同步強化去除氮、磷及雌激素的表面滯水型折流溼地系統的製作方法

2023-07-29 05:25:56 1

專利名稱：同步強化去除氮、磷及雌激素的表面滯水型折流溼地系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於環境工程汙水處理技術領域，具體涉及一種同步強化去除氮、磷及雌激素的表面滯水型折流溼地系統。
背景技術：
氮和磷元素的存在是造成水體富營養化的主要原因，環境雌激素(以下簡稱雌激素)是一類能干擾體內正常分泌物質的合成、釋放、運轉、結合等過程，激活或抑制內分泌系統功能，從而破壞其維持機體穩定性和調控作用的物質。雌激素在環境中存在的濃度低(在水環境中其濃度通常為納克級)，具有潛在危害性。雌激素以其對機體的生殖、神經和免疫系統的危害性而引起越來越多的研究和重視。隨著環境汙染問題的不斷出現，如何能有效、簡單且低成本的淨化被汙染的環境，受到越來越多人的重視。目前的處理工藝不能同步去除氮磷和雌激素，對雌激素的去除通常使用活性炭吸附、化學催化氧化、電化學氧化等技術，成本較高。

發明內容
技術問題:本發明的目的是提供一種同步強化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流溼地，同步強化水體中氮、磷和雌激素的生態去除作用。技術方案:為了解決上述技術問題，本發明採用了如下的技術方案:一種同步強化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流溼地系統，所述的溼地系統包括按照水流流向依次設置的一級處理池、二級處理池和三級處理池；一級處理池內自上而下設有漂浮植物層和一級填料層，二級處理池內自上而下設有溼地藻類層和二級填料層，三級處理池內自上而下 設有挺水植物層和多級功能填料層，所述的多級功能填料層包括自上而下依次設置的石膏層、煤渣層、鋼渣層和礫石層；在一級處理池前設有進水分配池，進水分配池與一級處理池之間設有溢流堰，進水分配池內的待處理汙水溢流進入二級處理池的漂浮植物層內，一級處理池的下方池壁上設有一級出水口，經過一級處理池處理的汙水經一級出水口進入二級處理池的二級填料層內；二級處理池與三級處理池之間設有溢流堰，經過二級處理池處理的汙水溢流進入三級處理池的挺水植物層內，處理過的水經過三級處理池下方的排水口排出。其中，一級處理池下部的一級填料層由粒徑為10_20mm的沸石堆積而成，沸石上方有適合漂浮植物層生長的5 — IOcm深的積水；所述的漂浮植物層的高度為10 — 15cm，一級填料層高度為50— 60cm ;所述的漂浮植物層採用浮萍。其中，二級處理池下部的二級填料層由粒徑為10 — 20mm的礫石堆積而成，礫石上方設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，二級填料層的高度為50— 60cm ;所述的藻類層採用絲狀藻或者水綿。其中，三級處理池的多級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 ;所述的挺水植物採用蘆葦、水竹或菖蒲。
本發明有以下有益效果:1)採用折流式水流形態，綜合了表面流人工溼地和潛流人工溼地的工藝特點，提高了汙染物的去除效率，氮、磷的去除率達到80%，雌激素去除率可達到95%。2)利用折流式水流形態產生的溶氧變化，使硝化-反硝化細菌能夠高效去除水體中的氮，去除率可達到80%。3)將溼地分為三級，每級種植處於不同生態位的植物，即漂浮植物、懸浮絲狀藻和挺水植物，充分利用不同生態位的溼地植物對雌激素的吸收和光降解促進作用；在利用植物根系微生物降解功能的基礎上，拓展了漂浮植物、懸浮絲狀藻對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溼地對雌激素的去除效率，雌激素去除率可達到95%，有效降低雌激素對水環境生物的生殖影響。4)利用填料的高效吸附能力去除水體中磷，效率高而且便於維護管理。5)在達到同樣去除效果的情況下，本發明與同類工藝相比，可節約土地使用面積1/3，節省成本1/4 ;另外，本發明水力停留時間大大縮短，經過6—8小時的處理，出水氮磷去除率已達到80%，雌激素去除率則最高可達到95%，而利用傳統汙泥法或者其他組合工藝水力停留時間需要10小時以上，才能達到理想處理效果，投資高、耗時長，工藝條件複雜，不利於維護管理。


圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施方式
