CN112358056A - 一种用于处理含抗生素废水的人工湿地*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于处理含抗生素废水的人工湿地***，包括布水区、基质区和出水区，所述布水区和出水区分别设置在所述基质区的两侧，布水区与基质区之间设置进水挡板，基质区与出水区之间设置出水挡板，所述基质区为分层结构，分别为第一基质区、第二基质区和第三基质区，所述第一基质区、第二基质区、第三基质区由上至下依次设置；所述布水区和所述出水区内均设置鹅卵石。本发明人工湿地***，结构简单，成本低，能耗小，不仅有很好的脱氮除磷效果，对含磺胺类抗生素的畜禽废水处理效果更佳。

Description

一种用于处理含抗生素废水的人工湿地***

技术领域

本发明属于废水处理技术领域，具体涉及一种用于处理含抗生素废水的人工湿地***。

背景技术

近年来，人工湿地作为一种生态处理方式已经广泛应用于农村生活污水处理。考虑到有机物浓度是潮汐流COD去除效果的主要限制因素，现有技术中通过模拟农村生活污水间歇排放特征，构建新型潮汐流人工湿地小试验，研究了水力负荷对典型人工湿地净化河道污水处理效率的影响。

同时，抗生素滥用问题日益严重，抗生素及其衍生物大量残留于环境中，进入食物链，影响食品安全，危害人体健康。

申请号201820211192.4的专利文献公开了一种模拟表面流湿地反应器，包括箱体、集水隔板和布水隔板，所述集水隔板将所述箱体隔开且使得所述箱体一端形成集水槽，所述集水槽外侧设置有出水口及集水管，所述布水隔板垂直于所述集水隔板设置，所述布水隔板将所述箱体分为若干个连通的廊道，相邻的两个所述廊道在连通处形成U形流动池，所述集水隔板在进水的一端设置有进水口，所述进水口上连接有配水管，所述集水隔板在出水的一端设置有溢出槽面，底部基质易形成短流；该技术属于表面流人工湿地，***处理污水的COD值不能太高，需进行预处理，易造成堵塞，占地面积很大。

申请号为201510929927.8的专利文献公开了一种交替式防堵人工湿地及其在有机稻灌溉中的应用，具体公开了包括收集雨水和农业分散式污水的调节池以及人工湿地反应器两大部分，其中：所述收集雨水和农业分散式污水的调节池建设在有机稻种植区的排管***上游，有机种植区建设在人工湿地反应器下游。其为避免人工湿地填料分层布设极易堵塞的问题而开发了使进水、出水由闸阀控制交替运行的交替式防堵人工湿地反应器，但其存在设备复杂、控制繁琐不稳定，以及去除废水中抗生素量极其有限。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于处理含抗生素废水的人工湿地***，解决现有技术中人工湿地***处理抗生素效果不佳、需要预处理、易堵塞等问题。

本发明的技术方案如下：

一种用于处理含抗生素废水的人工湿地***，包括布水区、基质区和出水区，所述布水区和出水区分别设置在所述基质区的两侧，进水区与基质区之间设置进水挡板，基质区与出水区之间设置出水挡板，所述基质区为分层结构，分别为第一基质区、第二基质区和第三基质区，所述第一基质区、第二基质区、第三基质区由上至下依次设置；所述布水区和所述出水区内均设置鹅卵石；所述基质区内种植美人蕉植被。

优选地，各基质区分层叠加形成反应器，所述反应器的总高等于第一基质区的高度、第二基质区的高度以及第三基质区的高度之和。

优选地，所述布水区的高度与第一基质区的高度相等，所述布水区的长度等于反应器的宽度，所述布水区的宽度为布水区的长度的一半。

优选地，所述进水挡板和出水挡板均采用三角堰溢流形式。

优选地，所述进水挡板与设置在反应器第一基质区与布水区之间，所述出水挡板设置早反应器第一质质区与出水区之间，优选地，所述进水挡板的高度和所述出水挡板的高度均设置5cm-8cm之间。

优选地，所述人工湿地***为水平潜流人工湿地，其中第一基质区、第二基质区、第三基质区选用不同粒径的石英砂作填料。

优选地，所述第一基质区的粒径范围为0.2-0.4mm；所述第二基质区的粒径范围为0.4-0.6mm；所述第三基质区的粒径范围是0.9-2.0mm。

优选地，所述第一基质区、第二基质区、第三基质区的渗透系数依次为26md^-1、36m^-1和64md^-1。

优选地，美人蕉种植于第一基质区的上表面，即上层石英砂中，种植间隔在20±3cm。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的用于处理含抗生素废水的人工湿地***，属于水平潜流人工湿地，采用分层结构，使流场均匀，提高***净化效果，不易堵塞；其以美人蕉为植被，在本发明设计的结构下，有效处理含抗生素废水，未出现抗生素没有经过中间填料直接从表层流入出水口位置的现象，不仅有很好的脱氮除磷效果，对含磺胺类抗生素的畜禽废水处理效果更佳，例如，对磺胺类抗生素去除率达到95％以上；本发明用于处理含抗生素废水的人工湿地***，结构简单，成本低，能耗小；建造和运行费用低，维护简单易行，可缓冲对水力和污染负荷的冲击；可产生环境效益和景观价值。

