一种立体人工湿地深度处理废水中氨氮和总磷的方法及处理装置与流程

本发明涉及废水处理领域，具体涉及使用立体人工湿地方式深度处理含氨氮、总氮和总磷的废水的方法。

背景技术：

随着养殖、皮革、化肥、石油化工等行业的迅速发展壮大，由此而产生的高氨氮废水也成为行业发展制约因素之一；废水中的氨氮和总磷是引起水体富营养化和环境污染的重要物质，造成水中藻类及其他微生物大量繁殖，使水中溶解氧下降，鱼类大量死亡，生态系统崩溃，氨氮、总氮和总磷是污染的重要原因之一；另外，氨氮对某些金属具有腐蚀性，当污水回用时，再生水中氨氮、总氮和总磷会促进输水管道和用水设备中微生物的繁殖，形成生物垢，堵塞管道和用水设备，并影响换热效率；最后，氨在硝化细菌的作用下氧化为亚硝酸盐，而亚硝酸盐水解后生成的亚硝胺具有强烈的致癌性，直接威胁着人类的健康。因此，经济有效的控制高浓度氨、总氮和总磷污染也成为当前环保工作者研究的重要课题，得到了业内人士的高度重视。

尽管目前脱氮除磷的去除方法很多，例如增加生化池溶解氧的方式可以降低氨氮，但总氮就不好降解了；通过投加药剂的方式可以去除总磷，但是又增加了污泥产生量和处理成本。有时也采取多种技术联合处理，但都不能算是一种能高效、经济、稳定地处理高氨氮、高总氮和高总磷的废水的技术，而且这些工艺在脱氮除磷的同时又带来了污泥处理等二次污染问题；传统的人工湿地的方式也是一种比较好的解决方式，但是由于其占地面积大、投资金额大、时效性差、处理周期长、运营维护难、受温度、气候、地域影响严重的问题，也使得其处理能力和效率有限，达不到稳定处理的效果。

技术实现要素：

为了解决高氨氮、高总氮和高总磷废水难处理的实际问题，本发明的核心是提供一种立体人工湿地高效去除氨氮、总氮和总磷的方法及处理装置，该方法可以应用在污水处理系统的前段、中段或末端，还可以在mbr等生化工艺不能再继续有效降解氨氮和总磷的情况下使用。该方法的主要形式是在污水水面上架设横向多层立体人工湿地和纵向波形立体人工湿地植物培养滤层，利用植物培养滤层中能高效吸收氮、磷的植物，把污水中的氨氮、总氮及总磷等污染物转化为植物本身的过程来降解水中氨氮、总氮及总磷等问题，该立体人工湿地处理技术有处理效率高、占地面积小、处理效果好、出水稳定，能形成循环经济且不会产生二次污染的优势。

为解决传统人工湿地缺点及其他方法还不能有效解决污水中氨氮和总磷超标问题或污泥量大，处理成本高等问题，本发明所采用的如下技术方案：

所述立体人工湿地深度处理废水中氨氮、总氮和总磷的方法一是：

在水池水面上架设纵向波形立体人工湿地植物培养滤层呈网带状，所述纵向波形立体人工湿地植物培养滤层由有机材质或/和由至少两层金属丝网编织而成的链网和固定在链网上的漂浮型水生植物组成，所述纵向波形立体人工湿地植物培养滤层绕转辊从一边连续水平穿过水池、且另一边间隔垂直连续穿过水池，所述纵向波形立体人工湿地植物培养滤层能使植物根系生长附着在网带层上，利用纵向波形立体人工湿地植物培养滤层中能高效吸收含氮、磷的植物，把废水中氨氮、总氨及总磷污染物转化为植物本身过程来降解水中氨氮、总氮及总磷。

所述漂浮型水生植物为浮萍、水葫芦、槐叶萍、凤眼莲、微藻等对氨氮、总氮和总磷吸附能力强的植物。这类植物每天每平方可以吸收氮源1.2g以上，总磷0.2g以上，浮萍（干重）亩产量可达5.0吨/年以上，可做优质有机饲料或打碎补充碳源，形成循环经济，所述有机材质为pvc、pp、pa、pu等，所述金属丝网为不锈钢丝网。

所述纵向波形立体人工湿地深度处理废水中氨氮、总氮和总磷的处理装置，它包括下端固定水池中、上端升出水池顶面的支架，固定在水池内的支座，所述支架间隔设置，所述支座设置在支架之间，在位于水池两端的支架上分别设置有下转辊和高度可调节的上转辊，在支座上端设置有高度可调节的过渡转辊，所述位于水池两端的上转辊一端分别与电机相连，在上转辊、下转辊和过渡转辊上设置有纵向波形立体人工湿地植物培养滤层，所述纵向波形立体人工湿地植物培养滤层一端呈水平状跨接在下转辊上、另一端依次与上转辊、过渡转辊和上转辊相接。

