公布日：2022.04.08
申请日：2021.12.17
分类号：C02F3/32(2006.01)I;C02F3/30(2006.01)I
摘要
本发明公开了一种用于污水厂尾水高效脱氮的混合净化系统，包括生物滤池强化预处理区、作物型人工湿地核心净化区和河道净化器污染物削减区；生物滤池强化预处理区设置有三级生物滤池，作物型人工湿地核心净化区包括采用复合潜流构筑的人工湿地，人工湿地由下行池和上行池组成，且自下而上依次铺设导水层、过渡层、第一填料层、第二填料层、覆盖层和表层，并通过输水渠进行布水；表层上种植有作物；河道净化器污染削减区包括设置于河道与支浜汇入口处的浮动湿地、设置于河道中部的沉水植物区以及设置于河道两侧坡岸上的挺水浮叶植物区。本发明的混合净化系统，能够在维护生态功能的同时加强对氮的去除，并提供一定的经济效益。
权利要求书
1.一种用于污水厂尾水高效脱氮的混合净化系统，其特征在于，包括生物滤池强化预处理区、作物型人工湿地核心净化区和河道净化器污染物削减区；所述生物滤池强化预处理区设置有三级生物滤池，用于对污水厂的尾水进行生物脱氮；所述作物型人工湿地核心净化区包括采用复合潜流构筑的人工湿地，所述人工湿地由下行池和上行池组成，且自下而上依次铺设表层、覆盖层、第一填料层、第二填料层、过渡层和导水层，覆盖层并通过输水渠进行布水；所述表层上种植有作物；所述人工湿地分别连接有进水渠与出水渠；所述河道净化器污染削减区包括设置于河道与支浜汇入口处的浮动湿地、设置于河道中部的沉水植物区以及设置于河道两侧坡岸上的挺水浮叶植物区。
2.根据权利要求1所述的一种用于污水厂尾水高效脱氮的混合净化系统，其特征在于，所述三级生物滤池中，第一级生物滤池为硝化滤池，所述硝化滤池的滤料为陶粒，粒径为4-9mm；投加的硝化菌包括硝化球菌和硝化杆菌；所述硝化滤池中布置的单孔膜空气扩散器数量≥36个/m2。
3.根据权利要求1所述的一种用于污水厂尾水高效脱氮的混合净化系统，其特征在于，所述三级生物滤池中，第二级和第三级生物滤池均为反硝化滤池，所述反硝化滤池的滤料为聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯中的一种或多种，粒径为3-10mm；投加的反硝化菌包括反硝化杆菌、斯氏杆菌和萤气极毛杆菌。
4.根据权利要求1所述的一种用于污水厂尾水高效脱氮的混合净化系统，其特征在于，所述作物型人工湿地核心净化区中，表层、覆盖层、过渡层以及导水层均选用砾石作为基质，第一填料层选用陶粒作为基质，第二填料层选用沸石作为基质。
5.根据权利要求1所述的一种用于污水厂尾水高效脱氮的混合净化系统，其特征在于，所述作物型人工湿地核心净化区中，种植的作物包括芦苇、香蒲、水葱、茭白、水稻和水芹中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种用于污水厂尾水高效脱氮的混合净化系统，其特征在于，所述作物型人工湿地核心净化区中，人工湿地被划分为多个单元，每个单元均配有输水渠进行布水；相邻布水穿孔管的间距不大于每个单元池宽的10％，且≤1m，集水穿孔管的孔径为20-30mm。
7.根据权利要求1所述的一种用于污水厂尾水高效脱氮的混合净化系统，其特征在于，所述浮动湿地分为上、中、下3层结构，其中，上层区域为水生植物区，种植水生经济植物；中层区域为水生动物区，笼养滤食性水生动物贝类；下层区域为人工介质区，悬挂兼具软性及半软性特征的人工介质，以富集微生物、形成高效生物膜净化区；所述人工介质的底部悬挂有重物以保持其处于竖直状态。
8.根据权利要求1所述的一种用于污水厂尾水高效脱氮的混合净化系统，其特征在于，所述沉水植物包括轮叶黑藻、穗状狐尾藻、苦草、菹草和金鱼藻，所述挺水植物包括蒲、芦苇，所述浮叶植物包括睡莲。
