本發(fā)明涉及污水處理相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域，具體的說，是涉及一種基于錳循環(huán)的潛流人工濕地系統(tǒng)及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

近年來，飲用水中的微量有毒有害物質(zhì)引發(fā)了公眾對(duì)水質(zhì)安全的擔(dān)憂。而污水處理廠的出水則是這些有毒有害物質(zhì)最主要的來源。雖然污水處理廠在過去的幾十年中對(duì)提高地表水水質(zhì)方面起到重要作用，但是其在藥物和個(gè)人護(hù)理品(PPCP)，農(nóng)藥和獸藥等的去除中作用有限，在出水中仍然能夠檢測到ng/L到mg/L濃度的污染物，從而對(duì)水生生態(tài)系統(tǒng)造成危害，這類物質(zhì)被稱為微量有機(jī)污染物。為了盡量減少這類污染物進(jìn)入地表水水體，一些深度凈化工藝，包括吸附、光降解、膜過濾、微波與高級(jí)氧化等技術(shù)，被用于對(duì)污水處理廠出水進(jìn)行再處理，但這些技術(shù)的應(yīng)用均存在投資運(yùn)營成本高、操作管理復(fù)雜、二次污染等局限性。

人工濕地作為一種投資少、操作簡單、處理效果好、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低的污水處理工藝，已經(jīng)在歐洲、美洲以及亞洲的韓國等地，嘗試作為污水二級(jí)或者三級(jí)處理來降低出水中微量有機(jī)污染物的濃度，并取得了與成本相對(duì)較高的臭氧氧化和膜生物反應(yīng)器方法相似的去除效果，并且還減少了降解產(chǎn)物二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。因此，人工濕地在微量有機(jī)污染物去除中的作用及潛在應(yīng)用引起了越來越廣泛的關(guān)注。

人工濕地的工藝條件(濕地類型、底質(zhì)深度、水力停留時(shí)間等)、污染物的物理化學(xué)性質(zhì)及濃度等因素均對(duì)人工濕地中有機(jī)污染物的去除產(chǎn)生影響，但其最終去除主要依賴于基質(zhì)-植物-微生物三要素，尤其是濕地基質(zhì)中的有氧-缺氧-厭氧的微環(huán)境，導(dǎo)致微生物類群不同，進(jìn)而形成不同的污染物去除機(jī)制，從而其對(duì)不同微量有機(jī)污染物的去除效果并不相同，有的可達(dá)到75％，有的則只有25％。

通過比較不同類型濕地對(duì)不同微量有機(jī)污染物的去除效果，發(fā)現(xiàn)去除率高于75％污染物和低于25％的污染物相比，雖有濕地工藝條件和規(guī)模的差異，但最重要的還是以下兩點(diǎn)：

(1)濕地中氧氣不足，而好氧降解比厭氧降解具有更高的效率；

(2)微量有機(jī)污染物的量太少，使得微生物難以有效發(fā)揮作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于錳循環(huán)的潛流人工濕地系統(tǒng)。本發(fā)明通過設(shè)計(jì)全新的結(jié)構(gòu)，使其能夠較好的去除污水中的微量有機(jī)污染物。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種基于錳循環(huán)的潛流人工濕地系統(tǒng)，包括濕地池體、進(jìn)水管、出水管和濕地植物。

進(jìn)水管與濕地池體底部連通，濕地池體上部設(shè)有出水堰和出水管；

其中，所述濕地池體自下至上依次包括礫石層、錳礦石層和沙層，沙層上具有濕地植物；

污水由底部進(jìn)水管經(jīng)進(jìn)水泵進(jìn)入，自下至上流經(jīng)濕地池體后從出水管流出。

錳礦石層的主要組成為高價(jià)錳礦物，高價(jià)錳礦物具有很強(qiáng)的吸附能力和氧化能力，是一類活性很高的礦物。它可通過吸附、催化和氧化作用對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行去除。

由于錳礦物的表面相界面效應(yīng)和其表面的脫烷作用等多種化學(xué)機(jī)制，使其能在厭氧或者缺氧條件下促進(jìn)大量有機(jī)物的降解，包括PCBs、苯酚和氯化苯酚、氯苯胺及藥物等。

進(jìn)一步的，所述濕地植物為蘆葦。可以通過植物根系進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)微量元素去除。

高價(jià)錳礦物的添加能顯著提高微量有機(jī)污染物在厭氧和缺氧區(qū)的去除效果，與此同時(shí)Mn(IV)還原為Mn(II)，Mn(II)在有氧條件下，在細(xì)菌和真菌等微生物作用下，進(jìn)一步氧化成比高價(jià)錳礦具有更高的氧化活性和更大比表面積的生物氧化錳(BioMnOx)，通過化學(xué)氧化或在微生物錳還原酶作用下將復(fù)雜的微量有機(jī)污染物降解，形成低分子量能被微生物生長所利用的有機(jī)物。

同時(shí)，在濕地植物根系表面，在鐵錳氧化菌和植物根系泌氧的作用下，溶解性的Mn(II)與鐵離子會(huì)在根表面形成鐵錳氧化物膠膜(含有BioMnOx)，該膜表面不僅具有較強(qiáng)的吸附能力，還具有較高的氧化性能，能夠更高效氧化有機(jī)污染物。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)水管通過進(jìn)水泵與礫石層連通。依靠水泵的運(yùn)行，可以決定進(jìn)水速度及進(jìn)水量。

