用于高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置与方法与流程

1.本发明涉及一种用于高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置与方法。


背景技术：

2.目前，高盐难降解有机废水深度处理主要采用化学法(如混凝、高级氧化法、电化学法等)、物理化学法(如膜分离技术、蒸发法、吸附法、离子交换法等)、生物法(如曝气生物滤池、生物活性炭法等)和生态处理法(即人工湿地处理技术)。采用物理-化学法对高盐废水深度处理，通常成本较高，例如在蒸发工艺运行过程中能耗较高，而离子交换和吸附法后期需要较高的再生费用，反渗透膜处理技术则对进水水质要求较高，需要进行复杂的预处理技术，从而导致了处理费用的增加。相对而言，生物法处理高盐废水可满足低成本的需求，但是盐度高会一定程度上抑制未驯化的微生物并破坏其代谢功能，导致微生物的降解能力减弱，污染物去除效率降低。
3.人工湿地技术，作为一种生态处理技术，是通过人为设计构建由水-土壤-植物-微生物组成的生态系统，在物理、化学、生物的协同作用下实现污水净化的一种污水处理技术。相比于其他的废水深度处理方法，人工湿地具有建设投资省、低运行成本、低能耗、二次污染少、景观生态效益好的优点。
4.虽然人工湿地可显著提升出水水质，并可与水系景观建设和区域生态修复相结合，创造良好的生态和环境价值，但在处理高盐难降解有机废水过程中也出现了包括污染物去除效率低、基质堵塞等问题，这些问题对人工湿地的应用发展造成了一定的影响。其中污染物去除效率低，直接影响了高盐难降解有机废水资源化利用；而基质堵塞会缩短湿地的使用寿命，同时影响处理效果的可靠性。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中污染物去除效率低、基质堵塞的缺陷，提供一种用于高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置与方法。
6.本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
7.一种高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置，所述高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置包括原水箱和跌水式净化层，所述原水箱通过进水管和所述跌水式净化层的顶部连接，所述跌水式净化层包括填料层，所述填料层包括铁碳基和生物填料。
8.本方案中，采用这种结构形式，将有机废水从跌水式净化层的顶部排入填料层，填料层内均匀配置铁碳基和生物填料，在填料层内进行硝化反应等一系列生物化学反应，实现促进难降解有机物转化成小分子，而且降解后的有机物能被微生物原物利用，进而提高污染物的去除效率；且采用跌水的方式进水，增加水中的溶解氧，使得硝化反应顺利进行。
9.较佳地，所述生物填料为聚丙烯或聚氨酯。
10.较佳地，所述跌水式净化层还包括覆盖层和过滤层，所述覆盖层、填料层和所述过滤层沿垂直方向从上往下依次排列连接。跌水式净化层设置多层净化层，结合生物、物理和
化学的作用，使其共同达到降解有机废水的作用。
11.较佳地，所述覆盖层、填料层和所述过滤层在垂直方向上边缘对齐依次连接。采用这种结构形式，可以增大有机废水和每一层之间的接触面积，使得净化的效率更高，也使得净化的更彻底。
12.较佳地，所述填料层包括上层填料层和下层填料层，所述上层填料层包括生物填料和铁碳基；所述下层填料层包括炉渣，进行除碳除磷作用。上层填料层内好氧时进行硝化反应等一系列化学反应，下层填料层进行物理吸附除碳除磷作用。每一步工序依次进行，结合生物、物理和化学的作用降解有机废水，不仅能提高污染物去除率，深度净化有机废水，还有效缓解了湿地填料堵塞问题。
13.较佳地，所述高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置还包括第一蠕动泵，所述第一蠕动泵安装于所述进水管上，用于将所述有机废水从所述原水箱传送至所述跌水式净化层。
14.较佳地，所述覆盖层包括耐盐植物。耐盐植物用于吸收截留部分盐分。
15.较佳地，所述过滤层包括过渡层和排水层，所述过渡层和所述排水层沿垂直方向从上往下依次排列连接。排水层通过过渡层的过滤后，将有机废水通过排水层排出。
16.较佳地，所述过滤层还包括出水管和/或排空管，所述出水管和所述排水层封闭式连接，所述排空管将所述排水层和外界连通。排空管用于排出脱落的生物膜等。
17.较佳地，所述跌水式净化层还包括透气管和回流管，所述透气管将排水层和外界大气相连，所述回流管将所述排水层和所述填料层连接起来。回流管将降解不充分的有机废水重新排回填料层进行二次净化，保证处理效果。
18.较佳地，所述高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置还包括第二蠕动泵，所述第二蠕动泵安装于所述回流管上，用于将所述有机废水从所述排水层传送至所述填料层，进行二次净化。
19.较佳地，所述高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置还包括表面流净化层，所述表面流净化装置通过出水管和所述跌入式净化层连接。出水管将跌水式净化层的排水层和表面流净化装置连接，将有机废水排入表面流净化装置实现有机废水的进一步去除污染物和截留盐分。