所述支架上段和支座上段分别设置有可调节是上转辊和过渡转辊高度的上调节孔和下调节孔（也可设置成可调节上转辊高度和过渡转辊高度的其它结构），以便调节纵向波形立体人工湿地植物培养滤层在水中浸没的面积大小。

上述纵向波形立体人工湿地的植物培养滤层上培育或种植的植物或藻类的根系通过合成的植物培养层中的空隙，能牢固的附着在植物培养层上，可使植物根系生长附着在网带层上，植物通过光合作用把污水中的氨氮和总磷转化为植物本身或降解为no2、n2等气体，从而降解污水中的氨氮和总磷等物质。

上述纵向波形立体人工湿地的运行使通过电机带动转轴再带动植物培养层以一定速度进行旋转，确保植物培养层在水中的水平移动速度为0.3-0.5米/秒,始终保持植物层下部浸没在污水中，有利于植物层与污水接触保证植物能吸附氨氮、总磷等营养成分。

上述纵向波形立体人工湿地的支架和支座可以分别调整上转辊的过渡转辊的高度，以利于增加或减少植物培养层面积和植物覆盖数量，并且可以调整植物培养层深入污水的深度，以保证污水处理的效果。

上述纵向波形立体人工湿地的自动控制可以根据进水量的大小及污染物浓度指标高低，自动调整运行速度，保持最好的处理效果。

所述立体人工湿地深度处理废水中氨氮、总氮和总磷的方法二是：

在水池水面上间隔架设有高度不同并用金属或塑料型板材制成的多层叠加的支撑架，每层支撑架上设置有托盘，托盘内设置有横向多层立体人工湿地植物培养滤层和使废水呈s形流动的导流渠，所述横向多层立体人工湿地植物培养滤层由无机填料或有机材料制成的基层和设置在基层上的漂浮型水生植物组成，所述无机填料为陶瓷填料、活性炭或硅藻土等，所述有机填料为聚乙烯、聚丙烯、化纤或橡胶等.，所述横向多层立体人工湿地深度处理废水中氨氮、总氮和总磷的处理装置，它包括间隔架设在水池中并金属或塑料型板材制成的多层支撑架，每层支撑架上设置有托盘，托盘内设置有横向多层立体人工湿地植物培养滤层和导流板，所述导流板交错间隔设置形成呈s形的导流渠，所述横向多层立体人工湿地植物培养滤层为无机填料或有机材料。

所述横向多层立体人工湿地采用多层叠加植物培养滤层，主要由植物培养滤层、支撑架、导流渠等部件组成。并且根据需要可将立体人工湿地系统设置在保温大棚中，该大棚可以采集阳光热量和保持立体人工湿地的温度和湿度等，以保证立体人工湿地中的植物和菌群的最佳生长环境。

上述横向多层立体人工湿地可以由多层植物培养滤层组成，其植物培养滤层可用金属及塑料等型材、板材制备。湿地的层数根据实际应用情况决定，每层之间的高度由采光或植物品种进行设计和调整，每植物培养滤层中设置导流渠，保证污水能以s形（或之字形或回字形）行进流动，以保证废水能在植物培养滤层中停留时间最长，以便于植物吸收污水中的氨氮、总磷等物质。

上述横向多层立体人工湿地的植物培养滤层中放置一定高度的无机或有机填料，其一便于植物的生长、固定根系和细菌着床繁殖，其二可以保证污水能最大程度的接触植物根系和细菌菌群。其无机填料可以由陶瓷填料、活性炭、硅藻土等无机填料组成，有机填料可以由聚乙烯、聚丙烯、化纤、橡胶等有机材质组成,所述漂浮型水生植物为浮萍、水葫芦、槐叶萍、凤眼莲、微藻等对氨氮、总氮和总磷吸附能力强的植物。

上述人工湿地系统的保温大棚可以是透明塑料薄膜设施或玻璃等透光性、保温性较好的材料组成，既要保证阳光能照射到植物进光合作用，又能保证热量损失小；当冬季阳光不能满足要求时，有条件的地方可向大棚内供应多余的热量，利用保温大棚锁住热量，从而提高温度来满足植物和细菌最佳的生长速度，消耗污水中的营养物质。

