CN109574397B - 一种多技术耦合的高效人工湿地处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多技术耦合的高效人工湿地处理系统及方法，采用BAF‑湿地耦合反应器，实现了空气‑BAF系统同湿地氧化系统的有效结合，本发明利用空气‑BAF的强氧化性对废水中有机污染物进行氧化，提高废水可生化性，同时实现对废水充氧，实现对废水中有机污染物的高效去除，通过改变复合陶粒的配方，可有效去除特定污染物，强化对磷、重金属等的去除。本发明中BAF‑湿地耦合反应器提高了系统对废水污染物的抗冲击负荷能力，减少了后续系统的污染负荷，减小了后续系统的占地面积，是一种抗冲击负荷能力强、处理效率高效稳定、运行成本低的废水处理系统，可广泛适用于城市污水厂二级出水、雨水、受污染地表径流处置的工艺及方法。
Description
技术领域
本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种多技术耦合的高效人工湿地处理系统及方法。
背景技术
人工湿地是上世纪70~80年代发展起来的一种人工生态系统，主要分为表面流人工湿地（FWS）、潜流人工湿地（SFS）和潮汐流人工湿地，其本质是对自然界湿地系统的人工强化，可用于城市污水处理厂排水、雨水、农村生活污水以及地表径流的深度处理。其具有投资运行成本低、环境效益良好等优良特点。
由于目前人口众多、人均占地面积少，人工湿地用地在很大程度上受限，常采用高水力负荷工况设计和运行，同时基于不同地表径流及废水中污染物的多样性及复杂性，致使传统人工湿地系统对污染物的抗负荷冲击能力弱，系统运行稳定较差。另一方面于人工湿地填充料（硕石、砂石等）易堵塞，严重影响了人工湿地系统的对污染物的去除效果，增大了运行难度，增高了运维成本。目前人工湿地系统出水并没有采取有效的灭菌消毒措施，生态安全性存在一定风险。
为此非常有必要研发一种加强对有机污染物或特定污染的去除、减少后续人工湿地系统占地、增强系统运行的稳定性和可控性的强化型的人工湿地系统。强化型人工湿地系统可减少或延缓系统基于高负荷运行而引起的的堵塞问题，引入生物陶粒作为人工湿地系统的一种填料，通过生物陶粒配方的改良提高对污染物的去处效率，实现以废治废的目的及城市污泥的资源化利用。采用合理的组合工艺实现对人工湿地系统末端出水的低成本杀菌消毒的末端深度处理的功能，提高人工湿地出水的生态安全性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种多技术耦合的高效人工湿地处理系统及方法，对提高了人工湿地系统的处理效果及稳定性，减小了人工湿地系统的占地面积，延缓了人工系统的堵塞，同时对人工湿地系统出水进行了进一步的催化氧化，提高了人工湿地系统排水的处理效率和生态安全性。
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种多技术耦合的高效人工湿地处理系统及方法，包括调节池；BAF-湿地耦合反应器；撬装型过滤器；潜流湿地；表面流人工湿地；二级表面流人工湿地；稳定塘；镀膜多级跌水槽；鼓风系统；污泥沉淀池；复合陶粒层；反冲洗出水管；曝气管；硕石承托层；细砂层；有机黏土植被层；布水槽；
所述调节池同BAF-湿地耦合反应器连接，鼓风系统同BAF-湿地耦合反应器连接；BAF-湿地耦合反应器同撬装型过滤器、潜流湿地、表面流人工湿地、二级表面流人工湿地、稳定塘、镀膜多级跌水槽依次连接；BAF-湿地耦合反应器还同污泥沉淀池连接；潜流湿地同BAF-湿地耦合反应器设有废水回流装置；
