CN107140740B - 一种有利于生物填料表面生物膜生成的湿地处理型水处理方法 - Google Patents

一种有利于生物填料表面生物膜生成的湿地处理型水处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于生态环境工程技术领域，具体涉及一种有利于生物填料表面生物膜生成的湿地处理型水处理方法。本发明提供一种湿地处理型水处理方法，包括如下步骤：将待处理水体引入生物填料单元进行生物膜处理，所述生物填料单元中设有生物填料；将经受生物膜处理后的水体引入湿地单元进行湿地净化处理，所述湿地单元按水体的流动方向依次包括挺水植物区和沉水植物区，至少部分的沉水植物区中的沉水植物和/或水体和/或泥作为碳源被回流至生物填料单元。本发明具有成型时间短、生物膜活性效果好、对水质净化效率高的特点，可提高生物填料应用在湿地、河道等自然水体处理时的生物膜处理水体的效果。

Description

一种有利于生物填料表面生物膜生成的湿地处理型水处理 方法
技术领域
本发明属于生态环境工程技术领域，具体涉及一种有利于生物填料表面生物膜生成的湿地处理型水处理方法和系统，更进一步涉及一种新的生物填料表面生物膜生成方法。
背景技术
目前在受污染饮用水源原水净化领域，应用较为广泛的生态净化技术主要有人工湿地、生态草人工介质、生态浮床等，近年来由生态净化技术组合形成的受污染饮用水源原水的生态净化工艺提升了饮用水源原水水质，申请号为201210181368.3的中国发明专利说明书中公开了一种工艺，工艺包括预处理净化单元、复合湿地净化单元、高效氧化净化单元、沉水植物净化单元和深度净化单元。该工艺使用中发现，由于饮用水源地原水水质相对较好，预处理单元中生物填料表面生物膜形成的周期长、生物膜活性不高、对水质净化的作用未能得到有效发挥。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种湿地处理型水处理方法和系统，用于解决现有技术中的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明第一方面提供一种湿地处理型水处理方法，包括如下步骤：
将待处理水体引入生物填料单元进行生物膜处理，所述生物填料单元中设有生物填料；
将经受生物膜处理后的水体引入湿地单元进行湿地净化处理，所述湿地单元按水体的流动方向依次包括挺水植物区和沉水植物区，至少部分的沉水植物区中的沉水植物和/或水体和/或泥作为碳源被回流至生物填料单元；
所述生物填料单元中水体的总有机碳的含量≥12mg/L，所述生物填料单元中水体的含氧量为≥7.5mg/L，当生物填料上的生物膜老化时，吹落生物填料上老化的生物膜。
在本发明一些实施方式中，所述生物填料单元中水力停留时间为≥3h。
在本发明一些实施方式中，所述生物填料单元的水深为1.0～2.0m。
在本发明一些实施方式中，所述生物填料选自生物绳类填料和/或土工布类填料。
在本发明一些实施方式中，按水体的流动方向，所述生物填料单元中依次设有生物绳类填料和土工布类填料。
在本发明一些实施方式中，按水体的流动方向，土工布类填料位于生物填料单元后部，优选水体的后10～15％的部分。
在本发明一些实施方式中，所述生物填料单元中，位于水体中的生物绳类填料的体积与生物填料区水体总体积之比≥75％。
在本发明一些实施方式中，所述生物填料单元中，生物绳类填料均匀地分布于生物填料单元的水体中。
在本发明一些实施方式中，所述生物绳类填料的材质为聚丙烯和/或维尼纶，所述土工布类填料的材质为无纺土工布。
在本发明一些实施方式中，所述生物绳类填料的外径为80～120mm。
在本发明一些实施方式中，所述生物绳类填料的比表面积为1.6～2.4m2/m。
在本发明一些实施方式中，按水体的流动方向，土工布类填料的截留面积相对水体横截面的比例≥75％。
在本发明一些实施方式中，所述土工布类填料的规格≥400g/m2，厚度≥3mm，等效孔径0.07～0.2mm。
在本发明一些实施方式中，通过引入气水混合物保持生物填料单元中水体的含氧量和/或吹落生物填料上老化的生物膜，所述气水混合物为待处理水体与气体混合所形成的混合物。
在本发明一些实施方式中，在生物填料单元的底部引入气水混合物。
在本发明一些实施方式中，所述气水混合物中的气泡粒径≤200nm。
在本发明一些实施方式中，所述气水混合物中的溶解氧含量≥12mg/L。
