耦合零价铁复合垂直流人工湿地

摘要

一种耦合零价铁复合垂直流人工湿地，包括池体，所述池体由隔板分隔为下行池和上行池，下行池顶部设置有进水管，上行池顶部设置有出水管，下行池内和上行池内均装有填料并种植有挺水植物，下行池内的填料由上至下依次为砂层、红壤层、零价铁层和基质层，上行池内的填料由下至上依次为基质层、零价铁层、红壤层和砂层，下行池内的基质层底部和上行池内的基质层底部相互贯通，形成水流通道。

说明书

技术领域

本发明属于污水处理系统，特别涉及一种复合垂直流人工湿地污水处理系统。

背景技术

人工湿地污水处理系统是20世纪70年代发展起来的一种污水处理系统，通常分为垂直流潜流式人工湿地、水平流潜流式人工湿地和沟渠型人工湿地。人工湿地主要是由填料层(填料层通常有砂层、红壤层和基质层)、植物和微生物三大部分组成，在一个湿地系统中，三者都能对污水中的污染物起到去除作用。人工湿地通过物理沉淀、过滤作用去除废水中的悬浮物(SS)；利用微生物吸附和代谢作用去除废水中的BOD和COD，利用生物脱氮及植物吸收方法去除废水中的N、P元素。其具体作用机理：

(1)湿地填料层的作用：在人工湿地系统中，水中颗粒迁移到填料颗粒表面时，在范德华力和静电力作用下以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力作用下，被粘附于填料颗粒上，也可能因为存在絮凝颗粒的架桥作用而被吸附。此外，由于湿地床体长时间处于浸水状态，床体很多区域内的填料形成土壤胶体，土壤胶体本身具有极大的吸附性能，也能够截留和吸附进水中的悬浮颗粒。

(2)湿地植物的作用：人工湿地根据主要植物优势种的不同，被分为浮水植物人工湿地，浮叶植物人工湿地，挺水植物人工湿地，沉水植物人工湿地等不同类型。湿地中的植物对于湿地净化污水的作用能起到极重要的影响。首先，湿地植物具有分解和转化有机物和其他物质的能力。植物通过吸收同化作用，能直接从污水中吸收可利用的营养物质，如水体中的N和P等。水中的铵盐、硝酸盐以及磷酸盐都能通过这种作用被植物体吸收，最后通过被收割而离开水体。其次，植物的根系能吸附和富集重金属类有毒有害物质。

(3)微生物的分解作用：湿地系统中的，好氧微生物通过呼吸作用，将废水中的有机物分解成为二氧化碳和水，厌氧细菌将有机物质分解成二氧化碳和甲烷，硝化细菌将铵盐硝化，反硝化细菌将硝态氮还原成氮气。

人工湿地具有建造和运行费用便宜、易于操作和维护等优点，但是现有的人工湿地不能有效地分解转化废水中的抗生素、芳香类、有机睛类等有毒有害且难降解的有机污染物。

因此，需要对现有人工湿地进行改进，增强其对废水中有毒有害难降解有机污染物的降解效率，以便开发出一种经济高效的新型人工湿地系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种耦合零价铁复合垂直流人工湿地，以增强人工湿地系统对污水中有毒难降解污染物的分解转化能力，促进污水的深度处理和安全回用。

本发明的技术方案：在现有垂直流人工湿地的填料层中增加零价铁层，并将所述零价铁层置于红壤层与基质层之间。

本发明所述耦合零价铁复合垂直流人工湿地，包括池体，所述池体由隔板分隔为下行池和上行池，下行池顶部设置有进水管，上行池顶部设置有出水管，下行池内和上行池内均装有填料并种植有挺水植物，下行池内的填料由上至下依次为砂层、红壤层、零价铁层和基质层，上行池内的填料由下至上依次为基质层、零价铁层、红壤层和砂层，下行池内的基质层底部和上行池内的基质层底部相互贯通，形成水流通道。

本发明所述耦合零价铁复合垂直流人工湿地，在进水水力负荷为0.1～0.35m³/(m²·d)的条件下运行，被处理废水通过下行池顶部的进水管进入下行池，经下行池内的砂层、红壤层、零价铁层和基质层进入上行池底部，再经上行池内的基质层、零价铁层、红壤层和砂层后从上行池顶部的排水管排出，实现对废水的处理。所述进水管接进水系统，所述出水管接出水系统。

本发明所述耦合零价铁复合垂直流人工湿地，其下行池、上行池内的各填料层组成和厚度如下：

所述零价铁层由含铁量至少为90％、粒径为1～5mm的零价铁颗粒组成，厚度为10～50cm。所述零价铁为海绵铁、铁屑、铁刨花中的一种。

所述砂层由粒径为1～3mm的石英砂组成，厚度为20～40cm。

所述红壤层由南方红壤组成，厚度为20～30cm。

所述基质层由粒径为5～20mm的沸石、砾石、卵石、火山岩、石灰石中的至少一种组成，厚度为15～35cm。

本发明所述耦合零价铁复合垂直流人工湿地中的零价铁层能有效地分解转化废水中抗生素、芳香类、有机睛类等有毒有害且难降解污染物，其降解中间产物可被挺水植物及其根系表面的生物膜、以及存在于其它填料层的微生物、矿物进一步吸附、同化和异化，因此，是一种新型的污水处理系统，特别适合对含有毒难降解污染物的工业废水及养殖废水进行深度处理。

