公布日：2022.04.08
申請日：2021.12.17
分類(lèi)號：C02F3/32(2006.01)I;C02F3/30(2006.01)I
摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于污水廠(chǎng)尾水高效脫氮的混合凈化系統，包括生物濾池強化預處理區、作物型人工濕地核心凈化區和河道凈化器污染物削減區；生物濾池強化預處理區設置有三級生物濾池，作物型人工濕地核心凈化區包括采用復合潛流構筑的人工濕地，人工濕地由下行池和上行池組成，且自下而上依次鋪設導水層、過(guò)渡層、第一填料層、第二填料層、覆蓋層和表層，并通過(guò)輸水渠進(jìn)行布水；表層上種植有作物；河道凈化器污染削減區包括設置于河道與支浜匯入口處的浮動(dòng)濕地、設置于河道中部的沉水植物區以及設置于河道兩側坡岸上的挺水浮葉植物區。本發(fā)明的混合凈化系統，能夠在維護生態(tài)功能的同時(shí)加強對氮的去除，并提供一定的經(jīng)濟效益。
權利要求書(shū)
1.一種用于污水廠(chǎng)尾水高效脫氮的混合凈化系統，其特征在于，包括生物濾池強化預處理區、作物型人工濕地核心凈化區和河道凈化器污染物削減區；所述生物濾池強化預處理區設置有三級生物濾池，用于對污水廠(chǎng)的尾水進(jìn)行生物脫氮；所述作物型人工濕地核心凈化區包括采用復合潛流構筑的人工濕地，所述人工濕地由下行池和上行池組成，且自下而上依次鋪設表層、覆蓋層、第一填料層、第二填料層、過(guò)渡層和導水層，覆蓋層并通過(guò)輸水渠進(jìn)行布水；所述表層上種植有作物；所述人工濕地分別連接有進(jìn)水渠與出水渠；所述河道凈化器污染削減區包括設置于河道與支浜匯入口處的浮動(dòng)濕地、設置于河道中部的沉水植物區以及設置于河道兩側坡岸上的挺水浮葉植物區。
2.根據權利要求1所述的一種用于污水廠(chǎng)尾水高效脫氮的混合凈化系統，其特征在于，所述三級生物濾池中，第一級生物濾池為硝化濾池，所述硝化濾池的濾料為陶粒，粒徑為4-9mm；投加的硝化菌包括硝化球菌和硝化桿菌；所述硝化濾池中布置的單孔膜空氣擴散器數量≥36個(gè)/m2。
3.根據權利要求1所述的一種用于污水廠(chǎng)尾水高效脫氮的混合凈化系統，其特征在于，所述三級生物濾池中，第二級和第三級生物濾池均為反硝化濾池，所述反硝化濾池的濾料為聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯中的一種或多種，粒徑為3-10mm；投加的反硝化菌包括反硝化桿菌、斯氏桿菌和螢氣極毛桿菌。
4.根據權利要求1所述的一種用于污水廠(chǎng)尾水高效脫氮的混合凈化系統，其特征在于，所述作物型人工濕地核心凈化區中，表層、覆蓋層、過(guò)渡層以及導水層均選用礫石作為基質(zhì)，第一填料層選用陶粒作為基質(zhì)，第二填料層選用沸石作為基質(zhì)。
5.根據權利要求1所述的一種用于污水廠(chǎng)尾水高效脫氮的混合凈化系統，其特征在于，所述作物型人工濕地核心凈化區中，種植的作物包括蘆葦、香蒲、水蔥、茭白、水稻和水芹中的一種或多種。
6.根據權利要求1所述的一種用于污水廠(chǎng)尾水高效脫氮的混合凈化系統，其特征在于，所述作物型人工濕地核心凈化區中，人工濕地被劃分為多個(gè)單元，每個(gè)單元均配有輸水渠進(jìn)行布水；相鄰布水穿孔管的間距不大于每個(gè)單元池寬的10％，且≤1m，集水穿孔管的孔徑為20-30mm。
