CN105347498A - 一种尾水深度净化湿地构建、启动与稳定运行方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种尾水深度净化湿地构建、启动与稳定运行方法，属于生态修复技术领域。在潜流式人工湿地构建、启动与稳定运行过程中投加B8制剂，使其与湿地基质表面及其孔隙中的生物膜共存，并成为优势菌群，进而强化湿地系统的脱氮除磷功能，从而可以有效的降低尾水中化学需氧量、总磷、氨氮和总氮浓度。从而克服潜流湿地处理低碳源、尾水除污效果不高这一难题，同时菌剂强化潜流湿地具有投资少、成本低、处理效果稳定、运行管理方便等特点。

Description

一种尾水深度净化湿地构建、启动与稳定运行方法
技术领域
本发明属于生态修复技术领域，具体涉及一种尾水深度净化湿地构建、启动与稳定运行方法。
背景技术
目前，我国城市污水厂一般将尾水就近排入该厂附近的河浜，造成尾水排放口周围的河浜部分区域水生环境受到严重破坏，例如排放尾水即使达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)I级A水质标准，仍远高于《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类水质标准，即《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A的NH3-N、COD、TN、TP排放标准为5.0mg/L、50mg/L、15mg/L、0.5mg/L，而《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)V类水的NH3-N、COD、TN、TP标准为2.0mg/L、40mg/L、2.0mg/L、0.4mg/L。考虑到传统潜流式湿地系统净化效率偏低，而多级湿地联用又会造成基建成本高、占地面积大、运行管理难度大。因此，本发明构建一种对城市污水厂尾水有较高深度净化能力、管理维护简单、能耗低的多级填料潜流人工湿地，这对解决由尾水排放而导致的部分地表水污染这一难题意义重大。
发明内容
本发明的目的是解决传统潜流式湿地系统净化效率偏低和多级湿地联用效率低下而提供一种高效水平潜流式多级填料尾水深度净化湿地建造与启动运行方法。本发明所构建的这种潜流式以逐级填充砾石、红砖碎块、钢渣、陶粒和粘土作为湿地填料；并投加反硝化聚磷菌制剂，同时交错种植茭白、梭鱼草、黑麦草与红叶石楠作为湿地植物，通过填料过滤吸附、植物吸收和微生物分解的综合作用，有效地深度净化城市污水厂尾水，具有投资少、成本低、处理效果稳定、运行管理方便等特点。
本发明采用的技术方案是：
一种可深度净化城市污水厂尾水的多级填料人工湿地系统如图1、图2、图3所示：多级填料潜流式人工湿地整体规格为长×宽×深(L×B×H)，共分为5个区域，沿尾水水流方向依次构建长度为L1的集水池I、长度为L2的投菌配水槽II、长度为L3的湿地床体区III、长度为L4的沉淀区VI与长度为L5的清水池V，其整体由三七墙砖砌而成，其中投菌配水槽与沉淀区分别用二四砖砌布水墙隔开(墙上布有小孔)。污水处理厂尾水经水管收集通过调节阀门引入集水池汇集后，经溢流堰1溢流进入在投菌配水槽内，再经其后端布水墙2对尾水进行均质均量，进入装有拔风管3的湿地床体区联合物理、化学、生物方法对尾水进行深度净化处理，其后处理水自流通过布水墙均质均量来到沉淀区沉淀去除大颗粒杂质，再经溢流堰溢流汇集于清水池，控制阀门将处理后的尾水外排。
