一种强化脱氮除磷一体化人工湿地系统技术方案

本发明专利技术公开了一种强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，其为表面流湿地，包括沿水流方向依次设置的挺水植物湿地(1)和沉水植物湿地(2)，所述挺水植物湿地(1)包括强化脱氮介质层和其上部的浅水层(3)，在所述强化脱氮介质层上种植有挺水植物(4)；所述沉水植物湿地包括强化除磷介质层和其上部的深水层(6)，在所述强化除磷介质层上种植有沉水植物(5)。本发明专利技术所述的强化脱氮除磷一体化人工湿地系统可以实现同步、高效、经济的污水处理。

【技术实现步骤摘要】
一种强化脱氮除磷一体化人工湿地系统
本专利技术涉及水污染控制与生态修复领域领域，特别是涉及一种强化脱氮除磷一体化人工湿地系统。
技术介绍
目前，氮、磷过量输入导致的水体富营养化是湖泊水环境的主要问题之一。随着污水处理率及处理水平的提高，达标排放的低污染水对湖泊水环境污染负荷越来越突出。这些低污染水中氮、磷含量虽然大多数能达到国家水质排放标准，但仍然高出地表水质量标准数倍、甚至数十倍以上，而且这类低污染水水量大，其直接排放对湖泊天然水体构成较大的威胁，亟需进行处理。在低污染水中，污水处理厂尾水、农田径流等低碳氮比的低污染水受到更多的关注，污水处理厂尾水经过生化处理后，碳、氮比已经降低至2.5-3范围；农田径流中有机碳源同样也含量较低。因此，低碳氮比的低污染水处理已经成为治理的瓶颈问题。人工湿地污水处理系统是一个综合的生态污水处理系统，具有耐冲击负荷、出水水质稳定、基建运行费用低、易于维护等优点，常常用于处理低污染水。然而，在处理低碳氮比氮磷污染的低污染水时，仍存在有机碳源不足导致微生物脱氮效果差、填料对磷的吸附容量低等问题。为强化低C/N比污水的脱氮，多采取外加碳源的方式，采用的碳源主要分为传统液体碳源、可生物降解多聚物碳源、天然植物碳源3大类，其中天然植物碳源由于其廉价易得、操作简单逐渐被应用。然而，利用天然植物碳源同样存在一些问题，如碳源可控性降低、出水水质易有残留碳源、色度偏高等。对此一些研究提出了优化措施，如专利CN103936161A将植物秸秆用浸泡液水解得植物碳源水解液投加至人工湿地，以提高反硝化脱氮效果及稳定性；专利CN104291445A利用植物碳源与硫磺颗粒，将植物碳源异养和硫自养反硝化耦合运用，以提高植物碳源释放过程的可控性。但这些措施也使湿地系统复杂化，成本增加。为强化污水中磷的去除，多采取新型湿地填料(沸石、钢渣、陶粒、给水厂污泥等)代替传统湿地填料(土壤、砂、砾石等)的方式，其中给水厂废弃污泥因其铁铝含量高、磷吸附能力强而逐渐被关注。目前的研究多集中应用于污染较高的废水处理，如专利CN103880193A公开了基于给水厂污泥构建垂直流人工湿地处理养殖废水的方法；专利CN103408094A涉及一种回用给水厂废弃泥去除城镇污水中磷的方法等，由此可见将其应用于低污染水的处理会取得更为理想的效果。此外有研究指出，单独使用给水厂废物污泥作填料存在不利于湿地植物生长的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，实现同步、高效、经济的污水处理。一种强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，其为表面流湿地，包括沿水流方向依次设置的挺水植物湿地和沉水植物湿地，所述挺水植物湿地包括强化脱氮介质层和其上部的浅水层，在所述强化脱氮介质层上种植有挺水植物；所述沉水植物湿地包括强化除磷介质层和其上部的深水层，在所述强化除磷介质层上种植有沉水植物。本专利技术所述的强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，其中，所述强化脱氮介质层沿水流方向依次设置有脱氮前处理区和脱氮后处理区，所述脱氮前处理区由下部的植物碳源填料层和上部的土壤层构成，所述脱氮后处理区由土壤填充而成；所述强化除磷介质层沿水流方向依次设置有除磷前处理区和除磷后处理区，所述除磷前处理区填充有红壤与给水厂废弃污泥的混合物，所述除磷后处理区填充有红壤；所述挺水植物湿地和所述沉水植物湿地的面积比为1:1-1:4。本专利技术所述的强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，其中，所述挺水植物湿地前端设置布水渠和溢流堰，在所述布水渠的前端设置有入水口；所述布水渠中的水由所述溢流堰进入所述挺水植物湿地；所述挺水植物湿地的出水跌入到所述沉水植物湿地，水位高度差为0-20cm；所述沉水植物湿地的上部设置有出水口。本专利技术所述的强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，其中，所述植物碳源填料层中的植物碳源填料为所述系统种植的挺水植物茎秆碎段，填充之前进行如下预处理：植物茎秆自然风干，使其含水率低于10％；对风干后的植物茎秆进行破碎处理，将植物茎秆沿中心轴向剖开，再经横向切断，形成长度为2-10cm的碎段。本专利技术所述的强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，其中，所述植物碳源填料层的厚度为10-20cm，所述土壤层的厚度为5-25cm；所述脱氮前处理区和所述脱氮后处理区的横截面面积比为1:3-1:2；所述挺水植物为芦苇、芦竹、香蒲和千屈菜中的一种，种植密度为10-20株/m2；所述浅水层的深度为0-30cm。本专利技术所述的强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，其中，所述强化除磷介质层的厚度为10-20cm，所述除磷前处理区与除磷后处理区的横截面面积比为1:1-1:10。本专利技术所述的强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，其中，所述除磷前处理区中红壤与给水厂废弃污泥按质量比1:1-5:1均匀混合；所述红壤中Fe2O3的质量百分比大于10％；所述的给水厂废弃污泥为以铝盐为絮凝剂的给水厂产生的污泥，其中Al2O3含量为6％-20％。本专利技术所述的强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，其中，所述深水层的深度为50-80cm；所述沉水植物为金鱼藻、苦草、狐尾藻、蓖齿眼子菜中的一种，种植密度为9-25株/m2。本专利技术所述的强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，其中，所述挺水植物湿地与所述沉水植物湿地的水力负荷分别为0.05-0.5m3/m2d和0.02-0.2m3/m2d。本专利技术强化脱氮除磷一体化人工湿地系统与现有技术不同之处在于：本专利技术强化脱氮除磷一体化人工湿地系统克服了
技术介绍
中的缺陷，将脱氮与除磷的强化措施相结合，提供一种强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，由挺水植物湿地与沉水植物湿地串联运行。挺水植物湿地前端设置强化脱氮区，利用湿地自身种植的挺水植物茎秆碎段作为补充碳源，增强反硝化脱氮效果；后端的非碳源补充区可进一步降解前端的残余碳源；沉水植物湿地前端设置强化除磷区，将给水厂废弃污泥与红壤混合作为填料，同时兼顾除磷效果及湿地植物长势，且沉水植物可显著降低水体浊度并阻止沉积物的再悬浮，保障出水水质清澈。本专利技术还具有如下有益效果：1.采用湿地自身种植的挺水植物作为补充碳源、给水厂废弃污泥作为强化填料，成本低廉，同时实现了废物的资源化利用。2.挺水湿地选用的芦苇、香蒲等植物的C/N比较高，适宜作为植物碳源，保障氮的去除效果。3.湿地系统结构简单，操作便捷，根据氮、磷污染程度调整植物碳源与给水厂废弃污泥的添加比例，满足出水水质的要求。4.通过构建的强化脱氮区与强化除磷区，对低碳氮比且氮磷污染的低污染水具有较为理想的同步处理效果，出水氮、磷指标可达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)Ⅳ类。下面结合附图对本专利技术的强化脱氮除磷一体化人工湿地系统作进一步说明。附图说明图1为本专利技术强化脱氮除磷一体化人工湿地系统的结构示意图。其中，(1)挺水植物湿地、(2)沉水植物湿地、(3)浅水层、(4)挺水植物、(5)沉水植物、(6)深水层、(7)脱氮后处理区、(8)植物碳源填料层、(9)土壤层、(10)除磷前处理区、(11)除磷后处理区、(12)布水渠、(13)溢流堰、(14)入水口、(15)出水口。具体实施方式实施例1如图1所示，一种强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，沿水流方向依次包括挺水植物湿地1和沉水植物湿地2。所述的挺水植物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，其特征在于：其为表面流湿地，包括沿水流方向依次设置的挺水植物湿地(1)和沉水植物湿地(2)，所述挺水植物湿地(1)包括强化脱氮介质层和其上部的浅水层(3)，在所述强化脱氮介质层上种植有挺水植物(4)；所述沉水植物湿地包括强化除磷介质层和其上部的深水层(6)，在所述强化除磷介质层上种植有沉水植物(5)。