7.根據權利要求1所述的一種用于污水廠(chǎng)尾水高效脫氮的混合凈化系統，其特征在于，所述浮動(dòng)濕地分為上、中、下3層結構，其中，上層區域為水生植物區，種植水生經(jīng)濟植物；中層區域為水生動(dòng)物區，籠養濾食性水生動(dòng)物貝類(lèi)；下層區域為人工介質(zhì)區，懸掛兼具軟性及半軟性特征的人工介質(zhì)，以富集微生物、形成高效生物膜凈化區；所述人工介質(zhì)的底部懸掛有重物以保持其處于豎直狀態(tài)。
8.根據權利要求1所述的一種用于污水廠(chǎng)尾水高效脫氮的混合凈化系統，其特征在于，所述沉水植物包括輪葉黑藻、穗狀狐尾藻、苦草、菹草和金魚(yú)藻，所述挺水植物包括蒲、蘆葦，所述浮葉植物包括睡蓮。
9.一種污水廠(chǎng)尾水高效脫氮的凈化方法，其特征在于，采用權利要求1-8任一項所述的混合凈化系統，并包括以下步驟：S1.將污水廠(chǎng)尾水通入到生物濾池強化預處理區，通過(guò)三級生物濾池進(jìn)行脫氮處理；S2.將經(jīng)三級生物濾池處理后的污水由進(jìn)水渠通入到所述人工濕地，水流下行，依次流經(jīng)表層、覆蓋層、第二填料層、第一填料層、過(guò)渡層和導水層，經(jīng)過(guò)填料吸附后，通過(guò)出水渠排出；S3.將所述出水渠排出的污水由支浜匯入到河道中，通過(guò)設置于支浜匯入口處的浮動(dòng)濕地攔截消減匯入河道的污染物；進(jìn)入河道后，通過(guò)種植的沉水植物、挺水植物和/或浮葉植物對污水進(jìn)一步凈化。
10.根據權利要求9所述的一種污水廠(chǎng)尾水高效脫氮的凈化方法，其特征在于，經(jīng)過(guò)生物濾池強化預處理區、作物型人工濕地核心凈化區和河道凈化器污染物削減區處理后，污水的脫氮率達80％以上。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于污水廠(chǎng)尾水高效脫氮的混合凈化系統，替代傳統人工濕地來(lái)凈化水質(zhì)，能夠在維護生態(tài)功能的同時(shí)加強對氮的去除，并提供一定的經(jīng)濟效益。
具體的，本發(fā)明提供了如下的技術(shù)方案：
本發(fā)明提供了一種用于污水廠(chǎng)尾水高效脫氮的混合凈化系統，包括生物濾池強化預處理區、作物型人工濕地核心凈化區和河道凈化器污染物削減區；
所述生物濾池強化預處理區設置有三級生物濾池，用于對污水廠(chǎng)的尾水進(jìn)行生物脫氮；
所述作物型人工濕地核心凈化區包括采用復合潛流構筑的人工濕地，所述人工濕地由下行池和上行池組成，且自下而上依次鋪設導水層、過(guò)渡層、第一填料層、第二填料層、覆蓋層和表層，并通過(guò)輸水渠進(jìn)行布水；所述表層上種植有作物；所述人工濕地分別連接有進(jìn)水渠與出水渠；
所述河道凈化器污染削減區包括設置于河道與支浜匯入口處的浮動(dòng)濕地、設置于河道中部的沉水植物區以及設置于河道兩側坡岸上的挺水浮葉植物區。
本發(fā)明采用混合凈化工藝，利用高效微生物濾池，即通過(guò)固定化微生物技術(shù)，對污水廠(chǎng)尾水中的總氮(TN)進(jìn)一步處理后，再進(jìn)入濕地，通過(guò)作物型人工濕地形成的生態(tài)系統對TN進(jìn)行深度去除，最后再利用河道凈化器以提升尾水水質(zhì)，實(shí)現削減尾水的污染物和周邊農業(yè)污染從而有效控制其他污染源，利用處理后的尾水對周邊河道進(jìn)行補水，增加水體流動(dòng)性。