附图说明

图1为根据本发明实施例的用于处理含抗生素废水的人工湿地***的结构示意图。

图中：1、布水区，2、第一基质区，3、第二基质区，4、第三基质区，5、出水区，6、美人蕉，7、污水来源，8、鹅卵石。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

如图1所示，一种用于处理含抗生素废水的人工湿地***装置，其包括布水区1、基质区和出水区5，所述布水区1和出水区5分别设置在所述基质区的两侧，布水区1与基质区之间设置进水挡板，基质区与出水区5之间设置出水挡板，所述基质区为分层结构，分为上、中、下三层，形成分层结构利于水流均匀。具体地，所述基质区包括第一基质区2、第二基质区3和第三基质区4，第一基质区2、第二基质区3、第三基质区4由上至下依次设置。其中，基质区内种植美人蕉6植被。各基质区分层叠加形成反应器，所述反应器的总高等于第一基质区2的高度、第二基质区3的高度以及第三基质区4的高度之和。其中，所述布水区1的高度与第一基质区2的高度相等，所述布水区1的长度等于反应器的宽度，所述布水区2的宽度为布水区的长度的一半。

现有人工湿地***在应用过程中普遍存在沟流、短流、“死区”的现象，降低了人工湿地基质内部的水力特征，造成基质利用率低下，进而限制了人工湿地***的应用效果。本发明从人工湿地***的布水区、出水区、基质区的设置，基质区的三层结构设置，各结构之间的长、高、宽比例、基质区厚度的优化，提高了人工湿地基质内部的水力特性。

在本实施例分层结构中的第三基质区4中还设置有曝气管(图中未示出)，每隔20厘米有一个曝气孔，这样的设置更利于***防堵塞，不会出现水流未经过中间填料就直接从表层流入出水口位置的现象，带走抗生素等污染物。曝气管的设置使流场分布更加均匀，提高了去除抗生素的效果。

在人工湿地***中，植被是其重要的组成部分，美人蕉生命力顽强，适应于人工湿地***环境生存，本实施例中采用美人蕉作为植被，并采用适宜其根系生长发展的基质结构、填料，使其对人工湿地***的水力特性起到有利影响，并在本人工湿地***的结构设置下有效去除废水中抗生素，去除效果明显高于现有技术中以美人蕉为植被的人工湿地***。

本实施例人工湿地***栽种美人蕉前后，人工湿地***中的示踪试验对比发现，分层填充结构的人工湿地***能够提高水力特性，有效减少短流通道及“死区”的存在，改善***水力效率；单层填充结构人工湿地***的存在较多的短流通道和“死区”，基质利用率低下，无植物时其有效体积比为49％，远低于合理级配分层填充方式的有效体积比87％。

进一步，所述进水挡板和出水挡板均采用三角堰溢流形式。进水挡板与设置在反应器第一基质区2与布水区1之间，出水挡板设置在反应器第一基质区2与出水区5之间，所述进水挡板的高度和所述出水挡板的高度均设置5cm-8cm之间。进水挡板采用三角堰溢流形式起到了缓冲作用，避免水流冲击对基质层造成破坏，出水挡板采用三角堰溢流形式也可达到缓冲作用，防止基质层随水流流失。

进一步，本发明人工湿地***为水平潜流人工湿地，其中第一基质区2、第二基质区3、第三基质区4选用不同粒径的石英砂作为填料，美人蕉6种植于第一基质区2的上表面，即上层石英砂中，种植间隔在20±3cm；第一基质区2的粒径范围为0.2-0.4mm，第二基质区3的粒径范围为0.4-0.6mm，第三基质区4的粒径范围是0.9-2.0mm。有利于本发明人工湿地***中美人蕉根系在填料孔隙中的填充程度利于提高本人工湿地***的水力传导率。

优选地，各基质层的渗透系数从上到下依次为26md^-1、36m^-1和64md^-1，此分层结构形成均匀流场，提高***处理效果。

优选地，所述布水区1和所述出水区5内均设置鹅卵石8，通过所述鹅卵石8对进水进行缓冲，以免反应器受到极大冲击；所述反应器可以作为一个***，称为反应器***。所述出水区5设置鹅卵石8同样是减缓冲击作用，同时通过鹅卵石8对出水进行过滤。优选地，所述鹅卵石8的直径为3-5cm，更进一步地，所述鹅卵石8的直径为4cm。

