专利名称：一种提高组合型垂直潜流式人工湿地污水净化效果的方法
技术领域：
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及一种提高组合型垂直潜流式人工湿地污水净化效果的方法。
背景技术：
目前，人工湿地已经成为一种极为有前途的污染物处理方式。人工湿地经常用于处理污水以净化生态系统，其因为经济效益好而发展迅速。人工湿地可以和自然湿地、污水处理厂等处理设施联合使用，其在不同污染物负荷下可以较好的处理污水中的有机物。但是对于单级的人工湿地，虽然其化学需氧量(Chemical oxygen demand, COD)去除率较高，但是总氮(Total nitrogen, TN)和总磷(Total phosphorus, TP)的去除率总是难以达到较高的水平。特别是人工湿地对于拥有各种不同的进水碳负荷比例的污水，其处理能力波动较大，就是因为单级人工湿地的好氧厌氧环境较差。例如单级的人工湿地因为其不能同时提供好氧和厌氧的环境条件，所以在高负荷碳(C)和氮(N)素进水条件下，难以得到相对·较高的TN去除率。而由单级人工湿地组合起来的组合型人工湿地对于此则有很好的解决办法。大量文献表明组合型人工湿地可以得到很好的COD去除效率，特别是可以达到较高的TP和TN的污染物去除率。因此筛选出最优的两级组合型人工湿地组合，对于污水中污染物的去除是特别有意义的。单级人工湿地中又以垂直潜流式人工湿地越来越多的受到了人们的关注，其因为较好的氧气传输和交换能力而有能力处理各种负荷程度的污染物。垂直潜流式人工湿地的特点主要包括出色的输氧能力、较高的水力负荷、在任何季节下都保持较高的污染物去除率以及占地小等。两种最常见的垂直潜流式人工湿地流态是垂直向上流(vertical up-flow, VUF)和垂直向下流(vertical down-flow, VDF),它们被认为是有可能组合得到高效脱氮除磷和去除有机污染物的两级人工湿地组合。同时，人工湿地的进水碳污染物负荷比例对于人工湿地的污染物净化效果也是有显著影响的，当其刚好达到或者接近某个最佳负荷比例时，组合型人工湿地的好氧厌氧环境就可以发挥最大的效用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简便易行、经济效益好的调控进水碳负荷比例以提高组合型垂直潜流式人工湿地污水净化效果的方法。其具体步骤如下
(O固定人工合成的污水中氮和磷污染物的浓度而改变碳污染物浓度，模拟出高中低三种不同的污水进水碳负荷比例；
(2)将垂直向上流(verticalup-flow，VUF)垂直潜流式人工湿地和垂直向下流(vertical down-flow, VDF)垂直潜流式人工湿地两两组合成 VUF-VUF、VDF_VDF、VUF_VDF和VDF-VUF四种组合型垂直潜流式人工湿地组合；
(3)测试四种组合型垂直潜流式人工湿地组合在高中低三种不同的进水碳负荷比例下的污水净化效果，以确定出最佳的进水碳负荷比例和垂直潜流式人工湿地组合类型；
(4)测试实际所需要处理的污水的污染物负荷浓度，然后根据计算结果调节原污水的污染物负荷浓度以达到步骤(3)中所确定的最佳值；
(5)用步骤(3)中确定的最佳的垂直潜流式人工湿地组合来处理已经调节过污染物负荷浓度的污水。本方法中，步骤(I)中人工合成污水的碳负荷比例调节方法是按照经济合作与发展组织(Organization for Economic Co-operation and Development, OECD)在 1996 年所制订的关于好氧污水处理方法中化学物质模拟测试的指导方针来完成的。本方法中，垂直向上流垂直潜流式人工湿地和垂直向下流垂直潜流式人工湿地，除去流态是不同的以外，其他构造条件相同的；人工湿地布置于水泥池中，其底部布置砾石，上部布置炉渣，每个单级的人工湿地都种上菖蒲。