CN111470631A - 一种用于污水处理厂尾水处理的人工湿地系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于污水处理厂尾水处理的人工湿地系统，包括由植物及基质层构成的A段反应池和O段反应池，所述A段反应池和O段反应池基质层上端设有布水管道，所述布水管道上均匀设有若干喷淋头；所述A段反应池前端设有与进水管道相连的进水池，所述A段反应池和O段反应池之间设有加热增氧池，所述加热增氧池由太阳能加热增氧系统驱动进行加热和曝气。本发明利用太阳能加热增氧系统给人工湿地加热增氧，消除了低温时期常规人工湿地无法正常运行的不足之处，大大提高了污水中氮磷及有机物的处理效果，具有环保、节能及无二次污染等优点，特别适合西北城镇污水处理厂尾水处理。

Description

一种用于污水处理厂尾水处理的人工湿地系统及方法

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种用于污水处理厂尾水处理的人工湿地系统及方法，主要用于西北城镇污水处理厂冬季尾水处理。

背景技术

河流是构成水系的主干。河流水质的好坏，直接关系着陆地水环境质量的好坏，也成为我国环境污染与防治程度的一个重要标识。我国十分重视河流水质的达标率，通过众多的国控断面，实时监测着河流水质的变化，并以此作为“河长制”工作业绩的主要内容。由于西北地区水系不发达，历史上先民“随水而居”的习惯，造就了西北地区城镇往往依水而建。这些大小不一的城镇中，存在着众多的城镇污水处理厂，这些城镇污水处理厂的尾水，绝大多数直接排入就近的河流。

西北城镇污水处理厂一般采用二级生化处理工艺，其出水水质一般能达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》( GB 18918-2002) 的一级A 标准。由于受纳水体的标准（地表水水质标准）远低于上述一级A标准，排入河流的尾水必须有足够的河水稀释，才能保证混合后的河水水质不超标。但在实际中，北方冬季时节，特别是11月至次年2月，西北河流径流量急剧减少。由于稀释水量的急剧减少，致使城镇污水处理厂尾水中所含的污染物成为受纳水体的一个重要污染源，严重影响着受纳水体国控断面水质的达标。如何进一步降低尾水中的污染物，成为一个主要难题，因为再次采用生化处理的方法处理城镇污水处理厂尾水，很难取得较好的效果，采用物化法，如膜分离或者化学氧化技术，运行成本太高，实际难以接受。

人工湿地是一种水生态处理新技术，兼具有土壤过滤物化法与生化法的优势，适宜于低浓度污水的处理，具有对难降解污染物处理效率高、投资少、运行成本低等优点。但此技术在我国南方地区应用较多，在北方地区的运用尚处于研究尝试阶段。在我国北方冬季气温比较低的气候条件下，常规人工湿地的植物会受到不同程度上的影响，基本不能发挥作用，同时由于尾水水温一般在5~8℃甚至更低，而在10℃以下微生物的脱氮功能会受到严重抑制，无法进行正常的脱氮处理，所以给人工湿地增设提温设施，生物脱氮效果的一个有力保障措施。另外，人工湿地处理过程中，增加水中的溶解氧，可提升好氧段的硝化反应速率，大大提高人工湿地的处理能力，缩小人工湿地占地面积，降低建设与运行费用。

发明内容

本发明的目的是提供一种能在冬季保温、实用高效的用于污水处理厂尾水处理的人工湿地系统及方法，主要用于西北城镇污水处理厂冬季尾水处理。

本发明一种用于污水处理厂尾水处理的人工湿地系统，包括由植物及基质层构成的A段反应池和O段反应池，所述A段反应池和O段反应池基质层上端设有布水管道，所述布水管道上均匀设有若干喷淋头；所述A段反应池前端设有与进水管道相连的进水池，所述A段反应池和O段反应池之间设有加热增氧池，所述加热增氧池由太阳能加热增氧系统驱动进行加热和曝气，所述O段反应池后端设有集水池，所述集水池内左侧设有内循环泵，所述内循环泵连接设有流量控制阀的内循环管道，所述内循环管道另一端通向进水池，所述集水池内右侧设有出水泵，所述出水泵连接集水池右侧上端设置的出水管道。

所述太阳能加热增氧系统包括太阳能光伏板、电源适配器、太阳能水泵和曝气电机，所述太阳能光伏板与电源适配器连接，所述电源适配器与太阳能水泵和曝气电机连接。

所述A段反应池与加热增氧池之间上部设置隔板，下部设置可以通过废水的穿孔板；所述加热增氧池与O段反应池之间设置隔板；所述O段反应池与集水池之间上部设置隔板，下部设置可以通过废水的穿孔板。

