一种灰黑分离模式下落干式人工湿地灰水处理系统及方法

1.本发明属于污水处理领域，具体涉及一种灰黑分离模式下落干式人工湿地灰水处理系统及方法。


背景技术：

2.生活污水是农村居住环境整治的重点任务，目前常见的农村生活污水处理模式选择将家庭产生的各类污水统一纳管，通过复杂管网将污水送入末端处理设施进行处理。这种方法进行污水处理对于人口密度低、居住分散的农村地区而言，管网建设费用必然极其巨大。此外，在污水的混合收集时，还忽略了灰水和黑水的巨大差异，即带来“稀释即污染”问题，其不仅导致了污水处理难度的增加，而且还舍弃了污水中的营养物，无法对其回收利用，造成了资源和能源的极大浪费。
3.而落干式人工湿地作为一种成熟的生态处理技术，在原位或就近处理灰黑分离灰水，降低污水输送和处理的成本方面存在有一定的优势，但是，目前，传统的落干式人工湿地技术常常因供氧不足限制了其污水处理的效率，尤其是对有机物和氨氮的处理上；而采用人工曝气和潮汐流来解决落干式人工湿地溶解氧不足的手段引起高昂的运行成本以及复杂的控制系统，并不适用于我国经济、技术及运行管理水平较低的农村地区的应用，因此，研发一种污水处理效率高、操作方法简便、维护简易，运行成本低的灰黑分离模式下落干式人工湿地灰水处理系统及方法来解决基于灰黑分离模式的农村灰水的处理问题，显得至关重要。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供了一种灰黑分离模式下落干式人工湿地灰水处理系统及方法，其污水处理效率高、操作方法简便、维护简易，运行成本低。
5.为实现上述目的，本发明所采取的技术方案如下：技术方案一：一种灰黑分离模式下落干式人工湿地灰水处理系统，包括通过污水管道依次连通的集水沉淀池落干式人工湿地；所述污水管道上设置有具有定时器的蠕动泵；所述落干式人工湿地包括池体，设置于所述池体内的基质层，以及设置于所述基质层上的植物层，所述基质层包括从下到上依次设置的陶粒层、沸石层、河沙层和大砾石层，所述池体的底部设置有出水口。
6.进一步的，所述池体的进水口设置于所述池体的顶部，所述集水沉淀池的出水管设置于集水沉淀池的顶部，所述出水管向下延伸至集水沉淀池内液面以下，所述污水管道的两端分别与所述出水管和所述进水口相连通。
7.进一步的，所述大砾石层上方还设置有布水装置，所述布水装置包括通过布水干管与所述污水管道相连通的若干布水支管，所述布水支管上均匀设置有若干布水孔。
8.更进一步的，所述布水装置架设于所述池体上，所述布水装置到所述大砾石层上
表面的距离为20~40cm。
9.进一步的，所述池体内的基质层内还埋设有若干通气管，所述通气管纵向贯穿所述基质层、并延伸至所述池体的顶部，所述通气管在基质层内和基座层上方均设置有若干通气孔，位于基质层上方的通气孔到所述基质层上表面的距离大于等于10cm。
10.更进一步的，所述沸石层与所述河沙层的填充厚度比为3:1。
11.更进一步的，所述陶粒层粒径为8~16mm，所述沸石层粒径为4~8mm，所述河沙层粒径为0.5~2mm，所述大砾石层粒径32~64mm。
12.进一步的，所述定时器控制所述蠕动泵间歇式向所述落干式人工湿地进水。
13.技术方案二：一种利用上述灰黑分离模式下落干式人工湿地灰水处理系统处理灰水的方法，采用模式一结合模式二的周期性间歇式的方式进行灰水的处理；其中，所述模式一为：每运行5天休床2天的间歇式运行模式；所述模式二为：人工湿地系统运行时，按每天4-6次循环的频率，采用快速进水-净化-排空空置复氧的运行模式循环进行。
14.进一步的，所述模式二，具体包括：所述模式二，具体包括：步骤1、进水：将调节沉淀池内的灰水快速排入落干式人工湿地；灰水进入落干式人工湿地后在大砾石层上方形成水封，步骤2、灰水净化：灰水以推流方式经过基质层，并在水封营造的缺氧环境下进行反硝化脱氮反应，同时利用基质层的沸石吸附氨氮，利用河沙吸附磷，实现对灰水的净化，然后将净化后的污水从出水口排出；步骤3、复氧：待落干式人工湿地内进入的灰水排空后，空置，进行大气扩散复氧后，再次循环步骤1-3进行灰水的处理，即可。
15.进一步的，步骤1中，调节沉淀池内的灰水排入落干式人工湿地时，流速为6~9 l/m2·
