耦合零價鐵複合垂直流人工溼地的製作方法
2023-06-06 13:59:36 2
專利名稱：耦合零價鐵複合垂直流人工溼地的製作方法
技術領域：
本發明屬於汙水處理系統，特別涉及一種複合垂直流人工溼地汙水處理系統。
背景技術：
人工溼地汙水處理系統是20世紀70年代發展起來的一種汙水處理系統，通常分為垂直流潛流式人工溼地、水平流潛流式人工溼地和溝渠型人工溼地。人工溼地主要是由填料層(填料層通常有砂層、紅壤層和基質層)、植物和微生物三大部分組成，在一個溼地系統中，三者都能對汙水中的汙染物起到去除作用。人工溼地通過物理沉澱、過濾作用去除廢水中的懸浮物(SS);利用微生物吸附和代謝作用去除廢水中的BOD和C0D，利用生物脫氮及植物吸收方法去除廢水中的N、P元素。其具體作用機理(I)溼地填料層的作用在人工溼地系統中，水中顆粒遷移到填料顆粒表面時，在範德華力和靜電力作用下以及某些化學鍵和某些特殊的化學吸附力作用下，被粘附於填料顆粒上，也可能因為存在絮凝顆粒的架橋作用而被吸附。此外，由於溼地床體長時間處於浸水狀態，床體很多區域內的填料形成土壤膠體，土壤膠體本身具有極大的吸附性能，也能夠截留和吸附進水中的懸浮顆粒。(2)溼地植物的作用人工溼地根據主要植物優勢種的不同，被分為浮水植物人工溼地，浮葉植物人工溼地，挺水植物人工溼地，沉水植物人工溼地等不同類型。溼地中的植物對於溼地淨化汙水的作用能起到極重要的影響。首先，溼地植物具有分解和轉化有機物和其他物質的能力。植物通過吸收同化作用，能直接從汙水中吸收可利用的營養物質，如水體中的N和P等。水中的銨鹽、硝酸鹽以及磷酸鹽都能通過這種作用被植物體吸收，最後通過被收割而離開水體。其次，植物的根系能吸附和富集重金屬類有毒有害物質。(3)微生物的分解作用溼地系統中的,好氧微生物通過呼吸作用，將廢水中的有機物分解成為二氧化碳和水，厭氧細菌將有機物質分解成二氧化碳和甲烷，硝化細菌將銨鹽硝化，反硝化細菌將硝態氮還原成氮氣。人工溼地具有建造和運行費用便宜、易於操作和維護等優點，但是現有的人工溼地不能有效地分解轉化廢水中的抗生素、芳香類、有機睛類等有毒有害且難降解的有機汙染物。因此，需要對現有人工溼地進行改進，增強其對廢水中有毒有害難降解有機汙染物的降解效率，以便開發出一種經濟高效的新型人工溼地系統。
發明內容
本發明的目的是提供一種耦合零價鐵複合垂直流人工溼地，以增強人工溼地系統對汙水中有毒難降解汙染物的分解轉化能力，促進汙水的深度處理和安全回用。本發明的技術方案在現有垂直流人工溼地的填料層中增加零價鐵層，並將所述零價鐵層置於紅壤層與基質層之間。本發明所述耦合零價鐵複合垂直流人工溼地，包括池體，所述池體由隔板分隔為下行池和上行池，下行池頂部設置有進水管，上行池頂部設置有出水管，下行池內和上行池內均裝有填料並種植有挺水植物，下行池內的填料由上至下依次為砂層、紅壤層、零價鐵層和基質層，上行池內的填料由下至上依次為基質層、零價鐵層、紅壤層和砂層，下行池內的基質層底部和上行池內的基質層底部相互貫通，形成水流通道。本發明所述耦合零價鐵複合垂直流人工溼地，在進水水力負荷為0. I 0. 35m3/ (m2 d)的條件下運行，被處理廢水通過下行池頂部的進水管進入下行池，經下行池內的砂層、紅壤層、零價鐵層和基質層進入上行池底部，再經上行池內的基質層、零價鐵層、紅壤層和砂層後從上行池頂部的排水管排出，實現對廢水的處理。所述進水管接進水系統，所述出水管接出水系統。本發明所述耦合零價鐵複合垂直流人工溼地，其下行池、上行池內的各填料層組成和厚度如下所述零價鐵層由含鐵量至少為90%、粒徑為I 5mm的零價鐵顆粒組成，厚度為 10 50cm。所述零價鐵為海綿鐵、鐵屑、鐵刨花中的一種。所述砂層由粒徑為I 3mm的石英砂組成,厚度為20 40cm。