本发明具有以下有益效果：

1、由于本发明所述人工湿地的下行池和上行池内的填料中增加了零价铁层，并将所述零价铁层置于红壤层与基质层之间，因此不仅能分解转化废水中的有毒难降解有机污染物，而且能将零价铁分解转化生成的小分子有机物彻底矿化降解，与现有人工湿地相比，有效增强了对污水中有毒难降解污染物的分解转化能力。

2、本发明所述人工湿地的填料易于获取，制作工序简单，因而便于推广使用。

附图说明

图1是本发明所述耦合零价铁复合垂直流人工湿地的结构示意图。

图中，1-池体；2-进水管；3-挺水植物；4-砂层；5-红壤层；6-零价铁层；7-基质层；8-出水管；9-隔板。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所述耦合零价铁复合垂直流人工湿地的结构和对废水的处理作进一步说明。

实施例1

本实施例中，耦合零价铁复合垂直流人工湿地的结构如图1所示，由池体1，隔板9、填料、挺水植物3、进水管2和出水管8组成。所述池体1和隔板9用混凝土制作，隔板9位于池体中，将池体分隔为下行池和上行池；下行池顶部设置有进水管2，上行池顶部设置有出水管8，所述进水管与进水系统连接，所述出水管与出水系统连接；下行池内的填料由上至下依次为砂层4、红壤层5、零价铁层6和基质层7，砂层4由粒径为1～3mm的石英砂组成，厚度为20cm，红壤层5由南方红壤组成，厚度为30cm，零价铁层6由含铁量为98％、粒径为1～3mm的海绵铁颗粒组成，厚度为10cm，基质层7由粒径为10～20mm的卵石组成，厚度为35cm；上行池内的填料由下至上依次为基质层7、零价铁层6、红壤层5和砂层4，所述基质层7、零价铁层6、红壤层5和砂层的组成和厚度与下行池相同；挺水植物3为芦苇，种植在下行池内和上行池内；下行池内的基质层底部和上行池内的基质层底部相互贯通，形成水流通道。

用本实施例所述耦合零价铁复合垂直流人工湿地用于深度处理我国某养猪场经厌氧-好氧生物处理系统处理后的出水，该废水的COD值为80-120mg/L，总氮(TN)值为30～80mg/L，总磷(TP)值为30～70mg/L，重金属总浓度(Zn、Pb、Cu、Ni和Cr)0.1～0.3mg/L，兽用抗生素总浓度0.4～1.0mg/L。将被处理的废水经进水系统、进水管2输入耦合零价铁复合垂直流人工湿地的下行池，经下行池内的砂层4、红壤层5、零价铁层6和基质层7进入上行池底部，再经上行池内的基质层7、零价铁层6、红壤层5和砂层4后从上行池顶部的排水管8排出。在进水水力负荷为0.25m³/(m²·d)的条件下，连续处理该废水180天的过程中，废水中的COD、TN、TP、重金属总浓度和兽用抗生素总浓度的去除率分别高达85％、81％、97％、100％和100％。

实施例2

本实施例中，耦合零价铁复合垂直流人工湿地的结构如图1所示，由池体1，隔板9、填料、挺水植物3、进水管2和出水管8组成。所述池体1和隔板9用混凝土制作，隔板9位于池体中，将池体分隔为下行池和上行池；下行池顶部设置有进水管2，上行池顶部设置有出水管8，所述进水管与进水系统连接，所述出水管与出水系统连接；下行池内的填料由上至下依次为砂层4、红壤层5、零价铁层6和基质层7，砂层4由粒径为1～3mm的石英砂组成，厚度为40cm，红壤层5由南方红壤组成，厚度为20cm，零价铁层6由含铁量为98％、粒径为2～5mm的铁屑组成，厚度为50cm，基质层7由粒径为5～20mm的沸石和砾石组成，厚度为15cm；上行池内的填料由下至上依次为基质层7、零价铁层6、红壤层5和砂层4，所述基质层7、零价铁层6、红壤层5、砂层4的组成和厚度与下行池相同；挺水植物3为香蒲，种植在下行池内和上行池内；下行池内的基质层底部和上行池内的基质层底部相互贯通，形成水流通道。

用本实施例所述耦合零价铁复合垂直流人工湿地深度处理2-氰基乙醚浓度为2mg/L的模拟废水，将被处理的废水经进水系统、进水管2输入耦合零价铁复合垂直流人工湿地的下行池，经下行池内的砂层4、红壤层5、零价铁层6和基质层7进入上行池底部，再经上行池内的基质层7、零价铁层6、红壤层5和砂层4后从上行池顶部的排水管8排出。在进水水力负荷为0.3m³/(m²·d)的条件下，连续处理该模拟废水150天的过程中，所处理后的出水中均未检出2-氰基乙醚，表明本发明所述耦合零价铁复合垂直流人工湿地能够有效的去除模拟废水中的2-氰基乙醚。