废水携同空气从BAF-湿地耦合反应器底部进入，经由硕石承托层、复合陶粒层、细砂层进入后续系统；反冲洗水携同空气从BAF-湿地耦合反应器底部进入，经由硕石承托层、复合陶粒层、细砂层，最终经出水管进入污泥沉淀池。
进一步地，步骤1）BAF-湿地耦合反应器包括复合陶粒层、反冲洗出水管、曝气管、硕石承托层、细砂层、有机黏土植被层；
2）废水携同空气由底部进入BAF-湿地耦合反应器，在复合陶粒层的催化氧化及生物膜的作用下被降解；之后进入细砂层对SS进行进一步过滤，经由细砂层同有机黏土植被层之间的出水通道，并经由水生植物的进一步降解，进入后续系统；
3）BAF-湿地耦合反应器兼具BAF池的高效氧化性和表面流人工湿地的深度氧化能力，对有机污染物、悬浮物、氨氮、磷处理效率高，减小了后续系统的污染负荷和占地面积，提高了系统抗冲击负荷能力；
4）潜流湿地同BAF-湿地耦合反应器设有废水回流装置，强化了氮的硝化作用，经由潜流湿地的反硝化作用，增强了对总氮的去除；BAF-湿地耦合反应器通过调节反冲洗频率及污泥洗出量，加强对磷的去除；
5）同BAF-湿地耦合反应器中的复合陶粒层可选用城市污泥同富含钙、铁等的复合陶粒，实现对高含磷废水中磷的强化去除；
6）BAF-湿地耦合反应器前段进水管上可通过投加营养物或少量氧化剂（臭氧或工业双氧水）强化对有机物含量较高废水的强化去除，同时提高了废水的可生化性，有利于后续系统的高效运行；
7）BAF-湿地耦合反应器的反应工况为：pH为6~9、反应时间控制为20~240min，投加氧化剂时氧化剂投加量为COD去除量的1.1~1.3倍。
进一步地，镀膜多级跌水槽表层设有具有光催化效应的二氧化钛薄膜，厚度为2~4mm，膜上水层厚度设计为2~6mm；废水通过跌水充氧在二氧化钛膜表面形成大量羟基氧化物，对出水进行催化氧化处理，实现对有机物的氧化处置和出水灭菌消毒作用。
进一步地，1）撬装型过滤器采用板式过滤器，也可采用负载特种微生物的功能性材料，对废水中悬浮物及特种污染物进行强化去除；
2）撬装型过滤器采用易拆卸和易更换的安装形式，维修方便。
本发明的有益效果是：
1）采用BAF-湿地耦合反应器，实现了空气-BAF系统同湿地氧化系统的有效结合，一方面利用空气-BAF的强氧化性，同时实现对废水充氧，BAF-湿地耦合反应器表层植被作用类同潜流湿系统。
2）BAF-湿地耦合反应器含有复合陶粒层，实现对废水中有机污染物的高效去除，同时通过改变复合陶粒的配方，可有效去除特定污染物，强化对磷、重金属等的去除。
3）BAF-湿地耦合反应器提高了系统对废水污染物的抗冲击负荷能力，减少了后续系统的污染负荷，减小了后续系统的占地面积，同时提高了系统运行的可控性和稳定性。
4）陶粒层可以选用城市污泥制取的陶粒，拓展了城市污泥资源化利用，实现以废制废。
5）BAF-湿地耦合反应器出水进入撬装型过滤器对废水中存在的悬浮物进一步过滤，缓解了后续湿地系统的堵塞问题。撬装型过滤器安装方便，占地面积小，容易维修更换。
6）系统出水末端采用镀膜多级跌水槽，实现对最终出水的光催化氧化，对最终排水进行杀菌、消毒。
本发明公开的基于上述的一种多技术耦合的高效人工湿地处理系统及方法，是一种抗冲击负荷能力强、处理效率高效稳定、运行成本低、出水生物安全性高的废水处理系统，可广泛适用于城市污水厂二级出水、雨水、受污染地表径流处置的工艺及方法。
附图说明
图1为本发明系统的整体结构示意图；
图2为图1中BAF-BAF-湿地耦合反应器的侧视图；
图3为图1中镀膜多级跌水槽的侧视图；
