一种强化氮磷去除的折板流人工湿地系统的制作方法

本发明属于水处理技术领域，具体涉及一种颗粒状铁锰催化金属复合填料强化氮磷去除的折板流人工湿地系统。

背景技术：

人工湿地是20世纪70年代发展起来的一种污水处理新技术，由填料、水生植物和微生物组成的综合生态系统，因其具有投资少、能耗低、操作简单、无二次污染等特点，正逐渐被广泛应用于生活污水、二级污水处理厂出水和工业废水的处理，其作用机理主要利用湿地中的填料、微生物和水生植物三者之间的协同作用将污染物去除。填料是人工湿地的核心部分，它不仅能通过吸附、过滤和截留等作用直接去除污染物，也为微生物和水生植物提供依附载体和营养物质。目前常用的人工湿地填料有土壤和沙粒等，因去通透性差，容易引发堵塞问题，从而形成短流或漫流，严重影响人工湿地的运行寿命。美国环境保护署通过对运行中的人工湿地进行调查，发现投入运行5年后，50％的人工湿地系统出现不同程度的堵塞现象。同时，人工湿地对污水中的氮磷去除效果差，尤其在北方地区，随着气温的降低，硝化/反硝化细菌活性降低，导致出水水质很难达到排放标准，对受纳水体和周围环境造成严重污染。因此,找到一种比表面积大、易于微生物附着,不易堵塞、能强化氮磷去除的新型填料是解决问题的关键。

近年来，随着污水治理领域的不断扩展和延伸，许多新的处理方法都涌现出来，铁基材料也越来越广泛的运用于水体污染治理中。但单独的含铁材料如海绵铁、铁屑等存在局限性，主要表现在：(1)对于性质较稳定的有机物或重金属，其处理能力较差；(2)表面氧化层的形成使其活性下降，降低处理污染物的能力；(3)零价铁容易团聚，在工程运行中易出现钝化现象。(4)比表面积小，不利于微生物附着。由于存在以上问题，限制了含铁材料在人工湿地中的使用。因此，本专利通过将铁基材料和其他材料混合，投加到折板流人工湿地，多孔材料能增加其比表面积和孔隙率，提高微生物附着能力，防治钝化层的形成，使其具有更强的处理污水的性能；同时，根据污水水质水量增设竖向隔板，使水流呈波浪状，可灵活改变池体结构和池容，增加水力停留时间，强化处理效果。

技术实现要素：

基于人工湿地运行过程中存在的技术问题，本发明的目的是将一种无污染，反应速度快、适用范围广、运行成本低的颗粒状铁锰催化金属复合载体和沸石材料作为填料,与折板流人工湿地有机结合，一方面能解决湿地堵塞问题，多孔性材料更利于厌氧/好氧微生物的附着，强化污水氮磷的去除；另一方面根据污水水质水量增设竖向隔板，可灵活改变池体结构和池容，增加水力停留时间，强化处理效果。

为了解决以上技术问题,本发明的技术方案为：

一种强化氮磷去除的折板流人工湿地系统，包括进水管1、第一填料区2、挡水板3、第二填料区4、出水管5和水生植物6，第一填料区2从上到下依次分为土壤层a、细沙层b、复合填料层c、砾石层d，第二填料区4从上到下依次分为土壤层a、细沙层b、粗砂层e、砾石层d，第一填料区1和第二填料区3通过挡水板3分隔开，在第一填料区2和第二填料区4的土壤层a上均种有水生植物6；待处理污水从进水管1进入第一填料区2底部的砾石层d，经折板流使污水能均匀地与复合填料层c中的复合填料有效接触，这样提高了不同类型微生物活性及处理效果，且不易堵塞；经第一填料区2处理后的污水从挡水板3下面进入第二填料区3采用常规方法进行处理，处理过的水最后从位于第二填料区3右侧顶部的出水管5排出。

优选的，复合填料层c填充的颗粒状复合材料由海绵铁、二氧化锰和沸石按(25-40):(1-2):(20-40)的比例混合而成。

更进一步优选的，复合填料层c填充的颗粒状复合材料由海绵铁、二氧化锰和沸石按35:1:35的比例混合而成。

更进一步优选的，所述土壤层a厚度为40cm-80cm。

更进一步优选的，所述细沙层b由粒径较小的沙子构成，铺设厚度为5cm-10cm。

更进一步优选的，所述粗沙层e由粒径较大的粗砂或碎石构成，粒径5mm-8mm，厚度为25cm-50cm左右。

更进一步优选的，所述粗沙层e也可以用粒径5mm-8mm的碎石代替粗砂。

更进一步优选的，所述砾石层d由粒径较大的砾石构成，粒径30mm-50mm，厚度为20cm-55cm。

更进一步优选的，所述人工湿地在实际工程应用中，可根据水质水量在第一填料区2和第一填料区4两个分区分别竖向安装竖向折流板，将第一填料区2和第一填料区4分成若干个折流区，灵活调整人工湿地系统的结构和容量。

