CN105923781A - 玉米杆-铁碳-生物集成的人工湿地处理养殖废水的方法 - Google Patents

玉米杆-铁碳-生物集成的人工湿地处理养殖废水的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种玉米杆‑铁碳‑生物集成的人工湿地处理养殖废水的方法，包括将养殖废水依次通过一个厌氧发酵池、三个基质池和四个湿地池，厌氧发酵池和第一个基质池之间、相邻两个基质池之间、第三个基质池和第一个湿地池之间均设基质沟，基质沟和基质池内铺设玉米杆，玉米杆上添加野生植物，基质池的出水处设挡水跌水坎，湿地池由田埂围拢而成且相邻两个湿地池通过一道田埂分隔，每个湿地池的其中两道田埂的上端面设截面为倒置的梯形的溢流口，每个湿地池内均添加狐尾藻，最后一个湿地池在靠近出水的溢流口前设铁碳层。本发明的玉米杆‑铁碳‑生物集成的人工湿地处理养殖废水的方法能使得末端出水水质大大优于国家养殖业水污染物排放标准。

Description

玉米杆-铁碳-生物集成的人工湿地处理养殖废水的方法
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，尤其是涉及一种玉米杆-铁碳-生物集成的人工湿地处理养殖废水的方法。
背景技术
随着我国社会经济的高速发展以及城市化进程的加快，一方面城镇用水供需矛盾日益突出，另一方面巨量废水污水的大量排放又使得供水水源不断地受到污染，进而使水质环境不断恶化。目前在我国600多个城市中，有400多个城市存在着不同程度的缺水问题，每年缺水量达60亿吨，由于缺水而造成的经济损失每年近3000亿元。与此同时，目前我国城市每年污水排放量达414亿吨，这些巨量的污水进入地表水体后，对我国有限的地表水体造成日益严重的危害，全国七大水系流域中50％以上的河段均存在着不同程度的污染问题，江苏、上海、广州等地一大批省市已经面临严重的水质污染型缺水问题，如太湖流域3000万人守着2300平方公里的太湖水，却出现了“水多难用”的尴尬局面。不管是原始资源型缺水还是水质污染型缺水均已严重影响和制约了我国社会经济的可持续发展。如何解决这个问题已经成为我国社会经济发展中的一个十分重要的研究课题，在“十五”计划纲要中，提出的污水资源化战略构思无疑是一个有效地手段之一，污水资源化不仅可以大幅度减少污水排放量，改善地表水体生态环境，减少排水工程投资及运行费用，而且也可以大幅度增加可供水量、降低给水处理和供水费用，降低因缺水而造成的经济损失，提高人民的生存健康环境，促进工业、旅游业和水产业的发展。然而我国污水资源化战略的实施却一直举步维艰，目前我国污水净化回用率依然很低。造成这种状况的原因虽然是多方面的，但是主要原因还是污水净化回用技术，还不能适应污水资源市场化的要求。过去传统的生物曝气池技术虽然较能有效地去除污水中的有机物，但对氮磷的去除能力较低，出水水质并不能达到中水回用标准；膜生物反应器技术出水水质虽然较高，但投资运行费用较高，限制了该技术的广泛应用，其他化学物理处理技术也均存在着投资运行费用高、出水水质不稳定和二次污染等问题。