在本发明一些实施方式中，所述气水混合物的流量为≥1(m3·h-1)/(m3单位生物填料单元区体积)。
在本发明一些实施方式中，所述生物膜老化具体指生物膜的活性下降50％以上，优选为下降60％以上，更优选为下降70％以上，更优选为下降80％以上。
在本发明一些实施方式中，所述挺水植物区的水力停留时间为≥36h。
在本发明一些实施方式中，所述挺水植物区的水深为0.1～0.5m。
在本发明一些实施方式中，所述挺水植物区中种植有挺水植物，所述挺水植物选自芦苇、香蒲、菖蒲、再力花、水葱、茭草中的一种或多种的组合。
在本发明一些实施方式中，所述挺水植物的种植密度为≥6株/m2，每株挺水植物株高≥40cm。
在本发明一些实施方式中，所述沉水植物区的水力停留时间为≥24h。
在本发明一些实施方式中，所述沉水植物区的水深为1.3～2.3m。
在本发明一些实施方式中，所述沉水植物区中种植有沉水植物，所述沉水植物选自苦草、黑藻、金鱼藻、狐尾藻、眼子菜、伊乐藻、菹草中的一种或多种的组合。
在本发明一些实施方式中，所述沉水植物的种植密度为≥10丛/m2，每丛≥10株，每株长度≥15cm。
在本发明一些实施方式中，自沉水植物区被回流至生物填料单元的流股中，总有机碳的含量≥40mg/L。
在本发明一些实施方式中，自沉水植物区被回流至生物填料单元的流股中，泥所提供的有机碳的含量为≥15mg/g。
在本发明一些实施方式中，自沉水植物区被回流至生物填料单元的流股中，沉水植物所提供的有机碳的含量为≥85mg/g。
在本发明一些实施方式中，自沉水植物区被回流至生物填料单元的流股被回流至生物填料单元的底部。
在本发明一些实施方式中，至少部分的沉水植物区中的沉水植物和/或水体和/或泥自沉水植物区的底部作为碳源被回流至生物填料单元。
在本发明一些实施方式中，自沉水植物区被回流至生物填料单元的流股还经受破碎处理。
在本发明一些实施方式中，自沉水植物区被回流至生物填料单元的流股的流量为≥0.5(m3·h-1)/(m3单位生物填料单元区体积)。
本发明第二方面提供一种湿地处理型水处理系统，包括：
用于对待处理水体进行生物膜处理的生物填料单元，所述生物填料单元中设有生物填料；
用于对经受生物膜处理后的水体进行湿地净化处理的湿地单元，所述湿地单元按水体的流动方向依次包括挺水植物区和沉水植物区；
所述生物填料单元与湿地单元之间通过生物填料单元出水管道流体连通，所述生物填料单元与湿地单元之间还通过回流管道流体连通。
在本发明一些实施方式中，所述生物填料单元中水力停留时间为≥3h。
在本发明一些实施方式中，所述生物填料单元的水深为1.0～2.0m。
在本发明一些实施方式中，所述生物填料选自生物绳类填料和/或土工布类填料。
在本发明一些实施方式中，按水体的流动方向，所述生物填料单元中依次设有生物绳类填料和土工布类填料。
在本发明一些实施方式中，按水体的流动方向，土工布类填料位于生物填料单元后部，优选水体的后10～15％的部分。
在本发明一些实施方式中，所述生物填料单元中，位于水体中的生物绳类填料的体积与生物填料区水体总体积之比≥75％。
在本发明一些实施方式中，所述生物填料单元中，生物绳类填料均匀地分布于生物填料单元的水体中。
在本发明一些实施方式中，所述生物绳类填料的材质为聚丙烯和/或维尼纶，所述土工布类填料的材质为无纺土工布。
在本发明一些实施方式中，所述生物绳类填料的外径为80～120mm。
在本发明一些实施方式中，所述生物绳类填料的比表面积为1.6～2.4m2/m。
在本发明一些实施方式中，所述生物填料单元中设有用于放置生物填料的生物填料框架。
在本发明一些实施方式中，按水体的流动方向，土工布类填料的截留面积相对水体横截面的比例≥75％。
在本发明一些实施方式中，所述土工布类填料的规格≥400g/m2，厚度≥3mm，等效孔径0.07～0.2mm。
在本发明一些实施方式中，所述生物填料单元与气水混合物发生装置流体连通，所述气水混合物发生装置包括气水混合物发生器，所述气水混合物发生装置的流体出口优选位于生物填料单元的底部，气水混合物发生装置流体出水孔均匀分布于生物填料单元中。
在本发明一些实施方式中，所述气水混合物发生装置所产生的气水混合物中的气泡粒径≤200nm。
在本发明一些实施方式中，所述气水混合物发生装置所产生的气水混合物中的溶解氧含量≥12mg/L。