湿地床体区依次填充厚度为H1的粒径40-50mm砾石、厚度为H2的粒径20-40mm红砖碎块、厚度为H3的粒径8-10mm钢渣、厚度为H4的粒径4-8mm陶粒、加厚度为H5的粘土层(每层用网格1mm×1mm的纱网隔开)来构建湿地填料，床底坡度1％。湿地床搭配种植茭白、红叶石楠、梭鱼草和黑麦草，并且安置有拔风管。在本发明中人工湿地选用生长期的茭白、梭鱼草、黑麦草与红叶石楠进行移植，植物移植后立即进水，使水面接近于湿地表层土壤，1周后湿地植物开始恢复生长，从而让移植植物适应人工湿地系统的环境并生长和湿地床填料的挂膜。
本发明的主要原理在于以下三个方面：
其一是，本发明采用砾石、红砖碎块、钢渣、陶粒和土壤作为湿地填料，既有利于截留、吸附尾水中的污染物，又有利于在湿地基质表面及其孔隙中形成生物膜，生物膜中的微生物摄取尾水中污染物用于自身生长繁殖，实现尾水在湿地中下部区域中的净化。
其二是，本发明通过投加反硝化聚磷菌B8制剂促使其反硝化功能对尾水做进一步深度脱氮，从而使河浜避免富营养化威胁。
其三是，本发明交错种植茭白、梭鱼草、黑麦草与红叶石楠作为湿地植物，综合运用植物吸收和根际微生物代谢作用，对尾水水质进行有效净化。
本发明具有以下优势：
(1)本发明的湿地床中依次填充砾石、红砖碎块、钢渣、陶粒、土壤作为湿地填料，改进了传统湿地填料层组合，使其更适应尾水的水力条件。从水处理效果来看，本发明制作的湿地床较之单级或二级填料湿地，其对城市污水厂尾水深度净化的能力有所提高。而且湿地填料中红砖碎块混合较高，而红砖碎块便宜易得，如可以使用城市拆迁改造中的废弃房屋砖头。
(2)采用间歇交替运行方式，既有效提高复氧水平，有可有效避免湿地堵塞。通过构建基于菌剂强化多级填料人工湿地系统形成反硝化聚磷菌的优势菌群、植物根际微生物群落和附着于填料生物膜的污水处理生态系统，有效地深度净化低碳源城市污水厂尾水，其中CODCr能够降至20.50～26.10mg/L；TP能够降至0.19～0.63mg/L；TN能够降至0.74～8.10mg/L；NH4 +-N能够降至0.01～0.35mg/L，具有投资少、成本低、处理效果稳定、运行管理方便等特点。
附图说明
图1为多级填料人工湿地系统的平面布置图。
其中：I-集水池；II-投菌配水槽；III-湿地床体区；IV-沉淀区；V-清水池；1-茭白；2-红叶石楠；3-梭鱼草；4-黑麦草；
L-多级填料人工湿地系统的长度；B-多级填料人工湿地系统的宽度。
图2为多级填料人工湿地系统的剖面图。
其中：1-溢流堰；2-布水墙(墙上布有间距为300mm的孔径为20mm的小孔)；3-拔风管；
L1-集水池I的长度；L2-投菌配水槽II的长度；L3-湿地床体区III的长度；L4-沉淀区IV的长度；L5-清水池V的长度。
图3为人工湿地内部湿地基质结构剖面图。
其中：H1-粒径40～50mm的砾石层厚度；H2-粒径20～40mm的红砖碎块层厚度；H3-粒径8～10mm的钢渣层厚度；H4-粒径4～8mm的陶粒层厚度；H5-粘土层厚度。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
本发明的一种可深度净化城市污水厂尾水的多级填料人工湿地系统由湿地系统构建、启动、稳定运行3步，现分别叙述如下：
1、人工湿地的构建
