專利名稱：同步強(qiáng)化去除氮、磷及雌激素的表面滯水型折流濕地系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程污水處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種同步強(qiáng)化去除氮、磷及雌激素的表面滯水型折流濕地系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氮和磷元素的存在是造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的主要原因，環(huán)境雌激素(以下簡(jiǎn)稱雌激素)是一類能干擾體內(nèi)正常分泌物質(zhì)的合成、釋放、運(yùn)轉(zhuǎn)、結(jié)合等過(guò)程，激活或抑制內(nèi)分泌系統(tǒng)功能，從而破壞其維持機(jī)體穩(wěn)定性和調(diào)控作用的物質(zhì)。雌激素在環(huán)境中存在的濃度低(在水環(huán)境中其濃度通常為納克級(jí))，具有潛在危害性。雌激素以其對(duì)機(jī)體的生殖、神經(jīng)和免疫系統(tǒng)的危害性而引起越來(lái)越多的研究和重視。隨著環(huán)境污染問(wèn)題的不斷出現(xiàn)，如何能有效、簡(jiǎn)單且低成本的凈化被污染的環(huán)境，受到越來(lái)越多人的重視。目前的處理工藝不能同步去除氮磷和雌激素，對(duì)雌激素的去除通常使用活性炭吸附、化學(xué)催化氧化、電化學(xué)氧化等技術(shù)，成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問(wèn)題:本發(fā)明的目的是提供一種同步強(qiáng)化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流濕地，同步強(qiáng)化水體中氮、磷和雌激素的生態(tài)去除作用。技術(shù)方案:為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案:一種同步強(qiáng)化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流濕地系統(tǒng)，所述的濕地系統(tǒng)包括按照水流流向依次設(shè)置的一級(jí)處理池、二級(jí)處理池和三級(jí)處理池；一級(jí)處理池內(nèi)自上而下設(shè)有漂浮植物層和一級(jí)填料層，二級(jí)處理池內(nèi)自上而下設(shè)有濕地藻類層和二級(jí)填料層，三級(jí)處理池內(nèi)自上而下 設(shè)有挺水植物層和多級(jí)功能填料層，所述的多級(jí)功能填料層包括自上而下依次設(shè)置的石膏層、煤渣層、鋼渣層和礫石層；在一級(jí)處理池前設(shè)有進(jìn)水分配池，進(jìn)水分配池與一級(jí)處理池之間設(shè)有溢流堰，進(jìn)水分配池內(nèi)的待處理污水溢流進(jìn)入二級(jí)處理池的漂浮植物層內(nèi)，一級(jí)處理池的下方池壁上設(shè)有一級(jí)出水口，經(jīng)過(guò)一級(jí)處理池處理的污水經(jīng)一級(jí)出水口進(jìn)入二級(jí)處理池的二級(jí)填料層內(nèi)；二級(jí)處理池與三級(jí)處理池之間設(shè)有溢流堰，經(jīng)過(guò)二級(jí)處理池處理的污水溢流進(jìn)入三級(jí)處理池的挺水植物層內(nèi)，處理過(guò)的水經(jīng)過(guò)三級(jí)處理池下方的排水口排出。其中，一級(jí)處理池下部的一級(jí)填料層由粒徑為10_20mm的沸石堆積而成，沸石上方有適合漂浮植物層生長(zhǎng)的5 — IOcm深的積水；所述的漂浮植物層的高度為10 — 15cm，一級(jí)填料層高度為50— 60cm ;所述的漂浮植物層采用浮萍。其中，二級(jí)處理池下部的二級(jí)填料層由粒徑為10 — 20mm的礫石堆積而成，礫石上方設(shè)有適合繁殖藻類層的10 — 15cm深的積水；所述的藻類層的高度為10 — 15cm，二級(jí)填料層的高度為50— 60cm ;所述的藻類層采用絲狀藻或者水綿。其中，三級(jí)處理池的多級(jí)功能填料層的石膏層的厚度為15 — 20cm，石膏粒徑為5—IOmm ;煤渣層的厚度為15 — 20cm，煤渣粒徑為5 — IOmm ;鋼渣層的厚度為30— 35cm，鋼洛粒徑為I一5mm ;碌石層的厚度為10—15cm,碌石粒徑為5—IOmm ;所述的挺水植物采用蘆葦、水竹或菖蒲。