【技术特征摘要】
1.一种强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，其特征在于：其为表面流湿地，包括沿水流方向依次设置的挺水植物湿地(1)和沉水植物湿地(2)，所述挺水植物湿地(1)包括强化脱氮介质层和其上部的浅水层(3)，在所述强化脱氮介质层上种植有挺水植物(4)；所述强化脱氮介质层沿水流方向依次设置有脱氮前处理区和脱氮后处理区(7)，所述脱氮前处理区由下部的植物碳源填料层(8)和上部的土壤层(9)构成，所述脱氮后处理区(7)由土壤填充而成；所述沉水植物湿地包括强化除磷介质层和其上部的深水层(6)，在所述强化除磷介质层上种植有沉水植物(5)；所述强化除磷介质层沿水流方向依次设置有除磷前处理区(10)和除磷后处理区(11)，所述除磷前处理区(10)填充有红壤与给水厂废弃污泥的混合物，所述除磷后处理区(11)填充有红壤；所述挺水植物湿地(1)和所述沉水植物湿地(2)的面积比为1:1-1:4。2.根据权利要求1所述的强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，其特征在于：所述挺水植物湿地(1)前端设置布水渠(12)和溢流堰(13)，在所述布水渠(12)的前端设置有入水口(14)；所述布水渠(12)中的水由所述溢流堰(13)进入所述挺水植物湿地(1)；所述挺水植物湿地(1)的出水跌入到所述沉水植物湿地(2)，水位高度差为0-20cm；所述沉水植物湿地(2)的上部设置有出水口(15)。3.根据权利要求1所述的强化脱氮除磷一体化人工湿地系统，其特征在于：所述植物碳源填料层(8)中的植物碳源填料为所述系统种植的挺水植物茎秆碎段，填充之前进行如下预处理：植物茎秆自然...

【专利技术属性】
技术研发人员：储昭升，高思佳，王海燕，叶碧碧，庞燕，
申请(专利权)人：中国环境科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11