本发明的有益效果为：

(1)采用颗粒状的铁锰催化金属材料和沸石来源广泛、成本低，易加工成型。

(2)颗粒状铁锰催化金属材料和沸石均具有比表面积大，易于好氧/厌氧微生物附着生长，过滤性、吸附性和稳定性强等特点，能有效防止人工湿地填料堵塞的现象，强化污水中污染物的去除效率。

(3)人工湿地的水流呈折板流，增加水力停留时间，提高处理效率。

(4)该人工湿地在实际工程中，通过竖向安装隔板，将池体分成若干个折流区，呈现多级串联，便于工程应用。

附图说明

图1为本发明复合填料折板流人工湿地装置示意图。

1-进水管，2-第一填料区，3-挡水板，4-第二填料区，5-出水管，6-水生植物，7-池体，8-竖向折流板

a-土壤层，b-细沙层，c-复合填料层，d-砾石层，e-粗砂层

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1所示为本发明剖面图。

本发明所述一种强化氮磷去除的折板流人工湿地系统，包括进水管1、第一填料区2、挡水板3、第二填料区4、出水管5和水生植物6，第一填料区2从上到下依次分为土壤层a、细沙层b、复合填料层c、砾石层d，第二填料区4从上到下依次分为土壤层a、细沙层b、粗砂层e、砾石层d，第一填料区1和第二填料区3通过挡水板3分隔开，在第一填料区2和第二填料区4的土壤层a上均种有水生植物6；待处理污水从进水管1进入第一填料区2底部的砾石层d，经折板流使污水能均匀地与复合填料层c中的复合填料有效接触，这样提高了不同类型微生物活性及处理效果，且不易堵塞；经第一填料区2处理后的污水从挡水板3下面进入第二填料区3采用常规方法进行处理，处理过的水最后从位于第二填料区3右侧顶部的出水管5排出。

本发明将颗粒状的铁、锰催化金属复合材料和沸石用于人工湿地,首先，充分利用了含铁材料来源广泛，电化学性能优越的特性，它具有较强的吸附、絮凝沉淀和提高微生物活性的特性，但单一的含铁材料往往不能满足现实应用的需求，易钝化，影响处理效果；其次，投加二氧化锰和沸石的加入进一步提高了填料的比表面积，三者的协同效应能显著提高吸附性能；第三，高价态的锰可将有机物氧化，自身转化为低价态，而铁在有氧条件下处理废水时会有活性氧化物产生，可将低价态锰氧化为高价态，完成铁锰材料循环。最后，铁、锰双金属材料和沸石呈多孔性，透性好，不易板结，比表面积大，具有较强的微生物附着作用，为厌氧/好氧微生物的生长创造有利生存环境，有利于生物脱氮除磷作用的进行。本发明所述的铁、锰复合金属和沸石材料易获得，人工湿地可根据所处理水质水量进行调整，造价低，易于实现规模化生产。

此外，将颗粒状的铁、锰催化金属和沸石材料混合后仅填充于第一填料区复合填料层，不仅能防止金属材料出现钝化现象，保证处理效果，又能保证出水中铁和锰含量的不超标。同时，复合填料层可根据所处理污水的进出水水质和水量铺设不同厚度。其填料强化处理的原理在于：首先，该层可实现微生物与载体的固定化技术，所用三种填料均呈多孔性，比表面积大，增加了微生物的接触面积,有利于微生物的附着生长；其次，颗粒状铁、锰催化金属复合材料和沸石作为填料，从其表面向内可自然形成好氧-兼氧-厌氧的微环境，利于硝化菌、反硝化菌和聚磷菌的同步生长，起到同步硝化反硝化作用，强化生物脱氮除磷效果；最后，颗粒状铁、锰催化金属复合材料溶出的铁可与污水的磷发生絮凝沉淀反应，同步实现生物与化学除磷。

本发明将传统人工湿地、微生物固定化和物化吸附等作用有机组合，有效提高人工湿地处理效果。