一种处理难降解有机废水的多级潮汐流湿地系统及方法

摘要

本发明属于废水处理技术，具体涉及一种处理难降解有机废水的多级潮汐流湿地系统及方法。该系统是由自动进出水控制系统和多级潮汐流湿地构成的污水处理系统。本发明处理方法使得湿地内部不断地形成厌氧-好氧环境，充分发挥厌氧和好氧微生物对有机污染物的共代谢降解功能，使得难降解污染物的去除量大大提高，强化湿地处理效果。

说明书

技术领域

本发明属于废水处理技术，具体涉及一种处理难降解有机废水的多级潮 汐流湿地系统及方法。

背景技术

处理难降解有机废水是目前国内外废水处理界公认的难题。这类废水包 括石化/油类废水、焦化废水、制药废水、化工废水等行业性废水，废水中 有机污染物浓度较高，可生化性差。为了解决难降解废水处理这一类难题， 多年来国内外学者进行了许多污水处理技术研究。在各种污水处理技术中， 模拟生态系统原理而建成的污染治理技术即人工湿地处理技术因为它具有 无污染、可充分循环利用自然资源、处理效率高等优点，在污水处理中得 到各国的青睐。

潮汐流人工湿地是近年来由伯明翰大学研究并提出的一种人工湿地，在 潮汐流人工湿地中，对湿地床体交替进行充水和排干操作。在污水流入床 体的过程中，床体中的空气逐渐被挤出和消耗，床体基质逐渐被淹没。当 污水完全充满床体后就进行排水，在这个过程中，大气中的新鲜空气被带 入床内。通过这种交替的进出水和空气运动，使湿地内部不断形成好氧-厌 氧过程，从而实现并强化污染物的去除。SunGuang-zhi等及ZhaoYa-qian 等研究发现，潮汐流人工湿地对氧的高利用率能促进有机物的降解，从而 实现污染物的去除。虽然潮汐流人工湿地对污染物的去除逐渐成为研究热 点，但对于应用潮汐流湿地处理难降解有机废水的研究还比较少，而且湿 地系统处理污染物负荷量较大时会导致湿地床体淤积堵塞。

发明内容

本发明目的在于提供一种处理难降解有机废水的多级潮汐流湿地系统 及方法。

为实现上述目的，本发明采用技术方案为：

一种处理难降解有机废水的多级潮汐流湿地系统，该系统是由自动进 出水控制系统和多级潮汐流湿地构成的污水处理系统。

进一步的说，蓄水池1通过导管与多级潮汐流湿地的进水管13相连， 液位计6插入于湿地床体8内，蓄水池1与湿地床体8之间的导管上设置 有电池阀7，电池阀7与液位计6分别与控制箱5相连。

电池阀7与液位计6分别与控制箱5相连作为自动控制系统，控制箱 包括PLC和计时器，系统通过PLC控制器控制电池阀的开闭、液位计控制 湿地水位、计时器控制湿地充水和排干时间。

所述多级潮汐流湿地是由多个子单元湿地串联组成(可由3个子单元 湿地组成)，每个子单元湿地包括湿地床体8、填料12和湿地植物9，子单 元湿地前端和后端有布水区10和集水区11，前端布水区布置有进水管13， 集水区底部设出水管14。

所述多个子单元湿地串联组成的多级潮汐流湿地呈阶梯构造，相邻的 两个子单元湿地的梯度差为50cm。

所述子单元湿地中湿地床体从布水区到集水区成1-2％的向下坡度，集 水区底部设置多根出水管，所有的出水管在池体外汇集到一根水平集水管， 布水区布置有总进水管13和多根分进水管。

所述填料为土壤、碎石和粗砂、土壤和碎石或土壤和粗砂三种组合形 式，湿地植物为芦苇。

所述布水区和集水区中填埋16-24mm卵石。

一种利用难降解有机废水多级潮汐流湿地处理系统进行废水处理的方 法：

(1)先将污水在蓄水池内通过重力作用沉淀其中的悬浮物，同时通过 池内厌氧微生物作用分解废水中的难降解有机物；

(2)然后将污水均匀分布进入多级潮汐流湿地，利用厌氧、好氧微生 物共同作用降解废水中的难降解有机污染物；

(3)利用多级潮汐流湿地对污水进行处理，最后处理后的水自多级潮 汐流湿地末端排出。

所述的湿地子单元的进出水水量和时间均由自动进出水控制系统控 制；所述的湿地废水处理方法包括充水和排干两个阶段，充水时间为2-3 天，排干时间为3-4天，使湿地水体间歇性地处于厌氧-好氧环境。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明遵照废水中难降解有机污染物的转化降解规律，基于时间 序列周期性的对湿地进行充水和排干，营造多级厌氧-好氧环境，即将多级 潮汐流湿地串联，使有机废水不断的经过厌氧-好氧环境，充分利用厌氧、 好氧微生物的共同降解作用，进而实现难降解有机污染物的高效去除。

(2)本发明污水中难降解有机污染物在湿地充水状态下被湿地厌氧微 生物降解为小分子有机污染物、CH₄或CO₂；当污水流出后，湿地床体内的有 机污染物被好氧微生物降解；当污水进入下一级湿地后，剩余的有机污染 物继续被厌氧和好氧微生物降解；经过多级湿地处理后，污水中污染物被 彻底去除，并在池体内无残留。

