CN103172226B

CN103172226B - 同步强化去除氮、磷及雌激素的表面滞水型折流湿地系统

Info

Publication number: CN103172226B
Application number: CN201310130051.1A
Authority: CN
Inventors: 宋海亮; 梁璐; 杨小丽
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2013-04-15
Filing date: 2013-04-15
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2033-04-15
Also published as: CN103172226A

Abstract

本发明公开了一种同步强化氮、磷及雌激素去除的表面滞水型折流湿地系统，包括按照水流流向依次设置的一级处理池、二级处理池和三级处理池；一级处理池内自上而下设有漂浮植物层和一级填料层，二级处理池内自上而下设有湿地藻类层和二级填料层，三级处理池内自上而下设有挺水植物层和多级功能填料层，所述的多级功能填料层包括自上而下依次设置的石膏层、煤渣层、钢渣层和砾石层；在一级处理池前设有进水分配池，一级处理池的下方池壁上设有一级出水口；二级处理池与三级处理池之间设有溢流堰，三级处理池的下方设有排水口。本发明采用表面滞水及折流式水流形态，既能提高对氮和磷的去除，又能高效去除水体中的雌激素类污染物。

Description

同步强化去除氮、磷及雌激素的表面滞水型折流湿地系统

技术领域

本发明属于环境工程污水处理技术领域，具体涉及一种同步强化去除氮、磷及雌激素的表面滞水型折流湿地系统。

背景技术

氮和磷元素的存在是造成水体富营养化的主要原因，环境雌激素（以下简称雌激素）是一类能干扰体内正常分泌物质的合成、释放、运转、结合等过程，激活或抑制内分泌系统功能，从而破坏其维持机体稳定性和调控作用的物质。雌激素在环境中存在的浓度低（在水环境中其浓度通常为纳克级），具有潜在危害性。雌激素以其对机体的生殖、神经和免疫系统的危害性而引起越来越多的研究和重视。

随着环境污染问题的不断出现，如何能有效、简单且低成本的净化被污染的环境，受到越来越多人的重视。目前的处理工艺不能同步去除氮磷和雌激素，对雌激素的去除通常使用活性炭吸附、化学催化氧化、电化学氧化等技术，成本较高。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种同步强化氮、磷及雌激素去除的表面滞水型折流湿地，同步强化水体中氮、磷和雌激素的生态去除作用。

技术方案：为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种同步强化氮、磷及雌激素去除的表面滞水型折流湿地系统，所述的湿地系统包括按照水流流向依次设置的一级处理池、二级处理池和三级处理池；一级处理池内自上而下设有漂浮植物层和一级填料层，二级处理池内自上而下设有湿地藻类层和二级填料层，三级处理池内自上而下设有挺水植物层和多级功能填料层，所述的多级功能填料层包括自上而下依次设置的石膏层、煤渣层、钢渣层和砾石层；在一级处理池前设有进水分配池，进水分配池与一级处理池之间设有溢流堰，进水分配池内的待处理污水溢流进入二级处理池的漂浮植物层内，一级处理池的下方池壁上设有一级出水口，经过一级处理池处理的污水经一级出水口进入二级处理池的二级填料层内；二级处理池与三级处理池之间设有溢流堰，经过二级处理池处理的污水溢流进入三级处理池的挺水植物层内，处理过的水经过三级处理池下方的排水口排出。

其中，一级处理池下部的一级填料层由粒径为10-20mm的沸石堆积而成，沸石上方有适合漂浮植物层生长的5—10cm深的积水；所述的漂浮植物层的高度为10—15cm，一级填料层高度为50—60cm；所述的漂浮植物层采用浮萍。

其中，二级处理池下部的二级填料层由粒径为10—20mm的砾石堆积而成，砾石上方设有适合繁殖藻类层的10—15cm深的积水；所述的藻类层的高度为10—15cm，二级填料层的高度为50—60cm；所述的藻类层采用丝状藻或者水绵。

其中，三级处理池的多级功能填料层的石膏层的厚度为15—20cm，石膏粒径为5—10mm；煤渣层的厚度为15—20cm，煤渣粒径为5—10mm；钢渣层的厚度为30—35cm，钢渣粒径为1—5mm；砾石层的厚度为10—15cm，砾石粒径为5—10mm；所述的挺水植物采用芦苇、水竹或菖蒲。

