CN102992552A - 一种内碳源-富氧梯级组合人工湿地工程化反应器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内碳源-富氧梯级组合人工湿地工程化反应器，反应器设置为三级串联形式，依次包括：一级表面流人工湿地（1）、二级垂直潜流人工湿地（5）和三级反硝化水平潜流人工湿地（12）；每级之间设有中隔导流墙（18），每级底层均为防渗层（2）。本发明能够有效实现印染废水中有机物、氨氮的分级去除，克服传统一个人工湿地单元难以同时实现好氧降解有机物、硝化及反硝化的不足，提高常规水处理工艺的运行效果，增强水安全性，具有良好的应用前景。

Description

一种内碳源-富氧梯级组合人工湿地工程化反应器

技术领域

本发明属于人工湿地领域，特别涉及一种内碳源-富氧梯级组合人工湿地工程化反应器。

背景技术

目前在所有的废水处理技术中，成本最为低廉的是生态处理技术，而最为典型和具有代表性的是人工湿地技术。人工湿地技术低投资、低能耗、易于操作管理的独特优点在农村污水处理领域得到广泛的研究及应用，经人工湿地处理的生活污水水质从感官和理化指标上得到了很大改善，并能回用于农田灌溉、杂用水，非常适合于资金和管理人才相对缺乏的农村地区。然而，人工湿地大范围应用于印染废水等工业废水处理的工程范例尚不多见，相关研究报道大多为实验室小试研究，在小试中易于通过调控DO、碳源、HRT等边界条件对难降解印染废水获得较好效果。但在实际工程中，却不可能采用人工曝气充氧、外加商业碳源等方式，否则难以保持人工湿地低运行成本之特性。

人工湿地技术虽然符合当前印染废水低成本处理的要求，但印染废水可生化性差的水质特征，成为使用人工湿地技术的潜在限制性因素。此外，印染废水水质特征已不局限于高有机物的情况，氨氮也逐步成为一个普遍性的污染指标，而人工湿地技术难以在一个单元内完成有机物降解及脱氮的要求。尽管人工湿地低成本、低投资的特性较为适合当前印染废水的处理及回用，但仍需要对传统人工湿地进行技术革新，以适应高氨氮、难降解印染废水水质特征。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种内碳源-富氧梯级组合人工湿地工程化反应器，该反应器能够有效实现印染废水中有机物、氨氮的分级去除，克服传统一个人工湿地单元难以同时实现好氧降解有机物、硝化及反硝化的不足，提高常规水处理工艺的运行效果，增强水安全性，具有良好的应用前景。

本发明的一种内碳源-富氧梯级组合人工湿地工程化反应器，所述反应器设置为三级串联形式，依次包括：一级表面流人工湿地、二级垂直潜流人工湿地和三级反硝化水平潜流人工湿地；每级之间设有中隔导流墙，每级底层均为防渗层。

所述一级人工湿地一侧设有进水总管，上部水体构建有植物、藻类、细菌共生生态系统及复合反应器，下层铺设砾石填料。

所述砾石填料的粒径为50mm-100mm。

所述植物为芦苇。

所述二级垂直潜流人工湿地的上部水体种植有湿地植物，下层设置砾石碎石床分别构成排水层、过渡层、滤料层和覆盖层，湿地植物上方设有喷淋布水系统。

所述湿地植物为美人蕉。

所述三级反硝化水平潜流人工湿地包括进水区和出水区，上部水体种植湿地植物，底部为碎石床滤料层；此外，一侧还设有出水总管。

所述湿地植物为香蒲。

所述防渗层为防渗混凝土。

本发明采用三级人工湿地串联形式，包括一级表面流人工湿地，二级垂直潜流人工湿地和三级反硝化水平潜流人工湿地，每一级底层均采用防渗混凝土构成防渗层。在一级表面流人工湿地中利用上部水体，构建植物、藻类、细菌共生生态系统及复合反应器，其中藻类死亡体可作为内碳源补充后续反硝化所需，藻类在生长代谢过程中产生的氧气可补充有机物氧化的需氧量，并能补充后续反硝化所需碱度。在一级表面流人工湿地下层，铺设一定厚度的砾石填料，形成淹没式生物膜载体，在底部缺氧的环境中，印染废水中难降解有机物经水解酸化后可生化性得以提高。在一级表面流人工湿地中，印染废水可生化性和溶解氧得以改善，后续反硝化碳源得到一定程度补充。此外，表面流人工湿地本身就是一个面积较大的平流沉淀池，可有效去除印染废水中悬浮固体，作为后续潜流人工湿地预处理可确保湿地不发生堵塞现象。一级表面流人工湿地出水进入二级潜流人工湿地。在二级垂直潜流人工湿地中设置砾石碎石床，布水系统摈弃传统穿孔管布水，采用曝气充氧效果较好的喷淋布水系统，形成好氧生物膜，使溶解氧基本达到污水好氧生物反应器的富氧水平，为好氧硝化及有机物氧化创造良好的溶解氧条件。为进一步增加反硝化碳源，以人工湿地产生的植物作为生物质内碳源，而不需投加低分子碳水化合物等商业碳源，投加植物生物质还可改善印染废水可生化性。二级垂直潜流人工湿地出水进入三级水平潜流人工湿地，该单元不采用任何人工充氧措施。在三级水平潜流人工湿地碎石床底部，形成缺氧环境，对进水中NO₃ ^-、NO₂ ^-进行反硝化脱氮。

