基于中水生物处理的人工湿地系统及中水处理方法

本发明涉及水处理，特别是涉及基于中水生物处理的人工湿地系统及中水处理方法。

背景技术：

1、中水是指城市污水或雨水经过适当处理后，达到相应的水质要求，可在一定范围内使用的非饮用水，例如：绿化灌溉、厕所冲洗、工业冷却用水等。但是中水含有氮、磷有机物和重金属成分，若排入自然水体容易造成水源污染。

2、如申请公布号为cn102167445a、申请公布日为2011.08.31的中国发明专利申请公开了一种用于处理污染河水和低浓度污水的水平潜流人工湿地，具体包括反应器箱体、反应器进水配水管、进水配水区多孔隔板、出水区多孔隔板、填料采样口、出水集水管、出水软管、固定水位出口、沸石或炉渣填料层、砾石填料层。进、出水区设置多孔隔板并在靠近处理单元一侧覆盖筛绢，在提高进、出水配水均匀性的同时，也保证了进水中大部分悬浮颗粒物不会进入处理单元。处理单元添加沸石与砾石组合填料或炉渣与砾石组合填料，通过填料与微生物的协同作用，达到有效去除污染河水或低浓度污水中codcr、氨氮、硝酸盐氮的目的。

3、现有技术中的用于处理污染河水和低浓度污水的水平潜流人工湿地设计有反应器箱体、多孔隔板和填料处理单元，利用填料与微生物协同以去除污染成分。但是，污水经过沸石或炉渣填料层、砾石填料层的流程时间短，难以充分地吸附水中的重金属成分，填料还要兼顾好氧和缺氧反应，吸附处理、好氧反应和缺氧反应均在同一空间，无法实现有效除磷脱氮的净化目的。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于中水生物处理的人工湿地系统及中水处理方法，解决了现有技术中污水经过沸石或炉渣填料层、砾石填料层的流程时间短，难以充分地吸附水中的重金属成分，填料还要兼顾好氧和缺氧反应，吸附处理、好氧反应和缺氧反应均在同一空间，无法实现有效除磷脱氮的净化目的的问题。

2、本发明提供如下技术方案：

3、一种基于中水生物处理的人工湿地系统，包括依次设置的集水池、吸附水井、生物填料池和湿地生长池，所述集水池与所述吸附水井之间连通有第一管路，所述吸附水井与所述生物填料池之间连通有第二管路，所述生物填料池与湿地生长池之间连通有第三管路；

4、所述集水池的上部设置有进水口，所述吸附水井的上部设置有溢水口，所述第一管路连接于所述集水池的底部、所述吸附水井的下部形成u型连通结构，所述第一管路的内部填充有砾石和/或砂粒过滤层；

5、所述吸附水井的内部沿其延伸方向堆叠设置有袋式炉渣结构，所述袋式炉渣结构包括透水袋体，以及填充设置于所述透水袋体中的炉渣料，所述袋式炉渣结构与所述吸附水井的井壁挤压配合，所述炉渣料的表面和内部均具有吸附孔隙；

6、所述集水池具有第一水位，所述吸附水井具有第二水位，所述第一水位高于所述第二水位构成水位差，所述水位差产生的压力大于或等于所述砾石和/或砂粒过滤层与所述袋式炉渣结构的总透水阻力；

7、所述生物填料池中设有好氧反应区和厌氧反应区，所述第三管路连接于所述生物填料池的下部与所述湿地生长池的下部，所述湿地生长池的内部自下而上依次设有多个砂土层，位于上侧的所述砂土层还设有水生植物。

8、优选的，所述集水池、所述吸附水井、所述生物填料池和所述湿地生长池沿河岸的宽度方向由高至低依次设置，且所述集水池、所述吸附水井、所述生物填料池和所述湿地生长池均沉设于河岸土层中。

9、优选的，所述吸附水井的底部低于所述集水池的底壁布置，所述第一管路为预埋于所述集水池的下侧土层中的l型管路，所述l型管路的竖直段与所述集水池的中部相连，所述l型管路的水平段与所述吸附水井的井壁相连。

10、优选的，所述吸附水井的深度为5m至20m之间的任意大小，所述集水池的深度为2m至6m之间的任意大小，且所述集水池与所述吸附水井的水位差为0.5m至3m之间任意小。

11、优选的，所述人工湿地系统还包括控制柜，所述集水池的上部安装有第一水位检测计，所述吸附水井的上部安装有第二水位检测计，所述进水口处设置有电动阀，所述控制柜分别与所述第一水位检测计、所述第二水位检测计和所述电动阀电连接；

12、所述第一水位检测计用于检测第一水位并向所述控制柜发送第一水位信号，所述第二水位检测计用于检测第二水位并向所述控制柜发送第二水位信号，所述控制柜用于根据所述第一水位信号和所述第二水位信号计算得出水位差，以在所述水位差超过最大阈值时控制所述电动阀关闭或调小，在所述水位差小于最小阈值时控制所述电动阀开启或调大。

