CN102515355A

CN102515355A - 一种用于处理污染河水的高效率低成本组合潜流人工湿地***

Info

Publication number: CN102515355A
Application number: CN2011103730568A
Authority: CN
Inventors: 佘宗莲; 施恩; 谢湉; 郭亮; 朱颖杰
Original assignee: Ocean University of China
Current assignee: Ocean University of China
Priority date: 2011-11-22
Filing date: 2011-11-22
Publication date: 2012-06-27

Abstract

本发明涉及一种用于处理污染河水的高效率低成本组合潜流人工湿地***。该***由第一级垂直潜流湿地与第二级水平潜流湿地组合而成，垂直潜流湿地包括箱体(1)、进水配水管(2)、垂直竖管(3)、出水集水管(4)、出水软管(5)、加高底座(6)、炉渣填料层(7)、砾石填料层(8)；水平潜流湿地包括箱体(9)、进水配水管(10)、进水配水区多孔隔板(11)、出水区多孔隔板(12)、出水集水管(13)、出水软管(14)、固定水位出口(15)、炉渣填料层(16)、砾石填料层(17)。该***可高效去除河水中总氮和磷；可调节垂直潜流湿地出水软管高度改变湿地水位和溶解氧含量，增强硝化作用或反硝化作用；炉渣填料成本低。

Description

一种用于处理污染河水的高效率低成本组合潜流人工湿地***

技术领域

本发明属于污水处理技术领域，具体涉及一种用于处理污染河水的高效率低成本组合潜流人工湿地***，***由垂直潜流湿地和水平潜流湿地组合而成。

背景技术

人工湿地是人工建造的、可控制的和工程化的湿地***。其设计和建造是通过对湿地自然生态***中物理、化学和生物作用的优化组合来进行污水处理的。

人工湿地作为一种缓冲容量大、工艺简单、投资省、运行费用低的污水处理技术，已经广泛应用于处理生活污水、降雨径流、污染河水和湖水、经过二级或三级处理后的生活污水及低浓度工业废水等低浓度污水和微污染水。人工湿地可分为以下几种类型：(1)自由水面人工湿地，(2)水平潜流人工湿地，(3)垂直流人工湿地。

自由水面人工湿地的水面位于湿地基质以上，污水以一定深度缓慢流过湿地表面，部分污水蒸发或渗入湿地；潜流人工湿地中污水在基质表面以下流过，地表面没有水流。与自由水面人工湿地相比，潜流人工湿地具有保温效果好、处理效果受季节和气候影响小、没有蚊蝇滋生等特点。目前国内外水平潜流人工湿地处理污水的应用较多，将其用于二级处理时可以有效去除污水中的BOD与TSS。垂直流人工湿地常采用潜流运行的方式，称为垂直潜流人工湿地，一般采用较细基质作为填料，具有占地面积小、氧气传输能力强等特点，并且能够去除病原菌。

目前我国主要河流有机污染普遍，面源污染日益突出，一些受污染河水具有有机物、氨氮、硝态氮、总氮含量均较高的特点。上述3种人工湿地单独用于处理受污染河水时存在以下不足：

(1)自由水面人工湿地中污水从基质表面流过，不能利用基质填料上的生物膜和植物根系对污染物的去除作用，因而有机物和氮磷去除率不高。

(2)水平潜流人工湿地常采用连续流完全淹水状态运行，氧气传输能力较差，湿地内部水中溶解氧含量较低。在处理污染较重河水时，单独应用水平潜流人工湿地氨氮及总氮的去除率较低；特别是由于硝化能力较弱、反硝化能力较强，当河水中氨氮浓度较高时，不利于总氮的有效去除。

(3)垂直潜流人工湿地一般采用淹水与落空交替运行的方式，与水平潜流人工湿地相比，具有较高的氧气传输能力，湿地内水中溶解氧含量较高，因而硝化能力较强，但反硝化能力较差，影响总氮的去除效果。