在本发明一些实施方式中，所述气水混合物发生装置所产生的气水混合物的流量为≥1(m3·h-1)/(m3单位生物填料单元区体积)。
在本发明一些实施方式中，还包括待处理水体存储单元，所述待处理水体存储单元与生物填料单元之间通过生物填料单元入水管道流体连通，所述待处理水体存储单元与气水混合物发生装置之间还通过气水混合物输送管道流体连通。
在本发明一些实施方式中，所述挺水植物区的水力停留时间为≥36h。
在本发明一些实施方式中，所述挺水植物区的水深为0.1～0.5m。
在本发明一些实施方式中，所述挺水植物区中种植有挺水植物，所述挺水植物选自芦苇、香蒲、菖蒲、再力花、水葱、茭草中的一种或多种的组合。
在本发明一些实施方式中，所述挺水植物的种植密度为≥6株/m2，每株挺水植物株高≥40cm。
在本发明一些实施方式中，所述沉水植物区的水力停留时间为≥24h。
在本发明一些实施方式中，所述沉水植物区的水深为1.3～2.3m。
在本发明一些实施方式中，所述沉水植物区中种植有沉水植物，所述沉水植物选自苦草、黑藻、金鱼藻、狐尾藻、眼子菜、伊乐藻、菹草中的一种或多种的组合。
在本发明一些实施方式中，所述沉水植物的种植密度为≥10丛/m2，每丛≥10株，每株长度≥15cm。
在本发明一些实施方式中，回流管道的入口位于沉水植物区的底部。
在本发明一些实施方式中，回流管道的出口位于生物填料单元的底部，回流管道出水孔通常均匀分布于物填料单元中。
在本发明一些实施方式中，所述回流管道上还设有破碎处理装置。
在本发明一些实施方式中，回流管道的流量为≥0.5(m3·h-1)/(m3单位生物填料单元区体积)。
本发明第三方面提供一种湿地处理型水处理方法，使用所述湿地处理型水处理系统对待处理水体进行处理。
附图说明
图1显示为本发明工艺流程图。
图2显示为本发明生物填料单元俯视图。
图3显示为本发明生物填料单元侧视图。
图4显示为本发明湿地单元俯视图。
图5显示为本发明湿地单元侧视图。
元件标号说明
1 水体存储单元
2 生物填料单元
21 生物填料
211 生物绳类填料
212 土工布类填料
22 生物填料框架
23 生物填料单元出水管道
24 生物填料单元入水管道
3 湿地单元
31 挺水植物区
311 挺水植物
312 挺水植物区的底部
32 沉水植物区
321 沉水植物
322 沉水植物区的底部
33 处理所得水体
41 回流管道
42 破碎处理装置
43 回流管道出口
431 回流管道出水孔
44 回流管道入口
5 气水混合物发生装置
51 气水混合物发生器
52 气水混合物输送管道
53 气水混合物发生装置流体
出口
531 气水混合物发生装置流体
出水孔
具体实施方式
本发明发明人通过依次布置的生物填料单元和湿地单元，并在周边布置气水系统和回流系统，从而提供了一种具有成型时间短、生物膜活性效果好、对水质净化效率高等特点的湿地处理型水处理方法和系统，在此基础上完成了本发明。
本发明第一方面提供一种湿地处理型水处理方法，所述湿地处理型水处理方法可以包括：
将待处理水体引入生物填料单元进行生物膜处理，所述生物填料单元中设有生物填料；
将经受生物膜处理后的水体引入湿地单元进行湿地净化处理，所述湿地单元按水体的流动方向依次包括挺水植物区和沉水植物区，至少部分的沉水植物区中的沉水植物和/或水体和/或泥作为碳源被回流至生物填料单元；
所述生物填料单元中水体的总有机碳的含量≥12mg/L，优选为12～36mg/L，所述生物填料单元中水体的含氧量为≥7.5mg/L，当生物填料上的生物膜老化时，吹落生物填料上老化的生物膜。
本发明所提供的湿地处理型水处理方法中，待处理水体中通常包括有机物、氮、磷等污染物，例如，水体中SS(悬浮物浓度)可以≥20mg/L、≥50mg/L、≥100mg/L或≥200mg/L，在本发明一具体实施方式中，SS为200～250mg/L；CODMn(高锰酸钾检测的COD)可以≥1.0mg/L、≥2.0mg/L、≥3.0mg/L、≥4.0mg/L、≥5.0mg/L或≥6.0mg/L，在本发明一具体实施方式中，CODMn为6～7mg/L；NH3-N(水体中的氨氮含量)可以≥0.1mg/L、≥0.5mg/L、≥1.0mg/L或≥1.5mg/L，在本发明一具体实施方式中，NH3-N为1～2mg/L；TP(水体中总磷含量)可以≥0.01mg/L、≥0.05mg/L、≥0.1mg/L或≥0.15mg/L，在本发明一具体实施方式中，TP为0.1～0.2mg/L。
