CN109734195A

CN109734195A - 一种实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统

Info

Publication number: CN109734195A
Application number: CN201910189146.8A
Authority: CN
Inventors: 王毅力; 刘博�
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2019-05-10

Abstract

本发明公开了一种实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统，包括：植物根际预处理区、模块化基质强化除磷区、微生物强化脱氮区、多孔界面有机物处理区和砾石过滤区。夏秋季节，废水自上而下通过重力流动进行处理；冬春季节，废水自下而上通过泵流入湿地，抵抗气温下降的影响；依次梯级实现悬浮颗粒物(以下简称SS)、有机物和氮磷的强化去除作用。该湿地可以根据气温情况灵活调节运行方式，缓解秋冬季低温带来的湿地处理效率下降的问题，多孔系统可以提升湿地的防堵塞问题，并能实现污染物的梯级综合处理，去除效果好。

Description

一种实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统

技术领域

本发明涉及人工湿地污水处理领域，具体涉及一种实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统。

背景技术

随着经济发展和社会进步，我国的水资源也遭受到各种污染的侵袭，水污染日益严重，生态环境破坏，严重影响人类生存。当前水污染的来源主要有：未经处理而排放的工业废水，未经处理而排放的生活污水，大量使用化肥、农药、除草剂而造成的农田污水等，解决水污染问题迫在眉睫。

20世纪70年代第一个完整的人工湿地在西德建成后，人工湿地技术在欧洲、美国及世界各国得到了迅速发展。人工湿地污水处理工艺不仅具有投资运行费用低、净化效果好、运行管理方便等特点，而且具有生态景观效应。近年来对于工业废水、生活污水、农田径流等污染的治理方面也大量采用该技术，在美国、德国等发达国家，人工湿地技术得到政府的大力支持，并已成为国际上解决水污染问题的重要手段。

人工湿地是由人工建造的一种综合的生态的污水处理系统，目前使用的人工湿地主要分为三类：表面流人工湿地、水平潜流人工湿地、垂直潜流人工湿地。三类湿地均有各自突出的优点，但同时也存在不足之处，如表面流湿地占地面积较大，污染物去除能力有限且不易过冬；水平潜流人工湿地造价较高，且控制相对复杂；垂直潜流人工湿地处理有机物能力欠佳，极易发生堵塞现象。

目前与人工湿地有关的部分授权或公开的专利有很多，其中，人工湿地污水处理系统及其净化污水的方法(申请专利号：201510885723.9)实现了植物秸秆的资源化，但是其构建复杂，建造费用大；一种序批式运行的人工湿地中水处理系统(申请专利号：201310189368.2)虽然占地面积小，但是土地利用率不高并且湿地在冬天运行效果不佳；基于给水厂污泥构建垂直流人工湿地处理养殖废水的方法(申请专利号：201410137254.8)解决了给水厂污泥的出路问题，但是无法综合去除有机物和氮磷。这些方法对工业废水和生活污水等处理具有一定的效果，但是因存在构建复杂、成本高、不能综合去除有机物以及氮磷、无法过冬等一种或多种缺陷，推广应用受到限制。因此，开发一种构建简单、建造成本低、适宜过冬、防堵塞且能综合去除有机物及氮磷的垂直流人工湿地技术对推进人工湿地建设水平的提高以及废水处理技术的进步都具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统，提高垂直流人工湿地综合去除有机物以及氮磷的效率；该系统构建简单，占地面积小，不易堵塞，建造成本低；该系统有效缓解过冬问题；该系统具有较高推广应用价值。

本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统，包括：植物根际预处理区、模块化基质强化除磷区、微生物强化脱氮区、多孔界面有机物处理区和砾石过滤区。

