乡镇生活污水人工湿地处理系统

中国污水处理工程网时间：2018-1-23 15:05:51

　　申请日2016.09.26

　　公开(公告)日2017.02.01

　　IPC分类号C02F3/32

　　摘要

　　本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种乡镇生活污水人工湿地处理系统。该乡镇生活污水人工湿地处理系统包括自上而下依次设置的复合栽植土层、除重金属材料层、麦饭石层、除COD材料层、砾石层、精度除磷纳米材料层以及鹅卵石层，其中，所述复合栽植土层包括30～40wt%的多功能纳米复合材料和60～70wt%的栽植土。本发明所提供的人工湿地用于乡镇生活污水处理，COD去除率≥95%，SS去除率≥93%，重金属去除率≥96%，磷和氮的去除率在95%以上，配合前级简单预处理措施，出水绝大部分指标可以稳定达到一级A标准，磷污染物的指标优于一级A标准。

　　权利要求书

　　1.一种乡镇生活污水人工湿地处理系统，其特征在于，包括自上而下依次设置的复合栽植土层(1)、除重金属材料层(5)、麦饭石层(2)、除COD材料层(6)、砾石层(3)、精度除磷纳米材料层(7)以及鹅卵石层(4)，其中，所述复合栽植土层(1)包括30～40wt%的多功能纳米复合材料和60～70wt%的栽植土。

　　2.根据权利要求1所述的乡镇生活污水人工湿地处理系统，其特征在于，所述多功能纳米复合材料包括以下重量份的各组分：除COD材料20～30份，除重金属材料5～10份，除氨氮材料10～20份，除总氮材料10～20份，除总磷材料15～20份。

　　3.根据权利要求2所述的乡镇生活污水人工湿地处理系统，其特征在于，所述除总氮材料的制备方法包括以下步骤：

　　1)将原材料投入混炼机中，先干混10～20分钟、再加入所述原材料40～60wt%的水一起混炼10～30分钟，得到泥块，其中，所述原材料包括以下重量百分含量的各组分：云长黏土10～20%，萍乡黄土30～45%，石英5～15%，高岭土10～15%，木炭粉10～30%，甲基纤维素2～5%;

　　2)将步骤1)得到的泥块挤出成型得到粒径为3～12毫米的颗粒;

　　3)将步骤2)得到的颗粒在干燥窑中烘干至含水率小于等于3%，得到干燥颗粒;

　　4)将步骤3)得到的干燥颗粒经过1.5～2.5小时升温至烧成温度1050～1200℃烧制0.5～1.5小时，风冷得到待活化颗粒;

　　5)将步骤4)得到的待活化颗粒用2～4wt%的硝酸在100～130度条件下浸泡4～6小时进行活化，活化后进行干燥，得到所述除总氮材料。

　　4.根据权利要求3所述的乡镇生活污水人工湿地处理系统，其特征在于，所述原材料中：

　　云长黏土的粒径为200到325目;萍乡黄土的粒径为200到325目;石英的粒径为200到325目;高岭土的粒径为200到325目;木炭粉的粒径为3000到3500目;甲基纤维素的粒径为200到325目。

　　5.根据权利要求1所述的乡镇生活污水人工湿地处理系统，其特征在于，所述精度除磷纳米材料层由精度除磷纳米材料制成，所述精度除磷纳米材料的制备方法包括以下步骤：

　　1)将20～50份的蒙脱石、30～60份的膨润土和10～30份的活性白土投入到高速混料机中混合，得到干混料;

　　2)将18～22%的醋酸钙溶液与步骤1)得到的干混料按照0.2～0.4：1的质量比进行湿混，湿混后练泥，得到泥块;

　　3)将步骤2)得到的泥块挤出成型成颗粒;

　　4)将步骤3)得到的颗粒在干燥窑中烘干，得到干燥成型品;

　　5)将步骤4)得到的干燥成型品经过0.5～1.5小时升温至烧成温度700～850℃烧制0.5～1.5小时，得到精度除磷纳米材料。

　　6.根据权利要求5所述的乡镇生活污水人工湿地处理系统，其特征在于：

　　步骤1)中：蒙脱石的细度在5微米以下，纯度在98%以上;膨润土的细度在10微米以下，纯度在95%以上;活性白土的细度在8微米以下，纯度在95%以上;

　　步骤2)中，练泥时间为20～30分钟;

　　步骤3)中，颗粒的粒径为3～12毫米;

　　步骤4)中，干燥成型品的含水率低于8%。

　　7.根据权利要求2所述的乡镇生活污水人工湿地处理系统，其特征在于：

　　除COD材料选自SAMMNS-CT03纳米陶瓷材料、SAMMNS-CT06纳米陶瓷材料或SAMMNS-CT016纳米陶瓷材料中的任意一种;