如图1、图2及图3所示，多级填料潜流式人工湿地整体规格为L×B×H，其分为5个区域，沿尾水水流方向依次构建长度为L1的集水池I、长度为L2的投菌配水槽II、长度为L3的湿地床体区III、长度为L4的沉淀区IV与长度为L5的清水池V，其整体由三七墙砖砌而成，其中投菌配水槽与沉淀区分别用二四砖砌布水墙和隔开(墙上布有间距为300mm的孔径为20mm的小孔)。湿地床体区依次填充厚度为H1的粒径40-50mm砾石、厚度为H2的粒径20-40mm红砖碎块、厚度为H3的粒径8-10mm钢渣、厚度为H4的粒径4-8mm陶粒和厚度为H5的粘土层(每层用网格1mm×1mm的纱网隔开)来构建湿地填料，床底坡度1％。湿地床搭配种植茭白、红叶石楠、梭鱼草和黑麦草，并且安置有拔风管3。污水处理厂尾水经水管收集通过调节阀门引入集水池汇集后，经溢流堰1溢流进入在投菌配水槽内，再经其后端布水墙2对尾水进行均质均量，进入湿地床体区联合物理、化学、生物方法对尾水进行深度净化处理，其后处理水自流通过布水墙均质均量来到沉淀区沉淀去除大颗粒杂质，再经溢流堰溢流汇集于清水池，控制阀门将处理后的尾水外排。
2、人工湿地的启动
人工湿地选用茭白、梭鱼草、黑麦草与红叶石楠进行移植，植物移植后立即进水，使水面接近于湿地表层土壤，1周后湿地植物开始恢复生长，并辅之以B8菌剂投加(具体操作见表1)，从而让移植植物适应人工湿地系统的环境并生长和湿地床的挂膜。
B8菌剂的制备：用灭过菌的接种笔挑取1环保藏于斜面培养基的恶臭假单胞菌B8，接种于装有高温蒸汽灭菌后pH6.5的50mLDNJPU培养基的100mL锥形瓶中，于摇床(设置培养温度30℃，摇床转速120r/min)摇晃培养20h，得到B8制剂(菌剂活菌数为6.25×107～8.55×107cfu/mL)。
硝化聚磷菌B8是一种从安徽省天长市污水处理厂氧化沟外沟中的活性污泥中筛选得到的菌株，已于2014年5月16日保藏于中国北京市朝阳区北辰西路1号院3号的中国科学院微生物研究所菌种保藏中心，保藏编号为CGMCCNO.9168。经鉴定为恶臭假单胞菌(Pseudomonasputidasp.)，与已公开报道具有反硝化除磷功能的DPB-A511、DPB-A9、DPB-A10、YB、CL-5菌株为不同种，而与已公开报道具有反硝化除磷功能的H-hrb02菌株为不同属。
表1反硝化聚磷菌B8菌液的投加
3、人工湿地的稳定运行
利用上述人工湿地系统处理尾水的实施例如下：人工湿地的启动接菌操作完毕后，对多级填料人工湿地系统深度净化污水处理厂尾水效果进行监测，具体操作为：采用运行模式为进水-处理24h-排空的人工湿地系统对污水处理厂尾水进行深度净化。
以下提供4个实施例进一步说明人工湿地的稳定运行情况。实施例用于说明本发明内容，而不是限定本发明内容。
实施例1
如图1、图2及图3所示，多级填料潜流式人工湿地整体规格为L×B×H＝15.96m×3.74m×2.00m，其分为5个区域，沿尾水水流方向依次构建长度为L1＝1.0m的集水池I、长度为L2＝1.0m的投菌配水槽II、长度为L3＝10m的湿地床体区III、长度为L4＝1.0m的沉淀区IV与长度为L5＝1.0m的清水池V，其整体由三七墙砖砌而成，其中投菌配水槽与沉淀区分别用二四墙砖砌布水墙隔开(墙上布有间距为300mm的孔径为20mm的小孔)。湿地床体区依次填充厚度为H1＝26cm的粒径40-50mm砾石、厚度为H2＝52cm的粒径20-40mm红砖碎块、厚度为H3＝39cm的粒径8-10mm钢渣、厚度为H4＝32cm的粒径4-8mm陶粒和厚度为H5＝51cm的粘土层(每层用网格1mm×1mm的纱网隔开)来构建湿地填料(湿地填料孔隙率为31.34％)，床底坡度1％。