專利名稱：硝基苯廢水的組合人工濕地處理方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，具體涉及硝基苯廢水的組合人工濕地生態(tài)處理方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
硝基苯是有機(jī)化學(xué)工業(yè)中一種重要的精細(xì)化工中間體和化工原料，其可用以合成燃料、醫(yī)藥、農(nóng)藥、橡膠、合成洗滌劑、炸藥及石油化工等產(chǎn)品。但是硝基苯是一種劇毒化學(xué)品，具有很強(qiáng)的致癌和致突變性，人類長(zhǎng)時(shí)間攝入會(huì)引起皮膚炎癥、貧血、肝臟損壞和神經(jīng)衰弱等疾病，因此硝基苯被我國(guó)列為優(yōu)先控制的環(huán)境污染物。硝基苯經(jīng)常伴隨著炸藥廠、有機(jī)化工廠或塑料制造廠未經(jīng)處理的污水排放到環(huán)境水體中。我國(guó)每年硝基苯產(chǎn)量超過80萬t, 一個(gè)年產(chǎn)硝基苯4000t的工廠,每天大約排放硝基苯廢水15t,全球每年約有超過I萬t的硝基苯通過不同途徑進(jìn)入到環(huán)境介質(zhì)中。我國(guó)工業(yè)排放廢水標(biāo)準(zhǔn)(GB8978-1996)和地表水環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)中對(duì)硝基苯環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有嚴(yán)格的規(guī)定，分別為2mg/L和0.017mg/L。但是典型化工廠硝基苯廢水與被硝基苯污染的水體濃度均嚴(yán)重超標(biāo)，因而使得硝基苯廢水的處理日益受到人們的關(guān)注。國(guó)內(nèi)外硝基苯廢水處理技術(shù)發(fā)展日新月異，主要有物理法、化學(xué)法、生物法和復(fù)合處理方法。目前物理處理方法主要有汽提法、萃取法、吸附法和膜分離技術(shù)等，物理法處理硝基苯廢水最大的優(yōu)點(diǎn)是處理工藝相對(duì)較簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)污染物的回收再利用，但該方法存在處理周期長(zhǎng)、使用吸附劑穩(wěn)定性差，且存在回收率不穩(wěn)定的問題。與物理法相比，化學(xué)法處理硝基苯廢水具有反應(yīng)速率快，效果明顯的特點(diǎn)，因此受到眾多化工廠的親睞，目前化學(xué)處理方法主要有Fenton試劑氧化法、單質(zhì)金屬還原法、催化氧化法、電化學(xué)法、超聲波處理法等，但化學(xué)處理過程中，其處理成本很高且因化學(xué)試劑使用不當(dāng)還會(huì)造成二次污染等嚴(yán)重問題。生物法是指硝基苯廢水·中的硝基苯在微生物的作用下，得到徹底分解，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，且微生物具有較強(qiáng)的可變異性及適應(yīng)性，維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本低的優(yōu)勢(shì)。但是多數(shù)微生物對(duì)硝基苯的降解能力小于500mg/L，超過這個(gè)范圍，將造成微生物受毒害死亡。因此特別是針對(duì)較低濃度(< 500mg/L)的硝基苯廢水，傳統(tǒng)物理化學(xué)處理方式都存在處理速率低、成本高且存在二次污染的問題，尋求一種高效低耗的生態(tài)處理方式十分關(guān)鍵。人工濕地污水處理技術(shù)是20世紀(jì)70年代發(fā)展起來的一種通過模擬自然濕地而人為設(shè)計(jì)和建造的具有可控性和工程化特點(diǎn)的生態(tài)污水凈化技術(shù)，此技術(shù)以其投資少、建設(shè)運(yùn)營(yíng)成本低、凈化效果好等特點(diǎn)近年來受到了廣泛關(guān)注。