一种适用于北方寒冷地区的人工湿地污水处理装置和工艺制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种适用于北方寒冷地区的人工湿地污水处理装置和工艺，包括与化粪池排水管连接的配水区，配水区下部设置有沉淀区，沉淀区的上清液通过穿孔花墙进入整流区；所述整流区沿宽度方向设有若干导流板，整流区的底部设置有大阻力配水管道和曝气管道，整流区出水通过穿孔花墙进入人工湿地，人工湿地单元自上而下包括覆土层、海绵层、中粒径砾石基质层、大粒径砾石基质层和防渗层，所述人工湿地设有自动溢流堰口。使用本发明专利技术实现了北方冬季恶劣环境下，潜流式人工湿地对生活污水的高效净化。

An artificial wetland sewage treatment device and process suitable for the northern cold area

【技术实现步骤摘要】
一种适用于北方寒冷地区的人工湿地污水处理装置和工艺
本专利技术属于环保
，涉及人工湿地，特别涉及一种适用于北方寒冷地区的人工湿地污水处理装置和工艺。
技术介绍
人工湿地是一种典型的污水生态处理模式，由于它具有运行费用低、维护管理简单、生态环境效益显著和投资少等优点，经过半个多世纪的发展，其理论研究已日趋成熟，且被广泛应用于世界各地的各种类型污水的治理。其中水平潜流系统(HF-CWs)最为常见，然而在北方地区，特别是在冬季低温时，不仅影响人工湿地对污染物的处理效果，使得污染物去除效率大幅下降，而且会造成填料层冻结、床体缺氧、管道破裂等多种不利后果，所以在我国北方地区推广和使用人工湿地处理工艺，如何对运行过程中进行保温措施成为了一个需要解决的问题。针对当前低温环境下人工湿地运行效果较差的现象，国内外研究人员对低温条件下人工湿地污水处理技术进行了相关研究。例如，通过在植物表面覆盖保温材料和降低水力负荷，但现有研究和工程建设并没有从湿地结构设计方面给出切实可行的解决方案。
技术实现思路
为克服现有潜流人工湿地处理工艺在北方寒冷季节运行效率低下的问题，本专利技术的目的在于提供一种适用于北方寒冷地区的人工湿地污水处理工艺，以实现极端环境下潜流式人工湿地的稳定、高效运行。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种适用于北方寒冷地区的人工湿地污水处理装置，包括与化粪池排水管21连接的配水区1，其特征在于，所述配水区1下部设置有沉淀区，沉淀区的上清液2通过1#穿孔花墙25进入1#整流区8；所述1#整流区8沿宽度方向设有若干导流板9，1#整流区8的底部设置有大阻力配水管道6和曝气管道7，1#整流区8出水通过2#穿孔花墙29进入1#人工湿地10，1#人工湿地10自上而下包括覆土层11、海绵层13、中粒径砾石基质层12、大粒径砾石基质层14和防渗层15。所述配水区1位于化粪池排水管21上方设置有生物活性炭吸附层4，用于去除配水区单元1污水产生的异味气体；生物活性炭吸附层4上方设置有喷淋装置5，用于为生物活性炭吸附层4提供必要的水分和营养物质；所述1#人工湿地10出水通过穿孔花墙进入2#整流区17，2#整流区17的出水通过穿孔花墙进入2#人工湿地18，所述2#人工湿地18的出水池19设有自动溢流堰口20，所述喷淋装置5连接出水池19且在连接管路上设置水泵一22向生物活性炭吸附层4喷洒部分净化出水；同时，部分净化出水通过水泵二23进入大阻力配水管道系统6，所述曝气管道7通过曝气泵24同时为1#整流区8和2#整流区17进行曝气富氧。所述化粪池排水管21埋深为地面以下1.0～2.0m，沉淀区高度为2.5～3.0m，宽度为5～10m，排泥周期不超过2d；所述生物活性炭吸附层4选用活性炭纤维和颗粒活性炭复合结构材料，活性炭纤维粒径为5～6mm，比表面积为2000～2200m2/g，颗粒活性炭粒径为2～3mm，活性炭纤维和活性炭填充体积比为1.5:1，所述生物活性炭吸附层4设置有在线含湿量探头，与喷淋装置5形成反馈机制。所述导流板9在1#整流区8和2#整流区17中沿宽度均匀布设，将1#整流区8均分为若干子区域，控制各整流子区域的的长宽比≥4；其中，大阻力配水管道系统6设置在1#整流区8前部，曝气管道7设置在1#整流区8的中、后部。所述自动溢流堰口20的高度H为温度的函数f(T)，堰口高度随温度的下降而下降，以保证湿地内部水位处于冰冻线以下。