本方法中，步骤(I)中人工合成污水所模拟的进水碳负荷比例为碳氮比(C/N)( 9 11) :1、(4 6) :1 和(2 3) :1。本方法中，步骤(4)中调节原污水的污染物负荷浓度采用添加甲醇或者尿素的方法，或者采用生活污水和工业废水相互混合的方法。本方法中，步骤(3)中对于污水的净化效果需要同时考虑化学需氧量(Chemicaloxygen demand, COD)、总氮(Total nitrogen, TN)和总憐(Total phosphorus, TP)在整个试验周期中的去除率。本方法中，试验周期为4月至次年I月。本发明的优点在于
(1)模拟人工合成污水的进水碳负荷比例为碳氮比(C/N)(9 11):1、(4飞)1和(2 3):1，其高中低三级的划分基本可以涵盖一般的污水特性，测试结果可以准确的反映最佳的进水碳负荷比例；
(2)四种组合型垂直潜流式人工湿地VUF-VUF、VDF-VDF、VUF-VDF和VDF-VUF囊括了各种好氧和厌氧的组合情况，保证了所确定的垂直潜流式人工湿地组合类型是最优的；
(3)调节原污水的污染物负荷浓度可以采用添加甲醇或者尿素的方法，但是如果想要减少化学药品的消耗，也可以采用更为经济的生活污水和工业废水相互混合的方法，这样就可以提高本发明方法的经济实用性。
图I组合型垂直潜流式人工湿地不同进水碳负荷的COD去除率(a) C/N= (9 11):1, (b) C/N=(4 6):l, (c) C/N=(2 3):l。图2组合型垂直潜流式人工湿地不同进水碳负荷的TN去除率(a) C/N= (9 11):1, (b) C/N=(4 6):l, (c) C/N=(2 3):l。图3组合型垂直潜流式人工湿地不同进水碳负荷的TP去除率(a) C/N= (9 11):1, (b) C/N=(4 6):l, (c) C/N=(2 3):l。图4最佳垂直潜流式人工湿地组合类型在最优进水碳负荷的污染物去除率。
具体实施例方式下面通过实施例和附图对本发明进行详细的说明。实施例I一种调控进水碳负荷比例提高组合型垂直潜流式人工湿地污水净化效果的方法。拟建立一个处理量为100吨/天的组合型垂直潜流式人工湿地来处理城市生活污水。其首先测试四种组合型垂直潜流式人工湿地组合在高中低三种不同的进水碳负荷比例下的污水净化效果，以确定出最佳的进水碳负荷比例和垂直潜流式人工湿地组合类型；然后测试实际所需要处理的城市生活污水的污染物负荷浓度，然后根据计算结果采用生活污水和工业废水相互混合的方法来调节原污水的污染物负荷浓度以达到先前所确定的最佳值；用先前确定的最佳的垂直潜流式人工湿地组合来处理已经调节过污染物负荷浓度的城市生活污水，以达到最佳的净化效果。以下为具体的步骤
单级的人工湿地的填料层组成为湿地底部布置了 20 cm厚度的砾石(颗粒名义平均粒径为I. 45 cm)，湿地上部布置45 cm厚的炉渣(颗粒名义平均粒径为I. 75 cm);炉渣使用前要经过6次清洗，以去除其较高的碱性。整个人工湿地组合系统通过高位水箱来重力配 水，湿地自身则通过直径5cm的聚氯乙烯塑料管(其上有等距离的2. 5mm直径的小孔)来配水到湿地表面。每个单级的人工湿地都种上10株高度为10±4 cm的菖蒲，然后灌自来水一个月，以使湿地植物可以适应湿地土壤环境，同时也冲刷掉湿地填料本身可能存在的各种污染物。每七天中供水5天，修整2天；供水5天中的第一天取样测试一次数据，每月4次数据的平均值作为月变化值。试验周期为4月至次年I月。固定人工合成的污水中氮和磷污染物的浓度而改变碳污染物浓度，模拟碳负荷比例为碳氮比(C/N)9:1、5:1和2. 