本发明所提供的湿地处理型水处理方法中，生物填料单元通常可以是设有生物填料的水处理池，底部可以设有适量的土壤，生物填料单元中水力停留时间通常可以为≥3h，所述生物填料单元的水深通常可以为1.0～2.0m。所述生物填料通常选自生物绳类填料和/或土工布类填料，按水体的流动方向，所述生物填料单元中可以依次设有生物绳类填料和土工布类填料。所述生物绳类填料通常具有较大的比表面积，用于生成生物膜，例如，生物绳类填料的比表面积可以为1.6～2.4m2/m，生物绳类填料的外径通常可以为80～120mm。所述生物填料单元中，生物绳类填料的使用量通常根据其所提供的总的比表面积确定，例如，所述生物填料单元中，位于水体中的生物绳类填料的体积与生物填料区水体总体积比之≥75％，生物绳类填料可以均匀地分布于生物填料单元的水体中，例如，可以通过框架支撑后均匀分布于生物填料单元的水体中。本领域技术人员可选择合适的材质的生物绳类填料，例如，生物绳类填料的材质可以为聚丙烯和/或维尼纶。所述土工布类填料通常位于生物填料单元的后部，用于对水体产生截留效果，按水体的流动方向，优选位于水体的后10～15％的部分，土工布类填料的截留面积相对水体横截面的比例≥75％。本领域技术人员可选择合适的材质的土工布类填料，例如，土工布类填料的材质可以为无纺土工布，土工布类填料的规格可以为≥400g/m2，厚度可以≥3mm，等效孔径可以为0.07～0.2mm。
本发明所提供的湿地处理型水处理方法中，可以通过引入气水混合物保持生物填料单元中水体的含氧量和/或吹落生物填料上老化的生物膜，所述生物膜老化具体指生物膜的活性下降50％以上、下降60％以上、下降70％以上、或下降80％以上。所述气水混合物可以是待处理水体与气体混合所形成的混合物，所述气体可以是空气等，气水混合物的引入位置通常在水体的底部(例如，通常为水体的下1/3～1/4的部分)，所述气水混合物中气泡的粒径通常为纳米级别，例如，气泡粒径可以≤200nm，气水混合物中的溶解氧含量≥12mg/L，气水混合物的流量为≥1(m3·h-1)/(m3单位生物填料单元区体积)。
本发明所提供的湿地处理型水处理方法中，湿地单元通常可以是包括挺水植物区和沉水植物区的水处理池，水体流经挺水植物区和沉水植物区后被引出湿地单元，即为处理所得水体。所述挺水植物区底部通常有适量的土壤，挺水植物区的水深通常为0.1～0.5m，种植密度通常可以为≥6株/m2，每株挺水植物株高通常≥40cm，水力停留时间通常≥36h，挺水植物区中通常种植有挺水植物，所述挺水植物选自包括但不限于芦苇(Phragmites australias Trin.)、香蒲(Typha orientalis Presl)、菖蒲(Acoruscalamus L.)、再力花(Thalia dealbata Fraser)、水葱(Scirpus validus Vahl)、茭草(Zizania latifolia)中的一种或多种的组合；所述沉水植物区底部通常有适量的土壤，沉水植物区的水深通常为1.3～2.3m，种植密度通常可以为≥10丛/m2，每丛通常≥10株，每株长度通常≥15cm，水力停留时间通常为≥24h，沉水植物区中通常种植有沉水植物，所述沉水植物选自包括但不限于苦草(Vallisneria natans(Lour.)Hara)、黑藻(Hydrillaverticillata)、金鱼藻(Ceratophyllum demersum L.)、狐尾藻(Myriophyllumverticillatum L.)、眼子菜(Potamogeton distinctus A.Benn.)、伊乐藻(Elodeanuttallii)、菹草(Potamogeton crispus L.)中的一种或多种的组合。
本发明所提供的湿地处理型水处理方法中，自沉水植物区被回流至生物填料单元的流股中，总有机碳的含量为≥40mg/L，流股回流的过程中通常经受破碎处理，流股中的有机碳通常来源于泥和沉水植物，泥所提供的有机碳的含量可以为≥15mg/g，沉水植物所提供的有机碳的含量可以为≥85mg/g。自沉水植物区被回流至生物填料单元的流股通常自沉水植物区的底部为碳源被回流至生物填料单元，进一步通常被回流至生物填料单元中水体的底部(例如，通常为水体的下1/3～1/4的部分)。自沉水植物区被回流至生物填料单元的流股的流量为≥0.5(m3·h-1)/(m3单位生物填料单元区体积)。
