申请日2019.01.14
公开(公告)日2019.03.22
IPC分类号C02F9/14; C02F101/30; C02F101/16
摘要
本发明属于污水处理领域，公开了一种用于河道污水治理的人工湿地处理系统，包括前置网闸、平面沸石蛭石过滤堤、进水翻板、半浮岛生态区、浮岛连接管、浮岛平流台、网闸、斜面沸石蛭石过滤堤、絮凝沉淀缓冲池、平面沸石蛭石过滤堤、水生植物种植区、经济作物种植区、后置网闸，依次顺序设置，系统包含有半浮岛生态区按：进水口、植物滤网架、基质液、双层刷网、通水管、刷网转柱、单层底网、出水滤网、出水管口，依次排列。本发明具有污水处理效果好，脱氨氮能力高，操作简单，降低了种植成本，对环境友好的优点。
权利要求书
1.用于河道污水治理的半浮岛人工湿地处理系统，其特征在于：包括前置网闸(10);平面沸石蛭石过滤堤(11);进水翻板(12);半浮岛生态区(13);浮岛连接管(14);浮岛平流台(15);网闸(16);斜面沸石蛭石过滤堤(17);絮凝沉淀缓冲池(18);平面沸石蛭石过滤堤(19);水生植物种植区(20);经济作物种植区(21);后置网闸(22);依次顺序设置。
2.根据权利要求1所述的用于河道污水治理的半浮岛人工湿地处理系统，其特征在于：包括一组到多组的半浮岛生态区模块，所述半浮岛生态区模块按：进水口(1);植物滤网架(2);基质液(3);双层刷网(4);通水管(5);刷网转柱(6);单层底网(7);出水滤网(8);出水管口(9)，依次排列。
3.根据权利要求1所述的用于河道污水治理的半浮岛人工湿地处理系统，其特征在于：所述的水生植物为茭白、稗草中任一种或两种，所述的经济作物为茭白、水稻中任一种或两种。
4.根据权利要求2所述的用于河道污水治理的半浮岛人工湿地处理系统，其特征在于，所述半浮岛生态区模块的底部增加一平面，平面上增加对向毛刷，通过转柱滚动清除底部污物。
5.根据权利要求2所述的用于河道污水治理的半浮岛人工湿地处理系统，其特征在于：填充于半生态浮岛区池体内的填料床体含有下列体积百分比的组分：沸石81-90%、蛭石2-5%、黄壤或红壤2-9%、腐殖质2-5%。
6.根据权利要求7所述的用于河道污水治理的半浮岛人工湿地处理系统，其特征在于：沸石的填料高度控制为0.2-0.5m，其氨氮的交换容量为5-12kg/m3。
7.根据权利要求6所述的用于河道污水治理的半浮岛人工湿地处理系统，其特征在于：所述的沸石选用斜发沸石;蛭石选用膨胀蛭石，标准为：松散比重>160kg/m3，吸水性>45%，杂质比例<1kg/m3。
8.根据权利要求2所述的用于河道污水治理的半浮岛人工湿地处理系统，其特征在于：所述水生植物种植区的填料床体为80%沸石与20%生物质炭进行压制所得。
9.根据权利要求8所述的用于河道污水治理的半浮岛人工湿地处理系统，其特征在于：所述的生物质炭，其原材料选用雄茭、稗草等秸秆，在低氧环境下，进行热裂解生产制得。
10.根据权利要求1所述的用于河道污水治理的半浮岛人工湿地处理系统，其特征在于：所述的絮凝沉淀缓冲池(18)池底由蛭石、沸石结合水泥制作而成，且与水流方向形成坡度，坡度为5-35度，所述水生植物种植区、经济作物种植区内水生植物的种植排列方向与水流方向均相同，所述水生植物种植区种植垄间距离为经济作物种植区种植垄间距离的1.2-2倍。
说明书
一种用于河道污水治理的半浮岛人工湿地处理系统及应用
技术领域
