一种用于火电厂污水处理末端的阶梯式生态水处理方法及系统

技术领域

本发明涉及火电厂水处理设施末端出水的生态净化与修复技术领域，具体涉及一种用于火电厂污水处理末端的阶梯式生态水处理方法及系统，用于火电厂水处理设施末端出水的生态净化处理的方法及阶梯复合人工湿地床。

背景技术

人工湿地处理技术是上世纪70年代发展起来的一种污水生态处理技术，通过湿地填料、水生植物、微生物等的物理、化学、生物等多重协同作用，通过基质过滤、吸附、沉淀、离子交换、植物吸收和微生物降解来实现对污水的高效净化。按照系统工程设计和水体流态的差异，人工湿地污水处理系统可分为自由表面流人工湿地、水平潜流人工湿地和垂直潜流人工湿地3种类型。

表面流人工湿地在内部构造、生态结构和外观上都十分类似于天然湿地，其水面位于湿地基质以上，水深一般为0.3～0.8m污水从进口以一定速度缓慢流过湿地表面，部分污水或蒸发或渗入地下，出水由溢流堰流出。表面流人工湿地水力负荷一般较低，达到同等处理效果的条件下，其占地面积要比潜流型大，并且易受季节影响，比如冬季结冰、夏季蚊蝇滋生及恶臭等，根系的氧传输能力非常有限，去污能力亦有限。水平潜流人工湿地水流湿地在基质层表面下以水平流动的方式流过湿地，出口处设集水装置和水位调节装置，介质通常选用水力传导性良好的材料，避免阻塞。水平潜流人工湿地由于系统中好氧生化反应所需氧气主要来自大气复氧，数量不足，因而导致脱氮效率不高。垂直潜流人工湿地其水流方向和根系层呈垂直状态，出水系统一般设在湿地底部，可提高氧向污水及基质中的转移效率，但其运行时一般采用间歇进水方式。

目前，现有的人工湿地技术存在以下主要缺点：

①与传统污水处理工艺相比，人工湿地处理系统占地面积较大，一般为传统处理方法的2～3倍，其中表面流型由于其水力负荷小，占地更大。因此，在用地紧张的地区其应用会受到限制。

②被截留的悬浮物在人工湿地中积累，同时床体内微生物的不断增长会使基质层的渗流能力减弱，最终造成堵塞，使潜流人工湿地变成表面流人工湿地，导致处理能力下降；而且，有机物的不断积累还会逐渐向人工湿地，出口处移动，最终影响出水水质。

③人工湿地系统通常都存在供氧不足的问题，这直接导致了系统内氮、磷特别是氮的去除率不很高，影响了人工湿地的处理效果。虽然有部分研究采取了人工强化曝气供氧等人工增氧的措施，但是其增氧方式能耗大、造价高、控制运行复杂，降低了人工湿地床的经济优势。

中国专利号为ZL200510057047.2，专利名称为“阶梯式人工景观湿地污水处理生态系统”公开了一种可避免水流冲击而导致植物根系松动、沉渣泛起的阶梯式人工景观湿地污水处理系统，虽然采用集水管和集水井在一定程度上避免水流扰动带来的水质问题，但集水井下层的水流含氧量明显比上层低，不能很好解决人工湿地床普遍存在的氮磷处理效果差且效果不稳定的问题；且湿地床基质填料过于单一，未进行极配和填充方式优化，极易发生阻塞现象，从而影响人工湿地床的使用效果和寿命。

因此，在现有研究基础上，开发出既经济又具有稳定处理效果、尤其适宜于建造于沿海或河流附近的电厂水处理设施末端出水生态处理的阶梯式复合人工湿地床；针对火力发电厂无法实现零排放的部分处理水，其末端已处理水中氮磷、无机盐、金属离子浓度仍处于临界状态甚至超标的情况下，可应用此方法不仅处理效果稳定，而且极大节省建设及运营成本，处理水可直接排入自然水体，充分实现与自然生态环境的和谐共生，对扩展人工湿地床的应用范畴具有显著意义。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明旨在提供一种用于火电厂污水处理末端的阶梯式生态水处理方法及系统，适用于火电厂水处理设施末端出水的生态修复、提高处理能力、减少用地且不需要额外提供动力、处理效果稳定、效率高。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种用于火电厂污水处理末端的阶梯式生态水处理系统，包括自上而下按照阶梯状布置的第一级复合人工湿地床、第二级复合人工湿地床和第三级复合人工湿地床；

