一种污水处理厂尾水人工湿地系统及尾水处理方法

技术领域

本发明涉及水环境治理领域，特别是一种污水处理厂尾水人工湿地系统及尾水处理方法。

背景技术

目前国内大多数城镇污水处理厂尾水水质达到国家标准《城镇污水处理厂排放标准》GB18918-2002中一级A标准，但是与《地表水环境质量标准》GB3838-2002中规定的水质标准中数值还有较大差距，直接排入城市水体中依然会增加污染风险。作为再生水来源，污水处理厂尾水已经成为补充地表水的重要来源之一，因而对污水处理厂尾水的水质要求变得更为严格，使得相应的城镇污水厂急需找出经济有效的处理方法对其尾水进行深度处理。

臭氧氧化在城镇污水处理厂中用于深度处理、再生水处理和消毒，能够氧化有机物和其他还原性无机物，将难降解的大分子有机物分解成易于生物降解的中小分子有机物，还可以起到微絮凝作用和除臭功能。但是，在20℃水温时臭氧在水中的溶解度仅3～7mg/L，且在处理过程中接触时间短，氧化作用没有完全发挥，尚未利用的臭氧排出臭氧接触池后直接排入大气中不仅引起臭氧污染，而且造成资源浪费。需要找到臭氧尾气再次利用的方法，解决臭氧污染并实现废物利用和能源节约。

人工湿地技术通常用于污水处理厂尾水深度处理，降低出水中污染物含量，用于补充河道和湖泊等环境用水、绿地灌溉用水和环境卫生清洁用水。然而，尾水中COD以难降解有机物为主，需要强氧化剂氧化，氮以硝态氮为主，通过微生物反硝化作用脱氮。在处理过程中需要强化措施如辅助充氧和补充投加碳源等工程措施强化处理效果，达到有机物的去除和脱氮除磷的目的。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种污水处理厂尾水人工湿地系统及尾水处理方法，该污水处理厂尾水人工湿地系统利用臭氧尾气为氧源，氧化尾水中难降解有机物和其他还原性物质，既能解决污水处理出水中COD难以去除的问题和人工湿地反硝化碳源的问题，又能解决臭氧尾气污染及资源化的问题。臭氧尾气与污水厂尾水混合后，难降解有机物被氧化为可生物降解的小分子有机物，进入水平潜流人工湿地的主体区一和主体区二中经填料、微生物和植物的协同作用，实现脱氮除磷的效果，出水经表面流人工湿地进一步净化后，排入水体。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

本发明的第一个目的是提供一种污水处理厂尾水人工湿地系统，包括依次连接的臭氧尾气收集装置、臭氧尾气传输装置、缓冲池、水平潜流人工湿地和表面流人工湿地；其中：

臭氧尾气收集装置用于收集臭氧尾气，臭氧尾气传输装置用于将收集的臭氧尾气传输至缓冲池内。他们可选用常用的收集装置，分别可选用压缩机和传输管道等装置，对于本领域技术人员来说，可根据实际需要，选择具有相应功能的装置。

缓冲池为封闭池体，其一端布置由进水口，另一端布置有出水口；缓冲池的底部布置有臭氧尾气进气管，臭氧尾气进气管上间隔布置有多个尾气曝气器；臭氧尾气传输装置的出气口与臭氧尾气进气管的进气口连通；

水平潜流人工湿地沿水流方向依次设置进水区、主体区一、稳水区、主体区二和出水区，水平潜流人工湿地表面种植有挺水植物；

表面流人工湿地种植有浮叶植物、漂浮植物和挺水植物。

作为优选的技术方案，缓冲池顶部封闭，设置为地埋式或半地埋式；进水口的出水端连接有多个进水管，包括分布在缓冲池上部的上部进水管和分布在缓冲池中下部的下部进水管。缓冲池内填充有立体弹性填料，缓冲池的池容利用率为80％～90％。

作为优选的技术方案，所述缓冲池内还安装有出水装置。出水装置可为导流板或穿孔管。当设计为导流板时，水从导流板与池壁之间溢流至出水口；当设计为穿孔管时，穿孔管集水的方式是穿孔管与出水口相连，池内水通过穿孔管上的若干小孔收集溢流至管内，经出水口流出。

作为优选的技术方案，水平潜流人工湿地的进水区前端设置有穿孔花墙和进水渠，出水区后端设置有穿孔花墙和集水渠；进水区和出水区内均铺设有卵石；主体区一内铺设有沸石-无烟煤混合填料，所述稳水区铺设有砾石，稳水区下部安装有穿孔排泥管，所述主体区二内铺设有人工陶粒。进一步优选的，进水区和出水区的顶部区域种植有单子叶挺水植物；所述主体区一、稳水区、主体区二的顶部区域均种植有双子叶挺水植物。