所述A段反应池的基质层从上往下依次装填细砂石、粗砂石和砾石，细砂石粒径为1~2mm，厚度为200~300mm，粗砂石粒径为4~8mm，厚度为300~400mm，砾石粒径为20~30mm，厚度为200~300mm。

所述O段反应池的基质层从上往下依次装填有细砂石、粗砂石、海绵铁和砾石，细砂石粒径1~2mm，厚度为100~200mm，粗砂石粒径为4~8mm，厚度为100~200mm，海绵铁粒径3~5mm，厚度为100~200mm，砾石粒径20~30mm，厚度为200~300mm。

所述A段反应池和O段反应池布水管道距离基质层表面20~30cm，所述A段反应池布水管道高出O段反应池布水管道10~20cm。

所述A段反应池基质层上端设有的布水管道与进水池连接，所述O段反应池基质层上端设有的布水管道与加热增氧池连接。

所述A段反应池和O段反应池上方设有生态大棚。

所述植物为苡草、水芹、旱伞竹中的至少一种。

利用上述人工湿地系统处理污水的方法，包括如下步骤：

（1）污水处理厂尾水通过进水管道进入进水池，然后由进水池进入A段反应池的布水管道，通过布水管道上设置的喷淋头淋洒至植物和基质层表面，自上而下经过细砂石、粗砂石和砾石，废水在A段反应池的HRT为1.5~2.5h；

（2）A段反应池处理后的废水经过穿孔板进入加热增氧池，太阳能光伏板吸收太阳能转化为电能，经过电源适配器调节后输出，电源适配器连接太阳能水泵和曝气电机，利用太阳能水泵和曝气电机实现加热增氧，将水温升至10~12℃，水在加热增氧池的HRT为1~1.5h；

（3）经过加热增氧池加热增氧后的废水溢流至O段反应池的布水管道，通过喷淋头淋洒至植物和基质层表面，自上而下经过O段反应池的细砂石，粗砂石，海绵铁，砾石，废水在O段反应池的HRT为6~8h；

（4）O段反应池处理后的废水经过穿孔板进入集水池，集水池的HRT为1~2h，利用内循环泵使循环液以100~200%的流量经内循环管道循环至进水池与尾水混合，出水利用出水泵经过出水管道排放。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明设置A段反应池和O段反应池人工湿地复合搭配，使污水处理厂尾水经缺氧-好氧高效脱氮，实现了厌氧氨氧化、短程硝化反硝化及铁循环等多重功能，在物理吸附、絮凝沉淀、电化学富集和氧化还原及生物降解的共同作用下，使得污水中COD、氨氮、总氮、总磷大幅度去除，尤其可以完成高效脱氮，保证了受纳水体环境容量。另外，在好氧-缺氧交替环境中，利用铁还原菌的作用能有效防止填料堵塞和板结现象，并且这种作用能持续稳定发挥能效。

2、本发明A段反应池和O段反应池上端的布水管道上均匀设置多个喷淋头，这种布水的方式有效提高了处理水与填料之间的接触效率，从而提高了处理效果。

3、本发明O段反应池加入海绵铁，首先利用其本身的铁元素和碳元素发生原电池反应，为微生物生长提供电子，强化处理能力。其次海绵铁还可以诱导多种铁氧化菌的大量繁殖，氧化的同时，能自主地诱导胞外基质中活性氧的产生，发生内Fenton反应，能够大大提高有机物的处理效果。另外，反应池内通过铁氧化新生态的Fe(OH)₂和Fe(OH)₃还可以促进絮凝沉淀，强化处理效果，是集吸附、化学氧化、化学沉淀、电子转移、微生物作用相互影响、相互制约的复杂系统，能够将活性污泥法，生物膜法及电化学法的优点融于一身，从而显著地提高了处理效能。

4、本发明太阳能加热增氧系统利用太阳能光伏板驱动太阳能水泵使处理水提高温度并保持稳定，加大微生物的数量及活性，同时太阳能光伏板驱动曝气电机补充水体溶解氧，为O段反应池提供好氧环境，具有整体结构简单、动力消耗低、处理效果稳定及无二次污染等优点。

附图说明

图1为本发明立面结构示意图；

图2为本发明平面结构示意图。

图中：1.进水管道；2.进水池；3.A段反应池；4.加热增氧池；5.O段反应池；6.集水池；7.出水管道；8.布水管道；9.喷淋头；10.隔板；11.穿孔板；12.流量控制阀；13.内循环泵；14.内循环管道；15.出水泵；16.太阳能光伏板；17.电源适配器；18.太阳能水泵；19.曝气电机。

