本發(fā)明涉及污水處理領(lǐng)域，具體涉及一種強(qiáng)化曝氣人工濕地深度處理沼液的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代畜牧產(chǎn)業(yè)體系的構(gòu)建和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，畜牧業(yè)的生產(chǎn)方式已經(jīng)發(fā)生重大轉(zhuǎn)變，逐步由分散型、粗放型向規(guī)?；⒓s化經(jīng)營轉(zhuǎn)變。近三四十年來，我國規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場得到了快速發(fā)展，數(shù)量迅速增加，隨之而來的畜禽糞便排放量急劇增長的問題也日益突出。中國每年農(nóng)業(yè)廢棄物的產(chǎn)出量約有34億t，其中畜禽糞便為21.5億t，占全國農(nóng)業(yè)廢棄物產(chǎn)出量的63％。畜禽糞便隨意堆放或者過量還田，會(huì)使一部分“資源”變?yōu)椤拔廴驹础保粌H危害畜禽的安全生產(chǎn)和人們的食品安全，同時(shí)嚴(yán)重污染土壤和水體環(huán)境。厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣技術(shù)由于其具備緩解畜禽糞便環(huán)境污染和緩解農(nóng)村能源日益增長需求壓力的雙重功能近年來在世界范圍內(nèi)受到普遍關(guān)注和快速發(fā)展。我國自19世紀(jì)70年代開始發(fā)展建設(shè)戶用沼氣池，截止到2010年底我國戶用沼氣池已達(dá)到3850萬口，年總氣產(chǎn)量約138億m3。我國的農(nóng)村養(yǎng)殖模式在農(nóng)村經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的框架下也逐漸由原始的農(nóng)戶散養(yǎng)向集約化養(yǎng)殖轉(zhuǎn)變，因此農(nóng)村戶用沼氣工程也逐漸被大中型沼氣工程所逐漸替代。因此，國家出臺(tái)了一系列政策加大規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖場大中型沼氣工程的建設(shè)。根據(jù)農(nóng)業(yè)部2011年中國農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒的數(shù)據(jù)顯示，截止到2010年我國日產(chǎn)沼氣量不低于150m3的大中型及特大型沼氣工程達(dá)到13674座，年總產(chǎn)氣量11億m3。其中北京京郊地區(qū)特大型沼氣工程1座，大中型沼氣工程132座，年沼氣總產(chǎn)量1879萬m3。規(guī)模化沼氣工程為整個(gè)村鎮(zhèn)及養(yǎng)殖場帶來了大量的生物能源，增加了經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益，但與此同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量沼液。沼液是厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣后的產(chǎn)物，含水率可高達(dá)90％以上，因其中含有豐富的氮、磷、鉀等元素，常被當(dāng)作肥料用于還田，但是長期、大量對土地進(jìn)行沼灌，也存在較大的環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)，不合理施用會(huì)污染土壤和地下水并損害作物產(chǎn)量和品質(zhì)。規(guī)?；託夤こ淘谥苣赀B續(xù)運(yùn)行中，每天均會(huì)產(chǎn)生數(shù)十噸乃至數(shù)百噸沼液。一方面由于部分地區(qū)并沒有合理的種養(yǎng)殖業(yè)結(jié)構(gòu)規(guī)劃匹配，使得大型沼氣工程產(chǎn)生的大量沼液總量往往超過養(yǎng)殖場周圍的土地承載能力。另外，雖然沼液農(nóng)田土地消納是一種低成本資源性利用方式，但真正愿意使用沼液作為農(nóng)肥的農(nóng)戶比例仍然很低。因此，部分大中型沼氣工程面對每日排出的大量沼液而無法消納的問題感到苦不堪言，甚至無奈之下在一些偏僻的溝渠進(jìn)行暗排，其不僅對地下水體環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，同時(shí)也是對于沼液中養(yǎng)分資源一種浪費(fèi)。