本发明的第二个目的是提供一种污水处理厂尾水处理方法：其是利用如第一个目的中所述的污水处理厂尾水人工湿地系统完成的，包括以下步骤：利用臭氧尾气收集装置收集臭氧尾气，然后通过臭氧尾气传输装置输送至臭氧尾气进气管中，污水处理厂尾水在缓冲池与臭氧尾气混合后，经水平潜流人工湿地和表面流人工湿地处理，尾水和臭氧尾气得到净化后，排放入水体。进一步的，水平潜流人工湿地坡度为0～0.5％；主体区一中水力停留时间为0.5～1.0d；主体区二中水力停留时间为0.1～0.5d；表面流人工湿地水深为0.5～1.2m。

缓冲池中设置的若干立体弹性填料上下固定在池体内，竖直分布在缓冲池内，填充比设计为50％～70％，即填料体积占池内水体积的比例为50％～70％，在水流和气流冲击下搅动水流，切割气泡，提高传质效应。为防止短流，采用多点进水和溢流出水方式。水平潜流人工湿地采用完全自流方式，为保证水流顺畅且尽量减少湿地挖潜深度，在稳水区设置下，设计坡度为0～0.5％。水平潜流人工湿地设置稳水区，填充砾石块，尺寸较大，孔隙率高，主要用以调整水流和排出主体区一带来的沉泥。水平潜流人工湿地主体区一和主体区二的主要作用是脱氮除磷，所以水力停留时间考虑了反硝化细菌的世代时长和填料对磷的吸附。主体区一水力停留时间为0.5～1.0d，即12～24h，主体区二水力停留时间为0.1～0.5d，即2～12h。主体区一水力停留时间较长的原因还考虑到难降解有机物被氧化为可生物降解有机物而提供碳源的效果，停留时间较短则部分难降解有机物尚未氧化就随水流继续流走，起不到碳源作用。而且，在主体区一种，沸石-无烟煤混合填料吸附的大量TN在填料表面微生物作用下利用碳源被反硝化成为氮气，停留时间较短TN去除也会效率下降。表面流人工湿地以植物净化为主，根据不同水深种植浮叶植物、漂浮植物和挺水植物，水深为0.5～1.2m。靠近岸边的0～0.7m的区域种植挺水植物和漂浮植物，水深0.8～1.0m处种植漂浮植物和浮叶植物，中心1～1.2m水深位置不种植植物，以利于水流流动和复氧。

本发明的有益效果在于：

污水处理厂臭氧深度处理工艺中释放的臭氧尾气中含有臭氧和氧气，其中氧气占约80％，直接排入大气不仅造成能量浪费，而且极少量(0.01-0.02mg/m

本发明人工湿地中填充的沸石-无烟煤和人工陶粒填料，大小均匀，吸附能力强，能够吸附氮和磷元素，被吸附的TN经生物膜微生物反硝化作用被去除，TP则通过填料吸附拦截被去除，减少水环境中氮磷的汇入，提高水环境质量，改善水生态。穿孔花墙和稳水区的设置，减少短流，使得尾水与填料和植物根系充分接触，保证人工湿地运行顺畅，保证出水水质。稳水区采样粒径相对较大的砾石填料，有利于主体区一脱落的生物膜和拦截的悬浮物在此处沉降，从底部排泥管排出，利用后续主体区二延缓堵塞。单子叶挺水植物大量粗细相差不大的各级侧根，比表面积大，吸附能力强，强化主体区对氮和磷的去除。双子叶挺水植物的主要支根和干根都可以进行次生生长，形成悬殊较大的不均匀根系，在根系生长中能够调整进水区和出水区填料孔隙，起到改善水流的作用。

附图说明

图1是一种污水处理厂尾水人工湿地系统工艺流程示意图；

图2是缓冲池立面结构示意图；

图3是水平潜流人工湿地立面结构示意图；

附图标记：1-臭氧尾气收集装置，2-臭氧尾气传输装置，3-缓冲池，4-水平潜流人工湿地，5-表面流人工湿地；301-进水口，302-上部进水管，303-下部进水管，304-臭氧尾气进气管，305-尾气曝气器，306-立体弹性填料，307-出水装置，308-缓冲池出水口，309-缓冲池池顶；401-进水渠，402-进水穿孔花墙，403-进水区，404-主体区一，405-稳水区，406-主体区二，407-出水区，408-出水穿孔花墙，409-集水渠，410-卵石，411-沸石-无烟煤混合填料，412-砾石，413-人工陶粒，414-双子叶挺水植物，415-单子叶挺水植物，416-穿孔排泥管。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作更进一步的说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