其應(yīng)用已逐漸由常規(guī)生活污水的處理，擴(kuò)展到農(nóng)田暴雨徑流、食品加工廢水、礦山酸性廢水、畜禽養(yǎng)殖廢水、垃圾滲濾液以及工業(yè)廢水等多種廢水的處理。污水在濕地系統(tǒng)中的凈化主要以基質(zhì)、植物和微生物通過物理、化學(xué)及生物作用協(xié)同完成。傳統(tǒng)水平潛流人工濕地在應(yīng)用過程中，濕地床體長(zhǎng)期處于淹沒狀態(tài)，濕地床體表現(xiàn)出較差的氧環(huán)境水平，然而硝基苯在厭氧的條件下，容易被還原為毒性比本身低50倍的苯胺，且苯胺較容易好氧完全降解；同時(shí)，工廠排放硝基苯廢水中有機(jī)物多數(shù)以難降解的大分子有機(jī)物存在，而濕地植物生長(zhǎng)過程中根系可以分泌有機(jī)物，可以為硝基苯在較厭氧的水平潛流人工濕地中的還原提供充足的碳源。潮汐流人工濕地是一種新型的人工濕地模式，其原理是利用潮汐運(yùn)行方式，并通過調(diào)節(jié)進(jìn)水方式、淹沒排空比以及基質(zhì)配比，利用床體浸潤(rùn)面的變化產(chǎn)生的空隙吸力將大氣氧吸入，使床體表現(xiàn)出較好的氧環(huán)境，吸附在基質(zhì)上的硝基苯和苯胺在排空好氧階段得到充分的氧化去除。同時(shí)，硝基苯和苯胺的耗氧生物降解的過程存在氨氮的釋放過程，在潮汐流人工濕地中強(qiáng)烈的硝化反應(yīng)會(huì)生成大量的硝酸鹽，從而影響系統(tǒng)出水水質(zhì)，將出水回流至水平潛流人工濕地，硝態(tài)氮會(huì)充分利用濕地植物分泌的有機(jī)物在厭氧的環(huán)境中發(fā)生反硝化作用得到充分去除。

發(fā)明內(nèi)容
系統(tǒng)前處理單元的水平潛流人工濕地采用連續(xù)的進(jìn)水方式，使?jié)竦鼗|(zhì)長(zhǎng)期處于淹沒的狀態(tài)，床體呈現(xiàn)較為厭氧的狀態(tài)。同時(shí)，篩選出生物量大、耐污能力強(qiáng)、根系繁茂且生長(zhǎng)速率高的燈芯草、蘆葦、香蒲、菖蒲和水莎草等作為濕地植物，利用其生長(zhǎng)過程中根系釋放的有機(jī)物，為硝基苯還原為毒性較差且更宜好氧降解的苯胺以及系統(tǒng)回流出水中的硝酸鹽的反硝化去除提供適宜的厭氧條件和充足的碳源。系統(tǒng)后處理單元的潮汐流人工濕地采用“間歇定量進(jìn)水-瞬間排水”的潮汐運(yùn)行方式，每個(gè)運(yùn)行周期 包括淹水吸附和排空復(fù)氧兩個(gè)自動(dòng)運(yùn)行階段。淹水吸附階段:水平潛流濕地出水連續(xù)的流入偏轉(zhuǎn)漏斗式間歇定量進(jìn)水器，實(shí)現(xiàn)連續(xù)分次的定量進(jìn)水，同時(shí)潮汐流人工濕地頂部采用均勻的細(xì)砂作為基質(zhì)，其空隙率與間歇定量進(jìn)水器單次進(jìn)水容積相同，可使每次進(jìn)水在濕地表面均勻分布后自上而下非飽和滲流，使污水與床體填料表面附著的微生物膜和植物根系充分接觸，提高床體基質(zhì)的有效利用空間；同時(shí)，在潮汐流人工濕地底端選用吸附性能較好的沸石、爐灰渣、蛭石或陶粒等作為濕地基質(zhì)，使淹水運(yùn)行階段硝基苯廢水中的殘留硝基苯和大量被還原的苯胺能夠最大程度的吸附在濕地基質(zhì)上。排空復(fù)氧階段:在淹水吸附階段當(dāng)浸潤(rùn)面上升到濕地床體頂面時(shí)，非動(dòng)力自動(dòng)排水裝置將在極短的時(shí)間內(nèi)將床體內(nèi)的水排空，使浸潤(rùn)面重新回到床體底部。在浸潤(rùn)面下降時(shí)水被排出的過程中，由于基質(zhì)空隙水吸力作用，將大氣中的氧迅速吸入床體中，增大床體的氧傳輸量和利用率，進(jìn)而大大提高濕地基質(zhì)中吸附的硝基苯和苯胺的氧化去除效果。