一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地及其对尾水处理方法技术

本发明专利技术公开了一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地及其对尾水处理方法。所述尾水深度脱氮除磷的人工湿地，包括填料不同的湿地基质床体A和床体B，床体A是常规的人工湿地砾石床，以砾石作为填料，顶部加盖封闭或种植植物，床体B是有机无机混合填料床，顶部加盖封闭；床体A和床体B均采用下部进水上部出水的垂直流运行方式。本发明专利技术使用的材料容易获得，成本低廉，可以持续提供脱氮所需要的电子供体，以及除磷所需要的吸附剂，使尾水中的氮磷降低至更低的水平。

【技术实现步骤摘要】
一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地及其对尾水处理方法
本专利技术属于环保领域，具体涉及一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地及其对尾水处理方法。
技术介绍
在一些水资源较匮乏的区域，城市生活污水处理后的尾水正在成为地表水体主要补给水源。但目前我国城市污水处理即使执行最严格的排放标准：《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918—2002)》一级A标准，尾水中氮磷浓度仍然比较高(TP：0.5～1.0mg/L、TN：15～20mg/L、NH4+-N：5～8mg/L)，高于《地表水环境质量标准(GB3838—2002)》Ⅳ类标准，更高于导致水体富营养化的氮磷浓度上限，由此可知，尾水直接排入地表水体，特别是流动性较差的地表水体时，会造成水中氮磷的逐渐积累，为地表水体带来潜在的富营养化风险。因此，尾水作为主要水源补给地表水体时，为了防止富营养化需要对其进行深度脱氮除磷。对于尾水进行深度处理，目前应用较为广泛的是人工湿地技术。人工湿地技术具有构建简单投资低、运行及维护成本低等特点，并且具有一定的景观价值，可用于排放量较大的规模化城市污水处理厂尾水深度处理。但是，目前的人工湿地技术仍存在一定的限制因素，使得以氮、磷为主的污染物去除效率不高。尾水中的氮主要以硝酸盐氮的形式存在，在人工湿地中主要去除方式是反硝化，但尾水进入人工湿地前，有机物已被大量去除，进入人工湿地后由于缺乏充足的有机碳源使得反硝化作用减弱，导致硝酸盐氮的去除效果降低。人工湿地技术对于磷的去除主要是通过基质的吸附与沉淀作用，常规的填料吸附能力有限，磷吸附易达到饱和，使得人工湿地磷去除能力持续下降。
技术实现思路
为解决现有技术的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地。本专利技术的另一目的在于提供一种利用上述人工湿地对尾水深度脱氮除磷的方法。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地，包括填料不同的湿地基质床体A和床体B，床体A是常规的人工湿地砾石床，以粒径较大的砾石等作为填料，顶部加盖封闭或可种植根系较浅的矮生型植物；床体B是有机无机混合填料床，顶部加盖封闭；有机材料是植物碎屑等以植物生物质为主的材料，无机材料是富铁基质，包含富铁的土壤和矿物等；床体A和床体B均采用下部进水上部出水的垂直流运行方式。优选的，两段床体的连接方式是尾水进入床体A底部，从床体A顶部排出，其中部分出水回流至床体B，从床体B底部进入，在床体B顶部排出；床体B的出水与尾水混合一同进入床体A，形成部分循环。优选的，床体A在启动时期，从顶部喷洒一次富集的具有亚铁氧化硝酸盐还原功能的菌液，该菌液含有的菌群具有异养反硝化和亚铁反硝化功能。种植植物，通水后基质床体内完全浸满水形成厌氧的环境，发生亚铁氧化硝酸盐还原过程，亚铁离子被氧化，硝酸盐氮还原成氮气排出。优选的，床体B在启动初期，从顶部喷洒一次富集的具有异化铁还原功能的菌液，加盖封闭。床体B填料整体浸没在水中，形成厌氧状态。固体有机物部分厌氧水解，而铁氧化物在还原菌的作用下，与有机物发生异化铁还原反应，反应产生大量亚铁，使得床体B的出水中携带溶出的有机物和亚铁，一同进入床体A。优选的，所述砾石粒径为0.5-1.5cm。优选的，所述的有机无机混合填料为处理过的富铁基质和植物碎屑按照一定比例混合，以无纺布包裹，形成可更换的组合填料块。植物碎屑和富铁基质质量比例优选为1：3-1：4。更优选的，所述富铁基质为铁含量较高的赤红壤、砖红壤或铁矿物等材料，经过研磨过20-40目筛的颗粒大小；植物碎屑为烘干的枯枝落叶等材料，破碎成直径0.1-0.5cm的叶片大小。优选的，所述床体A顶部种植的植物是矮生型植物，根系较为短小，植物收割后可用于混合填料。优选的，所述的尾水是生活污水经过二级生化处理后出水，氮以硝酸盐氮为主，磷以无机磷为主，氮磷浓度分别在10-20mg/L、0.5-1.5mg/L。一种利用上述人工湿地对尾水深度脱氮除磷的方法，包括以下步骤：(1)将床体B和床体A分别填入有机无机混合填料和砾石，然后充满自来水；从床体B的顶部加入一次异化铁还原菌液，在床体A的顶部加入一次亚铁氧化硝酸盐还原菌液；同时启动尾水处理，将尾水从床体A下部通入，床体处理后出水部分回流到床体B，其余排放；(2)床体A的排水部分回流至床体B，床体B从下往上的垂直流使有机无机混合填料完全浸入水中形成厌氧的环境，固体有机物发生水解；铁氧化物在厌氧酸化的条件下，被异化铁还原细菌利用有机物发生还原反应，形成大量亚铁离子溶出；床体B的出水中携带着部分未被利用的有机物和大量亚铁离子，与尾水混合，进入填料为砾石的床体A；(3)未被利用的有机物进入床体A，为反硝化脱氮提供部分碳源，实现硝酸盐氮部分脱除；同时，床体A也是从下往上的垂直流形成厌氧的环境，在亚铁氧化硝酸盐还原菌的作用下，亚铁氧化硝酸盐还原使部分硝酸盐氮被脱除；而尾水中的磷酸根离子可以与亚铁离子反应形成沉淀，沉积在砾石表面；同时，被硝酸盐氮氧化形成的无定型三价铁氧化物，也会沉积在砾石表面，对尾水中的无机磷具有较强的吸附作用。步骤(1)中加入的异化铁还原菌液和亚铁氧化硝酸盐还原菌液的量均为100ml左右，具体视人工湿地面积而定。步骤(2)和(3)的反应持续进行，有机无机混合填料床体B内溶出的亚铁离子和有机物与尾水中的氮磷反应，进水中硝酸盐氮最终以氮气的形式去除，磷酸根离子则被沉积固定在砾石表面，达到深度脱氮除磷的效果。所述的有机无机混合填料为处理过的富铁基质和植物碎屑按照一定比例混合、以无纺布包裹、形成可更换的组合填料块，当富铁基质中的三价铁被完全还原利用，或植物碎屑中的有机物被完全利用后，通过更换新的有机无机混合填料或富铁基质或植物碎屑，继续发挥脱氮除磷的作用。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点及有益效果：(1)本技术可以持续提供脱氮所需要的电子供体，以及除磷所需要的吸附剂，改善常规人工湿地技术脱氮除磷中缺乏可利用的碳源和吸附饱和的问题，使尾水中的氮磷降低至更低的水平。(2)本技术使用的材料容易获得，成本低廉，可以持续有效的对尾水进行深度脱氮除磷。附图说明图1为本专利技术一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地的主视图。其中：1-砾石床体A；2-有机无机混合填料床体B；3-尾水进水口(1)；4-处理后出水(2)；5-出水部分回流(3)。图2为实施例1中系统进出水总磷的变化情况。图3为实施例1中系统进出水硝酸盐氮的变化情况。图4为实施例2中系统进出水总磷的变化情况。图5为实施例2中系统进出水硝酸盐氮的变化情况。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术作进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。所述异化铁还原菌液为文献“典型富氧化铁土壤基质中铁异化还原的特性[J].李弘，种云霄，余光伟，龙新宪，环境科学学报2017，37(3)：1092～1097”中所述的接种菌液，通过以下步骤得到：选取华南农业大学试验基地水稻土作为菌种来源。取100g风干水稻土于1L烧杯，加入500mL蒸馏水，充分搅拌后用保鲜膜封口在30培养箱培养1天，临用前取上清液作为接种菌液(即本专利技术所述异化铁还原菌液)。所述亚铁氧化硝酸盐还原菌液为文献“污染河流底泥亚铁氧化硝酸盐还原菌分离及代谢特性[J].谢小兰，余光伟，种云霄，龙新宪，中国环境科本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地，其特征在于，包括填料不同的湿地基质床体A和床体B，床体A是常规的人工湿地砾石床，以砾石作为填料，顶部加盖封闭或种植植物；床体B是有机无机混合填料床，顶部加盖封闭；床体A和床体B均采用下部进水上部出水的垂直流运行方式。

