一种垂直流人工湿地沼气利用系统技术方案

本发明专利技术公开了一种垂直流人工湿地沼气利用系统，该系统处理经过预处理后的生活污水，依次经过三个水质处理过程和一个水质调整过程后进入收集区，每个水质处理过程基质分为五层，分别为覆盖层、植物种植层、吸收层、分离层和过滤层。处理一区(1)在运行的每年冬季进行厌氧发酵制备沼气，处理二区(2)在运行的第2年冬季进行厌氧发酵制备沼气，处理三区(3)在运行的第3年冬季进行厌氧发酵制备沼气。该系统实现污水处理和沼气利用相结合，最大程度的发挥人工湿地的价值，冬季沼气利用的同时大大提高人工湿地基质的渗透性，有效的缓解人工湿地的堵塞问题。该人工湿地系统方法简单，建造成本低，推广应用价值高。

【技术实现步骤摘要】
一种垂直流人工湿地沼气利用系统
本专利技术涉及环境科学与工程中的环境生态
，尤其涉及一种垂直流人工湿地沼气利用系统。
技术介绍
我国城市和乡村生活污水产生量大，随着消费水平的提高，呈现增长的趋势。人工湿地因具有建造成本低，处理效果好，运行维护方便等优点，受到广泛关注。人工湿地不仅实现污水的净化，同时获得景观效果和植物的生物量多重效果。特别对低污染水的处理，效果明显，成本低。推广价值较高。目前生活污水主要通过污水处理厂的工业设备进行净化，运行成本高，污水中有机污染物不能被有效的利用，附加值低。而人工湿地处理生活污水成本低，污染物被植物吸收后，获得生物量。然而在实际运行过程中，人工湿地具有易堵塞和占地面积大的缺点。垂直流人工湿地的开发和应用，大大提高了人工湿地处理生活污水的能力，同时减少了占地面积。然而堵塞问题一直是制约人工湿地技术发展的根本原因，当前常采用的方法是更换基质，工作量大，成本高。由于基质堵塞大都是由有机质引起的，因此，去除人工湿地基质中的有机质是当前研究的重点。有效的利用人工湿地基质中的有机质，实现资源化利用，提高人工湿地的附加值，对推动人工湿地技术的进步、实现低成本的处理生活以及有效的改善人们的居住环境等都将具有重要意义。目前与人工湿地有关的沼气处理主要授权或公开的专利包括一种人工湿地资源恢复利用系统(申请专利号：201621358752.6)、一种结合微生物燃料电池与厌氧人工湿地的农村生活污水处理系统(申请专利号：201520131872.1)、人工湿地污水处理系统及其净化污水的方法(申请专利号：201510885723.9)、结合微生物燃料电池与厌氧人工湿地的农村生活污水处理系统(申请专利号：201510269360.6)、一种序批式运行的人工湿地中水处理系统(申请专利号：201310189368.2)、人工湿地高效污水处理协同甲烷废气氧化的方法和系统(申请专利号：201310158512.6)、能控制甲烷排放的山地城市人工湿地污水处理系统(申请专利号：201210134240.1)、一种提高人工湿地冬季运行效果的方法(申请专利号：201110287165.8)、沼气池—生物膜反应器—人工湿地处理猪场废水系统(申请专利号：201020165600.0)、人工湿地植物生物质资源的应用(申请专利号：201010187068.7)、沼气池—生物膜反应器—人工湿地处理猪场废水工艺(申请专利号：201010152262.1)、一种有机污水人工湿地处理及高产非粮能源植物栽种技术(申请专利号：201010121074.2)、人工湿地生活污水处理方法及装置(申请专利号：200710048845.8)、人工湿地污水处理系统(申请专利号：201520996420.X)、一种高效脱氮除磷的人工湿地管道系统(申请专利号：201520798531.X)、一种能控制甲烷排放的山地城市人工湿地污水处理系统(申请专利号：201220194941.X)、和人工湿地植物生物质资源的应用(申请专利号：201210412248.X)等。以上这些专利都是关于人工湿地的建设方法，这些方法对生活污水的处理具有一定的效果，都考虑了人工湿地中沼气的产生问题，但是因存在方法复杂、占地面积大、成本高、易堵塞、特别是资源化利用率低，附加值低等一种或多种缺陷，推广应用受到限制。因此，开发一种方法简单，建造成本低、附加值高、维护和维修方便且能有效的净化生活污水的垂直流人工湿地技术，对推进人工湿地建设水平的提高以及生活污水处理技术的进步都具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种垂直流人工湿地系统及生活污水处理方法，实现垂直流人工湿地对生活污水高效处理的同时，实现生活污水处理二次资源化利用，进而推动人工湿地处理生活污水技术的进步；该处理方法工艺简单，占地面积小，不宜堵塞，附加值高，建造成本低；运行维护方便，具有较高推广应用价值。本专利技术采取的技术方案如下：一种垂直流人工湿地沼气利用系统，其特征在于：本垂直流人工湿地分为五层基质，基质一层为覆盖层，基质二层为种植层，其上种植植物，基质三层为吸收层，基质四层为分离层，基质五层为过滤层；整个人工湿地的底部和侧面均设置防水层，每个处理区设置入水口和出水口；污水依次经过处理一区、处理二区和处理三区，进入处理四区调整水质后，最后进入收集区。所述的处理一区、处理二区、处理三区、处理四区和收集区的边长相同，边长为35～50m。所述的基质一层基质的平均厚度为50～100mm，基质二层的平均厚度为100～200mm，基质三层的平均厚度为300～400mm，基质四层的平均厚度为50～100mm，基质五层厚度为200～300mm。所述的基质一层的基质采用细砂，直径为0.1～0.25mm；基质二层的基质由植物秸秆经过低温炭化后与炉渣混合制备，炭化过程为首先将秸秆粉碎成粒径范围分别为1～3mm，然后在300～350℃温度条件下炭化，炭化时间为20～30min，制备时，在炉渣中掺入质量份数为35～50％炭化后的秸秆活性炭。所述的基质三层的基质采用活性炭，炭化过程为首先将秸秆粉碎成粒径范围分别为4～8mm，然后在350～450℃温度条件下炭化，炭化时间为35～50min。所述的基质四层采用粗砂，粒径为0.5～2mm，基质五层采用碎石，碎石的粒径为5～9mm和9～15mm，混合比例分别为35～70％：30～65％。所述的防水层在人工湿地的底部采用HDPE土工膜，侧面采用防渗墙，防渗墙采用水泥、膨润土、粗砂和粘土混合制备，混合比例为在粘土中加入质量份数为7～10％的水泥、1～3％的膨润土和3～6％的粗砂，墙厚度为0.2～0.4m。所述的植物为根系发达、生长周期长、适应南北气候条件、对生活污水中氮磷吸收能力强的水生植物。所述的处理一区在运行的每年冬季进行厌氧发酵制备沼气，处理二区在运行的第2年冬季进行厌氧发酵制备沼气，处理三区在运行的第3年冬季进行厌氧发酵制备沼气，处理四区调整水质1～2周后，净化后的水进入收集区，用于城市绿化、道路扬尘和农田灌溉用水。所述处理一区运行8年后，处理二区和处理三区运行10年后，更换基质二层和基质三层，更换后的基质集中进行厌氧发酵产沼气，沼气利用后进行发酵制肥，在制肥造粒前进行筛分，筛分后的粗砂用于基质一层的掺入料，掺入质量份数为5～10％。有益效果：本专利技术能够有效的提高垂直流人工湿地对污水的净化效果，同时实现污水中有机质的资源化利用；降低垂直流人工湿地的建造成本，减少垂直流人工湿地堵塞难处理的弊端；本专利技术方法简单，维护方便，使用寿命长，可操作性强。附图说明图1是本专利技术的垂直流人工湿地沼气利用系统结构平面图。图2是本专利技术的垂直流人工湿地沼气利用系统结构剖面图。图中，1、处理一区，2、处理二区，3、处理三区，4、处理四区，5、收集区，6、入水口，7、出水口，8、基质一层，9、基质二层，10、基质三层，11、基质四层，12、基质五层，13、防水层，14、植物。具体实施方式本专利技术垂直流人工湿地采用分区多级过滤，提高生活污水的净化效果，冬季进行厌氧发酵，消耗基质中过滤的有机质，获取沼气能源的同时，提高湿地基质的渗透性，有效的缓解垂直流人工湿地的堵塞，本专利技术垂直流人工湿地系统，各级基质采用不同材质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种垂直流人工湿地沼气利用系统，其特征在于：本垂直流人工湿地分为五层基质，基质一层(8)为覆盖层，基质二层(9)为种植层，其上种植植物(14)，基质三层(10)为吸收层，基质四层(11)为分离层，基质五层(12)为过滤层；整个人工湿地的底部和侧面均设置防水层(13)，每个处理区设置入水口(6)和出水口(7)；污水依次经过处理一区(1)、处理二区(2)和处理三区(3)，进入处理四区(4)调整水质后，最后进入收集区(5)。