如圖1所示，本發明的同步強化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流溼地系統，包括按照水流流向依次設置的一級處理池、二級處理池和三級處理池。
一級處理池內自上而下設有漂浮植物層3和一級填料層4。一級處理池的下部設有粒徑為10-20mm的沸石堆積而成的一級填料層4，沸石上方有適合漂浮植物層3生長的5 — IOcm深的積水，所述的漂浮植物層3的高度為10 — 15cm，一級填料層4高度為50—60cm。所述的漂浮植物層3可採用浮萍等水生 植物。
二級處理池內自上而下設有溼地藻類層7和二級填料層6。二級處理池的下部設有粒徑為10 — 20mm的礫石堆積而成的二級填料層6，礫石上方設有適合繁殖藻類層7的10 — 15cm深的積水，所述的藻類層7的高度為10 — 15cm，二級填料層6高度50— 60cm。所述的藻類層7可採用絲狀藻或者水綿等藻類。
三級處理池內自上而下設有挺水植物層9和多級功能填料層，所述的多級功能填料層包括自上而下依次設置的石膏層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上方沒有積水，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採用蘆葦、水竹或菖蒲種植而成。
在一級處理池前設有進水分配池1，待處理的汙水源源不斷的被送入進水分配池I內；進水分配池I和一級處理池的池壁之間設有溢流堰2，進水分配池I內的待處理汙水經過溢流堰2溢流進入一級處理池的漂浮植物層3內；一級處理池的一級填料層4所在處的下方池壁上設有一級出水口 5，經過一級處理池處理的汙水經一級出水口 5進入二級處理池的二級填料層6內；二級處理池和三級處理池的池壁之間設有溢流堰8，經過二級處理池處理的汙水經過溢流堰8溢流進入三級處理池的挺水植物層9內，處理過的水經過三級處理池下方的排水口 14排出。整個溼地系統採用折流式水流形態，經過三級溼地系統處理，同時去除水體中的氮、磷和雌激素。
本發明的同步強化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流溼地系統，汙水進入一級處理池中後，表面淺層積水中的漂浮植物對水體中的雌激素進行吸收，其代謝產物促進雌激素的光降解；同時，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菌快速地將水體中的nh4+-n轉化為no3_-n，而且同步發生對雌激素的共代謝降解作用。水流經過第一級溼地系統下部的一級出水口 5進入二級處理池，反硝化細菌利用剩餘的有機物作為碳源，將Ν03_-Ν轉化為N2, 二級填料層6中的異養微生物繼續對水體中的雌激素進行降解，表面淺層積水中的絲狀藻類對雌激素進行進一步的吸收，並通過藻類代謝產物促進雌激素的光降解。經過二級處理池的汙水經溢流後進入三級處理池，挺水植物根系對雌激素進行吸收作用，挺水植物根系附著生長的微生物繼續降解雌激素；同時經過石膏、煤渣、鋼渣和礫石多級功能填料層對磷素的物理吸附作用，使水體中磷也得到高效去除。
本發明中的三級處理池猶如一個個人工溼地(Constructed wetland),它主要包括人工基質和植物，人工構造形成由不同基質、植物、多種微生物以及不同的水流形式構成的具有特定生態學意義的水質淨化系統。可以利用基質、植物和微生物以及他們的綜合作用多途徑的去除汙染物，淨化水質。
人工溼地系統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物可促進雌激素在水中的光降解作用，因此，通過設置表面滯水層，極大地提高了人工溼地對雌激素的去除作用。而挺水植物則可以利用根部及根周微生物對雌激素進行降解，達到一定的去除效果。同時，硝化細菌在好氧條件下進行硝化反應，使氨氮(NH4+-N)轉化為硝態氮(NO3--N),部分硝態氮被綠色植物吸收利用，另一部分在缺氧條件下進行反硝化，將硝態氮轉化為氮氣(N2),從而達到去除汙水中氮素的目的。同時，硝化細菌還可通過共代謝作用，降解雌激素，在脫氮的同時提高對雌激素的去除效果。另外，比表面積大、孔隙率高的溼地填料對磷的吸附去除率很高，因此可以利用廉價易得的溼地填料對磷素進行吸附去除。
