申请日2019.01.16
公开(公告)日2019.03.29
IPC分类号C02F9/14; C02F1/00; C02F3/02; C02F3/32
摘要
本发明提供一种基于生物炭添加提高潜流人工湿地污水处理效果的系统，属于污水治理领域，所述系统包括潜流湿地池体、进水管、出水管、布水管和填料层，所述填料层垂直方向由上到下依次为植物基质填料层、生物填料层和无机物填料层，所述植物基质填料层垂直方向由上到下依次为湿地植物、第一生物炭层、植物基质层、砾石层和第二生物炭层，所述生物填料层垂直方向由上到下依次为复合生物填料层和第三生物炭层，所述无机物填料层为沸石、钢渣、陶粒、水泥和发泡剂，所述布水管贯穿于潜流湿地内部，所述填料层顶部与进水管相连通，所述填料层底部与出水管相连通，本发明有效解决了潜流人工湿地易堵塞、氨氮去除效果不好的问题。
权利要求书
1.一种基于生物炭添加提高潜流人工湿地污水处理效果的系统，其特征在于，所述系统包括潜流湿地池体、进水管、出水管、布水管和填料层，所述填料层垂直方向由上到下依次为植物基质填料层、生物填料层和无机物填料层，所述植物基质填料层垂直方向由上到下依次为湿地植物、第一生物炭层、植物基质层、砾石层和第二生物炭层，所述生物填料层垂直方向由上到下依次为复合生物填料层和第三生物炭层，所述无机物填料层为沸石、钢渣、陶粒、水泥和发泡剂，所述布水管贯穿于潜流湿地内部，所述填料层顶部与进水管相连通，所述填料层底部与出水管相连通。
2.根据权利要求1所述的基于生物炭添加提高潜流人工湿地污水处理效果的系统，其特征在于，所述填料层垂直方向的无机物填料层下部与第四生物炭层相连。
3.根据权利要求1所述的基于生物炭添加提高潜流人工湿地污水处理效果的系统，其特征在于，所述生物炭由收割人工湿地植物、核桃壳和板栗皮废弃物混合制成。
4.根据权利要求1所述的基于生物炭添加提高潜流人工湿地污水处理效果的系统，其特征在于，所述植物基质填料层中所述第一生物炭层的厚度为300-400mm,所述植物基质层由沸石、生物炭、细砂、石灰石和壤土组成，所述砾石层的厚度为100-200mm，所述第二生物炭层的厚度为150-300mm。
5.根据权利要求1所述的基于生物炭添加提高潜流人工湿地污水处理效果的系统，其特征在于，所述生物填料层中第三生物炭层的厚度为100-150mm，所述复合生物填料层的厚度为100-150mm。
6.根据权利要求2所述的基于生物炭添加提高潜流人工湿地污水处理效果的系统，其特征在于，所述第四生物炭层的厚度为200-300mm。
7.根据权利要求1所述的基于生物炭添加提高潜流人工湿地污水处理效果的系统，其特征在于，所述湿地植物为芦苇、水葵、美人蕉。
8.根据权利要求1所述的基于生物炭添加提高潜流人工湿地污水处理效果的系统，其特征在于，所述无机物填料层为20-35份沸石、5-8份钢渣、6-10份陶粒、1-3份水泥和0.2-1.0份发泡剂。
9.根据权利要求3所述的基于生物炭添加提高潜流人工湿地污水处理效果的系统，其特征在于，所述生物炭的粒径为8-100mm。
10.根据权利要求5所述的基于生物炭添加提高潜流人工湿地污水处理效果的系统，其特征在于，所述复合生物填料层由装填于空心浮子球内部的微生物和玄武岩碎块填料组成。
说明书
基于生物炭添加提高潜流人工湿地污水处理效果的系统
技术领域
本发明涉及污水处理领域，特别是涉及一种基于生物炭添加提高潜流人工湿地污水处理效果的系统。
背景技术
人工湿地是由填料(基质)、植物和微生物等组成的复合系统，污水、污泥有控制的投配到该系统中，污水与污泥在沿一定方向流动的过程中，主要利用土壤、人工介质、植物、微生物的物理、化学、生物三重协同作用，对污水、污泥进行处理的一种技术。其通过过滤、吸附、共沉、离子交换、植物吸收和微生物分解来实现对污染物的高效净化，同时通过营养物质和水分的生物地球化学循环，促进绿色植物生长并使其增产，实现废水的资源化和无害化。其作用机理主要包括吸附、滞留、过滤、氧化还原、沉淀、微生物分解、转化、植物遮蔽、残留物积累、蒸腾水分和养分吸收及各类动物的作用等。人工湿地按流水方向，可分为表面流湿地、水平流潜流湿地和垂直流潜流湿地三类，目前主要采取铺设不同粒径的卵石、砾石、煤渣等滤料构成，并在湿地上种植芦苇、菖蒲、美人蕉等水生植物，污水由进水口一端沿水平方向流动的过程中依次通过砂石、介质、植物根系，流向出水口一端，以达到净化目的。虽然潜流湿地有很高的净化效果，但也存在着以下缺陷：(1)潜流湿地的滤料采取不同粒径的石、砾石等构成，在运行过程中常常存在上层小粒径的滤料下行到中下层，造成湿地孔隙率发生改变，致使湿地淤积堵塞，降低湿地寿命和净化效率;(2)在建设湿地时需要对滤料进行分级筛分，布设构建要求高，稍有处理不严格就会造成滤料配级改变，降低湿地净化效果。(3)湿地建设需要较多的人力物力，建设要求较大，管理维护成本较大。(4)净化效率偏低，对不同污染水体净化效果不同。