5:1的高中低三种不同的进水污水负荷，分别测试它们对于四种组合型垂直潜流式人工湿地VUF-VUF、VDF-VDF、VUF-VDF和VDF-VUF的污水净化效果，结果如图I 3所示。综合考虑C0D、TN和TP的去除率，进水碳负荷比例为5:1时VDF-VUF垂直潜流式人工湿地组合污水净化效果最好，其各种污染物的去除率都高于其他的进水碳负荷比例和湿地组合。测试实际所需要处理的污水的污染物负荷浓度，其结果是碳氮比(C/N)为6. 23，所以用富含N污染物的工业废水和所要处理的生活污水相互混合，以降低原污水的进水C/N比例来达到进水碳负荷比例5:1的最佳值。用最佳垂直潜流式人工湿地组合VDF-VUF处理调控后的污水，其结果显示污染物降解效果良好，可以达到最高值96. 49± I. 21% C0D,97. 32± I. 34% TN和94. 31 + I. 12%TP的污染物去除率(图4)。
权利要求
1.一种提高组合型垂直潜流式人工湿地污水净化效果的方法，其特征在于具体步骤为 (I)固定人工合成的污水中氮和磷污染物的浓度而改变碳污染物浓度，模拟出高中低三种不同的污水进水碳负荷比例； (2 )将垂直向上流垂直潜流式人工湿地和垂直向下流垂直潜流式人工湿地两两组合成四种组合型垂直潜流式人工湿地组合； (3)测试四种组合型垂直潜流式人工湿地组合在高中低三种不同的进水碳负荷比例下的污水净化效果，以确定出最佳的进水碳负荷比例和垂直潜流式人工湿地组合类型； (4)测试实际所需要处理的污水的污染物负荷浓度，然后调节原污水的污染物负荷浓度以达到步骤(3)中所确定的最佳值，再用步骤(3)中确定的最佳的垂直潜流式人工湿地组合来处理已经调节过污染物负荷浓度的污水。
2.根据权利要求I所述的提高组合型垂直潜流式人工湿地污水净化效果的方法，其特征在于，所述垂直向上流垂直潜流式人工湿地和所述垂直向下流垂直潜流式人工湿地，除去流态是不同的以外，其他构造条件相同的；所述人工湿地布置于水泥池中，其底部布置砾石，上部布置炉渣，每个单级的人工湿地都种上菖蒲。
3.根据权利要求I所述的提高组合型垂直潜流式人工湿地污水净化效果的方法，其特征在于，步骤(I)中所述人工合成污水所模拟的进水碳负荷比例分别为碳氮比(9 11) :1、(4 6) : I 和(2 3) :1。
4.根据权利要求I所述的提高组合型垂直潜流式人工湿地污水净化效果的方法，其特征在于，步骤(4)中所述调节原污水的污染物负荷浓度采用添加甲醇或者尿素的方法，或采用生活污水和工业废水相互混合的方法。
5.根据权利要求I所述的提高组合型垂直潜流式人工湿地污水净化效果的方法，其特征在于，步骤(3)中所述污水的净化效果需要同时考虑化学需氧量、总氮和总磷在整个试验周期中的去除率。
6.根据权利要求5所述的提高组合型垂直潜流式人工湿地污水净化效果的方法，其特征在于，所述试验周期为4月至次年I月。
全文摘要
本发明属于环境工程技术领域，具体为一种提高组合型垂直潜流式人工湿地污水净化效果的方法。本发明包括首先人工模拟出碳负荷不同的污水进水浓度；其次将两种垂直潜流式人工湿地，两两组合；然后测试它们在不同的进水碳负荷比例下的污水净化效果，确定最佳的进水碳负荷比例和垂直潜流式人工湿地组合类型；最后在实际污水处理过程中采用添加甲醇或者尿素的方法，或采用生活污水和工业废水相混合的方法使得原污水的污染物负荷达到先前确定的最佳的进水碳负荷比例，然后再用先前确定的最佳的垂直潜流式人工湿地组合类型来处理。本发明方法可以显著提高组合型垂直潜流式人工湿地污水净化效果，且具有简单易行、操作方便和经济效益好的优点。
文档编号C02F3/32GK102874932SQ20121041101
公开日2013年1月16日 申请日期2012年10月25日 优先权日2012年10月25日
发明者郑正, 颜诚, 赵永军, 罗兴章, 张丽 申请人:复旦大学