本发明属于污水处理领域，尤其涉及一种河道污水治理的人工湿地处理系统及应用。
背景技术
河道水质受到污染，水体富营养化是许多河道、湖泊、水库的主要环境问题，被人们形象地称为“生态癌”。引入污染河道的水，城市景观、喷泉、池塘和家用池水都会出现不同程度的后遗症，传统的污染水体处理技术有人工换水、机械过滤、化学药剂混凝处理、外循环净化处理等，但都存在不同的弊端，人工湿地(Constructed Wetland)是近二十多年来发展起来的一种废水处理新技术，它应用生态系统中物种共生、物质循环再生原理，结构与功能协调原则，在促进废水中污染物质良性循环的前提下，充分发挥资源的生产潜力，防止环境的再污染，获得污水处理与资源化的最佳效益。自前西德首先建造人工湿地以来，该技术在美国、欧洲及澳大利亚一些发达国家得到迅速发展，十多年前国内亦建成了人工湿地污水处理实验工程。
随着河道综合整治的开展，大部分下游污染源被截断，水体污染物由以往的有机污染转变为氮、磷污染。另外，随着城市污水处理和中水回用进程的加快，中水成为城市河湖水体的一个重要组成部分，这些水体的COD不高，而氨氮含量却较高，这一现状进一步加剧了河湖的富营养化程度。
表流湿地，没有充分利用植物根系的吸收以及附着在根系上的微生物的作用，也忽略了土壤层中填料的作用，而且夏季容易滋生蚊蝇。目前国内外广泛应用的主要是潜流湿地，是一个主要由土壤、湿地植物和微生物组成的生态处理系统。立式湿地综合了表流湿地和潜流湿地特点，但其构造要求高，卫生条件也较差。半浮岛人工湿地可以有效解决这一部分问题。
生物质炭是一种多孔材料，其丰富的孔隙分布特征和高比表面积使其具有良好的吸附特征，是一种良好的水质净化剂。研究表明生物质炭对重金属、营养盐和有机物等都具有一定的吸附去除效果，而且生物质炭具有改善微生物细胞附着性能、促进特殊类群微生物的栖息生长的作用，作物秸秆、农林废弃物等均可作为生物质炭的原料，本发明采用的茭白秸秆制作的生物质炭。
茭白废弃物所包含的有机质成分较高，达到60%以上，并富含氮磷钾等多种营养元素，具备制备类似活性炭的物质基础。但是，茭白废弃物水分偏高，通过高温煅烧制备裂解炭所需能耗高，产率偏低，不具备大规模生产的经济和环境价值，但是其茎秆与叶片，在晒干后可以作为生物质炭的很好原材料。
田间管理时，雄茭会被及时拔除，避免影响正常茭白经济产出，因此，在茭白产区，用于制备活性炭的茭白秸秆非常丰富。稗草作为农业水稻种植害草，适应性强，生长茂盛，品质良好，茎叶纤维可作造纸原料。
湿地去除污染物的机理是极其复杂的，综合了物理、化学和生物各方面的因素。人工湿地净化污水的物理、化学以及生物过程除了具有土地处理的基本反应和相互作用的一般功能外，更重要的是湿地中长有的水生植物的发达根系为微生物提供了大量繁殖、栖息的场所，植物、微生物、污染物的相互作用是湿地去除污染物的关键所在。
植物是人工湿地的重要组成部分，在应用中，根据河道的污染物特征，选取对氮、磷、有机物污染等处理效果好的植物构建人工湿地植物系统。
现有技术中，一种利用生物质炭作生态浮岛基质的水体修复方法(申请号：201810054852.7)，其生物质炭选择生物质炭选择秸秆炭、稻壳炭、花生壳炭、松木炭和核桃壳炭中的一种或几种，而本发明采用改性茭白秸秆炭颗粒棒，其性能要优于以上传统炭质材料。
