用于污水处理厂尾水深度净化的自养型防堵塞人工湿地

摘要

本发明涉及一种用于污水处理厂尾水深度净化的自养型防堵塞人工湿地，包括从上到下依次设置的净水植物、集水区、核心功能化填料基质区、鹅卵石层、布水排泥区，布水排泥区包括穿孔支撑板、多斗型V型集泥槽、支撑柱，湿地底部固定支撑柱，支撑穿孔支撑板；多斗型V型集泥槽下部用大块鹅卵石填充；穿孔支撑板上部设有核心功能化填料基质区，其底部由鹅卵石层保证进水均匀，核心功能化填料基质区上部种植净化植物，排水管布置在集水区内，收集处理后的尾水排出湿地。该人工湿地能够解决现有污水处理厂尾水NO3‑N浓度较高、磷浓度需要进一步降低、自养型湿地在实际工程长期运行中基质严重板结、系统堵塞等问题。

说明书

技术领域

本发明属于废水深度处理技术领域，具体涉及一种针对污水处理厂尾水深度净化的自养型防堵塞人工湿地。

背景技术

近年来，随着我国社会经济的迅速发展和城镇化程度的不断提高，污水排放量居高不下，但由于水处理技术的限制，城市生活污水经过污水厂处理后氮、磷等水质指标往往不能满足国家规定的提质的《地表水环境质量标准》，将污水处理厂尾水直接排入河流湖泊将会造成严重的水体富营养化，藻类爆发，也进一步危害了水环境安全。因此，对于污水处理厂尾水，亟需进行进一步深入处理，降低环境风险，如何除去污水处理厂尾水中的氮磷等营养元素已成为当前我国水处理面临的重大问题。

传统的处理工艺虽然可以实现高效脱氮除磷，但却存在处理成本高，维护费用高，环境风险大等不足。人工湿地工艺以其建设费用低、运行成本低、处理量大、耐水力冲击以及良好的环境效益成为近年来研究的热点。此外，人工湿地技术具有的良好生态效应和一定的经济效应，同时没有传统处理工艺的大量污泥处理问题，成为污水厂尾水深度处理的首要技术选择。

传统人工湿地系统中潜流湿地对TN的去除效率一般在30％～40％左右，表面流系统(低负荷)处理效率在50％以上，污水厂尾水C/N≤2，异养反硝化很难进行培养，导致脱氮效率较低，为了提高效率，可通过向其中添加玉米芯颗粒或者甲醇、乙醇等有机物，以此来提高脱氮效率。但势必会造成成本高，并且投加量过多很容易会对整个系统出水水质造成二次污染。若投加固相碳则可能会造成整个湿地系统堵塞、出水浊度上升等问题。

自养反硝化相比于异养反硝化而言，具有处理水力负荷大、效率高、产污泥量低、并且其优势菌种受温度影响小等特点，很适合污水深度处理。在自养反硝化体系中，根据电子供体的不同，通常将其分为两大类：一、以氢基为电子供体的氢自养反硝化技术；二、以硫磺(S)等为电子供体的硫自养反硝化技术。在氢自养反硝化技术中，氢气(H

申请号为201510067571.1的专利公开了一种提高污水处理厂尾水脱氮除磷效果并避免生物堵塞的潜流湿地系统，包括依次设置的配水区、净化区及集水区，配水区连接进水管，集水区连接出水管，净化区中按水流方向从前至后依次放置硫磺石灰石混合基质、砾石基质及沸石基质。与其他技术相比，其将潜流湿地与硫自养反硝化相结合，脱除进水中的硝酸盐，同时利用混合基质中的石灰石，实现对进水中磷酸盐的去除。但是，石灰石的应用可能会增加出水的硬度，湿地中硫磺颗粒随着反应进行不断消耗补充比较困难，且硫磺颗粒较低的比表面积不利于微生物的附着与传质作用，且脱氮效果不易控制。

申请号为201710371963.6的专利公开了一种缓释电子供体及应用其进行污水深度脱氮的方法。所述的缓释电子供体包括由菱铁矿和硫磺以体积比1:10～5:1组成的复合物。通过优选，将菱铁矿和硫磺各自研磨成直径为0.1～0.5mm的颗粒，混合均匀使用，并且添加了诸如微孔空心球等作为生物滤池填料。但是，如果将菱铁矿和硫磺直接应用于人工湿地中可能会造成出水的SO

