一种基于人工湿地的持久性有机污染物去除系统

摘要

本发明涉及一种基于人工湿地的持久性有机污染物去除系统。其技术方案为：所述格栅池(2)的出水口与循环泵(5)的进水口和第一筒式电解罐(6)的下部进水口分别相通，循环泵(5)的出水口通过循流管道(4)与第一筒式电解罐(6)、第二筒式电解罐(7)和第三筒式电解罐(8)的底部分别相通；所述第一筒式电解罐(6)通过第二筒式电解罐(7)和第三筒式电解罐(8)与潜流式人工湿地上部一侧相通，所述潜流式人工湿地另一侧的底部设有排水口(12)。所述潜流式人工湿地从上层到下层依次设有砂土层(16)、生物陶粒层(10)和砾石层(9)，潜流式人工湿地的上方设有太阳能板(18)。本发明具有成本较低、工艺简单、环境友好和去除率高的特点，适用于持久性有机污染物的去除。

说明书

技术领域

本发明属于持久性有机污染物去除系统技术领域。具体涉及一种基于人工湿地的持久性有机污染物去除系统。

背景技术

随着工业技术的发展以及人民生活水平的提高，生活污水和工业废水的过度排放使得环境的污染情况越来越严重。在工业废水和生活污水中有机污染物所占比例较大，其中持久性有机污染物最难以去除；去除持久性有机污染物一般的处理方法有：氧化法(向水体中投入化学氧化剂或者通入臭氧)、沉淀法(加入适当的无机盐使其与之形成络合物沉淀，过滤去除)、微生物分解法和活性炭吸附法。上述处理方法效率低、成本高和易产生二次污染。

持久性有机污染物可以在生物体内富集通过食物链影响人类的健康；还会在自然界中长期存在，从而对环境造成持续性的影响。在多数情形下，水体中的持久性有机污染物具有如下特点：

(1)浓度低。经生物法处理后的工业废水与生活污水中，均有少量的持久性有机污染物质存在。另外，随着水体污染程度加剧以及某些废水处理工序产生的二次污染，如混凝与沉淀、加氯消毒等，导致地下水与饮用水中也含有微量的持久性有机污染物质。

(2)毒性大。尽管持久性有机污染物在水体中含量较低，但对人类与生物带来的危害极大，是典型的“三致”物质，需设法有效去除。

(3)难治理。由于持久性有机污染物绝大多数是人工合成的异生物源有机物质，分子量大，结构复杂，很难通过生物方法将其有效去除。而一般的废水处理方法，如高级氧化工艺中的化学氧化法，虽然可以将难降解的有机污染物转化为小分子的中间产物，但总有机碳(TOC)降低却很困难，即有机污染物不易全部转化为CO₂。

人工湿地技术是人为地在有一定长宽比和底面坡度的洼地上用土壤和填料(如砾石等)混合组成填料床，使污水在床体的填料缝隙中流动或在床体表面流动，并在床体表面种植具有性能好、成活率高、抗水性强、生长周期长、美观及具有经济价值的水生植物(如芦苇，蒲草等)形成一个独特的动植物生态体系。由于其成本低廉、有效防止环境再污染、运行工艺简单，同时可以改善生物生存环境、美化景观环境，因此在社会生产实践中得到了广泛应用。人工湿地技术去除持久性有机污染物的原理是利用附着在植物根部和颈部的一些微生物菌种来降解。但是微生物菌种降解持久性有机污染物的能力不高并且高浓度的有机污染物会限制微生物菌种的生存和生长，从而影响到整个净化系统的降解能力。

发明内容

本发明旨在克服现有技术的缺陷，目的是提供一种成本较低、工艺简单、环境友好、电化学能耗低、难降解有机物去除率高的基于人工湿地的持久性有机污染物去除系统。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：所述去除系统包括格栅池、第一筒式电解罐、第二筒式电解罐、第三筒式电解罐和潜流式人工湿地。

格栅池的进水口与污水相通，所述格栅池的出水口与循环泵的进水口和第一筒式电解罐的下部进水口分别相通，循环泵的出水口通过循流管道与第一筒式电解罐、第二筒式电解罐和第三筒式电解罐的底部分别相通。所述第一筒式电解罐的上部出水口与第二筒式电解罐的上部进水口相通，所述第二筒式电解罐的下部出水口与第三筒式电解罐的下部进水口相通，所述第三筒式电解罐的上部出水口与潜流式人工湿地上部一侧的进水口相通；所述潜流式人工湿地另一侧的底部设有排水口，所述排水口与排水管相通。所述潜流式人工湿地的上方设有太阳能板，所述太阳能板与电控箱电连接。

