一種并聯(lián)水平潛流人工濕地強(qiáng)化脫氮除磷系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種并聯(lián)水平潛流人工濕地強(qiáng)化脫氮除 磷系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 人工濕地作為一種環(huán)境友好型的生態(tài)污水處理技術(shù)，具有出水水質(zhì)穩(wěn)定、低投資、 低能耗、抗沖擊能力強(qiáng)、運(yùn)行管理簡(jiǎn)單、具有景觀價(jià)值等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于水質(zhì)改善與 生態(tài)功能恢復(fù)中。污染物在人工濕地中主要是通過基質(zhì)-植物-微生物三者協(xié)同作用而去除 的，基質(zhì)可以通過吸附、沉淀、過濾等物理化學(xué)作用去除水體污染物，還可以為微生物附著 和植物生長(zhǎng)提供適宜條件，植物通過自身利用吸收去除水體污染物，微生物則通過硝化反 硝化作用去除水體污染物。在植物根區(qū)吸收利用和微生物降解污染物等生化作用過程中， 都需要溶解氧。人工濕地處理污水系統(tǒng)中溶解氧的高低，對(duì)污染物的去除有直接的影響。傳 統(tǒng)水平潛流人工濕地床體一般高60-lOOcm，污水通過水平推流的流動(dòng)方式在人工濕地系統(tǒng) 中得到處理，能夠承受較大的水力負(fù)荷和污染負(fù)荷，對(duì)有機(jī)物、ss和重金屬等污染物具有較 好的去除效果，但目前的水平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)中，水力停留時(shí)間長(zhǎng)，水流較為平 緩，基質(zhì)和植物長(zhǎng)期浸泡在水中，對(duì)大氣復(fù)氧及植物根部輸氧具有一定的阻礙作用，造成水 平潛流人工濕地污水處理系統(tǒng)內(nèi)溶解氧水平低，基本處于厭氧狀態(tài)，從而造成水平潛流人 工濕地中硝化能力不足，氨氮的去除效果較差，尤其是對(duì)高氨氮的污水處理。在應(yīng)用中，水 平潛流人工濕地往往與表面流、垂直潛流、潮汐流人工濕地及好氧生物工藝單元組合，利用 這些處理單元系統(tǒng)內(nèi)較好的溶解氧水平，彌補(bǔ)水平潛流人工濕地溶解氧水平低的劣勢(shì)，在 組合工藝系統(tǒng)內(nèi)形成好氧與厭氧交替的環(huán)境，達(dá)到更好去除污水中污染物目的。如名稱為 表面流-水平潛流復(fù)合人工濕地系統(tǒng)，公開號(hào)為CN1 01 481 1 77A的專利、申請(qǐng)?zhí)枮?201110370614.5,名稱為復(fù)合水平潛流人工濕地處理污水的系統(tǒng)及處理方法，公布號(hào)為 CN102515413A的專利、申請(qǐng)?zhí)枮?01210487252.2,名稱為潮汐流-水平潛流組合人工濕地強(qiáng) 化脫氮的方法及其系統(tǒng)，公開號(hào)為CN102923860A的專利、申請(qǐng)?zhí)枮?01310005326.9，名稱為 上向流曝氣生物濾池-水平潛流人工濕地組合中水處理系統(tǒng)，公布號(hào)為CN103043865A的專 利。但是這類組合工藝中，需多類型處理單元共同建設(shè)，具有占地面積大，建設(shè)費(fèi)用高，工藝 相對(duì)復(fù)雜，不易運(yùn)行管理等缺點(diǎn)。
[0003] 有學(xué)者為了增強(qiáng)水平潛流人工濕地系統(tǒng)中溶解氧水平，在系統(tǒng)中添加了一系列曝 氣或復(fù)氧裝置，如申請(qǐng)?zhí)枮?01310122176.X，名稱為低C/N生活污水高效脫氮的復(fù)合電極水 平潛流人工濕地裝置，公布號(hào)為CN103214093A的專利、申請(qǐng)?zhí)枮?00910229775.5,名稱為遞 減曝氣潛流人工濕地，公告號(hào)為CN101704585B的專利、申請(qǐng)?zhí)?00810112148.9,名稱為一種 供養(yǎng)量可控的水平潛流人工濕地處理裝置，公布號(hào)為CN103449611A的專利。但這些外加裝 置會(huì)產(chǎn)生一定能耗，違背了人工濕地低能耗的特點(diǎn)。因此，需要尋找一種方法，從水平潛流 人工濕地自身入手，不依靠外力提高水平潛流人工濕地的充氧能力，對(duì)提高水平潛流人工 濕地的處理效果具有重大意義。
