CN102923861B - 一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地，属于水处理技术领域。它包括进水管、进水区、出水区和出水管，所述的进水管与进水区连接；所述的出水管与出水区连接；还包括配水区、土壤层和填料区，所述的进水区、配水区、填料区和出水区依次相连；所述的进水区填充有石灰石；所述的填料区内部填充有黄铁矿和石灰石；所述的填料区的上部为土壤层。本发明采用矿物构建人工湿地对低C/N污水进行处理，具有处理效率高、运行稳定、投资费用低、管理方便、美观实用等优点，利用黄铁矿作为填料进行脱氮除磷，实现了矿物的资源化利用，具有较好的发展前景，适合推广使用。

Description

一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地

技术领域

本发明属于水处理技术领域，更具体地说，涉及一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地。

背景技术

人工湿地（Constructed Wetlands）是一种由人工建造和监督控制、与沼泽地类似的处理系统，它利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重协同作用来实现对污水的净化。人工湿地属于一种生态治理污水的方法，可作为传统污水处理技术的一种有效替代方案，这对于节省资金、保护水环境以及进行有效的生态恢复具有十分重要的现实意义，也越来越受到世界各国的重视和关注。

人工湿地根据水流的形式可建成自由表面流湿地、潜流湿地和垂直流湿地。其中潜流湿地可充分利用填料表面及植物根系上生物膜的作用处理污水，处理效果较好，且卫生条件较好，一般被广泛采用。

从现有人工湿地运行效果来看，处理低碳氮比（简写为：C/N）污水还存在一些不足之处：1、碳源不足导致微生物脱氮效果较差；2、季节适应性差，低温条件下处理效果较差；3、填料对磷的吸附容量较低，人工湿地经过长期运行以后，容易达到吸附饱和、堵塞填料区，导致处理效率下降。

中国专利号200910176534.9，公开日2011年04月22日，公开了一份名称为表面流-垂直潜流-两级表面流复合人工湿地脱氮除磷装置的专利文件，该表面流-垂直潜流-两级表面流复合人工湿地脱氮除磷装置，它主要是由塑料配水桶、蠕动泵、湿地单元（塑料及有机玻璃制作）及进出水管、阀门、填料填充取样柱等组成。配水装置通过蠕动泵将配水泵入湿地，出水经出水管排入市政排水管网。湿地单元中填装不同粒径、厚度的沸石作为吸附层。污染物在流经沸石填料层时，污染物在沸石、微生物的作用下发生迁移转化。定期检测进水、出水及各个处理单元的水中所含的碳、氮和磷的含量。填料填充取样柱置于试验格中（每个试验格可以设置多个取样柱），可实现填料的分层取样，能够对不同深度填料的吸附效果进行分析。该专利使用时需要将准确称量的含碳、氮和磷的药剂置于贮药管中，但是该专利申请文件没有给出具体的药剂，而现有的处理药剂都存在价格昂贵的问题，而且无法处理低碳氮比的污水。

发明内容

要解决的问题

针对现有人工湿地处理低C/N污水存在因为碳源不足导致微生物脱氮效果较差、季节适应性差，低温条件下处理效果较差、填料对磷的吸附容量较低、容易达到吸附饱和、堵塞填料区，导致处理效率下降的问题，本发明提供一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地。

技术方案  

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地，包括进水管、进水区、出水区和出水管，所述的进水管与进水区连接；所述的出水管与出水区连接；还包括配水区、土壤层和填料区，所述的进水区、配水区、填料区和出水区依次相连；所述的进水区填充有石灰石；所述的填料区内部填充有黄铁矿和石灰石；所述的填料区的上部为土壤层。

优选的，所述的进水区内部的石灰石的厚度为0.4-0.7m、粒径为5-20mm。石灰石厚度太低不利于大分子颗粒物的拦截，石灰石厚度太高不利于成本的控制，石灰石粒径影响水流的通过，粒径太大不利于大分子颗粒物的拦截，粒径太小容易发生堵塞。

优选的，所述的填料区内部填充的黄铁矿和石灰石体积比例为1-5:1。黄铁矿氧化过程产酸，单一的使用黄铁矿作为填料会导致出水pH偏低，黄铁矿和石灰石的比例过小会影响脱氮除磷的效果。

