CN110451649B - 一种可反冲洗的人工湿地及其制作与运行方式 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可反冲洗的人工湿地，包括若干依次排列的生态罐体，生态罐体包括外部的承箱和内部的生化浮器；承箱的底部设有进水口和出水口，并通过承箱内的蓄水调节生化浮器的埋水深度；生化浮器内置若干填料层，并于顶部的第一填料层种植植物。通过于填料层中构建的生态系统，实现污水净化、脱氮除磷。第一填料层的好氧环境提高了微生物的降解能力；第二填料层中的铁炭凝胶球为微生物的负载提供充足的空间，铁炭发生微电解，使大量大分子有机污染物断链，提高了可生化性；多孔释碳碎石为微生物提供了充足的碳源。通过承箱的蓄水分别调节生化浮器的高度，实现正常运行下的跌水曝气，冲洗及反冲洗等功能，具有很强的实用性和广泛的适用性。

Description

一种可反冲洗的人工湿地及其制作与运行方式
技术领域
本发明涉及一种人工湿地，具体涉及一种可反冲洗的人工湿地及其制作与运行方式，属于污水人工湿地处理技术领域。
背景技术
人工湿地是一种环境友好型污水处理技术，是由基质、植物、微生物等配置而成的净水型复合生态系统。通过植物吸收、基质过滤和生物分解实现污水的高效净化处理，有高效脱氮除磷和运行管理方便等优点，且湿地景观能够增加生物多样性、涵养水源，提高视觉美观。
从已构建的湿地工程来看，在长期运行中存在微生物和植物残体造成基质堵塞、空隙率降低的自然现象，制约人工湿地的长期运行，降低污水净化效率，目前关于人工湿地堵塞的研究较多，但也存在较多缺陷。例如，公开号为CN105399207A公开了一种能减缓前段堵塞的可反冲洗水平潜流人工湿地，该湿地改变前段和后端基质的粒径，减缓湿地的前段堵塞，并通过反冲洗对湿地进行清洗，但是该方法后端密集的基质易造成清洗困难，且构造的微生物系统较单一，造成污水净化效率低。公开号为CN201610152448.4公开了一种人工湿地抗堵塞布水和反冲洗方法及装置，该装置在人工湿地表层和填料内部布置布水管道，根据湿地各层堵塞程度设定反冲洗强度，但是该装置在实际操作中存在技术困难且成本较高。
因此，现有的人工湿地可在短期内缓解湿地堵塞，但占地面积大，构建成本高，原理复杂，且无法实现二次利用，对于湿地使用寿命的延长有限，不够经济实用，严重影响湿地的净化效果。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种水质净化效果好，可跌水曝气，反冲洗简单方便的人工湿地。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种可反冲洗的人工湿地，包括若干依次排列的生态罐体，所述生态罐体包括外部的承箱和内部的生化浮器；
所述承箱的底部设有进水口和出水口，并通过承箱内的蓄水调节生化浮器的埋水深度；
所述生化浮器内置若干填料层，并于顶部的第一填料层种植植物。
上述填料层从上至下，包括：
第一填料层为种植基，包括混合的土壤和生物陶粒，且于植物根部分布有好氧微生物，覆盖在生物陶粒表面；
第二填料层为挂膜兼性细菌的兼性区，包括混合的铁炭凝胶球和多孔释碳碎石；
第三填料层为挂膜厌氧氨氧化菌种的厌氧区，包括若干鹅卵石。
进一步的，上述土壤和生物陶粒的所占体积比为1:2，生物陶粒的直径为1-2cm；
所述铁炭凝胶球的直径为8mm，多孔释碳碎石的直径为1-1.5cm，所占体积比为1:3；
所述鹅卵石的直径为3-5cm；
且第一、第二和第三填料层所占体积比为1:2:1。
进一步的，上述铁炭凝胶球的制备方法，包括以下步骤：
A1、将铁和炭以一定的质量比在高温下烧结，然后研磨成粉末，