[0004] 在水平潛流人工濕地中，基質(zhì)是一個(gè)重要組成部分，基質(zhì)的選擇對(duì)濕地系統(tǒng)去除 氮磷具有重要的影響。但不同基質(zhì)具有不同的物理化學(xué)特性，不合理的基質(zhì)組合與填充方 式不僅阻礙基質(zhì)自身的除污性能，還會(huì)對(duì)部分污染物的去除產(chǎn)生抑制作用。因此，合理進(jìn)行 基質(zhì)的組合和填充，對(duì)污染物去除具有重要作用。如鋼渣、石灰石等基質(zhì)在高效除磷的同時(shí) 產(chǎn)生大量的鈣離子和氫氧根，這些物質(zhì)對(duì)氨氮的去除具有一定影響。申請(qǐng)?zhí)枮?200910062968.6,名稱為一種垂直流人工濕地基質(zhì)的制備方法，公告號(hào)為CN101585607B的 專利，針對(duì)不同特征污染物，采取不同基質(zhì)組合及搭配方式，具有較好的去除效果。申請(qǐng)?zhí)?為200910236388.4,名稱為分區(qū)脫氮除磷的人工濕地農(nóng)村生活污水庭院式景觀化處理裝 置，公告號(hào)為CN101693587B的專利，提出分區(qū)脫氮除磷的方法，對(duì)農(nóng)村生活污水具有較好去 除效果。但這些專利中均為提出基質(zhì)間抑制影響的問題，從而未改進(jìn)填充方式，對(duì)污染物去 除效果進(jìn)一步的提高起到了阻礙作用。
[0005] 雖然沸石與鋼渣單獨(dú)處理污水時(shí)分別在去除氮、磷方面有較好的效果。然而，申請(qǐng) 人的研究表明，沸石與鋼渣同時(shí)處理污水時(shí)，由于鋼渣具有較強(qiáng)的堿性，嚴(yán)重抑制沸石對(duì)氨 氮的吸附。椰殼纖維具有弱酸性，經(jīng)過預(yù)處理后可中和鋼渣的強(qiáng)堿性，可與沸石、鋼渣進(jìn)行 優(yōu)化組合，避免對(duì)沸石吸附氨氮過程的抑制。同時(shí)，椰殼纖維是良好的成孔劑，并可以為人 工濕地系統(tǒng)提供碳源。
[0006] 從上述問題可以看出，尋找一種方法，提高水平潛流人工濕地的充氧能力，使水平 潛流人工濕地形成厭氧和好氧的交替環(huán)境。同時(shí)，合理進(jìn)行人工濕地基質(zhì)的組合和填充，明 確基質(zhì)組合的搭配次序。這些對(duì)提高水平潛流人工濕地脫氮除磷的效果具有重要的現(xiàn)實(shí)意 義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)現(xiàn)有水平潛流人工濕地系統(tǒng)中溶解氧水平低，脫氮除磷 效果差而提供的一種并聯(lián)水平潛流人工濕地強(qiáng)化脫氮除磷系統(tǒng)及方法。
[0008] 發(fā)明的技術(shù)方案為，一種并聯(lián)水平潛流人工濕地強(qiáng)化脫氮除磷系統(tǒng)及方法，其特 征在于由進(jìn)水水量調(diào)節(jié)器2、多單元并聯(lián)水平潛流人工濕地主體、出水水位控制器8組成。人 工濕地主體單元基質(zhì)層前3/4段填充以沸石為主體、頁巖、陶粒、火山巖等材料的一種或多 種輔助配置的強(qiáng)化除氮基質(zhì)層4,后1/4部分基質(zhì)層填充以鋼渣為主體，石灰石、方解石和空 心磚等材料的一種或多種為輔助配置的強(qiáng)化除磷基質(zhì)層5。并栽種蘆葦、千屈菜、菖蒲、美人 蕉等多種濕地植物組合單元10。
[0009] 污水經(jīng)收集通過潛污栗及進(jìn)水水量調(diào)節(jié)器2進(jìn)入人工濕地主體，先后經(jīng)過強(qiáng)化除 氮基質(zhì)層4和強(qiáng)化除磷基質(zhì)層5,經(jīng)出水水位控制器8控制，調(diào)節(jié)濕地運(yùn)行水位的高低，經(jīng)濕 地基質(zhì)、植物、微生物三者協(xié)同作用去除污水中的氮磷及有機(jī)物。