所述潜流式人工湿地的深度为2.5~3m，长度为6~10m，宽度为5~8m；潜流式人工湿地从上层到下层依次设有砂土层、生物陶粒层和砾石层，砂土层︰生物陶粒层︰砾石层的高度比为1︰(2~3)︰(2~2.5)，所述潜流式人工湿地的外层设有防渗层；砂土层种植有湿地植物，生物陶粒层内设有曝气管，曝气管的右端通过风管与鼓风机相连，曝气管的左端与潜流式人工湿地左边的距离为60~80cm。

所述第一筒式电解罐、第二筒式电解罐和第三筒式电解罐结构相同，均由顶盖、筒体和工作电极组成；所述顶盖通过螺栓同中心地固定在筒体的上端，筒体上部的一侧设有上出水口或上进水口，筒体下部的另一侧对应地设有下进水口或下出水口，筒体的底部中心处设有底部进水口；紧贴筒体内壁对称地固定有固定板，固定板的下表面位于进水口的上方，固定板的上表面固定有工作电极。

所述工作电极由阴极、阳极、上固定塞、下固定塞、正极导电棒和负极导电棒组成。上固定塞和下固定塞间嵌装有阴极和阳极，阳极位于上固定塞和下固定塞的中心位置处，4个阴极中心对称设置，阴极与阳极间的距离为5~10cm；安装在上固定塞的正极导电棒和负极导电棒的高度为4~7cm，正极导电棒和负极导电棒与阳极和阴极对应连接。

所述的格栅池焊接有格栅。

所述持久性有机污染物为多氯代二苯并－对－二噁英、多氯代二苯并呋喃、艾氏剂、氯丹、滴滴涕、狄氏剂、异狄氏剂、七氯、灭蚁灵、毒杀芬、六氯苯和多氯联苯中的一种以上。

所述砂土层、生物陶粒层和砾石层依次填充有土壤与砂砾的混合物、生物陶粒和砾石。

所述曝气管上开有2排曝气孔，一排曝气孔的孔口朝下，另一排曝气孔的孔口朝上，曝气孔的直径为5~8cm，每排曝气孔的孔距为7cm。

所述固定板的中心线与筒体的径向方向相同，固定板沿筒体径向方向的长度与筒体内壁的半径比为1︰(1.3~1.5)，固定板的宽度︰筒体内壁的半径比为1︰(2.5~3.0)。

所述正极导电棒和负极导电棒间的中心距为5~10cm，所述正极导电棒和负极导电棒的直径为2~4cm。

所述阳极为圆柱体，直径为10~15cm，高度为0.8~1m，所述阳极的材质为金属钛渗碳材料。

所述的阴极为圆柱体，直径为5~10cm，高度为0.8~1m；所述阴极的材质为石墨。

所述上固定塞的直径与筒体的直径比为1︰(1.4~1.6)，厚度为8~10cm，上固定塞均匀地设有小孔，小孔的直径为2~3cm，上固定塞的材质为云母-橡胶材料；所述上固定塞与下固定塞相同。

由于采用上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下积极效果：

1.本发明所采用格栅池与第一筒式电解罐、第二筒式电解罐和第三筒式电解罐为预处理系统，格栅池能有效地去除水中体积较大的漂浮物，第一筒式电解罐、第二筒式电解罐和第三筒式电解罐中的工作电极将持久性有机污染物电化学氧化处理至可生物降解的水平，提高了处理能力。

本发明中的电极阳极和电极阴极可以再生重复使用，降低了制造成本，且处理过程中无需添加任何氧化剂，减少了二次污染；本发明在工作过程中，可以将潜流式人工湿地上部的进水阀关闭，使污水通过循环泵经循流管道再次进入第一筒式电解罐、第二筒式电解罐和第三筒式电解罐中进行循环电解，显著提高了处理效率。