具体实施方式

人工湿地系统的结构如图1、2所示，包括由植物及基质层构成的A段反应池3和O段反应池5，植物为苡草、水芹、旱伞竹中的至少一种，A段反应池3和O段反应池5基质层上端设有布水管道8，布水管道8上均匀设有若干喷淋头9；A段反应池3和O段反应池5的布水管道8距离基质层表面20~30cm， A段反应池3的布水管道8比O段反应池5的布水管道8高出20cm；A段反应池3和O段反应池5上方设有具有保温作用的生态大棚。

A段反应池3前端设有与进水管道7相连的进水池2，A段反应池3和O段反应池5之间设有加热增氧池4，A段反应池3与加热增氧池4之间上部设置隔板10，下部设置可以通过废水的穿孔板11，加热增氧池4与O段反应池5之间设置隔板10，A段反应池3基质层上端设有的布水管道8与进水池2连接，O段反应池5基质层上端设有的布水管道8与加热增氧池4连接；加热增氧池4由太阳能加热增氧系统驱动进行加热和曝气，太阳能加热增氧系统包括太阳能光伏板16、电源适配器17、太阳能水泵18和曝气电机19，太阳能光伏板16与电源适配器17连接，电源适配器17与太阳能水泵18和曝气电机19连接。

O段反应池5后端设有集水池6，O段反应池5与集水池6之间上部设置隔板10，下部设置可以通过废水的穿孔板11，集水池6内左侧设有内循环泵13，内循环泵13连接设有流量控制阀12的内循环管道14，内循环管道14另一端通向进水池2，集水池6内右侧设有出水泵15，出水泵15连接集水池6右侧上端设置的出水管道7。

A段反应池3的基质层从上往下依次装填细砂石、粗砂石和砾石，细砂石粒径为1~2mm，厚度为200~300mm，粗砂石粒径为4~8mm，厚度为300~400mm，砾石粒径为20~30mm，厚度为200~300mm。

O段反应池5的基质层从上往下依次装填有细砂石、粗砂石、海绵铁和砾石，细砂石粒径1~2mm，厚度为100~200mm，粗砂石粒径为4~8mm，厚度为100~200mm，海绵铁粒径3~5mm，厚度为100~200mm，砾石粒径20~30mm，厚度为200~300mm。

利用上述人工湿地系统处理某城镇污水处理厂尾水，该城镇污水处理厂尾水水质：水温为5~8℃，COD、氨氮、总氮、总磷浓度分别为44~50 mg/L、2.9~4.5 mg/L、12.5~14mg/L、0.45~0.49 mg/L。

处理方法如下：

（1）污水处理厂尾水通过进水管道1进入进水池2，然后由进水池2进入A段反应池3的布水管道8，通过布水管道8上设置的喷淋头9淋洒至植物和基质层表面，自上而下经过细砂石、粗砂石和砾石，废水在A段反应池3的HRT为2h；在A段反应池主要作用是脱氮和降解有机物，对氮的去除主要是通过湿地植物、基质、根部所释放的酶等物质的吸收以及反硝化作用和微生物的硝化作用，通过湿地植物的吸收、基质的吸附及湿地内填料上微生物作用去除有机物。

（2）A段反应池3处理后的废水经过穿孔板11进入加热增氧池4，太阳能光伏板16吸收太阳能转化为电能，经过电源适配器17调节后输出，电源适配器17连接太阳能水泵18和曝气电机19，利用太阳能水泵18将水温升至10~12℃并保持稳定，加大微生物的数量及活性，同时利用曝气电机19补充水体溶解氧，为O段反应池5提供好氧环境，废水在加热增氧池4的HRT为1h；

（3）经过加热增氧池4加热增氧后的废水溢流至O段反应池5的布水管道8，通过布水管道8上设置的喷淋头9淋洒至植物和基质层表面，自上而下经过O段反应池5的细砂石，粗砂石，海绵铁，砾石，废水在O段反应池5的HRT为6h；O段反应池主要作用是除磷及降解有机物，通过填料床的吸附、微生物与湿地植物的同化吸收以及化学沉淀作用除磷，有机物的去除主要是通过人工湿地植物的吸收利用、基质的吸附、氧化还原及湿地内填料上微生物膜联合作用的结果。

（4）O段反应池5处理后的废水经过穿孔板11进入集水池6，集水池6的HRT为1h，利用内循环泵13使循环液以100~200%的流量经内循环管道14循环至进水池2与尾水混合，出水利用出水泵18经过出水管道7排放。