所述导流板9之间填充有粒径为1～2cm的表面包裹有沥青的砾石28。所述覆土层11的层厚为0.5～1.0m，海绵层13的厚度为30～50mm，中粒径砾石基质层12厚度为0.3m，由粒径为5～8mm的砾石填充构成，大粒径砾石基质层14厚度为0.3m，由粒径为8～10mm的砾石填充构成；在1#整流区8和1#人工湿地10的底部均设置有防渗层15；覆土层11上种植的湿地植被16选取菖蒲、西伯利亚鸢尾和花叶麦冬等耐寒常绿植被，所述沉淀区的上清液2出水通过穿孔花墙25连接1#整流区8，1#整流区8出水通过穿孔花墙26进入1#人工湿地10。所述1#整流区8和1#人工湿地10的数量均有多个，1#整流区8和1#人工湿地10依次交叉分布，水流依次连接。本专利技术还提供了一种基于所述适用于北方寒冷地区的人工湿地的污水处理装置的工艺，流程如下：1)将化粪池处理后的生活污水通过化粪池排水管21引入配水区1，污水在沉淀区完成污泥沉淀过程，产生的恶臭气体被上部生物活性炭吸附层4吸附去除后经上部的气体排出口27排出；2)经沉淀预处理后的污水进入1#整流区8，在导流板9和被沥青包裹的大粒径砾石填料28的作用下保证水流的均匀性，大阻力配水管道系统6将人工湿地处理出水回流进入1#整流区8，曝气管道7通过曝气的方式将污水中的氨氮氧化为硝态氮；回水和曝气对水体产生扰动作用，以及包裹有沥青的砾石填料28均具有污水防冻的效果；3)1#整流区8出水通过穿孔花墙25进入人工湿地10，利用海绵层13的保温和持水作用，保证冬季植物的生长和湿地的正常运行。所述化粪池处理后的生活污水温度一般为16～24℃，以5～7mm/s的流速流入配水单元1；大阻力配水系统6有多个配水支管，支管起端流速为1.5～2.5m/s，支管间距为200～300mm，支管孔径9～12mm，孔距为75～300mm；曝气管道7为穿孔曝气管，有多个支管，其穿孔直径为3mm，孔距为70mm，支管管径为20mm，支管间距为80mm，枝状布置，孔口向下倾斜45°，使1#整流区8处于富氧状态，将污水中的氨氮氧化为硝态氮。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术所构建的配水区由沉淀区、生物活性炭吸附层和喷淋装置三部分有机构成，沉淀区污水所携带的热量通过热传导作用对生物活性炭层起到保温作用，同时生物活性炭吸附层能够吸附沉淀区产生的恶臭气体，且脱落的生物膜会落入下层的沉淀区，为维持生物活性炭上微生物的生长状态，将部分净化出水通过喷淋装置喷洒至生物活性炭层。这一结构形式既解决了生物膜冬天上冻的问题，也有效保证了配水区的卫生状况。2.本专利技术所构建的1#整流区，合理利用导流板优化水流均匀性，并采用经沥青包裹的大粒径砾石作为填料，在提高整体美观性的同时，也有效利用了沥青材料对太阳能的吸收作用，实现污水保温效果。3.本专利技术所构建的整流区底部布设大阻力配水管路和曝气管路，提出将部分系统出水(有氨氮残留)回流至整流单元，在曝气作用下实现氨氮的氧化转化，保证了系统出水对氨氮的总体去除效率。同时，布水和曝气的双重扰动作用也具有防治污水结冰的作用。4.本专利技术所构建的人工湿地，在覆土层与基质层之间设有30～50mm厚的海绵层，具有保温和持水的双重作用。5.本专利技术在所构建的出水池出口处，设有能随大气温度调节高度的溢流堰，其堰口H堰随大气温度T上、下移动，保证人工湿地系统内部液面高度始终处于冰冻线以下，实现了自动化智能防冻。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为图1的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于北方寒冷地区的人工湿地污水处理装置，包括与化粪池排水管(21)连接的配水区(1)，其特征在于，所述配水区(1)下部设置有沉淀区，沉淀区的上清液(2)通过1#穿孔花墙(25)进入1#整流区(8)；所述1#整流区(8)沿宽度方向设有若干导流板(9)，1#整流区(8)的底部设置有大阻力配水管道(6)和曝气管道(7)，1#整流区(8)出水通过2#穿孔花墙(29)进入1#人工湿地(10)，1#人工湿地(10)自上而下包括覆土层(11)、海绵层(13)、中粒径砾石基质层(12)、大粒径砾石基质层(14)和防渗层(15)。/n

