CN107540094B - 人工湿地污水处理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种人工湿地污水处理系统，它包括具有上升流池体和下行流池体的填料区、设置在填料区中的水管装置、种植在填料区表面的湿地挺水植物，上升流池体和下行流池体均包括由下至上依次设置的承托层、磷吸附层、难降解有机污染物分解转化层、氮吸附层，承托层采用砾石，磷吸附层采用石灰石，难降解有机污染物分解转化层采用竹炭负载纳米铁陶粒，氮吸附层采用沸石。本发明在加强脱氮除磷降低污染负荷的同时，实现强化去除农业生产和农村地区养殖业造成的非点源污染中的农药和抗生素，提高设施的进化效率，保证系统的出水达到相关的高品质回用水标准。
Description
技术领域
本发明涉及一种人工湿地污水处理系统，尤其涉及一种多床层基质结构复合垂直流人工湿地污水处理系统。
背景技术
人工湿地一般由5个部分组成：①具有各种透水性的基质；②适于在饱和水和厌氧基质中生长的植物；③水体(在基质表面以下或以上流动的水)；④好氧、兼氧或厌氧微生物；⑤无脊椎或脊椎动物。人工湿地可以利用天然或人工构筑水池或沟槽，在底面铺设防渗层，并充填一定深度的土壤和填料组成填料床，废水在床体的填料缝隙中流动或床体表面流动，并在床体表面种植具有性能好、成活率高、抗水性强、生命周期长、美观及具有经济价值的水生植物(如芦苇、蒲草等)，形成一个独特的动植物生态系统，对废水进行处理。
湿地中的填料层是人工湿地的关键技术，也是保证污水处理系统稳定运行的核心。填料为污水在其中的渗流提供良好的水力条件；填料可为水生植物提供载体和营养物质，将发生在湿地内的各种处理过程形成一个整体；除了支持植物的生长外，填料还充当着湿地内所有生物和非生物的储存库；同时也为微生物的生长提供稳定的依附表面，以及进行过滤和促进悬浮固体的沉淀。此外，填料还可通过物理和化学的途径去除污水中的污染物。
传统的填料层包括砾石、石灰石、砂石、沙土、页岩、沸石等天然材料。目前人工湿地的填料大多数为砾石，对氮磷吸附能力低，净化效果差。虽然近年来也有研发使用高效吸附氮磷填料来提高人工湿地氮磷去除效率，基质填料对农药和抗生素业有吸附去除效果，但是不能有效降解农药和抗生素，处理效果不是很理想。
因此，需要对现有人工湿地进行改进，在有效去除废水中氮、磷、COD等污染物的同时，增强其对废水中有毒有害难降解有机污染物的降解效率，开发出一种经济高效的新型人工湿地系统。
发明内容
本发明的目的在于提出一种人工湿地污水处理系统，实现有效去除废水中氮、磷、COD，并增强其对废水中有毒有害难降解有机污染物的分解转化能力。
为了达到上述目的，本发明提供了一种技术方案：人工湿地污水处理系统，它包括具有上升流池体和下行流池体的填料区、设置在填料区中的水管装置、种植在填料区表面的湿地挺水植物，上升流池体和下行流池体均包括由下至上依次设置的承托层、磷吸附层、难降解有机污染物分解转化层、氮吸附层，承托层采用砾石，磷吸附层采用石灰石，难降解有机污染物分解转化层采用竹炭负载纳米铁陶粒，氮吸附层采用沸石。
进一步地，竹炭负载纳米铁陶粒的制作方法为：通过液相还原法，将纳米零价铁负载于竹炭粉上，再混合占总质量20～30％的粘土以及占总质量2～5％的粘结剂，在氮气保护下烧结成粒状。
进一步地，石灰石为热改性石灰石，其制作方法为：在500℃灼烧2小时后冷却。
进一步地，磷吸附层、难降解有机污染物分解转化层、氮吸附层的填料体积比为1：1：1。
进一步地，砾石的粒径为20mm～40mm。
进一步地，石灰石的粒径为5mm～10mm。
进一步地，竹炭负载纳米铁陶粒的粒径为5mm～10mm。
进一步地，沸石的粒径为5mm～10mm。