在第一级复合人工湿地床的同一水平面的前端设置有水量调节池，第二级复合人工湿地床和第三级复合人工湿地床之间设置有集水池，每个复合人工湿地床内均设置有填料层，顶部设置有穿孔布水管，底部设置有穿孔集水管，第一级穿孔布水管与水量调节池连通，第一级穿孔集水管与第二级穿孔布水管连通，第二级穿孔集水管和第三级穿孔布水管均与集水池连通，第三级穿孔集水管与出水管连通。

本发明进一步的改进在于，水量调节池的出口下沿低于进水管下沿0.1m。

本发明进一步的改进在于，第三级复合人工湿地床、第一级复合人工湿地床和第二级复合人工湿地床的深度依次增加。

本发明进一步的改进在于，在第一级复合人工湿地床的下部开设有通风孔。

本发明进一步的改进在于，第一级复合人工湿地床用于硝化、脱氮及除磷，第一级填料层采用硅石或陶粒大粒径填料。

本发明进一步的改进在于，第二级复合人工湿地床的第二级填料层采用硅石或陶粒大粒径填料。

本发明进一步的改进在于，第三级复合人工湿地床的第三级填料层采用硅石或陶粒填料。

本发明进一步的改进在于，水量调节池还设置有进水管。

一种用于火电厂污水处理末端的阶梯式生态水处理方法，该方法基于所述的一种用于火电厂污水处理末端的阶梯式生态水处理系统，包括如下步骤：

由电厂水处理设施的末端出水，引至水量调节池，以保证生态水处理系统前端进水水量相对均衡；调节池出水通过三级阶梯复合人工湿地床，以跌水方式布水；第一级复合人工湿地床：在床体中构建良好的好氧环境，完成硝化菌的硝化过程，采用硅石或陶粒大粒径填料改善系统水力传导性及硝化、除磷处理效率；第二级复合人工湿地床：在床体中构建良好缺氧环境，完成反硝化菌的反硝化过程；植物吸收利用而同化去除部分氮磷，进行反硝化、脱氮及除磷处理；第三级复合人工湿地床：进行富氧硝化脱氮及除磷处理，通过强化自然复氧和植物供氧构建良好的好氧环境，以保证最后出水水质的稳定性。