【技术特征摘要】
1.一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地，其特征在于，包括填料不同的湿地基质床体A和床体B，床体A是常规的人工湿地砾石床，以砾石作为填料，顶部加盖封闭或种植植物；床体B是有机无机混合填料床，顶部加盖封闭；床体A和床体B均采用下部进水上部出水的垂直流运行方式。2.根据权利要求1所述的一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地，其特征在于，两段床体的连接方式是尾水进入床体A底部，从床体A顶部排出，其中部分出水回流至床体B，从床体B底部进入，在床体B顶部排出；床体B的出水与尾水混合一同进入床体A，形成部分循环。3.根据权利要求1所述的一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地，其特征在于，床体A在启动时期，从顶部喷洒一次富集的具有亚铁氧化硝酸盐还原功能的菌液；床体B在启动初期，从顶部喷洒一次富集的具有异化铁还原功能的菌液，加盖封闭。4.根据权利要求1所述的一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地，其特征在于，所述砾石的粒径为0.5-1.5cm。5.根据权利要求1所述的一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地，其特征在于，所述的有机无机混合填料为处理过的富铁基质和植物碎屑按照一定比例混合，以无纺布包裹，形成可更换的组合填料块。6.根据权利要求5所述的一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地，其特征在于，所述富铁基质为赤红壤、砖红壤或铁矿物，经过研磨过20-40目筛的颗粒大小；植物碎屑为烘干的枯枝落叶，破碎成直径0.1-0.5cm的叶片大小。7.根据权利要求1所述的一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地，其特征在于，所述床体A顶部种植的植物是根系较浅的矮生型植物。8.根据权利要求1所述的一种尾水深度脱氮除磷的人工湿地，其特征在于，所述的尾水是生活污水经过二级生化处理后出水，氮以...

【专利技术属性】
技术研发人员：种云霄，张美玲，陈志远，余光伟，龙新宪，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：广东,44