公布日：2023.04.28
申请日：2022.09.28
分类号：C02F3/32(2006.01)I;C02F3/30(2006.01)I;C02F3/00(2006.01)I;C02F101/16(2006.01)N
摘要
本发明提供一种污水湿地处理装置及方法，包括：垂直潜流处理区和表流区；垂直潜流处理区包括垂直折流布水单元；垂直折流布水单元包括至少两个垂直布水装置；垂直布水装置包括下部厌氧反应区域和上部好氧反应区域；在下部厌氧反应区域内设置有负载Co/Ni活性组分的陶粒层，在上部好氧反应区域内设置有好氧基质层和设置在所述好氧基质层上方的植物种植层；在所述植物种植层种植有厚碳草；表流区包括下部污水再处理区域和上部观赏区域；上部观赏区域与所述单元水出口连接；在上部观赏区域设置有达标水出口。利用本发明能够解决现有技术中垂直潜流人工湿地中反硝化效果差等问题。
权利要求书
1.一种污水湿地处理装置，其特征在于，包括：垂直潜流处理区和表流区；其中，所述垂直潜流处理区包括垂直折流布水单元；所述垂直折流布水单元包括至少两个垂直布水装置；所述垂直布水装置包括下部厌氧反应区域和上部好氧反应区域；在所述下部厌氧反应区域内设置有负载Co/Ni活性组分的陶粒层，在所述上部好氧反应区域内设置有好氧基质层和设置在所述好氧基质层上方的植物种植层；对于相邻的两个垂直布水装置，前一个垂直布水装置的进水口和出水口分别设置在所述下部厌氧反应区域和所述上部好氧反应区域，后一个垂直布水装置的进水口和出水口分别设置在所述上部好氧反应区域和所述下部厌氧反应区域，且，前一个垂直布水装置的出水口与后一个垂直布水装置的进水口连接；在所述垂直折流布水单元中，位于两边的垂直布水装置的进水口和出水口分别作为所述垂直折流布水单元的单元污水进口和单元水出口；所述表流区包括下部污水再处理区域和上部观赏区域；所述上部观赏区域与所述单元水出口连接。
2.根据权利要求1所述的污水湿地处理装置，其特征在于，所述垂直折流布水单元包括奇数个数的所述垂直布水装置。
3.根据权利要求1所述的污水湿地处理装置，其特征在于，对于相邻的所述垂直布水装置，前一个垂直布水装置的出水口与所述后一个垂直布水装置的进水口之间通过布水管连接；在所述垂直折流布水单元的第一个垂直布水装置内的进水口处设置有污水进水管；在所述垂直折流布水单元的最后一个垂直布水装置内的出水口处设置有出水管，所述出水管的出水端设置在所述上部观赏区域内。
4.根据权利要求1所述的污水湿地处理装置，其特征在于，在所述下部厌氧反应区域内部的底部设置有级配碎石层；所述陶粒层设置在所述级配碎石层的上部；对于相邻的两个垂直布水装置，前一个垂直布水装置的进水口和后一个垂直布水装置的出水口均设置在所述下部厌氧反应区域的级配碎石层中。
5.根据权利要求1所述的污水湿地处理装置，其特征在于，所述好氧基质层从下至上依次包括沸石层、火山岩层和砾石层；所述植物种植层设置在所述砾石层的上部；对于相邻的两个垂直布水装置，前一个垂直布水装置的出水口和后一个垂直布水装置的进水口均设置在所述上部好氧反应区域的砾石层中。
6.根据权利要求1所述的污水湿地处理装置，其特征在于，在所述垂直布水装置内水平设置有分层隔板；所述分层隔板将所述垂直布水装置分隔为所述上部好氧反应区域和所述下部厌氧反应区域。
7.根据权利要求1所述的污水湿地处理装置，其特征在于，所述上部好氧反应区域与所述下部厌氧反应区域的空间比为2:1；且所述污水在所述下部厌氧反应区域的停留反应时间大于2h。
8.根据权利要求1所述的污水湿地处理装置，其特征在于，所述陶粒层的装填密度不超过所述下部厌氧反应区域的空间体积的90％。
9.根据权利要求1所述的污水湿地处理装置，其特征在于，所述下部污水再处理区域从上至下依次包括负载Co/Ni活性组分的第二陶粒层和第二级配碎石层；且，所述下部污水再处理区域的空间高度小于所述下部厌氧反应区域。
10.根据权利要求1所述的污水湿地处理装置，其特征在于，在所述上部观赏区域设置有观赏植物层；所述上部观赏区域与所述下部污水再处理区域之间通过隔板分隔。
11.一种污水湿地处理方法，其特征在于，利用如权利要求1-10任意一项所述的污水湿地处理装置对待处理污水进行处理；包括如下步骤：将待处理污水引入所述垂直潜流处理区，通过所述单元污水进口使所述待处理污水进入到第一个所述垂直布水装置内；在第一个所述垂直布水装置的下部厌氧反应区域内，所述待处理污水利用所述下部厌氧反应区域的反硝化细菌以及在所述陶粒层中负载Co/Ni活性组分的作用下进行充分反硝化反应，得到除去氨氮的污水；随着第一个所述垂直布水装置的下部厌氧反应区域内污水的水位增长，所述除去氨氮的污水进入到第一个所述垂直布水装置的上部好氧反应区域；在第一个所述垂直布水装置的上部好氧反应区域内，所述除去氨氮的污水在所述植物种植层提供氧气的条件下进行好氧微生物分解反应，得到微生物分解后的污水；所述微生物分解后的污水从第一个所述垂直布水装置进入到下一个所述垂直布水装置中，重复进行折流式布水处理，直到污水处理结束，处理结束后的污水通过所述单元水出口进入到所述表流区。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种污水湿地处理装置及方法，以解决目前的现有技术中，由于在湿地植物新陈代谢影响下，人工湿地的硝化和反硝化作用产生层间差异，从而导致垂直潜流人工湿地中反硝化效果差等问题。