系統(tǒng)出水處設(shè)置自動(dòng)定量分流和回流裝置，出水通過自動(dòng)平均分流調(diào)節(jié)器將出水自行分成等量的兩部分，其中一部分通過自行回流裝置，利用地勢(shì)自行完成1/2的出水回流至沉淀池，從而再次進(jìn)入水平潛流人工濕地進(jìn)行處理，提高硝基苯廢水處理后硝酸鹽的反硝化去除。實(shí)現(xiàn)上述方法的“水平潛流-潮汐流”組合人工濕地生態(tài)處理系統(tǒng)包括進(jìn)水管1，沉淀池2，水泵3，水平潛流人工濕地集水區(qū)4，濕地植物5，水平潛流人工濕地厭氧床6，水平潛流人工濕地集水區(qū)7，水平潛流人工濕地出水口 8，偏轉(zhuǎn)漏斗式間歇定量進(jìn)水器9，潮汐流人工濕地細(xì)沙層10，潮汐流人工濕地好氧床11，出水自動(dòng)平均分流調(diào)節(jié)器12，潮汐流人工濕地自動(dòng)回流管13，虹吸排水管14等。較低濃度(彡500mg/L)硝基苯廢水和系統(tǒng)回流出水在沉淀池2中混合后，由水泵3連續(xù)泵入水平潛流人工濕地集水區(qū)4，使?jié)竦卮搀w6長(zhǎng)期呈現(xiàn)較為厭氧的狀態(tài)。同時(shí)，硝基苯和回流出水中的硝酸鹽利用濕地植物5釋放的碳源在厭氧環(huán)境中進(jìn)行高效的去除。偏轉(zhuǎn)漏斗式間歇定量進(jìn)水器9由非對(duì)稱漏斗形容器構(gòu)成，通過鉸鏈與潮汐流人工濕地裝置相連，兩端設(shè)置止位點(diǎn)，使其正常狀態(tài)處于水平狀態(tài)，當(dāng)容滿水后會(huì)因重力不平衡以鉸鏈為軸向潮汐流人工濕地傾倒，水完全流出后再次自行回到平衡位置，往復(fù)循環(huán)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)分次的定量進(jìn)水，潮汐流人工濕地細(xì)沙層10的空隙率與間歇定量進(jìn)水器單次進(jìn)水容積相同，可使每次進(jìn)水在濕地表面均勻分布后自上而下非飽和滲流，與潮汐流人工濕地好氧床11中吸附性能較好的沸石、爐灰渣、蛭石或陶粒等濕地基質(zhì)充分接觸。當(dāng)潮汐流人工濕地液面逐漸升高至頂端后，污水則由虹虹吸排水管14迅速排出潮汐流濕地床，并在排水口經(jīng)過自動(dòng)平均分流調(diào)節(jié)器12，通過一個(gè)旋轉(zhuǎn)的光滑的轉(zhuǎn)子使出水自行分成等量的兩部分，其中一部分通過回流管13，利用地勢(shì)自行完成1/2的出水回流至沉淀池2。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:(I)本發(fā)明中，根據(jù)水平潛流人工濕地較強(qiáng)的硝基苯和硝酸鹽去除能力和潮汐流人工濕地具有較高的污染物氧化作用的特點(diǎn)，根據(jù)一種優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的生態(tài)處理理念，設(shè)計(jì)了“水平潛流-潮汐流”組合人工濕地系統(tǒng)，為硝基苯的先還原后氧化并回流去除硝酸鹽創(chuàng)造了條件，可以實(shí)現(xiàn)較低濃度500mg/L)硝基苯廢水的高效低耗的生態(tài)處理。(2)本發(fā)明中，在水平潛流人工濕地中選用生物量大、耐污能力強(qiáng)、根系繁茂且生長(zhǎng)速率高的燈芯草、蘆葦、香蒲、菖蒲和水莎草等作為濕地植物5。首先，濕地植物較強(qiáng)的耐污能力可以緩沖硝基苯對(duì)濕地床體微生物及植物的毒害作用；另外，硝基苯和回流出水中的硝酸鹽可以充分利用濕地植物在生長(zhǎng)過程根部釋放的有機(jī)物，作為還原反應(yīng)和反硝化作用的碳源。( 3 )本發(fā)明中，潮汐流人工濕地床的運(yùn)行采用了非動(dòng)力自動(dòng)進(jìn)水和排水裝置，其采用偏轉(zhuǎn)漏斗式間歇定量進(jìn)水器9和虹吸出水管14實(shí)現(xiàn)“間歇定量進(jìn)水-瞬間排水”的潮汐運(yùn)行方式。顯著提高了污水與濕地基質(zhì)的接觸機(jī)會(huì)，并提高了人工濕地床體的氧環(huán)境，從而有利于硝基苯及還原產(chǎn)物苯胺的好氧去除。
