本發(fā)明涉及污水處理領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)化曝氣人工濕地深度處理沼液的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代畜牧產(chǎn)業(yè)體系的構(gòu)建和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，畜牧業(yè)的生產(chǎn)方式已經(jīng)發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，逐步由分散型、粗放型向規(guī)?；?、集約化經(jīng)營(yíng)轉(zhuǎn)變。近三四十年來(lái)，我國(guó)規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)得到了快速發(fā)展，數(shù)量迅速增加，隨之而來(lái)的畜禽糞便排放量急劇增長(zhǎng)的問(wèn)題也日益突出。中國(guó)每年農(nóng)業(yè)廢棄物的產(chǎn)出量約有34億t，其中畜禽糞便為21.5億t，占全國(guó)農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出量的63％。畜禽糞便隨意堆放或者過(guò)量還田，會(huì)使一部分“資源”變?yōu)椤拔廴驹础?，不僅危害畜禽的安全生產(chǎn)和人們的食品安全，同時(shí)嚴(yán)重污染土壤和水體環(huán)境。厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)由于其具備緩解畜禽糞便環(huán)境污染和緩解農(nóng)村能源日益增長(zhǎng)需求壓力的雙重功能近年來(lái)在世界范圍內(nèi)受到普遍關(guān)注和快速發(fā)展。我國(guó)自19世紀(jì)70年代開(kāi)始發(fā)展建設(shè)戶用沼氣池，截止到2010年底我國(guó)戶用沼氣池已達(dá)到3850萬(wàn)口，年總氣產(chǎn)量約138億m3。我國(guó)的農(nóng)村養(yǎng)殖模式在農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的框架下也逐漸由原始的農(nóng)戶散養(yǎng)向集約化養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變，因此農(nóng)村戶用沼氣工程也逐漸被大中型沼氣工程所逐漸替代。因此，國(guó)家出臺(tái)了一系列政策加大規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場(chǎng)大中型沼氣工程的建設(shè)。根據(jù)農(nóng)業(yè)部2011年中國(guó)農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒的數(shù)據(jù)顯示，截止到2010年我國(guó)日產(chǎn)沼氣量不低于150m3的大中型及特大型沼氣工程達(dá)到13674座，年總產(chǎn)氣量11億m3。其中北京京郊地區(qū)特大型沼氣工程1座，大中型沼氣工程132座，年沼氣總產(chǎn)量1879萬(wàn)m3。規(guī)模化沼氣工程為整個(gè)村鎮(zhèn)及養(yǎng)殖場(chǎng)帶來(lái)了大量的生物能源，增加了經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，但與此同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量沼液。沼液是厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣后的產(chǎn)物，含水率可高達(dá)90％以上，因其中含有豐富的氮、磷、鉀等元素，常被當(dāng)作肥料用于還田，但是長(zhǎng)期、大量對(duì)土地進(jìn)行沼灌，也存在較大的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，不合理施用會(huì)污染土壤和地下水并損害作物產(chǎn)量和品質(zhì)。規(guī)?；託夤こ淘谥苣赀B續(xù)運(yùn)行中，每天均會(huì)產(chǎn)生數(shù)十噸乃至數(shù)百噸沼液。一方面由于部分地區(qū)并沒(méi)有合理的種養(yǎng)殖業(yè)結(jié)構(gòu)規(guī)劃匹配，使得大型沼氣工程產(chǎn)生的大量沼液總量往往超過(guò)養(yǎng)殖場(chǎng)周圍的土地承載能力。另外，雖然沼液農(nóng)田土地消納是一種低成本資源性利用方式，但真正愿意使用沼液作為農(nóng)肥的農(nóng)戶比例仍然很低。