20.一种高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置的实施方法，包括以下步骤：
21.s11、将从所述原水箱中的有机废水通过进水管排入至所述跌水式净化层；
22.s12、将所述有机废水从上往下依次通过覆盖层、填料层和过渡层，并在对应的层内进行对应的净化操作；
23.s13、最后所述有机废水通过回流管进入所述填料层进行二次净化和/或通过出水管进入表面流净化装置，在净化的过程中产生的气体从透气管排出，在净化的过程中脱落的生物膜等从排空管排出。
24.较佳地，在s11之前先进行跌入式净化层中生物填料生物挂膜。
25.本发明的积极进步效果在于：该用于高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置与方法采用生物、物理和化学结合的共同作用，一同降低盐度、去除难降解有机物以及脱氮除磷。本发明中通过设置跌水式净化层，增加水中的溶解氧，使得硝化过程顺利进行；填料层包括铁碳基和生物填料，可以在填料层内进行硝化反应、反硝化反应和除碳除磷作用，
不仅能促进降解有机物转化为小分子，而且降解后的有机物能被微生物原位利用；且设置回流管路，可以促进污染物进一步去除，保证处理效果。同时，净化装置每月进行排空处理，及时排出脱落的生物膜等，有效的缓解基质堵塞问题。
附图说明
26.图1为本发明较佳实施例的高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置的整体结构示意图。
27.附图标记说明：
28.原水箱 1
29.进水管 2
30.第一蠕动泵 21
31.跌水式净化层 3
32.覆盖层 31
33.填料层 32
34.上层填料层 321
35.下层填料层 322
36.过滤层 33
37.过渡层 331
38.排水层 332
39.回流管 34
40.第二蠕动泵 341
41.排空管 35
42.透气管 36
43.出水管 4
44.表面流净化层 5
具体实施方式
45.下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在的实施例范围之中。
46.如图1所示，本实施例提供一种高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置，高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置包括原水箱1和跌水式净化层3，原水箱1通过进水管2和跌水式净化层3的顶部连接，有机废水进而从跌水式净化层3的顶部开始流入渗透到跌水式净化层3的内部，跌水式净化层3包括填料层32，填料层32包括铁碳基和生物填料。采用跌水的方式排入渗透有机废水，可以增加水中的溶解氧，使得有机废水在填料层32内可以更好的进行降解。同时，跌水式净化层3每个月可以进行1～2次的排空处理，可以及时的排出脱落的生物膜，有效缓解基质堵塞的问题。
47.有机废水流入渗透进填料层32内，填料层32内通过均匀配置铁碳基和生物填料，通过铁碳基和生物填料的共同作用进行降解有机物，使得在填料层32内好氧时进行硝化反应将nh
4+-n转化成no
3-‑
n，同时基于原电池反应、氧化还原反应和电化学富集作用、絮凝沉
淀作用分别降解有机物和除磷，缺氧时微生物利用植物根部释放的碳源或污水降解后的有机物或填料释放的“伪碳源”将no
3-‑
n转化成n2排出。在本实施方式中，生物填料具体为聚丙烯或聚氨酯等实现促进难降解有机物转化成小分子，且降解后的有机物能被微生物原物利用，进而提高污染物的去除效率。同时，采用跌水的方式，如上述，增大水中的溶解氧，可以使得硝化反应的顺利进行。
48.具体地，跌水式净化层3还包括覆盖层31和过滤层33，覆盖层31、填料层32和过滤层33沿垂直方向从上往下依次排列连接，优选的，覆盖层31、填料层32和过滤层33在垂直方向上边缘对齐依次连接。一层落在一层上，使得有机废水可以通过层层工序有序进行，且采用了将生物、物理和化学的结合作用，共同实现有机废水的降解和污染物的去除。
49.在本实施例中，跌水式净化层3的各层厚度和材料粒径具体如下：覆盖层31高度10cm，粒径8mm～16mm，在覆盖层31的上方种植耐盐植物芦苇；填料层32高度60cm，粒径2mm～6mm，其中生物填料和铁碳基高度40cm，两者均匀配置；过渡层331高度10cm，粒径5mm～10mm；排水层332高度20cm，粒径16mm～32mm。将覆盖层31、填料层32和过滤层33在垂直方向上边缘对齐依次连接设置的优点是可以增大有机废水和每一层之间的接触面积，使得净化的效率更高，也使得净化的更彻底。
50.具体地，填料层32包括上层填料层321和下层填料层322，上层填料层321包括生物填料和铁碳基，如上述，上层填料层321富集硝化细菌、自养反硝化细菌、异养反硝化细菌等微生物脱氮，同时铁碳基构成原电池，产生的氧化还原反应、电化学富集作用和絮凝沉淀作用除碳除磷；下层填料层322包括炉渣，进行除碳除磷作用。
51.在填料层32内，采用生物化学和物理结合的共同作用，实现有机废水的降解和净化，区别于以往的单独工作，实现了1+1＞2的作用，即既实现了物理的除碳除磷作用，又实现了生物化学的硝化反应等一系列反应。每一步工序依次进行，不仅能提高污染物去除率，深度净化有机废水，还有效缓解了湿地填料堵塞问题。