(4)本發(fā)明中，潮汐流人工濕地中篩選出吸附能力較強(qiáng)的沸石、爐灰渣、蛭石或陶粒等作為潮汐流人工濕地好氧床11的底部基質(zhì)，強(qiáng)化處理過程中對(duì)硝基苯及苯胺等污染物的吸附能力，可以顯著增加排空復(fù)氧階段的污染物去除。(5)本發(fā)明中，在系統(tǒng)出水處設(shè)置自動(dòng)定量分流器12和自動(dòng)回流管13，可將出水自動(dòng)平均分成等量的兩部分，其中一部分會(huì)流入自行回流口，利用地勢(shì)自行完成1/2的出水回流至沉淀池。


:圖1為本發(fā)明硝基苯廢水的組合人工濕地處理系統(tǒng)的示意圖。附圖標(biāo)記:I進(jìn)水管，2沉淀池，3水泵，4水平潛流人工濕地集水區(qū)，5濕地植物，6水平潛流人工濕地厭氧床，7水平潛流人工濕地集水區(qū)，8水平潛流人工濕地出水口，9偏轉(zhuǎn)漏斗式間歇定量進(jìn)水器，10潮汐流人工濕地細(xì)沙層，11潮汐流人工濕地好氧床，12出水自動(dòng)平均分流調(diào)節(jié)器，
13潮汐流人工濕地自動(dòng)回流管， 14虹吸排水管。
具體實(shí)施方式
:下面結(jié)合附圖以及標(biāo)記，進(jìn)一步詳細(xì)說明本發(fā)明。較低濃度 500mg/L)硝基苯廢水通過進(jìn)水管I和系統(tǒng)回流出水在沉淀池2中混合后，由水泵3連續(xù)泵入水平潛流人工濕地集水區(qū)4，使水平潛流人工濕地床長(zhǎng)期處于淹沒狀態(tài)，因此呈現(xiàn)較為厭氧的環(huán)境。廢水流經(jīng)水平潛流人工濕地厭氧床體6，硝基苯和回流出水中的硝酸鹽利用濕地植物5根部分泌的有機(jī)物作為碳源和較為厭氧的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)硝基苯還原為毒性較低且更易氧化去除的苯胺和硝酸鹽的反硝化去除。水平潛流人工濕地出水連續(xù)的流入偏轉(zhuǎn)漏斗式間歇定量進(jìn)水器9，實(shí)現(xiàn)連續(xù)分次的定量進(jìn)水過程，并且潮汐流人工濕地細(xì)沙層10的空隙率與間歇定量進(jìn)水器單次進(jìn)水容積相同，可使每次進(jìn)水在潮汐流濕地表面均勻分布后自上而下非飽和滲流，與潮汐流人工濕地好氧床11中吸附性能較好的沸石、爐灰渣、蛭石或陶粒等濕地 基質(zhì)充分接觸和吸附。當(dāng)潮汐流人工濕地液面逐漸升高至頂端后，污水則由虹吸排水管14迅速排出潮汐流濕地床，大氣氧會(huì)因?yàn)樨?fù)壓通過潮汐流人工濕地床表面迅速吸入潮汐人工濕地好氧床11，使吸附的污染物發(fā)生充分的氧化去除。潮汐流人工濕地出水過程中會(huì)經(jīng)過自動(dòng)平均分流調(diào)節(jié)器12，通過一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的光滑的轉(zhuǎn)子使出水自行分成等量的兩部分，其中一部分通過自行回流管13，利用地勢(shì)自行完成1/2的出水回流至沉淀池，從而可再次進(jìn)入水平潛流人工濕地進(jìn)行處理，提高硝基苯廢水處理后硝酸鹽的反硝化去除。
權(quán)利要求