本发明有以下有益效果：1)采用折流式水流形态，综合了表面流人工湿地和潜流人工湿地的工艺特点，提高了污染物的去除效率，氮、磷的去除率达到80%，雌激素去除率可达到95%。2)利用折流式水流形态产生的溶氧变化，使硝化-反硝化细菌能够高效去除水体中的氮，去除率可达到80%。3)将湿地分为三级，每级种植处于不同生态位的植物，即漂浮植物、悬浮丝状藻和挺水植物，充分利用不同生态位的湿地植物对雌激素的吸收和光降解促进作用；在利用植物根系微生物降解功能的基础上，拓展了漂浮植物、悬浮丝状藻对雌激素的吸收和光促降解去除途径，大大提高了单位面积人工湿地对雌激素的去除效率，雌激素去除率可达到95%，有效降低雌激素对水环境生物的生殖影响。4)利用填料的高效吸附能力去除水体中磷，效率高而且便于维护管理。5）在达到同样去除效果的情况下，本发明与同类工艺相比，可节约土地使用面积1/3，节省成本1/4；另外，本发明水力停留时间大大缩短，经过6—8小时的处理，出水氮磷去除率已达到80%，雌激素去除率则最高可达到95%，而利用传统污泥法或者其他组合工艺水力停留时间需要10小时以上，才能达到理想处理效果，投资高、耗时长，工艺条件复杂，不利于维护管理。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的同步强化氮、磷及雌激素去除的表面滞水型折流湿地系统，包括按照水流流向依次设置的一级处理池、二级处理池和三级处理池。

一级处理池内自上而下设有漂浮植物层3和一级填料层4。一级处理池的下部设有粒径为10-20mm的沸石堆积而成的一级填料层4，沸石上方有适合漂浮植物层3生长的5—10cm深的积水，所述的漂浮植物层3的高度为10—15cm，一级填料层4高度为50—60cm。所述的漂浮植物层3可采用浮萍等水生植物。

二级处理池内自上而下设有湿地藻类层7和二级填料层6。二级处理池的下部设有粒径为10—20mm的砾石堆积而成的二级填料层6，砾石上方设有适合繁殖藻类层7的10—15cm深的积水，所述的藻类层7的高度为10—15cm，二级填料层6高度50—60cm。所述的藻类层7可采用丝状藻或者水绵等藻类。

三级处理池内自上而下设有挺水植物层9和多级功能填料层，所述的多级功能填料层包括自上而下依次设置的石膏层10、煤渣层11、钢渣层12和砾石层13。石膏层10的厚度为15—20cm，石膏粒径为5—10mm；煤渣层11的厚度为15—20cm，煤渣粒径为5—10mm；钢渣层12的厚度为30—35cm，钢渣粒径为1—5mm；砾石层13的厚度为10—15cm，砾石粒径为5—10mm；石膏层10上方没有积水，挺水植物根系直接种植在煤渣层11和钢渣层12。所述的挺水植物为9采用芦苇、水竹或菖蒲种植而成。

在一级处理池前设有进水分配池1，待处理的污水源源不断的被送入进水分配池1内；进水分配池1和一级处理池的池壁之间设有溢流堰2，进水分配池 1内的待处理污水经过溢流堰2溢流进入一级处理池的漂浮植物层3内；一级处理池的一级填料层4所在处的下方池壁上设有一级出水口5，经过一级处理池处理的污水经一级出水口5进入二级处理池的二级填料层6内；二级处理池和三级处理池的池壁之间设有溢流堰8，经过二级处理池处理的污水经过溢流堰8溢流进入三级处理池的挺水植物层9内，处理过的水经过三级处理池下方的排水口14排出。整个湿地系统采用折流式水流形态，经过三级湿地系统处理，同时去除水体中的氮、磷和雌激素。

本发明的同步强化氮、磷及雌激素去除的表面滞水型折流湿地系统，污水进入一级处理池中后，表面浅层积水中的漂浮植物对水体中的雌激素进行吸收，其代谢产物促进雌激素的光降解；同时，漂浮植物的光合作用释放氧气，提高水中溶解氧含量，较好的好氧条件使硝化细菌快速地将水体中的NH₄ ⁺-N转化为NO₃ ^--N，而且同步发生对雌激素的共代谢降解作用。水流经过第一级湿地系统下部的一级出水口5进入二级处理池，反硝化细菌利用剩余的有机物作为碳源，将NO₃ ^--N转化为N₂，二级填料层6中的异养微生物继续对水体中的雌激素进行降解，表面浅层积水中的丝状藻类对雌激素进行进一步的吸收，并通过藻类代谢产物促进雌激素的光降解。经过二级处理池的污水经溢流后进入三级处理池，挺水植物根系对雌激素进行吸收作用，挺水植物根系附着生长的微生物继续降解雌激素；同时经过石膏、煤渣、钢渣和砾石多级功能填料层对磷素的物理吸附作用，使水体中磷也得到高效去除。

本发明中的三级处理池犹如一个个人工湿地（Constructed wetland），它主要包括人工基质和植物，人工构造形成由不同基质、植物、多种微生物以及不同的水流形式构成的具有特定生态学意义的水质净化系统。可以利用基质、植物和微生物以及他们的综合作用多途径的去除污染物，净化水质。