其中，1为调节池；2为BAF-湿地耦合反应器；3为撬装型过滤器；4为潜流湿地；5为表面流人工湿地；6为二级表面流人工湿地；7为稳定塘；8为镀膜多级跌水槽；9为鼓风系统；10为污泥沉淀池；11为复合陶粒层；12为反冲洗出水管；13为曝气管；14为硕石承托层；15为细砂层，16为有机黏土层；17为布水槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，本发明公开的一种多技术耦合的高效人工湿地处理系统及方法包括：调节池，BAF-湿地耦合反应器，撬装型过滤器；潜流湿地；表面流人工湿地；二级表面流人工湿地；稳定塘；镀膜多级跌水槽；鼓风系统；污泥沉淀池；复合陶粒层；反冲洗出水管；曝气管；硕石承托层；细砂层；有机黏土植被层；布水槽；
废水经由调节池，携带空气进入BAF-湿地耦合反应器，依次经过硕石承托层、复合陶粒层、细砂层，以空气为氧气源经由复和陶粒层的催化氧化作用对废水中有机污染物进行去除，提高了废水的生化性；附着于硕石层、复和陶粒层的好氧微生物通过生物作用将废水中有机污染予以去除，复合陶粒中的钙、铁金属对废水中磷的予以吸附沉淀；细砂层出水携带大量溶解氧，附着于有机黏土植被层根系及附生微生物对污染物进行吸附、降解，在BAF-湿地耦合反应器内实现有机污染物、氨氮、磷及部分重金属的去除，降低了废水污染物浓度，提高了废水生化性；BAF-湿地耦合反应器反冲洗水同进水方向相同，出水经由反冲洗管进入污泥沉淀池。
BAF-湿地耦合反应器出水进入撬装型过滤器对废水中可能存在的悬浮物进行过滤，撬装型过滤器安装方便，占地面积小，容易维修更换；之后进入潜流湿地，经由厌氧反应过程，实现反硝化作用，将氮以氮气形式由水体释放至大气中，在反硝化的过程中对废水中的有机污染物予以去除，潜流池表层植物同生化、吸附等作用对废水中磷、氮、有机污染物及重金属予以去除，厌氧反应环境对废水中难降解物质进行水解，提高了废水的可生化性；潜流池部分出水回流至BAF-湿地耦合反应器，实现对原水的稀释调节作用。
潜流池出水依次进入表面流人工湿地、二级表面流人工湿地和稳定塘，经由植物、微生物的生物作用、吸附及化学等反应对废水生物进一步去除。
稳定塘出水经由镀膜多级跌水槽，镀膜多级跌水槽表层设有具有光催化效应的二氧化钛薄膜，废水通过跌水充氧在二氧化钛膜表面形成大量羟基氧化物，对出水进行催化氧化处理，实现对有机物的氧化处置，同时实现出水灭菌消毒作用。
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1
废水经由调节池，携带空气进入BAF-湿地耦合反应器，依次经过硕石承托层、复合陶粒层、细砂层，以空气为氧气源经由复和陶粒层的催化氧化作用对废水中有机污染物进行去除，提高废水的生化性；同时附着于硕石层、复和陶粒层的好氧微生物通过生物作用将废水中有机污染予以去除，复合陶粒中的钙、铁金属对废水中磷的予以吸附沉淀；细砂层出水携带大量溶解氧，附着于有机黏土植被层根系及附生微生物对污染物进行吸附、降解，在BAF-湿地耦合反应器内实现有机污染物、氨氮、磷及部分重金属的去除，降低了废水污染物浓度，提高了废水的生化性；
BAF-湿地耦合反应器反冲洗水同进水方向相同，出水经由反冲洗管进入污泥沉淀池。
BAF-湿地耦合反应器出水进入撬装型过滤器对废水中可能存在的悬浮物进行过滤，之后进入潜流湿地，经由厌氧反应过程，实现反硝化作用，将氮以氮气形式由水体释放至大气中，在反硝化的过程中对废水中的有机污染物予以去除，潜流池表层植物同生化、吸附等作用对废水中磷、氮、有机污染物及重金属予以去除，厌氧反应环境对废水中难降解物质进行水解，提高了废水的可生化性；潜流池部分出水回流至BAF-湿地耦合反应器，实现对原水的稀释调节作用。
潜流池出水依次进入表面流人工湿地、二级表面流人工湿地和稳定塘，经由植物、微生物的生物作用、吸附及化学等反应对废水生物进一步去除。