通过上述方法处理后，出水水质：COD、氨氮、总氮、总磷浓度分别为8.3~12.5mg/L、0.35~0.63mg/L、0.7~0.9mg/L、0.11~0.15mg/L，COD、氨氮、总氮、总磷的平均去除率分别达到了78.1%、87%、94%、72.5%，氨氮、总氮去除率高，该人工湿地系统可以实现高效脱氮。本发明对污水处理厂尾水具有优异的处理效果，尾水中COD、氨氮、总氮、总磷得到大幅度去除，尤其可以实现高效脱氮，保证了受纳水体环境容量。

Claims (10)

1.一种用于污水处理厂尾水处理的人工湿地系统，其特征在于：包括由植物及基质层构成的A段反应池和O段反应池，所述A段反应池和O段反应池基质层上端设有布水管道，所述布水管道上均匀设有若干喷淋头；所述A段反应池前端设有与进水管道相连的进水池，所述A段反应池和O段反应池之间设有加热增氧池，所述加热增氧池由太阳能加热增氧系统驱动进行加热和曝气，所述O段反应池后端设有集水池，所述集水池内左侧设有内循环泵，所述内循环泵连接设有流量控制阀的内循环管道，所述内循环管道另一端通向进水池，所述集水池内右侧设有出水泵，所述出水泵连接集水池右侧上端设置的出水管道。

2.如权利要求1所述的一种用于污水处理厂尾水处理的人工湿地系统，其特征在于：所述太阳能加热增氧系统包括太阳能光伏板、电源适配器、太阳能水泵和曝气电机，所述太阳能光伏板与电源适配器连接，所述电源适配器与太阳能水泵和曝气电机连接。

3.如权利要求1所述的一种用于污水处理厂尾水处理的人工湿地系统，其特征在于：所述A段反应池与加热增氧池之间上部设置隔板，下部设置可以通过废水的穿孔板；所述加热增氧池与O段反应池之间设置隔板；所述O段反应池与集水池之间上部设置隔板，下部设置可以通过废水的穿孔板。

4.如权利要求1所述的一种用于污水处理厂尾水处理的人工湿地系统，其特征在于：所述A段反应池的基质层从上往下依次装填细砂石、粗砂石和砾石，细砂石粒径为1~2mm，厚度为200~300mm，粗砂石粒径为4~8mm，厚度为300~400mm，砾石粒径为20~30mm，厚度为200~300mm。

5.如权利要求1所述的一种用于污水处理厂尾水处理的人工湿地系统，其特征在于：所述O段反应池的基质层从上往下依次装填有细砂石、粗砂石、海绵铁和砾石，细砂石粒径1~2mm，厚度为100~200mm，粗砂石粒径为4~8mm，厚度为100~200mm，海绵铁粒径3~5mm，厚度为100~200mm，砾石粒径20~30mm，厚度为200~300mm。

6.如权利要求1所述的一种用于污水处理厂尾水处理的人工湿地系统，其特征在于：所述A段反应池和O段反应池布水管道距离基质层表面20~30cm，所述A段反应池布水管道高出O段反应池布水管道10~20cm。

7.如权利要求1所述的一种用于污水处理厂尾水处理的人工湿地系统，其特征在于：所述A段反应池基质层上端设有的布水管道与进水池连接，所述O段反应池基质层上端设有的布水管道与加热增氧池连接。

8.如权利要求1所述的一种用于污水处理厂尾水处理的人工湿地系统，其特征在于：所述A段反应池和O段反应池上方设有生态大棚。

9.如权利要求1所述的一种用于污水处理厂尾水处理的人工湿地系统，其特征在于：所述植物为苡草、水芹、旱伞竹中的至少一种。

10.一种使用权利要求1所述用于污水处理厂尾水处理的人工湿地系统的污水处理方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）污水处理厂尾水通过进水管道进入进水池，然后由进水池进入A段反应池的布水管道，通过布水管道上设置的喷淋头淋洒至植物和基质层表面，自上而下经过细砂石、粗砂石和砾石，废水在A段反应池的HRT为1.5~2.5h；

（2）A段反应池处理后的废水经过穿孔板进入加热增氧池，太阳能光伏板吸收太阳能转化为电能，经过电源适配器调节后输出，电源适配器连接太阳能水泵和曝气电机，利用太阳能水泵和曝气电机实现加热增氧，将水温升至10~12℃，水在加热增氧池的HRT为1~1.5h；

（3）经过加热增氧池加热增氧后的废水溢流至O段反应池的布水管道，通过喷淋头淋洒至植物和基质层表面，自上而下经过O段反应池的细砂石，粗砂石，海绵铁，砾石，废水在O段反应池的HRT为6~8h；

（4）O段反应池处理后的废水经过穿孔板进入集水池，集水池的HRT为1~2h，利用内循环泵使循环液以100~200%的流量经内循环管道循环至进水池与尾水混合，出水利用出水泵经过出水管道排放。

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