A2、用HCl、蒸馏水和丙酮反复清洗上述粉末后，惰气吹干；
A3、将聚乙烯醇和海藻酸钠水浴加热溶解，加入上述的吹干粉末，搅拌，冷却至室温后，滴入CaCl2-饱和硼酸混合液，慢速搅拌一段时间后，用蒸馏水洗净，制得铁炭凝胶球。
进一步的，上述多孔释碳碎石的制作方法，包括以下步骤：
B1、按一定的质量比，混合研磨成粉末的贝壳、核桃壳和水泥；
B2、将水加入上述混合物中，搅拌后压制成碎石状，养护一段时间后，制得多孔释碳碎石。
进一步的，上述兼性细菌的挂膜，包括以下步骤：
C1、将活性污泥污水处理系统中兼性段的活性污泥与第二填料层中的填料以一定的质量比混合，进行接种，静置一段时间；
C2、取出部分上清液，并补加等量活性污泥，再静置一段时间，
C3、基于一定的水力停留时间，连续缓慢进水一段时间后，于填料上形成稳定的兼性菌群，挂膜完成。
进一步的，上述厌氧氨氧化菌种的挂膜，包括以下步骤：
D1、将第三填料层中的填料放入淘洗过滤后的厌氧氨氧化活性污泥中，用培养液培养一段时间，并不断通入氮气；
所述培养液包括氨氮与亚硝态氮；
D2、再缓慢注入培养液，并检测出水水质，当出水中亚硝态氮的浓度稳定在最低值时，逐步注入高浓度的培养液，直至达到待处理废水的水平；
D3、继续培养，至填料上形成稳定的厌氧氨氧化生物膜，挂膜完成。
一种可反冲洗的人工湿地的运行方式，包括如下步骤：
S1、当污水含氧量较低时，通过注水将生态罐体抬高至不同高度，使生态罐体之间存在高度差，采用跌水曝气方式进行补充；
S2、当污水含氧量较高时，调节生态罐体至同一高度，污水依次流经生态罐体，实现污染物的去除；
S3、人工湿地运行一段时间后，进行反冲洗时，通过注水调节各生态罐体的高度，使得端末的生态罐体抬高至最高，并反向依次形成阶梯状；
向端末的生态罐体进行灌水，使得水流反向流动，对各生态罐体进行反冲洗，清除表面杂物。
上述生化浮器是钢筋作框架，铅丝网作侧面和底面；且，底部及底部边缘铺设闭孔泡沫板。优选的，生化浮器的长×宽×高为1.5m×1m×1m。
上述填料层间采用土工布隔开。
植物优选为芦苇、菖蒲、美人蕉等。
本发明的有益之处在于：
本发明针的一种可反冲洗的人工湿地，于生化浮器中的三个填料层构建复杂的生态系统，并通过微生物、填料等净化污水，实现高效脱氮除磷。第一填料层中形成的好氧环境为微生物提供了良好的环境，提高了微生物的降解能力；第二填料层中的铁炭凝胶球具有较大的比表面积，为微生物的负载提供充足的空间，铁炭发生微电解，使大量大分子有机污染物断链，提高了可生化性；多孔释碳碎石为微生物提供了充足的碳源。
本发明可根据不同工程的需求，通过承箱的蓄水，分别调节生化浮器的高度，实现正常运行下的跌水曝气，冲洗及反冲洗等功能，延长湿地使用寿命；有效解决了目前人工湿地反冲洗和曝气困难的复杂现状；其结构简单，水质净化效果好，管理方便，运行能耗低，可跌水曝气、反冲洗易操作，具有很强的实用性和广泛的适用性。
附图说明
图1是本发明的人工湿地曝气运行时的结构示意图。
图2是本发明的生化浮器的结构示意图。
图3是本发明的承箱的结构示意图。
图4是本发明的人工湿地无需曝气运行时的结构示意图。
图5是本发明的人工湿地在反冲洗时的结构示意图。
附图中标记的含义如下：1、第一生态罐体、2、第二生态罐体，3、第三生态罐体，4、第一填料层，5、第二填料层，6、第三填料层，7、挺水植物，8、生化浮器，9、土工布，10、聚乙烯闭孔泡沫板，11、铁炭凝胶球，12、多孔释碳碎石，13、出水口，14、进水口，15、承箱，16、阀门。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