人工湿地系统中的漂浮植物和悬浮藻类可以直接迅速地吸收雌激素，而且漂浮植物和悬浮藻类的代谢产物可促进雌激素在水中的光降解作用，因此，通过设置表面滞水层，极大地提高了人工湿地对雌激素的去除作用。而挺水植物则可以利用根部及根周微生物对雌激素进行降解，达到一定的去除效果。同时，硝化细菌在好氧条件下进行硝化反应，使氨氮(NH₄ ⁺-N)转化为硝态氮(NO₃ ^--N)，部分硝态氮被绿色植物吸收利用，另一部分在缺氧条件下进行反硝化，将硝态氮转化为氮气(N₂)，从而达到去除污水中氮素的目的。同时，硝化细菌还可通过共代谢作用，降解雌激素，在脱氮的同时提高对雌激素的去除效果。另外，比表面积大、孔隙率高的湿地填料对磷的吸附去除率很高，因此可以利用廉价易得的湿地填料对磷素进行吸附去除。

综上所述，本发明采用不同的植物及湿地基质，加上特有的折流式水流形态，形成从好氧到缺氧的不同溶氧连续变化环境，为生物脱氮作用提供了适宜的溶氧条件。同时漂浮植物和藻类代谢产物为反硝化细菌提供所需碳源，从而实现对水体中氮素的脱除。湿地植物的根部对雌激素有很强的吸收作用，微生物对雌激素的吸附和降解作用，结合表面少量积水中的浮萍或藻类代谢产物对雌激素光降解的促进作用，可以高效去除水体中的雌激素。本发明湿地的最后一部分采用比表面积大、孔隙率高的多级功能填料层对磷进行吸附，从而达到水体中磷的高效去除。进而达到氮、磷和雌激素的同步强化去除的目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种同步强化氮、磷及雌激素去除的表面滞水型折流湿地系统，其特征在于：所述的湿地系统包括按照水流流向依次设置的一级处理池、二级处理池和三级处理池；一级处理池内自上而下设有漂浮植物层(3)和一级填料层(4)，二级处理池内自上而下设有湿地藻类层(7)和二级填料层(6)，三级处理池内自上而下设有挺水植物层(9)和多级功能填料层，所述的多级功能填料层包括自上而下依次设置的石膏层(10)、煤渣层（11）、钢渣层(12)和砾石层(13)；在一级处理池前设有进水分配池(1)，进水分配池(1)与一级处理池之间设有溢流堰(2)，进水分配池(1)内的待处理污水溢流进入一级处理池的漂浮植物层(3)内，一级处理池的下方池壁上设有一级出水口(5)，经过一级处理池处理的污水经一级出水口(5)进入二级处理池的二级填料层(6)内；二级处理池与三级处理池之间设有溢流堰(8)，经过二级处理池处理的污水溢流进入三级处理池的挺水植物层(9)内，处理过的水经过三级处理池下方的排水口(14)排出。

2.根据权利要求1所述的同步强化氮、磷及雌激素去除的表面滞水型折流湿地系统，其特征在于：一级处理池下部的一级填料层(4)由粒径为10-20mm的沸石堆积而成，沸石上方有适合漂浮植物层(3)生长的5—10cm深的积水；所述的漂浮植物层(3)的高度为10—15cm，一级填料层(4)高度为50—60cm。

3.根据权利要求2所述的同步强化氮、磷及雌激素去除的表面滞水型折流湿地系统，其特征在于：所述的漂浮植物层(3)采用浮萍。

4.根据权利要求1所述的同步强化氮、磷及雌激素去除的表面滞水型折流湿地系统，其特征在于：二级处理池下部的二级填料层(6)由粒径为10—20mm的砾石堆积而成，砾石上方设有适合繁殖藻类层(7)的10—15cm深的积水；所述的藻类层(7)的高度为10—15cm，二级填料层(6)的高度为50—60cm。

5.根据权利要求4所述的同步强化氮、磷及雌激素去除的表面滞水型折流湿地系统，其特征在于：所述的藻类层(7)采用丝状藻或者水绵。

6.根据权利要求1所述的同步强化氮、磷及雌激素去除的表面滞水型折流湿地系统，其特征在于：三级处理池的多级功能填料层的石膏层(10)的厚度为15—20cm，石膏粒径为5—10mm；煤渣层（11）的厚度为15—20cm，煤渣粒径为5—10mm；钢渣层(12)的厚度为30—35cm，钢渣粒径为1—5mm；砾石层(13)的厚度为10—15cm，砾石粒径为5—10mm。

7.根据权利要求1所述的同步强化氮、磷及雌激素去除的表面滞水型折流湿地系统，其特征在于：所述的挺水植物层(9)采用芦苇、水竹或菖蒲。