CN107512775A - 一种人工湿地系统及强化人工湿地系统低温运行的温度调控方法 - Google Patents

Abstract

一种人工湿地系统及强化人工湿地系统低温运行的温度调控方法，涉及污水处理领域，具体涉及一种人工湿地系统及强化人工湿地系统低温运行的温度调控方法。该系统包括人工湿地池、铁矿石填料区、缓释碳源区、砾石填料区、上层覆盖区、布水区和集水区，所述填料区内设有上下交错的多级折流板，所述填料区的上部设有上层覆盖区，所述上层覆盖区的一端位于铁矿石填料区的上部为布水区，所述上层覆盖区的另一端位于砾石填料区的上部为集水区。方法：通过低温循环水浴使废水温度降低，将低温废水通过布水装置进入铁矿石填料区，并通过铁矿石填料区折流依次进入缓释碳源区和砾石填料区，进行连续低温冲击运行。本发明用于人工湿地领域。

Description

一种人工湿地系统及强化人工湿地系统低温运行的温度调控 方法

技术领域

本发明涉及污水处理领域，具体涉及一种人工湿地系统及强化人工湿地系统低温运行的温度调控方法。

背景技术

人工湿地系统是一种经济、生态的污水处理技术，但在我国冬季或北方寒冷地区，长期的低温环境导致了细菌和植物的代谢速率下降、运行稳定性变差，限制了其在北方的推广应用。关于人工湿地低温强化技术已有一些报道：如：保温隔离、曝气、回流、植物和基质优化等强化技术。有学者研究组合填料和不同流态对寒区生活污水的净化效果，结果表明回流比必须控制在100％～300％才能达到较好的处理效果。上述方法在解决人工湿地低温运行方面起到一定的作用，但是仍存在成本和费用过高、以及运行效果不稳定的问题。

发明内容

本发明是要解决现有人工湿地低温强化方法成本高，运行效果不稳定的问题，提供一种人工湿地系统及强化人工湿地系统低温运行的温度调控方法。

本发明人工湿地系统包括人工湿地池、铁矿石填料区、缓释碳源区、砾石填料区、上层覆盖区、布水区和集水区，所述人工湿地池的下部设有填料区，所述填料区内设有上下交错的多级折流板，折流板将填料区分为6个隔室，位于填料区中间的2个隔室为缓释碳源区，所述缓释碳源区一侧的2个隔室为铁矿石填料区，所述缓释碳源区另一侧的2个隔室为砾石填料区，所述填料区的上部设有上层覆盖区，所述上层覆盖区的一端位于铁矿石填料区的上部为布水区，所述布水区设有布水装置，所述上层覆盖区的另一端位于砾石填料区的上部为集水区，所述集水区设有集水装置。

进一步的，所述铁矿石填料区所采用的基质为铁矿石，填充厚度为30～40cm，铁矿石的粒径为4～8cm。

进一步的，所述缓释碳源区所采用的基质为废木块，填充厚度为30～40cm，废木块的粒径为3～5cm。

进一步的，所述砾石填料区所采用的基质为砾石，填充厚度为30～40cm，砾石的粒径为4～8cm。

进一步的，所述铁矿石填料区、缓释碳源填料区和炉渣填料区的填充体积比为2:2:2或2:1:3。

进一步的，所述上层覆盖区的填充基质为砾石，填充厚度为5～10cm。

进一步的，所述上层覆盖区种植有湿地植物美人蕉。

进一步的，所述布水装置为穿孔管。

进一步的，所述集水装置为穿孔管。

强化上述人工湿地系统低温运行的温度调控方法，包括以下步骤：

方法1：通过低温循环水浴使废水温度降低至5℃、10℃或15℃，将低温废水通过布水装置进入铁矿石填料区，并通过铁矿石填料区折流依次进入缓释碳源区和砾石填料区，进行连续低温冲击运行，水力停留时间为2天。

方法2：将25℃废水通过布水装置进入铁矿石填料区，通过低温循环水浴，按照25℃→20℃→15℃→10℃→5℃的梯度逐渐降温至5℃，每一个温度梯度的间隔时间是2～3天，低温废水通过铁矿石填料区折流进入缓释碳源区和砾石填料区，进行连续冲击运行。

本发明的原理：

本发明结合水平潜流折流人工湿地的特点，通过温度骤降和渐降两种处理模式来诱导启动抗氧化酶体系来进行防御，以期提高人工湿地系统微生物的耐冷性和适应性，进而获得低温强化效果。有效延长了我国北方寒冷地区人工湿地的运行周期、提高低温运行效能提供新的途径和思路。

采用本发明的骤降和渐降温度控制方式，通过驯化或调控介入微生物生化反应的物质与能量的代谢过程，诱导抗氧化酶体系，激发抗氧化酶活性，提高微生物对外界环境因素变化的抵抗能力，进而提高人工湿地系统微生物的耐冷性和适应性，获得低温强化效果。