因此，沼液的減量化和無害化處置是制約當(dāng)前規(guī)?；託夤こ炭沙掷m(xù)發(fā)展的重要因素。目前國內(nèi)外學(xué)者對沼液深度處理的研究熱點(diǎn)主要集中在好氧生物降解的不同工藝上，如序批式反應(yīng)器(SBR)、和膜生物反應(yīng)器(MBR)等。好氧處理法雖具有處理能力強(qiáng)、適應(yīng)性廣等優(yōu)點(diǎn)，但其工藝構(gòu)筑物復(fù)雜、機(jī)械設(shè)備多、維護(hù)工作量大、投資大、能耗高、運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用高，對于利潤微薄的養(yǎng)殖場則往往難以承受，而且也與我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不相適應(yīng)。人工濕地作為20世紀(jì)70年代開始發(fā)展起來的一種新型的污水處理技術(shù)，因其建設(shè)運(yùn)行成本低、處理效果好等優(yōu)點(diǎn)受到越來越廣泛的應(yīng)用，也被研究人員用來處理沼液，但沼液中各種污染物濃度較高，且懸浮固體含量較多，因此普通人工濕地處理沼液能力有限，且極易造成堵塞，進(jìn)而影響人工濕地處理效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對上述問題，本發(fā)明的目的是提出一種強(qiáng)化曝氣人工濕地深度處理沼液的方法，用于對沼液進(jìn)行深度固液分離及分離后沼液滲濾液的深度處理。本套人工濕地系統(tǒng)包含沼液固液生態(tài)分離及沼液深度處理兩個(gè)處理單元。沼液固液生態(tài)分離處理單元位于系統(tǒng)上部，主體部分是在人工構(gòu)建的土壤、礫石等填料層，并種植能源作物。沼液由進(jìn)水泵間歇式的投配到該處理單元表面，沼液中的沼渣(主要成分是固體懸浮物質(zhì))被截留在該單元床體表面，而滲濾液通過填料層的縫隙，繼續(xù)垂直向下滲流到沼液深度處理單元。積存在固液生態(tài)分離處理單元表面的沼渣，在水分深度蒸騰蒸發(fā)的作用下充分礦化，達(dá)到沼液固液生態(tài)分離后沼渣減量化的目的。本套人工濕地系統(tǒng)下部沼液深度處理單元采用間歇曝氣的方式強(qiáng)化該單元處理效果。通過氣泵將空氣泵入人工濕地處理單元底部布?xì)夤艿?，在非曝氣階段，由系統(tǒng)上部滲入的沼液滲濾液經(jīng)過下部的深度處理，通過曝氣管道直接排至出水口。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)行階段滲濾液中的殘留污染物能夠最大程度地吸附在濕地基質(zhì)上或被濕地中生長的微生物吸收去除。間歇曝入的空氣不僅能夠強(qiáng)化微生物活性，提高沼液滲濾液的深度處理效果。同時(shí)能夠加快沼液固液生態(tài)分離單元水分的蒸發(fā)速率，維持良好的沼液滲濾通道。實(shí)現(xiàn)上述方法的強(qiáng)化曝氣人工濕地沼液深度生態(tài)處理系統(tǒng)包括進(jìn)水泵1，布液管道2，氣泵3，布?xì)夤艿?，污泥層5，填料層6，填料層7，礫石層8，出水口9，出水口閥門10，防滲層11。該系統(tǒng)每個(gè)沼液處理周期分為進(jìn)水階段A和停歇階段B兩個(gè)階段。進(jìn)水階段與停歇階段持續(xù)時(shí)間長短取決于系統(tǒng)的運(yùn)行年限，也包括干物質(zhì)含量和在進(jìn)水期間固液分離處理單元積存沼渣污泥厚度及沼液進(jìn)水負(fù)荷強(qiáng)度。進(jìn)水階段之后是一個(gè)不進(jìn)水的停歇階段，在此階段，固液生態(tài)分離處理單元中沼渣通過滲濾和蒸發(fā)作用進(jìn)行深度脫水礦化。系統(tǒng)曝氣貫穿進(jìn)水階段A和停歇階段B始終，曝氣方式為間歇曝氣，曝氣時(shí)間與間歇時(shí)間長短取決于沼液進(jìn)水負(fù)荷高低。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：(1)本發(fā)明中，基于現(xiàn)有水平潛流人工濕地缺點(diǎn)，根據(jù)優(yōu)勢互補(bǔ)的生態(tài)處理理念，設(shè)計(jì)了一種由沼液生態(tài)固液分離單元和沼液滲濾液深度處理單元組成的強(qiáng)化曝氣人工濕地沼液深度處理系統(tǒng)，為沼液的生態(tài)固液分離、沼渣脫水礦化、沼液深度處理創(chuàng)造了條件，可以實(shí)現(xiàn)沼液減量化處理。