相较于现有技术，本发明具有如下技术效果：

①采用无能耗强化复氧技术，提高了溶解氧浓度和脱氮除磷效率；不需额外动力，处理效果稳定、效率高。

②合理搭配床体填料的级配和填充方式，不但满足填料经济性需要还能提高床体处理效果。

③成本低，处理效果稳定。

④优化了人工湿地床床体结构和配水系统，具有结构简单、占地面积小的特点。

⑤本发明既可用于电厂水处理设施末端出水的生态修复，也可以应用于小规模、低浓度的污水处理工程。

附图说明

图1是本发明的平面示意图；

图2是本发明的1-1剖视图。

附图标记说明：

1-水量调节池，2-第一级复合人工湿地床，3-第二级复合人工湿地床，4-集水池，5-第三级复合人工湿地床，6-第一级穿孔布水管，7-第二级穿孔布水管，8-第三级穿孔布水管，9-进水管，10-第一级填料层，11-第二级填料层，12-第三级填料层，13-第一级穿孔集水管，14-第二级穿孔集水管，15-第三级穿孔集水管，16-出水管，17-通风孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种用于火电厂污水处理末端的阶梯式生态水处理方法，包括如下步骤：由电厂水处理设施的末端出水，引至水量调节池1，以保证生态水处理系统前端进水水量相对均衡；调节池出水通过三级阶梯复合人工湿地床，以跌水方式布水；第一级复合人工湿地床2：在床体中构建良好的好氧环境，完成硝化菌的硝化过程，采用硅石或陶粒大粒径填料改善系统水力传导性及硝化、除磷处理效率；第二级复合人工湿地床3：在床体中构建良好缺氧环境，完成反硝化菌的反硝化过程；植物吸收利用而同化去除部分氮磷，进行反硝化、脱氮及除磷处理；第三级复合人工湿地床5：进行富氧硝化脱氮及除磷处理，通过强化自然复氧和植物供氧构建良好的好氧环境，以保证最后出水水质的稳定性。如图1、图2所示，实现本发明方法的阶梯式复合人工湿地床，包括连接污水处理设施末端出水和阶梯湿地床之间的水量调节池、三级相邻阶梯式第一级至第三级复合人工湿地床2、3、5，可利用自然地形布置成阶梯状；第二级复合人工湿地床3和第三级复合人工湿地床5之间的集水池4；各人工湿地床床体内分别设置第一级至第三级填料层10、11、12，填料层表面种植植物；污水处理设施末端出水管16由上端进入水量调节池1，水量调节池1的出口下沿低于进水管9下沿0.1m布置；各级人工湿地床分别设置第一级至第三级穿孔布水管6、7、8和第一级至第三级穿孔集水管13、14、15，以进行不同方式的布水与集水。为了保证本处理系统的稳定性，各主要处理系统均采用两组。原水由进水管9进入并经第一级至第三级穿孔布水管6、7、8依次逐级配水；污水流经床体内配置的第一级至第三级填料层10、11、12与所种植植物的共同作用下，最后得到处理的净化水由出水管16排出人工湿地床。第三级复合人工湿地床5、第一级复合人工湿地床2和第二级复合人工湿地床3的深度依次增加。

第一级复合人工湿地床2上方设置第一级穿孔布水管6，以跌水方式布水，保证进水的含氧量；主要通过过滤及生物降解去除有机物及SS(悬浮固体)，采用去污能力强、根系发达的植物。

第一级复合人工湿地床2的主要作用是硝化、脱氮及除磷，在床体中构建良好的好氧环境，使硝化菌完成硝化，磷的去除主要在第一级填料层10，采用硅石或陶粒等大粒径填料改善水力特性，克服填料的易堵塞问题，通过化学沉淀过滤去除磷，合理搭配和布置填料。在第一级复合人工湿地床2的下部开通风孔17，增强填料与氧气的接触，强化人工湿地床的硝化反硝化作用以及脱氨除磷效果。第一级复合人工湿地床2的底部设第一级穿孔集水管13，连通第二级复合人工湿地床3的第二级穿孔布水管7跌水进入第二级复合人工湿地床3。

第二级复合人工湿地床3采用硅石或陶粒等大粒径填料，增加池深，减小占地，该级人工湿地床主要作用是反硝化、脱氨及除磷。在床体中构建良好缺氧环境，使反硝化菌完成反硝化：植物吸收利用而同化去除部分氮磷；优化第二级填料层11组合配置，选用新型轻质填料(如陶粒等)，通过化学沉淀过滤去除磷。第二级复合人工湿地床3的出水经第二级穿孔集水管14入集水池4，突出强调污水的自然复氧，并用第三级穿孔布水管8以跌水方式进入第三级复合人工湿地床5。

第三级复合人工湿地床5采用跌水布水，采用浅水、短停留时间的好氧人工湿地床，通过自然复氧和植物供氧构建良好的好氧环境，以保证最后出水的稳定性。第三级复合人工湿地床5的主要作用是进一步强化复氧硝化脱氮及除磷。保证床体中污水充足的溶解氧含量，通过硝化菌进一步完成脱氮；磷的去除主要在第三级填料层12，利用硅石或陶粒填料等，通过化学沉淀过滤去除磷；第三级复合人工湿地床5的出水经第三级穿孔集水管15与出水管16连通，通过出水管16排出。