9.一种污水厂尾水高效脱氮的净化方法，其特征在于，采用权利要求1-8任一项所述的混合净化系统，并包括以下步骤：S1.将污水厂尾水通入到生物滤池强化预处理区，通过三级生物滤池进行脱氮处理；S2.将经三级生物滤池处理后的污水由进水渠通入到所述人工湿地，水流下行，依次流经表层、覆盖层、第二填料层、第一填料层、过渡层和导水层，经过填料吸附后，通过出水渠排出；S3.将所述出水渠排出的污水由支浜汇入到河道中，通过设置于支浜汇入口处的浮动湿地拦截消减汇入河道的污染物；进入河道后，通过种植的沉水植物、挺水植物和/或浮叶植物对污水进一步净化。
10.根据权利要求9所述的一种污水厂尾水高效脱氮的净化方法，其特征在于，经过生物滤池强化预处理区、作物型人工湿地核心净化区和河道净化器污染物削减区处理后，污水的脱氮率达80％以上。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于污水厂尾水高效脱氮的混合净化系统，替代传统人工湿地来净化水质，能够在维护生态功能的同时加强对氮的去除，并提供一定的经济效益。
具体的，本发明提供了如下的技术方案：
本发明提供了一种用于污水厂尾水高效脱氮的混合净化系统，包括生物滤池强化预处理区、作物型人工湿地核心净化区和河道净化器污染物削减区；
所述生物滤池强化预处理区设置有三级生物滤池，用于对污水厂的尾水进行生物脱氮；
所述作物型人工湿地核心净化区包括采用复合潜流构筑的人工湿地，所述人工湿地由下行池和上行池组成，且自下而上依次铺设导水层、过渡层、第一填料层、第二填料层、覆盖层和表层，并通过输水渠进行布水；所述表层上种植有作物；所述人工湿地分别连接有进水渠与出水渠；
所述河道净化器污染削减区包括设置于河道与支浜汇入口处的浮动湿地、设置于河道中部的沉水植物区以及设置于河道两侧坡岸上的挺水浮叶植物区。
本发明采用混合净化工艺，利用高效微生物滤池，即通过固定化微生物技术，对污水厂尾水中的总氮(TN)进一步处理后，再进入湿地，通过作物型人工湿地形成的生态系统对TN进行深度去除，最后再利用河道净化器以提升尾水水质，实现削减尾水的污染物和周边农业污染从而有效控制其他污染源，利用处理后的尾水对周边河道进行补水，增加水体流动性。
三级生物滤池是指将高效微生物和固定化技术相结合，创造厌氧-兼氧-好氧集成微环境，形成的有利于脱氮菌群的微环境，选择性筛选脱氮优势菌，并将其固定于比表面大、生物相容性好、亲水性强和机械性能优良的高分子载体，可使高活性脱氮菌成为优势菌群，提高微生物对游离氨毒性的耐受性，促进同步硝化反硝化，解决生物脱氮的技术难题。
本发明中，生物滤池强化预处理区设有三级生物滤池，促进同步硝化反硝化，强化生物脱氮。其中，第一级生物滤池(硝化滤池)采用曝气生物滤池，曝气机放置在风机房中，通过管道，将空气送入到第一级生物滤池中。硝化滤池中，单孔膜空气扩散器布置数不宜小于36个/m2。硝化滤池出水中溶解氧宜为3-4mg/L，单个曝气通气量宜为0.2-0.3m3/h。
进一步地，硝化滤池的滤料为陶粒，粒径为4-9mm；投加的硝化菌包括硝化球菌和硝化杆菌。
本发明中，第二级和第三级生物滤池均为反硝化滤池，所述反硝化滤池的滤料为轻质滤料，包括但不限于聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯中的一种或多种，粒径为3-10mm；投加的反硝化菌包括反硝化杆菌、斯氏杆菌和萤气极毛杆菌。
本发明中，作物型人工湿地的填料表面和植物根系上由于大量微生物的生长而形成深生物膜。废水流经生物膜时，大量的氮磷等污染物被填料和植物根系阻挡截留，有机污染物则通过生物膜的吸收、同化及异化作用而去除。湿地系统中因植物根系对氧的传递释放，使其周围的环境中出现好氧、缺氧、厌氧的状态，保证了废水中的氮磷不仅能通过植物和微生物作为营养吸收，而且还可以通过消化、反硝化等异化作用将其去除。
进一步地，所述作物型人工湿地核心净化区中，表层、覆盖层、过渡层以及导水层均选用砾石作为基质，第一填料层选用陶粒作为基质，第二填料层选用沸石作为基质。其中，砾石作为作物型人工湿地主要的基质，具有使用寿命长，不易堵塞等优点；沸石吸附能力强，价格低廉，对COD和氮素去除效果较好；陶粒吸附性能优良，化学成分稳定且对环境友好，易于再生，价格低廉。