(2)本發(fā)明中，為達(dá)到沼液低成本固液分離的目的，設(shè)置了沼液生態(tài)固液分離單元，利用該單元填料截留沼液中的懸浮沼渣，并利用種植的濕地植物通過蒸騰作用加速截留沼渣的水分流失，提高沼渣的脫水和礦化速率。同時(shí)，植物的根莖在自然風(fēng)的作用下?lián)u曳，使得累積截留的沼渣保持良好的透氣和滲水性能。另外，植物通過根系組織可以向截留沼渣層傳遞氧氣，從而為截留沼渣的好氧礦化提供了適宜的條件。(3)本發(fā)明中，為達(dá)到沼液深度處理效果，在沼液固液分離單元下設(shè)置了強(qiáng)化曝氣的沼液滲濾液深度處理單元。在傳統(tǒng)水平潛流人工濕地的基礎(chǔ)上搭建了強(qiáng)化人工曝氣裝置，改善人工濕地氧環(huán)境，大幅度提高人工濕地沼液處理效果，能有效解決傳統(tǒng)人工濕地土地占用面積大的短板。(4)本發(fā)明中，強(qiáng)化人工曝氣管道充當(dāng)多重角色，在系統(tǒng)曝氣階段，曝氣管道末端閥門自動(dòng)關(guān)閉，曝入空氣會(huì)均勻分布至整個(gè)人工濕地床中，在非曝氣階段曝氣管末端閥門自動(dòng)開放，滲濾下的沼液可以通過管道自動(dòng)排出人工濕地系統(tǒng)。曝氣管道不僅能將大氣中的氧氣強(qiáng)化引入人工濕地床體中，改善人工濕地氧環(huán)境，同時(shí)可以加速沼渣脫水礦化和水分蒸發(fā)速率，并維持較好的沼液滲濾通道。(5)本發(fā)明中，人工濕地植物可選取根莖發(fā)達(dá)的蘆葦和能源植物。植物的蒸騰作用可加速系統(tǒng)截留沼渣的脫水性能，植物根系的機(jī)械運(yùn)動(dòng)可協(xié)助構(gòu)建水力通道，促進(jìn)沼渣礦化及液體滲濾進(jìn)程。同時(shí)，每年收割的作物可經(jīng)粉碎后進(jìn)入沼氣池，促進(jìn)產(chǎn)氣，推動(dòng)沼氣工程的循環(huán)發(fā)展。(6)沼液生態(tài)固液分離單元長期截留的沼渣，經(jīng)過充分的礦化分解，屬于良好的有機(jī)肥，可用于還田施用。(7)本發(fā)明中，人工濕地各填料層應(yīng)采用不同粒徑基質(zhì)，也可根據(jù)系統(tǒng)需要采用不同理化特性基質(zhì)。本方法提出一種優(yōu)選方案：填料層6采用粒徑3-5mm石英砂，填料層7采用粒徑5-8mm沸石，礫石層8采用20-30mm礫石。附圖說明：圖1為本發(fā)明強(qiáng)化曝氣人工濕地沼液深度處理系統(tǒng)的示意圖。附圖標(biāo)記：1進(jìn)水泵，2布液管道，3氣泵，4布?xì)夤艿溃?污泥層，6填料層，7填料層，8礫石層，9出水口，10出水口閥門，11防滲層。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。進(jìn)水階段，進(jìn)水泵1將含水量在90％左右的沼液通過布液管道2均勻地分布在人工濕地表面，進(jìn)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和進(jìn)水泵1的抽水能力要保證整個(gè)人工濕地表面的液壓和沼液負(fù)荷率保持一致。在進(jìn)水系統(tǒng)結(jié)束后要有一段時(shí)間間歇期，但間歇期在系統(tǒng)運(yùn)行的早期不宜太長，因?yàn)檩^薄的污泥層5過快干化會(huì)對人工濕地植物的生長產(chǎn)生不利影響。人工濕地所種植物有助于沼液脫水及礦化，且能使積存沼渣的污泥層5和填料層6保持一定的孔隙率，此外通過植物的通氣組織可以向污泥層5和填料層6中傳遞氧氣，為好氧分解過程提供了適宜的條件。人工濕地植物在成熟后可收割進(jìn)行粉碎回收至沼氣工程，進(jìn)一步加以利用，推動(dòng)沼氣工程的可持續(xù)發(fā)展。固液分離處理單元將沼液中沼渣截留后，沼液中未分解的沼渣逐漸形成污泥層5。沼液滲濾液通過污泥層5和填料層6滲入到下部處理單元。通過液態(tài)沼液深度處理單元填料層7的吸附以及附著微生物分解作用，達(dá)到沼液深度處理效果，進(jìn)而通過布?xì)夤艿?排放到出水口9。通過氣泵3將空氣泵入到系統(tǒng)中，可以顯著改善液態(tài)沼液深度處理單元填料層7、固液分離單元填料層6及污泥層5的氧環(huán)境，進(jìn)而提高人工濕地的污水處理效果，曝氣時(shí)，出水口閥門10處于關(guān)閉狀態(tài)，非曝氣階段，閥門10處于開啟狀態(tài)。