对本发明用于处理含抗生素废水的人工湿地***废水处理效果的检测：

对***进水端污水来源7的进水水质进行检测，废水中总有机碳TOC 120mg/L，总氮TN 30mg/L，总磷TP 6mg/L；对出水端的处理后水质进行检测后计算得出，本发明人工湿地***对总有机碳、总氮、总磷的去除率分别为88.7％，94.1％和98.4％。经过分析比较可得，采用如本发明的结构的人工湿地***对常规污染物的去除能力普遍较高。

经对本发明人工湿地***净化效果的检测，从进水端到出水端，污染物浓度表现为：进水端浓度＝中间取样口浓度/80％＝出水端浓度/90％，可见污染物沿程浓度呈逐渐递减，从各种常规污染物沿程浓度变化规律来看，***净化方式以水平推流式降解为主，而且分层均匀流畅，有很好的去除效果。本发明人工湿地***的分层结构形成的均匀流场对抗生素的去除效果起决定性作用，对比未分层湿地***，其对喹诺酮类、磺胺类、四环素类三类抗生素的处理效果好。更进一步地，该***对喹诺酮类、磺胺类、四环素类三类抗生素来说，磺胺类抗生素的处理效果最高，达到95％以上，而现有技术中未见处理效果能达到90％以上。

将现有技术以美人蕉作为植被但不同于本发明分层结构的人工湿地***作为对比例，与本实施例人工湿地***从进水端引入同样的污水进行处理，收集出水端出水并进行检测，对比例去除抗生素不足90％，而本实施例去除抗生素达到98％。

将现有技术以芦苇、茭草、香蒲、旱伞竹、皇竹草、藨草、水葱、水莎草、纸莎草等挺水植物作为植被、采用本发明同样的分层结构及填料作为对比例，与本实施例人工湿地***从进水端引入同样的污水进行处理，收集出水端出水并进行检测，各对比例去除抗生素最佳效果可达到92-95％，普遍仍低于本实施例98％以上的去除率。

本发明装置，结构简单，成本低，能耗小，不仅有很好的脱氮除磷效果，对含磺胺类抗生素的畜禽废水处理效果更佳，例如在屠宰场，不仅能够处理含磺胺类抗生素废水，同时能够提升此***的景观价值。

各个示例通过本发明的解释的方式提供而非限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行修改和变型。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可用于另一个实施例，以产生又一个实施例。因此，所期望的是，本发明包含归入所附权利要求及其等同物的范围内的此类修改和变型。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。本发明中使用的术语“相连”、“连接”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间部件间接相连；可以是有线电连接、无线电连接，也可以是无线通信信号连接，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

Claims (9)

1.一种用于处理含抗生素废水的人工湿地***，其特征在于，包括布水区、基质区和出水区，所述布水区和出水区分别设置在所述基质区的两侧，进水区与基质区之间设置进水挡板，基质区与出水区之间设置出水挡板，所述基质区为分层结构，分别为第一基质区、第二基质区和第三基质区，所述第一基质区、第二基质区、第三基质区由上至下依次设置；所述布水区和所述出水区内均设置鹅卵石；所述基质区内种植美人蕉植被。

2.如权利要求1所述的用于处理含抗生素废水的人工湿地***，其特征在于，各基质区分层叠加形成反应器，所述反应器的总高等于第一基质区的高度、第二基质区的高度以及第三基质区的高度之和。

3.如权利要求2所述的用于处理含抗生素废水的人工湿地***，其特征在于，所述布水区的高度与第一基质区的高度相等，所述布水区的长度等于反应器的宽度，所述布水区的宽度为布水区的长度的一半。

4.如权利要求3所述的用于处理含抗生素废水的人工湿地***，其特征在于，所述进水挡板和出水挡板均采用三角堰溢流形式。

5.如权利要求4所述的用于处理含抗生素废水的人工湿地***，其特征在于，所述进水挡板与设置在反应器第一基质区与布水区之间，所述出水挡板设置早反应器第一质质区与出水区之间，所述进水挡板的高度和所述出水挡板的高度均设置5cm-8cm之间。

6.根据权利要求5所述的用于处理含抗生素废水的人工湿地***，其特征在于，所述人工湿地***为水平潜流人工湿地，其中第一基质区、第二基质区、第三基质区选用不同粒径的石英砂作填料。

7.根据权利要求6所述的用于处理含抗生素废水的人工湿地***，其特征在于，所述第一基质区的粒径范围为0.2-0.4mm；所述第二基质区的粒径范围为0.4-0.6mm；所述第三基质区的粒径范围是0.9-2.0mm。

8.根据权利要求7所述的用于处理含抗生素废水的人工湿地***，其特征在于，所述第一基质区、第二基质区、第三基质区的渗透系数依次为26md^-1、36m^-1和64md^-1。

9.根据权利要求8所述的用于处理含抗生素废水的人工湿地***，其特征在于，美人蕉种植于第一基质区的上表面，即上层石英砂中，种植间隔在20±3cm。

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