目前，国内应用较多的是单一流型的湿地***，或者潜流湿地与表面流湿地组合的湿地***。虽然也有研究人员开发了不同形式的复合人工湿地和组合人工湿地，但是还没有人开发出专门针对我国污染河水特点的组合潜流人工湿地***。

发明内容

本发明提供了一种适应污染河水水质及其变化特点，能有效去除水中COD_Cr、氨氮、硝态氮、总氮和磷等污染物，并可以根据河水水质变化调整运行状态以达到高效稳定脱氮效果的组合潜流人工湿地技术。

本发明提出的用于处理污染河水的高效率低成本组合潜流人工湿地***，由垂直潜流湿地与水平潜流湿地两级串联组合而成。第一级垂直潜流湿地主要包括箱体、进水配水管、垂直竖管、出水集水管和出水软管；其特征是反应器进水配水采用王字形穿孔亚克力管，使水流流态分布均匀；处理单元内部设置垂直竖管，竖管底部加盖并用15目筛绢包裹，保证水流通过的同时防止细小填料进入堵塞管道，垂直竖管与大气连通并沿高度钻孔，以利于充氧；出水采用软管，可实现对处理单元的水位调节。第二级水平潜流湿地主要包括箱体、进水配水管、进水配水区多孔隔板、出水区多孔隔板、出水集水管、出水软管、固定水位出口；其特征是进出水区设置多孔隔板，使水流分布均匀。

第一级垂直潜流湿地复氧条件较好，可以为河水中氨氮的转化提供所需的硝化反应环境，同时可去除进水中大部分有机物；第二级水平潜流湿地可形成有利于微生物反硝化的缺氧条件。按此方式组合的垂直潜流+水平潜流人工湿地***，可同时有效去除污染河水中氨氮和硝态氮，从而取得较高的总氮去除效果。

污染河流在不同季节和时段水质会有较大变化，通过调节人工湿地中的水位，可改变湿地内部的环境条件，以适应河水水质的变化，使出水水质稳定在预期目标之内。当污染河水中氨氮浓度较高时，调低第一级垂直潜流湿地的水位，提高湿地内溶解氧含量，可强化硝化作用；当污染河水中硝态氮浓度较高时，调高第一级垂直潜流湿地的水位，降低***内溶解氧含量，以强化反硝化作用。

本发明中，两级人工湿地处理单元中的填料均采用炉渣，以降低湿地***的建设成本。填料区上部为厚度500mm、粒径4-8mm的炉渣填料层，下部为厚度250mm砾石填料层；其中砾石填料层从上到下分为两层，上部为厚度130mm、粒径15-30mm的砾石，下部为厚度120mm、粒径30-60mm的砾石。湿地***使用炉渣填料，可以提高磷的去除效果。人工湿地中磷的固定主要是通过填料吸附、化学沉淀、微生物和植物摄取以及与有机质结合发生的。而填料对磷吸附能力则取决于填料的物理和化学特性。填料中阳离子交换量(CEC)、有机质、有效铁和交换性铝均与磷的吸附量之间呈显著性正相关关系；交换性钙、镁和全量镁、铝、铁与磷吸附量之间存在着正相关关系。炉渣中CEC、有机质、交换性铝等含量均较高，所以与其他填料相比在去除磷方面炉渣具有明显优势。同时炉渣表面较粗糙，微生物菌落容易附着在其表面生长，为聚磷菌与释磷菌的生长提供了条件，这是炉渣填料微生物学方面的优势。磷的去除效果与填料的物理性质也有关系，磷吸附量与填料的孔隙度、80％颗粒通过的粒径(D₈₀)和不均匀系数(K₈₀)呈正相关关系；这意味着单就除磷效果考虑，选择D₈₀和K₈₀较大的填料较好；这是因为大小混杂，不均匀的填料颗粒可以延长其与污水的接触时间，从而有利于填料对磷的吸附；而炉渣填料具有D₈₀和K₈₀较大的特点。