进一步地，水管装置包括设置在上升流池体的承托层中并与进水区相连接的布水管、设置在上升流池体的氮吸附层中的第一横向管、设置在下行流池体的氮吸附层中的第二横向管、设置在下行流池体的承托层中并与出水区相连接的集水管，第一横向管和第二横向管相连接，布水管、第一横向管、第二横向管、集水管均为穿孔管。
更进一步地，布水管、第一横向管、第二横向管、集水管上均连接有上端向上伸出填料区表层的竖向管，必要时可用于强化复氧或者用来冲洗埋设在池体底部的水管，有效防止堵塞。
通过采用上述技术方案，本发明人工湿地污水处理系统，填料区采取多床层处理技术，针对氮磷的去除，以石灰石为主的磷吸附层和沸石为主的氮吸附层，而竹炭负载纳米铁陶粒主要针对难降解有毒有机物，通过有机物强化降解，消除有毒有机物对湿地微生物的抑制，有利于基质生物膜的形成，在加强脱氮除磷降低污染负荷的同时，实现强化去除农业生产和农村地区养殖业造成的非点源污染中的农药和抗生素，提高设施的进化效率，保证系统的出水达到相关的高品质回用水标准。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
附图1为本发明人工湿地污水处理系统的结构示意图。
图中标号为：
1、承托层；2、磷吸附层；3、难降解有机污染物分解转化层；4、氮吸附层；5、上升流池体；6、下行流池体；7、进水区；8、出水区；9、湿地挺水植物；10、布水管；11、第一横向管；12、第二横向管；13、集水管；14、竖向管。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参照附图1，本实施例中的人工湿地污水处理系统，它包括填料区、设置在填料区中的水管装置、种植在填料区表面的湿地挺水植物9。具体地，人工湿地由外围池壁构成一个长方形的处理区，两端分别各由一个池壁分隔为进水区7和出水区8，进水区7和出水区8的中间为填料区，填料区由一个池壁分隔为一个上升流池体5和下行流池体6。
上升流池体5和下行流池体6均包括由下至上依次设置的承托层1、磷吸附层2、难降解有机污染物分解转化层3、氮吸附层4。
承托层1采用砾石，粒径为20mm～40mm。
磷吸附层2采用石灰石，粒径为5mm～10mm。石灰石富含大量钙元素，其离解的钙离子可和水中磷反应形成难溶含磷固溶体，在化学反应和强吸附作用下达到降磷目的。在一种更为优选的实施方案中，石灰石可经过热改性，其制作方法为：在500℃灼烧2小时后冷却。热改性石灰石可增强其对磷的吸附效果。
难降解有机污染物分解转化层3采用竹炭负载纳米铁陶粒，粒径为5mm～10mm。竹炭负载纳米铁陶粒的制作方法为：通过液相还原法，将纳米零价铁负载于竹炭粉上，再混合占总质量20～30％的粘土以及占总质量2～5％的粘结剂，在氮气保护下烧结成粒状。纳米零价铁具有较大的比表面积和较强的还原性并且反应速度快，可以用来处理有机和无机污染物甚至多种有毒污染物，而负载手段可有效缓解纳米铁具有易团聚、易氧化的问题。
氮吸附层4采用沸石，粒径为5mm～10mm。沸石具有强吸附性，且所含阳离子易于被其它阳离子交换，可以去除水中的部分有机物污染物、重金属离子等,尤其可去除水中氨氮。沸石优选使用热改性沸石，以增强其对氮的吸附效果。
上述的磷吸附层2、难降解有机污染物分解转化层3、氮吸附层4的填料体积比为1：1：1。
氮吸附层4上部种植湿地挺水植物9，包括风车草、美人蕉、香蒲、芦苇等。
水管装置包括设置在上升流池体5的承托层1中并与进水区7相连接的布水管10、设置在上升流池体5的氮吸附层4中的第一横向管11、设置在下行流池体6的氮吸附层4中的第二横向管12、设置在下行流池体6的承托层1中并与出水区8相连接的集水管13，第一横向管11和第二横向管12相连接，布水管10、第一横向管11、第二横向管12、集水管13均为穿孔管，材质优选PVC。
在一种更为优选的实施方案中，布水管10、第一横向管11、第二横向管12、集水管13上均连接有上端向上伸出填料区表层的竖向管14，必要时可用于强化复氧或者用来冲洗埋设在池体底部的水管，有效防止堵塞。