進(jìn)一步的，所述沙層的厚度為20cm。

進(jìn)一步的，所述沙層中沙子的粒徑為0.1cm。

進(jìn)一步的，所述錳礦石層的厚度為20cm；錳礦石粒徑為0.3cm。該粒徑的礦石可以使錳礦石層在具有一定厚度情況下形成缺氧或厭氧錳礦石層。

進(jìn)一步的，所述礫石層的厚度為10cm；礫石粒徑為2cm。該粒徑的礫石可以使礫石層在具有一定厚度情況下形成缺氧或厭氧礫石層。

通過在濕地缺氧和厭氧區(qū)發(fā)揮高價(jià)錳礦石的氧化作用，而在好氧和根系區(qū)域?qū)崿F(xiàn)“Mn(II)-生物氧化錳”的循環(huán)，充分發(fā)揮根系泌氧、錳氧化還原菌、礦物及根系表面界面效應(yīng)等協(xié)同作用，能有效解決背景技術(shù)中所涉及的污水中微量元素含量過高的問題。

進(jìn)一步的，所述出水管位于濕地池體上部的沙層。即出水管的進(jìn)水端位于沙層當(dāng)中。

進(jìn)一步的，所述濕地池體四周及底部進(jìn)行防滲處理。

作為更佳的選擇，本發(fā)明還提出了上述的潛流人工濕地系統(tǒng)在污水處理中的應(yīng)用。

本發(fā)明的有益效果是：

添加的錳礦石可吸附進(jìn)水中的微量有機(jī)污染物，并且在厭氧和缺氧條件下將其氧化降解去除，可顯著提高濕地厭氧和缺氧區(qū)對(duì)微量有機(jī)污染物的去除效果。

在植物根系附近的好氧區(qū)，通過生物氧化錳和植物根系表面錳氧化物膠膜的吸附和氧化作用及微生物作用，污水中微量有機(jī)污染物得到進(jìn)一步去除，同時(shí)實(shí)現(xiàn)Mn(II)和生物氧化錳的循環(huán)轉(zhuǎn)變，減少二次污染，從而有效解決了人工濕地對(duì)微量有機(jī)污染物降解中存在的氧氣不足和污染物量低微生物難以有效發(fā)揮作用兩大難題，進(jìn)而從源頭解決了地表水微量有機(jī)污染物的安全問題。

附圖說明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說明書附圖用來提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明人工濕地對(duì)微量有機(jī)污染物處理效果圖；

圖3是本發(fā)明人工濕地對(duì)硝氮、氨氮、總磷及COD處理效果圖；

圖中：1為濕地池體，2為進(jìn)水泵，3為進(jìn)水管，4為礫石層，5為錳礦石層，6為沙層，7為濕地植物，8為出水堰，9為出水管。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

實(shí)施例：一種基于錳循環(huán)的潛流人工濕地系統(tǒng)，如圖1所示，包括濕地池體1；

濕地池體1底部設(shè)有進(jìn)水管3，進(jìn)水管3通過進(jìn)水泵2與濕地池體1連通；

濕地池體1中底層為礫石層4，礫石粒徑為2cm，厚度為100mm；

礫石層4上為錳礦石層5，錳礦石粒徑為0.3cm，厚度為200mm；

錳礦石層5上為沙層6，沙子粒徑為0.1cm，厚度為200mm；

沙層6上種有濕地植物7；濕地池體1上部設(shè)有出水堰8和出水管9。錳礦石層5的礦石主要為錳礦砂。依靠粒徑的控制，可以使得錳礦石層5和礫石層4成為缺氧錳礦石層和缺氧礫石層。

濕地池體1四周和底部添加防滲材料，進(jìn)水管3進(jìn)水速度由進(jìn)水泵2控制。

污水由濕地底部的進(jìn)水管3經(jīng)進(jìn)水泵2自下而上進(jìn)入濕地池體1，經(jīng)處理后由上部的出水管9排出。

本發(fā)明中，凈水過程包括：

在進(jìn)水泵2的作用下，進(jìn)水為上行流，依次經(jīng)過缺氧的礫石層4和錳礦石層5和好氧的沙層6。進(jìn)水通過礫石層充分混合均勻，進(jìn)入錳礦石層，在厭氧和缺氧條件下，污水中的微量有機(jī)污染物被吸附到錳礦砂表面并被氧化去除，錳礦砂還原溶解產(chǎn)生Mn(II)；溶解性的Mn(II)隨污水進(jìn)入濕地植物根系附近的好氧沙層，在錳氧化細(xì)菌作用下被氧化為生物氧化錳，同時(shí)在鐵錳氧化菌和植物根系泌氧的作用下，與鐵離子在植物根表面形成含有生物氧化錳的鐵錳氧化物膠膜，污水中的微量有機(jī)污染物生物氧化錳的化學(xué)和生物氧化作用下被進(jìn)一步去除，生物氧化錳轉(zhuǎn)化為Mn(II)，從而實(shí)現(xiàn)“Mn(II)-生物氧化錳”的循環(huán)。最后，經(jīng)處理后的污水經(jīng)過沙層過濾后，從出水管9流出。

本發(fā)明具體處理效果見圖2和圖3。

在提供結(jié)構(gòu)方案的同時(shí)，本發(fā)明還提供了上述的潛流人工濕地系統(tǒng)在污水處理行業(yè)中的應(yīng)用。例如：適用于污水處理廠二級(jí)處理出水等等。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)，未予以詳細(xì)說明和局部放大呈現(xiàn)的部分，為現(xiàn)有技術(shù)，在此不進(jìn)行贅述。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。