綜上所述，本發明採用不同的植物及溼地基質，加上特有的折流式水流形態，形成從好氧到缺氧的不同溶氧連續變化環境，為生物脫氮作用提供了適宜的溶氧條件。同時漂浮植物和藻類代謝產物為反硝化細菌提供所需碳源，從而實現對水體中氮素的脫除。溼地植物的根部對雌激素有很強的吸收作用，微生物對雌激素的吸附和降解作用，結合表面少量積水中的浮萍或藻類代謝產物對雌激素光降解的促進作用，可以高效去除水體中的雌激素。本發明溼地的最後一部分採用比表面積大、孔隙率高的多級功能填料層對磷進行吸附，從而達到水體中磷的高效去除。進而達到氮、磷和雌激素的同步強化去除的目的。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下， 還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種同步強化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流溼地系統，其特徵在於:所述的溼地系統包括按照水流流向依次設置的一級處理池、二級處理池和三級處理池；一級處理池內自上而下設有漂浮植物層(3)和一級填料層(4)，二級處理池內自上而下設有溼地藻類層(7)和二級填料層￠)，三級處理池內自上而下設有挺水植物層(9)和多級功能填料層，所述的多級功能填料層包括自上而下依次設置的石膏層(10)、煤渣層(11)鋼渣層(12)和礫石層(13);在一級處理池前設有進水分配池(I)，進水分配池(I)與一級處理池之間設有溢流堰(2)，進水分配池(I)內的待處理汙水溢流進入一級處理池的漂浮植物層(3)內，一級處理池的下方池壁上設有一級出水口(5)，經過一級處理池處理的汙水經一級出水口(5)進入二級處理池的二級填料層￠)內；二級處理池與三級處理池之間設有溢流堰(8)，經過二級處理池處理的汙水溢流進入三級處理池的挺水植物層(9)內，處理過的水經過三級處理池下方的排水口(14)排出。
2.根據權利要求1所述的同步強化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流溼地系統，其特徵在於:一級處理池下部的一級填料層(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)生長的5 — IOcm深的積水；所述的漂浮植物層(3)的高度為10—15cm，一級填料層(4)高度為50— 60cm。
3.根據權利要求2所述的同步強化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流溼地系統，其特徵在於:所述的漂浮植物層(3)採用浮萍。
4.根據權利要求1所述的同步強化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流溼地系統，其特徵在於:二級處理池下部的二級填料層(6)由粒徑為10 — 20mm的礫石堆積而成，礫石上方設有適合繁殖藻類層(7)的10 — 15cm深的積水；所述的藻類層(7)的高度為10—15cm，二級填料層(6)的高度為50— 60cm。
5.根據權利要求4所述的同步強化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流溼地系統，其特徵在於:所述的藻類層(7)採用絲狀藻或者水綿。
6.根據權利要求1所述的同步強化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流溼地系統，其特徵在於:三級處理池的多級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.根據權利要求1所述的同步強化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流溼地系統，其特徵在於:所述的挺水植物(9)採用蘆葦、水竹或菖蒲。
全文摘要
本發明公開了一種同步強化氮、磷及雌激素去除的表面滯水型折流溼地系統，包括按照水流流向依次設置的一級處理池、二級處理池和三級處理池；一級處理池內自上而下設有漂浮植物層和一級填料層，二級處理池內自上而下設有溼地藻類層和二級填料層，三級處理池內自上而下設有挺水植物層和多級功能填料層，所述的多級功能填料層包括自上而下依次設置的石膏層、煤渣層、鋼渣層和礫石層；在一級處理池前設有進水分配池，一級處理池的下方池壁上設有一級出水口；二級處理池與三級處理池之間設有溢流堰，三級處理池的下方設有排水口。本發明採用表面滯水及折流式水流形態，既能提高對氮和磷的去除，又能高效去除水體中的雌激素類汙染物。
文檔編號C02F3/32GK103172226SQ20131013005
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月15日 優先權日2013年4月15日
發明者宋海亮, 梁璐, 楊小麗 申請人:東南大學