三級生物濾池是指將高效微生物和固定化技術(shù)相結合，創(chuàng )造厭氧-兼氧-好氧集成微環(huán)境，形成的有利于脫氮菌群的微環(huán)境，選擇性篩選脫氮優(yōu)勢菌，并將其固定于比表面大、生物相容性好、親水性強和機械性能優(yōu)良的高分子載體，可使高活性脫氮菌成為優(yōu)勢菌群，提高微生物對游離氨毒性的耐受性，促進(jìn)同步硝化反硝化，解決生物脫氮的技術(shù)難題。
本發(fā)明中，生物濾池強化預處理區設有三級生物濾池，促進(jìn)同步硝化反硝化，強化生物脫氮。其中，第一級生物濾池(硝化濾池)采用曝氣生物濾池，曝氣機放置在風(fēng)機房中，通過(guò)管道，將空氣送入到第一級生物濾池中。硝化濾池中，單孔膜空氣擴散器布置數不宜小于36個(gè)/m2。硝化濾池出水中溶解氧宜為3-4mg/L，單個(gè)曝氣通氣量宜為0.2-0.3m3/h。
進(jìn)一步地，硝化濾池的濾料為陶粒，粒徑為4-9mm；投加的硝化菌包括硝化球菌和硝化桿菌。
本發(fā)明中，第二級和第三級生物濾池均為反硝化濾池，所述反硝化濾池的濾料為輕質(zhì)濾料，包括但不限于聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯中的一種或多種，粒徑為3-10mm；投加的反硝化菌包括反硝化桿菌、斯氏桿菌和螢氣極毛桿菌。
本發(fā)明中，作物型人工濕地的填料表面和植物根系上由于大量微生物的生長(cháng)而形成深生物膜。廢水流經(jīng)生物膜時(shí)，大量的氮磷等污染物被填料和植物根系阻擋截留，有機污染物則通過(guò)生物膜的吸收、同化及異化作用而去除。濕地系統中因植物根系對氧的傳遞釋放，使其周?chē)沫h(huán)境中出現好氧、缺氧、厭氧的狀態(tài)，保證了廢水中的氮磷不僅能通過(guò)植物和微生物作為營(yíng)養吸收，而且還可以通過(guò)消化、反硝化等異化作用將其去除。
進(jìn)一步地，所述作物型人工濕地核心凈化區中，表層、覆蓋層、過(guò)渡層以及導水層均選用礫石作為基質(zhì)，第一填料層選用陶粒作為基質(zhì)，第二填料層選用沸石作為基質(zhì)。其中，礫石作為作物型人工濕地主要的基質(zhì)，具有使用壽命長(cháng)，不易堵塞等優(yōu)點(diǎn)；沸石吸附能力強，價(jià)格低廉，對COD和氮素去除效果較好；陶粒吸附性能優(yōu)良，化學(xué)成分穩定且對環(huán)境友好，易于再生，價(jià)格低廉。
進(jìn)一步地，所述作物型人工濕地核心凈化區中，種植的作物包括蘆葦、香蒲、水蔥、茭白、水稻和水芹等經(jīng)濟作物。
進(jìn)一步地，所述作物型人工濕地核心凈化區中，人工濕地布置要相對集中，便于管理。人工濕地優(yōu)選地被劃分為多個(gè)單元，劃分時(shí)可依據地形地勢將各濕地單元設計成矩形，各單元尺寸與結構基本一致。每個(gè)單元均配有輸水渠進(jìn)行布水；相鄰布水穿孔管的間距不大于每個(gè)單元池寬的10％，且≤1m，集水穿孔管的孔徑為20-30mm。
進(jìn)一步地，冬季時(shí)將植物割倒之后，用植物覆蓋在作物型人工濕地表面，以進(jìn)行濕地的保溫。
本發(fā)明中，河道凈化器相當于表面流人工濕地，其中支浜匯入口處設置的浮動(dòng)濕地可攔截消減匯入河道的污染物；而在河道底部及坡岸種植的不同種的沉水植物、挺水/浮葉植物，可進(jìn)一步地進(jìn)行生物脫氮，達到凈化水質(zhì)的目的。