[0010] 設(shè)立水平潛流人工濕地3座并聯(lián)，為混凝土墻體11結(jié)構(gòu)，并在底部設(shè)防滲層;每個(gè) 濕地單元基質(zhì)層高80cm，長(zhǎng)寬比控制在3:1以下，水力停留時(shí)間宜控制在1~3天;從濕地一 側(cè)進(jìn)水，通過進(jìn)水水量調(diào)節(jié)器2控制進(jìn)水水量，濕地基質(zhì)層從左到右依次為礫石布水基質(zhì) 層3、強(qiáng)化除氮基質(zhì)層4、強(qiáng)化除磷基質(zhì)層5、礫石收水基質(zhì)層6;濕地另一側(cè)分別在基質(zhì)層 40cm、60 cm、80cm處各設(shè)一出水口，通過出水水位控制器8調(diào)節(jié)各單元運(yùn)行水位和出水流量。 3個(gè)單元濕地中水位呈階梯狀，保持三個(gè)單元出水口分別在40cm、60cm和80cm，呈交替運(yùn)行。 即第一單元人工濕地12在基質(zhì)層80cm水位運(yùn)行一定時(shí)間后，打開60cm出水口，控制流量出 水，在60cm水位運(yùn)行一定時(shí)間后，打開40cm出水口，控制流量出水，并在40cm水位運(yùn)行一定 時(shí)間后，通過出水水位控制器8關(guān)閉40cm和60cm出水口，使運(yùn)行水位升至80cm，按此規(guī)律繼 續(xù)運(yùn)行。第二單元人工濕地13的水位變化為60cm-40cm-80cm，第三單元人工濕地14的水位 變化則為40cm-80cm-60cm。通過進(jìn)水水量調(diào)節(jié)器2根據(jù)各單元運(yùn)行水位控制流量，使污水在 人工濕地的水力停留時(shí)間相等，從而實(shí)現(xiàn)進(jìn)水量穩(wěn)定且持續(xù)的處理。而低水位運(yùn)行的人工 濕地單元能夠使基質(zhì)層充分的與空氣接觸，從而增加基質(zhì)層及污水系統(tǒng)中溶解氧水平，增 強(qiáng)微生物的活性，促進(jìn)硝化反應(yīng)的進(jìn)行，提高有機(jī)物及氨氮的去除效率。
[0011] 在水平潛流人工濕地基質(zhì)層中按前后順序填充以沸石為主體的強(qiáng)化除氮基質(zhì)層4 和以鋼渣為主體的的強(qiáng)化除磷基質(zhì)層5,先除氮后除磷，且此基質(zhì)填充順序不能改變。污水 進(jìn)入水平潛流人工濕地中先經(jīng)過以沸石為主體的強(qiáng)化除氮基質(zhì)層4,通過沸石對(duì)氨氮的有 效吸附，去除污水中的氨氮，并促進(jìn)除氨氮微生物的生長(zhǎng)。后經(jīng)過以鋼渣為主體的強(qiáng)化除磷 基質(zhì)層5,通過鋼渣強(qiáng)大的除磷能力，去除污水中的磷。同時(shí)鋼渣在后的基質(zhì)填充方式避免 了鋼渣對(duì)沸石吸附氨氮的抑制影響，使污水中的氨氮和磷得到了最大限度的去除，進(jìn)一步 提尚了基質(zhì)的除污效能。
[0012] 在水平人工濕地栽種蘆葦、千屈菜、菖蒲、美人蕉等多種濕地植物組合單元10。植 物種植與表層的砂土層7中，生長(zhǎng)后根系可伸入至基質(zhì)層中，植物根部可以充分接觸分解有 機(jī)物和吸收利用氮磷。
[0013]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0014] 1、利用水平潛流人工濕地的優(yōu)勢(shì)，可以去除污水大部分的污染物。運(yùn)行水位高低 的交替變化，可以使空氣進(jìn)入到人工濕地基質(zhì)系統(tǒng)中，空氣與基質(zhì)充分接觸，大氣復(fù)氧效果 十分顯著，基質(zhì)溶氧水平大大提高，使人工濕地基質(zhì)系統(tǒng)內(nèi)形成了缺氧、好氧的交替環(huán)境。 基質(zhì)層內(nèi)溶解氧水平的改善，使基質(zhì)內(nèi)微生物活性提高，微生物代謝功能增強(qiáng)，使該水平潛 流人工濕地的有機(jī)物和氨氮處理效果優(yōu)于傳統(tǒng)的水平潛流人工濕地。
[0015] 2、通過進(jìn)水流量調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)各人工濕地單元的進(jìn)水流量，使污水在人工濕地中的