CN108423946A - 一种处理富营养水体的人工湿地 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种处理富营养水体的人工湿地，包括第一进水管道、人工湿地池和沸石吸附单元，其中，人工湿地池包括填充介质层和布水管网，填充介质层种植有植物体，布水管网包括与第一进水管道连通的主管，以及连接在主管上、且与主管连通的多组布水支管，布水支管垂直向下插设在填充介质层中，且布水支管的管壁设置穿孔，穿孔小于填充介质层中的填充介质的粒径大小；沸石吸附单元包括沸石填充区，与第一出水口连通的第二进水管道，设置在沸石填充区底部的第二出水管道，其中，第二进水管道从所述沸石填充区的顶部引入，所述第二出水管道设置分支，形成第二出水口和回流管道，且所述回流管道通向所述填充介质层。
Description
技术领域
本发明属于水环境治理领域，尤其涉及一种处理富营养水体的人工湿地和一种处理富营养水的方法，具体的，所述处理富营养水的方法为利用人工湿地处理富营养水的方法。
背景技术
我国南方水系生产水稻，为了提高产量，大量的氮肥、磷肥在使用过程中随着水体进入河道，导致水体富营养化。目前人工湿地广泛应用于处理富营养化水。但是湿地系统的硝化和反硝化能力较差，脱氮除磷能力有限，并且湿地运行效果受温度影响很大，因此，从污染物去除的角度，湿地的表现尚不能满足人们所期望的高效、稳定净化功能要求。
人工强化湿地脱氮除磷的手段包括：提高湿地系统中的酶和微生物量；提高系统的溶解氧；发展组合工艺，即组合不同类型的湿地以求污染物去除的最大化；选择高效基质，提高对磷的吸附能力。当前人工强化湿地脱氮除磷效果遵循的都是提高系统的硝化和反硝化能力，或者是基质对氮的吸附效果。然而曝气设备能耗过大，削弱了湿地技术本身的优势；投加菌剂短时间可以提高污染物去除效果，但是投加时间长会导致成本过大，而任何基质的吸附存在饱和阶段，导致其净化效果越来越差。特别是低温季节，硝化细菌基本失去消化作用，如在温度低于5℃条件下，人工强化湿地的脱氮净化效果尤为差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种处理富营养水体的人工湿地以及一种利用人工湿地处理富营养水的方法，旨在解决现有人工湿地除氮能力弱、而通过在人工湿地池增加曝气设备和菌剂来提高除氮效果成本高的问题。
本发明是这样实现的，一种处理富营养水体的人工湿地，包括用于输送富营养水的第一进水管道、用于净化所述富营养水的人工湿地池和用于强化除氮的沸石吸附单元，所述第一进水管道、所述人工湿地池和所述沸石吸附单元顺次连接，其中，所述人工湿地池包括填充介质层和布水管网，所述填充介质层种植有植物体，所述布水管网包括与所述第一进水管道连通的主管，以及连接在所述主管上、且与所述主管连通的多组布水支管，所述布水支管垂直向下插设在所述填充介质层中，且所述布水支管的管壁设置穿孔，所述穿孔小于所述填充介质层中的填充介质的粒径大小，所述人工湿地池在远离所述第一进水管道的一侧下端开设有第一出水口；
所述沸石吸附单元包括沸石填充区，与所述第一出水口连通的第二进水管道，设置在所述沸石填充区底部的第二出水管道，其中，所述第二进水管道从所述沸石填充区的顶部引入，所述第二出水管道设置分支，形成第二出水口和回流管道，且所述回流管道通向所述填充介质层。
以及，一种利用人工湿地处理富营养水的方法，所述方法采用如上述处理富营养水体的人工湿地实现，包括以下步骤：
将富营养水通过从第一进水管道输送到布水管网，通过所述布水管网将所述富营养水分配到种植有植物体的填充介质层，经所述填充介质层净化处理后经第一出水口流出，得到一净化水；
将所述第一净化水经由第二进水管道注入含有沸石填充区，进行吸附除氮，除氮合格后，将得到的二级净化水直接外排；除氮不合格时，通过硝化细菌将沸石填充区吸附的氨氮转化成NO3 -后，将出水经所述回流管道回输至所述人工湿地池。
