一种适用于污水厂尾水的反硝化人工湿地净化方法

摘要

本发明适用于污水厂尾水的反硝化人工湿地净化方法，有效解决湿地系统氮磷去除能力低、冬季净污效果差的问题，污水处理厂尾水进入生物强化澄清池，纤维素碳源经浸泡后缓释可生化碳源，提高可生化性，水生植物降低悬浮物；尾水流入上行流垂直潜流人工湿地，混合基质内表面附着的微生物通过反硝化作用对尾水进行深度脱氮，湿地上表层种植有挺水植物，光合作用复氧防止尾水中溶解氧浓度过低而发臭；垂直潜流人工湿地出水进入表面流人工湿地，表面流湿地设置水位调节布水管道，通过跌水复氧进一步保障水体溶解氧浓度，湿地内的还原基质通过内电解作用对有机物进行降解，出水可优于地表水Ⅳ类要求，处理效果好、运行费用低、变废为宝、生态景观效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及污染水体的生态净化技术，具体是一种适用于污水厂尾水的反硝化人工湿地净化方法。

背景技术

当前，我国水环境污染问题较为严重，水量少、水质差更是我国中原及北方地区面临的严峻问题，水体中氮磷污染物的去除也是污水处理的难题。多数河流缺乏天然径流，河水来源主要为污水处理厂尾水，截止2018年3月30日，仅河南省就已建成投运的污水处理厂366座，总设计处理能力为1415.84万t/d。其中，城镇污水处理厂220座，涉及处理能力为1109.75万t/d；工业园区污水处理厂122座，设计处理能力为302.43万t/d；分散型污水处理设施24座，设计处理能力为3.66万t/d。上述污水处理厂尾水多数执行一级A排放标准（TN≤15mg/L、TP≤0.5mg/L），与地表水环境质量标准之间存在差距，低C/N，TN、硝态氮浓度高是污水厂尾水的典型特征。

人工湿地作为新的生态污水净化处理技术，污水处理厂尾水人工湿地工程是消除污水处理厂出水和地表水水质差距的有效手段。但人工湿地在实际应用过程中也暴露出了很多问题，如易受气候条件的影响，脱氮除磷能力有限，基质易饱和易堵塞，易受植物种类影响，占地面积较大，管理不合理，设计不规范，生态服务功能单一等，这些问题在一定程度上影响了人工湿地对污水的处理效果，缩短了人工湿地的使用寿命，限制了人工湿地的推广应用。

目前，国内外人工湿地研究与工程应用方面的资料表明，湿地水力停留时间、水传导、表面负荷率、基质深度、处理单元长宽及其比例、进出水系统布置、防渗材料等是人工湿地污水处理系统设计的技术关键。但是仍有许多待解决的技术问题，如湿地系统工艺改进和处理系统优化组合、提升脱氮除磷能力、保障低温季节处理效果、减小占地面积等。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种适用于污水厂尾水的反硝化人工湿地净化方法，可有效解决湿地系统氮磷去除能力低、景观效果差、冬季净污效果差的问题。

本发明解决的技术方案是，一种适用于污水厂尾水的反硝化人工湿地净化方法，包括以下步骤：

（1）、生物强化澄清：

构建生物强化澄清池，生物强化澄清池分为填料区和生态塘两部分，填料区池壁上放置网箱，网箱内填充φ6~12mm的悬浮球，悬浮球内装填纤维素碳源—玉米芯；生态塘内种植金鱼藻、菹草或其复合的水生植物；

污水处理厂尾水首先进入生物强化澄清池的填料区，玉米芯浸泡后释放可生化纤维素碳源，提高尾水可生活性；尾水经填料区折流进入生态塘，经水生植物降低水体中悬浮物浓度；

（2）、构建上行流垂直潜流人工湿地，灵活调节水位，防止尾水发臭：

a）上行流垂直潜流人工湿地的构建，基质床体单体长宽比例为2:1，基质床深1.2~2.0m，床底铺设素土夯实，然后铺设土工防渗布，最后上面辅以粘土夯实；布水管末端密封，收水管前端密封、末端安装360°可旋转弯头，材质为PVC，外界气温较低时通过调节可旋转弯头，使基质床体的水位处于不同高度，以适应季节变化；