因此，部分大中型沼氣工程面對(duì)每日排出的大量沼液而無(wú)法消納的問(wèn)題感到苦不堪言，甚至無(wú)奈之下在一些偏僻的溝渠進(jìn)行暗排，其不僅對(duì)地下水體環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，同時(shí)也是對(duì)于沼液中養(yǎng)分資源一種浪費(fèi)。因此，沼液的減量化和無(wú)害化處置是制約當(dāng)前規(guī)?；託夤こ炭沙掷m(xù)發(fā)展的重要因素。目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)沼液深度處理的研究熱點(diǎn)主要集中在好氧生物降解的不同工藝上，如序批式反應(yīng)器(SBR)、和膜生物反應(yīng)器(MBR)等。好氧處理法雖具有處理能力強(qiáng)、適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，但其工藝構(gòu)筑物復(fù)雜、機(jī)械設(shè)備多、維護(hù)工作量大、投資大、能耗高、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高，對(duì)于利潤(rùn)微薄的養(yǎng)殖場(chǎng)則往往難以承受，而且也與我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不相適應(yīng)。人工濕地作為20世紀(jì)70年代開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的一種新型的污水處理技術(shù)，因其建設(shè)運(yùn)行成本低、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)受到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，也被研究人員用來(lái)處理沼液，但沼液中各種污染物濃度較高，且懸浮固體含量較多，因此普通人工濕地處理沼液能力有限，且極易造成堵塞，進(jìn)而影響人工濕地處理效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提出一種強(qiáng)化曝氣人工濕地深度處理沼液的方法，用于對(duì)沼液進(jìn)行深度固液分離及分離后沼液滲濾液的深度處理。本套人工濕地系統(tǒng)包含沼液固液生態(tài)分離及沼液深度處理兩個(gè)處理單元。沼液固液生態(tài)分離處理單元位于系統(tǒng)上部，主體部分是在人工構(gòu)建的土壤、礫石等填料層，并種植能源作物。沼液由進(jìn)水泵間歇式的投配到該處理單元表面，沼液中的沼渣(主要成分是固體懸浮物質(zhì))被截留在該單元床體表面，而滲濾液通過(guò)填料層的縫隙，繼續(xù)垂直向下滲流到沼液深度處理單元。積存在固液生態(tài)分離處理單元表面的沼渣，在水分深度蒸騰蒸發(fā)的作用下充分礦化，達(dá)到沼液固液生態(tài)分離后沼渣減量化的目的。本套人工濕地系統(tǒng)下部沼液深度處理單元采用間歇曝氣的方式強(qiáng)化該單元處理效果。通過(guò)氣泵將空氣泵入人工濕地處理單元底部布?xì)夤艿?，在非曝氣階段，由系統(tǒng)上部滲入的沼液滲濾液經(jīng)過(guò)下部的深度處理，通過(guò)曝氣管道直接排至出水口。人工濕地底端選用吸附性能較好的沸石、爐灰渣、蛭石或陶粒等作為濕地基質(zhì)，使淹水運(yùn)行階段滲濾液中的殘留污染物能夠最大程度地吸附在濕地基質(zhì)上或被濕地中生長(zhǎng)的微生物吸收去除。間歇曝入的空氣不僅能夠強(qiáng)化微生物活性，提高沼液滲濾液的深度處理效果。同時(shí)能夠加快沼液固液生態(tài)分離單元水分的蒸發(fā)速率，維持良好的沼液滲濾通道。實(shí)現(xiàn)上述方法的強(qiáng)化曝氣人工濕地沼液深度生態(tài)處理系統(tǒng)包括進(jìn)水泵1，布液管道2，氣泵3，布?xì)夤艿?，污泥層5，填料層6，填料層7，礫石層8，出水口9，出水口閥門10，防滲層11。該系統(tǒng)每個(gè)沼液處理周期分為進(jìn)水階段A和停歇階段B兩個(gè)階段。進(jìn)水階段與停歇階段持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)短取決于系統(tǒng)的運(yùn)行年限，也包括干物質(zhì)含量和在進(jìn)水期間固液分離處理單元積存沼渣污泥厚度及沼液進(jìn)水負(fù)荷強(qiáng)度。進(jìn)水階段之后是一個(gè)不進(jìn)水的停歇階段，在此階段，固液生態(tài)分離處理單元中沼渣通過(guò)滲濾和蒸發(fā)作用進(jìn)行深度脫水礦化。系統(tǒng)曝氣貫穿進(jìn)水階段A和停歇階段B始終，曝氣方式為間歇曝氣，曝氣時(shí)間與間歇時(shí)間長(zhǎng)短取決于沼液進(jìn)水負(fù)荷高低。