此外，以下实施例中的制备过程中如无特别说明的，均为本领域现有技术中的常规手段，因此，不再详细赘述；

参照图1至图3，本发明实施例中，一种污水处理厂尾水人工湿地系统，依次设置有臭氧尾气收集装置1、臭氧尾气传输装置2、缓冲池3、水平潜流人工湿地4和表面流人工湿地5。缓冲池3内设置进水口301，进水口301的出水端连接有上部进水管302和下部进水管303，缓冲池的底部布置有尾气进气管304，臭氧尾气进气管上间隔布置有多个尾气曝气器305，缓冲池3还设置有立体弹性填料306、出水装置307和出水口308；出水装置可为导流板或穿孔管，图2中出水装置设计为导流板，水从导流板与池壁之间溢流至出水口。水平潜流人工湿地4从进水至出水依次设置进水渠401、进水穿孔花墙402、进水区403、主体区一404、稳水区405、主体区二406、出水区407、出水穿孔花墙408和集水渠409，表面均种植挺水植物；表面流人工湿地5种植浮叶植物、漂浮植物和挺水植物。缓冲池的顶部通过缓冲池池顶309封闭，以防止臭氧尾气外溢，设置为地埋式或半地埋式以减少地面占地，尾水上部进水管302与下部进水管303均从进水口301进水，尾水上部进水管302延伸至缓冲池3中后端出水，下部进水管303在缓冲池3前端底部出水。尾气曝气器305位于缓冲池3中下部，立体弹性填料填充比设计为50％，池容利用率为80％，以保证尾水与尾气充分接触，并保障缓冲池3压力平衡，保障池体使用寿命。水平潜流人工湿地4进水区403前端设置进水穿孔花墙402和进水渠401，出水区407后端设置出水穿孔花墙408和集水渠409，进水区403和出水区407均铺设卵石410并种植单子叶挺水植物414。主体区一404铺设沸石-无烟煤混合填料411，稳水区405铺设砾石412，主体区二406铺设人工陶粒413，均种植双子叶挺水植物415。稳水区405底部设置穿孔排泥管416，用以排出主体区一产生的污泥等，有助于主体区二水流通畅。挺水植物大多为被子植物，被子植物分为单子叶和双子叶植物两类，他们不仅在子叶和叶脉上存在差异，根系结构也明显不同。单子叶植物的主根不够发达，在与根连接的茎基和茎节等处长出许多不定根，并形成大量粗细差不多的各级侧根，是粗细比较均匀的须根系，根长与表面积也都比较大。双子叶植物的侧根和主根都可进行次生生长，形成粗细悬殊较大的不均匀的直根系结构，根系向下延伸较深。

一种污水处理厂尾水人工湿地系统的方法，包括以下步骤：(1)污水处理厂尾水经进水口301排入缓冲池3，污水处理厂臭氧深度处理后产生的臭氧尾气通过臭氧尾气收集装置1收集后经臭氧尾气转输装置2输送至臭氧尾气进气管304，并通过尾气曝气器305通入缓冲池3，水与气在缓冲池3内立体弹性填料306位置充分混合反应，分解难降解有机物；(2)缓冲池3出水流入水平潜流人工湿地4进水渠401，通过穿孔花墙402分散流入进水区403，进水区卵石410和挺水植物414吸附部分污染物后流入主体区一404，在沸石-无烟煤混合填料411中进行吸附和反硝化作用去除部分TN和TP，流水继续流向稳水区405，在稳水区405大孔隙内调整水流后进入主体区二406进一步去除污染物，然后经出水穿孔花墙408流入集水渠409；(3)主体区一404脱落的生物膜和拦截的悬浮物随水流进入稳水区405后，在砾石412大孔隙中向下移动，通过稳水区405底部排泥管416排出水平潜流人工湿地4，水平潜流人工湿地4坡度设计为0.5％，主体区一404水力停留时间为0.5d，主体区二406水力停留时间为0.5d；(4)水平潜流人工湿地4出水继续流入表面流人工湿地5，表面流人工湿地5的水深0.5～1.2m，通过沉降、植物吸收等作用净化水质，然后排放至水体。

利用本实施例中的方法设计的中试实验，采用污水处理厂达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级A标准尾水为处理对象，实验的总水力停留时间约1.5d，稳定运行后对尾水人工湿地系统进出水中COD、TN和TP浓度进行监测，平均进水浓度分别为：28.2mg/L、9.70mg/L、0.2mg/L，平均出水浓度为3.35mg/L、0.87mg/L和0.05mg/L，实验出水达到《地表水环境质量标准》(GB8989-2002)III类标准，污染物去除率大大提高。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。