发明内容

本发明的目的主要在于针对现有污水处理厂尾水NO

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

用于污水处理厂尾水深度净化的自养型防堵塞人工湿地，包括从上到下依次设置的净水植物、集水区、核心功能化填料基质区、鹅卵石层、布水排泥区，所述布水排泥区包括穿孔支撑板、通道、多斗型V型集泥槽、支撑柱，进水管布置到所述布水排泥区内，在湿地底部固定支撑柱，所述支撑柱支撑穿孔支撑板，穿孔支撑板上布置通道；多斗型V型集泥槽下部用大块鹅卵石填充，形成鹅卵沙石填充区，多斗型V型集泥槽连接有排泥管；穿孔支撑板上部设有核心功能化填料基质区，该核心功能化填料基质区底部由鹅卵石层保证进水均匀，所述核心功能化填料基质区包括菱铁矿、陶粒、聚合氯化铝残渣复合填料，核心功能化填料基质区上部种植净化植物，排水管布置在集水区内，收集处理后的尾水排出湿地。

优选的，所述核心功能化填料基质区内的菱铁矿、陶粒、聚合氯化铝残渣复合填料的体积比为1:1:0.5，混合的基质的粒径为2-4cm，水力停留时间为2-6h。

优选的，所述多斗型V型集泥槽的坡度i＝0.05-0.07。

优选的，所述净水植物采用芦苇、水蓼、沼生柳叶菜、西伯利亚鸢尾、粉绿狐尾藻中的一种或几种。

优选的，该湿地进水中加入相对于NO

优选的，所述聚合氯化铝残渣复合填料是由聚合氯化铝残渣、矿渣硅酸盐水泥、膨润土等组成免烧填料，具体为：矿渣硅酸盐水泥40～50份，聚合氯化铝残渣45～55份，膨润土7～9份，按固体原料和水的重量比1:0.4-0.7混匀后，由球压机压制而成2～4cm的饼状小球聚合氯化铝残渣复合填料。

优选的，湿地在启动前先将污水处理厂厌氧池污泥加入到自养反硝化微生物富集培养液中，培养7d后接种到湿地系统中。进一步，所述培养液各组分含量：Na

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明在常规人工湿地对尾水中NO

2、本发明结合自养反硝化创新性的采用菱铁矿协同硫代硫酸钠作为自养反硝化的主要原料，自制聚合氯化铝残渣复合填料作为强化原料，并在小试实验的基础上处理某污水处理厂尾水，在满足地表水相关标准和经济的基础上，提供了硫代硫酸钠的最适添加量。

3、本发明首次将自制的聚合氯化铝残渣复合填料应用于人工湿地中，其不仅具有较好的除磷效果，而且有效降低了出水中SO

4、本发明创新性的将进水管和出水管相互关联，通过阀门的控制，既保证了运行过程中进水系统和出水系统的相对独立性，又在冲洗等作用过程中发挥了较好的协同性。

5、本发明利用连通器原理将加药箱(硫代硫酸钠)与出水管相连，减少水泵的使用节约能源，同时自动控制加药箱的水面。

6、本发明具有处理成本低、出水水质好、操作管理简单、占地面积小、不易堵塞和板结、工程实用价值高等优点，与其他相关专利相比，能够实现系统的长期高效稳定运行，并且菱铁矿和自制聚合氯化铝残渣复合填料的使用具有较好的自主调节pH和除磷效果。

附图说明

图1为本发明人工湿地的剖面结构示意图；

图2为本发明进水管上的孔洞布置结构示意图；

图3为本发明进水管布水管网结构示意图；

图4为本发明出水管布水管网结构示意图；

图5为本发明实施例1不同硫代硫酸钠投加量的NO

图中：1、净水植物，2、集水区，3、核心功能化填料基质区，4、鹅卵石层，5、穿孔支撑板，6、通道，7、多斗式V型集泥槽，8、支撑柱，9、鹅卵沙石填充区，10、进水管，11、出水管，12、第一阀门，13、第二阀门，14、第三阀门，15、第四阀门，16、第五阀门，17、孔洞，18、加药箱，19、搅拌器，20、第六阀门，21、计量泵。

具体实施方式

为了使本发明的目的、构建方案及优点更加清晰明确，以下结合附图对发明的具体实例进行解释和说明，并不构成对本发明的限制。

实施例1

本实施例提供一种污水处理厂尾水深度净化的新型自养型防堵塞垂直流人工湿地，结构如图1所示，包括从上到下依次设置的净水植物1、集水区2、核心功能化填料基质区3、鹅卵石层4、布水排泥区、加药箱18，所述布水排泥区包括穿孔支撑板5、通道6、多斗型V型集泥槽7、支撑柱8，进水管10布置到所述布水排泥区内，在湿地底部固定支撑柱8，所述支撑柱8支撑穿孔支撑板5，穿孔支撑板5上布置通道6。为了使池底污泥能顺利滑入污泥斗和减少池深，本实施例采用若干个钢筋混凝土结构的多斗型V型集泥槽7收集污泥，坡度i＝0.05-0.07，多斗型V型集泥槽7下部用大块鹅卵石填充，形成鹅卵沙石填充区9，多斗型V型集泥槽7连接有排泥管，用以将污泥从多斗型V型集泥槽7中排出；湿地底部铺设防渗土工膜。所述加药箱18内设有搅拌器19，加药箱18通过第六阀门20和计量泵21与进水管10连接。