2.本发明的潜流式人工湿地的生物陶粒层采用生物陶粒填充，生物陶粒具有强度大、孔隙率大、比表面积大、化学稳定性好、密度适宜和生物附着性强等特点，能附着生长大量微生物，另通过曝气管对生物陶粒层进行曝气，增加氧气含量，提高微生物的活性，提高了对持久性有机污染物的去除效率。

潜流式人工湿地能滞留与分解污水中的颗粒状有机污染物，显著增加潜流式人工湿地系统中微生物的数量，能高效去除污水中的有机物。

3.本发明将电化学氧化技术与人工湿地技术进行有机结合，将持久性有机污染物先通过电化学氧化技术处理至可生物降解的水平，再由潜流式人工湿地对污水中的持久性有机污染物进行深度去除，增强了去除持久性有机污染物的能力。

4.本发明设置的太阳能板将太阳能转化为电能，通过电控箱为本去除系统提供所需动力，节省能源。

因此，本发明具有成本较低、工艺简单、环境友好、电化学能耗低、去除率高的特点，适用于持久性有机污染物的去除。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图；

图2是图1中筒式电解罐6的结构放大示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述，并非对其保护范围的限制：

实施例1

一种基于人工湿地的持久性有机污染物去除系统。所述去除系统如图1所示，包括格栅池2、第一筒式电解罐6、第二筒式电解罐7、第三筒式电解罐8和潜流式人工湿地。

如图1所示，格栅池2的进水口1与污水相通，所述格栅池2的出水口与循环泵5的进水口和第一筒式电解罐6的下部进水口分别相通，循环泵5的出水口通过循流管道4与第一筒式电解罐6、第二筒式电解罐7和第三筒式电解罐8的底部分别相通。所述第一筒式电解罐6的上部出水口与第二筒式电解罐7的上部进水口相通，所述第二筒式电解罐7的下部出水口与第三筒式电解罐8的下部进水口相通，所述第三筒式电解罐8的上部出水口与潜流式人工湿地上部一侧的进水口相通；所述潜流式人工湿地另一侧的底部设有排水口12，所述排水口12与排水管相通。所述潜流式人工湿地的上方设有太阳能板18，所述太阳能板18与电控箱17电连接。

如图1所示，所述潜流式人工湿地的深度为2.5~2.8m，长度为6~9m，宽度为5~7m；潜流式人工湿地从上层到下层依次设有砂土层16、生物陶粒层10和砾石层9，砂土层16︰生物陶粒层10︰砾石层9的高度比为1︰(2~2.5)︰(2~2.3)，所述潜流式人工湿地的外层设有防渗层11；砂土层16种植有湿地植物19，生物陶粒层10内设有曝气管15，曝气管15的右端通过风管14与鼓风机13相连，曝气管15的左端与潜流式人工湿地左边的距离为60~80cm。

所述第一筒式电解罐6、第二筒式电解罐7和第三筒式电解罐8结构相同，如图1和2所示，均由顶盖23、筒体21和工作电极20组成。所述顶盖23通过螺栓同中心地固定在筒体21的上端，筒体21上部的一侧设有上出水口或上进水口，筒体21下部的另一侧对应地设有下进水口或下出水口，筒体21的底部中心处设有底部进水口；紧贴筒体21内壁对称地固定有固定板30，固定板30的下表面位于进水口的上方，固定板30的上表面固定有工作电极20。

如图1和图2所示，所述工作电极20由阴极27、阳极28、上固定塞26、下固定塞29、正极导电棒22和负极导电棒24组成。上固定塞26和下固定塞29间嵌装有阴极27和阳极28，阳极28位于上固定塞26和下固定塞29的中心位置处，4个阴极27中心对称设置，阴极27与阳极28间的距离为5~8cm；安装在上固定塞26的正极导电棒22和负极导电棒24的高度为4~6cm，正极导电棒22和负极导电棒24与阳极28和阴极27对应连接。

如图1所示，所述的格栅池2焊接有格栅3。

如图1所示，所述曝气管15上开有2排曝气孔，一排曝气孔的孔口朝下，另一排曝气孔的孔口朝上，曝气孔的直径为5~8cm，每排曝气孔的孔距为7cm。

如图2所示，所述正极导电棒22和负极导电棒24间的中心距为5~8cm，所述正极导电棒22和负极导电棒24的直径为2~3cm。

如图2所示，所述阳极28为圆柱体，直径为10~13cm，高度为0.8~0.9m，所述阳极28的材质为金属钛渗碳材料。

如图2所示，所述的阴极27为圆柱体，直径为5~8cm，高度为0.8~0.9m；所述阴极27的材质为石墨。

如图2所示，所述上固定塞26的直径与筒体21的直径比为1︰(1.4~1.5)，厚度为8~10cm，上固定塞26均匀地设有小孔25，小孔25的直径为2~3cm，上固定塞26的材质为云母-橡胶材料；所述上固定塞26与下固定塞29相同。