　　除重金属材料选自SAMMNS-MW200、SAMMNS-MWX01-R3或SAMMNS-MWHg01-P200中的任意一种;

　　除氨氮材料为SAMMNS-NH1陶瓷纳米材料;

　　除总磷材料选自中国专利201410726467.4所提供的去除废水中总磷的多孔材料。

　　8.根据权利要求1所述的乡镇生活污水人工湿地处理系统，其特征在于：

　　所述复合栽植土层(1)的厚度为25～35cm;

　　所述除重金属材料层(5)的厚度为4～6cm，除重金属材料为粒径为3～8mm的颗粒;

　　所述麦饭石层(2)的厚度为18～22cm，麦饭石为粒径为5～10mm的颗粒;

　　所述除COD材料层(6)的厚度为9～11cm，除COD材料为粒径为5～10mm的颗粒;

　　所述砾石层(3)的厚度为9～11cm，砾石为粒径为10～20mm的颗粒;

　　所述精度除磷纳米材料层(7)的厚度为9～11cm，精度除磷纳米材料为粒径为5～10mm的颗粒;

　　所述鹅卵石层(4)为厚度为25～35cm，鹅卵石为粒径为40～80mm的颗粒。

　　说明书

　　一种乡镇生活污水人工湿地处理系统

　　技术领域

　　本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种乡镇生活污水人工湿地处理系统。

　　背景技术

　　近年来，随着我国乡镇经济水平的发展，乡镇生活污水污染物浓度与排放总量逐年增加，传统人工湿地采用单一栽植土与普通人工基质，针对污水中污染物，特别是重金属与氮磷污染物，已经难以取得较好的处理效果，出水重金属超标会导致严重的土壤污染，甚至转移到农业作物中，危害人体健康;出水氮磷超标会造成水体富营养化，最终导致水体黑臭。土壤重金属污染与水体黑臭是我国目前亟待解决的环境难题之一。

　　人工湿地在污水处理中，是一种投资少、运行费用低的技术，近年来被广泛应用于乡镇生活污水与黑臭水体治理当中。人工湿地去除污染因子主要依靠栽植土、人工基质、植物和微生物的物理、化学、生物三重协同作用。因此，在设计构建人工湿地时，对于栽培土的选择与人工基质的合理搭配就显得尤为重要。

　　中国专利201510390125.4公开了一种农村生活污水人工湿地系统及净化方，但其整体结构、功能层的设置以及材料的配制导致水处理的综合效果一般。同类其他的专利在整体效果上也有一定的局限。

　　发明内容

　　为解决现有技术的不足，本发明提供了一种乡镇生活污水人工湿地处理系统。该系统解决了传统人工湿地对污水中重金属和氮磷污染物去除效果较差且受季节影响不稳定的技术问题，还为增强湿地微生物与植物活性、减少淤堵改善透水透气性能、提升出水透明度提供了解决方案。

　　本发明所提供的技术方案如下：

　　一种乡镇生活污水人工湿地处理系统，包括自上而下依次设置的复合栽植土层、除重金属材料层、麦饭石层、除COD材料层、砾石层、精度除磷纳米材料层以及鹅卵石层，其中，所述复合栽植土层包括30～40wt%的多功能纳米复合材料和60～70wt%的栽植土。

　　具体的，所述多功能纳米复合材料包括以下重量份的各组分：除COD材料20～30份，除重金属材料5～10份，除氨氮材料10～20份，除总氮材料10～20份，除总磷材料15～20份。

　　优选的，各材料均为颗粒材料。

　　具体的，所述除总氮材料的制备方法包括以下步骤：

　　2)将步骤1)得到的泥块挤出成型得到粒径为3～12毫米的颗粒;

　　3)将步骤2)得到的颗粒在干燥窑中烘干至含水率小于等于3%，得到干燥颗粒;

　　4)将步骤3)得到的干燥颗粒经过1.5～2.5小时升温至烧成温度1050～1200℃烧制0.5～1.5小时，风冷得到待活化颗粒;

　　5)将步骤4)得到的待活化颗粒用2～4wt%的硝酸在100～130度条件下浸泡4～6小时进行活化，活化后进行干燥，得到所述除总氮材料。

　　优选的，所述原材料中：

　　具体的，所述精度除磷纳米材料层由精度除磷纳米材料制成，所述精度除磷纳米材料的制备方法包括以下步骤：

　　1)将20～50份的蒙脱石、30～60份的膨润土和10～30份的活性白土投入到高速混料机中混合，得到干混料;

　　2)将18～22%的醋酸钙溶液与步骤1)得到的干混料按照0.2～0.4：1的质量比进行湿混，湿混后练泥，得到泥块;