本發(fā)明有以下有益效果:1)采用折流式水流形態(tài)，綜合了表面流人工濕地和潛流人工濕地的工藝特點(diǎn)，提高了污染物的去除效率，氮、磷的去除率達(dá)到80%，雌激素去除率可達(dá)到95%。2)利用折流式水流形態(tài)產(chǎn)生的溶氧變化，使硝化-反硝化細(xì)菌能夠高效去除水體中的氮，去除率可達(dá)到80%。3)將濕地分為三級(jí)，每級(jí)種植處于不同生態(tài)位的植物，即漂浮植物、懸浮絲狀藻和挺水植物，充分利用不同生態(tài)位的濕地植物對(duì)雌激素的吸收和光降解促進(jìn)作用；在利用植物根系微生物降解功能的基礎(chǔ)上，拓展了漂浮植物、懸浮絲狀藻對(duì)雌激素的吸收和光促降解去除途徑，大大提高了單位面積人工濕地對(duì)雌激素的去除效率，雌激素去除率可達(dá)到95%，有效降低雌激素對(duì)水環(huán)境生物的生殖影響。4)利用填料的高效吸附能力去除水體中磷，效率高而且便于維護(hù)管理。5)在達(dá)到同樣去除效果的情況下，本發(fā)明與同類工藝相比，可節(jié)約土地使用面積1/3，節(jié)省成本1/4 ;另外，本發(fā)明水力停留時(shí)間大大縮短，經(jīng)過(guò)6—8小時(shí)的處理，出水氮磷去除率已達(dá)到80%，雌激素去除率則最高可達(dá)到95%，而利用傳統(tǒng)污泥法或者其他組合工藝水力停留時(shí)間需要10小時(shí)以上，才能達(dá)到理想處理效果，投資高、耗時(shí)長(zhǎng)，工藝條件復(fù)雜，不利于維護(hù)管理。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本發(fā)明的同步強(qiáng)化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流濕地系統(tǒng)，包括按照水流流向依次設(shè)置的一級(jí)處理池、二級(jí)處理池和三級(jí)處理池。
一級(jí)處理池內(nèi)自上而下設(shè)有漂浮植物層3和一級(jí)填料層4。一級(jí)處理池的下部設(shè)有粒徑為10-20mm的沸石堆積而成的一級(jí)填料層4，沸石上方有適合漂浮植物層3生長(zhǎng)的5 — IOcm深的積水，所述的漂浮植物層3的高度為10 — 15cm，一級(jí)填料層4高度為50—60cm。所述的漂浮植物層3可采用浮萍等水生 植物。
二級(jí)處理池內(nèi)自上而下設(shè)有濕地藻類層7和二級(jí)填料層6。二級(jí)處理池的下部設(shè)有粒徑為10 — 20mm的礫石堆積而成的二級(jí)填料層6，礫石上方設(shè)有適合繁殖藻類層7的10 — 15cm深的積水，所述的藻類層7的高度為10 — 15cm，二級(jí)填料層6高度50— 60cm。所述的藻類層7可采用絲狀藻或者水綿等藻類。
三級(jí)處理池內(nèi)自上而下設(shè)有挺水植物層9和多級(jí)功能填料層，所述的多級(jí)功能填料層包括自上而下依次設(shè)置的石膏層10、煤渣層11、鋼渣層12和礫石層13。石膏層10的厚度為15 — 20cm，石膏粒徑為5 — IOmm ;煤渣層11的厚度為15 — 20cm，煤渣粒徑為5 — IOmm ；鋼渣層12的厚度為30— 35cm，鋼渣粒徑為I一5mm ;礫石層13的厚度為10 — 15cm，礫石粒徑為5 — IOmm ;石膏層10上方?jīng)]有積水，挺水植物根系直接種植在煤渣層11和鋼渣層12。所述的挺水植物為9采用蘆葦、水竹或菖蒲種植而成。
在一級(jí)處理池前設(shè)有進(jìn)水分配池1，待處理的污水源源不斷的被送入進(jìn)水分配池I內(nèi)；進(jìn)水分配池I和一級(jí)處理池的池壁之間設(shè)有溢流堰2，進(jìn)水分配池I內(nèi)的待處理污水經(jīng)過(guò)溢流堰2溢流進(jìn)入一級(jí)處理池的漂浮植物層3內(nèi)；一級(jí)處理池的一級(jí)填料層4所在處的下方池壁上設(shè)有一級(jí)出水口 5，經(jīng)過(guò)一級(jí)處理池處理的污水經(jīng)一級(jí)出水口 5進(jìn)入二級(jí)處理池的二級(jí)填料層6內(nèi)；二級(jí)處理池和三級(jí)處理池的池壁之間設(shè)有溢流堰8，經(jīng)過(guò)二級(jí)處理池處理的污水經(jīng)過(guò)溢流堰8溢流進(jìn)入三級(jí)處理池的挺水植物層9內(nèi)，處理過(guò)的水經(jīng)過(guò)三級(jí)處理池下方的排水口 14排出。整個(gè)濕地系統(tǒng)采用折流式水流形態(tài)，經(jīng)過(guò)三級(jí)濕地系統(tǒng)處理，同時(shí)去除水體中的氮、磷和雌激素。