不同设定的低温废水先后经过复合铁酶促强化铁矿石区、缓释碳源区和砾石填料区，对不同分区的功能微生物进行抗氧化酶系的诱导和激活，来强化系统的低温运行潜能。

铁矿石填料通过复合铁酶促和沉淀作用，有效强化了氮和磷的去除；而中部的缓释碳源则为反硝化提供了充足的碳源；填料的功能组合保证了生物膜优异的除污性能。

铁矿石+缓释碳源+砾石的基质组合模式，在湿地系统内部产生了不同的功能分区(沿水流方向)，促使硝化、反硝化、聚磷/释磷、沉淀过程得以有效进行。

本发明中所述上层覆盖区位于所述前/中/末端填料区的上方，采用的基质为砾石，填充厚度不超过10cm，有利于大气扩散。

本发明具有以下优点：

1、本发明所采用的一种强化低温运行的人工湿地系统及其温度调控方法，采用了铁矿石和缓释碳源组合填料，在系统内部形成了复合铁酶促和碳源强化作用，保证了系统内部生物膜优异的除污性能。

2、本发明所采用的一种强化低温运行的人工湿地系统及其温度调控方法，通过温度骤降和渐降两种处理模式来诱导启动抗氧化酶体系，有效提高了湿地系统内微生物的耐冷性和适应性，进而实现了低温强化效果。本发明通过微生物自身的调节作用，来有效克服了低温运行性能不稳定和增加外部措施导致的高成本问题。

3、与未受冲击的人工湿地系统(对照组)相比，低温5～15℃运行下时，湿地系统出水氮和磷的去除率均提高了8％～30％。

附图说明

图1为本发明温度调控型人工湿地系统的结构示意图，其中，1：布水区、2：铁矿石填料区:、3：缓释碳源区、4：砾石填料区、5：上层覆盖区、6：湿地植物、7：集水区。

具体实施方式

本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。

具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式人工湿地系统包括人工湿地池1、铁矿石填料区2、缓释碳源区3、砾石填料区4、上层覆盖区5、布水区6和集水区7，所述人工湿地池1的下部设有填料区，所述填料区内设有上下交错的多级折流板，折流板8将填料区分为6个隔室，位于填料区中间的2个隔室为缓释碳源区3，所述缓释碳源区3一侧的2个隔室为铁矿石填料区2，所述缓释碳源区3另一侧的2个隔室为砾石填料区4，所述填料区的上部设有上层覆盖区5，所述上层覆盖区5的一端位于铁矿石填料区2的上部为布水区6，所述布水区6设有布水装置，所述上层覆盖区5的另一端位于砾石填料区4的上部为集水区7，所述集水区7设有集水装置。

本发明结合水平潜流折流人工湿地的特点，通过温度骤降和渐降两种处理模式来诱导启动抗氧化酶体系来进行防御，以期提高人工湿地系统微生物的耐冷性和适应性，进而获得低温强化效果。本系统具有延长低温运行周期、净化效能好、运行稳定等优点。

具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述铁矿石填料区2所采用的基质为铁矿石，填充厚度为30～40cm，铁矿石的粒径为4～8cm。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述缓释碳源区3所采用的基质为废木块，填充厚度为30～40cm，废木块的粒径为3～5cm。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述砾石填料区4所采用的基质为砾石，填充厚度为30～40cm，砾石的粒径为4～8cm。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述铁矿石填料区2、缓释碳源填料区3和炉渣填料区4的填充体积比为2:2:2或2:1:3。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述上层覆盖区5的填充基质为砾石，填充厚度为5～10cm。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述上层覆盖区5种植有湿地植物美人蕉。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述布水装置为穿孔管，所述集水装置为穿孔管。其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式九：本实施方式强化人工湿地系统低温运行的温度调控方法，包括以下步骤：

通过低温循环水浴使废水温度降低至5℃、10℃或15℃，将低温废水通过布水装置进入铁矿石填料区，并通过铁矿石填料区折流依次进入缓释碳源区和砾石填料区，进行连续低温冲击运行，水力停留时间为2天。

具体实施方式十：本实施方式强化人工湿地系统低温运行的温度调控方法，包括以下步骤：

将25℃废水通过布水装置进入铁矿石填料区，通过低温循环水浴，按照25℃→20℃→15℃→10℃→5℃的梯度逐渐降温至5℃，每一个温度梯度的间隔时间是2～3天，低温废水通过铁矿石填料区折流进入缓释碳源区和砾石填料区，进行连续冲击运行。

下面对本发明的实施例做详细说明，以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方案和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1：

结合图1说明本实施例，本实施例人工湿地系统包括人工湿地池1、铁矿石填料区2、缓释碳源区3、砾石填料区4、上层覆盖区5、布水区6和集水区7，所述人工湿地池1的下部设有填料区，所述填料区内设有上下交错的多级折流板，折流板8将填料区分为6个隔室，位于填料区中间的2个隔室为缓释碳源区3，所述缓释碳源区3一侧的2个隔室为铁矿石填料区2，所述缓释碳源区3另一侧的2个隔室为砾石填料区4，所述填料区的上部设有上层覆盖区5，所述上层覆盖区5的一端位于铁矿石填料区2的上部为布水区6，所述布水区6设有布水装置，所述上层覆盖区5的另一端位于砾石填料区4的上部为集水区7，所述集水区7设有集水装置。