52.具体地，高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置还包括第一蠕动泵21，第一蠕动泵21安装于进水管2上，用于将有机废水从原水箱1传送至跌水式净化层3，使得有机废水通过进水管2从原水箱1流入至跌水式净化层3的顶部，再进一步的流入渗透进跌水式净化层3的每一层进行每一层各自的净化处理。
53.具体地，覆盖层31包括耐盐植物，该耐盐植物种植在覆盖层31的内部，耐盐植物用于吸收截留部分盐分。
54.具体地，过滤层33包括过渡层331和排水层332，过渡层331和排水层332沿垂直方向从上往下依次排列连接。有机废水在过滤层33内进行进一步的净化，进一步的去除污染物和截留盐分。将过渡层331净化后的有机废水通过排水层332将其排出。
55.过滤层33还包括透气管36，透气管36位于排水层332，透气管36与外界相连通，透气管36将跌水式净化层中的气体排出到外界。
56.具体地，过滤层33还包括出水管4和/或排空管35，出水管4和排水层332封闭式连接，有机废水通过出水管4从排水层332排出；排空管35将排水层332和外界连通，排空管35将跌水式净化层3内有机废水净化后多余的气体排出到外界。
57.具体地，跌水式净化层3还包括回流管34，回流管34将跌水式净化层3内的排水层332和填料层32连通，且高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置还包括第二蠕动泵
341，第二蠕动泵341安装于回流管34上，回流管34将降解不充分的有机废水重新排回填料层32进行二次净化，且通过第二蠕动泵341的促进作用带动有机废水的流动，加快速度，且设置回流管34保证了有机废水的处理效果。
58.具体地，高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置还包括表面流净化层5，表面流净化装置通过出水管4和跌入式净化层连接，即通过出水管4将排水层332内的有机废水排入到表面流净化装置内进行进一步的净化处理，实现有机废水的进一步去除污染物和截留盐分。
59.在本实施例中，该高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置可以用于净化难降解的有机废水。高盐难降解有机废水的标准如下：ss《100mg/l、cod《150mg/l。高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置中，跌水式净化层3的具体数值标准如下：表面有机负荷5～8[g/(m2·
d)]，nh
3-n表面负荷2～3[g/(m2·
d)]，表面水力负荷≤0.5[m3/(m2·
d)]，水力停留时间1～3d，回流比100％～300％；表面流净化层5的具体数值标准如下：其水深30～60cm，表面有机负荷1.5～5[g/(m2·
d)]，表面水力负荷≤0.1[m3/(m2·
d)]，水力停留时间4～8d。
[0060]
高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置的实施方法，包括以下步骤：
[0061]
s11、将从原水箱1中的有机废水以20l/d的流量通过第一蠕动泵21的带动进入进水管2排入至跌水式净化层3的顶部。在本实施例中有机废水的具体数值标准：ss为20～26mg/l、cod为40～58mg/l、nh
4+-n浓度为1.2～2.6mg/l、tn浓度为8～12mg/l、tp浓度为0.7～1.2mg/l、氯离子浓度为1500～2000mg/l；
[0062]
s12、将该有机废水从跌入式净化层的顶部从上往下依次流入渗透到覆盖层31、填料层32和过渡层331，并在对应的层内进行对应的净化操作。本实施例中的跌水式净化层3的具体数值标准：表面有机负荷5.7～7.8[g/(m2·
d)]，表面水力负荷0.28[m3/(m2·
d)]，水力停留时间3d，回流比200％；
[0063]
s13、最后有机废水通过排入到排水层332内，再排入到回流管34进入填料层32进行二次净化和/或通过出水管4进入表面流净化装置进行下一步的净化操作，在净化的过程中产生的气体从透气管36排出。本实施例中表面流净化层5的具体数值标准：表面有机负荷1.6～2.2[g/(m2·
d)]，表面水力负荷0.08[m3/(m2·
d)]，水力停留时间6d。
[0064]
具体地，在s11之前先进行跌入式净化层中生物填料生物挂膜，生物挂膜具体操作如下：将生物填料与活性污泥置入缺氧/好氧sbr反应器，活性污泥来源于采用生物法处理污水的污水处理厂，污泥浓度mlss》3000mg/l和环境温度高于25℃时，挂膜时间取下限，反之取上限。首先进水并缺氧搅拌，当ph或orp出现拐点时停止搅拌，然后开始曝气同时搅拌，曝气过程中溶解氧浓度控制在2～4mg/l，利用ph探头在线监测硝化过程中的ph变化，当ph下降到不再变化时，停止曝气并排水闲置，接着进入下个周期，挂膜30d后将其置入有效体积60l的跌水式净化层3中。
[0065]
采取本实施例中的实施方法，可以得到：高盐难降解有机废水的人工湿地深度净化装置启动60d后实现稳定运行，自稳定运行半年内未发生基质堵塞问题，稳定运行期间装置出水cod浓度为25～33mg/l、nh
4+-n浓度0.5～1.0mg/l、tn浓度低于6mg/l、tp浓度低于0.3mg/l。
[0066]
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅
是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。