本发明第二方面提供一种湿地处理型水处理系统，包括：
用于对待处理水体进行生物膜处理的生物填料单元(2)，所述生物填料单元(2)中设有生物填料(21)；
用于对经受生物膜处理后的水体进行湿地净化处理的湿地单元(3)，所述湿地单元(3)按水体的流动方向依次包括挺水植物区(31)和沉水植物区(32)；
所述生物填料单元(2)与湿地单元(3)之间通过生物填料单元出水管道(23)流体连通，从而可以将经受生物膜处理后的水体引入湿地单元进行湿地净化处理，所述生物填料单元(2)与湿地单元(3)之间还通过回流管道(41)流体连通，从而可以将至少部分的沉水植物区中的沉水植物和/或水体和/或泥作为碳源被回流至生物填料单元。
本发明所提供的湿地处理型水处理系统中，如图2、3所示，生物填料单元(2)通常可以是设有生物填料(21)的水处理池，底部可以设有适量的土壤，所述生物填料单元(2)中水力停留时间为≥3h，所述生物填料单元(2)的水深为1.0～2.0m。所述生物填料(21)选自生物绳类填料(211)和/或土工布类填料(212)，按水体的流动方向，所述生物填料单元(2)中依次设有生物绳类填料(211)和土工布类填料(212)。所述生物绳类填料(211)通常具有较大的比表面积，用于生成生物膜，例如，生物绳类填料(211)的比表面积为1.6～2.4m2/m，生物绳类填料(211)的外径通常可以为80～120mm。所述生物填料单元(2)中，生物绳类填料(211)的使用量通常根据其所提供的总的体积占比确定，且通常需要保证水体中的生物绳类填料(211)具有合适的比表面积，例如，所述生物填料单元(2)中，生物绳类填料(211)的体积与生物填料区水体总体积比之≥75％，生物绳类填料(211)可以均匀地分布于生物填料单元(2)的水体中，例如，生物填料单元(2)中可以设有用于放置生物填料(21)的生物填料框架(22)，生物绳类填料(211)可以通过生物填料框架(22)支撑后均匀分布于生物填料单元(2)的水体中。本领域技术人员可选择合适的材质的生物绳类填料(211)，例如，生物绳类填料(211)的材质可以为聚丙烯和/或维尼纶。所述土工布类填料(212)通常位于生物填料单元(2)的后部，通常可以通过生物填料框架(22)支撑后分布于生物填料单元(2)中，用于对水体产生截留效果，按水体的流动方向，优选位于水体的后10～15％的部分，土工布类填料(212)的截留面积相对水体横截面的比例可以≥75％。本领域技术人员可选择合适的材质的土工布类填料(212)，例如，土工布类填料(212)的材质可以为无纺土工布，土工布类填料的规格可以≥400g/m2，厚度可以≥3mm，等效孔径可以为0.07～0.2mm。
本发明所提供的湿地处理型水处理系统中，所述生物填料单元(2)通常与气水混合物发生装置(5)流体连通，气水混合物发生装置(5)可以包括气水混合物发生器(51)，所述气水混合物发生装置(5)的气水混合物发生装置流体出口(53)优选位于生物填料单元(2)的底部(例如，通常为使用时水体的下1/3-1/4的部分)，气水混合物发生装置流体出水孔(531)通常均匀分布于生物填料单元(2)中，所述气水混合物发生器(51)通常可以是气泡发生器等，更具体可以是纳米气泡发生器。所述气水混合物发生装置(5)所提供的气水混合物通常是待处理水体与气体混合所形成的混合物，所述气体可以是空气等，所述气水混合物中气泡的粒径通常为纳米级别，气水混合物发生装置(5)所产生的气水混合物中的气泡粒径通常可以≤200nm，气水混合物中的溶解氧含量通常≥12mg/L，气水混合物的流量可以为≥1(m3·h-1)/(m3单位生物填料单元区体积)。
本发明所提供的湿地处理型水处理系统中，还可以包括待处理水体存储单元(1)，所述水体存储单元(1)可以是用于储存水体的罐体、水池等，所述待处理水体存储单元(1)与生物填料单元(2)之间可以通过生物填料单元入水管道(24)流体连通，从而可以将待处理水体直接引入生物填料单元(2)中。所述待处理水体存储单元(1)与气水混合物发生装置(5)之间还通过气水混合物输送管道(52)流体连通，从而可以将含有气水混合物(即含有气泡的待处理水体)引入生物填料单元(2)中。