如图1所示，所述砂土层16、生物陶粒层10和砾石层9依次填充有土壤与砂砾的混合物、生物陶粒和砾石。

如图2所示，所述固定板30的中心线与筒体21的径向方向相同，固定板30沿筒体21径向方向的长度与筒体21内壁的半径比为1︰(1.3~1.4)，固定板30的宽度︰筒体21内壁的半径比为1︰(2.5~2.8)。

本实施例所述持久性有机污染物为多氯代二苯并－对－二噁英、多氯代二苯并呋喃、艾氏剂、氯丹、滴滴涕、狄氏剂、异狄氏剂、七氯、灭蚁灵、毒杀芬、六氯苯和多氯联苯中的一种以上。

实施例2

一种基于人工湿地的持久性有机污染物去除系统。除下述技术参数外，其余同实施例1：

所述潜流式人工湿地的深度为2.7~3m，长度为7~10m，宽度为6~8m；

砂土层16︰生物陶粒层10︰砾石层9的高度比为1︰(2.5~3)︰(2.2~2.5)；

阴极27与阳极28间的距离为7~10cm；安装在上固定塞26的正极导电棒22和负极导电棒24的高度为5~7cm；

所述正极导电棒22和负极导电棒24间的中心距为7~10cm，所述正极导电棒22和负极导电棒24的直径为3~4cm；

所述阳极28为圆柱体，直径为12~15cm，高度为0.9~1m；

所述的阴极27为圆柱体，直径为7~10cm，高度为0.9~1m；

所述上固定塞26的直径与筒体21的直径比为1︰(1.5~1.6)；

固定板30沿筒体21径向方向的长度与筒体21内壁的半径比为1︰(1.4~1.5)，固定板30的宽度︰筒体21内壁的半径比为1︰(2.7~3.0)。

本具体实施方式与现有技术相比具有如下积极效果：

1.本具体实施方式所采用格栅池2与第一筒式电解罐6、第二筒式电解罐7和第三筒式电解罐8为预处理系统，格栅池2能有效地去除水中体积较大的漂浮物，第一筒式电解罐6、第二筒式电解罐7和第三筒式电解罐8中的工作电极20将持久性有机污染物经电化学氧化处理至可生物降解的水平，提高了处理能力。

本具体实施方式中的电极阳极28和电极阴极27可以再生重复使用，降低了制造成本，且处理过程中无需添加任何氧化剂，减少了二次污染；本具体实施方式在工作过程中，可以将潜流式人工湿地上部的进水阀关闭，使污水通过循环泵5经循流管道4再次进入第一筒式电解罐6、第二筒式电解罐7和第三筒式电解罐8中进行循环电解，显著提高了处理效率。

2.本具体实施方式的潜流式人工湿地的生物陶粒层10采用生物陶粒填充，生物陶粒具有强度大、孔隙率大、比表面积大、化学稳定性好、密度适宜和生物附着性强等特点，能附着生长大量微生物，另通过曝气管15对生物陶粒层10进行曝气，增加氧气含量，提高微生物的活性，提高了对持久性有机污染物的去除效率。

潜流式人工湿地能滞留与分解污水中的颗粒状有机污染物，显著增加潜流式人工湿地系统中微生物的数量，能高效去除污水中的有机物。

3.本具体实施方式将电化学氧化技术与人工湿地技术进行有机结合，将持久性有机污染物先通过电化学氧化技术处理至可生物降解的水平，再由潜流式人工湿地对污水中的持久性有机污染物进行深度去除，增强了去除持久性有机污染物的能力。

4.本具体实施方式设置的太阳能板18将太阳能转化为电能，通过电控箱17为本去除系统提供所需动力，节省能源。

因此，本具体实施方式具有成本较低、工艺简单、环境友好、电化学能耗低和去除率高的特点，适用于持久性有机污染物的去除。