【技术特征摘要】
1.一种垂直流人工湿地沼气利用系统，其特征在于：本垂直流人工湿地分为五层基质，基质一层(8)为覆盖层，基质二层(9)为种植层，其上种植植物(14)，基质三层(10)为吸收层，基质四层(11)为分离层，基质五层(12)为过滤层；整个人工湿地的底部和侧面均设置防水层(13)，每个处理区设置入水口(6)和出水口(7)；污水依次经过处理一区(1)、处理二区(2)和处理三区(3)，进入处理四区(4)调整水质后，最后进入收集区(5)。2.如权利要求1所述的处理一区(1)、处理二区(2)、处理三区(3)、处理四区(4)和收集区(5)的边长相同，边长为35～50m。3.如权利要求1所述的基质一层(8)基质的平均厚度为50～100mm，基质二层(9)的平均厚度为100～200mm，基质三层(10)的平均厚度为300～400mm，基质四层(11)的平均厚度为50～100mm，基质五层(12)平均厚度为200～300mm。4.如权利要求1所述的基质一层(8)的基质采用细砂，直径为0.1～0.25mm；基质二层(9)的基质由植物秸秆经过低温炭化后与炉渣混合制备，炭化过程为首先将秸秆粉碎成粒径范围分别为1～3mm，然后在300～350℃温度条件下炭化，炭化时间为20～30min，制备时，在炉渣中掺入质量份数为35～50％炭化后的秸秆活性炭。5.如权利要求1所述的基质三层(10)的基质采用活性炭，炭化过程为首先...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建玲，王汉席，刘学军，盛连喜，
申请(专利权)人：东北师范大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22