本发明提供的处理富营养水体的人工湿地，设置有用于强化除氮的沸石吸附单元，所述沸石填充区以沸石作为填料，具有很轻的吸附性能，能将经所述人工湿地池净化处理后的富营养水进行除氮处理，显著提高了除氮效果。同时，通过在所述沸石吸附单元的沸石填充区投加硝化细菌，所述硝化细菌能将沸石中吸附的氨氮转化为NO3-，含NO3-的出水经回流管道返回人工湿地池，通过人工湿地池中的反硝化菌的作用转化为N2，使得吸附饱和的沸石得以重新恢复吸附性能，同时达到高效除N、P的效果。此外，我国沸石产量大，分布广泛，原材料价格低廉易得，有助于降低处理富营养水体的人工湿地的运作成本。
本发明提供的利用人工湿地处理富营养水的方法，将从人工湿地池净化处理后的一净化水，通过所述沸石填充区的强吸附处理降低氮含量；且由于所述沸石填充区吸附的氮可以通过硝化细菌解吸附，因此，所述沸石填充区的沸石可以保持吸附性能，而经硝化细菌解吸附的氨氮由于转化成NO3-，经人工湿地池中的反硝化菌的作用转化为N2，不会增加氨氮处理的负担。
附图说明
图1是本发明实施例提供的处理富营养水体的人工湿地的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本发明实施例还提供了一种处理富营养水体的人工湿地，包括用于输送富营养水的第一进水管道1、用于净化所述富营养水的人工湿地池2和用于强化除氮的沸石吸附单元3，第一进水管道1、人工湿地池2和沸石吸附单元3顺次连接，其中，人工湿地池2包括填充介质层21和布水管网22，填充介质层21种植有植物体23，布水管网22包括与第一进水管道1连通的主管221，以及连接在主管221上、且与主管221连通的多组布水支管222，布水支管222垂直向下插设在填充介质层21中，且布水支管222的管壁设置穿孔(图中未显示)，所述穿孔小于填充介质层21中的填充介质的粒径大小，人工湿地池2在远离第一进水管道1的一侧下端开设有第一出水口24；
沸石吸附单元3包括沸石填充区31，与第一出水口24连通的第二进水管道32，设置在沸石填充区31底部的第二出水管道33，其中，第二进水管道32从沸石填充区31的顶部引入，第二出水管道33设置分支，形成第二出水口331和回流管道332，且所述回流管道332通向填充介质层21。
本发明实施例提供的处理富营养水体的人工湿地，设置有用于强化除氮的沸石吸附单元3，沸石填充区31以沸石作为填料，具有很轻的吸附性能，能将经人工湿地池2净化处理后的富营养水进行除氮处理，显著提高了除氮效果。同时，通过在沸石吸附单元的沸石填充区31投加硝化细菌，所述硝化细菌能将沸石中吸附的氨氮转化为NO3-，含NO3-的出水经回流管道332返回人工湿地池2，通过人工湿地池2中的反硝化菌的作用转化为N2，使得吸附饱和的沸石得以重新恢复吸附性能，同时达到高效除N、P的效果。此外，我国沸石产量大，分布广泛，原材料价格低廉易得，有助于降低处理富营养水体的人工湿地的运作成本。
具体的，本发明实施例中，第一进水管道1用于将富营养水(包括N、P含量高的污水、废水等)进行输送，以便进入人工湿地池2进行净化处理。所述富营养水的来源没有严格限制，可以为河道污水。优选的，所述富营养水为经过沉降、过滤处理后的富营养水。
本发明实施例处理富营养水体的人工湿地能够将富营养水净化，降解有机物，固化P，同时将部分氨氮转化为氮气。其中，人工湿地池2包括种植有植物体23的填充介质层21。优选的，填充介质层21由砾石和土壤混合组成，且所述砾石的粒径为8-12mm，所述砾石和土壤的质量比为(3.5-4.5)：1，从而得到兼具较好的透水性和结构牢固度的人工湿地池2。具体优选的，所述砾石的粒径为10mm，所述砾石和土壤的质量比为4：1。
优选的，填充介质层21的高度至少50cm以上，从而有利于提高营养水体的固磷转氮功能，优选的，填充介质层21的高度为50-60cm，最优选为55cm。
本发明实施例中，填充介质层21上种植有芦苇，所述芦苇根系形成的生物膜能够降解有机物，同时芦苇的根系能够很好的同化土壤和水体中的P，从而达到净化效果。此外，溶解氧的不均匀形成的硝化和反硝化作用，使得氨氮被转化为N2，达到基础除氮的作用。当然，应当注意的是，枯萎的芦苇秸秆，应进行收割，以防止其进入河道造成P元素的内部循环。所述芦苇的种植时间优选为春季，春季气温低，人工湿地池2的净化能力弱，采用芦苇可以一定程度提高净化能力。进一步优选的，所述芦苇的种植密度为20-28株/m2，最佳种植密度为24株/m2。若所述芦苇的种植密度过稀处理效果达不到，过密难以成活，增大成本。