　　3)将步骤2)得到的泥块挤出成型成颗粒;

　　4)将步骤3)得到的颗粒在干燥窑中烘干，得到干燥成型品;

　　5)将步骤4)得到的干燥成型品经过0.5～1.5小时升温至烧成温度700～850℃烧制0.5～1.5小时，得到精度除磷纳米材料。

　　优选的：

　　步骤1)中：蒙脱石的细度在5微米以下，纯度在98%以上;膨润土的细度在10微米以下，纯度在95%以上;活性白土的细度在8微米以下，纯度在95%以上;

　　步骤2)中，练泥时间为20～30分钟;

　　步骤3)中，颗粒的粒径为3～12毫米;

　　步骤4)中，干燥成型品的含水率低于8%。

　　优选的：

　　除COD材料选自由格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-CT03纳米陶瓷材料、SAMMNS-CT06纳米陶瓷材料或SAMMNS-CT016纳米陶瓷材料中的任意一种;

　　除重金属材料选自由格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-MW200、SAMMNS-MWX01-R3或SAMMNS-MWHg01-P200中的任意一种;

　　除氨氮材料为格丰环保科技有限公司生产所提供的SAMMNS-NH1陶瓷纳米材料;

　　除总磷材料选自中国专利201410726467.4所提供的去除废水中总磷的多孔材料。

　　具体的：

　　所述复合栽植土层的厚度为25～35cm;

　　所述除重金属材料层的厚度为4～6cm，除重金属材料为粒径为3～8mm，的颗粒;

　　所述麦饭石层的厚度为18～22cm，麦饭石为粒径为5～10mm的颗粒;

　　所述除COD材料层的厚度为9～11cm，除COD材料为粒径为5～10mm的颗粒;

　　所述砾石层的厚度为9～11cm，砾石为粒径为10～20mm的颗粒;

　　所述精度除磷纳米材料层的厚度为9～11cm，精度除磷纳米材料为粒径为5～10mm的颗粒;

　　所述鹅卵石层为厚度为25～35cm，鹅卵石为粒径为40～80mm的颗粒。

　　本发明所提供的乡镇生活污水人工湿地处理系统中的复合栽植土以多功能纳米复合材料核心，投加入良好土壤，根据来水污染物浓度不同，采用粒径范围1.0-25mm不等、投加量从0.001-0.01kg/kg土壤不等，经过充分的搅拌混合均匀，覆盖在表层。可适用于水平潜流人工湿地和垂直流人工湿地类型。

　　本发明所提供的乡镇生活污水人工湿地处理系统中的复合基质以多种功能纳米材料为核心，与麦饭石、砾石、鹅卵石按顺序依次形成的多层结构。其中，各功能纳米材料采用粒径范围从1.0-10mm不等，均匀平铺分布在麦饭石、砾石、鹅卵石层中间。

　　本发明采用复合栽植土与复合基质构成的人工湿地结构，具有以下优点：

　　1、在经过筛选的栽植土中均匀掺入不同粒径的该多功能纳米改性材料，有效提高土壤透水透气性能，防止板结，能够长期给植物提供水分与养分，促进植物健康生长;

　　2、针对来水中的重金属与氮磷污染物进行高效吸附，特别是运行初期，维持湿地生态环境的稳定性;

　　3、作为高亲和性的生物载体，该材料表面附着大量高活性生物膜，对来水波动有着很强的适应性;

　　4、材料含有大量动植物生长的必备微量元素，能够为湿地动植物在生长初期提供充足养分;

　　5、材料针对重金属与氮磷污染因子的强化去除效果不受季节影响，运行稳定。

　　6、材料丰富的孔隙率能够大量吸附有机物等污染因子，并通过微生物与植物的分解再生活化;

　　7、材料均匀分布在多层传统基质中，形成的复合结构能够有效避免底层淤堵同时提升出水透明度;

　　8、特有结构改善底层基质透水透气性能，减少臭水臭气产生并促进其分解;

　　9、对剩余含磷特别是溶解态的磷进行高精度吸附，解决传统人工湿地的缺陷，保障消除点源富营养化风险;

　　本发明的人工湿地处理系统，上部的复合栽植土能够满足绝大部分水生植物根系生长，下部的复合基质通过不同材料与粒径的合理搭配，在具有良好水力条件的同时，还具有较高的强度和抗压性能。该人工湿地用于乡镇生活污水处理，COD去除率≥95%，SS去除率≥93%，重金属去除率≥96%，磷和氮的去除率在95%以上，配合前级简单预处理措施，出水绝大部分指标可以稳定达到一级A标准，磷污染物的指标优于一级A标准。