本发明所提供的湿地处理型水处理系统中，如图4、5所示，湿地单元通常可以是包括挺水植物区(31)和沉水植物区(32)的水处理池，水体流经挺水植物区(31)和沉水植物区(32)后被引出湿地单元(3)，即为处理所得水体(33)。挺水植物区的底部(312)通常有适量的土壤，挺水植物区(31)的水深通常为0.1～0.5m，种植密度通常≥6株/m2，每株挺水植物株高通常≥40cm，水力停留时间通常为≥36h，挺水植物区(31)中通常种植有挺水植物(311)，所述挺水植物(311)选自包括但不限于芦苇、香蒲、菖蒲、再力花、水葱、茭草中的一种或多种的组合；所述沉水植物区的底部(322)通常有适量的土壤，沉水植物区(32)的水深通常为1.3～2.3m，种植密度通常可以为≥10丛/m2，每丛通常≥10株，每株长度通常≥15cm，水力停留时间通常为≥24h，沉水植物区(32)中通常种植有沉水植物(321)，所述沉水植物(321)选自包括但不限于苦草、黑藻、金鱼藻、狐尾藻、眼子菜、伊乐藻、菹草中的一种或多种的组合。
本发明所提供的湿地处理型水处理系统中，回流管道(41)的回流管道入口(44)可以位于沉水植物区(32)的底部，从而可以将位于沉水植物区(32)的底部的沉水植物和/或水体和/或泥引出，回流管道(41)的回流管道出口(43)可以位于生物填料单元(2)的底部(例如，通常为使用时水深的下1/3-1/4的部分)，从而可以将回流的流股引导至生物填料(21)的下部，回流管道出水孔(431)通常均匀分布于物填料单元(2)中。所述回流管道(41)上通常还设有破碎处理装置(42)，所述破碎处理装置(42)可以是位于回流管道中的搅拌叶片，用于尽量打碎回流流股中的固形物，回流管道(41)的流量通常为≥0.5(m3·h-1)/(m3单位生物填料单元区体积)。
在本发明一具体实施方式中，生物填料单元(2)中可以设有用于放置生物填料(21)的生物填料框架(22)，生物填料(21)悬挂于单元内的生物填料框架(22)上，按水体的流动方向，所述生物填料单元(2)中依次设有生物绳类填料(211)和土工布类填料(212)。填料框架可由防锈金属管材焊接或钢筋混凝土预制而成，呈框架结构。填料框架顶部淹没于生物填料单元(2)水位以下，下部埋设于生物填料单元(2)的底部土层中。单道生物填料呈绳状(通常为生物绳类填料)悬挂于生物填料框架(22)上，相邻两道生物填料之间留有一定的间隙，单道生物填料的上端和下端均固定在生物填料框架(22)上，多道生物填料并排形成一个悬挂面。在垂直于水流运动方向上设置多个生物填料(21)悬挂面，顺水流方向悬挂面之间的距离由大变小。最后一个悬挂面悬挂土工布类填料(212)，其它悬挂面悬挂生物绳类填料(211)，最后一个悬挂面设置的土工布可将水流中悬浮物拦截。悬挂面之间空间的下方设置有回流管道出口(43)和气水混合物发生装置流体出口(53)。泥水和气水分别从各自分配管的孔口向上喷出，在悬挂面之间的空间形成微生物高含量的浑浊液。待处理的原水进入生物填料单元(2)后，迎着悬挂面水平推流运动，穿过生物填料(21)间的间隙，经生物填料(21)表面的生物膜处理后流出生物填料单元(2)，进入湿地单元(3)湿地单元(3)一般采用表流湿地，其包含挺水植物区(31)和沉水植物区(32)，分别种植挺水植物(311)和沉水植物(321)，挺水植物区底部高于沉水植物区底部。挺水植物区水深较浅，使得所选用的挺水植物株高一半以上均可露出水面。沉水植物区水深相对较深，使得所选用的沉水植物均能够淹没于水中。沉水植物区底部在不同的区域可以设置多个低于底部的凹坑，凹坑的大小和深度可根据需要确定，并能便于回流管吸泥口将湿地区的含有微生物和沉水植物的泥水混合物吸出，泥水混合物为生物填料表面生物膜的生成提供微生物和碳源，其中沉水植物经回流泵破碎挺水植物区和沉水植物区平面按照水体先流入挺水植物区后再经过沉水植物区流出湿地单元的原则进行布置。回流管道(41)连接湿地单元(3)和生物填料单元(4)，中间设置破碎处理装置(42)。泥水回流管道(41)一端为回流管吸泥口，位于湿地单元(3)内，其可在湿地单元(3)内不同的凹坑之间移动，泥水回流管道(41)另一端为回流管出口，位于生物填料单元(2)悬挂面间空隙的下方，回流管出口处设置有扩大口，扩大口上设置横管，横管上设置带有孔口的分配管，分配管的孔口朝上。泥水回流管道(41)可将含有泥、沉水植物、水的泥水混合液吸入，然后将沉水植物、泥破碎后与水混合，然后再输出至回流管出口。沉水植物在破碎过程中会向外释放有机碳，为生物膜的生长提供碳源。气水混合物发生装置(5)生物填料单元(2)输送并分配氧气和营养盐的运输系统，其为微生物在生物填料表面形成生物膜提供所需营养盐和好氧环境。气水混合物发生装置(5)由气水混合物输送管道(52)、气水混合物发生器(51)、气水混合物发生装置流体出口(53)。首先通过输送管将待处理原水吸入，气水混合物发生器(51)同步将空气吸入并转变成微小气泡，并在机器内部将微小气泡与待处理原水混合，然后将混合液从气水出口输出。气水出口位于生物填料单元(2)悬挂面之间空隙的下方，也位于回流管道出口(43)的下方。回流管出口上设置横管，横管上设置带有孔口的分配管，孔口朝上。