本发明实施例中，通过布水管网22将从第一进水管道1输送来的水分布到填充介质层21。布水管网22包括与第一进水管道1连通的主管221，主管221可以设置在人工湿地池2边缘，也可以设置成多条平行主管221铺设在填充介质层21表面或埋入填充介质层21中一定厚度，甚至可以设置成网格状主管221。进一步的，水管网还包括连接在主管221上、且与主管221连通的多组布水支管222，布水支管222垂直向下插设在填充介质层21，布水支管222均匀分布在填充介质层21中。布水支管222的管径优选为DN32。
布水支管222的管壁设置穿孔，穿孔小于填充介质层21中的填充介质的粒径大小。通过设置穿孔，使从主管221输入的富营养水均匀地分散到填充介质层21中，实现均匀、有效地净化。优选的，穿孔在布水支管222的管壁均匀分布。进一步优选的，穿孔的大小为2～5mm，既能有效保证水流地迅速释放，同时能够避免穿孔过大，人工湿地池2的内容物进入管道导致堵塞。
本发明实施例中人工湿地池2在远离第一进水管道1的一侧下端开设有第一出水口24，既用于与沸石吸附单元3的第二进水管道32相同来输送经人工湿地池2出来的一级净水；同时，也可以为经人工湿地池2处理后的净水提供一个外排途径。优选的，第二进水管道32在第一出水口24附近设置分支，形成第一出水管道(图中未标出)，即形成直接用于排水的排水口，另一个分支从沸石吸附单元3的顶部引入沸石填充区31。分支处可以采用阀门进行控制，但不限于此。
由于人工湿地池2的净化能力较弱，特别是不设置曝气设备和额外投放消化细菌的时候，净化效果特别差。当气温较低(如5℃以下)时，人工湿地池2的除氮能力尤其弱。有鉴于此，本发明实施例中，在人工湿地池2后设置有强化吸附氨氮的沸石吸附单元3。所述沸石单元的规模特别是高度可以根据水体富营养程度和湿地规模设计，优选的，将所述沸石单元的高度设计为所述人工湿地高度的2/3，经人工湿地处理的水体，进一步通过这个高度的沸石单元的吸附处理，通常具有较好的除氮效果。
沸石吸附单元3还包括与第一出水口24连通的第二进水管道32，第二进水管道32将经人工湿地池2净化处理的一级净水输送到沸石填充区31，以便进行强化吸附。沸石吸附单元3包括沸石填充区31，沸石填充区31以沸石作为吸附填料，实现氨氮的高效吸附。优选的，所述沸石单元的沸石粒径为20～40目，有利于氨氮的高效吸附和清理。
由于沸石为吸附填料，而吸附填料会存在吸附饱和性，吸附饱和后的沸石不再具备除氮能力。有鉴于此，为了保证沸石填充区31的吸附活性，在吸附饱和后的沸石填充区31中添加有硝化细菌菌剂。所述硝化细菌菌剂能将沸石吸附的氨氮转化为NO3-(含NO3-的出水经回流管道332返回人工湿地池2，通过人工湿地池2中的反硝化菌的作用转化为N2，不会增加人工湿地池2的除氮压力)，从而实现沸石的解吸附，保持沸石填充区31的吸附活性。
优选的，所述硝化细菌菌剂的投加量0.01～0.05ml/L，从而具有较好的氨氮转化效果。进一步优选的，所述硝化细菌菌剂为“科迪”液态硝化细菌菌剂，该类菌剂不仅操作简单，更重要的是成活率高，有利于获得高效且稳定的氨氮转化效果。
本发明实施例中，沸石吸附单元3还包括设置在沸石填充区31底部的第二出水管道33，将经沸石填充区31净化后的出水引出。第二出水管道33设置分支，形成第二出水口331和回流管道332，第二出水口331和回流管道332均可以通过阀门控制。其中，回流管道332通向填充介质层21，用于将含有NO3-的出水回排至填充介质层21。
以及，本发明实施例还提供了一种利用人工湿地处理富营养水的方法，所述方法采用如上述处理富营养水体的人工湿地实现，包括以下步骤：
S01.将富营养水通过从第一进水管道输送到布水管网，通过所述布水管网将所述富营养水分配到种植有植物体的填充介质层，经所述填充介质层净化处理后经第一出水口流出，得到一净化水；