本实施例中，穿孔支撑板5上部设有多维填料基质的自养反硝化功能区，即核心功能化填料基质区3，该核心功能化填料基质区3底部由鹅卵石层4保证进水均匀，所述核心功能化填料基质区3包括菱铁矿、陶粒、自制的聚合氯化铝残渣复合填料，核心功能化填料基质区3上部种植净化植物1，排水管11布置在集水区2内，收集处理后的尾水排出湿地。本实施例中，所述核心功能化填料基质区3内的菱铁矿、陶粒、聚合氯化铝残渣复合填料的体积比为1:1:0.5，混合的基质的粒径为2-4cm，水力停留时间为2-6h。其中，菱铁矿一方面可以作为pH缓冲剂和提供无机碳源，另一方面可以作为电子供体直接参与反硝化过程，具有一定的除磷作用；自制的聚合氯化铝残渣复合填料具有稳定pH作用和高效的除磷作用。

本实施例中，所述自制的聚合氯化铝残渣复合填料是由聚合氯化铝、矿渣硅酸盐水泥、膨润土等组成免烧填料，具体为：矿渣硅酸盐水泥44份，聚合氯化铝残渣49份，膨润土7份，按上述固体混合原料和水的重量比1:0.5混匀后，由球压机压制而成3cm的饼状小球聚合氯化铝残渣复合填料。

湿地内部水流方向设计为自下而上的方式，湿地运行时关闭第三阀门14，开启第一阀门12、第二阀门13、第四阀门15、第五阀门16、第六阀门20，尾水通过进水管10进入布水排泥区内进行杂质的沉淀和水力的均匀分布，杂质沉淀后滑入多斗型V型集泥槽7，沉淀后的尾水通过穿孔支撑板5进入核心功能化填料基质区3，在脱氮硫杆菌等自养型微生物、填料基质、净水植物1等共同作用下净化尾水中氮磷等营养物质，最后经集水区2内的出水管11排出，计算确定硫代硫酸钠的需要量，通过计量泵21精确加入系统中。本实施例中进水管10、出水管11上均设置有孔洞17，具体详见图2。

冲洗和反冲洗周期为35-60d。本实施例通过水头损失的测算确定反冲洗周期为50d，关闭第一阀门12、第二阀门13、第五阀门16、第六阀门20，同时开启第三阀门14、第四阀门15，对湿地系统进行反冲洗，松动核心功能化填料基质区3，填料中脱落的生物膜和反应生成的沉淀物质在反冲洗的作用下回流到布水排泥系统内，杂质、脱落的生物膜和反应生成的沉淀物等底泥，在静水压力作用下经排泥管排出人工湿地，以达到深度净化和防板结、堵塞的目的。本发明不仅充分利用了自养反硝化深度净化尾水，而且能通过阀门交换冲洗，及时排泥，解决了自养型人工湿地长期存在的铁填料基质严重板结和堵塞的问题，使人工湿地始终保持稳定的处理效果。同时，进水管和排水管相互关联，通过阀门的控制在运行中既保证了进水系统和出水系统的相对独立性，又在冲洗等作用过程中发挥了较好的协同性。所述进水管和排水管采取相同的布水方式，且上下相互对应，有效避免了湿地系统中出现死区，如图3和图4所示。

本实施例中，湿地在启动前先将污水处理厂厌氧池污泥加入到自养反硝化微生物富集培养液中，培养液各组分含量：Na

核心功能化填料基质区3内附着的脱氮硫杆菌利用溶解在水中硫代硫酸钠还原NO

实施例2

本实施例主要研究基于实施例1的人工湿地系统的自养反硝化区进水中硫代硫酸钠的最适宜投加量，分别加入1倍、1.5倍、2倍和2.5倍硫代硫酸钠理论投加量时的滤池反硝化脱氮效果，通过对不同硫代硫酸钠投加量的脱氮效果和经济性分析，得出最佳硫代硫酸钠投加量。试验研究过程中测得进水NO

综合图5的实验结果与分析，根据硫代硫酸钠参与的自养反硝化反应方程式，去除1mg NO

实施例3

本实施例主要探究实施例1的自养型防堵塞垂直流人工湿地对实际污水处理厂尾水的净化效果。进水为某污水处理厂尾水，外加1.5倍硫代硫酸钠理论投加量，搅匀后泵入进水管，进水相关指标如表1所示，水力停留时间HRT为2.5h，考察该自养型垂直流人工湿地在稳定运行期间的深度净化效果。

综合表1的实验结果与分析，该人工湿地对污水处理厂尾水深度净化效果较好，出水水质远优于地表水Ⅱ标准，且有效降低了出水中SO

表1湿地各指标进出水平均浓度及处理效率

以上所述仅为本发明优选的实施例而己，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。