水流與通過營養平衡補給井補給的源水(也可在此添加其它碳源)進行充分混合，實現碳源補給，然後在下層水平潛流溼地4中進行反硝化反應，從而達到高效去除NH3-N和TN。營養平衡補給井5為配水井，設置於該溼地系統前端用於收集源水，配水井連接配水管51，該配水管51水平布設於該上層水平潛流溼地3中。處理完的水經過退水調控井6實現均勻退水。退水調控井6設置在溼地系統末端，通過集水管61連接下層水平潛流溼地4收集處理後的水。退水調控井6內部設置水位調節管62進行退水調節。水位調節管62中部連接表層布水管64，表層布水管64與該布水花管11連接。退水調控井6上端設置溢流口 63與表層波浪型間歇流布水系統I連通。層疊式複合流人工溼地系統採用混凝土或其他材料作為隔牆及擋牆9，通過管道連接進出水。該系統的水平佔地面積通常為800-1600m2。實施例2淨化羅馬東湖汙染水實驗使用實施例I所述的具有集成硝化反硝化功能的層疊式複合流人工溼地系統，下行垂直流溼地2上種植蘆葦和香蒲挺水植物，厚度為800mm、上層水平潛流溼地結構3厚度為400mm、下層水平潛流溼地4厚度為700mm，系統的水平佔地面積為1600m2。應用溼地單元處理引自羅馬兩東湖的源水1400m3/d,來水中氨氮平均濃度14. lmg/1，總氮平均濃度21. lmg/1，水力負荷為O. 88mVm2 · d，處理後氨氮去除率達到88%，總氮去除率達80%，出口水質明顯改善。
權利要求1.一種具有集成硝化反硝化功能的層疊式複合流人工溼地系統，其特徵在於，其包括表層波浪型間歇流布水系統(I)、下行垂直流溼地(2)、上層水平潛流溼地(3)、下層水平潛流溼地(4)、營養平衡補給井(5)以及退水調控井(6)； 其中，該下行垂直流溼地(2)位於該溼地系統上層，由基質填料構成，其上種植挺水植物；下行垂直流溼地(2)表面基質堆砌高度不等，形成表層波浪型間歇流布水系統(1)，布水花管(11)布置在波浪的谷底部位，通過脈衝電磁閥自動控制間歇式布水； 該下行垂直流溼地(2)下方為上層水平潛流溼地(3)，兩者間設置反濾層(7);上層水平潛流溼地(3)由基質填料構成； 該上層水平潛流溼地(3)下方為下層水平潛流溼地(4)，兩者間由不透水層(8)隔離，並留有折流過流區域(81);該下層水平潛流溼地(4)由基質填料構成，底部為隔水層(41)； 該營養平衡補給井(5)為配水井，設置於該溼地系統前端用於收集源水；該配水井連接配水管(51)，該配水管(51)水平布設於該上層水平潛流溼地(3)中； 該退水調控井(6)設置在該溼地系統末端，通過集水管￠1)連接下層水平潛流溼地(4)收集處理後的水；退水調控井￠)內部設置水位調節管￠2)進行退水調節；水位調節管(62)中部連接表層布水管(64)，表層布水管￠4)與該布水花管(11)連接；該退水調控井(6)上端設置溢流口 ￠3)與表層波浪型間歇流布水系統(I)連通。
2.如權利要求I所述的層疊式複合流人工溼地系統，其特徵在於，所述表層波浪型間歇流布水系統(I)的波浪形表面波峰波谷間垂直方向高度差為150-300_。
3.如權利要求2所述的層疊式複合流人工溼地系統，其特徵在於，所述下行垂直流溼地(2)的基質填料為沸石，粒徑為l_5mm，厚度為700-900mm;所述上層水平潛流溼地(3)的基質填料為石灰質碎石，粒徑為10-30mm，厚度為300-480mm ;所述下層水平潛流溼地(4)基質填料為石灰質碎石，粒徑為10-30mm，厚度為540-900mm。
4.如權利要求3所述的層疊式複合流人工溼地系統，其特徵在於，所述反濾層(7)由碎石構成，粒徑為5-10mm,厚度為100_150臟。
5.如權利要求3所述的層疊式複合流人工溼地系統，其特徵在於，所述不透水層(8)由水泥砂眾製成，厚度為50-100mm。
6.如權利要求3所述的層疊式複合流人工溼地系統，其特徵在於，所述隔水層(41)為複合土工膜。
7.如權利要求2所述的層疊式複合流人工溼地系統，其特徵在於，所述下行垂直流溼地(2)內豎直設置排氣管(21);所述上層水平潛流溼地(3)內豎直設置排氣管(31)。
8.如權利要求1-7中任一項所述的層疊式複合流人工溼地系統，其特徵在於，所述系統的水平佔地面積為800-1600m2。
專利摘要一種具有集成硝化反硝化功能的層疊式複合流人工溼地系統，包括層疊式設置的表層波浪型間歇流布水系統、下行垂直流溼地、上層水平潛流溼地和下層水平潛流溼地，以及營養平衡補給井和退水調控井。河道受汙染來水通過表層波浪型間歇流布水系統均勻進入下行垂直流溼地中，由於間歇流提供較高的溶氧條件，來水進行了充分的硝化反應；隨後，水流進入上層水平潛流溼地中進行反硝化反應，進而折流進入下層水平潛流溼地中，其間，通過與營養平衡補給井補給的源水混合，實現碳源補給，來水在下層水平潛流溼地中進一步進行反硝化反應，從而達到高效除氮。該系統合理利用空間，減少建設成本，硝化-反硝化作用效果顯著。
文檔編號C02F3/32GK202658012SQ20122021383
公開日2013年1月9日 申請日期2012年5月11日 優先權日2012年5月11日
發明者孟慶義, 劉培斌, 尹玉冰, 常國梁, 胡曉靜, 葉芝菡, 黃炳彬, 魏煒, 何春利 申請人:北京市水利科學研究所, 北京市水利規劃設計研究院