1.硝基苯廢水的組合人工濕地生態(tài)處理系統(tǒng)，其特征在于:該系統(tǒng)包括水平潛流人工濕地厭氧床(6)、潮汐流人工濕地好氧床(11)以及連接水平潛流人工濕地厭氧床(6)和潮汐流人工濕地好氧床(11)的偏轉(zhuǎn)漏斗式間歇定量進(jìn)水器(9)，其中水平潛流人工濕地厭氧床(6)由設(shè)有水泵(3)的進(jìn)水管與沉淀池(2)相連通且其上種植有濕地植物(5)，潮汐流人工濕地好氧床(11)由上部潮汐流人工濕地細(xì)沙層(10)和下部吸附性能較好的基質(zhì)層構(gòu)成，且出水處設(shè)有虹吸排水管(14)，虹吸排水管(14)出口由自動(dòng)平均分流調(diào)節(jié)器(12)和自行回流管(13)與沉淀池相連接。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述系統(tǒng)提出一種優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的生態(tài)處理理念，設(shè)計(jì)了“水平潛流-潮汐流”組合人工濕地系統(tǒng)，為硝基苯的先還原后氧化并回流去除硝酸鹽創(chuàng)造了條件。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述水平潛流人工濕地厭氧床體(6)中選用生物量大、耐污能力強(qiáng)、根系繁茂且生長(zhǎng)速率高的燈芯草、蘆葦、香蒲、菖蒲和水莎草等作為濕地植物(5)。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述潮汐流人工濕地好氧床(11)采用了非動(dòng)力自動(dòng)運(yùn)行的偏轉(zhuǎn)漏斗式間歇定量進(jìn)水器(9)和虹吸出水管(14)。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述潮汐流人工濕地好氧床(11)底部選用吸附能力較強(qiáng)的沸石、爐灰渣、蛭石或陶粒等作為基質(zhì)。
6.如權(quán)利要求 1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述潮汐流人工濕地好氧床(11)頂部設(shè)置空隙率與偏轉(zhuǎn)漏斗式間歇定量進(jìn)水器(9)單次進(jìn)水容積相同的潮汐流人工濕地細(xì)沙層(10)。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述虹吸排水管(14)設(shè)有自動(dòng)平均分流調(diào)節(jié)器(12)。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述自動(dòng)平均分流調(diào)節(jié)器(12)利用地勢(shì)設(shè)置自行回流管(13 )與沉淀池(2 )相連通。
全文摘要
本發(fā)明屬于污水處理領(lǐng)域，涉及一種硝基苯廢水的組合人工濕地生態(tài)處理方法和系統(tǒng)。其中，該系統(tǒng)包括水平潛流人工濕地厭氧床(6)、潮汐流人工濕地好氧床(11)和連接厭氧床(6)和好氧床(11)的偏轉(zhuǎn)漏斗式間歇定量進(jìn)水器(9)，其中厭氧床(6)由設(shè)有水泵(3)的進(jìn)水管與沉淀池(2)相連通且其上種植濕地植物(5)，好氧床(11)由上部潮汐流人工濕地細(xì)沙層(10)和下部吸附性能較好的基質(zhì)層構(gòu)成，且出水處設(shè)有虹吸排水管(14)，虹吸排水管(14)出口由自動(dòng)平均分流調(diào)節(jié)器(12)和自行回流管(13)與沉淀池相連接。本發(fā)明根據(jù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的理念，提出一種互補(bǔ)型的“水平潛流-潮汐流”組合人工濕地生態(tài)硝基苯處理系統(tǒng)。
文檔編號(hào)C02F3/28GK103232138SQ20131014577
公開日2013年8月7日 申請(qǐng)日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者吳樹彪, 呂濤, 董仁杰, 劉芳 申請(qǐng)人:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)