本发明的创新点是：

1、本发明采用垂直潜流湿地与水平潜流湿地组合而成的人工湿地***处理污染河水。第一级垂直潜流湿地有机物降解和硝化作用强，主要用于去除COD_Cr和氨氮，第二级水平潜流湿地反硝化作用强，主要用于去除硝态氮，从而达到同时强化人工湿地***的硝化和反硝化作用的目的，同时提高人工湿地对COD_Cr、氨氮、硝态氮和总氮的去除效果。

2、本发明中第一级垂直潜流湿地的水位可由出水软管控制，通过改变水位达到适应河水水质变化的目的。当污染河水中氨氮浓度较高时，调低出水软管高度以降低湿地内水位，提高溶解氧含量，强化硝化反应效率，从而提高氨氮去除率；当污染河水中氨氮浓度较低、硝态氮浓度较高时，调高出水软管高度以提高湿地内水位，减少湿地内溶解氧含量，强化反硝化作用，从而提高硝态氮去除率。

3、本发明第一级垂直潜流湿地和第二级水平潜流湿地均采用炉渣做填料，一方面可降低湿地***的建设成本，另一方面当污染河水中磷浓度较高时，可以通过吸附、化学沉淀、微生物等作用强化磷的去除效果。

附图说明

图1为本发明的剖面图。

图2为本发明的平面图。

图中标号：1第一级垂直潜流湿地箱体、2垂直潜流湿地进水配水管、3垂直潜流湿地垂直竖管、4垂直潜流湿地出水集水管、5垂直潜流湿地出水软管、6垂直潜流湿地加高底座、7垂直潜流湿地炉渣填料层、8垂直潜流湿地砾石填料层、9第二级水平潜流湿地箱体、10水平潜流湿地进水配水管、11水平潜流湿地进水配水区多孔隔板、12水平潜流湿地出水区多孔隔板、13水平潜流湿地出水集水管、14水平潜流湿地出水软管、15水平潜流湿地固定水位出口、16水平潜流湿地炉渣填料层、17水平潜流湿地砾石填料层。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明装置包括两级潜流人工湿地：第一级为垂直潜流湿地，第二级为水平潜流湿地。

第一级垂直潜流湿地箱体(1)具体尺寸：长×宽×高为1000mm×500mm×1000mm；进水配水管(2)使用亚克力管，其中总管直径20mm，支管直径15mm，支管上每间隔80mm向下45度开2mm圆孔；垂直竖管(3)使用直径30mm、总长750mm亚克力管，沿高度每隔70mm打两个直径10mm孔，外部包裹15目筛绢，底部加盖；出水集水管(4)使用亚克力管，总管直径25mm，支管直径20mm，与进水配水管构造一致、上下对称；出水软管(5)为直径25mm的蛇皮管；加高底座(6)高12cm；炉渣填料层(7)厚度500mm；砾石填料层(8)厚度250mm。

第二级水平潜流湿地箱体(9)具体尺寸：长×宽×高为1000mm×500mm×1000mm；进水配水管(10)为直径20mm的亚克力穿孔管；进水配水区多孔隔板(11)和出水区多孔隔板(12)的穿孔布置为穿孔直径10mm、孔间距70mm，多孔隔板尺寸为宽×高等于500mm×1000mm；出水集水管(13)为直径25mm的亚克力穿孔管；出水软管(14)为蛇皮管；固定水位调节出口(15)为直径20mm的亚克力管；炉渣填料层(16)厚度500mm；砾石填料层(17)厚度250mm。

