多目标污染物同步去除的人工湿地装置

技术领域

本发明涉及污水处理技术领域，具体涉及多目标污染物同步去除的人工湿地装置。

背景技术

目前，湿地承担着地球自然水体的净化和处理功能，然而城市中天然湿地在逐渐地减少和消亡，人工湿地受到了越来越多的关注和发展，成为一种新型污水生态处理技术。人工湿地主要通过湿地植物、基质及微生物三者之间的物理、化学和生物协同作用净化污染物，具有处理效果好、投资和运行费用低等优势，在中小城镇污水处理中得到了广泛的应用。但随着城镇化进程的加快，生活污水的污染负荷越来越重，同时畜禽/水产养殖、工矿企业以及农业面源等的废水排放也加重了污染的复杂性，呈现氮、磷、重金属、农药、抗生素等多种污染物共存的现象。而传统人工湿地的处理负荷较低，应对复合污水的处理能力差。因此，构建多目标污染物同步去除的人工湿地系统对其推广和应用具有重要意义。对现有技术进行检索，CN105600931A公开了一种具有深度脱氮功能的微曝气型固体碳源湿地系统及其脱氮处理工艺，通过微氧曝气和缓释碳源来实现高效的硝化和反硝化脱氮过程。CN107512775A公开了一种人工湿地系统及强化人工湿地系统低温运行的温度调控方法，采用铁矿石和缓释碳源组合填料构建湿地系统，通过“温度调控”策略实现低温下系统的高效脱氮过程。CN111003809A公开了Fe-C强化型人工湿地脱氮系统及脱氮方法，通过铁矿石湿地和缓释碳源湿地的组合形式，来实现高效的脱氮过程。CN205115138U公开了一种人工湿地太阳能间歇微曝气系统，通过在垂直潜流人工湿地不同高度设置曝气孔，为系统提供微氧间歇曝气，进而强化好氧微生物过程的进行。CN107459140B公开了垂直流人工湿地及其处理污水中氮、磷及四环素类的方法，通过构建三级垂直流人工湿地，增设曝气设备来实现营养物和有机物的好氧生物去除。此外，中国专利公告号CN208136033U公开了一种处理锌冶炼废水的复合人工湿地结构、CN109721213A公开了用于处理重金属废水的多级人工湿地系统、CN203602454U公开了一种处理含铬废水的复合流人工湿地结构，这些湿地系统均是通过基质吸附、植物吸收等实现重金属的吸附去除。以上研究均是针对单一污染物的去除，或者通过传统的吸附和植物吸收达到污染物的去除过程。但是，如何在同一湿地系统内实现营养物、重金属、有机物的同步高效去除仍是巨大挑战。目前，仍没有在同一湿地系统内部采用通过微氧曝气结合“缓释碳源带、印迹材料可渗透反应墙、光催化复合板”来实现营养物、重金属和有机物复合物同步去除技术的相关报道。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有人工湿地处理系统对复合污染物处理难的问题，提供了多目标污染物同步去除的人工湿地装置，解决问题的具体技术方案如下：

本发明的多目标污染物同步去除的人工湿地装置，由太阳能装置、曝气装置、可渗透反应墙、水平光催化板、垂直光催化板、铁矿石带、缓释碳源带、砾石带、隔水挡板和湿地植物组成，铁矿石带设置在折流潜流湿地左侧，缓释碳源带设置在折流潜流湿地的中部，砾石带设置在折流潜流湿地的末端，铁矿石带、缓释碳源带和砾石带由隔水挡板间隔，可渗透反应墙交错设置在隔水挡板的下方和上方，水平光催化板设置在基质上方与水面之间，垂直光催化板设在隔水挡板上方的可渗透反应墙的两侧，太阳能装置设在铁矿石带左端的上方，曝气装置设在铁矿石带左侧的中部，太阳能装置与曝气装置连接，基质带上方种植湿地植物。

本发明的多目标污染物同步去除的人工湿地装置,采用太阳能曝气和缓释碳源带结合的方式来强化硝化和反硝化过程，通过微氧供给和内碳源释放来强化营养物氮素的去除；采用印迹材料可渗透反应墙对目标重金属进行高效选择性吸附；采用光催化板有效降解和矿化难降解有机污染物，促进代谢产物的微生物降解；通过缓释碳源带、可渗透反应墙、光催化板的“带-墙-板”有机结合实现同一系统内部营养物、重金属和有机物的同步高效去除，氮素、铬和农药的去除率均超过92％。在铁矿石带、缓释碳源带和砾石带中设置铬离子印迹材料的可渗透反应墙和光催化板，营养物、重金属和有机物的去除率达99％。本系统具有多目标污染物同步去除、操作简单、运行稳定等优点。广泛适用于分散型生活污水、农田退水、城市尾水等的复合污染处理。