所述紅壤層由南方紅壤組成，厚度為20 30cm。所述基質層由粒徑為5 20_的沸石、碌石、卵石、火山巖、石灰石中的至少一種組成，厚度為15 35cm。本發明所述耦合零價鐵複合垂直流人工溼地中的零價鐵層能有效地分解轉化廢水中抗生素、芳香類、有機睛類等有毒有害且難降解汙染物，其降解中間產物可被挺水植物及其根系表面的生物膜、以及存在於其它填料層的微生物、礦物進一步吸附、同化和異化， 因此，是一種新型的汙水處理系統，特別適合對含有毒難降解汙染物的工業廢水及養殖廢水進行深度處理。本發明具有以下有益效果I、由於本發明所述人工溼地的下行池和上行池內的填料中增加了零價鐵層，並將所述零價鐵層置於紅壤層與基質層之間，因此不僅能分解轉化廢水中的有毒難降解有機汙染物，而且能將零價鐵分解轉化生成的小分子有機物徹底礦化降解，與現有人工溼地相比， 有效增強了對汙水中有毒難降解汙染物的分解轉化能力。2、本發明所述人工溼地的填料易於獲取，製作工序簡單，因而便於推廣使用。
圖I是本發明所述耦合零價鐵複合垂直流人工溼地的結構示意圖。圖中，I-池體；2_進水管；3_挺水植物；4_砂層；5_紅壤層；6_零價鐵層；7_基質層；8-出水管；9-隔板。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明所述耦合零價鐵複合垂直流人工溼地的結構和對廢水的處理作進一步說明。實施例I 本實施例中，耦合零價鐵複合垂直流人工溼地的結構如圖I所示，由池體1，隔板9、填料、挺水植物3、進水管2和出水管8組成。所述池體I和隔板9用混凝土製作，隔板9 位於池體中，將池體分隔為下行池和上行池；下行池頂部設置有進水管2，上行池頂部設置有出水管8，所述進水管與進水系統連接，所述出水管與出水系統連接；下行池內的填料由上至下依次為砂層4、紅壤層5、零價鐵層6和基質層7，砂層4由粒徑為I 3_的石英砂組成，厚度為20cm，紅壤層5由南方紅壤組成，厚度為30cm，零價鐵層6由含鐵量為98%、粒徑為I 3mm的海綿鐵顆粒組成,厚度為IOcm,基質層7由粒徑為10 20mm的卵石組成， 厚度為35cm ;上行池內的填料由下至上依次為基質層7、零價鐵層6、紅壤層5和砂層4，所述基質層7、零價鐵層6、紅壤層5和砂層的組成和厚度與下行池相同；挺水植物3為蘆葦， 種植在下行池內和上行池內；下行池內的基質層底部和上行池內的基質層底部相互貫通， 形成水流通道。用本實施例所述耦合零價鐵複合垂直流人工溼地用於深度處理我國某養豬場經厭氧-好氧生物處理系統處理後的出水，該廢水的COD值為80-120mg/L，總氮(TN)值為 30 80mg/L,總磷(TP)值為 30 70mg/L,重金屬總濃度(Zn,Pb,Cu,Ni 和 Cr) 0. I 0. 3mg/ L，獸用抗生素總濃度0. 4 I. Omg/L。將被處理的廢水經進水系統、進水管2輸入耦合零價鐵複合垂直流人工溼地的下行池，經下行池內的砂層4、紅壤層5、零價鐵層6和基質層7 進入上行池底部，再經上行池內的基質層7、零價鐵層6、紅壤層5和砂層4後從上行池頂部的排水管8排出。在進水水力負荷為0. 25m3/(m2 d)的條件下，連續處理該廢水180天的過程中，廢水中的COD、TN、TP、重金屬總濃度和獸用抗生素總濃度的去除率分別高達85 %、 81%、97%、100% 和 100%。實施例2 本實施例中，耦合零價鐵複合垂直流人工溼地的結構如圖I所示，由池體1，隔板