湿地内自下而上铺设砾石、沸石、陶粒、米石的混合基质，基质孔隙率35~45%；

湿地上表层种植菖蒲、芦苇、西伯利亚鸢尾挺水植物；

生物强化澄清后的尾水，进入上行流垂直潜流人工湿地，在挺水植物的光合作用下，光合作用复氧防止尾水中溶解氧浓度过低而发臭，然后流入表面流人工湿地；

（3）、构建表面流人工湿地，保证出水的水质：

a）构建表面流人工湿地，表面流人工湿地单体长宽比例为4:1，基质床深0.4~1.0m，，床底铺设素土夯实，然后铺设土工防渗布，最后上面辅以粘土夯实，湿地底部铺设还原基质铁屑、活性钙混合基质；

b）表面流湿地布水渠外壁两侧分别安装360°可旋转弯头；

c）在湿地自由水域种植睡莲、轮叶黑藻或其混合的水生植物；

经上行流垂直潜流人工湿地处理的尾水流入表面流人工湿地，通过混合基质内电解作用对有机物进行降解，出水关口通过跌水复氧，进一步保障水体溶解氧浓度，物理、化学、微生物协同作用共同保证湿地出水的水质。

本发明设备易安装生产，方法操作简单，污水处理厂尾水首先进入生物强化澄清池（前段填料区池壁放置网箱，网箱内填充φ6~12mm的悬浮球，悬浮球内装填纤维素碳源，末端生态塘内种植水生植物），纤维素碳源经浸泡后缓释可生化碳源，提高尾水的可生化性，水生植物可降低尾水中悬浮物；然后尾水自流进入上行流垂直潜流人工湿地，湿地内混合基质内表面附着的微生物通过反硝化作用对尾水进行深度脱氮，湿地上表层种植有挺水植物，其光合作用复氧防止尾水中溶解氧浓度过低而发臭；垂直潜流人工湿地出水进入表面流人工湿地，表面流湿地设置水位调节布水管道，通过跌水复氧进一步保障水体溶解氧浓度，湿地内的还原基质通过内电解作用对有机物进行降解，保证湿地出水水质。本发明集成净化系统具有处理效果好、运行费用低、变废为宝、生态景观效果好等优点，同时出水可优于地表水Ⅳ类要求，是污水处理厂尾水处理上的一大创新，有显著的经济和社会效益。

附图说明

图1为本发明工艺设备流程图。

实施方式

以下结合具体情况对本发明的具体实施方式作详细说明。

实施例

本发明在具体实施中，一种适用于污水厂尾水的反硝化人工湿地净化方法，由以下步骤实现：

（1）、生物强化澄清：

构建生物强化澄清池，生物强化澄清池分为填料区1和生态塘3两部分，填料区池壁上放置网箱2，网箱内填充φ6~12mm的悬浮球4，悬浮球密度低于水体密度，填充体积60~75%，悬浮球内装填纤维素碳源—玉米芯，粒径3cm-4cm；生态塘内种植金鱼藻、菹草或其复合的水生植物5；

污水处理厂尾水首先进入生物强化澄清池的填料区1，玉米芯浸泡后释放可生化纤维素碳源，提高尾水可生活性；尾水经填料区1折流进入生态塘3，生态塘内种植金鱼藻、菹草或其复合的水生植物5，降低水体中悬浮物浓度，减缓后续上行流垂直潜流人工湿地的基质堵塞频率，水力停留时间不高于4h；

（2）、构建上行流垂直潜流人工湿地，防止尾水发臭：

a）上行流垂直潜流人工湿地的构建，基质床体6单体长宽比例为2:1，基质床深1.2~2.0m，床底铺设20cm素土夯实，然后铺设450g/m

湿地内自下而上铺设粒径3cm-5cm的砾石、粒径2cm-3cm的沸石、粒径1cm-2cm的陶粒、粒径0.5cm-1cm米石的混合基质8，基质孔隙率35～40%；

湿地上表层种植菖蒲、芦苇、香蒲、西伯利亚鸢尾挺水植物7，种植密度株距35-45cm、行距35-45cm；

生物强化澄清后的尾水，进入上行流垂直潜流人工湿地，在挺水植物的光合作用下，光合作用复氧防止尾水中溶解氧浓度过低而发臭，上行流垂直潜流人工湿地表面水力负荷不高于0.55m