污染河水首先通过第一级垂直潜流湿地的进水配水管(2)进入垂直潜流湿地箱体(1)，水流以下向流形式依次流经炉渣填料层(7)和砾石填料层(8)，在填料及微生物的协同作用下，大部分COD_Cr、氨氮和磷被去除，处理水由出水软管(5)流出垂直潜流湿地；然后河水进入第二级水平潜流湿地的进水配水管(10)，经进水配水区多孔隔板(11)进入水平潜流湿地箱体(9)，水流以水平流形式流经炉渣填料层(16)和砾石填料层(17)，大部分硝态氮转化为氮气而被去除，COD_Cr、氨氮和磷浓度进一步降低，处理水通过出水区多孔隔板(12)后进入出水集水管(13)，最终出水从软管(14)流出。

实施实例

采用上述组合潜流人工湿地***处理氨氮浓度较低、硝态氮浓度较高的污染河水，进水水质为：COD_Cr100mg/L，NH₄ ⁺-N 4mg/L，NO₃ ^--N 16mg/L，总磷1.5mg/L。采用的运行条件为：连续进水，水力停留时间为2.5d，第一级垂直潜流湿地出水软管调至最高水位，第一级垂直潜流湿地和第二级水平潜流湿地的填料均为全淹没状态。处理效果：COD_Cr去除率98.0％、氨氮去除率69.2％、硝态氮去除率93.8％、总氮去除率81.6％、总磷去除率97.0％。

采用上述组合潜流人工湿地***处理氨氮和硝态氮浓度均较高的污染河水，进水水质为：COD_Cr100mg/L，NH₄ ⁺-N 10mg/L，NO₃ ^--N 16mg/L，总磷1.5mg/L。采用的运行条件为：连续进水，水力停留时间为2.5d，第一级垂直潜流湿地出水软管调至最低水位、落空运行，第二级水平潜流湿地填料为全淹没状态。处理效果：COD_Cr去除率99.2％、氨氮去除率87.7％、硝态氮去除率73.4％、总氮去除率72.1％、总磷去除率88.7％。

Claims

1.一种用于处理污染河水的高效率低成本组合潜流人工湿地***，由第一级垂直潜流湿地和第二级水平潜流湿地串联组合而成，其特征在于：第一级垂直潜流湿地包括箱体(1)、进水配水管(2)、垂直竖管(3)、出水集水管(4)、出水软管(5)、加高底座(6)、炉渣填料层(7)、砾石填料层(8)；第二级水平潜流湿地包括箱体(9)、进水配水管(10)、进水配水区多孔隔板(11)、出水区多孔隔板(12)、出水集水管(13)、出水软管(14)、固定水位出口(15)、炉渣填料层(16)、砾石填料层(17)；污染河水依次通过第一级垂直潜流湿地进水配水管(2)、炉渣填料层(7)、砾石填料层(8)、出水集水管(4)，由出水软管(5)流入第二级水平潜流湿地进水配水管(10)，经进水配水区多孔隔板(11)流经炉渣填料层(16)和砾石填料层(17)，并通过出水区多孔隔板(12)后进入出水集水管(13)，最终出水从软管(14)流出。

2.如权利要求1所述的一种用于处理污染河水的高效率低成本组合潜流人工湿地***，其特征在于第一级采用垂直潜流湿地、第二级采用水平潜流湿地，以同时强化人工湿地***的硝化和反硝化作用，同时提高人工湿地对COD_Cr、氨氮、硝态氮和总氮的去除效果。

3.如权利要求1所述的一种用于处理污染河水的高效率低成本组合潜流人工湿地***，其特征在于第一级垂直潜流湿地的水位可由出水软管控制，通过改变水位达到适应河水水质变化的目的；当污染河水中氨氮浓度较高时，通过出水软管调低湿地内水位，提高溶解氧含量，从而提高氨氮的转化效率和去除率；当污染河水中氨氮浓度较低、硝态氮浓度较高时，通过出水软管调高湿地内水位，减少湿地内溶解氧含量，从而提高硝态氮去除率。

4.如权利要求1所述的一种用于处理污染河水的高效率低成本组合潜流人工湿地***，其特征在于两级人工湿地均采用炉渣做填料，以降低湿地***建设成本，并强化磷的去除效果。