本發(fā)明的同步強(qiáng)化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流濕地系統(tǒng)，污水進(jìn)入一級(jí)處理池中后，表面淺層積水中的漂浮植物對(duì)水體中的雌激素進(jìn)行吸收，其代謝產(chǎn)物促進(jìn)雌激素的光降解；同時(shí)，漂浮植物的光合作用釋放氧氣，提高水中溶解氧含量，較好的好氧條件使硝化細(xì)菌快速地將水體中的nh4+-n轉(zhuǎn)化為no3_-n，而且同步發(fā)生對(duì)雌激素的共代謝降解作用。水流經(jīng)過(guò)第一級(jí)濕地系統(tǒng)下部的一級(jí)出水口 5進(jìn)入二級(jí)處理池，反硝化細(xì)菌利用剩余的有機(jī)物作為碳源，將Ν03_-Ν轉(zhuǎn)化為N2, 二級(jí)填料層6中的異養(yǎng)微生物繼續(xù)對(duì)水體中的雌激素進(jìn)行降解，表面淺層積水中的絲狀藻類對(duì)雌激素進(jìn)行進(jìn)一步的吸收，并通過(guò)藻類代謝產(chǎn)物促進(jìn)雌激素的光降解。經(jīng)過(guò)二級(jí)處理池的污水經(jīng)溢流后進(jìn)入三級(jí)處理池，挺水植物根系對(duì)雌激素進(jìn)行吸收作用，挺水植物根系附著生長(zhǎng)的微生物繼續(xù)降解雌激素；同時(shí)經(jīng)過(guò)石膏、煤渣、鋼渣和礫石多級(jí)功能填料層對(duì)磷素的物理吸附作用，使水體中磷也得到高效去除。
本發(fā)明中的三級(jí)處理池猶如一個(gè)個(gè)人工濕地(Constructed wetland),它主要包括人工基質(zhì)和植物，人工構(gòu)造形成由不同基質(zhì)、植物、多種微生物以及不同的水流形式構(gòu)成的具有特定生態(tài)學(xué)意義的水質(zhì)凈化系統(tǒng)。可以利用基質(zhì)、植物和微生物以及他們的綜合作用多途徑的去除污染物，凈化水質(zhì)。
人工濕地系統(tǒng)中的漂浮植物和懸浮藻類可以直接迅速地吸收雌激素，而且漂浮植物和懸浮藻類的代謝產(chǎn)物可促進(jìn)雌激素在水中的光降解作用，因此，通過(guò)設(shè)置表面滯水層，極大地提高了人工濕地對(duì)雌激素的去除作用。而挺水植物則可以利用根部及根周微生物對(duì)雌激素進(jìn)行降解，達(dá)到一定的去除效果。同時(shí)，硝化細(xì)菌在好氧條件下進(jìn)行硝化反應(yīng)，使氨氮(NH4+-N)轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮(NO3--N),部分硝態(tài)氮被綠色植物吸收利用，另一部分在缺氧條件下進(jìn)行反硝化，將硝態(tài)氮轉(zhuǎn)化為氮?dú)?N2),從而達(dá)到去除污水中氮素的目的。同時(shí)，硝化細(xì)菌還可通過(guò)共代謝作用，降解雌激素，在脫氮的同時(shí)提高對(duì)雌激素的去除效果。另外，比表面積大、孔隙率高的濕地填料對(duì)磷的吸附去除率很高，因此可以利用廉價(jià)易得的濕地填料對(duì)磷素進(jìn)行吸附去除。
綜上所述，本發(fā)明采用不同的植物及濕地基質(zhì)，加上特有的折流式水流形態(tài)，形成從好氧到缺氧的不同溶氧連續(xù)變化環(huán)境，為生物脫氮作用提供了適宜的溶氧條件。同時(shí)漂浮植物和藻類代謝產(chǎn)物為反硝化細(xì)菌提供所需碳源，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水體中氮素的脫除。濕地植物的根部對(duì)雌激素有很強(qiáng)的吸收作用，微生物對(duì)雌激素的吸附和降解作用，結(jié)合表面少量積水中的浮萍或藻類代謝產(chǎn)物對(duì)雌激素光降解的促進(jìn)作用，可以高效去除水體中的雌激素。本發(fā)明濕地的最后一部分采用比表面積大、孔隙率高的多級(jí)功能填料層對(duì)磷進(jìn)行吸附，從而達(dá)到水體中磷的高效去除。進(jìn)而達(dá)到氮、磷和雌激素的同步強(qiáng)化去除的目的。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下， 還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種同步強(qiáng)化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流濕地系統(tǒng)，其特征在于:所述的濕地系統(tǒng)包括按照水流流向依次設(shè)置的一級(jí)處理池、二級(jí)處理池和三級(jí)處理池；一級(jí)處理池內(nèi)自上而下設(shè)有漂浮植物層(3)和一級(jí)填料層(4)，二級(jí)處理池內(nèi)自上而下設(shè)有濕地藻類層(7)和二級(jí)填料層￠)，三級(jí)處理池內(nèi)自上而下設(shè)有挺水植物層(9)和多級(jí)功能填料層，所述的多級(jí)功能填料層包括自上而下依次設(shè)置的石膏層(10)、煤渣層(11)鋼渣層(12)和礫石層(13);在一級(jí)處理池前設(shè)有進(jìn)水分配池(I)，進(jìn)水分配池(I)與一級(jí)處理池之間設(shè)有溢流堰(2)，進(jìn)水分配池(I)內(nèi)的待處理污水溢流進(jìn)入一級(jí)處理池的漂浮植物層(3)內(nèi)，一級(jí)處理池的下方池壁上設(shè)有一級(jí)出水口(5)，經(jīng