特别地，所述植物根际预处理区种植芦苇、菖蒲等水生植物中的一种，种植密度8-12株/m²；草本植物种植比例高羊茅：黑麦草：早熟禾＝1：1：2～1：2：3。

特别地，所述土壤为北方棕土。

特别地，所述模块化基质强化除磷区由给水污泥与土壤混合压制而成砖形状组成，添加量是50～80kg/m²，添加位置为地表土壤下0.1-0.5m。

特别地，所述微生物强化脱氮区由活性污泥和消化污泥中一种或两种组合而成，单个或组合污泥添加量是50～100kg/m²，位于地表土壤下0.1-0.8m。

特别地，所述多孔界面有机物处理区填埋秸秆，待其腐烂以后形成人造根孔；其中，秸秆直径是5-20mm，秸秆主轴方向横截面积占土壤剖面总面积的5％-15％，填埋方向与水流方向一致。

特别地，所述砾石过滤区填埋砾石粒径是5-30mm。

由上述发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的一种实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统，其有益效果为：

(1)添加的砖污泥提供了大量的铁铝元素，大大提高了磷的去除率；添加的活性污泥与消化污泥丰富了湿地内菌种丰度，增加了菌种数量，极大提高了氮磷的去除率；

(2)填埋的秸秆腐烂后形成根孔，改善基质性质，加大土壤孔隙率，给微生物的生长提供有利条件，提高了氮磷的去除率；

(3)填埋5-30mm砾石，提高了湿地床的孔隙率，有效防止堵塞。

(4)在冬天，废水通过地下管道由下往上正常运行，具有一定的去除效率，缓解了湿地过冬问题。

附图说明

图1、图2为本发明实施例提供的一种实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

本实施例采用本发明的实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统，处理对象为模拟废水，水力停留时间24h，所述水质是：TN为16.2-29.4mg/L，NH₄ ⁺-N为8.5-17.7mg/L；NO₃ ^--N为2.54-6.25mg/L；NO₂ ^--N为0.05-0.53mg/L；COD为23-28mg/L；TP为0.1-0.4mg/L。

本实施例中垂直潜流人工湿地设计尺寸为长×宽×高为0.5m×0.5m×1m，人工湿地系统为砖结构。

本实施例中的植物为芦苇、高羊茅、黑麦草、早熟禾混合种植，芦苇种植密度为8株/m²，草本植物种植比例高羊茅：黑麦草：早熟禾＝1：1：2。

本实施例中污泥砖添加位置于土壤地表下0.1-0.3m。

本实施例中消化污泥添加位置于土壤地表下0.3-0.5m。

本实例中填埋秸秆的土层为湿地土壤地表下0.5-0.7m；秸秆直径为5mm与15mm；埋植秸秆的主轴方向与湿地水流方向平行；埋植秸秆的主轴向截面积占土壤剖面总面积的8％。

本实施例中填料为陶粒、砾石，位置为湿地底部向上0-0.3m；填埋砾石的粒径为8-16mm、20-30mm。

本系统处理后的水质：TN为4.8-8.7mg/L，NH₄ ⁺-N为3.4-6.8mg/L；NO₃ ^--N为0.83-3.5mg/L；COD为11.4-16.3mg/L；TP为0.06-0.21mg/L。

实施例2

本实施例采用本发明的实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统，处理对象为模拟废水，水力停留时间48h，所述水质是：TN为16.2-29.4mg/L；NH₄ ⁺-N为8.5-17.7mg/L；NO₃ ^--N为2.54-6.25mg/L；NO₂ ^--N为0.05-0.53mg/L；COD为23-28mg/L；TP为0.1-0.4mg/L。

本实施例中的植物为芦苇、高羊茅、黑麦草、早熟禾混合种植，芦苇种植密度为10株/m²，草本植物种植比例高羊茅：黑麦草：早熟禾＝1：1：3。

本实施例中污泥砖添加位置于土壤地表下0.1-0.3m。

本实施例中活性污泥与消化污泥添加位置于土壤地表下0.3-0.5m。

本实例中填埋秸秆的土层为湿地土壤地表下0.5-0.8m；秸秆直径为5mm与15mm；埋植秸秆的主轴方向与湿地水流方向平行；埋植秸秆的主轴向截面积占土壤剖面总面积的10％。