上述保温大棚内部配备温度和湿度等传感器，随时监控立体人工湿地的温度、湿度、光照强度等参数，各参数可以根据需要进行控制和调整，以保证植物和细菌最佳的生长速度，能高效和快速的净化污水；同时，也为北方严寒地区不适用湿地的地方解决了应用问题。

实验数据

此方法可以把污水从劣五类水质净化成水源取水点的地表2类水质标准。

附图说明

图1是架设在水池中的纵向波形立体人工湿地植物培养滤层的处理装置主视结构示意图，

图2是图1的a-a剖视结构示意图；

图3是架设在水池中的横向多层立体人工湿地植物培养滤层的处理装置主视结构示意图，

图4是图3的俯视结构示意图，

图5是图4的b-b剖视结构示意图。

在图中，1、水池ⅰ2、支架3、上调节孔4、主转轴5、电机6、上转辊7、连接杆8、纵向波形立体人工湿地植物培养滤层9、下转辊10、支座11、过渡转辊12、副转轴13清水出水管14、下调节孔15、水池ⅱ16、支撑架17、托盘18、水19、横向多层立体人工湿地植物培养滤层20、导流板。

具体实施方式

实施例1，在图1和图2中，所述纵向波形立体人工湿地深度处理废水中氨氮、总氮和总磷的处理装置，它包括下端固定水池1中、上端升出水池顶面的支架2，固定在水池内的支座10，支架上端用连接杆7相连，所述支架和支座用不锈钢制成并间隔设置，所述支座设置在支架之间，在位于水池两端的支架上通过主转轴4分别设置有下转辊9和高度可调节的上转辊6，在支座上端通过副转轴12设置有高度可调节的过渡转辊11，所述位于水池两端的上转辊一端分别与电机5相连，在上转辊、下转辊和过渡转辊上设置有纵向波形立体人工湿地植物培养滤层8，所述纵向波形立体人工湿地植物培养滤层一端呈水平状跨接在下转辊上、另一端依次与上转辊、过渡转辊和上转辊相接。水池一端上设转置有清水出水管13。

所述支架上段和支座上段分别设置有可调节是上转辊和过渡转辊高度的上调节孔3和下调节孔14（也可设置成可调节上转辊高度和过渡转辊高度的其它结构），以便调节纵向波形立体人工湿地植物培养滤层在水中浸没的面积大小。

在水池水面上架设纵向波形立体人工湿地植物培养滤层呈网带状，所述纵向波形立体人工湿地植物培养滤层由有机材质、或者至少两层金属丝网、或者由一层有机材质和一层金属丝网编织而成的链网和固定在链网上的漂浮型水生植物组成，所述纵向波形立体人工湿地植物培养滤层绕转辊从一边（位于水池两端上的下转辊之间的人工湿地植物培养滤层）连续水平穿过水池、且另一边（位于支架上下端之间人工湿地植物培养滤层）间隔垂直连续穿过水池，所述纵向波形立体人工湿地植物培养滤层能使植物根系生长附着在网带层上，利用纵向波形立体人工湿地植物培养滤层中能高效吸收含氮、磷的植物，把废水中的氨氮、总氨及总磷污染物转化为植物本身的过程来降解水中氨氮、总氮及总磷。

实施例2，在图3、图4和图5中，所述横向多层立体人工湿地深度处理废水中氨氮、总氮和总磷的装置，它包括间隔架设在水池ⅱ15中并金属或塑料型板材制成的多层支撑架16，每层支撑架上设置有托盘17，托盘呈栅格孔，托盘内设置有横向多层立体人工湿地植物培养滤层19和导流板20，所述导流板交错间隔设置形成呈s形的导流渠，所述横向多层立体人工湿地植物培养滤层为无机填料或有机材料。在水池水面上间隔架设有高度不同并用金属或塑料型板材制成的多层叠加的一个六层支撑架和一个四层支撑架，每层支撑架上设置有托盘，托盘内设置有横向多层立体人工湿地植物培养滤层和使水18呈s形流动的导流渠，导流渠由导流板20形成，第一层托盘内呈单数排列的导流板左端与托盘相连、右端与托盘相离，呈双数排列的导流板右端与托盘相连、左端与托盘相离，从而用导流板可形成导流渠，所述横向多层立体人工湿地植物培养滤层由无机填料或有机材料制成的基层和设置在基层上的漂浮型水生植物组成，植物培养滤层总面积为托盘数与托盘面积的相乘积，所述无机填料为陶瓷填料、活性炭或硅藻土等，有机填料为聚乙烯、聚丙烯、化纤或橡胶等。