唐翀鹏等人在《沸石-茭白复合床技术脱氮中试研究》(《环境污染治理技术与设备》2004年2月第5卷第2期)一文中，得出如下结论：(1)以沸石为基质构造的人工湿地在脱氮效果上优于普通人工湿地，在水力负荷为0.4m3/m2.d，总氮负荷为12.7gN/m2.d条件下，总氮的去除率可达81%;(2)沸石-茭白复合床对氨氮有稳定的去除率，保持在70%-85%左右，而对硝态氮的去除受水中碳源的影响;(3)有植物栽种的床体在改善脱氮的环境方面优于无植物的床体，就总氮去除率而言，可提高5%-15%左右。(4)沸石-茭白床的脱氮主要集中在床体的前部，床体前0.7m处总氮的去除率达到40%。但是其没有设定合理的复合床的布局，仅对空白和种植茭白床进行了简单对照，但其结果的有效性对本发明起了一定启发作用。
发明内容
本发明针的目的是提供一种用于河道污水治理的人工湿地处理系统，该系统利用沸石等材料与生物质炭制作生态浮岛，结合湿地处理系统，污水处理效果好，脱氨氮能力高，操作简单，降低了种植成本，对环境友好。
为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：
本发明所设计的半浮岛生态区，相比于现在生态浮岛，可以控制进入人工湿地的污水浓度，并解决人工湿地使用完毕后的迁移问题;生态浮岛以模块组成，可以根据湿地尺寸多个模块进行组合，也可以单个模块直接使用;同时在半浮岛底部增加一平面，平面上增加对向毛刷，通过转柱滚动来移动上部毛刷，下部毛刷为固定，为浮岛移动时提供浮岛底部即时清理，也可以在使用过程中，清楚底部污物，使底部填料床体更有效固定或释放氨氮，为湿地作物提供养分。
半浮岛生态区分为前后两段植物区，并可以分块组合。第一区为稗草等相对矮小的植物，第二区为雄茭等相对高大的植物，稗草的整体长势相对于雄茭要低矮一些，从浮岛的平衡而言，水流从第一区流向第二区，稗草生长区的水平面位置略高于雄茭，可以使浮岛在成熟运作后，整体平面更为均衡而且美观;其次稗草的吸收能力弱于雄茭，在吸收氮磷成分时，可以为雄茭出让部分营养物质，避免第二区雄茭长势不良。
半浮岛生态区按：1、进水口;2、植物滤网架;3、基质液;4、双层刷网;5、通水管;6、刷网转柱;7、单层底网;8、出水滤网;9、出水管口，依次排列。(见附图1)
半浮岛占该人工湿地整体长度的10-50%，根据湿地功能进行设计，浮岛的功能主要为河道污水进入人工湿地的前期预处理。
用于河道污水治理的半浮岛人工湿地处理系统，包括前置网闸(10);平面沸石蛭石过滤堤(11);进水翻板(12);半浮岛生态区(13);浮岛连接管(14);浮岛平流台(15);网闸(16);斜面沸石蛭石过滤堤(17);絮凝沉淀缓冲池(18);平面沸石蛭石过滤堤(19);水生植物种植区(20);经济作物种植区(21);后置网闸(22);依次排列(见附图2)。
作为优选，所述的水生植物种植区包括池体、填充于池体内的填料床体、种植于填料床体上的水生植物以及设置在池内的布水管和集水管，所述填料床体为80%沸石与20%生物质炭进行压制所得。
作为优选，所述的半生态浮岛区包括池体、填充于池体内的填料床体、种植于填料床体上的水生植物以及设置在池内的布水管和集水管，所述填料床体为沸石、蛭石、黄壤或红壤、腐殖质、沙砾、砾石中任意一种或几种组成的填料床体。
作为优选，所述的水生植物为雄茭、稗草，选自附近农田中茭白种植区内长势较好的雄茭根系，也选择周边农地里长势良好的稗草。
作为优选，所述的经济作物为茭白、水稻。