（3）、构建表面流人工湿地，保证出水的水质：

a）构建表面流人工湿地，表面流人工湿地9单体长宽比例为4:1，基质床深0.4~1.0m，床底铺设20cm素土夯实，然后铺设450g/m

b）表面流湿地布水渠外壁两侧分别安装360°可旋转弯头，材质为PVC；

c）在湿地自由水域种植睡莲、轮叶黑藻或其混合的水生植物11；

经上行流垂直潜流人工湿地处理的尾水流入表面流人工湿地，通过混合基质内电解作用对有机物进行降解，出水关口通过跌水复氧，进一步保障水体溶解氧浓度，物理、化学、微生物协同作用共同保证湿地出水的水质，表面水力负荷≤0.06m

实施例

本发明在具体实施中，一种适用于污水厂尾水的反硝化人工湿地净化方法，所述的湿地上表层种植菖蒲、芦苇、香蒲、西伯利亚鸢尾挺水植物，种植密度株距40cm、行距40cm；

所述的上行流垂直潜流人工湿地表面水力负荷0.55m

本发明集成净化系统设计科学合理，易生产建造，处理效果好，运行费用低，生态景观效果好，变废为宝，出水水质可优于表水Ⅳ类要求，并经实地实验，效果非常好，有关实验资料如下：

河南某湿地工程采用本发明所述技术对污水处理厂尾水进行处理，湿地设计规模6万m

本发明通过浸批量泡实验，比较了芦苇秸秆、梧桐树皮、玉米芯等释碳效果，结果表明，浸泡玉米芯污水厂尾水可生活性B/C由0.18可提升至≥0.3，为潜流湿地反硝化脱氮创造条件，潜流湿地对总氮的平均去除率可达到71%，且出水TN≤4.0mg/L。

针对污水厂尾水低C/N，TN、硝态氮浓度高等典型特征，创新集成不同功能湿地工艺。首先污水厂尾水进入生物强化澄清池，在调节B/C、DO等水质的同时最大限度降低悬浮物，延缓后续潜流湿地堵塞周期；潜流湿地之所以选择上行流垂直潜流湿地，是在强化脱氮的同时利用基质床上表层挺水植物根系复氧，出水DO（溶解氧）浓度≥3.5mg/L，防止脱氮过程中过渡耗氧而水体发臭，也为后续表面流湿地去碳除磷提供充足DO；玉米芯非完全规律性释放碳源，为保证湿地净化系统的出水效果，强化表面流湿地的去碳除磷能力，在表面流湿地铺设铁屑、活性钙等混合基质，利用铁碳微电解、化学沉淀等作用去碳除磷；360°可旋转弯头的设置，结合潮汐流的运行方式，进一步延缓湿地基质床的堵塞，适时调节基质床水位，保证湿地系统尤其是冬季效果，湿地出水COD、氨氮、TP等主控指标优于地表水IV类，且出水TN≤4.0mg/L。

基质是湿地植物和微生物赖以生存的基础，这些基质一方面为微生物的生长提供稳定的依附表面，同时也为水生植物提供了载体和营养；不同基质对污水中不同污染物的去除能力不同，结合污水厂尾水水质特性，针对性选择去碳脱氮除磷较强的沸石、陶粒、砾石等多种基质，不同基质若掺杂铺设会减小填料孔隙率，影响水流分布，改变水力学状态，影响基质的渗透性能，进而影响去除效果，不同基质分层铺设，并且分层铺设应力求均匀；上行流垂直潜流湿地对COD、氨氮、TP、TN的平均去除率分别达到38.52%、74.16%、42.78%和70.55%，效果非常好，是未曾预料到的。

以上清楚表明，本发明与现有技术相比，有明显的技术优势，在借鉴填料CASS污水处理工艺的基础上，提出了新型生物强化澄清池的工艺，并集成创新了一种适用于污水厂尾水的新型反硝化人工湿地集成净化系统，该集成净化系统出水COD、NH

在上行流垂直潜流和表面流湿地收水系统内设置可旋转弯头，可以根据气候环境特点便捷的调控系统的水位，结合植物残体或薄膜覆盖等保温措施，能够保障新型反硝化人工湿地集成净化系统冬季的处理效果，垂直潜流湿地水温不低于7℃；

工业废弃物、农作废弃物等材料应用于湿地构建当中，不但有利于废物资源化利用，而且提高了废水可生化性，B/C可提升至≥0.3，在保证湿地脱氮效果的同时，通过铁碳微电解作用强化COD去除效果，保证出水的水质，本发明集成净化系统具有处理效果好、运行费用低、变废为宝、生态景观效果好等优点，运行费用可降低30%以上，同时出水可优于地表水Ⅳ类要求，是污水处理厂尾水处理上的一大创新，有显著的经济和社会效益。