如附图1，本发明的一种可反冲洗的人工湿地，由若干依次排列的生态罐体组成，生态罐体包括承箱15和生化浮器8；承箱15呈敞口空箱状，底部设有进水口14和出水口13，且分别设有阀门16；生化浮器8置于承箱15内，通过调节承箱15内的蓄水量进而调节生化浮器8的埋水深度。
生化浮器8的尺寸优选为1.5m×1m×1m（长×宽×高），是以直径为5mm的钢筋作为框架，孔径为5mm的铅丝网作侧面和底面的无盖器具；底部和底部边缘铺设聚乙烯闭孔泡沫板10，便于配合承箱15调节生化浮器8的埋水深度；内置若干层由土工布9分隔的填料层，填料层从上至下，包括：
第一填料层4为种植基，由土壤和直径为1-2cm的生物陶粒按1:2的体积比混合形成，种植基上栽培的挺水植物7为芦苇、菖蒲、美人蕉等，植物根部分布有大量好氧微生物，覆盖在生物陶粒表面，具有丰富微孔结构和较大比表面积的生物陶粒为好氧微生物的生长和负载提供空间；
第二填料层5为挂膜兼性细菌的兼性区，采用直径为8mm的铁炭凝胶球1111和直径为1-1.5cm的多孔释碳碎石1212以1:3的体积比混合，形成兼性区，随深度负载大量的硝化和反硝化细菌；
第三填料层6为铺设直径为3-5cm的鹅卵石形成的厌氧区，挂膜厌氧氨氧化菌种；
优选的，第一、第二和第三填料层6所占体积比为1:2:1。
铁炭凝胶球11是将铁和炭以质量比为4:5的比例在高温下烧结，然后研磨成粉末状，对粉末状的铁炭用2mol.L-1HCl、蒸馏水和丙酮反复清洗4次，并用N2吹干；将聚乙烯醇和海藻酸钠水浴加热溶解，加入之前处理好的粉末状铁炭，搅拌均匀，冷却至室温后，滴入1%CaCl2-饱和硼酸混合液，在搅拌器中慢速搅拌24h，用蒸馏水清洗干净，得到铁炭凝胶球11。其中，聚乙烯醇：海藻酸钠：铁炭的质量比为50:2:9。
多孔释碳碎石12是选取贝壳、核桃壳和水泥研磨成粉末，按照质量比为1.00:0.02:0.30的配比搅拌15分钟，再加入少量水充分混合，压制成直径为8-10mm的碎石，在自然条件下养护15天，形成多孔释碳碎石12。
第二填料层5上兼性细菌的挂膜具体步骤为：在室温下，将活性污泥污水处理系统中兼性段的活性污泥与第二填料层5中的填料以质量比为3:1的比例混合，进行均匀接种，静置24h后，取出部分上清液，并补加等量活性污泥，再静置一天，开启连续缓慢进水，水力停留时间为36h，大约数周后，填料上形成稳定的兼性菌群（大量的硝化和反硝化细菌），挂膜完成。
第三填料层6上进行厌氧氨氧化菌种挂膜的步骤为：将第三填料层6中的填料放入淘洗过滤后的厌氧氨氧化活性污泥中，用氨氮与亚硝态氮比例为5:6的培养液进行培养，并不断通入氮气，维持挂膜过程的无氧环境，在培养一周后，缓慢注入培养液，并检测出水水质，当出水中亚硝态氮的浓度稳定在最低值时，逐步注入高浓度的培养液，直至达到待处理废水的水平；再经过一个月作用的培养，填料上形成稳定的厌氧氨氧化生物膜。
运用时，
首先将承箱15放置在待处理的污水出口处，依次将装填好填料的生化浮器8放入承箱15中，再根据需要调节三个生态罐体的埋水深度，运行方式，包括如下步骤：
如附图1所示，当污水含氧量较低时，需要曝气时，可在人工湿地运行之前，通过承箱15将第一生态罐体1和第二生态罐体2抬高至不同高度，使3个生态罐体之间存在高度差，采用跌水曝气方式进行补充。
污水首先流经第一生态罐体1，然后以跌水方式流入第二生态罐体2，再跌入第三生态罐体3后，从第三生态罐体3流出。
如附图4所示，当污水含氧量较高，无需曝气时，在湿地运行前，将三个生态罐体调节至同一高度，污水依次流经第一生态罐体1、第二生态罐体2和第三生态罐体3，最终实现污染物的去除。