生物炭是热解生物质后得到的一种高含碳固体残渣，它具有固碳作用，能有效减少CO2气体的排放，生物炭保留了原有生物质的良好孔隙结构,具有较大的孔隙度和比表面积，生物炭表面还有大量羧基、羰基、醌基等官能团，具有较强的离子交换能力。生物炭的添加能显著提高对有机物、氮、磷等植物所需营养物质的捕捉能力，增强植物对它们的吸收，显著促进湿地植物的增长，间接强化对污染物的去除能力。
湿地植物在去除污染物的同时也产生了大量的生物质，枯萎腐烂的秸秆重新进入系统，造成二次污染，因此必须及时清理枯萎的生物质。清理得到的生物质通常采用焚烧处理，不仅浪费资源，还造成了大气污染，将生物质热解为生物炭并再次运用在湿地系统中，能有效解决以上问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种基于生物炭添加提高潜流人工湿地污水处理效果的系统，该系统通过将枯萎的湿地植物热解成的生物炭添加到潜流人工湿地中，解决了潜流湿地易堵塞、去除磷氮有限的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种基于生物炭添加提高潜流人工湿地污水处理效果的系统，所述系统包括潜流湿地池体、进水管、出水管、布水管和填料层，所述填料层垂直方向由上到下依次为植物基质填料层、生物填料层和无机物填料层，所述植物基质填料层垂直方向由上到下依次为湿地植物、第一生物炭层、植物基质层、砾石层和第二生物炭层，所述生物填料层垂直方向由上到下依次为复合生物填料层和第三生物炭层，所述无机物填料层为沸石、钢渣、陶粒、水泥和发泡剂，所述布水管贯穿于潜流湿地内部，所述填料层顶部与进水管相连通，所述填料层底部与出水管相连通。
进一步的，所述填料层垂直方向的无机物填料层下部与第四生物炭层相连。
进一步的，所述生物炭由收割人工湿地植物、核桃壳和板栗皮废弃物混合制成。
进一步的，所述植物基质填料层中所述第一生物炭层的厚度为300-400mm,所述植物基质层由沸石、生物炭、细砂、石灰石和壤土组成，所述植物基质层的厚度为100-150mm，所述砾石层的厚度为100-200mm，所述第二生物炭层的厚度为150-300mm。
进一步的，所述生物填料层中第三生物炭层的厚度为100-150mm，所述复合生物填料层的厚度为100-150mm。
进一步的，所述第四生物炭层的厚度为200-300mm。
进一步的，所述湿地植物为芦苇、水葵、美人蕉。
进一步的，所述无机物填料层为20-35份沸石、5-8份钢渣、6-10份陶粒、1-3份水泥和0.2-1.0份发泡剂。所述沸石的制备方法为将天然斜发沸石颗粒放在研钵中研磨，然后筛分，得到粒径不大于0.15mm的沸石小颗粒，通过改变PVC球加工过程中无机添加剂的量得到不同密度的空心悬浮球，以适应所黏附的不同的沸石量，从而得到密度为0.92-0.97mg·cm3的新型沸石填料。
进一步的，所述生物炭的粒径为8-100mm。
进一步的，所述复合生物填料层由装填于空心浮子球内部的微生物和玄武岩碎块填料组成。
本发明具有以下技术效果：
本发明利用湿地植物、核桃壳和板栗皮混合制成生物炭，将生物炭添加到潜流人工湿地组成复合系统，复合系统运行时，所述第一生物炭层有效过滤了污水中的颗粒物等杂质，第一生物炭层和第二生物炭层的排布增强了湿地植物根际的透气性，便于输送氧气到植物根部，为根部微生物提供良好的生长、繁殖的栖息地，同时还能加强和维持介质对水的传输能力。
本发明复合生物填料层上下均被生物炭层包覆，一方面，流经第二生物炭层的污水中的硝态氮以进水中有机物和第二生物炭层为碳源缓慢释放碳，为复合微生物提供进行反硝化反应的碳源，然后污水经过复合微生物填料层，溶解氧含量增加，水中的氨氮充分降解为硝态氮，随后污水流经第三生物炭层，第三生物炭层进一步为反硝化反应提供碳源，污水无需经过回流即可提高氮的去除效果。
本发明所述无机填料与空心浮子球包覆的复合生物填料层成流态，有效的提高了水体在填料区内的扰动，提高氧利用率，促进污染物向生物膜内的传质本发明所述系统利用自身特殊的结构可以将污水水体中的气泡进行多次的切割，提高氧的传质效率，提高气水分布能力，有效解决了潜流人工湿地易堵塞、氨氮去除效果不好的问题。