湿地系统栽种茭白、梭鱼草、黑麦草与红叶石楠，并且安装拔风管3。污水处理厂尾水经水管收集通过调节阀门引入集水池汇集后(处理尾水量12m3/d)，经溢流堰1溢流进入在投菌配水槽内，再经其后端布水墙2对尾水进行均质均量，进入湿地床体区联合物理、化学、生物方法对尾水进行深度净化处理，其后处理水自流通过布水墙均质均量来到沉淀区沉淀去除大颗粒杂质，再经溢流堰溢流汇集于清水池，控制阀门将处理后的尾水外排。
表2潜流湿地系统构建、运行及处理水质状况(实施例1)
实施例2
如图1、图2及图3所示，多级填料潜流式人工湿地整体规格为L×B×H＝17.96m×5.24m×2.00m，其分为5个区域，沿尾水水流方向依次构建长度为L1＝1.0m的集水池I、长度为L2＝1.0m的投菌配水槽II、长度为L3＝12m的湿地床体区III、长度为L4＝1.0m的沉淀区IV与长度为L5＝1.0m的清水池V，其整体由三七墙砖砌而成，其中投菌配水槽与沉淀区分别用二四砖砌布水墙隔开(墙上布有间距为300mm的孔径为20mm的小孔)。湿地床体区依次填充厚度为H1＝26cm的粒径40-50mm砾石、厚度为H2＝52cm的粒径20-40mm红砖碎块、厚度为H3＝39cm的粒径8-10mm钢渣、厚度为H4＝32cm的粒径4-8mm陶粒和厚度为H5＝51cm的粘土层(每层用网格1mm×1mm的纱网隔开)来构建湿地填料(湿地填料孔隙率为34.18％)，床底坡度1％。湿地系统栽种茭白、梭鱼草、黑麦草与红叶石楠，并且安装拔风管3。污水处理厂尾水经水管收集通过调节阀门引入集水池汇集后(处理尾水量21m3/d)，经溢流堰1溢流进入在投菌配水槽内，再经其后端布水墙2对尾水进行均质均量，进入湿地床体区联合物理、化学、生物方法对尾水进行深度净化处理，其后处理水自流通过布水墙均质均量来到沉淀区沉淀去除大颗粒杂质，再经溢流堰溢流汇集于清水池，控制阀门将处理后的尾水外排。
表3潜流湿地系统构建、运行及处理水质状况(实施例2)
实施例3
如图1、图2及图3所示，多级填料潜流式人工湿地整体规格为L×B×H＝26.96m×4.74m×2.00m，其分为5个区域，沿尾水水流方向依次构建长度为L1＝1.0m的集水池I、长度为L2＝1.0m的投菌配水槽II、长度为L3＝21m的湿地床体区III、长度为L4＝1.0m的沉淀区IV与长度为L5＝1.0m的清水池V，其整体由三七墙砖砌而成，其中投菌配水槽与沉淀区分别用二四砖砌布水墙隔开(墙上布有间距为300mm的孔径为20mm的小孔)。湿地床体区依次填充厚度为H1＝26cm的粒径40-50mm砾石、厚度为H2＝52cm的粒径20-40mm红砖碎块、厚度为H3＝39cm的粒径8-10mm钢渣、厚度为H4＝32cm的粒径4-8mm陶粒和厚度为H5＝51cm的粘土层(每层用网格1mm×1mm的纱网隔开)来构建湿地填料(湿地填料孔隙率为33.87％)，床底坡度1％。湿地系统栽种茭白、梭鱼草、黑麦草与红叶石楠，并且安装拔风管3。污水处理厂尾水经水管收集通过调节阀门引入集水池汇集后(处理尾水量56m3/d)，经溢流堰1溢流进入在投菌配水槽内，再经其后端布水墙2对尾水进行均质均量，进入湿地床体区联合物理、化学、生物方法对尾水进行深度净化处理，其后处理水自流通过布水墙均质均量来到沉淀区沉淀去除大颗粒杂质，再经溢流堰溢流汇集于清水池，控制阀门将处理后的尾水外排。