(3)本发明污水处理系统投资低，可处理高浓度难降解有机废水，具 有较高环境效益和生态效益。

附图说明

图1为本发明实施例提供的多级潮汐流湿地系统剖面图。

图2为本发明实施例提供的多级潮汐流子单元湿地俯视图。

图3为本发明实施例提供的潮汐流湿地子单元湿地剖面图

其中，1.蓄水池，2.一级潮汐流湿地，3.二级潮汐流湿地，4.三级潮汐流 湿地，5.控制箱，6.液位计，7.电池阀，8.湿地床体，9.湿地植物，10.布 水区，11.集水区，12.填料，13.进水管，14.出水管。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述。

实施例1

一种难降解有机废水的多级潮汐流湿地处理系统，如图1所示，包括蓄 水池1、一级潮汐流湿地2、二级潮汐流湿地3和三级潮汐流湿地4，各级 潮汐流湿地进出水及充水和排干时间均由自动进出水控制系统控制。污水 经蓄水池1沉淀后依次进入一级潮汐流湿地2、二级潮汐流湿地3和三级潮 汐流湿地4，最后排出。

蓄水池1内安装有潜水泵，潜水泵与湿地进水管13连接。

多级潮汐流湿地是由3个子单元湿地串联组成，包括一级潮汐流湿地2、 二级潮汐流湿地3和三级潮汐流湿地4，该设计将湿地整体处理的污染负荷 分散化。三个湿地单元湿地构造相同，匀由湿地床体8、填料12和湿地植 物9构成。

湿地床体底部进行防渗处理，并构筑1-2％的坡度，由进水向出水方向 下降。分别在床体前端和后端设置0.8m宽的布水区10和集水区11，并在 其中填埋粒径16-24mm的卵石。在湿地床体内填料为土壤、碎石和粗砂、 土壤和碎石或土壤和粗砂三种组合形式，湿地顶部种植芦苇，依靠湿地微 生物和植物共同作用去除污水中的难降解有机污染物。

湿地前端进水管13包括总进水管和多根分进水管，使得进水均匀分布 到湿地中；湿地后端出水管14包括有多根分出水管和总集水管，所有分出 水管的水集中到总集水管中排出。

自动进出水控制系统由控制箱5、液位计6、电池阀7构成，控制箱内 含有PLC和计时器。

废水的处理过程如下：

废水进入蓄水池1后，通过重力作用沉淀废水中的悬浮物，同时通过 池内厌氧微生物作用分解废水中的难降解有机物；然后通过潜水泵将废水 经湿地进水管13泵入一级潮汐流湿地2，当湿地水位达到一定高度后，水 位计将信号传导给控制箱5，控制箱5通过控制系统关闭潜水泵及电磁阀， 一级潮汐流湿地进水完毕，同时计时器开始计时；湿地充水时间为2-3天 后，一级潮汐流湿地2后端电磁阀打开，计时器关闭，经一级潮汐流湿地2 处理后的废水进入二级潮汐流湿地3；当一级潮汐流湿地2内废水排空后， 计时器打开开始计时，一级潮汐流湿地后端电磁阀关闭；一级潮汐流湿地 排干3-4天后，计时器关闭，一级潮汐流湿地2前端电磁阀及蓄水池内水 泵打开，开始进水；在一级潮汐流湿地2进水的同时，二级潮汐流湿地3 后端电磁阀打开，二级潮汐流湿地3充水时间为3-4天，经二级潮汐流湿 地处理后的废水进入三级潮汐流湿地4；二级潮汐流湿地3内废水排空后， 二级潮汐流湿地3进入湿地排空阶段，湿地排空时间为2-3天；废水进入 三级潮汐流湿地4后，停留时间为2-3天后排出。废水在湿地填料、植物 和微生物三者形成的复合生态系统协同作用下得到净化处理，同时在处理 过程中，湿地床体处于干-湿交替状态，厌氧和好氧微生物充分发挥协同作 用，使湿地床体中截留的污染物有效去除。

实施例2

本实施例供试废水为辽河油田曙光采油厂采油废水。水质监测结果表 明，废水中石油烃平均含量为21.72mg/L，CODcr平均含量为431.45mg/L， BOD₅平均含量为25.42mg/L，BOD₅与CODcr的比值为0.06，表明废水中生物 难降解成分很高。

采用上述系统，废水经蓄水池沉淀后，分别进入一级潮汐流湿地、二级 潮汐流湿地和三级潮汐流湿地，三个子单元湿地运行模式如下：一级潮汐 流湿地充水2天、排干3天；二级潮汐流湿地充水3天、排干2天；三级 潮汐流湿地充水2天、排干三天；按照湿地运行模式，分别采集蓄水池、 一级潮汐流湿地、二级潮汐流湿地和三级潮汐流湿地出水，同时采集各湿 地基质(包括排水后和排干后即下一次充水前)，测定出水中石油烃、CODcr 和基质中石油烃含量，测定结果见表1和表2。从表中可以看出经多级潮汐 流湿地处理后废水中石油烃和CODcr的去除率可达到85.3％和91.1％，截留 在湿地床体中的石油烃经排干空床期后去除率达到77％以上，说明多级潮汐 流湿地可有效去除难降解采油废水中的石油烃类污染物。

表1采油废水经多级潮汐流湿地系统处理后石油烃和CODcr平均含量变化

表2多级潮汐流湿地系统排空处理前后基质中石油烃含量变化(第1个循环)