S02.将所述第一净化水经由第二进水管道注入含有沸石填充区，进行吸附除氮，除氮合格后，将得到的二级净化水直接外排；除氮不合格时，通过硝化细菌将沸石填充区吸附的氨氮转化成NO3 -后，将出水经所述回流管道回输至所述人工湿地池。
本发明实施例提供的利用人工湿地处理富营养水的方法，将从人工湿地池净化处理后的一净化水，通过所述沸石填充区的强吸附处理降低氮含量；且由于所述沸石填充区吸附的氮可以通过硝化细菌解吸附，因此，所述沸石填充区的沸石可以保持吸附性能，而经硝化细菌解吸附的氨氮由于转化成NO3-，经人工湿地池中的反硝化菌的作用转化为N2，不会增加氨氮处理的负担。
具体的，所述处理富营养水体的人工湿地的设置如上文所述，为了节约篇幅，此处不再赘述。
上述步骤S02中，沸石没有吸附饱和时，氨氮处理效果很好，能够提高处理效果30％，得到的二级净化水直接外排；当沸石达到吸附饱和时，无法在实现氨氮吸附，此时，关闭控制出水口(外排)的阀门，待硝化细菌完成解吸附后，连通水体一起回流到填充介质层，将由氨氮转化的NO3-经反硝化作用转变为氮气。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种处理富营养水体的人工湿地，其特征在于，包括用于输送富营养水的第一进水管道、用于净化所述富营养水的人工湿地池和用于强化除氮的沸石吸附单元，所述第一进水管道、所述人工湿地池和所述沸石吸附单元顺次连接，其中，所述人工湿地池包括填充介质层和布水管网，所述填充介质层种植有植物体，所述布水管网包括与所述第一进水管道连通的主管，以及连接在所述主管上、且与所述主管连通的多组布水支管，所述布水支管垂直向下插设在所述填充介质层中，且所述布水支管的管壁设置穿孔，所述穿孔小于所述填充介质层中的填充介质的粒径大小，所述人工湿地池在远离所述第一进水管道的一侧下端开设有第一出水口；
所述沸石吸附单元包括沸石填充区，与所述第一出水口连通的第二进水管道，设置在所述沸石填充区底部的第二出水管道，其中，所述第二进水管道从所述沸石填充区的顶部引入，所述第二出水管道设置分支，形成第二出水口和回流管道，且所述回流管道通向所述填充介质层。
2.如权利要求1所述的处理富营养水体的人工湿地，其特征在于，所述第二进水管道在所述第一出水口附近设置分支，形成第一出水管道。
3.如权利要求1所述的处理富营养水体的人工湿地，所述沸石填充区含有硝化细菌菌剂，所述硝化细菌菌剂的投加量0.01～0.05ml/L。
4.如权利要求3所述的处理富营养水体的人工湿地，其特征在于，所述硝化细菌菌剂为“科迪”液态硝化细菌菌剂。
5.如权利要求1所述的处理富营养水体的人工湿地，其特征在于，所述沸石单元的沸石粒径为20～40目；和/或
所述填充介质层的高度为50-60cm。
6.如权利要求1-5任一项所述的处理富营养水体的人工湿地，其特征在于，所述填充介质层由砾石和土壤混合组成，且所述砾石的粒径为8-12mm，所述砾石和土壤的质量比为(3.5-4.5)：1；和/或
所述填充介质层的高度为50-60cm。
7.如权利要求5所述的处理富营养水体的人工湿地，其特征在于，所述填充介质层上种植有芦苇，且所述芦苇的种植密度为20-28株/m2。
8.如权利要求1-4任一项所述的处理富营养水体的人工湿地，其特征在于，所述布水支管均匀分布在所述填充介质层中；和/或
所述布水支管的管径为DN32。
9.如权利要求8所述的处理富营养水体的人工湿地，其特征在于，所述穿孔的大小为2～5mm。
10.一种利用人工湿地处理富营养水的方法，其特征在于，所述方法采用如权利要求1-9任一所述处理富营养水体的人工湿地实现，包括以下步骤：
将富营养水通过从第一进水管道输送到布水管网，通过所述布水管网将所述富营养水分配到种植有植物体的填充介质层，经所述填充介质层净化处理后经第一出水口流出，得到一净化水；
将所述第一净化水经由第二进水管道注入含有沸石填充区，进行吸附除氮，除氮合格后，将得到的二级净化水直接外排；除氮不合格时，通过硝化细菌将沸石填充区吸附的氨氮转化成NO3 -后，将出水经所述回流管道回输至所述人工湿地池。
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