min，一次排入落干式人工湿地进水一次的水量为70~110 l/m2；步骤3中，空置时间为3~6h。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、本发明可直接原位或就近处理灰黑分离的灰水，相较于传统模式中将灰水与黑水混合后输送至大型污水处理设备进行污水处理的技术围岩，极大的降低了污水输送和处理的成本，易于在中国农村地区推广。
17.2、本发明一方面利用污水下渗过程中水位变化产生的负压增强对流作用，提高湿地的复氧能力，另一方面通过落干式人工湿地的排空闲置增强大气复氧，相对于传统技术而言，采用这两种方法进行复氧并不需要昂贵的设备能本、也不需要专业的技术知识，其操控简便，复氧能力强，适合于中国农村地区的推广使用，此外，排空闲置还能缓解基质层堵塞的问题。
18.3、本发明在进行污水处理时，采用较大的比脉冲体积将灰水快速排入落干式人工湿地，从而在基质层的上方形成水封，为基质层营造了短暂的缺氧环境，有利于灰水的反硝化脱氮，提高了灰水的消化脱氮效率，解决了传统技术中脱氮性能差的问题；此外，水封层还优化了水力流态，进一步提高了人工湿地对污染物的去除效能。
19.本发明采用5天运行2天休床的模式一结合快速进水-净化-排空空置周期性循环
的模式二进行灰水的处理，其对cod、nh
4 -n、tn、tp的去除率在暖季达到92.17%、91.46%、83.95%和81.69%，在冷季达到86.73%、87.57%、71.58%和80.67%，有较好的综合去除效能。
附图说明
20.图1为本发明一个实施例中的结构示意图；图2为图1沿a-a的剖视图（未画出植物）；在图中：1、污水管道，2、集水沉淀池，3、落干式人工湿地；4、定时器，5、蠕动泵；6、池体，7、基质层，8、植物层，9、陶粒层，10、沸石层，11、河沙层，12、大砾石层，13、出水口。14、布水干管，15、布水支管，16、布水孔。17、通气管，18、通气孔，19、进水口。
具体实施方式
21.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖 直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第 一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
23.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连， 可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术 语在本发明中的具体含义。
24.以下结合附图对本发明进行进一步详细的叙述。
25.实施例1：如图1-2所示的本发明一种灰黑分离模式下落干式人工湿地灰水处理系统的一个实施例，包括通过污水管道1依次连通的集水沉淀池2落干式人工湿地3；所述污水管道1上设置有具有定时器4的蠕动泵5；所述落干式人工湿地3包括池体6，设置于所述池体6内的基质层7，以及设置于所述基质层7上的植物层8，所述基质层7包括从下到上依次设置的陶粒层9、沸石层10、河沙层11和大砾石层12，所述池体6的底部设置有出水口13。本发明在底部设置出水口13，能够保证人工湿地内部无饱和水层。
26.进一步的，所述植物层8可根据农户喜好自由选择，作为一种优选方案，夏季可种植耐旱植物黄花鸢尾，冬季可种植耐寒植物西伯利亚鸢尾。
27.进一步的，所述池体6的进水口19设置于所述池体6的顶部，所述集水沉淀池2的出水管设置于集水沉淀池2的顶部，所述出水管向下延伸至集水沉淀池2内液面以下，所述污水管道1的两端分别与所述出水管和所述进水口19相连通。
28.作为本发明一种灰黑分离模式下落干式人工湿地灰水处理系统的一个实施例，所述大砾石层12上方还设置有布水装置，所述布水装置包括通过布水干管14与所述污水管道
1相连通的若干布水支管15，所述布水支管15上均匀设置有若干布水孔16。本发明均匀布置的若干布水孔16，可以实现人工湿地的均匀布水，避免发生短流现象。
29.进一步的，所述布水装置架设于所述池体6上，所述布水装置到所述大砾石层12上表面的距离为20~40cm。
30.作为本发明一种灰黑分离模式下落干式人工湿地灰水处理系统的一个实施例，所述池体6内的基质层7内还埋设有若干通气管17，所述通气管17纵向贯穿所述基质层7、并延伸至所述池体6的顶部，所述通气管17在基质层7内和基座层上方均设置有若干通气孔18，位于基质层7上方的通气孔18到所述基质层7上表面的距离大于等于10cm；进一步的，基质层7上方位于最下层的通气孔18到所述基质层7的距离为10cm；当雨天降水过多时，水流不能及时下渗，此时，基质层7上方的污水可以从基质层7上方的通气孔18溢出，保证湿地运行的稳定性，避免雍水堵塞。