本发明提供一种污水湿地处理装置，包括：垂直潜流处理区和表流区；其中，所述垂直潜流处理区包括垂直折流布水单元；所述垂直折流布水单元包括至少两个垂直布水装置；所述垂直布水装置包括下部厌氧反应区域和上部好氧反应区域；在所述下部厌氧反应区域内设置有负载Co/Ni活性组分的陶粒层，在所述上部好氧反应区域内设置有好氧基质层和设置在所述好氧基质层上方的植物种植层；对于相邻的两个垂直布水装置，前一个垂直布水装置的进水口和出水口分别设置在所述下部厌氧反应区域和所述上部好氧反应区域，后一个垂直布水装置的进水口和出水口分别设置在所述上部好氧反应区域和所述下部厌氧反应区域，且，前一个垂直布水装置的出水口与后一个垂直布水装置的进水口连接；在所述垂直折流布水单元中，位于两边的垂直布水装置的进水口和出水口分别作为所述垂直折流布水单元的单元污水进口和单元水出口；所述表流区包括下部污水再处理区域和上部观赏区域。
此外，优选的方案是，所述垂直折流布水单元包括奇数个数的所述垂直布水装置。
此外，优选的方案是，对于相邻的所述垂直布水装置，前一个垂直布水装置的出水口与所述后一个垂直布水装置的进水口之间通过布水管连接；在所述垂直折流布水单元的第一个垂直布水装置内的进水口处设置有污水进水管；在所述垂直折流布水单元的最后一个垂直布水装置内的出水口处设置有出水管，所述出水管的出水端设置在所述上部观赏区域内。
此外，优选的方案是，在所述下部厌氧反应区域内部的底部设置有级配碎石层；所述陶粒层设置在所述级配碎石层的上部；对于相邻的两个垂直布水装置，前一个垂直布水装置的进水口和后一个垂直布水装置的出水口均设置在所述下部厌氧反应区域的级配碎石层中。
此外，优选的方案是，所述好氧基质层从下至上依次包括沸石层、火山岩层和砾石层；所述植物种植层设置在所述砾石层的上部；对于相邻的两个垂直布水装置，前一个垂直布水装置的出水口和后一个垂直布水装置的进水口均设置在所述上部好氧反应区域的砾石层中。
此外，优选的方案是，在所述垂直布水装置内水平设置有分层隔板；所述分层隔板将所述垂直布水装置分隔为所述上部好氧反应区域和所述下部厌氧反应区域。
此外，优选的方案是，所述上部好氧反应区域与所述下部厌氧反应区域的空间比为2:1；且所述污水在所述下部厌氧反应区域的停留反应时间大于2h。
此外，优选的方案是，所述陶粒层的装填密度不超过所述下部厌氧反应区域的空间体积的90％。
此外，优选的方案是，所述下部污水再处理区域从上至下依次包括负载Co/Ni活性组分的第二陶粒层和第二级配碎石层；且，所述下部污水再处理区域的空间高度小于所述下部厌氧反应区域。
此外，优选的方案是，在所述上部观赏区域设置有观赏植物层；所述上部观赏区域与所述下部污水再处理区域之间通过隔板分隔。
本发明提供一种污水湿地处理方法，利用如上所述的污水湿地处理装置对待处理污水进行处理；包括如下步骤：
将待处理污水引入所述垂直潜流处理区，通过所述单元污水进口使所述待处理污水进入到第一个所述垂直布水装置内；
在第一个所述垂直布水装置的下部厌氧反应区域内，所述待处理污水利用所述下部厌氧反应区域的反硝化细菌以及在所述陶粒层中负载Co/Ni活性组分的作用下进行充分反硝化反应，得到除去氨氮的污水；
随着第一个所述垂直布水装置的下部厌氧反应区域内污水的水位增长，所述除去氨氮的污水进入到第一个所述垂直布水装置的上部好氧反应区域；
在第一个所述垂直布水装置的上部好氧反应区域内，所述除去氨氮的污水在所述植物种植层提供氧气的条件下进行好氧微生物分解反应，得到微生物分解后的污水；
所述微生物分解后的污水从第一个所述垂直布水装置进入到下一个所述垂直布水装置中，重复进行折流式布水处理，直到污水处理结束，处理结束后的污水通过所述单元水出口进入到所述表流区。
从上面的技术方案可知，本发明提供的污水湿地处理装置及方法，通过将垂直潜流处理区设置成连续折流布水和集水的结构形式，使湿地中的处理环境得到优化，有效解决了潜流湿地反硝化作用差的问题；通过在下部厌氧反应区域内设置负载Co/Ni活性组分的陶粒层，利用Co/Ni的不饱和金属离子配位，水解产生的正电氢离子和负氢氧根吸附在陶粒表面形成氧活性基团，有效强化氨氮的化学氧化去除过程，充分转化成为硝氮和亚硝氮等反硝化底物，增强湿地对污水中氮的处理效率；表流区的设置对垂直潜流处理区的出水水质进行进一步保障，同时对周围环境进行进一步提升，契合农村环境综合整治的目标；经处理出水氨氮可以从进水≤30mg/L降低至5mg/L，总氮可以从进水≤50mg/L降低至15mg/L；本发明具有脱氮效率高、运行稳定、处理后的出水氨氮指标能稳定达到一级A标准(GB18918—2002)的要求(NH4+-N≤5mg/L，TN≤15mg/L)。
为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
（发明人：何文丽;王彦芳;赵金;刘凯;田丽森）