如附图5所示，在人工湿地运行一段时间后，进行反冲洗时，通过承箱15将第三生态罐体3抬高至最高，第二生态罐体2抬高至次高，第一生态罐体1不进行抬高，从第三生态罐体3处开始以2m3/s的流量进行灌水，对每个罐体进行反冲洗，清除罐体表面杂物。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种可反冲洗的人工湿地，其特征在于，包括若干依次排列的生态罐体，所述生态罐体包括外部的承箱和内部的生化浮器；
所述承箱的底部设有进水口和出水口，并通过承箱内的蓄水调节生化浮器的埋水深度；
所述生化浮器内置若干填料层，并于顶部的第一填料层种植植物；
所述填料层从上至下，包括：
第一填料层为种植基，包括混合的土壤和生物陶粒，且于植物根部分布有好氧微生物，覆盖在生物陶粒表面；
第二填料层为挂膜兼性细菌的兼性区，包括混合的铁炭凝胶球和多孔释碳碎石；
第三填料层为挂膜厌氧氨氧化菌种的厌氧区，包括若干鹅卵石；
所述铁炭凝胶球的制备方法，包括以下步骤：
A1、将铁和炭以一定的质量比在高温下烧结，然后研磨成粉末，
A2、用HCl、蒸馏水和丙酮反复清洗上述粉末后，惰气吹干；
A3、将聚乙烯醇和海藻酸钠水浴加热溶解，加入上述的吹干粉末，搅拌，冷却至室温后，滴入CaCl2-饱和硼酸混合液，慢速搅拌一段时间后，用蒸馏水洗净，制得铁炭凝胶球；
所述可反冲洗人工湿地的运行方式， 包括如下步骤：
S1、当污水含氧量较低时，通过注水将生态罐体抬高至不同高度，使生态罐体之间存在高度差，采用跌水曝气方式进行补充；
S2、当污水含氧量较高时，调节生态罐体至同一高度，污水依次流经生态罐体，实现污染物的去除；
S3、人工湿地运行一段时间后，进行反冲洗时，通过注水调节各生态罐体的高度，使得端末的生态罐体抬高至最高，并反向依次形成阶梯状；
向端末的生态罐体进行灌水，使得水流反向流动，对各生态罐体进行反冲洗，清除表面杂物。
2.根据权利要求1所述的一种可反冲洗的人工湿地，其特征在于，所述土壤和生物陶粒的所占体积比为1:2，生物陶粒的直径为1-2cm；
所述铁炭凝胶球的直径为8mm，多孔释碳碎石的直径为1-1.5cm，所占体积比为1:3；
所述鹅卵石的直径为3-5cm；
且第一、第二和第三填料层所占体积比为1:2:1。
3.根据权利要求1所述的一种可反冲洗的人工湿地，其特征在于，所述多孔释碳碎石的制作方法，包括以下步骤：
B1、按一定的质量比，混合研磨成粉末的贝壳、核桃壳和水泥；
B2、将水加入上述混合物中，搅拌后压制成碎石状，养护一段时间后，制得多孔释碳碎石。
4.根据权利要求1所述的一种可反冲洗的人工湿地，其特征在于，所述兼性细菌的挂膜，包括以下步骤：
C1、将活性污泥污水处理系统中兼性段的活性污泥与第二填料层中的填料以一定的质量比混合，进行接种，静置一段时间；
C2、取出部分上清液，并补加等量活性污泥，再静置一段时间；
C3、基于一定的水力停留时间，连续缓慢进水一段时间后，于填料上形成稳定的兼性菌群，挂膜完成。
5.根据权利要求1所述的一种可反冲洗的人工湿地，其特征在于，所述厌氧氨氧化菌种的挂膜，包括以下步骤：
D1、将第三填料层中的填料放入淘洗过滤后的厌氧氨氧化活性污泥中，用培养液培养一段时间，并不断通入氮气；
所述培养液包括氨氮与亚硝态氮；
D2、再缓慢注入培养液，并检测出水水质，当出水中亚硝态氮的浓度稳定在最低值时，逐步注入高浓度的培养液，直至达到待处理废水的水平；
D3、继续培养，至填料上形成稳定的厌氧氨氧化生物膜，挂膜完成。
6.根据权利要求1所述的一种可反冲洗的人工湿地，其特征在于，所述生化浮器是钢筋作框架，铅丝网作侧面和底面；且底部及底部边缘铺设闭孔泡沫板。
7.根据权利要求1所述的一种可反冲洗的人工湿地，其特征在于，所述填料层间采用土工布隔开。
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