本系统处理后的水质：TN为4.2-7.6mg/L；NH₄ ⁺-N为4.0-8.7mg/L；NO₃ ^--N为0.8-2.25mg/L；COD为10-15mg/L；TP为0.05-0.2mg/L。

实施例3

本实施例采用本发明的实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统，处理对象为模拟废水，水力停留时间72h，所述水质是：TN为20.2-26.4mg/L；NH₄ ⁺-N为8.5-17.7mg/L；NO₃ ^--N为2.54-6.25mg/L；NO₂ ^--N为0.05-0.53mg/L；COD为23-28mg/L；TP为0.1-0.4mg/L。

本实施例中的植物为芦苇、高羊茅、黑麦草、早熟禾混合种植，芦苇种植密度为8株/m²，草本植物种植比例高羊茅：黑麦草：早熟禾＝1：2：3。

本实施例中污泥砖添加位置于土壤地表下0.1-0.3m。

本实施例中活性污泥添加位置于土壤地表下0.3-0.5m。

本实例中填埋秸秆的土层为湿地土壤地表下0.5-0.6m；秸秆直径为5mm与15mm；埋植秸秆的主轴方向与湿地水流方向平行；埋植秸秆的主轴向截面积占土壤剖面总面积的8％。

本系统处理后的水质：TN为7.07-9.2mg/L；NH₄ ⁺-N为4.4-9.3mg/L；NO₃ ^--N为0.85-3.8mg/L；COD为11.66-15.8mg/L；TP为0.1-0.32mg/L。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统，其特征在于：包括植物根际预处理区、模块化基质强化除磷区、微生物强化脱氮区、多孔界面有机物处理区和砾石过滤区；可以随着季节的不同调整进水方向；

其中，在夏秋季，废水通过重力流依次从上往下通过植物根际预处理区、模块化基质强化除磷区、微生物强化脱氮区、多孔界面有机物处理区和砾石过滤区5个区域，分别实现废水中颗粒物的拦截、磷氮以及有机物的梯度去除；

其中，在冬春季，废水通过地下管道由下往上依次通过砾石过滤区、多孔界面有机物处理区、微生物强化脱氮区、模块化基质强化除磷区和植物根际预处理区5个区域，废水温度由高向低依次梯级变化，分别实现废水中颗粒物的拦截、有机物以及氮磷的梯度去除，缓解气温冬春季降低的不利影响。

2.根据权利要求1所述的一种实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统，其特征在于：植物根际预处理区种植芦苇、菖蒲等水生植物中的一种，种植密度8-12株/m²；草本植物种植比例高羊茅：黑麦草：早熟禾＝1：1：2～1：2：3。

3.根据权利要求1所述的一种实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统，其特征在于：模块化基质强化除磷区由给水污泥与土壤混合压制而成透水性砖作为基质，其中，给水污泥与土壤体积比＝1：3～1：7，在1～5MPa压力下通过机器静压方式制作而成。

4.根据权利要求3所述的模块化基质强化除磷区，其特征在于：砖污泥添加量是50～80kg/m²，添加位置为地表土壤下0.1-0.5m。

5.根据权利要求1所述的一种实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统，其特征在于：微生物强化脱氮区由活性污泥和消化污泥中一种或他们的组合构成。

6.根据权利要求5所述的微生物强化脱氮区，其特征在于：单个或组合污泥添加量是50～100kg/m²，位于地表土壤下0.1-0.8m。

7.根据权利要求1所述的一种实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统，其特征在于：多孔界面有机物处理区填埋秸秆；其中，秸秆直径是5-20mm，秸秆主轴方向横截面积占土壤剖面总面积的5％-15％，填埋方向与水流方向一致。

8.根据权利要求1所述的一种实现废水中污染物梯级去除的垂直流人工湿地处理系统，其特征在于：砾石过滤区填埋砾石粒径是5-30mm。