工作原理：
水流先进入上升流池体5，自下而上经过上升流池体5的磷吸附层2、难降解有机污染物分解转化层3、氮吸附层4，再由植物拦截、吸附、吸收富集部分污染物，上升流池体5的出水再次由上而下经过下行流池体6中的氮吸附层4、难降解有机污染物分解转化层3、磷吸附层2进一步深度净化。由于床层中含有纳米零价铁材料，可通过强还原作用、产生类Fenton试剂氧化作用、微电解作用对水体中的难降解有机物强化降解，使大分子物质分解为小分子的中间体，使某些难生化降解的化学物质变成易生化处理的物质，降低化合物的生物毒性；纳米零价铁相对于普通铁碳微电解材料有更大的活性，能更有效的减少有毒副产物产生，可显著消除农业生产废水中的农药成份和农村养殖废水的抗生素对污水处理设施中微生物活性和植物生长的抑制，提高系统的污染物去除效率。
本人工湿地污水处理系统，以改性石灰石碎石去除磷，改性沸石去除氮，竹炭负载纳米铁陶粒主要针对难降解有毒有机物，通过有机物强化降解，消除有毒有机物对湿地微生物的抑制，有利于基质生物膜的形成。实现有效去除废水中氮、磷、COD，并增强其对废水中有毒有害难降解有机污染物的分解转化能力，再结合基质微生物、湿地植物有效促进农村地区生活污水及非点源污染废水的深度处理和安全回用。本实施案例，作为农村生态旅游景区的生活污水处理，处理规模为50m3/d，当水力停留时间为一天时，可确保出水水质满足《污水综合处理排放标准》一级A标。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种人工湿地污水处理系统，它包括具有上升流池体和下行流池体的填料区、设置在所述填料区中的水管装置、种植在填料区表面的湿地挺水植物，其特征在于：所述的上升流池体和下行流池体均包括由下至上依次设置的承托层、磷吸附层、难降解有机污染物分解转化层、氮吸附层，所述的承托层采用砾石，所述的磷吸附层采用石灰石，所述的难降解有机污染物分解转化层采用竹炭负载纳米铁陶粒，所述的氮吸附层采用沸石，
所述的水管装置包括设置在上升流池体的承托层中并与进水区相连接的布水管、设置在上升流池体的氮吸附层中的第一横向管、设置在下行流池体的氮吸附层中的第二横向管、设置在下行流池体的承托层中并与出水区相连接的集水管，所述第一横向管和第二横向管相连接，所述的布水管、第一横向管、第二横向管、集水管均为穿孔管，
所述的布水管、第一横向管、第二横向管、集水管上均连接有上端向上伸出填料区表层的竖向管，所述的竹炭负载纳米铁陶粒的制作方法为：通过液相还原法，将纳米零价铁负载于竹炭粉上，再混合占总质量20～30％的粘土以及占总质量2～5％的粘结剂，在氮气保护下烧结成粒状，
所述竹炭负载纳米铁陶粒的粒径为5mm～10mm。
2.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理系统，其特征在于：所述的石灰石为热改性石灰石，其制作方法为：在500℃灼烧2小时后冷却。
3.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理系统，其特征在于：所述的磷吸附层、难降解有机污染物分解转化层、氮吸附层的填料体积比为1：1：1 。
4.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理系统，其特征在于：所述砾石的粒径为20mm～40mm。
5.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理系统，其特征在于：所述石灰石的粒径为5mm～10mm。
6.根据权利要求1所述的人工湿地污水处理系统，其特征在于：所述沸石的粒径为5mm～10mm。
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