【技术特征摘要】
1.一种适用于北方寒冷地区的人工湿地污水处理装置，包括与化粪池排水管(21)连接的配水区(1)，其特征在于，所述配水区(1)下部设置有沉淀区，沉淀区的上清液(2)通过1#穿孔花墙(25)进入1#整流区(8)；所述1#整流区(8)沿宽度方向设有若干导流板(9)，1#整流区(8)的底部设置有大阻力配水管道(6)和曝气管道(7)，1#整流区(8)出水通过2#穿孔花墙(29)进入1#人工湿地(10)，1#人工湿地(10)自上而下包括覆土层(11)、海绵层(13)、中粒径砾石基质层(12)、大粒径砾石基质层(14)和防渗层(15)。


2.根据权利要求1所述适用于北方寒冷地区的人工湿地污水处理装置，其特征在于，所述配水区(1)位于化粪池排水管(21)上方设置有生物活性炭吸附层(4)，用于去除配水区单元(1)污水产生的异味气体；生物活性炭吸附层(4)上方设置有喷淋装置(5)，用于为生物活性炭吸附层(4)提供必要的水分和营养物质；所述1#人工湿地(10)出水通过穿孔花墙进入2#整流区(17)，2#整流区(17)的出水通过穿孔花墙进入2#人工湿地(18)，所述2#人工湿地(18)的出水池(19)设有自动溢流堰口(20)，所述喷淋装置(5)连接出水池(19)且在连接管路上设置水泵一(22)向生物活性炭吸附层(4)喷洒部分净化出水；同时，部分净化出水通过水泵二(23)进入大阻力配水管道系统(6))，所述曝气管道(7)通过曝气泵(24)同时为1#整流区(8)和2#整流区(17)进行曝气富氧。


3.根据权利要求2所述适用于北方寒冷地区的人工湿地污水处理装置，其特征在于，所述化粪池排水管(21)埋深为地面以下1.0～2.0m，沉淀区高度为2.5～3.0m，宽度为5～10m，排泥周期不超过2d；所述生物活性炭吸附层(4)选用活性炭纤维和颗粒活性炭复合结构材料，活性炭纤维粒径为5～6mm，比表面积为2000～2200m2/g，颗粒活性炭粒径为2～3mm，活性炭纤维和活性炭填充体积比为1.5:1，所述生物活性炭吸附层(4)设置有在线含湿量探头，与喷淋装置(5)形成反馈机制。


4.根据权利要求2所述适用于北方寒冷地区的人工湿地污水处理装置，其特征在于，所述导流板(9)在1#整流区(8)和2#整流区(17)中沿宽度均匀布设，将1#整流区(8)均分为若干子区域，控制各整流子区域的的长宽比≥4；其中，大阻力配水管道系统(6)设置在1#整流区(8)前部，曝气管道(7)设置在1#整流区(8)的中、后部。


5.根据权利要求2所述适用于北方寒冷地区的人工湿地污水处理装置，其特征在于，所述自动溢流堰口(20)的高度H为温度的函数f(T)，堰口高度随温度的下降而下降...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文东，韩霁昌，顾兆林，叶胜兰，张扬，陈志文，张翼，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61