13、优选的，所述好氧反应区布置在所述生物填料池的上部，且所述好氧反应区的填料上设有好氧菌，所述厌氧反应区布置在所述生物填料池的下部，且所述厌氧反应区的填料上设有厌氧菌。

14、优选的，所述生物填料池的中部设置有隔板支架，所述隔板支架上开设有多个透水孔，所述好氧反应区的填料为悬浮式污泥填料，所述隔板支架的上侧固定有布气管，所述生物填料池对应所述好氧反应区还安装有搅拌机构。

15、优选的，所述隔板支架的边缘与所述生物填料池的侧壁密封配合，所述透水孔中可拆安装有微滤组件，所述微滤组件包括叠层布置的金属滤网和陶瓷滤膜，所述微滤组件的过滤精度为0.05μm至1μm之间的任意大小。

16、优选的，所述好氧菌为硝化细菌、产酸杆菌、芽孢杆菌、放线菌和酵母菌中的至少一种，所述厌氧菌为甲烷菌、反硝化菌、醋酸菌和乙酸菌中的至少一种。

17、基于上述中水生物处理的人工湿地系统的中水处理方法，包括以下步骤：

18、s1、将中水输入集水池中，中水沿第一管路进入吸附水井中，通过袋式炉渣结构对中水的重金属成分进行吸附处理，完成吸附重金属成分后的中水从溢水口排出；

19、s2、中水经第二管路进入生物填料池中，在生物填料池的好氧反应区和厌氧反应区，通过好氧反应区的填料和厌氧反应区的填料来消耗中水的氮、磷有机物，完成消耗氮、磷有机物的中水排出生物填料池；

20、s3、中水经过第三管路进入湿地生长池中，自下而上经过多个砂土层过滤吸附处理，并通过上侧砂土层的水生植物的根系生长以进一步截留水中的氮、磷有机物；

21、s4、中水经湿地生长池完成吸附处理后得到净水，净水经过湿地生长池的上侧溢流至河湖水域中。

22、与现有技术相比，本发明提供了一种基于中水生物处理的人工湿地系统及中水处理方法，具备以下有益效果，

23、该基于中水生物处理的人工湿地系统采用了依次设置的集水池、第一管路、吸附水井、第二管路、生物填料池、第三管路以及湿地生长池的设计形式，集水池的上部设有进水口，吸附水井的上部设有溢水口，第一管路连接于集水池的底部、吸附水井的下部形成u型连通结构；第一管路的内部填充有砾石和/或砂粒过滤层，吸附水井的内部沿其延伸方向堆叠设置有袋式炉渣结构。

24、其中，城市污水或雨水等中水从进水口输入集水池中，中水从集水池的底部流入第一管路和吸附水井中，通过砾石和/或砂粒过滤层对水中污物进行粗过滤处理，再通过袋式炉渣结构的炉渣料进行净化处理。由于炉渣料是经过高温熔炼的固体废弃物，其表面和内部均具有吸附微孔，可进一步吸附水中的悬浮物质和微小杂质。炉渣料本身富含有氧化钙、氧化镁、氧化铁和氧化铝等成分，能够与水中的酸性物质发生中和反应，用来调节中水的酸碱度，而且，炉渣料的金属氧化物可有效吸附水中的重金属离子，并能够促进吸收水中的磷成分。

25、u型连通结构不仅延长了中水的反应流程，使水中的污染成分能被砾石和/或砂粒过滤层以及炉渣料充分地吸附去除。更重要的是，u型连通结构模拟了自然土层的过滤方式，借助中水在集水池的第一水位与吸附水井的第二水位存在水位差，该水位差产生的压力大于或等于砾石和/或砂粒过滤层与袋式炉渣结构的总透水阻力，保证了中水具有沿u形路径进行流动吸附过滤的持续动力。而且，水位差产生的压力相比于水泵产生的泵压，确保了中水保持在平缓的微弱流动状态，有效地延长了经过砾石和/或砂粒过滤层以及炉渣料的流程时间，从而确保能充分地吸附水中的重金属成分。

26、另外，生物填料池中设有好氧反应区和厌氧反应区，第三管路连接于生物填料池的下部与湿地生长池的下部，湿地生长池的内部自下而上依次设有多个砂土层，位于上侧的砂土层还设有水生植物。中水经溢水口进入生物填料池中，分别在好氧反应区、厌氧反应区进行好氧反应和厌氧反应，通过生物反应来吸收水中的氮、磷等有机物，然后中水经第三管路进入湿地生长池中，利用水生植物的根系生长来进一步截留水中的氮、磷等有机物。中水经过上述过滤、吸附、生物反应及截留净化后，能够实现有效除磷脱氮的净化目的，从而满足直接排放河湖水域的水质要求。