)過(guò)一級(jí)處理池處理的污水經(jīng)一級(jí)出水口(5)進(jìn)入二級(jí)處理池的二級(jí)填料層￠)內(nèi)；二級(jí)處理池與三級(jí)處理池之間設(shè)有溢流堰(8)，經(jīng)過(guò)二級(jí)處理池處理的污水溢流進(jìn)入三級(jí)處理池的挺水植物層(9)內(nèi)，處理過(guò)的水經(jīng)過(guò)三級(jí)處理池下方的排水口(14)排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步強(qiáng)化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流濕地系統(tǒng)，其特征在于:一級(jí)處理池下部的一級(jí)填料層(4)由粒徑為10-20mm的沸石堆積而成，沸石上方有適合漂浮植物層(3)生長(zhǎng)的5 — IOcm深的積水；所述的漂浮植物層(3)的高度為10—15cm，一級(jí)填料層(4)高度為50— 60cm。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的同步強(qiáng)化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流濕地系統(tǒng)，其特征在于:所述的漂浮植物層(3)采用浮萍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步強(qiáng)化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流濕地系統(tǒng)，其特征在于:二級(jí)處理池下部的二級(jí)填料層(6)由粒徑為10 — 20mm的礫石堆積而成，礫石上方設(shè)有適合繁殖藻類層(7)的10 — 15cm深的積水；所述的藻類層(7)的高度為10—15cm，二級(jí)填料層(6)的高度為50— 60cm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的同步強(qiáng)化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流濕地系統(tǒng)，其特征在于:所述的藻類層(7)采用絲狀藻或者水綿。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步強(qiáng)化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流濕地系統(tǒng)，其特征在于:三級(jí)處理池的多級(jí)功能填料層的石膏層(10)的厚度為15 — 20cm，石膏粒徑為5 — IOmm ;煤渣層(11)的厚度為15 — 20cm，煤渣粒徑為5 — IOmm ;鋼渣層(12)的厚度為30一35cm,鋼禮:粒徑為I一5mm ;碌石層(13)的厚度為10—15cm,碌石粒徑為5—10_。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的同步強(qiáng)化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流濕地系統(tǒng)，其特征在于:所述的挺水植物(9)采用蘆葦、水竹或菖蒲。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種同步強(qiáng)化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流濕地系統(tǒng)，包括按照水流流向依次設(shè)置的一級(jí)處理池、二級(jí)處理池和三級(jí)處理池；一級(jí)處理池內(nèi)自上而下設(shè)有漂浮植物層和一級(jí)填料層，二級(jí)處理池內(nèi)自上而下設(shè)有濕地藻類層和二級(jí)填料層，三級(jí)處理池內(nèi)自上而下設(shè)有挺水植物層和多級(jí)功能填料層，所述的多級(jí)功能填料層包括自上而下依次設(shè)置的石膏層、煤渣層、鋼渣層和礫石層；在一級(jí)處理池前設(shè)有進(jìn)水分配池，一級(jí)處理池的下方池壁上設(shè)有一級(jí)出水口；二級(jí)處理池與三級(jí)處理池之間設(shè)有溢流堰，三級(jí)處理池的下方設(shè)有排水口。本發(fā)明采用表面滯水及折流式水流形態(tài)，既能提高對(duì)氮和磷的去除，又能高效去除水體中的雌激素類污染物。
文檔編號(hào)C02F3/32GK103172226SQ20131013005
公開(kāi)日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年4月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月15日
發(fā)明者宋海亮, 梁璐, 楊小麗 申請(qǐng)人:東南大學(xué)