进一步地，所述作物型人工湿地核心净化区中，种植的作物包括芦苇、香蒲、水葱、茭白、水稻和水芹等经济作物。
进一步地，所述作物型人工湿地核心净化区中，人工湿地布置要相对集中，便于管理。人工湿地优选地被划分为多个单元，划分时可依据地形地势将各湿地单元设计成矩形，各单元尺寸与结构基本一致。每个单元均配有输水渠进行布水；相邻布水穿孔管的间距不大于每个单元池宽的10％，且≤1m，集水穿孔管的孔径为20-30mm。
进一步地，冬季时将植物割倒之后，用植物覆盖在作物型人工湿地表面，以进行湿地的保温。
本发明中，河道净化器相当于表面流人工湿地，其中支浜汇入口处设置的浮动湿地可拦截消减汇入河道的污染物；而在河道底部及坡岸种植的不同种的沉水植物、挺水/浮叶植物，可进一步地进行生物脱氮，达到净化水质的目的。
进一步地，所述浮动湿地分为上、中、下3层结构，其中，上层区域为水生植物区，种植水生经济植物。中层区域为水生动物区，笼养滤食性水生动物贝类，利用贝类的滤食作用去除污染物，并通过贝类的消化作用大幅度提高有机污染物的生物可降解性。下层区域为人工介质区，悬挂兼具软性及半软性特征的人工介质，大量富集微生物，形成高效生物膜净化区。优选的，在所述人工介质的底部悬挂有重物，以克服水的浮力，尽量保证其处于竖直状态。
进一步地，所述人工介质包括聚苯乙烯发泡板、PVC及竹质材料等。
进一步地，污水通过作物型人工湿地核心净化区后，水体处于缺氧状态。通过沉水植物的光合作用，为水体增加氧含量。沉水植物优选为能够兼顾冬季和夏季的植物，以轮叶黑藻、穗状狐尾藻、苦草、菹草等为主，同时搭配金鱼藻等植物，形成沉水植物群落。
进一步地，通过挺水及浮叶植物，创造兼氧的环境，进一步去除水中的污染物。所述挺水植物优选为能够兼顾冬季和夏季的植物，主要以香蒲、芦苇、睡莲为主，同时辅以少量的其它植物，水生植物群落，丰富景观层次。
本发明还提供了一种污水厂尾水高效脱氮的净化方法，其采用所述的混合净化系统，并包括以下步骤：
S1.将污水厂尾水通入到生物滤池强化预处理区，通过三级生物滤池进行脱氮处理；
S2.将经三级生物滤池处理后的污水由进水渠通入到所述人工湿地，水流下行，依次流经表层、覆盖层、第二填料层、第一填料层、过渡层和导水层，经过填料吸附后，通过出水渠排出；
S3.将所述出水渠排出的污水由支浜汇入到河道中，通过设置于支浜汇入口处的浮动湿地拦截消减汇入河道的污染物；进入河道后，通过种植的沉水植物、挺水植物和/或浮叶植物对污水进一步净化。
本发明步骤S2中，在进水浓度较低的条件下，作物型人工湿地对TN的去除率可达30％-75％；步骤S3中，河道净化器对TN的去除率可达30％-60％。
进一步地，经过生物滤池强化预处理区、作物型人工湿地核心净化区和河道净化器污染物削减区处理后，污水的脱氮率达80％以上。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
1.本发明区别于传统的人工湿地，将其分为高效生物滤池强化预处理区，作物型人工湿地核心净化区和河道净化器污染物削减区；高效生物滤池强化预处理区通过固定化微生物技术，对污水处理厂尾水进行进一步的处理后，再进入湿地，确保湿地系统的安全；作物型人工湿地核心净化区可进一步对前期预处理单元后的出水进行反硝化脱氮，降低污水中总氮的含量；河道净化器污染物削减区通过前端拦截，中端沉水植物富氧区和末端挺水浮叶净化区，在河道底部设计为高低起伏适合种植不同种的挺水与沉水植物，净化水质；在支浜汇入处设置多重组合型浮动湿地，拦截消减汇入河道的污染物。
2.本发明利用高效生物滤池、作物型人工湿地及河道净化器多段式混合净化工艺用于污水厂尾水中高效脱氮，脱氮率可达80％以上，具有的一定的生态价值与经济效益。
（发明人：安树青;朱正杰;傅海峰;张轩波;史新星）