31.作为本发明一种灰黑分离模式下落干式人工湿地灰水处理系统的一个实施例，所述沸石层10与所述河沙层11的填充厚度比为3:1。
32.进一步的，所述陶粒层9厚度为10cm，用于对灰水进行过滤处理；沸石层10厚度为60cm，其具有多孔结构，其不仅能够吸附氨氮，还有利于微生物生长附着形成生物沸石，提高氨氮的转化效率，河沙层11的厚度为20cm，其一方面作为滤料使用，一方面利用其小粒径的性质，降低灰水下渗的速度，使基质层7上方形成水封，增长灰水与基质及微生物的接触处理时间，同时还能够吸附灰水中的磷；大砾石层12的厚度为32~64cm，能够起到防冲刷的作用。
33.进一步的，所述陶粒层9粒径为8~16mm，所述沸石层10粒径为4~8mm，所述河沙层11粒径为0.5~2mm，所述大砾石层12粒径32~64mm。
34.作为本发明一种灰黑分离模式下落干式人工湿地灰水处理系统的一个实施例，所述定时器4控制所述蠕动泵5间歇式向所述落干式人工湿地3进水，进水时，进水流速为6~9 l/m2·
min。
35.实施例2：本发明示出了一种利用实施例1所述灰黑分离模式下落干式人工湿地灰水处理系统处理灰水的方法的一个实施例，其采用模式一结合模式二的周期性间歇式的方式进行灰水的处理；所述周期性间歇式的方式进行灰水的处理的方法包括：2种运行模式，其中模式一为：每运行5天休床2天的间歇式运行模式；模式二为：人工湿地系统运行时，按每天4~6次循环的频率，采用快速进水-净化-排空空置复氧的运行模式循环进行；所述模式二具体包括：步骤1、进水：以7.13 l/m2·
min的流速将调节沉淀池内的灰水经布水装置均匀的排入落干式人工湿地3的池体6内，灰水在跌落入池体6的过程中进行大气充氧，落干式人工湿地3进水一次的进水量为70~110 l/m2；灰水进入落干式人工湿地3后在大砾石层12上方形成水封，步骤2、灰水净化：灰水进入池体6后，以推流方式经过基质层7，高效的复氧能力有效去除污水中的cod及nh
4 -n，在基质层7的局部缺氧环境下进行反硝化脱氮反应，同时利用基质层7的沸石吸附氨氮，利用基质层7的河沙吸附磷，从而实现灰水的净化，然后将净化后
的污水从出水口13排出；步骤3、复氧：待落干式人工湿地3内进入的灰水排空后，空置3~6h进行大气扩散复氧后，再次循环步骤1-3进行灰水的处理，即可。
36.作为本发明一种利用实施例1所述灰黑分离模式下落干式人工湿地灰水处理系统处理灰水的方法的一个实施例，每天控制步骤1-3的循序次数为4~6次。本发明采用“快速进水-排空-闲置”的进水方式增强复氧，同时大体积快速进水容易在基质表层形成水封，可营造短暂的缺氧环境，解决了传统技术中人工湿地复氧效果好而脱氮性能差、以及复氧成本高的问题。本发明氧气主要通过对流作用和扩散作用进入湿地中。不仅要通过大体积进水增强对流氧量，还要保证一定的闲置时间，增强大气扩散氧量，同时考虑冷季温度过低影响湿地过水能力及微生物活性，因此本发明的最佳进水方案为：暖季每日进水6次，单次进水量106.88l/m2，冷季设置每日进水4次，单次进水量71.25 l/m2。
37.本发明落干式人工湿地3植物对污染物的作用较小，农户可根据自身喜好选择景观性植物，考虑运行方式为间歇式进水，本发明可以选择在暖季种植耐旱植物黄花鸢尾，在冷季种植耐寒植物西伯利亚鸢尾。
38.考虑农村生活污水灰水有机物含量高，溶解氧充足，微生物易大量繁殖导致基质渗透系数下降，造成湿地基质雍水堵塞，不宜持续运行，本发明采用5天运行2天休床的运行模式。
39.采用本发明的系统和方法净化灰水，在cod、nh
4 -n、tn、tp平均进水浓度为223mg/l、6.78mg/l、24.27mg/l、2.34mg/l的条件下，本发明在暖季对cod、nh
4 -n、tn、tp的去除率分别达到92.17%、91.46%、83.95%和81.69%；在冷季对cod、nh
4 -n、tn、tp的去除率分别达到86.73%、87.57%、71.58%和80.67%；出水均达江苏省农村生活污水一级a排水标准db32/ 3462-2020。
40.以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。