现在正在运行的人工湿地污水处理技术具有高效率、低投资、低运转费用、低维持技术的特点，在全世界范围内受到越来越广泛的关注。但同时也存在着：不能直接处理污水，适应性差，只能针对初级或二级处理后的污水进行深度处理；对于重金属污染物吸收效率低；技术受环境温度影响大；夏季易滋生蚊虫等缺点。现有的人工湿地污水处理技术基本可分为表面流式、垂直流式和潜流式。表面流人工湿地是最原始的人工湿地，与自然湿地类似，水深较浅，一般在0.2-0.4米左右，废水从湿地表面流过。这种类型的人工湿地占地面积大，水力负荷率小，去污能力有限，氧气传输能力有限，受气候影响很大，夏季易滋生蚊蝇。垂直流湿人工地对于有机物的去除能力不足，夏季也有滋生蚊蝇的现象。潜流式人工湿地氧气供应不足，硝化作用不良。近几年人们提出了复合人工湿地污水处理方法，可综合各类型人工湿地的优点，但是也存在着占地面积大、污水处理效果不理想、无法很好的利用湿地基质的吸附和过滤等缺点，因此为了使我国污水资源化战略实施有长足的发展，开发和研究新型的生态污水净化回用技术具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种玉米杆-铁碳-生物集成的人工湿地处理养殖废水的方法，将环境治理与养殖业、种植业有机结合，从根本上解决了养殖废弃物的环境污染问题，在实现养殖废水达标排放和改善当地生态环境的同时，显著降低了企业的治污成本，进一步延伸了企业的产业链，利用养殖废弃物生产高质量有机肥和优质青饲料，提高养殖业的经济效益。
为达到上述目的，本发明的技术方案是：玉米杆-铁碳-生物集成的人工湿地处理养殖废水的方法，包括将养殖废水依次通过一个厌氧发酵池、三个基质池和四个湿地池，所述厌氧发酵池和第一个基质池之间、相邻两个基质池之间、第三个基质池和第一个湿地池之间均设有基质沟，所述基质沟和基质池的截面均为倒置的梯形，基质沟和基质池内均铺设玉米杆，基质沟内的玉米杆添加量为18kg/m2，基质池内的玉米杆添加量为32kg/m2，玉米杆上添加野生植物，所述基质池的出水处设有挡水跌水坎，所述挡水跌水坎包括地势较高处的上坎基，所述上坎基上设有挡水坎，所述挡水坎的两侧设有坎肩，挡水坎的外侧通过倾斜向下的U形槽连接下坎基，所述下坎基上设有卵石，所述湿地池由田埂围拢而成且相邻两个湿地池通过一道田埂分隔，所述田埂的截面为梯形，每个湿地池的其中两道田埂的上端面设截面为倒置的梯形的溢流口，每个湿地池内均添加狐尾藻，在加入狐尾藻后的前7天在湿地池通入清水和5～10吨/天的废水并将水位控制在10cm内，7天后水位逐步加深到20～30cm，20天后进入正常运行阶段，最后一个湿地池在靠近出水的溢流口前设有宽为1m，长为3m的铁碳层。
所述野生植物为革命草、结缕草中的一种或多种，野生植物可以为种子或幼苗。
所述基质沟的末端通过管道连接到基质池或湿地池。
所述养殖废水进入厌氧发酵池前先经过固液分离。
本发明的有益效果是：将环境治理与养殖业、种植业有机结合，从根本上解决了养殖废弃物的环境污染问题，在实现养殖废水达标排放和改善当地生态环境的同时，显著降低了企业的治污成本，进一步延伸了企业的产业链，利用养殖废弃物生产高质量有机肥和优质青饲料，提高养殖业的经济效益。
附图说明
图1为本发明的整体布局的俯视图；
图2为图1中的基质沟的A-A向的剖视图；
图3为图1中的挡水跌水坎的B-B向的剖视图；
图4为图1中的挡水跌水坎的C-C向的剖视图；
图5为图1中的基质池的D-D向的剖视图；
图6为图1中的湿地池的E-E向的剖视图；
图7为图6中F-F向的剖视图。
图中：厌氧发酵池1、基质池2、湿地池3、基质沟4、管道5、挡水跌水坎6、坎肩7、挡水坎8、上坎基9、U形槽10、下坎基11、卵石12、溢流口13、铁碳层14、田埂15。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