所述铁矿石填料区2所采用的基质为铁矿石，填充厚度为35cm，铁矿石的粒径为5cm左右。所述缓释碳源区3所采用的基质为废木块，填充厚度为35cm，废木块的粒径为4cm左右。所述砾石填料区4所采用的基质为砾石，填充厚度为35cm，砾石的粒径为5cm左右。

所述铁矿石填料区2、缓释碳源填料区3和炉渣填料区4的填充体积比为2:2:23。

所述上层覆盖区5的填充基质为砾石，填充厚度为10cm。

所述上层覆盖区5种植有湿地植物美人蕉。

所述布水装置为穿孔管。所述集水装置为穿孔管。

本实施例强化人工湿地系统低温运行的温度调控方法，包括以下步骤：

通过低温循环水浴使废水温度降低至5℃，将低温废水通过布水装置进入铁矿石填料区，并通过铁矿石填料区折流依次进入缓释碳源区和砾石填料区，进行连续低温冲击运行。

本实施例的人工湿地系统日处理水量为35L。

低温废水的进水COD、TN和TP的浓度均值分别为150mg/L、36mg/L和8mg/L，水力停留时间(HRT)设定为2d。

以未经过温度调控方法处理的人工湿地系统作为对照组。

结果表明，与对照组相比，低温5℃下运行，湿地系统出水氮和磷的去除率均提高了30％。

实施例2：

本实施例与实施例1不同的是：

本实施例强化人工湿地系统低温运行的温度调控方法，包括以下步骤：

将25℃废水通过布水装置进入铁矿石填料区，通过低温循环水浴，按照25℃→20℃→15℃→10℃→5℃的梯度逐渐降温至5℃，每一个温度梯度的间隔时间是2天，低温废水通过铁矿石填料区折流进入缓释碳源区和砾石填料区，进行连续冲击运行。人工湿地系统与实施例1相同。

低温废水的进水COD、TN和TP的浓度均值分别为150mg/L、36mg/L和8mg/L。

以未经过温度调控方法处理的人工湿地系统作为对照组。

结果表明，与对照组相比，低温5℃下运行，湿地系统出水氮和磷的去除率均提高了20％。

Claims (10)

1.一种人工湿地系统，其特征在于该人工湿地系统包括人工湿地池(1)、铁矿石填料区(2)、缓释碳源区(3)、砾石填料区(4)、上层覆盖区(5)、布水区(6)和集水区(7)，所述人工湿地池(1)的下部设有填料区，所述填料区内设有上下交错的多级折流板，折流板(8)将填料区分为6个隔室，位于填料区中间的2个隔室为缓释碳源区(3)，所述缓释碳源区(3)一侧的2个隔室为铁矿石填料区(2)，所述缓释碳源区(3)另一侧的2个隔室为砾石填料区(4)，所述填料区的上部设有上层覆盖区(5)，所述上层覆盖区(5)的一端位于铁矿石填料区(2)的上部为布水区(6)，所述布水区(6)设有布水装置，所述上层覆盖区(5)的另一端位于砾石填料区(4)的上部为集水区(7)，所述集水区(7)设有集水装置。

2.根据权利要求1所述的一种人工湿地系统，其特征在于所述铁矿石填料区(2)所采用的基质为铁矿石，填充厚度为30～40cm，铁矿石的粒径为4～8cm。

3.根据权利要求1所述的一种人工湿地系统，其特征在于所述缓释碳源区(3)所采用的基质为废木块，填充厚度为30～40cm，废木块的粒径为3～5cm。

4.根据权利要求1所述的一种人工湿地系统，其特征在于所述砾石填料区(4)所采用的基质为砾石，填充厚度为30～40cm，砾石的粒径为4～8cm。

5.根据权利要求1所述的一种人工湿地系统，其特征在于所述铁矿石填料区(2)、缓释碳源填料区(3)和炉渣填料区(4)的填充体积比为2:2:2或2:1:3。

6.根据权利要求1所述的一种人工湿地系统，其特征在于所述上层覆盖区(5)的填充基质为砾石，填充厚度为5～10cm。

7.根据权利要求1所述的一种人工湿地系统，其特征在于所述上层覆盖区(5)种植有湿地植物美人蕉。

8.根据权利要求1所述的一种人工湿地系统，其特征在于所述布水装置为穿孔管，所述集水装置为穿孔管。

9.强化人工湿地系统低温运行的温度调控方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

通过低温循环水浴使废水温度降低至5℃、10℃或15℃，将低温废水通过布水装置进入铁矿石填料区，并通过铁矿石填料区折流依次进入缓释碳源区和砾石填料区，进行连续低温冲击运行，水力停留时间为2天。

10.强化人工湿地系统低温运行的温度调控方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

将25℃废水通过布水装置进入铁矿石填料区，通过低温循环水浴，按照25℃→20℃→15℃→10℃→5℃的梯度逐渐降温至5℃，每一个温度梯度的间隔时间是2～3天，低温废水通过铁矿石填料区折流进入缓释碳源区和砾石填料区，进行连续冲击运行。