進(jìn)一步地，所述浮動(dòng)濕地分為上、中、下3層結構，其中，上層區域為水生植物區，種植水生經(jīng)濟植物。中層區域為水生動(dòng)物區，籠養濾食性水生動(dòng)物貝類(lèi)，利用貝類(lèi)的濾食作用去除污染物，并通過(guò)貝類(lèi)的消化作用大幅度提高有機污染物的生物可降解性。下層區域為人工介質(zhì)區，懸掛兼具軟性及半軟性特征的人工介質(zhì)，大量富集微生物，形成高效生物膜凈化區。優(yōu)選的，在所述人工介質(zhì)的底部懸掛有重物，以克服水的浮力，盡量保證其處于豎直狀態(tài)。
進(jìn)一步地，所述人工介質(zhì)包括聚苯乙烯發(fā)泡板、PVC及竹質(zhì)材料等。
進(jìn)一步地，污水通過(guò)作物型人工濕地核心凈化區后，水體處于缺氧狀態(tài)。通過(guò)沉水植物的光合作用，為水體增加氧含量。沉水植物優(yōu)選為能夠兼顧冬季和夏季的植物，以輪葉黑藻、穗狀狐尾藻、苦草、菹草等為主，同時(shí)搭配金魚(yú)藻等植物，形成沉水植物群落。
進(jìn)一步地，通過(guò)挺水及浮葉植物，創(chuàng )造兼氧的環(huán)境，進(jìn)一步去除水中的污染物。所述挺水植物優(yōu)選為能夠兼顧冬季和夏季的植物，主要以香蒲、蘆葦、睡蓮為主，同時(shí)輔以少量的其它植物，水生植物群落，豐富景觀(guān)層次。
本發(fā)明還提供了一種污水廠(chǎng)尾水高效脫氮的凈化方法，其采用所述的混合凈化系統，并包括以下步驟：
S1.將污水廠(chǎng)尾水通入到生物濾池強化預處理區，通過(guò)三級生物濾池進(jìn)行脫氮處理；
S2.將經(jīng)三級生物濾池處理后的污水由進(jìn)水渠通入到所述人工濕地，水流下行，依次流經(jīng)表層、覆蓋層、第二填料層、第一填料層、過(guò)渡層和導水層，經(jīng)過(guò)填料吸附后，通過(guò)出水渠排出；
S3.將所述出水渠排出的污水由支浜匯入到河道中，通過(guò)設置于支浜匯入口處的浮動(dòng)濕地攔截消減匯入河道的污染物；進(jìn)入河道后，通過(guò)種植的沉水植物、挺水植物和/或浮葉植物對污水進(jìn)一步凈化。
本發(fā)明步驟S2中，在進(jìn)水濃度較低的條件下，作物型人工濕地對TN的去除率可達30％-75％；步驟S3中，河道凈化器對TN的去除率可達30％-60％。
進(jìn)一步地，經(jīng)過(guò)生物濾池強化預處理區、作物型人工濕地核心凈化區和河道凈化器污染物削減區處理后，污水的脫氮率達80％以上。
本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：
1.本發(fā)明區別于傳統的人工濕地，將其分為高效生物濾池強化預處理區，作物型人工濕地核心凈化區和河道凈化器污染物削減區；高效生物濾池強化預處理區通過(guò)固定化微生物技術(shù)，對污水處理廠(chǎng)尾水進(jìn)行進(jìn)一步的處理后，再進(jìn)入濕地，確保濕地系統的安全；作物型人工濕地核心凈化區可進(jìn)一步對前期預處理單元后的出水進(jìn)行反硝化脫氮，降低污水中總氮的含量；河道凈化器污染物削減區通過(guò)前端攔截，中端沉水植物富氧區和末端挺水浮葉凈化區，在河道底部設計為高低起伏適合種植不同種的挺水與沉水植物，凈化水質(zhì)；在支浜匯入處設置多重組合型浮動(dòng)濕地，攔截消減匯入河道的污染物。
2.本發(fā)明利用高效生物濾池、作物型人工濕地及河道凈化器多段式混合凈化工藝用于污水廠(chǎng)尾水中高效脫氮，脫氮率可達80％以上，具有的一定的生態(tài)價(jià)值與經(jīng)濟效益。
（發(fā)明人：安樹(shù)青;朱正杰;傅海峰;張軒波;史新星）