作为优选，所述生物质炭，其原材料选用雄茭、稗草等秸秆，在低氧环境下，进行热裂解，产生的富碳固体物质，因其原材料与体系中植物成分近似，所以采用常规秸秆烧制工艺即可。
作为优选，所述的填料床体含有下列体积百分比的组分：沸石80-90%、蛭石2-5%、黄壤或红壤2-9%、腐殖质2-5%。另外还可添加0.5-1%的石灰，用于缓释调解PH值。沸石吸附氨氮达到饱和后，无法再吸附与交换氨氮，则可通过湿地中生长的植物，消耗沸石所吸附的氨氮，使沸石获得再生，这样周而复始，提高人工湿地脱氨氮及富营养物质的能力。
作为优选，所述的半生态浮岛区沸石的填料高度控制为0.2-0.5m，其氨氮的交换容量为5-12kg/m3。
作为优选，所述的沸石选用斜发沸石;蛭石选用膨胀蛭石，标准为：松散比重>160kg/m3，吸水性>45%，杂质比例<1kg/m3。其中，少量蛭石不固定入湿地底部，悬浮于水中，有利于吸收固定水质中的相关营养物质，利于分垄种植的茭白、稗草根系的吸收，其效果类似于根瘤菌。膨胀蛭石有独特的构造特性和表面性质，以及无毒、无菌和化学惰性，可用作载体，吸附剂，固着剂，和饲料添加剂。
作为优选，所述的絮凝沉淀缓冲池池底由蛭石、沸石结合水泥制作而成，且与水流方向形成坡度，坡度为5-35度。
作为优选，所述的水生植物种植区、经济作物种植区内水生植物的种植排列方向与水流方向均相同，所述水生植物种植区种植垄间距离为经济作物种植区种植垄间距离的1.2-2倍。
作为优选，所述的过滤池内混种茭白、稗草，种植方向与水流方向成80-90度角;所述过滤池底部沿水流方向斜面递增铺设沸石，斜面与水平面夹角为5-15度。
用于河道污水治理的半浮岛人工湿地处理系统，主要用于处理氨氮含量偏高的的河道污水，所述污水COD为20-180mg/L，氨氮含量为10-80mg/L。
本技术主要应用于河道污水治理，进入该系统的污水应经过相应的理化指标检测，确定不是有毒有害含重金属或者对人体有较大毒害作用的化工废水。
本技术除污区处理的最后一道为种植区区域可采用经济作物水稻或茭白，充分利用污水中已经经过处理的营养物质，形成有经济价值的农产品。
如图所示，污水进水方式选择，控制河道污水浓度，经过过滤网闸(网孔口径根据实际调整，在3-30目之间调整)，过滤掉相应的杂质，网闸由两道网组成，交界处为中间。该设置有利于增加两侧的水的流速，而且网闸起到阻拦经济鱼类通过逃脱的作用。
河水进入由升降调整翻板控制的通道，进入已经分陇种植的茭白，两侧茭白采用沸石为基，种植基本高于水面，根系扎于水面以下的沸石基上。分陇种植的优势在于，有利于裸露在沸石基外的、根系较为发达的茭白对水中的氮磷元素进行吸收，同时能增加水流速度，提高污水处理效率。
经上述系统处理后的污水已经可以达到无污染排放，可进入农田直接用于灌溉或者通过河道进入城市进行简单漂白处理后成为饮用水。
本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：
本发明采用去除氨氮效果较好的斜发沸石和膨胀蛭石，作为人工湿地的填料，利用了半浮岛生态区及半湿地治理的人工湿地方案，形成了水底、水中、水面的污水富营养物质吸收体系。该人工湿地采用了合理的组合分垄种植，轮种了茭白，通过纵向配合横向的行列种植，延长了污水处理的实际流域长度，更好发挥立体人工湿地中的作用，逐级排污处理，并在最终处理阶段将形成了经济类作物，水质得到良好改善的同时节约了经济作物种植成本，同时基于半浮岛生态区可以移动，能有效降低湿地运营的成本以及重复利用。