本发明第三方面提供一种湿地处理型水处理方法，使用所述湿地处理型水处理系统对待处理水体进行处理，原理与本发明第一方面所阐述的水处理方法相同。
本发明所提供的湿地处理型水处理方法和系统在湿地处理型水源地内依次布置生物填料单元和湿地单元，并在周边布置气水系统和回流系统。水源地待处理原水依次经过生物填料单元和湿地单元；当填料表面需要生成生物膜时，回流系统将湿地单元内含有大量微生物与有机碳的泥水回流至生物填料单元，同时气水系统将混合有空气的待处理原水输送至生物填料单元，两个系统分别为生物填料表面生物膜的形成提供微生物、氧气、营养盐；当填料表面生物膜老化后，先运行气水系统将表面老化的生物膜吹落，然后再同步启动回流系统。
本发明具有成型时间短、生物膜活性效果好、对水质净化效率高的特点，可提高生物填料应用在湿地、河道等自然水体处理时的生物膜处理水体的效果。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
实施例1
待处理水体的主要组分含量为SS、CODMn、NH3-N、TP的浓度分别为221mg/L、6.8mg/L、1.5mg/L、0.15mg/L，直接被引入生物填料单元的水流流量为1000m3/d。
生物填料单元的结构为长12m、宽7m、高2.5m、水深2.0m。
生物填料：生物绳类生物填料为生物绳，材质为聚丙烯+维尼纶，其中绳芯为聚丙烯、外部的舒展体为维尼纶，在水深舒展开后的外径100mm，比表面积2.4m2/m，单道长1.8m。土工布类生物填料为无纺土工布，规格为400g/m2，单道宽度5cm、长1.8m。生物填料框架宽6m、长10m、高1.8m，设置15个悬挂面，框架顺水流方向前5m均隔设置5个悬挂面、后5m均隔设置10个悬挂面，最后2个悬挂面悬挂土工布，其余13个悬挂面悬挂生物绳，每个悬挂面分别悬挂50道生物填料，各悬挂面均垂直于水体整体流动方向设置。
湿地单元的结构为中挺水植物区长100m、宽30m；沉水植物区长30m、宽25m。
挺水植物区水深0.3m，种植的挺水植物为芦苇，芦苇的种植密度为6株/m2，每株芦苇株高≥40cm；沉水植物区水深1.5m，凹坑低于沉水植物区底部0.3m，种植的沉水植物为苦草，苦草种植密度为10丛/m2，每丛10株，每株长度≥15cm。
生物填料单元中水体中初始总有机碳的含量平均为8.5mg/L，通过回流，补充并维持生物填料单元中水体中总有机碳的含量至12mg/L以上，所述生物填料单元中水体的初始含氧量平均为8mg/L，通过回流，维持生物填料单元中水体的含氧量为≥7.5mg/L，当生物填料上的生物膜老化时，使用气水混合物吹落生物填料上老化的生物膜，当泥水混合液回流至生物填料单元时，亦使用气水混合物同步供养。
泥水混合液：泥中有机碳含量约15mg/g(泥干质量中的含量)，苦草破碎释放有机碳含量约85mg/g(苦草干质量中的含量)。
微泡发生与混合器：功率7.5kw，流量18-22m3/h，气泡粒径＜200nm，混合液溶解氧含量＞12mg/L。
对生物填料上生物膜的监测显示：其总固体含量平均＞14mg/g(生物膜生物量/填料重)、微生物多样性指数(香农指数)平均＞3，生物膜成熟时间平均＜25d、比自然条件下缩短一半时间。
当系统进入稳定状态以后，经过上述方法和系统处理后的水体中，主要组分SS、CODMn、NH3-N、TP的平均去除率达到80％、30％、55％、70％以上。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种有利于生物填料表面生物膜生成的湿地处理型水处理方法，其特征在于，包括如下步骤：