如图1～图7所示，玉米杆-铁碳-生物集成的人工湿地处理养殖废水的方法，包括将养殖废水依次通过一个厌氧发酵池1、三个基质池2和四个湿地池3，所述厌氧发酵池1和第一个基质池2之间、相邻两个基质池2之间、第三个基质池2和第一个湿地池3之间均设有基质沟4，所述基质沟4和基质池2的截面均为倒置的梯形。每个基质池2的进水处和出水处设在相对的两侧且相互远离。
如图2所示，基质沟4的底部宽100～250cm，上端口宽150～300cm，高度为60cm，包括水深w为40cm，埂高g为20cm，基质沟4的为土质材料，所述基质沟4的末端通过管道5连接到基质池2或湿地池3，管道5为PVC管。
如图5所示，基质池2的底部宽为21～24m，上端口宽为22～25m，高度为60～100cm，其中埂高v为20cm，水深u为40～80cm，边埂的宽度t为40～60cm。
基质沟4和基质池2内均铺设玉米杆，基质沟4内的玉米杆添加量为18kg/m2，基质池2内的玉米杆添加量为32kg/m2，玉米杆上添加野生植物，所述野生植物为革命草、结缕草中的一种或多种，野生植物可以为种子或幼苗。每3～4个月对玉米杆和野生植物进行换新，革命草和结缕草均为生产旺盛的野生植物，玉米杆可以减慢水流速度，有利于微生物与野生植物的生长，去COD等的效果较好。
所述基质池2的出水处设有挡水跌水坎6，挡水跌水坎6的材质为水泥砖和混凝土(砖混结构)，如图3和图4所示，所述挡水跌水坎6包括地势较高处的上坎基9，上坎基9的的长度h为80cm，宽i为30cm，厚度j为15cm。所述上坎基9上设有挡水坎8，挡水坎8的长度k为40cm。宽度p为15cm，高度m为40～80cm。挡水坎8的上端面离地面的距离n为20cm,。所述挡水坎8的两侧设有坎肩7，坎肩7的厚度l为26cm，坎肩7比挡水坎8高出的距离即为n。
挡水坎8的外侧通过倾斜向下的U形槽10连接下坎基11，所述下坎基11上设有卵石12，U形槽10与水平面的倾斜角度为40～60度，下坎基11的长度r为120cm，厚度s为10～15cm，下坎基11的上端面到上坎基9的上端面之间的垂直距离q为250cm，卵石12铺设的高度为40cm。卵石12的外观呈菱角状，比表面积好，机械强度高，无杂质，作为垫底层起到过滤吸附的作用。
所述湿地池3由田埂15围拢而成且相邻两个湿地池3通过一道田埂15分隔，可先用田埂15围成一个长方形区域，然后在长方形区域的长度方向等间隔设三道田埂15将整个长方形区域分成四个湿地池3。所述田埂15的截面为梯形，田埂15的上底长度为30cm，下底长度为65cm，高度为50cm。
每个湿地池3的其中两道田埂15的上端面设截面为倒置的梯形的溢流口13，溢流口13的底部宽为26cm，上口宽为30cm，深度为20cm。湿地池3除了最前端的进水的管道5和最末端出水处需要水泥硬化或采用预制水泥管外，其余全部为土质材料。
每个湿地池3内均添加狐尾藻，在加入狐尾藻后的前7天在湿地池3通入清水和5～10吨/天的废水并将水位控制在10cm内，7天后(此时狐尾藻完全成活)水位逐步加深到20～30cm，20天后进入正常运行阶段，控制每日的废水量在35～40吨/天。正常运行后每隔一个月收割一次狐尾藻，可以进行条带状收割，即每间隔100cm收割一次，待下一次来对上次未收割的部分进行收割，即实行交替收割的方式，此外还需定期清除湿地池3内及周边的杂草。湿地池3中的狐尾藻的产量很高，年产量约为10～15吨/亩(折干1.3～2吨)，折合粗蛋白约为0.2～0.3吨，是很好的生物质资源，主要用途包括：绿肥(用于花木、果园、茶园的覆盖还田)、青饲料(饲喂猪、牛、羊、鸡、鸭均可)；加工青贮发酵饲料(要与其他干饲料配合使用)。