表4潜流湿地系统构建、运行及处理水质状况(实施例3)
实施例4
如图1、图2及图3所示，多级填料潜流式人工湿地整体规格为L×B×H＝26.96m×6.74m×2.00m，其分为5个区域，沿尾水水流方向依次构建长度为L1＝1.0m的集水池I、长度为L2＝1.0m的投菌配水槽II、长度为L3＝21m的湿地床体区III、长度为L4＝1.0m的沉淀区IV与长度为L5＝1.0m的清水池V，其整体由三七墙砖砌而成，其中投菌配水槽与沉淀区分别用二四墙砖砌布水墙隔开(墙上布有间距为300mm的孔径为20mm的小孔)。湿地床体区依次填充厚度为H1＝26cm的粒径40-50mm砾石、厚度为H2＝52cm的粒径20-40mm红砖碎块、厚度为H3＝39cm的粒径8-10mm钢渣、厚度为H4＝32cm的粒径4-8mm陶粒和厚度为H5＝51cm的粘土层(每层用网格1mm×1mm的纱网隔开)来构建湿地填料(湿地填料孔隙率为33.26％)，床底坡度1％。湿地系统栽种茭白、梭鱼草、黑麦草与红叶石楠，并且安装拔风管3。污水处理厂尾水经水管收集通过调节阀门引入集水池汇集后(处理尾水量84m3/d)，经溢流堰1溢流进入在投菌配水槽内，再经其后端布水墙2对尾水进行均质均量，进入湿地床体区联合物理、化学、生物方法对尾水进行深度净化处理，其后处理水自流通过布水墙均质均量来到沉淀区沉淀去除大颗粒杂质，再经溢流堰溢流汇集于清水池，控制阀门将处理后的尾水外排。
表5潜流湿地系统构建、运行及处理水质状况(实施例4)

Claims (3)

1.一种尾水深度净化湿地构建、启动与稳定运行方法，其特征在于：将制得的B8制剂投加于水平潜流式人工湿地系统中，即将B8制剂和待处理尾水水量通过计量泵与尾水混合均匀后，让其连续14天流入水平潜流式人工湿地系统前端配水池中，继而让水体自流至潜流湿地停留24h后，再让水体排出从而进行启动运行。人工湿地的启动完毕后，对B8强化潜流湿地系统和未加菌剂潜流湿地系统脱氮效果进行监测与对比，再采用运行模式为进水-湿地深度净化24h-排空的人工湿地系统对污水处理厂尾水进行深度净化，取样后8h内测定进水、出水水质指标。
2.根据权利要求1所述的一种尾水深度净化湿地构建、启动与稳定运行方法的启动操作，其特征在于：将B8制剂依次以待处理尾水水量(V/V)的0.2％(投加2天，处理尾水投菌量1.25×1011～1.71×1011cfu/m3)、0.4％(投加2天，处理尾水投菌量2.50×1011～3.42×1011cfu/m3)、0.8％(投加2天，处理尾水投菌量5.00×1011～6.84×1011cfu/m3)、1.0％(投加2天，处理尾水投菌量6.26×1011～8.56×1011cfu/m3)、2.0％(投加6天，处理尾水投菌量1.25×1012～1.71×1012cfu/m3)通过计量泵与尾水混合均匀后，让其连续14天流入水平潜流式人工湿地系统前端配水池中，继而让水体自流至潜流湿地停留24h后，再让水体排出。
3.根据权利要求1所述的B8菌剂，其特征按照下述步骤进行：用灭过菌的接种笔挑取1环保藏于斜面培养基的恶臭假单胞菌B8，接种于装有高温蒸汽灭菌后pH6.5的50mLDNJPU培养基的100mL锥形瓶中，于摇床(设置培养温度30℃，摇床转速120r/min)摇晃培养20h，得到B8制剂(菌剂活菌数为6.25×107～8.55×107cfu/mL)。
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