9、填料、挺水植物3、進水管2和出水管8組成。所述池體I和隔板9用混凝土製作，隔板9 位於池體中，將池體分隔為下行池和上行池；下行池頂部設置有進水管2，上行池頂部設置有出水管8，所述進水管與進水系統連接，所述出水管與出水系統連接；下行池內的填料由上至下依次為砂層4、紅壤層5、零價鐵層6和基質層7，砂層4由粒徑為I 3_的石英砂組成，厚度為40cm，紅壤層5由南方紅壤組成，厚度為20cm，零價鐵層6由含鐵量為98%、粒徑為2 5mm的鐵屑組成,厚度為50cm,基質層7由粒徑為5 20mm的沸石和碌石組成,厚度為15cm ;上行池內的填料由下至上依次為基質層7、零價鐵層6、紅壤層5和砂層4，所述基質層7、零價鐵層6、紅壤層5、砂層4的組成和厚度與下行池相同；挺水植物3為香蒲，種植在下行池內和上行池內；下行池內的基質層底部和上行池內的基質層底部相互貫通，形成水流通道。用本實施例所述耦合零價鐵複合垂直流人工溼地深度處理2-氰基乙醚濃度為 2mg/L的模擬廢水，將被處理的廢水經進水系統、進水管2輸入耦合零價鐵複合垂直流人工溼地的下行池，經下行池內的砂層4、紅壤層5、零價鐵層6和基質層7進入上行池底部，再經上行池內的基質層7、零價鐵層6、紅壤層5和砂層4後從上行池頂部的排水管8排出。在進水水力負荷為0. 3m3/(m2 d)的條件下，連續處理該模擬廢水150天的過程中，所處理後的出水中均未檢出2-氰基乙醚，表明本發明所述耦合零價鐵複合垂直流人工溼地能夠有效的去除模擬廢水中的2-氰基乙醚。
權利要求
1.一種耦合零價鐵複合垂直流人工溼地，包括池體(I)，所述池體(I)由隔板(9)分隔為下行池和上行池，下行池頂部設置有進水管(2)，上行池頂部設置有出水管(8)，下行池內和上行池內均裝有填料並種植有挺水植物(3)，其特徵在於下行池內的填料由上至下依次為砂層(4)、紅壤層(5)、零價鐵層(6)和基質層(7)，上行池內的填料由下至上依次為基質層(7)、零價鐵層￠)、紅壤層(5)和砂層(4)，下行池內的基質層底部和上行池內的基質層底部相互貫通，形成水流通道。
2.根據權利要求I所述耦合零價鐵複合垂直流人工溼地，其特徵在於被處理廢水通過下行池頂部的進水管(2)進入下行池，經下行池內的砂層(4)、紅壤層(5)、零價鐵層(6)和基質層(7)進入上行池底部，再經上行池內的基質層(7)、零價鐵層￠)、紅壤層(5)和砂層(4)後從上行池頂部的排水管(8)排出。
3.根據權利要求I或2所述耦合零價鐵複合垂直流人工溼地，其特徵在於所述零價鐵層(6)由含鐵量至少為90%、粒徑為I 5mm的零價鐵顆粒組成，厚度為10 50cm。
4.根據權利要求3所述耦合零價鐵複合垂直流人工溼地，其特徵在於所述零價鐵為海綿鐵、鐵屑、鐵刨花中的一種。
5.根據權利要求I或2所述的耦合零價鐵複合垂直流人工溼地，其特徵在於所述砂層(4)由粒徑為I 3mm的石英砂組成,厚度為20 40cm。
6.根據權利要求I或2所述的耦合零價鐵複合垂直流人工溼地，其特徵在於所述紅壤層(5)由南方紅壤組成，厚度為20 30cm。
7.根據權利要求I或2所述的耦合零價鐵複合垂直流人工溼地，其特徵在於所述基質層(7)由粒徑為5 20mm的沸石、礫石、卵石、火山巖、石灰石中的至少一種組成，厚度為 15 35cm。
全文摘要
一種耦合零價鐵複合垂直流人工溼地，包括池體，所述池體由隔板分隔為下行池和上行池，下行池頂部設置有進水管，上行池頂部設置有出水管，下行池內和上行池內均裝有填料並種植有挺水植物，下行池內的填料由上至下依次為砂層、紅壤層、零價鐵層和基質層，上行池內的填料由下至上依次為基質層、零價鐵層、紅壤層和砂層，下行池內的基質層底部和上行池內的基質層底部相互貫通，形成水流通道。
文檔編號C02F3/32GK102616936SQ20121008370
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月27日 優先權日2012年3月27日
發明者楊平, 賴波 申請人:四川大學