有益效果

本发明能够有效实现印染废水中有机物、氨氮的分级去除，克服传统一个人工湿地单元难以同时实现好氧降解有机物、硝化及反硝化的不足，提高常规水处理工艺的运行效果，增强水安全性，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明流程框图；

图2为本发明结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

根据图2所示，本实施例提供的一种内碳源-富氧梯级组合人工湿地工程化反应器，将人工湿地设置为三级串联形式，一级人工湿地1设置进水总管16，利用上部水体构建植物（芦苇）、藻类、细菌共生生态系统及复合反应器4，下层铺设砾石填料3；在二级人工湿地5中，上部水体种植湿地植物（美人蕉）10，下层设置砾石碎石床分别构成排水层6、过渡层7、滤料层8、覆盖层9，布水系统采用曝气充氧效果较好的喷淋布水系统11；三级人工湿地12包括进水区13和出水区15，不采用任何人工充氧措施，上部水体种植湿地植物（香蒲）14，碎石床滤料层8底部，形成缺氧环境。此外，三级人工湿地12设置出水总管17，每级之间设置中隔导流墙18，每一级底层均采用防渗混凝土构成防渗层2。印染废水在进入人工湿地前先进行生化前处理，即依次经水解酸化池、缺氧池、接触氧化好氧池和沉淀池后进入人工湿地。

人工湿地内部填充砾石均采用卵石或天然沸石（或就地取材），粒径选取50mm-100mm。一级表面流人工湿地有效容积为195m³，水力停留时间为0.98d。一级表面流人工湿地出水进入二级潜流人工湿地。二级美人蕉水平潜流人工湿地有效容积为288m³，水力停留时间为9d，湿地采用自动充氧式潜流人工湿地，上部设置通气管道，内置多孔充氧管和布水管以及多孔集水管。二级垂直潜流人工湿地出水进入三级水平潜流人工湿地，三级香蒲垂直潜流人工湿地有效容积为288m³，水力停留时间为2.9d，湿地采用上部穿孔管布水系统和底部穿孔管集水系统。

Claims (9)

1.一种内碳源-富氧梯级组合人工湿地工程化反应器，其特征在于：所述反应器设置为三级串联形式，依次包括：一级表面流人工湿地（1）、二级垂直潜流人工湿地（5）和三级反硝化水平潜流人工湿地（12）；每级之间设有中隔导流墙（18），每级底层均为防渗层（2）。

2.根据权利要求1所述的一种内碳源-富氧梯级组合人工湿地工程化反应器，其特征在于：所述一级人工湿地（1）一侧设有进水总管（16），上部水体构建有植物、藻类、细菌共生生态系统及复合反应器（4），下层铺设砾石填料（3）。

3.根据权利要求2所述的一种内碳源-富氧梯级组合人工湿地工程化反应器，其特征在于：所述砾石填料（3）的粒径为50mm-100mm。

4.根据权利要求2所述的一种内碳源-富氧梯级组合人工湿地工程化反应器，其特征在于：所述植物为芦苇。

5.根据权利要求1所述的一种内碳源-富氧梯级组合人工湿地工程化反应器，其特征在于：所述二级垂直潜流人工湿地（5）的上部水体种植有湿地植物（10），下层设置砾石碎石床分别构成排水层（6）、过渡层（7）、滤料层（8）和覆盖层（9），湿地植物（10）上方设有喷淋布水系统（11）。

6.根据权利要求5所述的一种内碳源-富氧梯级组合人工湿地工程化反应器，其特征在于：所述湿地植物（10）为美人蕉。

7.根据权利要求1所述的一种内碳源-富氧梯级组合人工湿地工程化反应器，其特征在于：所述三级反硝化水平潜流人工湿地（12）包括进水区（13）和出水区（15），上部水体种植湿地植物（14），底部为碎石床滤料层（8）；此外，一侧还设有出水总管（17）。

8.根据权利要求5所述的一种内碳源-富氧梯级组合人工湿地工程化反应器，其特征在于：所述湿地植物（14）为香蒲。

9.根据权利要求1所述的一种内碳源-富氧梯级组合人工湿地工程化反应器，其特征在于：所述防渗层（2）为防渗混凝土。

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