附图说明

图1是本发明的系统的结构示意图。图中10是水面，11箭头是水流方向，12是多目标污染物水入水口，13是处理后的出水口。

具体实施方式

具体实施方式一、结合图1描述本实施方式。本实施方式由太阳能装置1、曝气装置2、可渗透反应墙3、水平光催化板4-1、垂直光催化板4-2、铁矿石带5、缓释碳源带6、砾石带7、隔水挡板8和湿地植物9组成，铁矿石带5设置在折流潜流湿地左侧，缓释碳源带6设置在折流潜流湿地的中部，砾石带7设置在折流潜流湿地的末端，铁矿石带5、缓释碳源带6和砾石带7由隔水挡板8间隔，太阳能装置1设在铁矿石带5左端的上方，曝气装置2设在铁矿石带5左侧的中部，可渗透反应墙3为多个交错设置在隔水挡板8的下方和上方，多个水平光催化板4-1设置在基质上方与水面之间，多个垂直光催化板4-2设在隔水挡板8上方的可渗透反应墙3的左右两侧，太阳能装置1与曝气装置2连接，基质带上方种植湿地植物9。

具体实施方式二、结合图1描述本实施方式。本实施方式所述的铁矿石带5、缓释碳源带6和砾石带7采用两级基质，每级基质之间设有隔水挡板8。

具体实施方式三、结合图1描述本实施方式。本实施方式所述的可渗透反应墙3采用铬离子印迹材料。采用的重金属印迹材料可渗透反应墙通过选择性吸附，实现重金属的高效去除。

具体实施方式四、结合图1描述本实施方式。本实施方式所述的曝气装置采用条状微孔曝气条。

具体实施方式五、所述的铁矿石带5采用的基质为铁矿石，填充厚度不超过30cm，粒径为4～7cm。

具体实施方式六、结合图1描述本实施方式。本实施方式所述的缓释碳源带6所采用的基质为废木头块，填充厚度不超过30cm，粒径为3～4cm。

具体实施方式七、结合图1描述本实施方式。本实施方式所述的砾石带7所采用的基质为砾石，填充厚度不超过30cm，粒径为4～7cm。

具体实施方式八、结合图1描述本实施方式。本实施方式所述的湿地植物9采用千屈菜、美人蕉、香蒲、菖蒲单种或混合种植。

具体实施方式九、结合图1描述本实施方式。本实施方式所述的在铁矿石带5、缓释碳源带6和砾石带7中采用可渗透反应墙3和光催化板，营养物、重金属和有机物的去除率为99％。水平光催化板和垂直光催化板，具有优异的可见光响应特征。

具体实施方式10、结合图1描述本实施方式。本实施方式所述的基质填料，如铁矿石、废木头块和砾石，均自由布置，不做压实处理。

具体实施方式11、结合图1描述本实施方式。本实施方式所述的采用一种人工湿地多目标污染物同步处理系统，按照上述多目标污染物同步去除的要求，构建日处理水量为50L的处理系统；进水氮素、铬和农药的浓度均值分别为36、3和2mg/L，水力在系统停留时间(HRT)设定为2d，系统采取间歇曝气手段4次/天、30min/次，通过调节气体流量计控制系统前端微氧浓度范围控制在0.2～2mg/L，氮素、铬和农药的去除率均超过92％。

本发明的工作原理：

多目标污染物废水先经系统入口12进入铁矿石带5，除通过大气扩散、植物根部泌氧以及进水携带溶解氧为硝化过程供氧外，通过太阳能微曝气装置间歇曝气来实现系统内部的好氧/厌氧交替保证硝化和反硝化过程的充分进行；在经可渗透反应墙3重金属印迹材料的选择性吸附性特征，实现目标重金属的高效选择性吸附后进入中部的缓释碳源带6为异养反硝化菌提供足够的可利用碳源进行反硝化；两者有机结合使系统保持优异的硝化/反硝化脱氮性能；在经砾石带7终到达排放出口13；光催化板通过可见光催化过程实现有机物的降解和矿化，有利于湿地系统后续的生物处理，实现同一系统内部营养物、重金属、有机物的同步高效去除。

以上实施例仅是示例性的，并不局限本发明，应当指出对于本领域的技术人员来说，在本发明所提供的技术方案的启示下，所做出的其它等同的多种变化、修改、替换和变型，均应视为本发明的保护范围。