将待处理水体引入生物填料单元进行生物膜处理，所述生物填料单元中设有生物填料；所述生物填料单元中水力停留时间为≥3h，按水体的流动方向，所述生物填料单元中依次设有生物绳类填料和土工布类填料，位于水体中的生物绳类填料的体积与生物填料单元水体总体积之比≥75％，所述生物绳类填料的比表面积为1.6～2.4m2/m，所述土工布类填料的规格≥400g/m2，厚度≥3mm，等效孔径0.07～0.2mm；
按水体的流动方向，土工布类填料位于生物填料单元水体的后10～15％的部分；
按水体的流动方向，土工布类填料的截留面积相对水体横截面的比例≥75％；
所述生物填料单元中，生物绳类填料均匀地分布于生物填料单元的水体中；
将经受生物膜处理后的水体引入湿地单元进行湿地净化处理，所述湿地单元按水体的流动方向依次包括挺水植物区和沉水植物区，当填料表面需要生成生物膜时，至少部分的沉水植物区中的沉水植物、水体和泥作为碳源被回流至生物填料单元，通过引入气水混合物保持生物填料单元中水体的含氧量；
所述挺水植物区的水力停留时间为≥36h；
所述沉水植物区的水力停留时间为≥24h；
所述生物填料单元中水体的总有机碳的含量≥12mg/L，所述生物填料单元中水体的含氧量为≥7.5mg/L，当生物填料上的生物膜老化时，通过引入气水混合物吹落生物填料上老化的生物膜，所述气水混合物为待处理水体与气体混合所形成的混合物。
2.如权利要求1所述的一种湿地处理型水处理方法，其特征在于，还包括如下技术特征A1)、A2)中的一种或多种：
A1)所述生物填料单元的水深为1.0～2.0m；
A2)所述生物膜老化具体指生物膜的活性下降50％以上。
3.如权利要求2所述的一种湿地处理型水处理方法，其特征在于，所述生物膜老化具体指生物膜的活性下降60％以上。
4.如权利要求2所述的一种湿地处理型水处理方法，其特征在于，所述生物膜老化具体指生物膜的活性下降70％以上。
5.如权利要求2所述的一种湿地处理型水处理方法，其特征在于，所述生物膜老化具体指生物膜的活性下降80％以上。
6.如权利要求2所述的一种湿地处理型水处理方法，其特征在于，还包括如下技术特征B1)、B2)中的一种或多种：
B1)所述生物绳类填料的材质为聚丙烯和/或维尼纶，所述土工布类填料的材质为无纺土工布；
B2)所述生物绳类填料的外径为80～120mm。
7.如权利要求2所述的一种湿地处理型水处理方法，其特征在于，还包括如下技术特征C1)、C2)、C3)、C4)中的一种或多种：
C1)在生物填料单元的底部引入气水混合物；
C2)所述气水混合物中的气泡粒径≤200nm；
C3)所述气水混合物中的溶解氧含量≥12mg/L；
C4)所述气水混合物的流量为≥1(m3·h-1)/(m3单位生物填料单元体积)。
8.如权利要求1所述的一种湿地处理型水处理方法，其特征在于，还包括如下技术特征E1)、E2)、E3)中的一种或多种：
E1)所述挺水植物区的水深为0.1～0.5m；
E2)所述挺水植物区中种植有挺水植物，所述挺水植物选自芦苇、香蒲、菖蒲、再力花、水葱、茭草中的一种或多种的组合；
E3)所述挺水植物的种植密度为≥6株/m2，每株挺水植物株高≥40cm。
9.如权利要求1所述的一种湿地处理型水处理方法，其特征在于，还包括如下技术特征F1)、F2)、F3)、F4)、F5)、F6)、F7)、F8)中的一种或多种：
F1)所述沉水植物区的水深为1.3～2.3m；
F2)所述沉水植物区中种植有沉水植物，所述沉水植物选自苦草、黑藻、金鱼藻、狐尾藻、眼子菜、伊乐藻、菹草中的一种或多种的组合；
F3)所述沉水植物的种植密度为≥10丛/m2，每丛≥10株，每株长度≥15cm；
F4)自沉水植物区被回流至生物填料单元的流股中，总有机碳的含量≥40mg/L；
F5)自沉水植物区被回流至生物填料单元的流股被回流至生物填料单元的底部；
F6)至少部分的沉水植物区中的沉水植物、水体和泥自沉水植物区的底部作为碳源被回流至生物填料单元；
F7)自沉水植物区被回流至生物填料单元的流股还经受破碎处理；
F8)自沉水植物区被回流至生物填料单元的流股的流量为≥0.5(m3·h-1)/(m3单位生物填料单元体积)。
10.如权利要求9所述的一种湿地处理型水处理方法，其特征在于，还包括如下技术特征G1)、G2)中的一种或多种：
G1)自沉水植物区被回流至生物填料单元的流股中，泥所提供的有机碳的含量为≥15mg/g；
G2)自沉水植物区被回流至生物填料单元的流股中，沉水植物所提供的有机碳的含量为≥85mg/g。
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