优选的，所述的填料区内部填充的黄铁矿和石灰石其粒径为5-20mm，填料区高度为0.5-0.8m。填料层高度影响湿地的脱氮除磷效果，高度太低不能实现高效脱氮除磷，高度太高，不利于成本的控制，填料粒径影响植物根部的生长和水流的通过，粒径太大不利于植物根部的生长，粒径太小容易堵塞填料区。

优选的，所述的土壤层种植有水生植物。

优选的，所述的水生植物为芦苇，种植密度为8-10株/ m²。

优选的，所述的出水管有N个，所述的N为2-5个。

优选的，所述的N个出水管的高度都不相同，从高到低依次排列。可以调节水位高度，改变填料淹没深度，从而调节好氧区和缺氧区的范围，提高脱氮效率。

优选的，所述的填料区内部还包括反冲洗管，所述的反冲洗管在填料区的水平方向和垂直方向均有布置，反冲洗管上等间距设置有出水孔。

工作时，水流由进水管自上而下通过进水区进入配水区，水流向下再经过填料区，然后汇流到填料区底部，进而流入出水区，从排水管排出。

有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

（1）本发明一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地，利用黄铁矿和石灰石作为填料区的生物滤池填料，其中黄铁矿（FeS₂）是自然界资源很丰富的一种硫化物矿物，可以为脱氮硫杆菌提供硫源，通过硫自养反硝化脱氮，从而脱氮不依赖有机物，黄铁矿硫自养反硝化产物及黄铁矿本身对磷都有很好的去除效果，该除磷效果可以长期保持，从而避免了常规填料容易达到磷吸附饱和的缺点；黄铁矿和石灰石的合理搭配，更加适合脱氮硫杆菌的繁殖与生长，在植物、生物和填料的三重作用下实现净化水体的目的，实现同步脱氮除磷的基础上，还能清除水中的COD，本发明的人工湿地作为一种生态治理污水的方法，其适用范围广泛；

（2）本发明采用矿物人工湿地对低C/N污水进行处理，具有处理效率高、运行稳定、投资运行费用低、管理方便、美观实用等优点，利用黄铁矿作为填料进行脱氮除磷，实现了矿物的资源化利用，具有较好的发展前景，适合推广使用；

（3）本发明进水区铺设0.5m厚、粒径5-20mm的石灰石，能够截留大分子悬浮物，避免湿地在长期运行后填料区的堵塞；

（4）本发明填料区的上部为土壤层，土壤层种植有水生植物，这样一方面水生植物能吸收氮、磷元素，净化一部分水质，另一方面也能美化环境；

（5）本发明出水管有2-5个，可以调节水位高度，改变填料淹没深度，从而调节好氧区和缺氧区的范围，提高脱氮效率；

（6）本发明填料区内部还包括反冲洗管，可在湿地运行后期发生堵塞时进行反冲洗，以改善湿地堵塞问题；

（7）本发明填料区内部填充的黄铁矿和石灰石体积比例为1-5:1，黄铁矿和石灰石其粒径为5-20mm，这个参数的设置能够高效的实现同步脱氮除磷，而且有利于芦苇的生长，不易造成填料区的堵塞。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明对COD和TP（总磷）的处理效果图；

图3为本发明对氨氮、硝氮和总氮的处理效果图。

图中：1、进水管；2、进水区；3、配水区；4、植被层；5、反冲洗管；6、填料区；7、出水区；8、排水管。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细描述。

实施例1

如图1所示，一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地，首先建立一个人工湿地池，尺寸为5.64m×1.48m×1m（L×W×H)。湿地池体用砖砌，底部铺设一层混凝土防渗漏。人工湿地池包括进水管1、进水区2、出水区7和出水管8，进水管1与进水区2连接；出水管8可以有2-5个，本实施例优选的选择3个。3个出水管8的高度都不相同，从高到低依次排列。可以调节水位高度，改变填料淹没深度，从而调节好氧区和缺氧区的比例，提高脱氮效率。出水管8与出水区7连接；人工湿地池还包括配水区3、土壤层4和填料区6，进水区2、配水区3、填料区6和出水区7依次相连，不同的区域通过隔板隔开，相邻的区域再通过水管连通；进水区2填充有石灰石；石灰石的厚度为0.4-0.7m、粒径为5-20mm，本实施例优选的选择了0.5m。填料区6内部填充有黄铁矿和石灰石；铁矿和石灰石体积比例为1-5:1，本实施例优选的选择3:1，黄铁矿和石灰石其粒径为5-20mm，填料区高度为0.5-0.8m，本实施例优选的选择0.7m。填料区6的上部为土壤层4。土壤层4种植芦苇，种植密度为8-10株/ m²，本实施例优选的选择了9株。采用24小时连续进水方式，水流由进水管自上而下通过进水区2进入配水区3，水流向下再经过填料区6，然后汇流到填料区6底部，进而流入出水区7，从排水管排出。进水为南京九乡河富营养化河水，水力停留时间为3d，出水水位控制在0.7m。经系统12个月稳定运行的实验结果表明：本发明矿物人工湿地可以有效的去除氨氮、硝氮、总氮、总磷和COD，处理效果见图2、图3。