稳定塘出水经由镀膜多级跌水槽，镀膜多级跌水槽（8）表层设有具有光催化效应的二氧化钛薄膜，废水通过跌水充氧在二氧化钛膜表面形成大量羟基氧化物，对出水进行催化氧化处理，实现对有机物的氧化处置，同时实现出水灭菌消毒作用。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种多技术耦合的高效人工湿地处理系统，其特征在于：包括调节池（1）；BAF-湿地耦合反应器（2）；撬装型过滤器（3）；潜流湿地（4）；表面流人工湿地（5）；二级表面流人工湿地（6）；稳定塘（7）；镀膜多级跌水槽（8）；鼓风系统（9）；污泥沉淀池（10）；复合陶粒层（11）；反冲洗出水管（12）；曝气管（13）；硕石承托层（14）；细砂层（15）；有机黏土植被层（16）；布水槽（17），所述镀膜多级跌水槽（8）表层设有具有光催化效应的二氧化钛薄膜，厚度为2~4mm，膜上水层厚度设计为2~6mm；废水通过跌水充氧在二氧化钛膜表面形成大量羟基氧化物，对出水进行催化氧化处理，实现对有机物的氧化处置和出水灭菌消毒作用，所述BAF-湿地耦合反应器（2）包括复合陶粒层（11）、反冲洗出水管（12）、曝气管（13）、硕石承托层（14）、细砂层（15）、有机黏土植被层（16），所述调节池（1）同BAF-湿地耦合反应器（2）连接，鼓风系统（9）同BAF-湿地耦合反应器（2）连接；BAF-湿地耦合反应器（2）同撬装型过滤器（3）、潜流湿地（4）、表面流人工湿地（5）、二级表面流人工湿地（6）、稳定塘（7）、镀膜多级跌水槽（8）依次连接；BAF-湿地耦合反应器（2）还同污泥沉淀池（10）连接；潜流湿地（4）同BAF-湿地耦合反应器（2）设有废水回流装置；
废水携同空气从BAF-湿地耦合反应器（2）底部进入，经由硕石承托层（14）、复合陶粒层（11）、细砂层（15）进入后续系统；反冲洗水携同空气从BAF-湿地耦合反应器（2）底部进入，经由硕石承托层（14）、复合陶粒层（11）、细砂层（15），最终经反冲洗出水管（12）进入污泥沉淀池（10）。
2.根据权利要求1所述的一种多技术耦合的高效人工湿地处理系统，其特征在于：
1）撬装型过滤器（3）采用板式过滤器，或采用负载特种微生物的功能性材料，对废水中悬浮物及特种污染物进行强化去除；
2）撬装型过滤器（3）采用易拆卸和易更换的安装形式，维修方便。
3.根据权利要求1所述的一种多技术耦合的高效人工湿地处理系统的处理方法，其特征在于：
1）废水携同空气由底部进入BAF-湿地耦合反应器（2），在复合陶粒层（11）的催化氧化及生物膜的作用下被降解；之后进入细砂层（15）对SS进行进一步过滤，经由细砂层（15）同有机黏土植被层（16）之间的出水通道，并经由水生植物的进一步降解，进入后续系统；
2）BAF-湿地耦合反应器（2）兼具BAF池的高效氧化性和表面流人工湿地的深度氧化能力，对有机污染物、悬浮物、氨氮、磷处理效率高，减小了后续系统的污染负荷和占地面积，提高了系统抗冲击负荷能力；
3）潜流湿地（4）同BAF-湿地耦合反应器（2）设有废水回流装置，强化了氮的硝化作用，经由潜流湿地（4）的反硝化作用，增强了对氮的去除；BAF-湿地耦合反应器（2）通过调节反冲洗频率及污泥洗出量加强对磷的去除；
4）BAF-湿地耦合反应器（2）中的复合陶粒层（11）选用城市污泥制取的富含钙、铁的复合陶粒，实现对高含磷废水中磷的强化去除；
5）BAF-湿地耦合反应器（2）前段进水管上通过投加营养物或少量氧化剂强化对有机物含量较高废水中有机物的去除，同时提高了废水的可生化性，有利于后续系统的高效运行；
6）BAF-湿地耦合反应器（2）的反应工况为：pH为6~9、反应时间控制为20~240min，投加氧化剂时氧化剂投加量为COD去除量的1.1~1.3倍。
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