最后一个湿地池3在靠近出水的溢流口13前设有宽为1m，长为3m的铁碳层14，可以在铁碳层14两侧加装隔离装置，使得最终流出的水都需经过3米长度的铁碳层14，铁碳层14能与抗生素、重金属起拦截与氧化还原作用，去除效果好,铁碳层14可以每两年更换一次。
所述养殖废水进入厌氧发酵池1前先经过固液分离。
本发明主要利用玉米杆和其携带的兼氧型微生物以及野生植物进一步降解和消纳厌氧发酵池1出来的废水中的COD和氨氮，再通过湿地池3的狐尾藻的生态阻控和吸收利用水体中的溶解态氮磷，同时降低COD，从而实现对养殖废水中主要污染物氮磷的消纳，最终通过铁碳层14去除抗生素和重金属等，然后通过对湿地池3的狐尾藻的收获和作为饲料、绿肥等进行综合利用，实现养殖废水环保处理与废弃物资源化利用的有机结合。
下表即为本发明的各阶段的水质状况对比表：
养殖废水流入不同处理阶段后水质状况(mg/L)
上表中的人工湿地出口I即为第三个基质池2的出口，人工湿地出口II即为第四个湿地池3的出口，本发明的末端出水水质大大优于国家养殖业水污染物排放标准(GB18596-2001)。
以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.玉米杆-铁碳-生物集成的人工湿地处理养殖废水的方法，其特征在于：包括将养殖废水依次通过一个厌氧发酵池(1)、三个基质池(2)和四个湿地池(3)，所述厌氧发酵池(1)和第一个基质池(2)之间、相邻两个基质池(2)之间、第三个基质池(2)和第一个湿地池(3)之间均设有基质沟(4)，所述基质沟(4)和基质池(2)的截面均为倒置的梯形，基质沟(4)和基质池(2)内均铺设玉米杆，基质沟(4)内的玉米杆添加量为18kg/m2，基质池(2)内的玉米杆添加量为32kg/m2，玉米杆上添加野生植物，所述基质池(2)的出水处设有挡水跌水坎(6)，所述挡水跌水坎(6)包括地势较高处的上坎基(9)，所述上坎基(9)上设有挡水坎(8)，所述挡水坎(8)的两侧设有坎肩(7)，挡水坎(8)的外侧通过倾斜向下的U形槽(10)连接下坎基(11)，所述下坎基(11)上设有卵石(12)，所述湿地池(3)由田埂(15)围拢而成且相邻两个湿地池(3)通过一道田埂(15)分隔，所述田埂(15)的截面为梯形，每个湿地池(3)的其中两道田埂(15)的上端面设截面为倒置的梯形的溢流口(13)，每个湿地池(3)内均添加狐尾藻，在加入狐尾藻后的前7天在湿地池(3)通入清水和5～10吨/天的废水并将水位控制在10cm内，7天后水位逐步加深到20～30cm，20天后进入正常运行阶段，最后一个湿地池(3)在靠近出水的溢流口(13)前设有宽为1m，长为3m的铁碳层(14)。
2.如权利要求1所述玉米杆-铁碳-生物集成的人工湿地处理养殖废水的方法，其特征在于：所述野生植物为革命草、结缕草中的一种或多种，野生植物可以为种子或幼苗。
3.如权利要求1所述玉米杆-铁碳-生物集成的人工湿地处理养殖废水的方法，其特征在于：所述基质沟(4)的末端通过管道(5)连接到基质池(2)或湿地池(3)。
4.如权利要求1所述玉米杆-铁碳-生物集成的人工湿地处理养殖废水的方法，其特征在于：所述养殖废水进入厌氧发酵池(1)前先经过固液分离。
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