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：(1)本發(fā)明中，基于現(xiàn)有水平潛流人工濕地缺點(diǎn)，根據(jù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的生態(tài)處理理念，設(shè)計(jì)了一種由沼液生態(tài)固液分離單元和沼液滲濾液深度處理單元組成的強(qiáng)化曝氣人工濕地沼液深度處理系統(tǒng)，為沼液的生態(tài)固液分離、沼渣脫水礦化、沼液深度處理創(chuàng)造了條件，可以實(shí)現(xiàn)沼液減量化處理。(2)本發(fā)明中，為達(dá)到沼液低成本固液分離的目的，設(shè)置了沼液生態(tài)固液分離單元，利用該單元填料截留沼液中的懸浮沼渣，并利用種植的濕地植物通過(guò)蒸騰作用加速截留沼渣的水分流失，提高沼渣的脫水和礦化速率。同時(shí)，植物的根莖在自然風(fēng)的作用下?lián)u曳，使得累積截留的沼渣保持良好的透氣和滲水性能。另外，植物通過(guò)根系組織可以向截留沼渣層傳遞氧氣，從而為截留沼渣的好氧礦化提供了適宜的條件。(3)本發(fā)明中，為達(dá)到沼液深度處理效果，在沼液固液分離單元下設(shè)置了強(qiáng)化曝氣的沼液滲濾液深度處理單元。在傳統(tǒng)水平潛流人工濕地的基礎(chǔ)上搭建了強(qiáng)化人工曝氣裝置，改善人工濕地氧環(huán)境，大幅度提高人工濕地沼液處理效果，能有效解決傳統(tǒng)人工濕地土地占用面積大的短板。(4)本發(fā)明中，強(qiáng)化人工曝氣管道充當(dāng)多重角色，在系統(tǒng)曝氣階段，曝氣管道末端閥門自動(dòng)關(guān)閉，曝入空氣會(huì)均勻分布至整個(gè)人工濕地床中，在非曝氣階段曝氣管末端閥門自動(dòng)開(kāi)放，滲濾下的沼液可以通過(guò)管道自動(dòng)排出人工濕地系統(tǒng)。曝氣管道不僅能將大氣中的氧氣強(qiáng)化引入人工濕地床體中，改善人工濕地氧環(huán)境，同時(shí)可以加速沼渣脫水礦化和水分蒸發(fā)速率，并維持較好的沼液滲濾通道。(5)本發(fā)明中，人工濕地植物可選取根莖發(fā)達(dá)的蘆葦和能源植物。植物的蒸騰作用可加速系統(tǒng)截留沼渣的脫水性能，植物根系的機(jī)械運(yùn)動(dòng)可協(xié)助構(gòu)建水力通道，促進(jìn)沼渣礦化及液體滲濾進(jìn)程。同時(shí)，每年收割的作物可經(jīng)粉碎后進(jìn)入沼氣池，促進(jìn)產(chǎn)氣，推動(dòng)沼氣工程的循環(huán)發(fā)展。(6)沼液生態(tài)固液分離單元長(zhǎng)期截留的沼渣，經(jīng)過(guò)充分的礦化分解，屬于良好的有機(jī)肥，可用于還田施用。(7)本發(fā)明中，人工濕地各填料層應(yīng)采用不同粒徑基質(zhì)，也可根據(jù)系統(tǒng)需要采用不同理化特性基質(zhì)。本方法提出一種優(yōu)選方案：填料層6采用粒徑3-5mm石英砂，填料層7采用粒徑5-8mm沸石，礫石層8采用20-30mm礫石。附圖說(shuō)明：圖1為本發(fā)明強(qiáng)化曝氣人工濕地沼液深度處理系統(tǒng)的示意圖。附圖標(biāo)記：1進(jìn)水泵，2布液管道，3氣泵，4布?xì)夤艿溃?污泥層，6填料層，7填料層，8礫石層，9出水口，10出水口閥門，11防滲層。具體實(shí)施方式：下面結(jié)合附圖以及標(biāo)記，進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明。進(jìn)水階段，進(jìn)水泵1將含水量在90％左右的沼液通過(guò)布液管道2均勻地分布在人工濕地表面，進(jìn)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和進(jìn)水泵1的抽水能力要保證整個(gè)人工濕地表面的液壓和沼液負(fù)荷率保持一致。在進(jìn)水系統(tǒng)結(jié)束后要有一段時(shí)間間歇期，但間歇期在系統(tǒng)運(yùn)行的早期不宜太長(zhǎng)，因?yàn)檩^薄的污泥層5過(guò)快干化會(huì)對(duì)人工濕地植物的生長(zhǎng)產(chǎn)生不利影響。人工濕地所種植物有助于沼液脫水及礦化，且能使積存沼渣的污泥層5和填料層6保持一定的孔隙率，此外通過(guò)植物的通氣組織可以向污泥層5和填料層6中傳遞氧氣，為好氧分解過(guò)程提供了適宜的條件。人工濕地植物在成熟后可收割進(jìn)行粉碎回收至沼氣工程，進(jìn)一步加以利用，推動(dòng)沼氣工程的可持續(xù)發(fā)展。固液分離處理單元將沼液中沼渣截留后，沼液中未分解的沼渣逐漸形成污泥層5。沼液滲濾液通過(guò)污泥層5和填料層6滲入到下部處理單元。通過(guò)液態(tài)沼液深度處理單元填料層7的吸附以及附著微生物分解作用，達(dá)到沼液深度處理效果，進(jìn)而通過(guò)布?xì)夤艿?排放到出水口9。通過(guò)氣泵3將空氣泵入到系統(tǒng)中，可以顯著改善液態(tài)沼液深度處理單元填料層7、固液分離單元填料層6及污泥層5的氧環(huán)境，進(jìn)而提高人工濕地的污水處理效果，曝氣時(shí)，出水口閥門10處于關(guān)閉狀態(tài)，非曝氣階段，閥門10處于開(kāi)啟狀態(tài)。