在12个月的运行期间，进水氨氮、硝氮、总氮、总磷和COD的含量分别为1.48-14.27mg/L、1.12-35.51mg/L、2.55-37.38mg/L、0.4-5.84mg/L和14.78-70mg/L，不同季节氨氮、硝氮、总氮、总磷和COD的去除率如表1所示。经过人工湿地处理后的出水，氨氮、硝氮、总氮、总磷和COD等主要水质指标能达到的景观环境用水的再生水水质标准。

表1 、不同季节氨氮、硝氮、总氮、总磷和COD的去除率

	氨氮	硝氮	总氮	总磷	COD
						春季	56.30%	86.71%	65.60%	95.83%	58.45%
夏季	94.79%	100%	97.49%	98.82%	70.53%
						秋季	93.75%	93.64%	93.71%	99.00%	55.74%
冬季	51.54%	50.60%	49.97%	93.44%	49.51%

实施例2

同实施例1，所不同的是填料区6内部还包括反冲洗管5，反冲洗管5在填料区6的水平方向和垂直方向均有布置，反冲洗管5上等间距设置有出水孔。进水区2内部的石灰石的厚度为0.7m；填料区6内部填充的黄铁矿和石灰石体积比例为5:1，填料区高度为0.8m；芦苇种植密度为10株/ m²；出水管8有5个。当填料区6堵塞时，可以打开反冲洗管5对填料区6内部进行冲洗。5个出水管8的高度都不相同，从高到低依次排列。可以调节水位高度，改变填料淹没深度，从而调节好氧区和缺氧区的比例，提高脱氮效率。

实施例3

同实施例1，所不同的是填料区6内部还包括反冲洗管5；进水区2内部的石灰石的厚度为0.4m；填料区6内部填充的黄铁矿和石灰石体积比例为1:1，填料区6高度为0.5m；芦苇，种植密度为8株/ m²；出水管8有2个。

Claims (9)

1.一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地，包括进水管（1）、进水区（2）、出水区（7）和出水管（8），所述的进水管（1）与进水区（2）连接；所述的出水管（8）与出水区（7）连接；其特征在于：还包括配水区（3）、土壤层（4）和填料区（6），所述的进水区（2）、配水区（3）、填料区（6）和出水区（7）依次相连；所述的进水区（2）填充有石灰石；所述的填料区（6）内部填充有黄铁矿和石灰石；所述的填料区（6）的上部为土壤层（4）。

2.根据权利要求1所述的一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地，其特征在于：所述的进水区（2）内部的石灰石的厚度为0.4-0.7m、粒径为5-20mm。

3.根据权利要求1所述的一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地，其特征在于：所述的填料区（6）内部填充的黄铁矿和石灰石体积比例为1-5:1。

4.根据权利要求3所述的一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地，其特征在于：所述的填料区（6）内部填充的黄铁矿和石灰石其粒径为5-20mm，填料区高度为0.5-0.8m。

5.根据权利要求1所述的一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地，其特征在于：所述的土壤层（4）种植有水生植物。

6.根据权利要求5所述的一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地，其特征在于：所述的水生植物为芦苇，种植密度为8-10株/ m²。

7.根据权利要求1所述的一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地，其特征在于：所述的出水管（8）有N个，所述的N为2-5个。

8.根据权利要求7所述的一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地，其特征在于：所述的N个出水管（8）的高度都不相同，从高到低依次排列。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的一种利用矿物处理低碳氮比污水的人工湿地，其特征在于：所述的填料区（6）内部还包括反冲洗管（5），所述的反冲洗管（5）在填料区（6）的水平方向和垂直方向均有布置，反冲洗管（5）上等间距设置有出水孔。

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